張家口壩上地區(qū)氣候特征對馬鈴薯種植的影響

侯曉琦，郝瑛，劉星燕，高悅，徐晨陽

（張家口市氣象局，河北張家口 075000）

馬鈴薯是世界上第四大糧食作物[1]，是一種重要的高產(chǎn)經(jīng)濟作物，因為其蛋白質(zhì)含量高、脂肪含量少、含有灰分和多種維生素，也成為十大熱門營養(yǎng)健康食品之一，種植遍布全世界2/3 以上的國家。我國馬鈴薯的種植面積約為533 萬hm2，大體分為4 個作區(qū)。壩上地區(qū)是我國馬鈴薯的主要產(chǎn)區(qū)之一[2]。張家口市壩上地區(qū)海拔和緯度較高，氣候涼爽，日照充足，晝夜溫差較大，降雨量適中，無霜期短[2]，種植生產(chǎn)的馬鈴薯產(chǎn)量高、品質(zhì)好、耐儲存、耐運輸，加上張家口市區(qū)位優(yōu)勢明顯，位于首都經(jīng)濟圈內(nèi)，交通便捷，具備良好的運輸銷售條件和廣闊的發(fā)展市場，使得馬鈴薯產(chǎn)業(yè)成為當?shù)厮拇筠r(nóng)牧經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)之一[3]。而且張家口地區(qū)生產(chǎn)出的種薯退化輕、質(zhì)量好，是我國重要的種薯生產(chǎn)基地。研究張家口壩上地區(qū)溫度、降水、日照時長、霜凍等氣象災害對馬鈴薯生長期的影響，對提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)、增加農(nóng)民收入、帶動地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1 資料與方法

1.1 資料來源

研究數(shù)據(jù)主要包括氣象資料和馬鈴薯產(chǎn)量統(tǒng)計資料等。氣象數(shù)據(jù)資料來源于張家口壩上氣象站1990—2019年馬鈴薯生育期逐日的地溫、氣溫、降水、日照等資料。馬鈴薯產(chǎn)量資料來自張家口市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，資料長度為2007—2019 年。

1.2 分析方法

通過Excel、GrADS 等軟件，采用對比統(tǒng)計、線性趨勢等方法對馬鈴薯各生育期的關鍵氣象因子進行分析對比。播種期主要分析10 cm 地溫；發(fā)芽期主要分析10 cm地溫、平均氣溫、最低氣溫、終霜日；植株生長期主要分析10 cm 地溫、平均氣溫、降水量；結(jié)薯期主要分析10 cm 地溫、平均氣溫、最高氣溫、氣溫日較差、降水量。通過SPSS軟件，分析關鍵氣象因子與產(chǎn)量的相關性。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候特征對馬鈴薯播種期的影響

張家口地區(qū)馬鈴薯播種深度約為10 cm，晚霜前20～30 d，10 cm 地溫穩(wěn)定通過5℃～7℃時為適宜播種期。通過分析近30 年10 cm 地溫穩(wěn)定通過5℃～7℃時間，發(fā)現(xiàn)壩上地區(qū)張北、尚義、沽源、康?？h穩(wěn)定通過5℃～7℃的時間呈明顯上下波動趨勢且波動較為一致，主要集中在4月中下旬，近年有向上旬移動的趨勢（圖1）。

壩上地區(qū)馬鈴薯播種時間選擇在4 月底至5 月初，滿足播種條件。10 cm 地溫穩(wěn)定通過5℃～7℃后，仍出現(xiàn)0℃以下低溫情況，張北縣有7 年出現(xiàn)低溫情況，概率為23.3%；沽源縣有5 年出現(xiàn)低溫情況，概率為16.7%；尚義、康?？h有4 年出現(xiàn)低溫情況，概率為13.3%。在適宜播種期范圍內(nèi)，爭取盡早短時間播完，要警惕播種后遇到低溫情況，地溫-4℃以下會導致地下馬鈴薯塊莖遭受凍害。

2.2 氣候特征對馬鈴薯發(fā)芽期的影響

2.2.1 溫度。10 cm 土層溫度5℃以上即可發(fā)芽，7℃～8℃時幼芽即可生長，10 cm 地溫達到10℃～12℃，出苗快且健壯，25～30 d 可出苗。張家口地區(qū)馬鈴薯發(fā)芽期是4 月下旬到5 月，壩上地區(qū)馬鈴薯發(fā)芽期約為5 月，康保、沽源縣平均地溫略高于適宜范圍，尚義、張北縣平均地溫偏高，滿足馬鈴薯發(fā)芽期所需的地溫條件（表1）。

