五峰縣馬里蘭煙葉年產量氣象條件分析

張子明等

摘 要 對五峰1987-2012年各種氣象要素的特征進行分析，并用多元逐步回歸法對影響馬里蘭煙葉產量的氣象因子進行模擬研究。結果表明：五峰縣年平均氣溫14.3 ℃，在馬里蘭煙葉生長的大田期5-8月的平均氣溫均22.3 ℃。年平均降雨量1 322.5 mm，大田期5-8月的降水量充沛，占年降水的60%，年平均相對濕度77，全年風向以靜風出現最多，其頻次為40%，其中月平均風速達1.2 m/s，年光照時數為1 428.4 h，年蒸發量為957.0 mm，平均無霜日為250 d。由逐步回歸法可以確定馬里蘭煙葉產量的主導因子是年降水量、年平均溫度、日照、5-8月降水量、5-8月平均溫度，對指導馬里蘭煙葉生產提供科學依據。

關鍵詞 氣象因子；多元逐步回歸；馬里蘭煙葉；年產量；湖北省五峰縣

中圖分類號：S572 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）21--04

馬里蘭煙葉原產于熱帶。國內外研究表明，馬里蘭煙葉的生長過程與氣候條件息息相關，煙葉生長需要一定的光、溫、水資源，只有氣候條件滿足其需求，煙葉才能正常發育、開花開片。煙葉對環境相當敏感，氣象因子也是影響煙葉內在化學品質形成的重要因素之一，不同的氣象因子與煙葉化學成分有不同的關聯度，因此馬里蘭煙葉生產與氣象條件密切相關[1-4]。

五峰縣與馬里蘭煙原產美國馬里蘭州的生態條件相近[5]，其地處鄂西南，屬亞熱帶溫濕季風氣候區，雨熱同季，全境皆山，5-9月的日平均氣溫≥20 ℃的持續天數≥120 d，晝夜溫差大，無霜期250 d，年平均日照時數1 554.5 h，降雨量1 406.6 mm，土壤有機質含量充足，含鉀豐富，pH值在5.5～7.5，是馬里蘭煙的優質種植區。

五峰縣是宜昌市煙葉生產大縣，適宜種植面積達5 333.33 hm2，年種植馬里蘭煙2 666.67 hm2，年產量600萬kg以上。煙葉已成為五峰縣一大支柱產業。本文通對五峰當地氣候進行分析，研究氣象條件變化對當地煙葉生產具有一定指導意義。

1 資料與方法

1.1 氣象數據與煙草產量數據的主要來源

各氣象要素（1987-2012年）共26 a數據來自五峰國家基本氣象站（30°12′N， 110°40′E，海拔619.9 m，25 m×25 m）所采集的各種氣象要素。1987-2012年，馬里蘭煙葉年總產量數據由五峰煙草局煙葉收購辦公室提供。

1.2 數據處理與分析方法

本研究應用Excel進行氣象要素特征分析；利用SPSS19.0進行多元逐步回歸分析，篩選影響五峰山區馬里蘭煙葉產量的主導因子。

設已知因變量y和自變量x1，x2，…，xk樣本數為n，構成數據表X=[x1，x2，…，xk]n*k和y=[y]n*1，在建立回歸方程時，對自變量X進行篩選，只找出那些對y影響大的自變量xi（i=1，2，…，k）參與回歸計算，舍棄對y影響較小的自變量[8]。

