溫度和降水變化與甘蔗產量的關系分析

付建濤　孫東磊　陳立君　盧穎琳　趙歡歡　戴思行　龔恒亮　安玉興

摘 要 作物生境對產量和質量具有根本性的影響，溫度和降水是非生物逆境脅迫中最重要的兩大因素。本研究利用1990～2015年廣東、廣西和云南氣象資料和國家統計局甘蔗單位面積產量數據，采用一階差分法和一元線性回歸分析的方法，研究了全國甘蔗單位面積產量與降水和溫度變化之間的關系，從而評價甘蔗產量中的氣候效應。研究結果明：1990～2015年以來，廣西、廣東和云南年平均氣溫呈上升趨勢，不同的區域表現略有不同；3省份年降水量表現也不一致，云南省年降水量呈下降趨勢。我國甘蔗平均產量變化與3省份內平均溫度變化和降水量變化之間，具有線性正相關關系。與基準年份1990年相比，溫度對甘蔗產量影響較顯著。本文對蔗區甘蔗生產的主要氣象因子（溫度和降水）進行了分析，并探討了溫度和降水變化對甘蔗產量的影響程度，旨在為甘蔗生產管理提供科學指導。

關鍵詞 溫度 ；降水 ；甘蔗產量

中圖分類號 S162 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.06.004

Relationship Analysis of the Temperature and Precipitation

with the Yield of Sugarcane

FU Jiantao SUN Donglei CHEN Lijun LU Yinglin

ZHAO Huanhuan DAI Sixing GONG Hengliang AN Yuxing

（Guangdong Bioengineering Institute/Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute / Guangdong

Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery， Guangzhou， Guangdong 510316）

Abstract The crop habitat fundamentally affects the yield and quality of a crop. Temperature and precipitation are two of the most important factors in abiotic stress for a crop. According to the meteorological data of Guangdong， Guangxi and Yunnan during 1990 - 2015 and the data of sugarcane yield， the first difference method and univariate linear regression analysis method were used to analyze the correlation of sugarcane yield with the change of temperature and precipitation to assess the climatic effect on sugarcane yield. The results showed that the annual average temperature was rising from 1990 - 2015 in Guangdong， Guangxi and Yunnan， with a slight regional difference. The annual precipitation was different in the three provinces， and tended to decline in Yunnan. The sugarcane average yield showed a linear positive correlation with the change of average temperature and precipitation in the 3 provinces. Compared with the benchmark year 1990， the temperature had an obvious effect on sugarcane yield. The main meteorological factors， i.e. temperature and precipitation， affecting sugarcane production were analyzed and their effect on the sugarcane yield was discussed in order to provide scientific guidance for sugarcane production.

Keywords temperature ； precipitation ； sugarcane yield

作物與環境的關系一直是科學研究的熱點。近年來，氣候變化已成為當前最重要的環境問題之一。農業生產很容易受氣候變化的影響，全球氣候變化導致干旱、缺水、海平面上升、洪水泛濫、熱浪及氣溫劇變，這些都會使世界各地的農業生產受到嚴重影響[1]。溫度和降雨量作為影響農作物最重要的兩大因素，一直受到各界的關注。溫度和濕度是影響作物產量的2個主要環境因素，也是非生物脅迫中最重要的氣象因子。干旱作為最主要的脅迫因素，發生頻率高，危害面積廣，造成損失重[2]。

我國是世界上種植甘蔗面積第三大國家。廣東、廣西和云南地區是我國甘蔗的主產區。食糖是關系國計民生的重要戰略物資，糖業發展事關國家食糖供應安全大局，而甘蔗生產又對糖業發展起到決定性作用。甘蔗作為我國主要的糖料作物，種植面積占我國糖料作物種植面積的85%以上，產糖量占食糖總產的90%以上。甘蔗作為喜溫植物，溫度對其生長發育的影響巨大，低溫下甘蔗組織結構會遭到破壞，影響蔗糖的累積，溫度升高則有利于糖分的積累[3-4]。我國甘蔗種植面積正不斷減少，呈現出向高海拔、土壤貧瘠等生產條件差的地方轉移的趨勢，因此遭受的逆境脅迫程度日益加深。

