隆回煙區烤煙生育期氣溫及降水特征分析

程昌合，陳 頤，江智敏，劉光輝，姚雪梅，楊虹琦，粟陽萌

（1. 浙江中煙工業有限責任公司，浙江 杭州310009；2. 湖南農業大學生物科技學院 煙草科學與健康重點實驗室，湖南 長沙410128；3. 湖南省煙草公司邵陽市公司，湖南 邵陽422000）

在全球氣候變化大趨勢下，我國各地氣候變化有明顯的地區性差異，且不同類型氣候區的氣候變化存在明顯的空間和時間的差異[1-2]。煙草是適應性很強的經濟作物，但其對生態條件的變化十分敏感，生態環境的變化不僅影響煙草的形態特征和農藝性狀，而且還直接影響煙葉的產質量，邱雪柏等[3]利用氣候傾向率和累積距平率對遵義縣1961～2011年的氣溫和降水量進行研究，結果表明遵義煙區6～8月溫度適宜，月均降雨量能滿足烤煙需求，而9月中旬氣溫低于烤煙生長適宜溫度，不利于烤煙成熟期干物質的合成和積累。朱顯靈等[4]研究表明，三明煙區1～7月的月平均氣溫基本上維持在17～19 ℃，平均降水量為150～210 mm，均比較適宜于烤煙生產。但未見針對烤煙產區各生育期氣溫和降水等農業氣候特征及變化規律的研究報道。

隆回縣位于湖南省西南部，地處亞熱帶季風濕潤氣候帶，四季分明，是湖南省烤煙的主產區之一，其特有的氣候條件對烤煙品質的形成至關重要，尤其是烤煙大田生育期的氣溫和降水量，對煙葉品質有較大影響。由于煙葉是煙株感受外界環境的主要器官之一，因而對環境變化的反應十分敏感，各生育期的氣候變化必然對烤煙的外觀及感官評吸產生一定影響[5-6]。為了探索隆回煙區烤煙不同生育期的農業氣候特征及其變化規律，以隆回縣近30 a 的氣溫和降水量氣象資料為例，采用時間序列分析法中的線性回歸分析和Pettitt 突變檢測，分析隆回煙區烤煙不同生育期氣溫和降水量的特征，包括氣候傾向率和突變分析，為該煙區的氣候變化檢測以及煙葉可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

隆回煙區位于湖南省中部稍偏西南，地理坐標為東經110°15′～110°38′，北緯27°～27°40′。地處中亞熱帶季風性濕潤氣候區，四季分明、氣候溫和、雨量集中，多年平均氣溫11～17 ℃，年平均無霜期281.2 d，多年平均降水量1 427.5 mm。

1.2 氣象資料來源

研究所用的氣象資料（1981～2013年的逐日平均氣溫和逐日平均降水量）由隆回縣氣象局提供。將氣象資料按照烤煙苗期（播種至移栽）、伸根期（移栽至團棵）、旺長期（團棵至現蕾）、成熟期（打頂至采收）的時間劃分為4個階段進行農業氣候特征分析。隆回煙區苗期大致在每年12月下旬到次年3月中旬，伸根期大致在每年3月下旬到4月中旬，旺長期大致在每年4月下旬到5月中旬，成熟期大致在每年5月下旬到7月中旬，煙葉大田生育期約120 d，其中伸根期30 d，旺長期30 d，成熟期60 d。

1.3 分析方法

1.3.1 氣候傾向率 在氣象學中，可以用氣象要素的時間序列與自然數數列之間的相關系數，來反映要素的長期傾向性變化，可以建立y 與ti 之間的一元線性回歸方程[7-8]：

式中：y（t）為氣象要素的擬合值，t 為時間序列；回歸系數a 和常量b 用最小二乘法估計，氣象傾向率為a×10，其含義為氣象要素每10年的變化速率。若氣候傾向率大于零，說明該氣象要素隨時間t 的增加呈上升趨勢；氣候傾向率大于零，說明隨時間的增加呈下降趨勢。

