隆回?zé)焻^(qū)烤煙生育期氣溫及降水特征分析

程昌合，陳 頤，江智敏，劉光輝，姚雪梅，楊虹琦，粟陽(yáng)萌

（1. 浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州310009；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科技學(xué)院 煙草科學(xué)與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙410128；3. 湖南省煙草公司邵陽(yáng)市公司，湖南 邵陽(yáng)422000）

在全球氣候變化大趨勢(shì)下，我國(guó)各地氣候變化有明顯的地區(qū)性差異，且不同類型氣候區(qū)的氣候變化存在明顯的空間和時(shí)間的差異[1-2]。煙草是適應(yīng)性很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)作物，但其對(duì)生態(tài)條件的變化十分敏感，生態(tài)環(huán)境的變化不僅影響煙草的形態(tài)特征和農(nóng)藝性狀，而且還直接影響煙葉的產(chǎn)質(zhì)量，邱雪柏等[3]利用氣候傾向率和累積距平率對(duì)遵義縣1961～2011年的氣溫和降水量進(jìn)行研究，結(jié)果表明遵義煙區(qū)6～8月溫度適宜，月均降雨量能滿足烤煙需求，而9月中旬氣溫低于烤煙生長(zhǎng)適宜溫度，不利于烤煙成熟期干物質(zhì)的合成和積累。朱顯靈等[4]研究表明，三明煙區(qū)1～7月的月平均氣溫基本上維持在17～19 ℃，平均降水量為150～210 mm，均比較適宜于烤煙生產(chǎn)。但未見針對(duì)烤煙產(chǎn)區(qū)各生育期氣溫和降水等農(nóng)業(yè)氣候特征及變化規(guī)律的研究報(bào)道。

隆回縣位于湖南省西南部，地處亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候帶，四季分明，是湖南省烤煙的主產(chǎn)區(qū)之一，其特有的氣候條件對(duì)烤煙品質(zhì)的形成至關(guān)重要，尤其是烤煙大田生育期的氣溫和降水量，對(duì)煙葉品質(zhì)有較大影響。由于煙葉是煙株感受外界環(huán)境的主要器官之一，因而對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)十分敏感，各生育期的氣候變化必然對(duì)烤煙的外觀及感官評(píng)吸產(chǎn)生一定影響[5-6]。為了探索隆回?zé)焻^(qū)烤煙不同生育期的農(nóng)業(yè)氣候特征及其變化規(guī)律，以隆回縣近30 a 的氣溫和降水量氣象資料為例，采用時(shí)間序列分析法中的線性回歸分析和Pettitt 突變檢測(cè)，分析隆回?zé)焻^(qū)烤煙不同生育期氣溫和降水量的特征，包括氣候傾向率和突變分析，為該煙區(qū)的氣候變化檢測(cè)以及煙葉可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

隆回?zé)焻^(qū)位于湖南省中部稍偏西南，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°15′～110°38′，北緯27°～27°40′。地處中亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明、氣候溫和、雨量集中，多年平均氣溫11～17 ℃，年平均無霜期281.2 d，多年平均降水量1 427.5 mm。

1.2 氣象資料來源

研究所用的氣象資料（1981～2013年的逐日平均氣溫和逐日平均降水量）由隆回縣氣象局提供。將氣象資料按照烤煙苗期（播種至移栽）、伸根期（移栽至團(tuán)棵）、旺長(zhǎng)期（團(tuán)棵至現(xiàn)蕾）、成熟期（打頂至采收）的時(shí)間劃分為4個(gè)階段進(jìn)行農(nóng)業(yè)氣候特征分析。隆回?zé)焻^(qū)苗期大致在每年12月下旬到次年3月中旬，伸根期大致在每年3月下旬到4月中旬，旺長(zhǎng)期大致在每年4月下旬到5月中旬，成熟期大致在每年5月下旬到7月中旬，煙葉大田生育期約120 d，其中伸根期30 d，旺長(zhǎng)期30 d，成熟期60 d。

1.3 分析方法

1.3.1 氣候傾向率 在氣象學(xué)中，可以用氣象要素的時(shí)間序列與自然數(shù)數(shù)列之間的相關(guān)系數(shù)，來反映要素的長(zhǎng)期傾向性變化，可以建立y 與ti 之間的一元線性回歸方程[7-8]：

