油菜生育期氣象指數等級及災害預警指標研究

董芹　霍焱　蔣駿　裴善善　吳建秋　姚麗娜　吳晶璐　陳宏波

摘要：應用2004—2012年金壇市氣象局油菜試驗田觀測的生育數據和氣象數據進行分析，結果表明，育苗移栽和直播栽培方式的不同導致油菜全生育期、播種期、苗期持續天數和氣象要素出現較大差異，但對蕾薹期、開花期、成熟期影響較??；氣象災害對各生育期影響不同。（1）連陰雨主要影響苗期、蕾薹期、開花期；（2）寒潮主要影響苗期、蕾薹期；（3）暴雨在苗期和開花期偶有發生；（4）暴雪對苗期影響越來越大；（5）苗期低溫凍害趨于嚴重，開花期低溫影響趨??；（6）高溫逼熟顯著加重。利用SPSS軟件中位數聚類法、專家調查法等，結合農業氣象條件普查等，提出油菜生長需要的氣象要素適宜與否區間及各生育期綜合氣象指數等級；通過氣象災害分析、災情普查、專家指導等，得到不同氣象災害在各生育期的預警指標及綜合預警等級。

關鍵詞：油菜；生育期；氣象指數等級；災害預警指標；SPSS中位數聚類法；農業氣象災害

中圖分類號： S165 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0084-07

油菜作為冬季生長的唯一油料作物，其獨具的優點是其他作物所無法比擬的，如改善土壤理化性質、根系有機酸溶解土壤磷素、莖稈果殼及落花落葉為難得的有機肥，油菜花供人們旅游觀賞等，這也是氣象工作者長期致力于研究油菜生長與氣象關系的原因。隨著當今油菜觀測項目的豐富以及數據采集途徑的增多，人們對油菜研究內容和形式更加多樣化。陳秀斌對油菜生育進程差異及對溫度日長要求、油菜器官發育對積溫的要求等作了詳細分析[1]；湯亮等研究構建了具有廣適性和可靠性的油菜階段發育與物候期預測模型[2]；楊永龍等闡明春性油菜各生育期與0、5、7 ℃的積溫有很好的相關性[3]；官春云指出，油菜受干旱影響將會造成內部生理機能受阻，生長發育推遲和花期縮短[4]。但關于油菜生育期氣象指數等級及農業氣象災害預警指標等的研究較少。

常州油菜自宋朝種植以來，面積不斷擴大，尤其是改革開放之后，種植面積從1981年的18 800 hm2增至1982年的 27 800 hm2，至2000年達最多，為49 653.3 hm2，隨后10年面積快速萎縮，至2012年已不足16 000 hm2，且68%集中在溧陽市境內。盡管如此，油菜在常州種植作物中仍占據著重要地位，與水稻、小麥齊稱為“糧食三巨頭”。因研究油菜生育期適宜氣象條件、農業氣象災害預警指標，對開展油菜精細化氣象服務、提高油菜產量和防御氣象災害很有必要。

1 資料的選取和處理

為近距離研究江蘇省常州地區油菜生長與氣象條件、災害天氣的關聯度，自2003年起，金壇市氣象局在觀測站內建設了占地1 300 m2以上的油菜試驗田，并實時記錄油菜各生育階段的起始時間。本研究主要選用2004—2012年（油菜為跨年度作物，此處年份表示收獲年份）間金壇局觀測到的油菜生育數據與氣象數據來進行對比分析，在研究過程中，將觀測記錄中的播種、出苗、第5真葉、移栽、成活、現蕾、抽薹、開花、開花盛期、綠熟、成熟等生育節點合并為5大生育期：播種期（播種至出苗）、苗期（出苗至現蕾）、蕾薹期（現蕾至開花）、開花期（開花到綠熟）、成熟期（綠熟到成熟）。