多元逐步回歸分析方法通過F統計量來選擇和剔除自變量，F統計量包括Fenter值和Fremove值，其計算公式如下：

假設回歸模型到目前為止已經入選了x1，x2，…，xh個自變量，對于一個新的自變量xh+1來說，

（1）

其中SSE為y的預測誤差平方和，計算公式是

（2）

其中yi為實際值，為預測值；

假設回歸模型到目前為止已經入選了x1，x2，…，xh個自變量，對于第i個自變量xh+1來說，

多元逐步回歸方法建模步驟如下：

（1）計算每個自變量的Fenter值，并選定FENTER值，將大于FENTER的自變量中所具有最大Fenter值得自變量選入回歸模型；

（2）再計算所剩的自變量的Fenter值，將大于FENTER的自變量中所具有的最大Fenter值的自變量選入回歸模型；

（3）對入選回歸模型的每個自變量計算Fremover值，并選定FREMOVE值，將小于FREMOVE值的自變量中所具有最小Fremover值的自變量剔除；

（4）重復步驟3，直到回歸模型中每個自變量的Fremover=值都大于FREMOVE，然后進行下一步的選入；

（5）重復步驟2，3，4，直到所有自變量全部選擇完畢。

回歸方程精度評價主要通過判定系數R2和平均相對誤差來驗證。R2計算公式為：

（3）

其中，SSE為y的預測誤差平方和，SSY為y的離差平方和。

2 氣象要素特征

2.1 降水分布特征

如圖31所示，五峰全縣雨量充沛，降水以夏季最為集中，占全年雨量的45%左右。1987-2012年，歷年平均降水量1 322.5 mm，年均降雨日155.4 d，最大年降水量：1998年1 816.9 mm，最少年降水量：2006年891.8 mm，其中一日最大降水量203.3 mm（1990-07-18）。

水分是煙葉生長必備的因子之一，充沛的降水為煙葉的生長和年產量提供了有利條件。在煙葉生長的大田期5-8月的降水量充沛，五峰5-8月平均降水量794.0 mm，占年平均降水的60%，該時段最大降水量1998年1 274.2 mm，該時段最小降水量：2006年387.1 mm，歷年最大距平480.2 mm，最大距平百分率60.5%，歷年時段內一日最大降水量為203.3 mm。

圖1 1987-2012年年降水量與5-8月降水量分布圖

2.2 溫度分布特征

據氣象資料分析，1987-2012年五峰年平均氣溫為14.3 ℃。圖2是1987年-2012年的年平均氣溫情況，從圖2看出從1987-2012年年平均氣溫都在12.0 ℃以上，年平均溫度相對比較穩定，其中2006年年平均溫度達到最高值15.7 ℃，處于煙葉適合生長溫度的范圍。1989年平均溫度達到最低值12.2 ℃。如圖3所示，五峰平均年積溫為4 336.9 ℃，年最多積溫：5 044.1 ℃，出現在2006年，年最少積溫：3 472.8 ℃，出現在1991年。

圖2 1987-2012年年平均氣溫與5-8月平均氣溫

統計資料顯示，煙葉大田期（5-8月）的日均溫大于16 ℃為適宜煙葉生長條件[9]。圖2顯示，五峰1987年-2012年26 a來5-8月的平均氣溫均22.3 ℃，歷年平均氣溫最高值2006年的24.1 ℃，歷年平均氣溫最低值1993年20.2 ℃，歷年最高氣溫：38.6 ℃（2009-07-18），歷年最低氣溫：4.0 ℃（1991-05-02）。歷年最大距平-2.1 ℃。五峰山區氣候條件給馬里蘭煙葉生長提供充足的溫度條件。

2.3 日照分布特征

馬里蘭煙葉是喜光植物，大田期光照充足，有利于光合作用，干物質積累多，品質提高。圖4所示，五峰1987年-2012年的年平均日照時數為1 315.0 h，歷年日照時數均在1 000 h以上。日照時間最長的是1990年，時數為1 633.0 h；最短的是2012年，為1 011.5 h。歷年≥60%量別日數為92 d，歷年≤20%量別日數為186 d，歷年年日照百分率為30%。見下表1、表2所示。

2.4 相對濕度分布特征

五峰全境皆山區，森林覆蓋率大，溪流縱橫，全縣的雨量充沛，在煙葉生長期比較適合的空氣相對濕度為70%～90%，低于50%則對煙葉生長不利，而且使煙葉品質降低。據氣象資料顯示，1987-2012年的年平均相對濕度為77%，2001年平均較高達到81%，最少的年份出現在2006年和2011年為73%，均能滿足馬里蘭煙葉生長的需要。圖5是1981-2010年的相對濕度的情況。

圖5 1987-2012年年平均相對濕度

2.5 風與無霜期分布特征

風對于農作物的生長發育有重要意義，由于風的輸送作用，農田作物群體與空氣發生熱量、水分、等能量的交換，是作物生長發育不可缺少的因素。風速過大可增強農田水分蒸發蒸騰，少雨期易加速旱情發展，大風可使煙葉倒伏、折斷造成減產。

表3顯示，五峰站全年風向以靜風出現最多，其頻次為40%，其次是NNW占12%，其中月平均風速達1.2 m/s，2 min最大與10 min最大的風速差別不明顯，風向變化很大，但瞬間最大的風速風向明顯差別很大。

霜對煙葉的育苗期的生長有一定的抑制作用。據氣象資料顯示，五峰從1987-2012年最長無霜日為290 d，最短無霜日為208 d，平均無霜日為250 d，如圖6所示。

