当前世界环境

介绍

雨养农业在印度农业和经济中占有重要地位。在全球范围内，印度在雨养条件下的可耕种面积最大，达到7110万公顷，雨养生态系统的产品价值最大^1、2．本次调查的研究区域是奥里萨邦的肯德拉帕拉地区，那里70%以上的农民依赖农业和相关活动。Venkateswarlu和Prasad^3.他认为，雨养农业生态系统在印度农业中发挥着关键作用，拥有种类繁多的作物、种植系统和农林业。然而，由于厄尔尼诺/ENSO活动的盛行，印度夏季风的年际变率也对降雨农业构成了高风险，并且发现海温异常与奥里萨邦西南季风降雨之间存在负相关⁴．降雨是具有高度空间和暂时性变化的天气要素等人,⁵报告说，降雨量的任何变化都直接影响到肯德拉帕拉地区农业社区的生计，该地区94%的人口居住在农村地区。农业产量也会受到影响，因为在雨量充沛的年份，作物生长的关键阶段也会出现干旱。因此，关于降雨模式、其可变性和概率的系统信息为作物选择、采用更好的农艺实践和设计不同的雨水储存结构铺平了道路^{6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}并在储存结构中保存多余的雨水，以便在干旱时期利用^13、14．例如，r的周、月、季节间和季节内分布等降雨特征^一个在雨水灌溉的农业生态系统中，雨季开始、结束的日期和雨季长度对获得好收成非常重要。¹⁵最重要的是，作物生长季节的季风开始日期使农民能够做出更好的作物管理决策^{15、16、17、18岁}．许多研究人员通过对奥里萨邦不同地区的降雨概率、趋势、暴雨事件和雨季长度的分析来表征降雨特征^19、20．然而，对Kendrapara地区每周降雨概率和雨季开始以及规划街区一级种植模式的研究是有限的。因此，为了弥补这一差距，本研究通过每周、每月和季节性降雨概率分析，并通过计算雨季的开始、结束和持续时间，来确定奥里萨邦Kendrapara不同地区更好的作物规划。

材料与方法

研究地点的描述

肯德拉帕拉区位于奥里萨邦中部沿海平原和丘陵农业气气候区，总地理面积2640公里²．该地区位于奥里萨邦东海岸，北纬22º21′至20º47′，东经86º15′至87º03′之间。由于有河流，这个地区拥有丰富的水资源即,摩诃拿底、婆罗门、白陀拉尼、喀拉斯罗塔、露娜和卡兰迪亚。除了这些主要河流外，约有19条小河(当地称为nallas,•或gullias)也流经该区的九个街区，在季风季节，由于高强度降雨、碟形地形和潮汐侵蚀，洪水相当常见。Kendrapara区的9个街区如图1所示。水稻是这一时期的主要作物雨季而豆类和油籽作物则在季节期间种植拉比夏季需用残余土壤水分或补充灌溉。根据Kendrapara的区域灌溉计划，Kendrapara和Pattamundai街区的灌溉设施达到100%，其次是Derabis (92%)， Marshaghai(85%)和Aul (72%)雨季季节²¹．灌溉面积最少的是Rajnagar区块(20%)，其次是Mahakalpara(25%)和Rajkanika(35%)。

图1:研究区域-奥里萨邦的肯德拉帕拉地区 点击此处查看图

降雨量数据

为了进行降雨分析，从奥里萨邦降雨监测任务网站(https://rainfall.nic.in/login.asp)收集了肯德拉帕拉县所有9个街区26年(1994 - 2019)的日降雨量数据。日雨量资料已转换为周、月、季[雨季(June-Oct),拉比(11月至2月)，夏季(3月至5月)]及按年计算。本研究采用的方法见流程图(图2)。使用MAKESENS (Microsoft-EXCEL模板)计算Mann-Kendall检验²²．

图2:本研究使用的方法流程图。 点击此处查看图

初始概率和条件概率

基于马尔可夫链概率法计算干周和湿周概率²³．在本研究中，湿周是指降雨量大于20毫米的一周，如果周降雨量小于20毫米，则被认为是干周。下面的公式(公式1&2)被用来求出一周下雨的概率。