2 油菜不同生育期及氣象要素

2.1 不同生育期起始時間

從表1看出，金壇市氣象局試驗田在油菜種植方式上采用了育苗移栽和直播種植（2006—2009年）2種，品種2004—2005年為史力豐，2006—2010年為蘇油1號和秦油10號，2011—2012年為寶油85號，均與大田一致且為甘藍型半冬性品種。采用育苗移栽方式油菜的播種時間主要集中在9月18—27日，而直播種植集中在10月18—24日，比育苗移栽晚了近1個月；出苗時間育苗移栽集中在9月24日至10月20日，直播栽培集中在10月24日至11月2日，時間相差 10～30 d；從現蕾開始，2種種植方式時間基本同步，主要集中在2月的中旬、下旬，現蕾最早是在2月12日（2007年），最晚是在3月6日（2005年）；開花時間集中在3月中旬、下旬，最早為3月15日（2004年），最晚為3月31日（2005年）；綠熟時間集中在5月上旬、中旬，最早為5月6日（2007年），最晚為5月18日（2008年）；成熟收獲時間集中在5月中旬至6月上旬，其中最早為5月13日（2007年），最晚為6月2日（2010年）。

2.2 不同生育期持續時間

不同生育期持續時間見表2，油菜從播種至成熟，全生育期平均需要230 d，其中最短216 d（2008年），最長249 d（2011年），直播種植比育苗移栽平均少27 d。不同生育期持續天數為：播種期平均6 d，其中最短4 d，最長9 d，均值以下有6年且5年為育苗移栽方式；苗期平均131 d，其中最短 105 d，最長151 d，均值以下有4年且均為直播種植；蕾薹期平均31 d，其中最短27 d，最長37 d，均值以下有4年且育苗移栽占3年；開花期平均50 d，其中最短44 d，最長58 d，均值以下有5年且育苗移栽占3年；成熟期平均11 d，其中最短 6 d，最長18 d，均值以下有5年且育苗移栽占3年?？梢娪筒松L過程中，苗期持續時間最長，占全生育期的57%，其次為開花期，占全生育期的13%，最短的是播種期，僅為全生育期的3%。同時育苗移栽和直播種植因播種時間不同而導致全生育期、播種期、苗期持續天數的差異，給后續氣象要素的研究帶來一定的影響，但蕾薹期、開花期、成熟期受影響較小，可以忽略不計。

2.3 不同生育期氣象要素變化

種植方式的不同對播種期、苗期乃至全生育期都有較大影響，因此在分析全生育期、播種期、苗期氣象要素變化情況時將進行分類研究，即將育苗移栽種植下的2004—2006年和2011—2012年（5年）、直播種植下的2007—2010年（4年）分別進行分析（表3）。

2.3.1 全生育期 經統計育苗移栽種植方式下5年全生育期平均氣溫為11.5 ℃，0 ℃以上積溫（簡稱0 ℃積溫，下同） 2 787.9 ℃，降水量460.5 mm，日照時數1190.2 h，雨日69 d，相對濕度72%，而直播種植方式下4年全生育期平均氣溫為10.5 ℃，0 ℃以上積溫2 259.4 ℃，降水量454.9 mm，日照時數 1 047.7 h，雨日71 d，相對濕度72%，可見2種種植方式下氣象要素的差別比較大，其中平均氣溫育苗移栽高直播種植 1.0 ℃，積溫高528.5 ℃，日照時數多142.5 h，雨日少2 d，但直播種植0 ℃積溫更滿足油菜生長發育需要的1 800～2 500 ℃ 的條件。

2.3.2 播種期 選取對油菜生長影響較大的氣象要素即平均氣溫、0 ℃以上積溫、降水量、日照時數進行分析。從表3可以看出，育苗移栽種植方式下，播種期均溫平均值為22.9 ℃，年最高為25.2 ℃，年最低為20.7 ℃；直播種植方式下，均溫平均值僅為19.2 ℃，比前者低了3.7 ℃，且年最高為22.0 ℃，最低為17.8 ℃。0 ℃以上積溫：育苗移栽種植方式平均為 123.5 ℃，年最多為151.0 ℃，最少為93.8 ℃；直播種植平均為147.5 ℃，較育苗移栽種植方式多出24 ℃，且年最多為172.0 ℃，最少為124.5 ℃。降水量：育苗移栽種植方式平均為2.0 mm，年最多為5.0 mm，最少為0.0 mm；直播種植平均為12.0 mm，較育苗移栽種植方式平均偏多10.0 mm，且年最多為15.2 mm，最少為8.8 mm。日照時數：育苗移栽種植方式平均為30.9 h，年最多為49.8 h，最少為5.6 h；直播種植平均為37.0 h，比育苗移栽種植方式平均偏多6.1 h，且年最多為49.3 h，最少為26.8 h。表明直播種植除播種期平均氣溫低于育苗移栽外，其他要素均較育苗移栽偏高或偏多。