研究非生物脅迫對甘蔗產量的影響對我國的食糖安全具有重要的意義。一直以來，科學工作者對甘蔗干旱和低溫脅迫做了大量的研究，主要集中在甘蔗生理對脅迫的響應[5-9]，宏觀的溫度和降水對甘蔗產量變化的影響研究較少。譚宗琨等[10]研究了云南氣候對甘蔗產量和蔗糖分的影響，結果表明，溫度和降水對甘蔗產量影響明顯。羅晟昇等[11]研究表明，溫度對甘蔗生長影響較小，而降雨量對甘蔗的出苗率、發株率、分蘗率和糖分均具有不同程度的影響。近年來，國內外學者圍繞氣候變化對甘蔗的影響也開展了一些研究。謝平等[4]對近44年徐聞氣候因子的趨勢性、階段性和周期性進行分析，結果表明，夏季的平均溫度顯著增加，對甘蔗產量的提高有利。古麗等[12]研究了1980～2007年南寧蔗區甘蔗產量變化與氣象條件的關系，指出甘蔗生長期內相對濕度較低時將導致甘蔗減產，相對濕度較大時則有利于甘蔗增產。郭晉川等[13]發現降雨量、氣溫和日照的增加有利于廣西糖料蔗產量的提高。根據張蕾等[14]的研究結果，蟲害發生面積與平均溫度、平均降水強度呈顯著正相關。黃敏堂等[15]和楊友軍等[16]也研究了甘蔗害蟲發生的特點，認為氣候是影響蟲害發生的重要原因之一，蟲害的發生也會影響甘蔗的最終產量和質量。作者結合國內氣候變化對甘蔗產量的研究，發現研究區域多集中在單一省市區域，缺乏多省市數據參考。為此，作者收集了廣東、廣西和云南3個省份的1990～2015年的降水和平均溫度資料，探討生態氣候因子和產量的關系。本文研究氣候變化特征及甘蔗產量的波動情況，為充分合理利用氣候資源，指導甘蔗生產，增強甘蔗對氣候變化的適應性提供參考。

1 研究方法

1.1 數據收集

我國甘蔗主產區包括研究區域廣東、廣西、云南和海南省，本文的研究區域是除海南之外的3?。ㄒ蚝Ｄ吓c另外3省氣候差異太大）。氣象數據來自于廣東、廣西及云南氣象局各省份年度氣象年鑒，歷年全國甘蔗單位面積產量來自于國家統計局2016年統計年鑒[17]。

1.2 數據分析

采用一階差分法（即上一年與下一年數值之差）來消除產量和氣候時間序列中的趨勢效應。然后分別建立產量的變化量ΔY與各氣候因子變化量ΔXj（j=1、2，1和2分別表平均氣溫和降水量）之間的線性回歸方程，來分析甘蔗產量對各氣候因子變化的反應。計算公式如下：

ΔYi=αΔXj+ε

式中α為單因子回歸方程一次項系數；ε為單因子回歸方程常數項。

2 結果與分析

2.1 1990～2015年我國甘蔗單位面積產量的變化

產量是由農業生產技術水平、社會因素和氣象條件等共同影響的結果，進行年際間的一元線性回歸分析甘蔗單產年際變化。圖1給出了1990～2015年我國甘蔗單位面積產量的時間變化曲線。由圖可見，近25年來甘蔗單位面積產量呈波動上升趨勢。隨著農業生產技術的提高，甘蔗單產不斷增加。單產與年份成線性關系：y=653.25x+54 847（R2=0.813），平均每年提高653.5 kg/hm2。實際產量在某些年份出現的波動即增產或減產，主要受非生物脅迫的影響。

