廣西崇左甘蔗氣象條件精細化分析初探

農(nóng) 鋼，農(nóng)明哲，王 達

（1崇左市氣象局，廣西崇左532200；2扶綏縣氣象局，廣西扶綏532100）

0 引言

甘蔗是我國的重要糖料作物，喜高溫、高濕，耐貧瘠土壤，生長期長達10～14個月，對低溫、干旱等各種氣象災(zāi)害相當(dāng)敏感，氣象條件是影響甘蔗產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。甘蔗產(chǎn)量與蔗莖長度基本成正比，而莖伸長與氣象條件密切相關(guān)。廣西、廣東及云南等地學(xué)者的相關(guān)研究指出，甘蔗的生長發(fā)育[1-4]及產(chǎn)量[5-8]與氣象因子密切相關(guān)，而氣象災(zāi)害[9]也是影響甘蔗產(chǎn)量的重要因子。

崇左市位于廣西西南部，氣溫高，日照充足，雨量充沛但分布不均勻，夏長冬短，無霜期長，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，適宜甘蔗生長，是廣西的第一大蔗糖生產(chǎn)基地，是國家農(nóng)業(yè)部劃定的“高產(chǎn)高糖”甘蔗優(yōu)勢區(qū)之一。每年崇左市甘蔗種植面積在26.67萬hm2以上，蔗糖產(chǎn)量占廣西1/3、占全國1/5。為研究在新的氣候和農(nóng)業(yè)形勢下氣象要素變化與甘蔗生長和產(chǎn)量的關(guān)系，本研究對甘蔗氣象指標(biāo)，特別是對桂西南甘蔗評估指標(biāo)及相關(guān)氣象模式進行精細化改進，同時進一步明確氣象要素對甘蔗生長和產(chǎn)量的影響。為此，于2016年在扶綏縣開展了甘蔗試驗，分析了溫度和降水變化等氣象要素對甘蔗生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。

1 氣象資料與處理方法

1.1 試驗材料

扶綏縣“甜蜜之光”農(nóng)業(yè)氣象試驗基地位于22.53。N、107.78。E，是廣西西南部甘蔗主產(chǎn)區(qū)的代表站點，該試驗基地甘蔗以旱地種植，土壤類型為黏質(zhì)土，肥力中等，土壤為中性。

選用的甘蔗品種為桂糖42號，新植蔗。

1.2 氣象資料

甘蔗數(shù)據(jù)由觀測而來，按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》要求[10]，每日測量甘蔗莖高度，直至莖高基本不變時停止觀測。甘蔗觀測資料由廣西氣象信息中心提供。

2003～2016年氣象數(shù)據(jù)由崇左市氣象局提供，其中氣象數(shù)據(jù)包括甘蔗逐日降雨量、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、積溫、平均氣壓、相對濕度、日照時數(shù)。

1.3 研究時間

研究時間從2016年2月27日甘蔗種植開始，到2017年2月24日甘蔗收獲時止。文中莖高基本不變時間為2016年12月31日，故以此為研究結(jié)束時間。

1.4 分析方法

⑴每日測量甘蔗莖高度，分別求算各生長期的日平均值，得到甘蔗日伸長量。

⑵對崇左市氣象局提供的日平均氣溫觀測數(shù)據(jù)求平均，得到逐日氣溫、降水量、日照等觀測數(shù)據(jù)，采用生物觀測數(shù)據(jù)與氣溫、降水的對比分析和通徑分析方法，用統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案軟件（SPSS）分析溫度、降水量變化對甘蔗莖伸長量的影響規(guī)律。

⑶對 2003～2016年逐年甘蔗平均單產(chǎn)（由崇左市統(tǒng)計局提供）和氣象災(zāi)害采用定量分析方法，分析各類氣象災(zāi)害對甘蔗影響。

2 甘蔗生長氣象條件分析與結(jié)果

2.1 甘蔗日伸長量（見圖 1）

圖1 甘蔗日伸長量變化圖

根據(jù)得到的氣象數(shù)據(jù)對日平均氣溫觀測數(shù)據(jù)求平均，得到逐日氣溫、降水量、日照等觀測數(shù)據(jù)；分別求算各生長期的日平均值，得到甘蔗日伸長量（見圖 1）。

2.2 氣象因子對甘蔗日伸長量的通徑分析和相關(guān)分析結(jié)果

氣象因子對甘蔗日伸長量的通徑分析和相關(guān)分析結(jié)果見表 1和表 2。各氣象因子的直接作用依次為平均氣壓、平均氣溫、日照時數(shù)、相對濕度和降雨量，其中平均氣溫、降雨量為正效應(yīng)，其余氣象因子為負效應(yīng)。平均氣壓對甘蔗日伸長量的直接影響最大（Pc=-0.4249），說明平均氣壓直接影響甘蔗日伸長量的大小，平均氣壓越低，甘蔗日伸長量越大；其次是平均氣溫（Pc=0.3098），平均氣溫越高，甘蔗日伸長量越大。平均氣溫通過平均氣壓對甘蔗日伸長量的間接作用影響最大（Pc=0.3587），其次是日照時數(shù)通過平均氣溫對甘蔗日伸長量的間接作用（Pc=0.1397）。