2.3.3 苗期 從表4可以看出，育苗移栽方式，苗期溫均平均值為9.1 ℃，年最高9.9 ℃，最低8.6 ℃，而直播種植方式，苗期均溫平均值為6.6 ℃，較育苗移栽偏低2.5 ℃，且年最高 7.7 ℃，最低5.8 ℃。0 ℃以上積溫：育苗移栽平均為 1 333.1 ℃，年最多1 421.9 ℃，最少1 276.5 ℃；直播種植平均為 742.5 ℃，較育苗移栽偏少590.6 ℃，且年最多848.1 ℃，最少614.6 ℃。降水量：育苗移栽平均為 209.6 mm，年最多319.4 mm，最少121.5 mm；直播種植平均為201.1 mm，較育苗移栽減少8.5 mm，且年最多289.1 mm，最少127.1 mm；日照時數：育苗移栽平均為660.3 h，年最多839.4 h，最少 563.3 h；直播種植平均為495.2 h，較育苗移栽偏少165.1 h，且年最多512.8 h，最少486.1 h。表明直播種植在苗期所有氣象要素均較育苗移栽偏低或偏少。

2.3.4 蕾薹期 從圖1至圖4可以看出，2004—2012年蕾薹期均溫平均值為8.8 ℃，各年變化區間在7.2～10.2 ℃，均值以下共有4年，反映平均氣溫正以每年0.2 ℃的速度在下降；0 ℃ 以上積溫平均為271.2 ℃，變化區間在211.3～328.2 ℃，并呈現出兩峰和兩谷態勢，且以每年0.41 ℃的速度在緩慢增加；降水量平均為84.6 mm，年變化區間在 30.9～141.7 mm，其中前5年均在100 mm以下，但近4年中有3年（2009年、2011年、2012年）超過了100 mm，趨勢以每年7.7 mm在增多；日照時數平均為129.3 h，變化區間在109.0～171.4 h，其中6年集中在120～140 h之間，趨勢正以每年1.1 h的速度在減少。由此看出蕾薹期平均氣溫、日照時數隨氣候變化呈下降或減少趨勢，但0 ℃以上積溫和降水量卻在逐步上升或增多過程中。

2.3.5 開花期 從圖1至圖4可以看出，開花期9年均溫平均值為16.4 ℃，各年變化范圍在14.6～18.8 ℃，趨勢變化平緩，9年間僅上升0.2 ℃；0 ℃以上積溫平均為826.1 ℃，變化范圍在731.4～950.9 ℃，其中前6年鋸齒狀變化明顯，即1年多1年少，但后3年變為2年少1年多，且以每年10.0 ℃的速度在減少；降水量平均為128.4 mm，年變化在34.7～246.2 mm，其中100 mm以上的有6年，占66.7%，趨勢為每年減少11.8 mm；日照時數平均為309.4 h，變化范圍在 259.6～384.8 h，其中300 h以上的有5年，占55.6%，趨勢以每年1.4 h的速度在緩慢增多?？梢婇_花期平均氣溫、日照時數隨氣候變化呈上升或增多趨勢，但0 ℃以上積溫、降水量卻呈現出快速下降和顯著減少趨勢。

2.3.6 成熟期 從圖1至圖4可以看出，2004—2012年成熟期均溫平均值為21.8 ℃，各年變化范圍在20.6～24.1 ℃，趨勢總體變化平緩，每年約降低1.1 ℃；0 ℃以上積溫平均為 245.0 ℃，變化區間在123.3～380.8 ℃，高低差達到257.5 ℃，說明各年之間變化劇烈，其中前5年保持在260 ℃附近，但后4年中有3年超過了370 ℃，說明該生育階段積溫上升速度非常顯著，達到每年20.7 ℃的速度；平均降水量為31.9 mm，變化范圍在4.4～55.2 mm，呈現出兩頭多中間少的態勢，其中30 mm以上有6年，占66.7%，趨勢正以每年 1.4 mm 的速度在小幅增多；平均日照時數為67.6 h，變化區間在19.7～124.0 h，整個過程呈現出階梯上升態勢，上升速度達到每年9.2 h。表明成熟期平均氣溫隨氣候變化呈緩慢下降趨勢，但0 ℃以上積溫、降水量、日照時數均呈現出上升或增多趨勢，其中積溫和日照時數的表現更加突出。