式中：y（t）為氣象要素的擬合值，t 為時(shí)間序列；回歸系數(shù)a 和常量b 用最小二乘法估計(jì)，氣象傾向率為a×10，其含義為氣象要素每10年的變化速率。若氣候傾向率大于零，說明該氣象要素隨時(shí)間t 的增加呈上升趨勢(shì)；氣候傾向率大于零，說明隨時(shí)間的增加呈下降趨勢(shì)。

1.3.2 Pettitt 突變點(diǎn)檢測(cè) 氣候突變是氣候運(yùn)動(dòng)漸變過程的中斷，是從一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定態(tài)到另一相對(duì)穩(wěn)定態(tài)的不連續(xù)跳躍現(xiàn)象，表現(xiàn)在時(shí)空上就是統(tǒng)計(jì)特性顯著變化[9]。研究采用Pettitt 法對(duì)氣溫和降水進(jìn)行突變檢測(cè)[10]。

對(duì)于樣本容量為n 的氣候序列x1，x2，…，xn，其對(duì)應(yīng)的秩序列為r1，r2，…，rn，則構(gòu)建統(tǒng)計(jì)量：

其中，Sk為檢驗(yàn)結(jié)果，如果在某年出現(xiàn)突變，則：

其中，E 為出現(xiàn)突變的年份。

2 結(jié)果與分析

2.1 隆回?zé)焻^(qū)烤煙生育期年平均氣溫變化趨勢(shì)分析

隆回?zé)焻^(qū)各生育期平均氣溫變化趨勢(shì)如圖1 所示。1981～2013年間隆回?zé)焻^(qū)在烤煙苗期、伸根期、旺長(zhǎng)期和成熟期的氣溫變化范圍分別為5.71～10.75 ℃、13.90～18.26 ℃、18.05～22.85 ℃和24.53～27.01 ℃，平均（指該生育期時(shí)間段的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，下同）氣溫分別為7.88℃、16.08℃、20.59℃和25.78℃。由此可見，隆回?zé)焻^(qū)從12月份底到次年3月中旬的苗期段均溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于15℃。前人眾多研究表明，煙草地上部分生長(zhǎng)最適溫度范圍為22～28℃；煙草苗期溫度降至1～2℃將導(dǎo)致幼苗死亡，10～13℃時(shí)煙苗基本停止生長(zhǎng)[11]。因此，苗期低溫是隆回?zé)焻^(qū)煙葉生長(zhǎng)發(fā)育影響最大的制約因素，將導(dǎo)致育苗期過長(zhǎng)、煙苗纖弱、抗逆性差、不能確保移栽期等問題出現(xiàn)。可采取設(shè)施育苗方式，通過增加育苗池水溫來提升環(huán)境溫度，從而滿足烤煙苗期所需溫度。

隆回?zé)焻^(qū)3月下旬到4月中旬的伸根期段均溫未達(dá)到22～28 ℃的最適生長(zhǎng)溫度范圍，表明隆回?zé)焻^(qū)移栽期與團(tuán)棵期低溫是影響烤煙生長(zhǎng)的主要障礙因素。由于移栽期到團(tuán)棵期這段時(shí)間是決定烤煙最終葉片數(shù)的關(guān)鍵時(shí)期，也是容易發(fā)生“低溫早花”導(dǎo)致葉片數(shù)減少的危險(xiǎn)時(shí)期，因此隆回?zé)焻^(qū)在烤煙伸根期需采取覆膜移栽和營(yíng)養(yǎng)調(diào)控等手段防止烤煙“早花”。

由圖1 中平均氣溫與時(shí)間序列擬合的趨勢(shì)線可知，隆回?zé)焻^(qū)各生育期平均氣溫的變化趨勢(shì)呈相同線性變化，且都通過了95%的顯著性檢驗(yàn)。隆回?zé)焻^(qū)在烤煙苗期、伸根期、旺長(zhǎng)期和成熟期的氣候變化傾向率分別為0.679℃/10a、0.690℃/10a、0.176℃/10a 和0.136℃/10a。這說明隆回?zé)焻^(qū)各生育期未來10年內(nèi)的平均氣溫均呈明顯上升趨勢(shì)，其中苗期和伸根期氣溫上升較為明顯，旺長(zhǎng)期和成熟期氣溫上升幅度較小。由5年的滑動(dòng)平均來看，烤煙旺長(zhǎng)期和成熟期氣溫的增長(zhǎng)趨勢(shì)將有所放緩。