2.2 1990～2015年廣東、廣西和云南省降水和平均溫度的變化

分別計算出3個省份的各年的氣象指標平均值，通過簡單一元線性模型分別對1990～2015年分析區域內的溫度和降水量變化趨勢進行擬合分析。得出1990～2015年廣東、廣西和云南的年平均溫度和年降水量變化趨勢如圖2所示。從年平均溫度變化趨勢來看（圖2-A），廣東平均溫度最高，廣西次之，云南最低，分別約為22.1、20.9、16.9℃，廣西廣東2省間年平均溫度差距較小。從3個省份單獨來看，3省份各自年平均溫度都呈上升趨勢，云南、廣西和廣東上升幅度分別為0.442、0.202和0.218℃/10 a，與全國氣溫變化基本保持一致[18]，3省份總平均溫度上升幅度為0.287℃/10 a。綜上可見，1990～2015年我國甘蔗種植區域內，溫度上升趨勢較明顯。從年降水量來看（圖2-B），廣東省年降水量最大，云南最少，廣東年平均降水量1 798.75 mm，廣西和云南年平均降水量分別為1 589.59 和1 074.40 mm；從變化趨勢上來看，云南省年平均降水量呈下降趨勢，年降水量的線性傾向率為-70.099 mm/10 a，下降趨勢明顯；廣東和廣西2省年際間平均降水量波動較大，但變化趨勢不明顯。3省份降水量比較可知，廣東年降水量最多，云南最少。根據3省份平均降水量趨勢線和線性關系可以看出，3省份平均降水量變化趨勢不明顯，年際間變化幅度也較大。

2.3 溫度和降水對甘蔗單產的影響

甘蔗的產量受到溫度和降水等多種環境因素的影響。為了探討甘蔗單產與溫度和降水之間的關系。利用一階差分法，構建了3省份平均溫度和平均降水量的變化與全國甘蔗單位產量變化ΔY的關系，從3省份區域上來看，兩者之間的關系如圖3 所示。由圖可見，1990～2015年全國甘蔗單產與溫度和降水量呈正相關，說明平均溫度、平均降水量的上升均會引起甘蔗產量的上升，溫度每上升1 ℃，單產增加2 401.4 kg/hm2，其中溫度變化對甘蔗單產的影響較為顯著，而降水對甘蔗單產的影響較小。

3 討論

以溫度升高為主要特征的全球氣候變化已得到各界學者的公認。廣東、廣西和云南作為我國甘蔗主產區，氣候也在發生顯著的變化[19]。氣候的主要要素是溫度和降水，降水又受到溫度的響應，因此溫度的變化才是氣候變化的本質[20]。本文研究發現，廣東、廣西以及云南3省氣溫也呈逐年上升趨勢，年度平均降水量的變化較小，但是3省年降水量平均值呈輕微下降趨勢，這說明未來我國甘蔗生產區的地表溫度將呈升高趨勢，降水量表現也可能不同。溫度和降水變化對甘蔗的影響是多方面的。一般來說，溫度和降水兩者的共同作用將會不同比例地影響作物生長和產量[21]。根據本文的分析結果，溫度的升高和降水的增多對甘蔗單產的提高都有有利的影響，升溫對甘蔗生產的影響更為顯著，甘蔗產量與降水量之間的相關性也表明，在干旱少雨的年份甘蔗減產，往往使得生產遭受巨大的損失。根據此結論及結合云南蔗區年降水量下降的變化趨勢，云南蔗區應多關注蔗田干旱情況，合理利用降水資源，科學安排甘蔗的田間灌溉和人工增雨作業；另外，溫度變化還可能造成甘蔗種植區域以及種植面積的變化。

最后，本文分析了年度平均溫度和降水對甘蔗產量的影響，但是溫度和降水等在年度間也可能呈現不均勻分布，例如，某一月份特別干旱，但是另外一月份降水較多，而且極端天氣的變化對農田生態系統的影響可能更大，這對作物產量的影響往往超過了平均變化所帶來的影響[22]，這些都有待于今后進一步研究。

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