式中，P (W) =一周下雨的初始概率，F (W) =下雨周的频率，

N =考虑用于分析的总年数。

在那里,=前一周为湿周的条件概率;

F (W/W) =前一个湿周的频率;F (W)=湿周频率

可靠降雨概率

采用Weibull公式(Eq 3)计算不同概率水平下的可靠降雨量。

式中P为%概率;m =排名，N =使用数据的年数。

将各年份的月降雨量和季节降雨量按升序排列，并进行排序，然后估计百分比概率(P)。在目前的研究中，月度和季节性(雨季,拉比分别计算出20%、50%和80%的降雨概率，并将其称为高、中、低风险。Bhakar等人,²⁴报告了80%概率的降雨可以被安全地认为是可靠的降雨，而50%概率水平的降雨是承担任何风险的最高可能性。

计算雨季的开始、结束和持续时间

按照Kothari提议的程序等．,²⁵利用周降雨量资料了解雨季的开始、结束和持续时间。通过转发积累(20+21+…+ 52周)，每周降雨量可达75 mm。雨季的开始周被确定为每周降雨量为75毫米，因为这一降雨量是准备土地和播种作物所需的^25日,26日．由于炎热的夏季普遍存在的长时间干旱，土壤一定已经达到了它的萎蔫点。整地和旱作作物播种将很容易，每周一次降雨量为75毫米，因此以前的研究人员选择了这个开始标准。Mandal等人,²⁷还利用每周75毫米的降雨量来确定西孟加拉邦Sagar岛旱作水稻的播种起始周。一周倒积20毫米雨量(52+51+50+.....)+35周)被认为是找出雨季的退出。在季风消退的情况下，20毫米的累积降雨被认为是必要的，这足以为水稻后的作物做好准备²⁸．雨季的长度是用雨季开始的周数减去雨季结束的周数得出的。此外，在不同的概率水平上估计雨季开始周、结束周和周长度。

结果与讨论

不同区域的降雨量变化

各区的月平均雨量显示，七月和八月是全年最潮湿的月份。这两个月分别贡献了全年降雨量的16- 20%，其次是9月(15-18%)、6月(11-15%)和10月(11-13%)。值得注意的是，在Garadapur区块，9月份的降雨量占全年总降雨量的18%，高于7月份的16%。其余月份，除5月份外，其余各区的降雨量均在20-60毫米之间(表1)。

由于孟加拉湾的对流活动或低压系统，五月录得105毫米(Garadapur地块)至126毫米(Derabis地块)雨量。这种降雨可以有效地用于夏耕和种植绿肥作物，以改善土壤的物理、化学和生物特性。Rautaray等人。²⁹发现5月中旬至6月中旬是播种的最佳时机田葵绿肥它将帮助农民减少无机肥料，并应对印度东部地区土壤健康恶化和环境退化。雨季是一个主要的作物生长季节，每年降雨量(AR)的75-78%。Kendrapara区块的降雨量最高(1221毫米)，其次是Rajnagar区块(1196毫米)，Garadapur区块(1080毫米)和Mahakalpara区块(1095毫米)的降雨量最低。拉比季节是一年中最干燥的季节，降雨量占全年的8-10%，而夏季的降雨量为12-15%。

月及季节雨量趋势

Mann-Kendall趋势检验结果显示，4、5、6、10、11月，Kendrapara区各街区均无显著趋势(表1)。但在7 - 9月，Kendrapara区多个街区均有显著的上升趋势，而在12 - 3月，Kendrapara区多个街区均有显著的下降趋势。

季节降水趋势表明，除Pattamundai外，全区各区块均呈显著减少趋势拉比的季节。在夏季，Derabis、Kendrapara、Rajnagar和Rajkanika区块的降雨量也有明显的减少趋势。与此同时，9个街区中有4个，如德拉比斯、马哈卡尔帕拉、马沙和Pattamundai，在2015年呈显著增长趋势雨季季节(图3)。期间雨量增加趋势雨季季节提供了收集和储存多余雨水的机会，并可以在干旱期间有效利用拉比季节降水呈显著减少趋势。