2.2 隆回?zé)焻^(qū)烤煙生育期年平均降水量變化趨勢(shì)分析

隆回?zé)焻^(qū)各生育期年平均降水量變化趨勢(shì)如圖2所示。1981～2013年間隆回?zé)焻^(qū)在烤煙伸根期、旺長(zhǎng)期和成熟期的降水量波動(dòng)范圍分別為74.3～252.4 mm、65.6～268.9 mm 和223.4～587.1 mm，平均降水量分別為142.3 mm、158.9 mm 和364.6 mm。由此可見，隆回?zé)焻^(qū)降水量主要集中在烤煙成熟期，是其他時(shí)期的2 倍以上。研究表明，烤煙旺長(zhǎng)期和打頂后生理成熟期是烤煙需水量最大的時(shí)期，也是改善煙葉細(xì)胞結(jié)構(gòu)，促進(jìn)上部葉開片的最佳時(shí)期[12]。因此，把隆回?zé)焻^(qū)烤煙旺長(zhǎng)期和生理成熟期盡可能調(diào)整到6月份，是優(yōu)化煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)上部煙葉開片的一個(gè)有效手段。

圖1 1981～2013年隆回?zé)焻^(qū)各生育期年平均氣溫變化曲線及線性趨勢(shì)

由圖2 中平均降水量與時(shí)間序列擬合的趨勢(shì)線可知，隆回?zé)焻^(qū)各生育期的線性變化趨勢(shì)均未通過95%顯著性檢驗(yàn)。隆回?zé)焻^(qū)在烤煙伸根期、旺長(zhǎng)期和成熟期的降水量變化傾向率分別為-6.77 mm/10a、18.95 mm/10a和-9.98 mm/10a。這表明隆回?zé)焻^(qū)伸根期和成熟期未來10 a 內(nèi)的降水量均表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，而旺長(zhǎng)期表現(xiàn)出上升趨勢(shì)。

2.3 隆回?zé)焻^(qū)烤煙生育期氣溫及降水量趨勢(shì)突變分析

采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢測(cè)法Pettitt 對(duì)隆回?zé)焻^(qū)烤煙生育期的氣溫和降水量序列進(jìn)行了突變點(diǎn)檢驗(yàn)分析，結(jié)果表明，氣溫方面，隆回?zé)焻^(qū)在烤煙育苗期和伸根期的氣溫時(shí)間序列出現(xiàn)了增大的突變，其中烤煙育苗期氣溫突變檢驗(yàn)通過了0.05 顯著水平，突變點(diǎn)在1994年；烤煙伸根期氣溫突變通過了0.01 顯著水平，突變點(diǎn)在1997年（見圖3）。降水量方面，隆回?zé)焻^(qū)在烤煙伸根期和成熟期呈現(xiàn)出減小突變，在烤煙旺長(zhǎng)期呈現(xiàn)出增大突變，但各生育期降水量時(shí)間序列突變檢測(cè)均未通過顯著水平。

圖2 1981～2013年隆回?zé)焻^(qū)各生育期年平均降水量變化曲線及線性趨勢(shì)

圖3 隆回?zé)焻^(qū)育苗期和伸根期平均氣溫變化及突變點(diǎn)

3 結(jié)論與討論

研究利用線性回歸方法和Pettitt 檢驗(yàn)法對(duì)隆回?zé)焻^(qū)烤煙生育期近30 a 的氣溫和降水量變化特征進(jìn)行分析。氣溫方面，隆回?zé)焻^(qū)烤煙生育期平均氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中育苗期、伸根期、旺長(zhǎng)期和成熟期的上升速率 分 別 為0.679℃/10a、0.690℃/10a、0.176℃/10a 和0.136℃/10a，顯著高于我國(guó)近30 a 的年平均氣溫變化速率0.22 ℃/10a[13-14]，表明今后的平均氣溫有利于縮短隆回?zé)焻^(qū)苗期和移栽還苗的時(shí)間。但目前隆回?zé)焻^(qū)的育苗期和伸根期的氣溫變化范圍為5.71～10.75 ℃、13.90～18.26 ℃，表明隆回?zé)焻^(qū)在育苗期務(wù)必進(jìn)行增溫處理，來保證育苗大棚的溫濕度，以縮短苗期時(shí)間；而在移栽后特別要注意積極配套蓋膜措施，以便煙苗正常生根生長(zhǎng)。

