內(nèi)蒙古達拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青溫度條件分析

楊澤龍 鄭曉艷 王云彬 范麗嬌 趙建軍 陳泉勇 苗百嶺 李軍

摘要：分析內(nèi)蒙古達拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青氣象條件，旨在探究氣象服務(wù)過程中對紫花苜蓿返青的可預(yù)報性氣象指標(biāo)，為提升當(dāng)?shù)刈匣ㄜ俎庀蠓?wù)能力提供業(yè)務(wù)參考。結(jié)合2018年達拉特旗鹽灘地紫花苜蓿生產(chǎn)田間調(diào)查數(shù)據(jù)，利用達拉特旗國家氣象觀測站2005—2018年間的日觀測統(tǒng)計資料建立數(shù)據(jù)集，選擇氣溫與地溫的14個氣象指標(biāo)進行方差分析以及溫度的動態(tài)分析。綜合分析結(jié)果可知，日平均地表溫度是能夠較好地反映達拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青氣象條件的一個氣象指標(biāo)，當(dāng)日平均地表溫度超過且持續(xù)在0 ℃以上波動時，可以作為開始返青的氣象預(yù)報時間點。當(dāng)80 cm地溫開始高于160 cm地溫時，可作為紫花苜蓿返青即將進入普遍期的氣象預(yù)測時間節(jié)點。當(dāng)160 cm地溫開始高于320 cm地溫時，可作為紫花苜蓿返青即將結(jié)束并開始進入旺盛分枝期的氣象預(yù)測時間節(jié)點。當(dāng)日平均地表溫度將要降到0 ℃或以下，或者降溫幅度超過10 ℃以上時，可作為達拉特旗返青紫花苜蓿遭受凍害的氣象預(yù)警指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：紫花苜蓿;氣象服務(wù);返青;河套灌區(qū);地溫;氣象預(yù)測;氣象預(yù)警

中圖分類號： S162.5 文獻標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）23-0281-03

達拉特旗位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)東部，地理坐標(biāo)為 109°00′～110°45′E，40°00′～40°30′N，地處鄂爾多斯高原北端，黃河中游“幾”字灣南岸。地形南高北低，南部以丘陵、溝壑為主，北部為黃河沖擊平原，地勢平坦，土地肥沃。農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)形式，南部以天然放牧為主，北部以農(nóng)業(yè)種植為主[1]。全旗13.7萬hm2耕地中，6.9萬hm2是不同程度鹽堿化的鹽灘地。近些年，達拉特旗利用鹽灘地進行紫花苜蓿的規(guī)模化種植發(fā)展迅速，圍繞紫花苜蓿生產(chǎn)開展氣象服務(wù)，成為當(dāng)?shù)貧庀蟛块T服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展的現(xiàn)實需求。返青是紫花苜蓿年生產(chǎn)周期中的一個十分重要的物候期，是系關(guān)紫花苜蓿鮮草產(chǎn)量的基礎(chǔ)階段[2-3]。溫度是紫花苜蓿返青過程中最主要的氣象條件[3]，分析達拉特旗紫花苜蓿返青氣象條件，對于當(dāng)?shù)蒯槍π蚤_展紫花苜蓿返青氣象服務(wù)具有一定的必要性。

1 材料與方法

返青田間調(diào)查地點為達拉特旗展旦召蘇木牧樂源合作社紫花苜蓿種植基地，調(diào)查時間為2018年3—5月。調(diào)查樣方面積為1 m×1 m，樣方間距為20 m，樣方共設(shè)10個重復(fù)，10個樣方以直線排列的隨機樣線形式布置。調(diào)查方法是對樣方內(nèi)已經(jīng)返青和尚未返青的苜蓿株叢分別進行計數(shù)，并計算返青率。調(diào)查當(dāng)次返青率=調(diào)查當(dāng)次已返青株叢數(shù)/（調(diào)查當(dāng)次已返青株叢數(shù)+調(diào)查當(dāng)次未返青株叢數(shù)）×100%。此外，調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，部分株叢終年不能返青，即返青過程有死株現(xiàn)象。因此，以調(diào)查當(dāng)次返青數(shù)與調(diào)查當(dāng)年最多株叢數(shù)來計算實際返青率。計算方法：當(dāng)年實際返青率=調(diào)查當(dāng)次已返青株叢數(shù)/調(diào)查當(dāng)年最大株叢數(shù)×100%。

進行返青溫度條件分析的氣象數(shù)據(jù)資料來源于達拉特旗國家氣象觀測站（110°01′59″E，40°23′33″N），數(shù)據(jù)分析軟件為SAS 8.1。