表1:1994-2019年奥里萨邦肯德拉帕拉地区不同街区的月平均降雨量及其趋势。

月	也是如此	Derabis	Garada 咕噜咕噜叫	Kendrapara	Mahakal 帕拉	Marshaghai	Pattamundai	Rajkanika	Rajnagar
1月	32 (2) D * *	38 (2) D * *	24 (2) D * *	29日(2) D * *	25 (2)	24 (2) D *	27 (2)	27 (2) D *	20 (1) D *
2月	34 (2) D * *	31日(2) D * * *	33 (2) D * * *	29日(2) D * * *	27 (2) D * *	32 (2) D * * *	24 (2) D * *	36 (2) D * *	21 (1) D * *
3月	50 (3)	50 (3) D *	38 (3) D *	45 (3)	41 (3)	37 (2)	41 (3)	48 (3)	39 (3)
4月	45 (3)	50 (3)	31日(2)	63 (4)	36 (3)	38 (3)	38 (3)	37 (3)	40 (3)
五月	124 (8)	126 (8)	105 (8)	128 (8)	112 (8)	113 (7)	120 (8)	110 (8)	124 (8)
6月	214 (14)	195 (12)	156 (11)	191 (12)	170 (12)	184 (12)	186 (13)	212 (15)	193 (13)
7月	264 (17)	286 (18)	219 (16)	315 (20)	284 (20) 我*	280 (19) 我*	281 (19) 我*	277 (19) 我* *	292 (19)
8月	270 (18)	271 (17) 我* *	267 (19)	283 (18)	249 (17) 我*	281 (19) 我* *	257 (18)	234 (16)	260 (17)
9月	232 (15) 我* * *	254 (16) 我*	251 (18)	251 (16)	216 (15) 我* * *	246 (16)	240 (16) 我* *	217 (15) 我* *	250 (16) 我*
10月	183 (12)	182 (12)	186 (13)	182 (11)	176 (12)	185 (12)	179 (12)	166 (12)	201 (13)
11月	51 (3)	58 (4)	46 (3)	51 (3)	59 (4)	58 (4)	40 (3)	50 (3)	60 (4)
12月	24 (2)	33 (2) D * *	35 (3) D * * *	28日(2) D * * *	28日(2) D * *	28日(2) D * * *	29日(2) D * *	27 (2) D * * *	33 (2) D * *

括号内的数值为每月的雨量占全年雨量的百分比;D-Decreasing趋势;I-Increasing趋势;*、**和***分别表示10%、5%和1%显著水平

图3:平均值(a)雨季(b)拉比(c) Kendrapara地区不同街区夏季季降水量及其变化趋势。 点击此处查看图

周降雨量的初始概率和条件概率

Kendrapara地区所有9个街区一周和连续两周降雨量> 20毫米的百分比概率如图4所示。总的来说，一周下雨的几率从1开始就很低^圣标准气象周(SMW)，在SMW 20-23期间，由于对流降雨/低压引起的季候风前降雨的发生，它缓慢回升至50%。24 ~ 25 SMW的周降雨量大于20 mm的概率在50% ~ 70%之间，因此播种作业可以在这几周内开始。在季风开始后，该区不同地区连续一周和两周潮湿的概率-从smw25到smw38上升至70%。在这几周内，通过径流产生的多余雨水可以储存在农场池塘中，并在干旱期间用于补充灌溉。同样，由于西南季风的停止，从smw41开始，湿周的概率下降了50%，到年底达到0%。