氣候突變現(xiàn)象是指氣候變化的不連續(xù)性的跳躍，是普遍存在氣候系統(tǒng)中的一個(gè)重要現(xiàn)象，突變檢測(cè)對(duì)煙葉生產(chǎn)中預(yù)防不利氣候有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。隆回?zé)焻^(qū)在烤煙育苗期和伸根期出現(xiàn)了氣溫突變點(diǎn)，其中育苗期的突變點(diǎn)發(fā)生在1994年，即從1994年開始，其后的多年平均氣溫為8.30 ℃，比前一段時(shí)期的多年平均氣溫7.16 ℃高出1.14 ℃；伸根期的突變點(diǎn)發(fā)生在1997年，并且均是由寒轉(zhuǎn)暖的趨勢(shì)。由此可見，在全球變暖的背景下，中緯度附近煙區(qū)普遍表現(xiàn)出時(shí)間和空間上氣溫上升的變化[15-16]，在育苗期和伸根期隆回?zé)焻^(qū)表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。

降水量方面隆回?zé)焻^(qū)的烤煙伸根期、旺長(zhǎng)期和成熟期的降水量變化趨勢(shì)為-6.77 mm/10a、18.95 mm/10a 和-9.98 mm/10a，烤煙旺長(zhǎng)期上升明顯，而烤煙伸根期和成熟期下降明顯，但均未達(dá)到顯著水平。在烤煙的整個(gè)大田生育期中，在一定范圍內(nèi)，伸根期降水減少有利于根系的發(fā)展，可為旺長(zhǎng)期打下良好的基礎(chǔ)；而旺長(zhǎng)期降水增加有利于莖葉的迅速生長(zhǎng)；成熟期降水量減少也有利于提高煙葉的質(zhì)量。隆回?zé)焻^(qū)近30 a 間各生育期降水量突變點(diǎn)均未達(dá)到顯著性水平，即不存在降水量突變。

綜上所述，加強(qiáng)煙區(qū)氣溫和降水量預(yù)測(cè)分析，完善烤煙各生育期氣象監(jiān)測(cè)體系，為煙葉生產(chǎn)提前做好防范，可以最大限度地減少變異氣候?qū)熑~生產(chǎn)的帶來的不利影響。

[1]Yue S，Hashion M.Temperature trends in Japan：1900-1996[J].Theor ApplClimataol，2003，75：15-27.

[2]秦大河，丁一匯，蘇紀(jì)蘭，等.中國(guó)氣候與環(huán)境變化及未來趨勢(shì)[J].氣象變化研究進(jìn)展，2005，1（1）：4-9.

[3]邱雪柏，尹鵬達(dá)，陳 偉，等.近51年遵義縣氣候變化對(duì)烤煙移栽期的影響[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2013，34（4）：36-41.

[4]朱顯靈，王東勝，王能如，等.福建三明地區(qū)烤煙生長(zhǎng)期氣候特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（8）：3502-3505.

[5]王彥亭，謝劍平，李志宏.中國(guó)煙草種植區(qū)劃[M].北京：科學(xué)出版社，2010.155-179.

[6]嚴(yán) 斧.作物光溫生態(tài)[M].北京：氣象出版社，2007.100-105.

[7]任利利，殷淑燕.漢江上游近50多年來氣溫變化特征與區(qū)域差異[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2013，34（3）：348-352.

[8]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2007.37-41.

[9]Tabari H，Marofi S，Hosseinzadeh T P，et al.Trend analysis of reference evapotranspiration in thewestern half of Iran[J].Agricultural and Forest Meteorology，2011，151：128-136.

[10]崔日鮮.濰坊市近56年氣溫及降水量變化特征分析[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，29（4）：267-272.

[11]韓錦峰.煙草栽培生理學(xué)[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，2003.20.

[12]楊峰鋼.揭膜等措施對(duì)鄂西南煙葉開片影響的研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.35-42.

[13]任國(guó)玉，郭 軍，徐銘志，等.近50年中國(guó)地面氣候變化基本特征[J].氣象學(xué)報(bào)，2005，63（6）：942-956.

[14]孫 嫻，林振山.經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解下中國(guó)氣溫變化趨勢(shì)的區(qū)域特征[J].地理學(xué)報(bào)，2007，62（11）：1132-1141.

[15]李雙雙，延軍平，萬 佳.全球氣候變化下秦嶺南北氣溫變化特征[J].地理科學(xué)，2012，32（7）：853-858.

[16]賀晉云，張明軍，王 鵬，等.近50年西南地區(qū)極端干旱氣候變化特征[J].地理學(xué)報(bào)，2011，66（9）：1179-1190.