主要农业气象灾害对沅陵县一季稻产量 损失的定量评估

摘 要：水稻是沅陵的主要粮食作物，分析主要气象灾害对水稻产量损失的定量评估，有利于了解农业气象灾害对沅陵水稻产量的影响。根据沅陵县1995年～2020年的水稻产量资料和相应年份的气象灾害资料，采用拉格朗日插值法和逐步回归统计方法结合，建立水稻产量气象灾损评估模型，分析主要农业气象灾害对水稻产量的影响，研究发现，干旱、高温、倒秋雨、洪涝是引起沅陵水稻产量波动的主要农业气象灾害，以干旱特别是持续30天以上干旱的影响最大，减产幅度可达15%以上，倒秋雨和洪涝造成水稻产量损失率分别可达9%和6%；秧田低温对沅陵水稻产量也有一定不利影响。

关键词：农业气象灾害；沅陵；一季稻；产量损失

中图分类号：S16           文献标识码：A

Quantitative assessment of yield loss of rice in Yuanling County by main agrometeorological disasters

JIAN Jia Wen

Abstract: Rice is the main food crop in Yuanling. The quantitative evaluation of rice yield loss caused by main meteorological disasters is helpful to understand the influence of agricultural meteorological disasters on rice yield in Yuanling. Based on the rice yield data of Yuanling County from 1995 to 2020 and the meteorological disaster data of the corresponding years, a rice yield meteorological disaster assessment model was established by combining Lagrange interpolation method and stepwise regression statistical method, and the effects of major agricultural meteorological disasters on rice yield were analyzed. Drought, high temperature, reverse autumn rain and flood were the main agrometeorological disasters that caused rice yield fluctuation in Yuanling. Drought, especially the drought lasting more than 30 days, had the greatest impact, with a yield reduction of more than 15%. The loss rate of rice yield caused by reverse autumn rain and flood could reach 9% and 6% respectively. Low temperature in Yuanling rice field also had adverse effect on rice yield in Yuanling.

Key words: agrometeorological disaster; Yuanling; One-season rice; Yield loss

0 引言

沅陵县是怀化市的农业大县，水稻是沅陵主要粮食作物，确保粮食生产安全是沅陵农业生产工作的主要目标任务。沅陵虽然气候资源比较丰富，但同时也是受气象灾害影响较大的地区。气象灾害的发生影响着水稻的生长发育进程，导致水稻减产或绝收。本文以长期农业气象田间观测和统计局产量资料为基础，研究沅陵一季稻主要农业气象灾害类型及其对水稻产量的影响，采用拉格朗日插值法和逐步回归统计方法结合，建立水稻产量气象灾损评估模型，评估气象灾害对一季中稻产量损失。

1 方法和资料

1.1 资料来源

水稻生产资料主要来源于沅陵县农业局、统计局及《沅陵县志》《沅陵统计年鉴-2008》，包括1995年～2020年的沅陵县水稻逐年单产数据。气象资料来源于沅陵县国家地面气象观测站的逐日平均气温、最高温度、最低温度、降水量、日照时数等气象观测数据。

1.2 水稻产量损失的计算

水稻产量的年际波动常受气象灾害影响，评估农业气象灾害对产量造成的损失时，首先要将气象灾害和其他因素对农作物产量的影响分开。根据作物期望产量[1]，选择期望产量的基准年X1=1995年，X2=2000年，X3=2011年，X4=2020年4个基本无灾害年份；期望产量对应为Yh1=4710，Yh2=5739，Yh3=6780，Yh4=6782，单位为kg/hm2。基于水稻趋势产量年际变化特征，利用python实现拉格朗日插值得到其他年份的期望产量，得到期望产量序列。并用下列模型计算生成灾损产量序列：

其中，YDi为农业气象灾害水稻减产量，Yhi为期望产量，Yi为水稻实际产量，YD的大小表示气象灾害水稻损失量大小，Y为水稻产量灾损率。

从图1可见，1995～2020年，沅陵地区生产力水平呈上升状态，特别是1995年到2010年间因社会生产力的提升，期望产量的增速明显，进入21世纪10年代期望产量的增速趋于平缓。沅陵地区水稻期望产量（单产）灾损率最大为21.03%，平均损失约6.67%。其中，2006年的灾损率最大，为21.03%；灾损率在8%以上的年份大约为十年三遇。

图1 1995—2020年水稻产量分解图

2 分析结果

2.1  沅陵一季稻主要农业气象灾害

以水稻单产损失率为研究对象，参考文献[2]将秧田低温、干旱、洪涝、倒秋雨、高温热害作为农业气象灾害类型分析沅陵水稻农业气象灾害类型的主要发生年份，并将干旱按持续时间进行分类，孕穗抽穗期及后期洪涝、高温热害按照轻度、中度和重度进行分类，见表1。

