嚴(yán)志雁 蘇小波 吳輝 等

摘要：【目的】建立煙草還苗期氣象風(fēng)險量化評估方法，為煙草移栽日期的確定提供參考?！痉椒ā亢Y選光、溫、水等3個影響還苗期煙草植株生長的主要?dú)夂蛞蛩?，利用歷史氣象數(shù)據(jù)和煙草還苗期的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，采用模糊隸屬度函數(shù)建立基于氣象因子的煙草還苗期氣象風(fēng)險量化評估模型，并分析江西省宜黃縣2010—2017年煙草移栽日的氣象風(fēng)險?！窘Y(jié)果】模型計算出的移栽日單因素風(fēng)險（低溫風(fēng)險、降水風(fēng)險和連陰風(fēng)險）普遍低于移栽月的風(fēng)險均值，從單因素角度能較好地解釋往年移栽日期的選擇;模型計算出的移栽日往年氣象綜合風(fēng)險普遍低于該月風(fēng)險均值，符合選擇移栽日期的要求。模型評估的氣象綜合風(fēng)險與煙草移栽后成活天數(shù)相關(guān)系數(shù)達(dá)0.748?！窘Y(jié)論】基于模糊隸屬度建立的模型可定量描述煙草移栽日的氣象風(fēng)險，為確定煙草移栽日期提供量化參考。

關(guān)鍵詞： 煙草;氣象風(fēng)險;模糊隸屬度模型;移栽日期

中圖分類號： S572.045? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）02-0315-08

Abstract：【Objective】The purpose of this study was to establish a quantitative assessment method for meteorological risk in tobacco seedling stage， and to provide reference for deciding transplant date of tobacco. 【Method】In this paper， the climatic factors（light， temperature and water） affecting the growth of tobacco seedlings were screened. Based on historical meteorological data and meteorological forecast during tobacco seedling stage， a membership function of fuzzy mathematics was used to establish the quantitative evaluation model of meteorological risk in the tobacco seedling stage based on meteorological factors. The meteorological risk during tobacco transplanting period in Yihuang， Jiangxi 2011-2017 was analyzed. 【Result】The single-factor risks during transplanting period（low temperature risk， precipitation risk， continuous cloudy risk） calculated by the model was mostly lower than the average of the risks in the transplanting month. The model could explain the selection of transplanting date in previous years from the perspective of single factor. The meteorological comprehensive risk calculated by this model was mostly smaller than the monthly average risk， which met the requirement of selecting the transplanting date. The correlation coefficient between the comprehensive meteorological risk and the survival days of tobacco after transplanting was 0.748. 【Conclusion】The meteorological risk assessment model based on fuzzy membership degree can describe the meteorological risk of the tobacco transplanting day quantitatively， and it provide reference for determining the date of tobacco transplanting.

Key words： tobacco; meteorological risk; fuzzy membership degree; transplanting date

