氣候變化對云南耿馬甘蔗生長發育的影響

鐘楚，周臣，李金惠，陳紹華，魯正剛

（1.云南省農業氣象與衛星遙感應用中心，昆明650034；2.云南省臨滄市耿馬縣氣象局，耿馬677500）

調查研究

氣候變化對云南耿馬甘蔗生長發育的影響

鐘楚1，周臣2，李金惠2，陳紹華2，魯正剛2

（1.云南省農業氣象與衛星遙感應用中心，昆明650034；2.云南省臨滄市耿馬縣氣象局，耿馬677500）

以耿馬縣1984—2006年甘蔗和同期氣象觀測資料，分析了甘蔗生長發育的變化，以及氣候變化對甘蔗生長發育的影響。結果表明，播種—發芽期積溫和日照時數與發育天數有較強的正相關關系，其次是降水量，平均氣溫的升高則對成熟后的莖鮮重有一定的負影響。發芽—莖伸長期氣溫升高縮短了發育天數，并降低了莖高，積溫對發育天數有較強的正效應。莖伸長—莖成熟期積溫和日照對發育天數的正影響較大，而隨著降水量的下降，莖高和莖鮮重均下降。整個生育期積溫和日照對甘蔗發育的正作用較大，而氣溫的負作用較大。在氣候暖干化加劇的背景下，應提高甘蔗栽培和管理水平，加強抗性品種的選育工作和抗旱保墑措施。

甘蔗；氣候變化；生長發育

耿馬傣族佤族自治縣地處云南西南邊陲，位于東經98°48'～99°54'，北緯23°20'～24°02'，屬熱帶和亞熱帶低緯季風氣候，年平均氣溫19.0℃，降水量1342 mm，日照時數2208 h，平均相對濕度70%以上，干濕季分明，雨熱同季，有利于發展熱帶和亞熱帶農業。耿馬是云南最大的植蔗縣和最重要的蔗糖基地，也是2008—2015年國家甘蔗優勢產業布局規劃重點縣，全縣43.8%的財政收入來源于蔗糖產業，甘蔗種植惠及2.2萬農戶10萬余蔗農，2008/2009年榨季甘蔗種植面積2.8萬hm2，產糖16.8萬t。

自工業革命以來，全球氣候發生了巨大變化，如氣溫升高、干旱加劇、海平面上升等。研究表明[1]，云南省在近半個多世紀以來氣候發生了明顯變化，尤其是20世紀80年代開始，氣溫增加明顯，而以90年代之后升溫更加劇烈。環境因子對甘蔗質量的影響已有一些報道[2]，歐釗榮等[3]和陳恩波[4]分別對海南和云南玉溪歷年甘蔗氣象條件和產量進行了分析，譚宗琨等[5]也對廣西寒害凍害對甘蔗影響的機理及環境因素進行了分析，但氣象因子對甘蔗生長發育的影響研究較少[6]。文章利用耿馬縣近20多年的甘蔗和氣象觀測資料，分析了氣候變暖背景下，甘蔗的生長發育期以及相應時期的平均氣溫、積溫、降水量和日照時數等的變化，并分析了甘蔗生長發育與氣候變化的關系。其結果對認識耿馬氣候變化對甘蔗的影響，為當地制定氣候變化背景下甘蔗的生產措施具有一定的科學意義。

1 數據來源與處理

1.1 數據來源

數據來源于云南省臨滄市耿馬傣族佤族自治縣氣象局，包括1984—2006年新植甘蔗的生育期、莖高、莖鮮重等的農業氣象觀測資料和相應時期地面氣象站的氣象觀測資料。氣象站位于99°24′E，23°33′N，海拔1104.9 m。每年的甘蔗觀測地不固定，在氣象站周邊3 km內農戶甘蔗地中進行觀測，海拔高度與氣象站相差小于100m，氣象站觀測的氣象數據可以代表觀測地情況。

將甘蔗發育期分為播種期、出芽期、分葉期、莖伸長期和莖成熟期5個主要時期。由于分葉期部分數據缺測，因此以出芽期、莖伸長期和莖成熟期作為主要分析時期。甘蔗生育期數據主要包括播種日期和各生育期之間間隔天數，莖高分別測定莖伸長期末和莖成熟期末莖的長度（貼地面處至最上一片展開葉片的基部之間的長度，cm），單莖鮮重為砍后莖的鮮重量（g），相應時期的氣象資料主要有各生育期平均氣溫、總積溫、降水量、降水日數和日照時數等。