表1 氣象因子對甘蔗日伸長量的通徑分析

表2 氣象因子對甘蔗日伸長量的相關(guān)分析

2.2.1 氣溫和積溫

氣象因子中平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和有效積溫在通徑分析只作為一類因子，積溫取≥10℃的有效積溫。計算逐日平均氣溫、最高氣溫等相關(guān)因子和甘蔗日伸長量的相關(guān)系數(shù)，以及逐日甘蔗日伸長量與其前10日相關(guān)因子滑動平均、前30日相關(guān)因子滑動平均的相關(guān)系數(shù)（表3），結(jié)果表明，平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和甘蔗日伸長量呈極顯著相關(guān)（P＜0.01），其相關(guān)系數(shù)均為前10日平均＞逐日平均＞前30日平均，說明旬平均溫度因子對甘蔗日伸長量影響最大。這也從另一方面說明崇左優(yōu)異的熱量條件。從表3上看，積溫和甘蔗日伸長量相關(guān)系數(shù)大于 0.5，但未通過 0.05水平的顯著性檢驗。2016年甘蔗從種植到年底，日平均氣溫穩(wěn)定在10℃以上，熱量條件較好，因此日平均氣溫和積溫關(guān)聯(lián)較高。

表3 氣象因子對甘蔗伸長量的相關(guān)系數(shù)

2.2.2 降雨量

從表2看，逐日降雨量和甘蔗日伸長量的相關(guān)系數(shù)只有0.1116，且未通過0.05水平的顯著性檢驗，而前10日累計降雨量和前30日累計降雨量相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)分別為0.2857和0.3605，且通過0.01水平的顯著性檢驗，說明甘蔗日伸長量和階段累計降雨量有一定的相關(guān)性。甘蔗不同生長期需水量也不同，因此階段累計降雨量和甘蔗日伸長量的相關(guān)性要比逐日降雨量的相關(guān)性要好。

2.2.3 日照時數(shù)

逐日日照時數(shù)和甘蔗日伸長量的相關(guān)系數(shù)為0.1550（見表2），且通過0.01水平的顯著性檢驗，而前10日平均日照時數(shù)和前30日平均日照時數(shù)相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)分別為0.2014和0.0755，未通過0.05水平的顯著性檢驗，甘蔗日伸長量和逐日日照時數(shù)弱相關(guān)。

2.2.4 相對濕度

從表2看，相對濕度和降雨量的相關(guān)系數(shù)數(shù)值基本一樣，逐日甘蔗相對濕度和日伸長量的相關(guān)系數(shù)0.1757，通過了0.05水平的顯著性檢驗，而前10日平均相對濕度和前30日平均相對濕度未通過0.05水平的顯著性檢驗，說明甘蔗日伸長量和相對濕度有一定的相關(guān)性。相對濕度反映空氣中的濕度，相對之下甘蔗各層土壤相對濕度更能反映出甘蔗的需水狀態(tài)。

2.2.5 平均氣壓

平均氣壓和甘蔗日伸長量呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)的絕對值是各相關(guān)系數(shù)中最大的，但逐日平均氣壓、前10日平均氣壓和前30日平均氣壓均未通過0.05水平的顯著性檢驗（表2），因此平均氣壓只作為參考因子。從物理意義來說，正常情況下，盛夏季節(jié)雨熱同季，氣壓是一年中相對較低的，因此甘蔗得以快速生長，同理冬季氣壓較高，氣溫較低，甘蔗生長緩慢。

2.2.6 逐步回歸分析

利用 SPSS軟件對甘蔗日伸長量與各氣象因子進行逐步回歸分析，表4給出了逐步回歸的結(jié)果，第一步引入日平均氣溫因子，第二、第三步依次引入前10天平均氣溫和前30天日照時數(shù)。由表4可得，回歸方程為：ΔH=-2.058+0.061X1+0.108X2-0.160X3，其中 X1、X2、X3分別為日平均氣溫、前10天平均氣溫和前30天日照時數(shù)。3個自變量的P值均為0.000，通過0.01的顯著性檢驗。

表4 甘蔗日伸長量與各氣象因子進行逐步回歸分析結(jié)果

2.3 影響崇左甘蔗產(chǎn)量的主要氣象災(zāi)害分析

按照崇左 2003～2016年甘蔗單產(chǎn)年際變化和氣象災(zāi)害性相關(guān)性分析（見圖 2），從 2003～2016年甘蔗平均單產(chǎn)變化圖上看（以 2003年甘蔗平均單產(chǎn)為基數(shù)），甘蔗平均單產(chǎn)減產(chǎn)的年份有2006、2008、2009和2012年共4年，其中單產(chǎn)減產(chǎn)幅度最大的2009年主要是由于干旱引起的，干旱引起單產(chǎn)減產(chǎn)的還有2006年，單產(chǎn)減產(chǎn)幅度第2的2008年減產(chǎn)原因是低溫寒害，臺風(fēng)是 2012年單產(chǎn)減產(chǎn)主要原因，也是2006年和2008年單產(chǎn)減產(chǎn)的次要原因。干旱是崇左蔗糖產(chǎn)量高低的首要因素，冬季寒凍害和臺風(fēng)的影響次之，而洪澇等氣象災(zāi)害對蔗糖產(chǎn)量也有一定的影響。