0 引言

【研究意義】農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險評估是評估農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害事件發(fā)生及其導(dǎo)致農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、品質(zhì)降低可能性的過程（李世奎等，2004）。煙草移栽后的還苗期氣候條件對煙苗成活和根系生長具有重大影響，量化評價移載后還苗期內(nèi)7～10 d的動態(tài)氣候風(fēng)險，對于規(guī)避移栽后遭遇氣象災(zāi)害，保障煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有學(xué)者以大田試驗及多年氣象災(zāi)害資料為基礎(chǔ)，參照不同氣象災(zāi)害指標(biāo)，基于風(fēng)險概率建模，或構(gòu)建指標(biāo)核心的層次分析模型、情景模擬的動態(tài)風(fēng)險仿真模型（霍治國等，2003;姚曉紅等，2008）。Jiang等（2009）采用模糊綜合評價法（FCA）、簡單模糊分類法（SFC）和模糊相似法（FSM）對馬來西亞吉蘭丹市的洪水災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行了評價和驗證。Zhao等（2012）采用層次分析法和證據(jù)理論對玉米旱災(zāi)風(fēng)險評估進(jìn)行了研究。徐慶凱等（2013）討論了平均氣溫、降雨和日照時數(shù)3組要素，分析江西省主產(chǎn)煙區(qū)的氣候特征，并比較各縣煙草生長季節(jié)氣候特點(diǎn)及其與國內(nèi)外主產(chǎn)煙區(qū)煙草生產(chǎn)氣候條件的異同，提出江西煙草生產(chǎn)上必須注意揚(yáng)長避短，或采取相應(yīng)的防范措施。操筠（2014）基于自然災(zāi)害系統(tǒng)理論，選取致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力4個因子構(gòu)建氣象災(zāi)害風(fēng)險評估模型，并利用GIS技術(shù)實現(xiàn)煙草氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃，從空間上規(guī)避風(fēng)險。孟丹等（2015）也依據(jù)災(zāi)害學(xué)系統(tǒng)理論，綜合考慮氣候條件、地理地形、社會經(jīng)濟(jì)狀況等因素，利用GIS平臺對鄂西煙草種植氣象災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行評價與區(qū)劃。還有一些學(xué)者分析了移栽日期氣候因子對煙草產(chǎn)量或品質(zhì)的影響（王克占等，2009;李軍民等，2012;張志高等，2014;Zeng et al.，2017）?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究主要注重在整個作物生育周期的氣候或不同區(qū)域氣候的風(fēng)險評價，缺少短期、動態(tài)的氣候風(fēng)險評價，這些研究對確定作物移栽日期范圍有一定意義，但無法指導(dǎo)生產(chǎn)者確定具體移栽日期。因此，需要建立一種短期、動態(tài)的煙草還苗期風(fēng)險評價模型以輔助種植者選擇移栽日期。【擬解決的關(guān)鍵問題】江西省撫州市宜黃縣是撫州煙區(qū)的重要產(chǎn)區(qū)之一，氣候溫暖，光照充足，雨量充沛，無霜期長。針對依靠經(jīng)驗確定煙草移栽日期難以量化氣象災(zāi)害風(fēng)險的問題，本研究以宜黃煙區(qū)為例，采用溫度、降水量和日照時數(shù)為煙葉氣候影響因子，利用風(fēng)險隸屬度函數(shù)量化候選移栽日期的氣象風(fēng)險值，為確定移栽日期提供參考。

1 氣象風(fēng)險評價方法與指標(biāo)

1. 1 風(fēng)險評價方法

模糊綜合評價是一種以一個模糊集合表示評價結(jié)果的多因素決策方法。美國控制論教授扎得在《模糊集》的論文中指出：若對論域（研究的范圍）U中的任一元素x都有一個數(shù)A（x）∈[0，1]與之對應(yīng)，則稱A為U上的模糊集，A（x）稱為x對A的隸屬度，當(dāng)x在U中變動時A（x）就是一個函數(shù)，稱為A的隸屬函數(shù)（李洪興和汪培莊，1994）。隸屬度A（x）越接近于1，表示x屬于A的程度越高，A（x）越接近于0，表示x屬于A的程度越低。用取值于區(qū)間[0，1]的隸屬函數(shù)A（x）表征x屬于A的程度高低。

本研究假設(shè)對于選定的煙草移栽日期的氣候參數(shù)而言，溫度參數(shù)存在風(fēng)險隸屬函數(shù)F（T），降水參數(shù)存在風(fēng)險隸屬函數(shù)F（R），光照參數(shù)存在風(fēng)險隸屬函數(shù)F（S），對于任何一組F（T）、F（R）和F（S），存在煙草生長綜合風(fēng)險F（T，R，S）。本研究以溫度、降水和光照3個風(fēng)險函數(shù)綜合貢獻(xiàn)為理論基礎(chǔ)，構(gòu)建煙草氣候綜合影響函數(shù)如公式（1），定量描述溫度、降水和光照因子對還苗期煙草生長的危害程度。

F（T，R，S）=αF（T）+βF（R）+δF（S） （1）

其中，F(xiàn)（T，B，S）為綜合風(fēng)險指數(shù)，α、β和δ分別表示各評價指標(biāo)的權(quán)重，F(xiàn)（T）為溫度風(fēng)險評價函數(shù)，F(xiàn)（R）為降水風(fēng)險評價函數(shù)，F(xiàn)（S）為光照風(fēng)險評價函數(shù)，F(xiàn)（T）、F（R）和F（S）均為歸一化數(shù)值，其分級取值范圍見表1中F值范圍。α、β和δ為影響權(quán)重，因無法區(qū)分3個因素對災(zāi)害的貢獻(xiàn)程度，本研究假設(shè)上述3個因素風(fēng)險貢獻(xiàn)相同，α、β和δ均為1。