發(fā)芽期氣溫適宜范圍為13℃～18℃，尚義縣平均氣溫較適宜，滿足所需氣溫條件，但是康保、沽源、張北縣平均氣溫略低于所需最適宜溫度（表1），同期10 cm 地溫略偏高，彌補了氣溫偏低的不利影響，故發(fā)芽期盡量不要灌溉以免降低土溫影響發(fā)芽。

表1 馬鈴薯發(fā)芽期10 cm 地溫、氣溫適宜范圍和實際平均值比對

馬鈴薯發(fā)芽期，沽源、康保、尚義、張北縣平均氣溫與產(chǎn)量相關系數(shù)分別為-0.220、-0.062、-0.163、-0.036，呈負相關，說明發(fā)芽期在一定氣溫范圍內(nèi)平均氣溫越高產(chǎn)量越低。氣溫降至0℃以下，抗低溫能力變差，馬鈴薯幼苗在-0.8℃開始遭受凍害，張家口地區(qū)出苗大約是5 月下旬到月底，6 月最低氣溫基本在2℃以上，不會形成凍害，但是分析5 月下旬和月底的氣溫發(fā)現(xiàn)，出苗期間康?？h1998、1999 年出現(xiàn)的日最低氣溫范圍為-2.2℃～-0.8℃，在凍害范圍內(nèi)，低溫造成幼苗凍害的年份概率為6.5%，沽源縣1998、1999、2001 年出現(xiàn)的日最低范圍為-2.2℃～-1.4℃，在凍害范圍內(nèi)，低溫造成幼苗凍害的年份概率為9.7%?？当?、沽源縣馬鈴薯幼苗期要注意低溫對幼苗的凍害影響。

2.2.2 終霜日。壩上地區(qū)，康保、尚義、沽源縣終霜日主要集中在5 月中旬，張家口壩上馬鈴薯在生育期較少會受到霜凍的危害，但是也存在個別異常年份，壩上4 縣共有9 年次終霜日是5 月底，5 月底正值出苗之際，出現(xiàn)低溫霜凍，對馬鈴薯幼苗形成凍害，雖然馬鈴薯幼苗有再生功能，但會造成生育期延長。

2.3 氣候特征對馬鈴薯植株生長期（幼苗期至塊莖形成期）的影響

2.3.1 溫度。幼苗期是植物的生長期，塊莖形成期是地上部分植株生長和地下部塊莖生長同時進行，康保、尚義、沽源、張北縣10 cm 地溫平均值均在適宜范圍內(nèi)，平均氣溫也均在適宜范圍內(nèi)，滿足植株生長所需的地溫和氣溫要求（表2）。

表2 馬鈴薯植株生長期10 cm 地溫、氣溫適宜范圍和實際平均值比對

馬鈴薯植株生長期，壩上地區(qū)平均氣溫與產(chǎn)量呈負相關，說明植株生長期在一定氣溫范圍內(nèi)平均氣溫越高馬鈴薯產(chǎn)量越低。

2.3.2 降水量。幼苗期由于植株較小，需水量不大（30～45mm）；塊莖形成期，莖葉開始旺盛生長，需水量顯著增加（90～135 mm）。幼苗期，沽源、康保、尚義、張北縣的降水量基本能滿足需求，但是塊莖形成期的降水量全部偏少（圖2），易出現(xiàn)“卡脖旱”，會造成植株萎蔫，土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)不能被有效吸收，影響塊莖發(fā)育。

圖2 馬鈴薯植株生長期張家口壩上地區(qū)各縣降水量

沽源、康保、尚義、張北縣植株生長期降水與產(chǎn)量相關系數(shù)分別為0.537、0.234、0.584、0.732，其中張北縣降水量與產(chǎn)量相關性顯著（P<0.05），說明馬鈴薯植株生長期降水越多馬鈴薯產(chǎn)量越高，其中張北縣植株生長期降水是影響馬鈴薯產(chǎn)量的重要氣象因子，所以在生長期要適當灌溉，以滿足馬鈴薯塊莖的形成。

2.4 氣候特征對馬鈴薯結(jié)薯期（塊莖膨大期、淀粉積累區(qū)）的影響

2.4.1 溫度。馬鈴薯塊莖生長發(fā)育最適宜的10 cm 地溫為16℃～20℃，超過25℃，塊莖生長緩慢。由表3 可知，塊莖膨大期，壩上地區(qū)各縣10 cm 平均地溫全部偏高；淀粉積累期，10 cm 平均地溫適宜。塊莖膨大期偏高的地溫影響塊莖干物質(zhì)增長，致使塊莖老化或造成薯塊畸形變小，導致減產(chǎn)，有的品種會出現(xiàn)塊莖發(fā)芽后長出地面變成枝條，嚴重影響產(chǎn)量。土溫過高時，應及時灌溉降溫。