1.3.2 Pettitt 突變點檢測 氣候突變是氣候運動漸變過程的中斷，是從一個相對穩定態到另一相對穩定態的不連續跳躍現象，表現在時空上就是統計特性顯著變化[9]。研究采用Pettitt 法對氣溫和降水進行突變檢測[10]。

對于樣本容量為n 的氣候序列x1，x2，…，xn，其對應的秩序列為r1，r2，…，rn，則構建統計量：

其中，Sk為檢驗結果，如果在某年出現突變，則：

其中，E 為出現突變的年份。

2 結果與分析

2.1 隆回煙區烤煙生育期年平均氣溫變化趨勢分析

隆回煙區各生育期平均氣溫變化趨勢如圖1 所示。1981～2013年間隆回煙區在烤煙苗期、伸根期、旺長期和成熟期的氣溫變化范圍分別為5.71～10.75 ℃、13.90～18.26 ℃、18.05～22.85 ℃和24.53～27.01 ℃，平均（指該生育期時間段的統計結果，下同）氣溫分別為7.88℃、16.08℃、20.59℃和25.78℃。由此可見，隆回煙區從12月份底到次年3月中旬的苗期段均溫遠遠低于15℃。前人眾多研究表明，煙草地上部分生長最適溫度范圍為22～28℃；煙草苗期溫度降至1～2℃將導致幼苗死亡，10～13℃時煙苗基本停止生長[11]。因此，苗期低溫是隆回煙區煙葉生長發育影響最大的制約因素，將導致育苗期過長、煙苗纖弱、抗逆性差、不能確保移栽期等問題出現。可采取設施育苗方式，通過增加育苗池水溫來提升環境溫度，從而滿足烤煙苗期所需溫度。

隆回煙區3月下旬到4月中旬的伸根期段均溫未達到22～28 ℃的最適生長溫度范圍，表明隆回煙區移栽期與團棵期低溫是影響烤煙生長的主要障礙因素。由于移栽期到團棵期這段時間是決定烤煙最終葉片數的關鍵時期，也是容易發生“低溫早花”導致葉片數減少的危險時期，因此隆回煙區在烤煙伸根期需采取覆膜移栽和營養調控等手段防止烤煙“早花”。

由圖1 中平均氣溫與時間序列擬合的趨勢線可知，隆回煙區各生育期平均氣溫的變化趨勢呈相同線性變化，且都通過了95%的顯著性檢驗。隆回煙區在烤煙苗期、伸根期、旺長期和成熟期的氣候變化傾向率分別為0.679℃/10a、0.690℃/10a、0.176℃/10a 和0.136℃/10a。這說明隆回煙區各生育期未來10年內的平均氣溫均呈明顯上升趨勢，其中苗期和伸根期氣溫上升較為明顯，旺長期和成熟期氣溫上升幅度較小。由5年的滑動平均來看，烤煙旺長期和成熟期氣溫的增長趨勢將有所放緩。

2.2 隆回煙區烤煙生育期年平均降水量變化趨勢分析

隆回煙區各生育期年平均降水量變化趨勢如圖2所示。1981～2013年間隆回煙區在烤煙伸根期、旺長期和成熟期的降水量波動范圍分別為74.3～252.4 mm、65.6～268.9 mm 和223.4～587.1 mm，平均降水量分別為142.3 mm、158.9 mm 和364.6 mm。由此可見，隆回煙區降水量主要集中在烤煙成熟期，是其他時期的2 倍以上。研究表明，烤煙旺長期和打頂后生理成熟期是烤煙需水量最大的時期，也是改善煙葉細胞結構，促進上部葉開片的最佳時期[12]。因此，把隆回煙區烤煙旺長期和生理成熟期盡可能調整到6月份，是優化煙葉等級結構，促進上部煙葉開片的一個有效手段。