1.2 數據分析

數據分析在Microsoft Excel 2003和DPS v7.05 for Windows數據處理系統中進行。

2 結果與分析

2.1 耿馬基本氣候特征

2.1.1 平均氣溫狀況耿馬月平均氣溫在5—9月較高且相對穩定（圖1），最冷月在1月，平均氣溫為12.2℃；最熱月在6月，平均氣溫23.5℃。1、4、7和10月平均氣溫分別為12.2、21.3、23.2和20.0℃，表明耿馬四季不分明。耿馬年平均氣溫19.1℃，秋、冬季平均氣溫較低，分別為19.4和13.0℃，春、夏季分別為20.8和23.3℃。平均氣溫標準差冬季最大，春、秋季次之，夏季最小，與我國大部分地區月平均氣溫的變化一致。與云南省整體氣候特征一樣，耿馬干、雨季特點明顯。干季平均氣溫15.7℃，雨季平均氣溫為22.5℃，干季平均氣溫標準差明顯大于雨季。

2.1.2 氣候變化特征如圖2所示，1959—2010年耿馬年平均氣溫大致經歷了兩個暖期和1個冷期。第一個暖期持續時間較短，出現在60年代，有6年平均氣溫距平≥0℃（0.0～0.2℃），此期間最冷年份的氣溫距平為0.4℃。氣溫在60—70年代下降，70—80年代為冷期，氣溫距平-1～0℃，1971年最冷（-1℃），其次為1976年（-0.8℃）。80年代氣溫開始上升，耿馬從90年代開始進入第二個暖期，持續時間較長，氣溫上升趨勢明顯，氣溫距平為0.0～1.3℃，以2005年和2010年最高，分別為1.3℃和1.2℃。

2.2 歷年甘蔗生長發育變化

歷年甘蔗普遍（≥50%植株）進入各生育期的日期見表2?？梢钥闯?，甘蔗播種期呈延后趨勢，1984—1993年播種期為1月下旬至3月中旬，而1994年以后絕大多數年份的播種期在3月下旬至5月上旬（2001年和2002年除外）。發芽期和分葉期也相應推后，但莖伸長期和莖成熟期變化不大。對各生育期之間的間隔天數分析表明（圖3），播種—發芽期間隔天數先下降后上升，在1992—1999年間隔天數較少，僅30～53d，其它年份該生育期的間隔天數為33～90d。發芽—莖伸長期的間隔天數呈下降變化，以90年代中期以后變化明顯。莖伸長—莖成熟期的間隔天數變化不大，在147～211d之間波動。甘蔗整個生育期（從播種至莖成熟期）天數呈略下降趨勢。

圖1 耿馬1959—2009年月平均氣溫變化

表1 耿馬1959—2009年季度及年平均氣溫

圖2 耿馬1959—2010年年平均氣溫距平變化

表2 歷年甘蔗各生育期日期

圖3 歷年甘蔗各生育期間隔天數

圖4 歷年甘蔗各生育期莖高和莖鮮重

圖5 歷年甘蔗各生育期平均氣溫

圖6 歷年甘蔗各生育期積溫

圖7 歷年甘蔗各生育期降水量

莖伸長期和莖成熟期甘蔗莖高以及成熟后莖鮮重呈下降趨勢（圖4）。莖伸長期莖高在1984—1999年波動變化較平穩，從2000年開始出現持續下降。莖成熟期莖高則在1984—1996年波動變化平穩，從1997年開始下降明顯。莖鮮重在1985年、1987年和1988年較高，1989—1997年下降明顯，但1998—2006年較穩定，在666～826 g之間。從1996年開始，莖鮮重與莖成熟期莖高變化一致。

2.3 歷年甘蔗生育期氣候變化

2.3.1 平均氣溫和積溫發芽—莖伸長期和莖伸長—莖成熟期平均氣溫變化不大，有較弱的上升趨勢，但播種—發芽期平均氣溫上升變化明顯，尤以1994年后氣溫增加明顯（圖5）。甘蔗整個生育期（播種—莖成熟，下同）氣溫變化不大，與莖伸長—莖成熟期平均氣溫變化相似。

播種—發芽期積溫呈先下降后上升的變化，低值在90年代，從90年代中后期開始逐漸上升，進入21世紀以后上升更加明顯（圖6）。發芽—莖伸長期積溫下降趨勢明顯（R=0.6382**），90年代中期以前波動較大，為1006.9～2413.6℃，而90年代中期以后變化較小，在1000～1500℃左右。莖伸長—莖成熟期積溫變化較小，大致在3300±400℃附近波動，2005年積溫最高，達4731.7℃。整個生育期總積溫在80—90年代略呈下降變化，但進入21世紀后有所上升。