3 不同生育期農業氣象災害影響

油菜一生中最害怕的農業氣象災害有：苗期低溫凍害、

開花期低溫、灌漿成熟期高溫逼熱、連陰雨、寒潮、暴雨、大雪等。不同各生育期江蘇金壇油菜發生的農業氣象災害見表5、 表6。

3.1 連陰雨（5 d以上）

從表5可以看出，連陰雨在各生育期都有發生，其中出現次數最多的是苗期，共19次，基本為1年2次，持續時間最長達10 d，出現在2006年1月12—21日；其次為蕾薹期和開花期，分別為7次和4次，基本達1年1次和2年1次，蕾薹期持續時間最長為12 d，出現在2009年2月22日至3月5日，開花期持續時間最長為6 d，出現在2004年4月29日至5月4日；最少為播種期和成熟期，各出現1次?？梢娺B陰雨是苗期、蕾薹期、開花期的主要災害天氣，其中對漬害敏感性依次為蕾薹期、開花期、苗期[5-6]。

3.2 寒潮

寒潮過程主要發生在苗期、蕾薹期、開花期（表5），共計29次，其中苗期占21次，蕾薹期、開花期分別占6次和2次。苗期最大降溫幅度在8.0～11.7 ℃，最低氣溫達-5.2 ℃，年最多出現4次；蕾薹期最大降溫幅度在9.0～12.2 ℃，最低氣溫達-0.1 ℃，年最多出現2次，且隨時間變化有減少趨勢；開花期最大降溫幅度在8.2～9.4 ℃，最低氣溫達2.5 ℃，年最多出現2次。表明寒潮影響最大的以苗期和蕾薹期為主。

3.3 暴雨

暴雨主要出現在苗期、開花期，共3次，其中苗期1次，開花期2次。苗期最大降雨量為50.7 mm，出現在2005年11月5日；開花期最大降雨量為55.2 mm，出現在2006年4月21日（表5）。暴雨影響明顯小于連陰雨和寒潮天氣，但開花期的突發暴雨應給予重視。

3.4 大雪

大雪天氣（24 h降雪量≥5 mm）主要出現在苗期（表5），共9次，發生頻次基本為2年1次以上，且出現時間大多集中在1月下旬至2月中旬，其中2008年1月26—28日為連續 3 d 暴雪，降雪量累計達到了51.8 mm，積雪深度31 cm?？梢姶笱┗虮┭┑念l發，對苗期的影響將越來越大。

3.5 苗期低溫凍害

苗期低溫凍害是指氣溫降至-3～-5 ℃狀態，葉片開始受凍，-7～-8 ℃受害較重，如伴有大風出現，凍害更加嚴重。2011年苗期后期，油菜受到低溫（最低氣溫-9.5 ℃）影響，葉片遭到嚴重凍害。統計歷年日最低溫度≤-5 ℃的天數、最低溫度、連續天數等（表6）。從表6可以看出，2004—2012年共出現39 d低溫天氣，其中2012年最多，為8 d；日極端最低溫度為-9.5 ℃，出現在2011年；連續低溫天數最多為4 d，出現在2012年，并且苗期低溫凍害隨時間有加重趨勢，其中年天數由2004年的2 d增加到2012年的8 d，低溫值也明顯走低，由2004年的-6.4 ℃降到2011年的-9.5 ℃，連續發生天數由3 d也增加至4 d。

3.6 開花期低溫

開花期低溫是指開花期氣溫驟降至5 ℃油菜將停止開花，0 ℃ 以下的低溫或冰天雪地可受凍致死，甚至整個花序、花蕾枯萎脫落。從表6可以看出，2004—2012年開花期內，金壇試驗田從未出現0 ℃以下低溫，最低氣溫為0.6 ℃，出現在2010年；5 ℃以下低溫出現年份共有6年，占總年份的66.7%，其中低溫連續在5 ℃以下的有3年，分別為2009年 2 d （2次）、2010年3 d、2011年3 d（2次），表明開花期油菜受0 ℃凍害較輕，但5 ℃以下低溫影響較大，并且隨著氣候變暖變得愈加明顯。