图4:Kendrapara地区不同街区一周内20毫米的初始和条件概率 点击此处查看图

表2列出了不同地区不同概率水平下的可靠降雨量。雨季季节性降雨的概率为20%，这表明该地区所有街区的降雨量都超过1400毫米，这甚至足以种植长期种植的水稻作物。然而，这种降雨量每10年只有2年，因此存在很高的风险。除Garadapur(961毫米)外，Kendrapara地区所有区块的降雨量都在1000毫米以上，概率为50%。保证80%的降雨量被认为是农业作物规划的最佳选择。古普塔等人,^30.还建议，在都恩河谷寻找适合雨季和冬季的种植系统，降雨概率为80%。在此概率水平下，预计香港的雨量为924毫米雨季只在肯德拉帕拉街区出售。降雨量最低的是Pattamundai(610毫米)，其次是Garadapur(631毫米)和Mahakalpara(639毫米)。在其他地区，季节降雨量在777毫米至848毫米之间变化，概率为80%。在80%概率水平上的保证降雨量表明，短期品种的旱作水稻种植可以在四个区块内完成即,肯德拉帕拉、拉杰那格尔、马沙尔和德拉比斯的降雨量在800毫米以上。在其他地区，降雨量从610毫米到779毫米不等，这表明，除非有额外的灌溉水源，否则雨养水稻种植是有风险的。全港各区预计雨量达80%拉比夏季很少，农民不能依靠降雨来满足作物对水的需求。它清楚地表明，在肯德拉帕拉地区，尽管所有的街区都有大约1000毫米的降雨，有50%的概率雨季如果农民能够将多余的雨水储存在集水结构中，以便在作物生长季节的干旱时期提供挽救生命的灌溉，他们就可以在雨养的情况下种植水稻，而不会有任何风险。此外，储存的水也可以使他们在短时间内获得脉冲/油籽作物拉比的季节。塞提等人,¹⁴研究发现，Kendrapara地区每年69%的径流发生在6月至9月期间，并建议将这些径流保存在雨水储存结构中，这些储存的水可以在干旱时期利用雨季季节以及在拉比还有夏季

表2:Kendrapara地区不同街区不同季节不同概率下的可靠降雨量(mm)。

块的名称	雨季			拉比			夏天
	20%	50%	80%	20%	50%	80%	20%	50%	80%
也是如此	1528	1036	777	265	92	42	369	174	130
Derabis	1643	1145	807	297	158	50	354	197	93
Garadapur	1610	961	631	189	98	24	265	162	53
Kendrapara	1555	1201	924	206	137	40	368	222	121
Mahakalpara	1410	1153	639	208	135	42	292	194	75
Marshaghai	1575	1156	846	281	116	31	309	172	86
Pattamundai	1628	1050	610	214	104	53	352	150	77
Rajkanika	1470	1080	779	243	97	36	269	189	97
Rajnagar	1524	1147	848	217	133	31	311	169	110

在Kendrapara地区的不同区域，23/24标准气象周(SMW)、24/25标准气象周和26/27标准气象周的雨季分别以20%、50%和80%的概率出现。Mahakalpara和Pattamundai区的雨季在39smw结束;在Derabis区块的41个SMW和其他区块的40个SMW中，概率为80%。与此同时，在43/44 SMW期间，雨季结束的概率为50%，概率为20%;该地区所有街区的平均温度为46米。从雨季的持续时间推断，雨季以20%的概率延长至23/24周(161-168天)。预计该地区不同街区交替年雨季的19/20周(133-140天)(50%的概率)。除德拉比斯区的雨季持续时间比其他区的雨季持续时间(16周- 112天)多一周外，其余区的雨季持续时间均为14-15周(98-105天)。分析表明，在旱作条件下，长生育期水稻(150 d)的种植风险较高;在肯德拉帕拉县，中等生育期水稻(125-135天)风险中等，而短生育期水稻(90-105天)风险较低。

表3:肯德拉帕拉地区不同街区雨季开始、结束和持续时间的概率。

块的名称	开始一周			退出周			雨季持续时间，以周为单位
	20%	50%	80%	20%	50%	80%	20%	50%	80%
也是如此	23	24	26	46	43	40	24	20.	15
Derabis	23	24	26	46	44	41	24	21	16
Garadapur	24	25	27	46	44	40	23	20.	14
Kendrapara	23	25	26	46	44	40	24	20.	15
Mahakalpara	24	25	26	46	43	39	23	19	14
Marshaghai	24	25	27	46	44	40	23	20.	14
Pattamundai	23	25	26	46	43	39	24	19	14
Rajkanika	23	24	26	46	43	40	24	19	15
Rajnagar	23	25	26	46	43	40	24	19	15