2.3.1 干旱

干旱災(zāi)害是眾多自然災(zāi)害中危害最為廣泛、最為嚴(yán)重的一種氣象災(zāi)害。1980年以來，崇左市的干旱趨于頻繁，其中2009～2010年的秋、冬、春嚴(yán)重連旱，造成全市農(nóng)業(yè)受旱面積達2.57×105hm2對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重損失，2009年甘蔗平均單產(chǎn)比前5年峰值的2007年偏少8.33%。據(jù)歷年氣象資料統(tǒng)計、分析（表5），崇左干旱災(zāi)害一年四季均有發(fā)生，但以春、秋兩季干旱，尤其是嚴(yán)重秋旱對蔗糖業(yè)生產(chǎn)影響最為明顯。

2.3.2 臺風(fēng)

甘蔗受熱帶氣旋危害，造成甘蔗折斷或倒伏，影響甘蔗的產(chǎn)量和糖分含量。一般情況下因風(fēng)害會造成減產(chǎn)。風(fēng)力越大，持續(xù)時間愈長，風(fēng)害愈嚴(yán)重。陣風(fēng)7～9級以上的大風(fēng)即會造成不同程度的倒伏。熱帶氣旋過程伴有大雨到暴雨，損失更為嚴(yán)重。2008年9月臺風(fēng)“黑格比”造成崇左連續(xù)2天的暴雨到大暴雨局部特大暴雨的異常降水，持續(xù)性的強降水使得江河水位暴漲，農(nóng)作物受災(zāi)面積 96048 hm2；2012年8月臺風(fēng)“啟德”影響期間崇左出現(xiàn)了連續(xù)暴雨，局部大暴雨的天氣過程，并伴有局部9級的大風(fēng)，農(nóng)作物受災(zāi)面積163313 hm2，其中成災(zāi)面積123459 hm2，絕收面積871 hm2。

圖2 崇左市2003～2016年甘蔗平均單產(chǎn)

表5 崇左市甘蔗干旱等級劃分指標(biāo)

2.3.3 寒凍害

崇左出現(xiàn)霜凍時氣溫多數(shù)在 0℃以上，溫度低于地面和物體表面上有水汽凝結(jié)成白色結(jié)晶。大范圍嚴(yán)重霜凍災(zāi)害的發(fā)生給甘蔗生產(chǎn)帶來的損失是比較嚴(yán)重的。據(jù)歷史氣候資料記載，嚴(yán)重影響崇左甘蔗生產(chǎn)的霜凍年份主要有 1999/2000年度冬季、2007/08年度冬季等。1999年12月下旬崇左市出現(xiàn)5天連續(xù)霜凍天氣，是近50年來崇左甘蔗損失最大的一次寒害。據(jù)不完全統(tǒng)計，這次低溫寒害農(nóng)作物受災(zāi)面積116326 hm2，絕收面積18310 hm2。2008年1月中旬到2月下旬平均氣溫8.5℃，比常年同期偏低5.3℃，偏低程度居有氣象觀測記錄以來同期第一位，這次低溫寒害農(nóng)作物受災(zāi)面積238330 hm2，絕收面積73099 hm2。

據(jù)崇左歷史氣候資料和甘蔗生長比較分析，當(dāng)極端最低氣溫≤4.0℃時甘蔗出現(xiàn)寒害，極端最低氣溫2.0～3.9℃、0.0～1.9℃和≤0.0℃分別為崇左甘蔗輕度、中等和重度寒害。

3 小結(jié)

多數(shù)氣象因子與甘蔗日伸長量呈極顯著相關(guān)，對甘蔗日伸長量起直接正作用的主要因子為平均氣溫，起直接負作用的主要因子為平均氣壓；平均氣溫通過平均氣壓起明顯的間接作用，其次是日照時數(shù)通過平均氣溫起間接作用。逐步回歸的結(jié)果表明甘蔗日伸長量與平均氣溫、前 10天平均氣溫和前30天日照時數(shù)3個因子有關(guān)，且通過0.01的顯著性檢驗。

氣溫類氣象因子（平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫）和甘蔗日伸長量呈極顯著相關(guān)，桂西南熱量條件較好。極端最低氣溫≤4.0℃時甘蔗可能出現(xiàn)寒害或凍害，造成甘蔗減產(chǎn)。

階段累計降雨量和甘蔗日伸長量的相關(guān)性好于逐日降雨量的相關(guān)性。長時間少雨還會造成干旱，導(dǎo)致甘蔗單產(chǎn)減少。

氣象災(zāi)害是崇左甘蔗單產(chǎn)高低的重要因素，干旱尤其秋旱是首要因素，由于干旱導(dǎo)致蒸騰量遠大于吸收量，甘蔗生長緩慢或停滯，出現(xiàn)失水甚至枯死，嚴(yán)重影響產(chǎn)量；冬季寒凍害、臺風(fēng)的影響次之。