黃河三角洲濱海鹽堿地花生農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)指標(biāo)研究

楊愛華，信志紅，田秀菊，楊吉順，李 美，岳義軍

(1.利津縣氣象局，山東東營 257499；2.東營市氣象局，山東東營 257091；3.山東省花生研究所，青島 266021；4.東營市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東東營 257091)

作物發(fā)育與氣象條件關(guān)系密切[1]。作物發(fā)育期觀測是根據(jù)作物外部形態(tài)變化，記載作物從播種到成熟整個(gè)發(fā)育過程中發(fā)育期出現(xiàn)的日期，以了解發(fā)育速度和進(jìn)程。通過科學(xué)開展作物發(fā)育期等相關(guān)觀測，有助于分析農(nóng)作物生長發(fā)育過程中的農(nóng)業(yè)氣象條件，形成和鑒定作物生長發(fā)育的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)，對進(jìn)一步研究氣象條件對作物生長量和產(chǎn)量形成及品質(zhì)的影響有著重要意義，進(jìn)而為農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)及作物氣候品質(zhì)評價(jià)等提供理論依據(jù)，更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)[2-3]。

在作物發(fā)育期觀測中，對進(jìn)入某發(fā)育期標(biāo)準(zhǔn)的確定，一般局限于少量文字定義的敘述[4-6]，尚缺少更為直觀明確的發(fā)育期特征釋義。本文以黃河三角洲濱海鹽堿地花生農(nóng)業(yè)氣象觀測試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，一是在多幅實(shí)景觀測圖中篩選出能夠直觀反映各發(fā)育期特點(diǎn)的圖片，更準(zhǔn)確直觀地辨識不同發(fā)育期，為今后作物發(fā)育期觀測提供第一手參考資料[7]；二是結(jié)合分期播種試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了研究區(qū)域花生各發(fā)育期的氣象服務(wù)指標(biāo)，根據(jù)確定的氣象服務(wù)指標(biāo)可預(yù)報(bào)農(nóng)時(shí)，達(dá)到指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)與合理安排農(nóng)作物區(qū)劃的目的。

1 資料與方法

1.1 觀測資料

2019—2020年，在黃河三角洲濱海鹽堿地代表區(qū)利津縣農(nóng)業(yè)氣象觀測試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)開展了花生直播覆膜分期播種農(nóng)業(yè)氣象觀測試驗(yàn)。試驗(yàn)田土壤pH值為7.1；全鹽含量為2.55‰，為中度鹽堿化土地；土壤質(zhì)地偏黏重。試驗(yàn)共分6個(gè)播期總間隔35 d，以研究區(qū)常年穩(wěn)定通過15 ℃的初日作為播期2，以此為界前推7 d播種記為播期1，后推7 d、14 d、21 d、28 d播種分別記為播期3、播期4、播期5和播期6，同步開展發(fā)育期、生物量、產(chǎn)量及對應(yīng)時(shí)段內(nèi)氣象要素觀測等工作。本文圖片源于試驗(yàn)期內(nèi)花生各發(fā)育期的觀測照片，指標(biāo)數(shù)據(jù)源于同期內(nèi)利津縣氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測數(shù)據(jù)。1990—2019年近30 a氣象數(shù)據(jù)源于試驗(yàn)轄區(qū)利津縣氣象局的地面氣象觀測資料。

1.2 觀測項(xiàng)目與研究方法

依據(jù)農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范[3]相關(guān)技術(shù)規(guī)定，分別在鹽堿地花生進(jìn)入出苗期、幼苗期(三真葉—分枝期)、開花期、下針期、結(jié)莢期、飽果成熟期等發(fā)育普遍期[3]開展觀測并進(jìn)行拍攝，從中選取最符合各發(fā)育期標(biāo)準(zhǔn)的圖片；依據(jù)地面氣象觀測規(guī)范[8]相關(guān)技術(shù)規(guī)定，在花生發(fā)育期內(nèi)同步開展氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)等氣象要素的觀測，通過累加發(fā)育期時(shí)段內(nèi)的日平均氣溫計(jì)算活動積溫。

利用相關(guān)系數(shù)分析作物生長量與氣象因子的相關(guān)性[9]，利用統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)某一氣象要素高于或低于某一界限的頻率即保證率[10]計(jì)算各發(fā)育期內(nèi)氣象要素的上、下限氣象指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)育期觀測指標(biāo)

2.1.1 出苗期 幼苗出土并展開第一片真葉(復(fù)葉)的時(shí)期(圖1a)。這一時(shí)期種子在適宜的溫度、水分和氧氣條件下萌發(fā)出苗，即胚根伸長成主根入土生長，同時(shí)發(fā)生側(cè)根，胚芽出土發(fā)育形成二片復(fù)葉并展開，花芽分化。

2.1.2 幼苗期 出現(xiàn)由四片小葉組成的第三真葉，在子葉葉腋間出現(xiàn)第一對側(cè)芽，長約1.0 cm(圖1b)。這一時(shí)期是側(cè)枝分生、根系生長與根瘤形成、花芽分化的主要時(shí)期。

2.1.3 開花期 花序上第一朵花的旗瓣開放(圖1c)。這一時(shí)期以營養(yǎng)生長為主，即主根、側(cè)根、復(fù)葉不斷生長發(fā)育，長分枝，根瘤形成和發(fā)育，同時(shí)花芽大量分化。

2.1.4 下針期 第一批果針向下彎曲達(dá)到土壤表面(圖1d)。這一時(shí)期除營養(yǎng)體迅速生長外，植株大量開花、下針，營養(yǎng)生長顯著加快，葉片數(shù)迅速增加，葉面積迅速增長，干物質(zhì)積累增加。