2000-2010年至2011-2019年肯德拉帕拉地区主要作物种植面积变化

一般来说，在肯德拉帕拉地区实行两个主要的种植季节，水稻是主要作物雨季季节和水稻/豆类/油籽作物期间拉比的季节。根据IRRI³¹报告称，奥里萨邦的作物多样化有所下降;到2014- 2015年，水稻、豆类和其他粮食作物分别占种植面积的80%、10%和10%。作物面积统计(奥里萨邦农业部农业统计)。&农民赋权，奥里萨邦政府)的肯德拉帕拉地区的水稻面积减少了4573公顷和2681公顷雨季和拉比(表4)。与此同时，在2010年和2019年，脉冲下的面积(+13502 ha)出现了激增拉比季节和下降面积(-321 ha)在脉冲下雨季的季节。下面的裁剪区域拉比与2000-2010年相比，近期(2011-2019年)油籽作物也减少了2799公顷。奥里萨邦政府发起的计划，比如针对印度东部的水稻休耕³¹奥里萨邦农业技术大学与相关部门合作，采取多管齐下的战略，以改善奥里萨邦的脉冲研究和推广，这可能是发病率上升的原因拉比近年来的脉冲面积。

表4:2001-2010年和2011-2019年肯德拉帕拉地区主要作物种植面积(公顷)的变化。

作物	期	雨季	拉比
帕迪	2000 - 2010	132475	4100
	2011 - 2019	127902	1419
	区别	-4573年	-2681年
总脉冲	2000 - 2010	325	64844
	2011 - 2019	31	78346
	区别	-321年	13502
总油籽	2000 - 2010	0	13483
	2011 - 2019	3.	10684
	区别	3.	-2799年
其他作物 (其他谷物、蔬菜、水果、香料、纤维和甘蔗)	2000 - 2010	17309	17162
	2011 - 2019	24267	22297
	区别	6958	5136

源：奥里萨邦农业统计，奥里萨邦政府农业和农民赋权部

作物规划和管理策略

本分析表明，在旱作条件下，smw24(6月11日至17日)短旱期耐旱性水稻(90-120天)如Kamesh和Satyabhama，特别是Rajnagar、Mahakalpara和Rajkanika区块，由于这些区块渠灌面积最小(20-35%)，可直接播种/苗圃播种。这将有助于整个过程中雨水的有效利用雨季8月和9月是作物的关键时期，如穗发育、开花和籽粒发育。在延迟播种的条件下，农民必须在smw26(6月25日至7月1日)直接播种，使用额外的短周期(90-100天)品种(Shabhagidhan和Vandhana)，以便在西南季风停止时收获作物。由于位于孟加拉湾附近，该地区容易发生洪水，而由于季风的变幻莫测，该地区容易发生干旱。为了应对这种情况，农民应该制定集水结构计划，以便在洪水期间排水和保存多余的雨水/洪水，并种植耐旱品种。

Kendrapara、Pattamundai、Derabis、marshahai和Aul等地区在灌溉条件下的净播种面积超过70%，可以种植中等(Satabdi、Rajalakshmi、Ajay、Satyakrishna、改良Lalat)和长生育期(Pooja、Reeta、CR Dhan 300、CR Dhan 701)水稻品种。在这种情况下，最好采用24号播种/ 28号移栽，这样农户在9月/ 10月之前可以充分利用雨水，此后可以通过渠水来满足灌溉需求。达斯³²明确指出，即使采用适当的作物管理措施，在smw29(7月16日至22日)之后的灌溉条件下播种旱稻和水稻移栽也会严重影响生产力。此外，他报告说，由于该邦这一地区经常发生洪水，水稻移植三到四次，即使在9月份也要继续移植，这导致了0.5-1.0吨/公顷的低产量。Subash等人,³³他还认为，如果比哈尔邦在8月份以后种植水稻，水稻产量将下降50%。像Swarna Sub-1、Reeta、Sarala和Durga这样的品种被建议用于存在浅层低地/半深层水淹生态系统的区块，以及抵抗水停滞条件长达几周或两周。