沅陵一季稻播种关键时期为4月中下旬，秧田低温主要指连续3天平均气温低于10℃以下或者连续4天低于12℃，容易形成烂种、烂秧。秧田低温发生年份有1995年、1996年、2009年、2010年、2013年。1995年和2009年低温天气出现在4月初，因此对一季稻的危害较小。1996年连续4天日平均气温≤12℃的低温天气在4月中上旬出现了两次，且4月7日～13日出现了轻度连阴雨天气，为长阴雨型低温，主要表现为叶片发黄、发白，根系缺氧、抗逆性减弱，甚至整株枯死。2013年4月18日～4月22日连续4天日平均气温≤12℃的低温天气且气温骤降，为气温骤降型低温，水稻表现为失水萎蔫，青枯死苗。

干旱灾害主要影响水稻生殖生长期的生长，且干旱持续时间对水稻影响不同，按干旱持续时间来看，有干旱时间在25d以下的较轻干旱，如1997年和2015年。2015年仅发生干旱灾害，虽然只为较轻干旱，但刚好发生在一季稻抽穗扬花期，水稻产量损失较大，为8.25%。当干旱时间在25d～30d间，干旱影响程度加大，如2003年干旱主要发生在7月底和8月，对一季稻的生长有一定的影响。干旱持续时间达到了30d以上，影响范围随干旱时间的增长将扩大，导致减产严重，如2006年和2013年，特别是2006年的干旱灾害使一季稻大面积失收，减产率达20%以上。

8月低温是影响水稻结实的主要天气因素之一，根据低温对一季稻的影响，8月低温主要指在8月份日平均气温连续3d或以上≤23℃的低温天气[3]。主要是气温低于水稻孕穗、抽穗期适宜温度要求，常伴随着阴雨天气，往往抑制花粉粒的正常发育，造成水稻抽穗困难、包颈，授粉受精不良、麻壳，使水稻空壳率增加[3]。2002年8月10日～16日连续7d和2005年8月19日～23日连续5d日平均气温≤22℃，2008年8月26日～28日连续3d日平均气温≤23℃。在发生8月低温的年次，一季稻产量损失在4.23%～16.83%范围。2008年仅发生8月低温灾害，产量损失为4.23%。

高温热害主要对一季稻抽穗期到成熟期产生影响，开花期的高温妨碍花粉成熟，正常花粉量减少，不利于花药开裂散粉、花粉管的伸长，柱头干枯，授粉能力减弱，同时叶温升高，降低了叶片的同化能力，增加了植株的呼吸速度，物质供应水平下降。灌浆期的高温，灌浆时间缩短、造成“高温逼熟”，粒重下降。由于在长江中下游的水稻高温热害研究文献[5]中，用日平均气温定义的指标数值大多不一致，但日最高气温指标却基本相同，本文以日最高气温作为研究对象，若连续5天或以上日最高气温≥35℃则为一次高温热害，并根据持续时间长短进行分级：5d≤持续天数＜10d为轻度，11d≤持续天数＜15d为中度，16d≤持续天数为重度。2013年为沅陵重度高温热害发生年份，在7月11日～8月14日发生了持续的高温天气，受长期晴热高温天气影响，全县农作物受灾严重。2019年7月22日～8月1日仅发生中度高温热害，产量损失为3.71%。

干旱灾害主要危害水稻生殖生长期，不同时期干旱对水稻的危害不同。花粉母细胞减数分裂期到花粉形成期受旱，主要引起颖花退化，花粉粒发育不健全、花粉粒畸形，不能正常受精，稻穗空粒增加。抽穗开花期干旱，造成包颈或抽穗困难，花粉生活力下降，甚至干枯死亡，或不能正常授粉，结实率降低。成熟灌浆期受旱，主要影响有机质向穗部的运输，叶片光合产物和叶鞘、茎秆中贮藏的营养物质向穗部运输困难，瘪粒增加。干旱使水稻叶片光合作用减弱，功能叶寿命缩短，过早枯黄，造成粒重降低，产量下降。干旱持续时间不同对水稻影响不同，按干旱持续时间来看，有干旱时间在25d以下的较轻干旱，如1997年和2015年。2015年仅发生干旱灾害，虽然只为较轻干旱，但刚好发生在一季稻抽穗扬花期，水稻产量损失较大。当干旱时间在25d～30d间，干旱影响程度加大，如2003年干旱主要发生在7月底和8月。干旱持续时间达到了30d以上，影响范围随干旱时间的增长将扩大，导致减产严重，如2006年和2013年，特别是2006年的干旱灾害使一季稻大面积失收，减产率达20%以上。