3.7 灌漿成熟期高溫逼熟

高溫逼熟是指油菜灌漿成熟期日最高氣溫≥30 ℃，造成高溫逼熟以致減產。從表6可以看出，歷年油菜自開花至成熟≥30 ℃高溫天氣總共出現了45 d，最多為14 d，出現在2011年，因而造成該年油菜籽千粒質量大幅下降和產量下降；其次為2008年、2012年，各5 d。最高溫度為36.5 ℃，出現在2011年，其次為35.0 ℃，出現在2009年，最低的為 31.6 ℃，出現在2007年。連續≥30 ℃的天數最多5 d，出現在2011年，其次為2008年、2009年，各4 d，最少的為2007年，1次也沒有出現。由此看出，高溫天氣在不斷增多，表明高溫逼熟災害有加重的趨勢。

4 油菜不同生育期綜合氣象指數等級劃分和氣象災害預警指標的確定4.1 油菜不同生育期氣象指數等級的劃分

應用SPSS軟件提供的中位數聚類法[7]和Excel軟件提供的散點圖分類等，對影響金壇油菜生長的主要氣象要素，如日平均氣溫、日照時數、生育期降水量、生育期雨日數等進行密集區、次密集區、稀疏區的劃分，并以此初定為氣象條件適宜與否的量化區間，以播種期日平均氣溫為例，2004—2012年播種期累計58 d，經過中位數聚類分析后，所得到的氣溫密集區、次密集區、稀疏區分別對應于>15～

結合專家調查、文獻查閱[8-11]，以及參照油菜歷年生育期農業氣象條件普查和生育期氣象條件的分析等，對所劃分的區間進行適當調整，最終得到各生育期不同氣象要素最適宜、較適宜、不適宜的劃分區間，并分別對應等級1級、2級、3級（表7）。

各生育期綜合氣象指數等級的確定，是基于各氣象要素等級基礎上，采取“多數優先、對等取中”的原則，即不同氣象要素等級相同時，氣象指數等級取同級；當各自等級不同時，以多數為準，否則取中間等級，同樣以播種期為例，當日平均氣溫、生育期降水量、生育期雨日數同均處1級、最適宜時，綜合氣象指數等級則為1級，表示最適宜；當日平均氣溫、生育期降水量、生育期雨日數分別出現2級、2級、3級時，根據多數優先原則，綜合氣象指數等級則為2級，表示較適宜。

4.2 油菜不同生育期氣象災害預警等級的確定

根據各生育期氣象災害影響程度分析，結合2004—2012年間金壇油菜試驗田災情普查情況，如2004年成熟期受降水多及持續大風影響，油菜角果不飽滿、空角較多、千粒質量明顯下降、產量明顯下降；2008年苗期油菜接連受到強寒潮和連續暴雪侵襲，造成油菜嚴重受凍，旱地油菜葉柄折斷，漬害十分嚴重；2012年蕾薹期出現連續低溫寡照天氣，致使油菜根系活力受到影響，生育期也相應推遲1周以上，同時參考相關文獻[12-14]和農業專家的指導意見，歸納和確定了油菜各生育期不同農業氣象災害1級、2級、3級（輕度危害、中度危害、重度危害）的預警閾值，結果見表8。油菜不同生育期最終綜合預警等級的確定，規定以不同氣象災害中最高預警級別為準，譬如油菜苗期中同時出現了大雪、連陰雨、寒潮、低溫凍害4種不同災害，且各自預警最高級別分別為1、2、2、3級，根據規定，生育期綜合預警等級為3級，表示可能出現重度危害。

5 結論與討論

本研究對2004—2012年江蘇省金壇市氣象局試驗田觀測到的油菜生育資料及同時期氣象資料進行了對比分析，結果表明，育苗移栽種植的油菜播種時間較直播栽培早1個月，出苗時間早10～30 d，但現蕾之后二者時間上逐漸實現同步；全生育期平均時長230 d，但直播種植比育苗移栽平均少 27 d，生育期中以苗期時間最長，達全生育期的57%，其次為開花期，達全生育期的13%，最少的是播種期，不足全生育期的3%。