1. 2 氣象風(fēng)險評價指標(biāo)選取

煙草還苗期（從移栽到成活）的氣象條件對煙草生產(chǎn)極為重要。研究表明，還苗期要求溫度高、雨水少，移栽時陰間多云或有小陣雨天氣有利于煙苗根系恢復(fù)生長（秦鐵偉等，2012;楊園園等，2013）。宜黃煙區(qū)煙草移栽時間定于每年的2—3月，此時為春寒、倒春寒和暴雨多發(fā)季節(jié)，若出現(xiàn)連續(xù)低溫，將影響煙株的正常生長發(fā)育，使株形矮縮，葉片數(shù)減少，甚至早花。

煙草生產(chǎn)尤其強(qiáng)調(diào)煙葉質(zhì)量，光、溫和水是影響煙葉質(zhì)量的主要?dú)夂蛞蜃樱懹篮悖?007;王建偉等，2011;李龍等，2013）。煙草還苗期的光、溫、水等氣象因子直接影響煙葉生長、最終產(chǎn)量和品質(zhì)。光、溫和水在煙草還苗期造成的傷害體現(xiàn)為連續(xù)低溫造成的冷害、降水、持續(xù)降水和連續(xù)陰天光照不足（簡稱連陰）。參考前人對光、溫和水3個氣象因子造成的災(zāi)害程度（楊亞等，2011;操筠，2014;孟丹等，2015），采用層次分析法結(jié)合專家打分確定氣象因素對煙草災(zāi)害的分級，建立災(zāi)害分級指標(biāo)體系（表1）：（1）低溫冷害，煙草在還苗期易受低溫冷害的影響;選取前期低溫冷害影響因子，即2—3月日平均氣溫≤10 ℃的累計天數(shù)。（2）降水和持續(xù)降水，煙草在還苗期易受漬澇災(zāi)害的影響，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28592—2012《降水量等級》（中國氣象局，2012）和專家對本地排澇水平的打分確定分級。（3）連陰，在2—3月，定義光照時數(shù)<0.5 h的天氣過程為一次連陰天。

1. 3 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究所用的歷史氣象數(shù)據(jù)來自江西省氣象信息中心收集的宜黃縣站點(diǎn)近22年（1996—2017年）的氣象觀測數(shù)據(jù)。氣象預(yù)報數(shù)據(jù)來源于中國天氣網(wǎng)（http：//www.weather.com.cn/）。宜黃縣煙草數(shù)據(jù)來源于江西省煙草公司撫州市公司。

采用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和制圖。

2 氣候因子風(fēng)險評價模型

2. 1 溫度風(fēng)險評價模型

2. 1. 1 溫度風(fēng)險評價分析 煙草在整個大田生長周期需要足夠的溫度才能產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)煙葉。煙草在10～35 ℃均能生長，最適宜溫度為25～28 ℃，低于10 ℃將停止生長（錢益亮等，2013）。宜黃縣近22年2—3月的平均氣溫如圖1所示，日平均氣溫在2月底3月初降到10 ℃以下，說明春寒和倒春寒在此時期普遍存在，影響煙草移栽。歷史最高溫度未超過28 ℃，不存在高溫災(zāi)害。煙草在還苗期如遭遇霜凍將大面積減產(chǎn)，如遭遇2次霜凍，煙草將絕收。研究區(qū)域歷史上未發(fā)生過霜凍等極端天氣情況，因此本研究僅從持續(xù)低溫角度開展宜黃縣煙草還苗期溫度風(fēng)險評價。

2. 1. 2 持續(xù)低溫評價模型 以表1中低溫風(fēng)險分級為標(biāo)準(zhǔn)，選擇被評估日期過去10 d和未來5 d的預(yù)報數(shù)據(jù)共15 d氣象數(shù)據(jù)中日平均氣溫小于10 ℃的連續(xù)累積天數(shù)為自變量d，即d=f（T），其中T為日均溫，如公式（2）。構(gòu)建被評估移栽日期的日均溫風(fēng)險隸屬度函數(shù)F '（d），如公式（3）。