2.3.2 降水量與降水日數各生育期降水量和降水日數的變化基本一致（圖7和圖8）。播種—發芽期降水量和降水日數呈上升變化，發芽—莖伸長期在1984—1996年變化較大，降水量最少0.0 mm（1992年），最大達819.3 mm（1988年），降水日數最少0d，最多74d。1997年以后則降水量和降水日數都變化較小，其中降水量167.7～616.0 mm，降水日數10～57d。莖伸長—莖成熟期降水量和降水日數呈下降趨勢，其中降水量在1992年后降低明顯，降水日數在1996年之前減少較大，但之后變化較小。整個生育期降水量最低884.0 mm，最高達1747.5 mm，總體略呈下降趨勢。

2.3.3 日照時數播種—發芽期和發芽—莖伸長期日照時數先下降后上升，播種—發芽期日照時數在80—90年代下降明顯，90年代后期開始增加，發芽—莖伸長期則在90年代中期較低，90年代后期開始與播種—發芽期變化相似，日照時數呈上升趨勢（圖9）。莖伸長—莖成熟期日照時數則波動變化不大。整個生育期日照時數變化較小，略有下降趨勢。最低日照時數1207.4 h，最大為2116.2 h。

2.4 氣候變化與甘蔗生長發育的關系

如表3所示，播種—發芽期間隔天數與該時段積溫和日照時數極顯著正相關，與降水量顯著正相關。發芽—莖伸長期間隔天數與該時段平均氣溫呈顯著負相關，而與積溫呈極顯著正相關。莖伸長—莖成熟期間隔天數與該時段積溫和日照時數呈極顯著正相關。播種—莖成熟的整個生育期間隔天數與整個生育期的平均氣溫呈顯著負相關，而與積溫和日照時數極顯著正相關。

莖伸長期莖高與發芽—莖伸長期平均氣溫、降水量和日照時數均呈負相關，其中與平均氣溫負相關顯著，而與積溫呈不顯著的正相關。莖成熟期莖高與莖伸長—莖成熟期平均氣溫、積溫、降水量呈正相關，與日照時數呈負相關，其中與降水量相關顯著。單莖鮮重與播種—發芽期平均氣溫呈顯著負相關，與莖伸長—莖成熟期降水量呈極顯著正相關。

圖8 歷年甘蔗各生育期降水日數

圖9 歷年甘蔗各生育期日照時數

表3 各發育期氣候與甘蔗生長發育的相關性

3 小結與討論

3.1 氣溫變化對甘蔗生長的影響

氣溫是影響甘蔗生長的首要因素，對甘蔗有效伸長期的長短起主導作用[7]。分析表明，播種—發芽期平均氣溫、發芽—莖伸長期平均氣溫以及整個生育期平均氣溫分別與甘蔗莖鮮重、發芽—莖伸長期的間隔天數和莖伸長期莖長以及整個生育期的長度呈顯著負相關，說明近年來平均氣溫的上升對甘蔗的生長發育進程有促進作用，尤其是縮短了發芽—莖伸長期的間隔天數，不利于莖的伸長，對后期物質的積累也有潛在的不利影響。

積溫是影響甘蔗生長和產量的一個關鍵因子。各生育期階段和整個生育期積溫對甘蔗的生長發育進程都有極顯著的影響，表現為隨積溫的增加或減少，生育期間隔天數也增加或減少。如圖3和圖6所示，各生育期間隔天數與積溫具有相似的變化。

3.2 降水變化對甘蔗生長的影響

甘蔗在不同時期對水分的需求不同，干旱明顯降低甘蔗莖的生長和鮮重[8]。分析結果表明，降水量在播種—發芽期和莖伸長—莖成熟期對甘蔗的生長有顯著影響。播種—發芽期正值耿馬雨季來臨之前，此時甘蔗所需的水分占整個生育期需水量的比例最小，而隨著該時期降水量的逐漸增加，對甘蔗的發育進程的影響也越來越大。但由于氣溫對莖伸長期甘蔗生長的調控作用非常明顯，因此，整個生育期降水對甘蔗生長的影響相對較小。莖伸長—莖成熟期降水量主要對莖高和莖鮮重有顯著影響。莖成熟期正值耿馬雨季末期和干季中期，干季降水量僅有全年降水量的20%左右，容易發生干旱災害。隨著莖成熟期降水量的下降，莖高和莖鮮重下降明顯。莖伸長期和莖成熟期是甘蔗物質同化和轉化的重要時期，由于莖伸長期氣溫上升對莖生長已產生了不利影響，因此，莖成熟期降水量的下降必然進一步將這種不利影響放大，最終影響莖的鮮重。