育苗移栽和直播栽培種植時間的不同，不僅造成2種種植方式油菜在全生育期、播種期、苗期時長上的不同，而且導致各自氣象要素也出現了明顯差異，就全生育期而言，前者較后者平均氣溫偏高1.0 ℃、0 ℃以上積溫偏多528.5 ℃、日照時數偏多142.5 h，降水量基本接近。蕾薹期、開花期、成熟期基本不受種植方式的影響。

油菜生長過程中遇到的農業氣象災害眾多，但各生育期影響程度不同。（1）連陰雨是苗期、蕾薹期、開花期的主要災害天氣；（2）寒潮影響最大的是苗期和蕾薹期；（3）暴雨在苗期和開花期偶有出現，影響相對較小，開花期突發暴雨要給予重視；（4）大雪或暴雪頻發，對苗期影響越來越大；（5）苗期低溫凍害隨時間有加重趨勢，開花期受低溫影響幾率減??；（6）高溫逼熟災害有明顯加重趨勢。

應用SPSS軟件中位數聚類法、Excel軟件散點圖分類法、專家調查法、文獻查閱法，結合生育期農業氣象條件普查、生育期氣象條件分析結果等，劃分出不同氣象要素如平均氣溫、日照時數、降水量等在各生育期的適宜與否區間，分最適宜、較適宜、不適宜3級表示，并基于“多數優先、對等取中”的原則，最終確定各生育期的綜合氣象指數等級。

根據各生育期氣象災害影響程度分析，結合歷年油菜災情普查，并參考大量相關文獻和農業專家的指導意見，歸納總結出油菜各生育期不同農業氣象災害預警閾值，分3級表示，即輕度、中度、重度。各生育期綜合預警等級的確定，則以不同氣象災害中預警最高級別的為準。

參考文獻：

[1]陳秀斌. 不同熟期油菜品種在早晚播下生長發育及產量比較研究[D]. 武漢：華中農業大學，2013：13-40.

[2]湯 亮，朱 艷，劉鐵梅，等. 油菜生育期模擬模型研究[J]. 中國農業科學，2008，41（8）：2493-2498.

[3]楊永龍，王潤元，劉明春，等. 高海拔山區油菜生育期對積溫的響應及其在區劃中的應用[J]. 江蘇農業科學，2012，40（5）：55-58.

[4]官春云. 2008年低溫冰凍災害對湖南油菜生長發育和產量的影響[J]. 中國油料作物學報，2008，30（增刊）：6-8.

[5]宋豐萍，胡立勇，周廣生. 漬水時間對油菜生長及產量的影響[J]. 作物學報，2010，36（1）：170-176.

[6]伊淑麗，徐洪志，廖淑梅，等. 油菜濕害及其防治措施研究進展[J]. 南方農業，2012，6（1）：83-85.

[7]薛 薇. 統計分析與SPSS的應用[M]. 北京：中國人民大學出版社，2001：225-236.

[8]吳利紅，婁偉平，柳 苗，等. 油菜花期降水適宜度變化趨勢及風險評估[J]. 中國農業科學，2011，44（3）：620-626.

[9]黃淑娥，祝必琴，辜曉青，等. 鄱陽湖地區油菜生產氣象條件分析與種植氣候區劃[J]. 江西農業大學學報，2009，31（5）：945-949.

[10]童明達，王文軍. 氣象條件對油菜生產影響分析研究[J]. 上海農業科技，2008（6）：64-66.

[11]葉海龍，吳海鎮. 氣象因子預測油菜盛花期的探討[J]. 浙江農業科學，2013（9）：1080-1081.

[12]陸魁東，彭莉莉，黃晚華，等. 氣候變化背景下湖南油菜氣象災害風險評估[J]. 中國農業氣象，2013，34（2）：191-196.

[13]王 斌，榮維國，何 金，等. 干旱對油菜生長發育的影響及應對管理措施[J]. 現代農業科學，2009，16（6）：180-181.

[14]杜春芳，咸拴獅，李建勛，等. 晉南地區油菜主要氣象災害與減災避災對策[J]. 山西農業科學，2010，38（8）：57-60.

肖榮英，胡建濤，董守兵，等. 豫南地區油菜專用配方肥的施用效果[J]. 江蘇農業科學，2015，43（10）：91-93.