2 結(jié)果與分析

2.1 各月溫度條件差異性分析

以達拉特旗國家氣象觀測站2005—2018年間151個觀測日（不包括閏年的2月29日）為重復(fù)，選擇14個溫度指標(biāo)為分析變量（X1～X14）：X1為日平均氣溫，X2為日平均最高氣溫，X3為日平均最低氣溫，X4為日平均地表溫度，X5為日平均最高地表溫度，X6為日平均最低地表溫度，X7為日平均5 cm地溫，X8為日平均10 cm地溫，X9為日平均15 cm地溫，X10為日平均20 cm地溫，X11為日平均40 cm地溫，X12為日平均80 cm地溫，X13為日平均160 cm地溫，X14為日平均320 cm地溫，于1月、2月、3月、4月、5月分別組建數(shù)據(jù)集，利用SAS 8.1軟件進行方差分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，1—5月14個溫度指標(biāo)在日差異方面，除了1月日平均氣溫（X1）、日平均最高氣溫（X2）、日平均最低氣溫（X3）、日平均最低地表溫度（X6）等4個指標(biāo)外，其他日差異的分析結(jié)果均為顯著（P<0.05）。在年差異分析方面，除了5月日平均最高氣溫（X2）的差異不顯著以外，其他年差異分析結(jié)果均為顯著（P<0.05）。

由圖1可知，從達拉特旗1—5月氣溫與地表溫度6個指標(biāo)（X1～X6）年平均值（2005—2018年）的動態(tài)來看，2月以前，氣溫和地表溫度的升高趨勢不明顯，2月中旬以后，氣溫和地表溫度開始明顯升高，特別是日平均最高地表溫度在6個指標(biāo)中，升高的幅度最大。6個指標(biāo)的總體動態(tài)表現(xiàn)為日平均最高地表溫度>日平均最高氣溫>日平均地表溫度>日平均氣溫>日平均最低氣溫>日平均最低地表溫度，且由于比熱效應(yīng)作用，地溫日溫差大于氣溫，1—5月日平均最高地表溫度始終在0 ℃以上。在2月中旬以前，日平均地表溫度和日平均氣溫的波動曲線基本重合，2月中旬以后，日平均地表溫度逐漸高于日平均氣溫，之后升高幅度日益增加，到5月底，日平均地表溫度與日平均最高氣溫曲線相交、重合。

2.2 紫花苜蓿返青期間的溫度條件

3月初，調(diào)查點的紫花苜蓿開始陸續(xù)返青。由表2中田間調(diào)查結(jié)果可知，達拉特旗鹽灘地紫花苜蓿在2018年3月下旬返青率已超過70%。由于2018年4月初有一次較大幅度的降雪降溫天氣過程（查詢天氣實況歷史得知），已返青紫花苜蓿受霜凍影響，在4月17日的返青調(diào)查中，返青率沒增反降，返青率由74.04%降到42.86%。在5月18日的調(diào)查中，樣方調(diào)查當(dāng)次的返青率為100.00%，但實際返青率由3月的74.04%降到68.27%。從3次調(diào)查的密度變化來看，紫花苜蓿密度從3月到5月是逐漸減少的?？梢姡?018年4月的降雪降溫天氣對于紫花苜蓿的返青影響比較嚴(yán)重，以5月最終返青時的樣方調(diào)查數(shù)據(jù)計算，2018年達拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青率的樣方調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果為213/312×100%=6827%，死株率為312/312×100%-68.27%=31.73%（調(diào)查當(dāng)年仍不能正常返青視為死株）。

由于地溫相對于氣溫而言，對早春紫花苜蓿返青時的根系活動的影響更為直接，且考慮日平均地表溫度已經(jīng)綜合了日平均最高地表溫度與日平均最低地表溫度2個方面的氣象條件，因此剔除X5和X6，選擇X4、X7～X14這9個地溫指標(biāo)作為分析紫花苜蓿返青的主要氣象條件。從2018年1—5月達拉特旗0～320 cm地溫的動態(tài)（圖2）來看，320 cm和160 cm的地溫曲線一直處于0 ℃以上，其余7個地溫指標(biāo)的曲線都于2月下旬前后，分別在0 ℃以下和0 ℃以上波動。2月下旬以前，0～80 cm的7個指標(biāo)的地溫基本表現(xiàn)為由下而上逐次降低;2月下旬以后，7個指標(biāo)的地溫基本表現(xiàn)為由下而上逐次升高。由圖2中的曲線動態(tài)可以看出，3月中旬以后，一直到3月底之前，80 cm以上土層的地溫升高較快，7個指標(biāo)的值相繼超過160 cm地溫的值。之后，一直到4月下旬以后，除4月初的降雪降溫造成40 cm以上地溫急劇下降以外，0～80 cm的7個地溫指標(biāo)和160 cm的地溫指標(biāo)的值相繼超過320 cm地溫的值。4月下旬之后，0～320 cm土層溫度呈現(xiàn)由上而下逐次降低的動態(tài)。

2.3 降溫對紫花苜蓿返青的影響

為粗略估計2018年4月初的降雪降溫天氣對于調(diào)查地點紫花苜蓿返青的影響，將3月20日調(diào)查的返青率與4月17日調(diào)查的返青率相減得出這次降溫對返青株叢造成的死株率數(shù)值，即74.04%-41.35%=32.69%。對于4月17日以后到5月18日調(diào)查時返青率的增高，考慮2個方面的影響，一是4月初的降溫影響以后，根系尚未徹底凍死的部分株叢又重新返青;二是3月20日調(diào)查時尚未返青的部分株叢返青。如果4月17日以后到5月18日期間所有增加的返青株叢均為尚未徹底凍死的株叢又重新返青，不考慮3月20日調(diào)查時尚未返青株叢返青的因素，5月18日的返青率應(yīng)為 74.04%。