圖1 1981～2013年隆回煙區各生育期年平均氣溫變化曲線及線性趨勢

由圖2 中平均降水量與時間序列擬合的趨勢線可知，隆回煙區各生育期的線性變化趨勢均未通過95%顯著性檢驗。隆回煙區在烤煙伸根期、旺長期和成熟期的降水量變化傾向率分別為-6.77 mm/10a、18.95 mm/10a和-9.98 mm/10a。這表明隆回煙區伸根期和成熟期未來10 a 內的降水量均表現出下降趨勢，而旺長期表現出上升趨勢。

2.3 隆回煙區烤煙生育期氣溫及降水量趨勢突變分析

采用非參數統計檢測法Pettitt 對隆回煙區烤煙生育期的氣溫和降水量序列進行了突變點檢驗分析，結果表明，氣溫方面，隆回煙區在烤煙育苗期和伸根期的氣溫時間序列出現了增大的突變，其中烤煙育苗期氣溫突變檢驗通過了0.05 顯著水平，突變點在1994年；烤煙伸根期氣溫突變通過了0.01 顯著水平，突變點在1997年（見圖3）。降水量方面，隆回煙區在烤煙伸根期和成熟期呈現出減小突變，在烤煙旺長期呈現出增大突變，但各生育期降水量時間序列突變檢測均未通過顯著水平。

圖2 1981～2013年隆回煙區各生育期年平均降水量變化曲線及線性趨勢

圖3 隆回煙區育苗期和伸根期平均氣溫變化及突變點

3 結論與討論

研究利用線性回歸方法和Pettitt 檢驗法對隆回煙區烤煙生育期近30 a 的氣溫和降水量變化特征進行分析。氣溫方面，隆回煙區烤煙生育期平均氣溫均呈現上升趨勢，其中育苗期、伸根期、旺長期和成熟期的上升速率 分 別 為0.679℃/10a、0.690℃/10a、0.176℃/10a 和0.136℃/10a，顯著高于我國近30 a 的年平均氣溫變化速率0.22 ℃/10a[13-14]，表明今后的平均氣溫有利于縮短隆回煙區苗期和移栽還苗的時間。但目前隆回煙區的育苗期和伸根期的氣溫變化范圍為5.71～10.75 ℃、13.90～18.26 ℃，表明隆回煙區在育苗期務必進行增溫處理，來保證育苗大棚的溫濕度，以縮短苗期時間；而在移栽后特別要注意積極配套蓋膜措施，以便煙苗正常生根生長。

氣候突變現象是指氣候變化的不連續性的跳躍，是普遍存在氣候系統中的一個重要現象，突變檢測對煙葉生產中預防不利氣候有著十分重要的現實意義。隆回煙區在烤煙育苗期和伸根期出現了氣溫突變點，其中育苗期的突變點發生在1994年，即從1994年開始，其后的多年平均氣溫為8.30 ℃，比前一段時期的多年平均氣溫7.16 ℃高出1.14 ℃；伸根期的突變點發生在1997年，并且均是由寒轉暖的趨勢。由此可見，在全球變暖的背景下，中緯度附近煙區普遍表現出時間和空間上氣溫上升的變化[15-16]，在育苗期和伸根期隆回煙區表現出相同的趨勢。

降水量方面隆回煙區的烤煙伸根期、旺長期和成熟期的降水量變化趨勢為-6.77 mm/10a、18.95 mm/10a 和-9.98 mm/10a，烤煙旺長期上升明顯，而烤煙伸根期和成熟期下降明顯，但均未達到顯著水平。在烤煙的整個大田生育期中，在一定范圍內，伸根期降水減少有利于根系的發展，可為旺長期打下良好的基礎；而旺長期降水增加有利于莖葉的迅速生長；成熟期降水量減少也有利于提高煙葉的質量。隆回煙區近30 a 間各生育期降水量突變點均未達到顯著性水平，即不存在降水量突變。

綜上所述，加強煙區氣溫和降水量預測分析，完善烤煙各生育期氣象監測體系，為煙葉生產提前做好防范，可以最大限度地減少變異氣候對煙葉生產的帶來的不利影響。

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