洪涝灾害容易对稻田产生重大损失，持续的强降雨天气会使地势低洼稻田和河流尾端地带稻田受到洪水冲刷，因排水不及时导致稻田遭受洪水淹没[6]。洪涝灾害在生殖生长期各阶段均可能出现，水稻拔节期受淹，退水后会出现植株弯曲折断及倒伏后重新翘竖等畸形现象；孕穗抽穗期受淹，会出现烂穗、畸形穗等现象；成熟期受淹，会使叶脚枯萎，顶叶呈黄绿色，谷粒灰色有乳浆，千斤重下降。本文把连续10d降水总量≥200毫米，视为一次洪涝过程。中度洪涝为连续10天降水总量≥250毫米，重度洪涝为连续10天降水总量≥300毫米。在1996年、1998年、1999年、2004年、2010年，水稻生殖生长期均出现了重度洪涝灾害。1996年和2010年洪涝发生在7月中上旬，即拔节期。1998年、2002年洪涝发生在7月下旬，即孕穗抽穗期。1999年和2004年洪涝灾害主要发生在6月中下旬和7月初，即水稻分蘖期和拔节期。单纯出现洪涝灾害的年份有1999年和2004年，灾损率分别为1.71%和10.12%。

表1 1995年—2020年水稻灾损率与主要气象灾害

注：干旱以持续时间＜25d、25d～30d、30d以上分别表示为*、**、***，洪涝、高温热害按照轻度、中度和重度分别表示为*、**、***，秧田低温和倒秋雨发生年份表示为*。

将秧田低温和8月低温灾害分别按发生与否进行分析，发生年份为1，无灾害年份为0，分别得到X1和X2序列；高温热害和洪涝灾害按等级进行分析，重度为3，中度为2，轻度为1，未发生为0，分别得到X3和X5序列；干旱灾害以持续时间＜25d表示为1、持续时间为25d～30d表示为2、30d以上表示为3，未发生为0，得到X4序列。将气象灾害数据（X1～X5）和灾损率数据（Y）导入SPSS，进行逐步回归分析，得到方程如下：

方程中，Y为产量灾损率%，X2为8月低温灾害序列，X4为干旱灾害等级序列，X5为洪涝灾害等级序列。方程F值为12.591，R2为0.63，回归方程通过了0.01的显著性检验，拟合优度较高。由方程可知，水稻产量灾损率与干旱，8月低温和洪涝灾害均呈正相关关系。当水稻生殖生长期发生干旱灾害，会使灾损率增加约6.6%～15.6%。若出现8月低温，水稻灾损率会增加9%左右。在水稻生殖生长期发生洪涝灾害，会使灾损率增加约3.5%～6.0%。干旱，8月低温和洪涝灾害对沅陵水稻产量减产有明显影响，特别是持续30d以上干旱灾害的影响最大，干旱灾害常伴有高温热害，除1994年外其他年份发生干旱均伴有高温天气。持续高温干旱灾害对灾损率的影响较大，如2006年因持续性的高温干旱天气，水稻产量灾损率达到20%以上。

3 结论

干旱、高温、倒秋雨、洪涝是引起沅陵水稻产量波动的主要农业气象灾害，沅陵地区水稻期望产量灾损率最大为21.03%，平均损失约6.67%。持续30天以上干旱对水稻的生产有严重影响，减产幅度可达15%以上。8月低温、洪涝造成水稻产量损失率分别可达9%、6%。秧田低温对沅陵水稻产量也有一定不利影响。

因此应特别重视高温、干旱、8月低温和洪涝灾害对水稻生产的影响，同时秧田低温、连阴雨等气象灾害的影响也不能忽视，充分利用好气候资源，采取及时科学的农业措施来降低灾损率。

参考文献

[1] 宫德吉，陈素华.农业气象灾害损失评估方法及其在产量预报中的应用[J].应用气象学报，1999(01):67-72.

[2] 张海燕，李民华，黄安凤，等.怀化市一季中稻产量气象灾害损失评估[J].贵州气象，2016,40(5):43-45.

[3] 黄晚华，汪扩军，陆魁东，等.湖南8月低温时空分布特征及对一季稻生产的影响[J].湖南农业大学学报(自然科学版)，2009,35(04):357-361.

[4] 陆魁东，宋忠华，居晶琳.一季超级稻高效栽培气象条件研究[J].作物研究，2003(04):196-197.

[5] 刘伟昌，张雪芬，余卫东，等.长江中下游水稻高温热害时空分布规律研究[J].安徽农业科学，2009,37(14):6454-6457.

[6] 柳军，黄鹤，谢金花.影响合肥市一季稻生产的主要农业气象灾害分析[J].安徽农学通报，2017,23(07):159-160.