表3 馬鈴薯塊莖膨大期、淀粉積累期10 cm 地溫適宜范圍(16℃～20℃)和實際平均值比對

馬鈴薯塊莖生長發(fā)育平均最適宜溫度為18℃～20℃，塊莖膨大期，沽源、康保、尚義、張北縣平均氣溫均在最適宜溫度范圍內(nèi)，較適宜植株生長（圖3）。淀粉積累期，沽源、康保、尚義、張北縣平均氣溫低于最適宜溫度范圍（圖4）。

平均最高溫度達到25℃時，馬鈴薯莖葉生長緩慢，結(jié)薯延遲，達到或超過29℃時植株及塊莖停止生長，造成塊莖小，產(chǎn)量低。塊莖膨大期，日平均最高氣溫均超過25℃（圖3）；淀粉積累期，壩上持續(xù)高溫主要集中在7 月中下旬。持續(xù)高溫是影響馬鈴薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要不利因素之一，沽源、康保、尚義、張北縣日平均最高氣溫與產(chǎn)量的相關系數(shù)分別為-0.398、-0.372、-0.166、-0.251，全部為負相關，表明最高氣溫越低產(chǎn)量越高，必須通過灌溉降低溫度，抑制高溫帶來的不利影響。

結(jié)薯期晝夜氣溫差越大越好。晝夜溫差大，有利于同化產(chǎn)物向塊莖移動，促進塊莖高產(chǎn)。各縣氣溫日較差基本在10℃左右（圖3～4），差值較大，有利于薯塊增長和淀粉積累。

圖3 馬鈴薯塊莖膨大期張家口壩上地區(qū)各縣氣溫

圖4 馬鈴薯淀粉積累期張家口壩上地區(qū)各縣氣溫

2.4.2 降水量。馬鈴薯塊莖膨大期，莖葉和塊莖生長都達到鼎盛時期，需水量大，此時張家口地區(qū)進入主汛期，降水充沛，降水量均在適宜降水范圍。淀粉積累期，需水量少，但降水量均多于適宜范圍，后期水分多，影響淀粉積累并易造成塊莖腐爛（表4）。

表4 馬鈴薯塊莖膨大期、淀粉積累期降水量適宜范圍和實際平均值比對

3 結(jié)論

張家口壩上地區(qū)較適宜馬鈴薯種植，10 cm 地溫穩(wěn)定通過5℃～7℃后，馬鈴薯較適宜播種，但是壩上地區(qū)10 cm地溫穩(wěn)定通過5℃～7℃有向上旬移動的趨勢，穩(wěn)定通過后仍有地溫較低的情況，注意合理播種管理，避免-4℃以下地溫導致地下馬鈴薯塊莖遭受凍害。馬鈴薯發(fā)芽后可能會遭受霜凍，對幼苗形成凍害，生育期加長。

馬鈴薯是喜涼作物，植株生長期和結(jié)薯期氣溫與產(chǎn)量呈負相關，在塊莖形成期溫度升高，馬鈴薯塊莖形成變多，膨大速度減緩，對馬鈴薯產(chǎn)量有一定影響[4]。

馬鈴薯植株生長期的降水量與產(chǎn)量的相關性較強，降水是影響植株生長期的關鍵氣象因子，尤其是在張北縣，由于塊莖形成需水量較多，為整個生育期的30%，張家口地區(qū)降水量明顯偏少，易出現(xiàn)“卡脖旱”，所以要加強灌溉，滿足塊莖形成期的水分需求。

結(jié)薯期主要集中在7—8 月，氣溫地溫偏高，尤其是塊莖膨大期最高氣溫25℃以上會造成莖葉生長緩慢，結(jié)薯延遲，要通過灌溉降低土溫，抑制高溫帶來的不利影響。張家口地區(qū)進入“七上八下”主汛期，降水集中，期間馬鈴薯淀粉積累期所需水分僅為30～45 mm，水分較多會影響淀粉積累造成塊莖腐爛。

張家口地區(qū)馬鈴薯生長期內(nèi)高溫干旱、霜凍、連陰雨等氣象災害均對馬鈴薯的生長發(fā)育產(chǎn)生影響。

通過分析張家口地區(qū)馬鈴薯生長期氣象特征，確定張家口壩上地區(qū)馬鈴薯種植面積較大的典型縣生長期氣象服務重點，如根據(jù)10 cm 地溫及氣溫分析播種期的適宜范圍，出苗后進行終霜預報，結(jié)薯期進行高溫干旱預測預警等，為張家口地區(qū)馬鈴薯的種植提供更精細化的氣象保障服務。