2.1.5 結(jié)莢期 植株出現(xiàn)雞頭狀幼果至出現(xiàn)飽果(圖1e)。這一時(shí)期大批花針入土發(fā)育成莢果，營養(yǎng)生長亦達(dá)到最盛期，是生殖生長與營養(yǎng)生長并行時(shí)期，果實(shí)亦開始顯著增長，葉面積和干物質(zhì)積累均達(dá)到一生中最高值，根瘤固氮作用加強(qiáng)。

2.1.6 飽果成熟期 植株莢果逐漸飽滿成熟，成熟時(shí)植株上部葉片變黃，莢果變硬，莢殼變薄(圖1f)。此時(shí)期營養(yǎng)生長逐漸衰退、停止，生殖器官大量增重，是花生生殖生長為主的時(shí)期。即株高和新葉增長接近停止，綠葉面積迅速減少，干物質(zhì)積累減少，根系吸收機(jī)能下降，根瘤停止固氮，莖葉中的營養(yǎng)物質(zhì)向莢果轉(zhuǎn)運(yùn)，莢果迅速增重，莢果逐漸充實(shí)飽滿，脂肪、蛋白質(zhì)含量最終達(dá)到高峰。

圖1 黃河三角洲濱海鹽堿地花生各發(fā)育期圖片

2.2 發(fā)育期氣象服務(wù)指標(biāo)

分析不同播期花生發(fā)育進(jìn)程情況(圖2)，可以看出由于各播期氣象條件不同，花生生育期日數(shù)呈現(xiàn)隨播期推延而縮短的趨勢。6個(gè)試驗(yàn)播期內(nèi)各發(fā)育期的生物量、產(chǎn)量因素與氣象因子的相關(guān)系數(shù)分布(表1)表明，苗期葉面積指數(shù)與活動積溫呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；花針期根積累與日照時(shí)數(shù)、平均氣溫均呈極顯著相關(guān)，葉積累與平均氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；莢果成熟期的多個(gè)生物量要素均與降水量呈極顯著相關(guān)(P<0.01)；同時(shí)苗期—花針期的氣溫條件、結(jié)莢—成熟期的降水量與日照時(shí)數(shù)也是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子(P<0.05)。

圖2 黃河三角洲不同播期鹽堿地花生發(fā)育進(jìn)程

選擇與花生生長發(fā)育關(guān)系密切的氣象因子，利用計(jì)算80%保證率的方法統(tǒng)計(jì)各發(fā)育期內(nèi)上、下限氣象指標(biāo)(表2)。可以看出，花生全生育期活動積溫一般在3 117.4～3 237.4 ℃·d之間，出苗期活動積溫一般在229.1～271.9 ℃·d之間，均與劉洪順等[11]提出的花生生長期要求相吻合。另外，苗期平均氣溫在23.4～25.4 ℃之間，莢果成熟期平均氣溫在26.6～27.2 ℃之間等上、下限指標(biāo)也與前人相關(guān)論述[11-12]有一致性。

2.3 適播期氣象服務(wù)指標(biāo)

選擇生長發(fā)育狀況好、產(chǎn)量高的播期2～播期4進(jìn)行農(nóng)業(yè)界限溫度的初終日統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合發(fā)育期積溫指標(biāo)篩選適宜播期。結(jié)果顯示，播期2～播期4的播種日期分別對應(yīng)穩(wěn)定通過13、17、20 ℃的初日，最晚收獲期對應(yīng)穩(wěn)定通過20 ℃的終日。利用80%保證率的方法對黃河三角洲地區(qū)近30 a穩(wěn)定通過上述界限溫度的日期進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合積溫上下限指標(biāo)進(jìn)行推算，篩選出濱海鹽堿地花生常年適宜播期一般為4月26日—5月9日，過遲播種則不易達(dá)到生育期積溫下限的需求，最佳播期為5月2—5日，此時(shí)期內(nèi)播種溫度條件充足，更利于花生高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。另外，從多年降水量的分布來看，在5月上旬播種花生，播種—莢果成熟期各發(fā)育期降水量占全生育期降水量的比率分別為3.8%、7.4%、4.5%、29.1%、55.2%，能夠滿足鹽堿地花生發(fā)育過程中苗期低鹽適墑、花針期雨水充沛多、下針、莢果成熟期足墑防鹽漬的生長需求，更利于提高結(jié)莢數(shù)，有助于產(chǎn)量提升。

表1 黃河三角洲濱海鹽堿地花生各發(fā)育期生長量與氣象因子相關(guān)系數(shù)

表2 黃河三角洲濱海鹽堿地花生各發(fā)育期氣象指標(biāo)

3 結(jié)語

以農(nóng)業(yè)氣象觀測試驗(yàn)為基礎(chǔ)，按照規(guī)范要求篩選出最具代表性的花生發(fā)育期圖片作為觀測指標(biāo)，為今后統(tǒng)一把握花生發(fā)育期觀測標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)開展花生發(fā)育期觀測調(diào)查提供了圖像辨識依據(jù)。鹽堿地花生發(fā)育與氣象條件關(guān)系密切，通過開展分期播種試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析了各發(fā)育期內(nèi)的多項(xiàng)氣象服務(wù)指標(biāo)，為進(jìn)一步開展適宜鹽堿區(qū)地方特色的氣象服務(wù)提供了理論支撐。依據(jù)保證率概念并結(jié)合鹽堿地花生全生育期積溫指標(biāo)，計(jì)算并篩選適宜濱海鹽堿地花生高產(chǎn)的最佳播期，對充分利用黃三角地區(qū)氣候資源，更好發(fā)揮濱海鹽堿地花生的高產(chǎn)潛力均有著積極的借鑒意義。