3 結(jié)果與分析

3. 1 各年度氣候綜合風(fēng)險值結(jié)果

將宜黃縣站點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)代入公式（2）～公式（11），計算出煙草種植的低溫風(fēng)險F（T）、降水風(fēng)險F（R）、連陰風(fēng)險F（S），然后代入公式（1），計算近8年煙草還苗期氣候綜合風(fēng)險值F（T，R，S），結(jié)果如表2、圖4～圖10所示。表2中還列舉了移栽后煙苗成活率達(dá)80%以上的天數(shù)。在SPSS 22.0中計算綜合風(fēng)險值與移栽至成活天數(shù)兩組數(shù)據(jù)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，系數(shù)值為0.748，在置信度（雙測）為0.05時相關(guān)性顯著，即移栽后煙苗成活率達(dá)90%所需天數(shù)與該時期的綜合風(fēng)險具有較強(qiáng)相關(guān)性，兩組數(shù)據(jù)的年度趨勢如圖11。

3. 2 各年度氣候評價

3. 2. 1 從各氣象因子的風(fēng)險角度分析 由表2可知，（1）低溫風(fēng)險：2014—2017年煙草移栽日的低溫風(fēng)險F（T）大于該年3月均值，因此在該日移栽煙苗不是最佳。但移栽日后的低溫風(fēng)險均逐漸降低，該日移栽煙苗可接受。（2）降水風(fēng)險：2014—2016年降水風(fēng)險F（R）大于該年3月均值，在該日移栽煙苗不是最佳。從圖7和圖8可看出，降水風(fēng)險在移栽日后急劇減少，該日移栽煙苗可接受。（3）連陰風(fēng)險：移栽日的連陰風(fēng)險F（S）在各年份均小于該年3月均值，說明從連陰風(fēng)險角度歷年移栽日選擇均較合理。

3. 2. 2 從氣象綜合風(fēng)險角度分析 由表2可知，2016年煙草移栽日的氣象綜合風(fēng)險大于該月風(fēng)險均值，從圖9可看出，該年3月綜合氣象風(fēng)險保持在較低水平，且移栽日后的綜合風(fēng)險逐漸降低。除2016年外，研究區(qū)域其余各年份煙草移栽日的氣象綜合風(fēng)險均小于該月風(fēng)險均值，說明各年份的煙苗移栽日期可接受。其中，2010—2013年，各項風(fēng)險指標(biāo)均小于該月均值，且逐漸降低，說明各年份的煙苗移栽日期選擇達(dá)最佳效果。

4 討論

多年來，研究人員廣泛采用農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險評估來比較分析作物生長的氣候條件差異和優(yōu)劣，這些農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險評估函數(shù)僅給出氣候條件的風(fēng)險程度，未依據(jù)實際情況進(jìn)行多氣象因子綜合、動態(tài)、實時的風(fēng)險評估。本研究提供了一種短期氣象風(fēng)險預(yù)測的方法，便于煙草種植者選擇氣象綜合風(fēng)險較小的日期將煙草從溫室移栽至大田。

本研究方法預(yù)測的短期氣象綜合風(fēng)險與煙苗移栽后的成活天數(shù)相關(guān)系數(shù)達(dá)0.748，具有較強(qiáng)相關(guān)性，說明氣象綜合風(fēng)險可用于描述煙草移栽后的存活風(fēng)險。從各年度氣候評價中可看出，煙草實際移栽日單因素風(fēng)險（低溫風(fēng)險、降水風(fēng)險和連陰風(fēng)險）普遍低于移栽月份的均值，小部分高于移栽月均值，其原因是后期風(fēng)險急劇降低且不影響煙苗生長，因此該模型從單因素角度能較好解釋往年移栽日期的選擇;研究區(qū)域8年中有7年的煙草移栽日氣象綜合風(fēng)險均小于該月風(fēng)險均值，說明各年份的煙苗移栽日期可接受，僅有1年因綜合氣象風(fēng)險保持在較低水平例外。因此，采用本研究方法計算的短期氣象風(fēng)險來輔助確定移栽日期具有可行性。

本研究提出的氣象風(fēng)險評估方法仍有改進(jìn)空間：（1）本研究僅選取常見且可直接獲得的溫度、降水和光照3個因子，今后研究可按氣象災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)來選取指標(biāo);（2）各氣象因子或氣象災(zāi)害對煙草損失的貢獻(xiàn)程度需要進(jìn)一步研究;（3）在下一步的研究中，可采用更為精細(xì)的作物生長模型的方法來建立風(fēng)險評價模型。

5 結(jié)論

利用模糊隸屬度函數(shù)對煙草還苗期氣象風(fēng)險進(jìn)行量化評估，可為確定移栽日期提供量化參考，盡可能規(guī)避氣象風(fēng)險。

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（責(zé)任編輯 麻小燕）