降雨分析表明，之后有充足的机会种植脉冲/油籽作物雨季在肯德拉帕拉地区，大约3.7万公顷的土地处于水稻休耕状态³⁴．播种/移植雨季水稻适时栽培短/超短生育期品种是水稻成功栽培的策略之一拉比脉冲作物，特别是在Rajnagar, Mahakalpara和Rajkanika街区。可以种植短周期脉冲作物(60-80天)，如绿克(OUM11-5, OBGG 52, IPM 02-3)和黑克(Prasad, Ujala和PU 31)³⁴利用西南季风停止后储存的土壤水分和10月份的雨水，收获好作物，增加农场收入。这是很有可能培养的拉比豆类和油籽作物，如花生，在该地区的其他街区寻找可用的灌溉来源。区内地下水整体开发阶段仅为53%，且各区块地下水状况安全，故各区块地下水的潜在利用是另一种选择³⁵．然而，在注意到咸水问题的地方，可以利用运河和地下水的联合利用。最重要的是，为农作物投保Pradhan Mantri Fasal Bima Yojana是一种有意识的选择，以保护由于洪水/干旱或任何其他自然灾害造成的作物歉收。

结论

对Kendrapara地区不同区块的降水(月、季、年尺度)分析表明，7月和8月是最湿的月份，占全年降雨量的16-20%;雨季季节降雨量约占75-78%。在这些区块中，Kendrapara和Garadapur在夏季的降雨量最高和最低雨季的季节。马尔可夫链初始和条件概率分析表明单周和连续两周出现20毫米降水的概率也大于70%。在6月至10月期间，肯德拉帕拉、拉杰纳加尔、马沙尔和德拉比斯地区的降雨量有80%的可能性超过800毫米，而其他地区的降雨量仅在610毫米至779毫米之间。Mann-Kendall趋势检验表明，土壤水分含量呈显著增加趋势雨季季节呈显著下降趋势拉比还有夏天。因此,在降雨过剩期间，将径流储存在集水结构中，以阻止洪水泛滥，并在种植季节的周期性干旱期间利用它，也可以用于拯救生命的灌溉拉比作物。不过，肯定会下雨今后的拉比而夏季的季节非常不确定，5月份不同地区的降雨量很大(105-126毫米)，可用于夏耕和种植绿肥作物田菁属sp。

雨季长度分析显示，在80%的概率水平上，只有14-16周，并且可以理解，在雨养条件下，长期水稻(150天)的种植风险很高;中期水稻(125 ~ 135天)风险中等，短期水稻(90 ~ 105天)风险较低。由于Rajnagar、Mahakalpara和Rajkanika区块的灌溉水源较少，smw24可以在这些区块播种短耕水稻(90-120天)。这将有助于有效利用可利用的雨水雨季保护雨季结束后的作物免受土壤水分胁迫。在其他有其他灌溉水源的地区，中期和长期水稻播种和插秧活动由SMW24和smw28完成，以避免因延迟播种而损失产量。在肯德拉帕拉地区的所有街区，利用10月份的降雨和保持土壤水分，可以种植短周期的豆类，如绿克、黑克和花生等油籽。然而,雨季为了获得好收成，应季水稻必须在最佳时机播种/移栽。

鸣谢

作者对所提出的研究作出了同样的贡献。作者要感谢ICAR -印度水管理研究所(布巴内斯瓦尔，奥里萨邦- 751023)主任为该研究所项目提供资金。

利益冲突

所有的投稿作者声明没有冲突的兴趣。

资金来源

作者声明:本研究工作没有资金或财政支持．

参考文献

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