圖6 1987-2012年無霜期

2.6 蒸發分布特征

五峰氣象資料顯示，從1987-2012年的年蒸發量為957.0 mm，1990年平均較高達到1 285.2 mm，最少的年份出現在2012年為665.8 mm，2002年后年蒸發量明顯較小，主要是由于1987-2001年用的小型蒸發皿，蒸發量偏大，而2002年以后用E601大型蒸發精確度高，如圖7所示。

圖7 1987-2012年年蒸發量

3 基于多遠逐步回歸分析影響五峰馬里蘭煙葉產量的主導因子

3.1 五峰馬里蘭煙葉產量

隨著五峰的馬里蘭煙葉種植面積逐年增加，其煙葉產量也在不斷的增長，但有的年份由于受到氣候條件的影響造成一定的損失，由圖4可以看出，1987-2012年，五峰馬里蘭煙葉產量總體趨勢是逐年增加的，但是1987-1999年變化平緩，受當時種植面積所限制，每年產量在100 t左右，逐年成持平的趨勢。1995年最少，為64.9 t，從2000年以后，產量明顯提高，到2011年以后突破5 000 t，2012年最多，為5 158.5 t，反映出五峰煙葉產量發展在不斷遞增。

3.2 多遠逐步回歸分析

采用逐步回歸分析方法，在不考慮人工施肥，灌水、管理等影響的情況下，分析研究煙草在大田期間受自然界光、熱、水（降水量）等主要氣象要素的影響所獲得煙葉產量的相互關系[10-11]。探討氣象要素每年變化引起煙葉產量波動的規律，對五峰馬里蘭煙葉產量主導因子進行確定，為五峰馬里蘭煙葉生產提供科學的依據。

本文中分別將年降水量、年平均溫度、積溫、日照時數、相對濕度、5-8月降水量、5-8月平均溫度、無霜期、蒸發量分別設為自變量X1、X2、X3，…，X9，馬里蘭煙葉產量統計值作為因變量y，進行多元逐步回歸分析。設定變量方差貢獻顯著水平為0.05作為選入和剔除變量的標準，利用SPSS19.0軟件進行多元逐步回歸分析。

表4列出了利用逐步回歸法分析得出的主要影響因子及模擬模型。從結果可以看出，影響馬里蘭煙葉產量的因素中年降水量、年平均溫度、日照、5-8月降水量、5-8月平均溫度保留下來。由此說明，這五個因素對馬里蘭煙葉產量的貢獻率大些。由逐步回歸法可以確定馬里蘭煙葉產量的主要因素是年降水量、年平均溫度、日照、5-8月降水量、5-8月平均溫度。從結果我們還得出回歸方程為：y=-59105.418-22.678×X1 -3361.812×X2-45.650×X4-33.416×X6+11214.153×X7。

4 結論

本文在總結前人已有研究成果的基礎上，對五峰各個氣象要素進行特征分析。對其時空變化規律及影響馬里蘭煙葉產量的氣象因子分布特征進行了描述；運用多元逐步回歸對五峰馬里蘭煙葉產量進行模擬和估算，從而為馬里蘭煙葉生產工作提供參考依據。主要結論如下。

馬里蘭煙葉的適宜海拔高度為800～1 600 m，以1 000～1 400 m最為適宜，五峰縣的海拔1 000 m左右，該縣對馬里蘭煙葉生長發育及晾曬期所需要的光、熱、水和氣條件適宜。五峰縣地處亞熱帶季風氣候區，氣候溫和濕潤、雨量充沛、四季分明。年平均氣溫14.3 ℃，最冷月（1月）平均氣溫2.3 ℃，最熱月（7月）平均氣溫24.2 ℃；極端最高氣溫為39.2 ℃（1995年9月6日），極端最低氣溫為-15.0 ℃（1977年1月30日），在馬里蘭煙葉生長的大田期5-8月的平均氣溫均22.3℃。年平均降雨量1 322.5 mm。在馬里蘭煙葉生長的大田期5-8月的降水量充沛，平均降水量794.0 mm，年平均相對濕度77，本地全年風向以靜風出現最多，其頻次為40%，其次是NNW占12%，其中月平均風速達1.2 m/s。光照充足，年光照時數為1 428.4 h，年蒸發量為957.0 mm，平均無霜日為250 d。

運用多元逐步回歸對馬里蘭煙葉產量進行模擬，發現年降水量、年平均溫度、日照、5-8月降水量、5-8月平均溫度對其影響很大，因此，對探討影響馬里蘭煙葉產量具有一定的實踐意義。

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（責任編輯：劉昀）