3.3 日照變化對甘蔗生長的影響

日照時數對播種—發芽期、莖伸長—莖成熟期和整個生育期甘蔗的生育進程有極顯著的調控作用。80—90年代日照時數減少，甘蔗發育間隔天數亦下降，近年來發育間隔天數又隨日照時數的增加而增加，二者變化一致。莖伸長—莖成熟期日照時數和甘蔗生育期間隔天數在1984—1989年、1994—2003年之間變化也相似。日照時數的增加，可延長甘蔗進行光合作用的時間，提高碳水化合物的制造、貯存和輸送。但從分析結果可以看出，日照時數對莖高、莖鮮重均沒有顯著影響，可能氣溫、降水對甘蔗影響掩蓋了日照對甘蔗的作用。

從以上分析可以看出，近20多年來耿馬縣氣候變化明顯，并已對甘蔗的生長發育產生了顯著影響。同時可以看出，甘蔗各發育時期的主導氣候影響因子不同。在播種—發芽期，積溫和日照時數對發育天數有較大影響，其次是降水量，平均氣溫則對莖成熟后的鮮重有一定的影響。發芽—莖伸長期則氣溫對發育天數和莖高的負作用最大，積溫對發育天數有較大的正效應。莖伸長—莖成熟期積溫和日照時數對發育天數影響較大，降水則主要影響莖的生長和鮮重。整個生育期積溫和日照時數的正作用較大，氣溫的負作用較大。各生育期內氣象因子之間的關系亦較復雜，因此有必要進一步通過設置試驗來進行深入研究。

根據耿馬氣候的變化趨勢及氣象因子與甘蔗生長發育之間的關系可以推測，若未來氣溫持續升高，將可能縮短甘蔗的生育期，尤其是莖伸長期。莖成熟期若干旱（冬春旱）加劇，則會影響甘蔗的生長和物質的積累，可能造成甘蔗的減產，并對來年甘蔗的生長產生不利影響。因此，在未來甘蔗生產中，應提高栽培管理水平，加強抗性品種的選育工作和抗旱保墑措施。

[1]程建剛，解明恩.近50年云南區域氣候變化特征分析[J].地理科學進展，2008，27（5）：19-26.

[2]劉子凡，楊福孫.環境因子對甘蔗質量的影響及對策[J].華南熱帶農業大學學報，2003，9（3）：21-26.

[3]歐釗榮，譚宗琨，陳匯林，等.影響海南省甘蔗產量的氣象條件分析研究[J].安徽農業科學，2008，36（13）：5366-5367，5470.

[4]陳恩波.影響云南省玉溪市甘蔗產量的氣象條件[J].安徽農業科學，2007，35（25）：7731-7732，7760.

[5]譚宗琨，丁美花，楊鑫，等.利用MODIS監測2008年初廣西甘蔗的寒害凍害[J].氣象，2010，36（4）：116-119.

[6]吳炫柯，劉永裕，劉梅.氣象因子對甘蔗莖伸長的影響[J].氣象，2008，34（6）：116-118.

[7]關志明.甘蔗產量與大伸長期氣象要素的統計分析[J].甘蔗糖業，1984（9）：49-52.

[8]陸國盈，韓世健，楊培忠，等.甘蔗伸長中后期干旱脅迫對產量和工藝品質的影響效應[J].廣西蔗糖，2002（4）：3-7.

Effects of Climate Change on Growth and Development of Sugarcane in Gengma，Yunnan Province

ZHONG Chu1，ZHOU Chen2，LI Jin-hui2，CHEN Shao-hua2，LU Zheng-gang2
（1.Agricultural Meteorology&Remote Sensing Application Center of Yunnan Province，Kunming 650034，China；2.Gengma Meteorological Bureau of Lincang，Yunnan Province，Lincang 677500，China）

The effects of climate change on sugarcane growth and development were analyzed by using the sugarcane and meteorological observation data in the same season from 1984 to 2006，in Gengma County，Yunnan Province.The results showed that there was a significant positive relationship between three factors（cumulative temperature，sunshine hour and rainfall）and developmental days from seeding to germination period of sugarcane，but as increasing temperature a negatively influence on fresh weight of sugarcane stalks after maturation.Increased temperature shortened developmental days and decreased sugarcane stalks height in stalk elongation period.The cumulative temperature may positively effect on developmental days.Both cumulative temperature and sunshine hour were positive correlated with developmental days，whereas，as rainfalls dropped，both stalk height and stalk fresh weight were decreased in maturation period.In the whole development period of sugarcane，cumulative temperature and sunshine hour were positive，but temperature was a negative correlativity to sugarcane development.The results suggested that under the globe climate warming，sugarcane cultivation and management levels should be improved and breeding of resistant variety and drought-relief measures were also needed.

sugarcane；climate change；growth and development

S566.1；S16

A

1007-2624（2011）03-0038-05

2011-02-22

鐘楚（1985-），男，湖南省郴州市人，助理工程師，碩士，主要從事農業氣象與氣候變化研究。