顯然，比實際調(diào)查值（68.27%）要偏高。如果單純考慮3月20日調(diào)查時尚未返青的株叢全部返青，而不考慮尚未徹底凍死的株叢重新返青的因素，則推算5月18日的返青率應(yīng)為（1-74.04%）+41.35%=67.31%，比實際調(diào)查結(jié)果（6827%）略偏低。綜合分析，4月17日以后到5月18日調(diào)查時返青率的增高，可能有少部分是根系尚未徹底凍死的部分株叢又重新返青，但大多新增返青株叢更可能是3月20日調(diào)查時尚未返青的部分株叢返青所致。也就是說，4月初的那次低溫凍害對于紫花苜蓿返青的影響還是非常嚴(yán)重的，盡管可能有部分凍害株叢重新返青，但絕大多數(shù)凍害株叢因無法恢復(fù)正常生理活動而死亡。在2019年的實際生產(chǎn)中，由于株叢密度嚴(yán)重偏低，無法滿足生產(chǎn)經(jīng)濟效益要求，對2018年遭受凍害的部分紫花苜蓿田塊進行了耕翻、換種。

從圖2中4月初降溫的地溫曲線變化來看，這次降溫已經(jīng)影響到了80 cm深的土層，除160 cm和320 cm地溫外，0～80 cm土層的地溫曲線均有明顯的凹陷。日平均地表溫度由18 ℃降到0 ℃左右，5～20 cm地溫由16 ℃左右降到 3 ℃ 左右，40 cm地溫由14 ℃降到7 ℃左右，80 cm地溫由 10 ℃ 左右降到8 ℃左右?？梢?，雖然這次降溫過程中5～80 cm 地溫仍在0 ℃以上，但仍然對返青株叢造成了嚴(yán)重的凍害。

3 結(jié)論與討論

2—5月是達拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青溫度環(huán)境的主要影響時段。從14個溫度指標(biāo)的方差分析結(jié)果來看，苜蓿返青前的2月至苜蓿返青結(jié)束的5月之間，土壤與大氣之間以及土壤不同土層之間的熱交換是較為旺盛的，但是溫度條件的日差異與年的顯著性差異，也為返青期氣象預(yù)測增加了不確定性。14個溫度指標(biāo)中，日平均地表溫度是對大氣-土壤界面溫度環(huán)境變化較為敏感，且對綜合溫度條件的反映性能比較穩(wěn)定的指標(biāo)。當(dāng)日平均地表溫度超過且持續(xù)在0 ℃以上波動時，0～40 cm土層的地溫會迅速響應(yīng)這一變化并向 0 ℃ 以上攀升，此時可以作為達拉特旗紫花苜蓿開始返青的氣象預(yù)報的時間點。當(dāng)80 cm地溫與160 cm地溫的差值為0， 即

80 cm地溫曲線與160 cm地溫曲線相交，80 cm地溫開始高于160 cm地溫時，0～80 cm土體的總體地溫環(huán)境在3 ℃以上，紫花苜蓿整體根系的生理活動已經(jīng)全面激活，此時可作為紫花苜蓿返青即將進入普遍期的氣象預(yù)測時間節(jié)點。當(dāng) 160 cm 地溫與320 cm地溫的差值為0，即160 cm地溫曲線與320 cm地溫曲線相交，并開始高于320 cm地溫時，0～320 cm 土體的地溫環(huán)境進入到植物生長季正常態(tài)，由下而上逐次升高，總體地溫環(huán)境在6 ℃以上，此時可作為紫花苜蓿返青即將結(jié)束進入旺盛分枝期的氣象預(yù)測時間節(jié)點?；诮禍貙ψ匣ㄜ俎７登嗟睦浜εc凍害的災(zāi)害性影響，在對達拉特旗紫花苜蓿返青期的氣象服務(wù)中，適時關(guān)注天氣變化，對日平均地表溫度0 ℃或以下，或者降溫幅度超過10 ℃以上的降溫過程，及時進行紫花苜蓿凍害預(yù)警，提醒紫花苜蓿種植大戶及時采取田間防御措施。

參考文獻：

[1]楊澤龍，苗百嶺，鄭曉艷. 內(nèi)蒙古達拉特旗黃河灌區(qū)春季返鹽氣象條件分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2019，35（6）：70-76.

[2]寧夏畜牧獸醫(yī)學(xué)會草原研究會.寧夏草地資源與牧草種植[M]. 銀川：寧夏人民出版社，1989.

[3]馬 強，王麗學(xué)，王文杰，等. 紫花苜蓿和羊草栽培草地返青規(guī)律[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，22（5）：67-70.

收稿日期：2019-09-18

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金（編號：2014MS0406）。

作者簡介：楊澤龍（1976—），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，碩士，高級工程師，主要從事生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail：yangzelongabc@163.com。