通遼市氣象因子對(duì)紅薯產(chǎn)量的影響分析

董佳蕊

（奈曼旗氣象局，內(nèi)蒙通遼028300)

0 引言

紅薯是中國主要的糧食作物，其種植范圍十分廣泛，國內(nèi)多地均可種植[1-3]。通遼市地處內(nèi)蒙古自治區(qū)東部，北緯 42°15′—45°41′、東經(jīng) 119°15′—123°43′之間，位于蒙古高原遞降到低山丘陵和傾斜沖擊平原地帶，屬中溫帶、干旱和半干旱、大陸性季風(fēng)氣候，是內(nèi)蒙古自治區(qū)的糧食主產(chǎn)區(qū)[4]。以前紅薯在該地區(qū)只有少量種植，受地下水位下降和回復(fù)生態(tài)環(huán)境的需求，通遼市政府規(guī)劃將推廣種植紅薯等經(jīng)濟(jì)作物。紅薯對(duì)土壤及生態(tài)環(huán)境條件的適應(yīng)性和抗逆性都強(qiáng)，需肥較多卻也耐脊薄，紅薯種植沒有絕收情況，是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的一種作物，生產(chǎn)上只因管理、氣象條件等不同產(chǎn)量有所差異[5-7]。在土地資源確定、水肥保證的前提下影響紅薯產(chǎn)量不穩(wěn)定的最主要因素就是氣象因子的不穩(wěn)定性和氣象災(zāi)害的不確定性[8-10]。本研究利用位于通遼市有紅薯種植歷史地區(qū)的紅薯試驗(yàn)基地的種植資料和國家氣象站資料，分析當(dāng)?shù)貧庀笠蜃訉?duì)紅薯產(chǎn)量的影響，為當(dāng)?shù)胤N植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考。氣象因子對(duì)紅薯產(chǎn)量及種植的影響多為山東、河南、河北、四川等紅薯主產(chǎn)地的研究，對(duì)東北種植地區(qū)的相關(guān)研究很少[11-14]。本研究以紅薯生長期的氣象因子對(duì)產(chǎn)量的影響為切入點(diǎn)[15-16]，分析得出當(dāng)?shù)赜绊懠t薯全生育期和各個(gè)生長階段熱量、光照、降水因子對(duì)其產(chǎn)量的影響程度[17-20]，為當(dāng)?shù)丶t薯推廣種植開展有針對(duì)性的氣象保障服務(wù)提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

受地下水位下降和回復(fù)生態(tài)環(huán)境的需求，未來5年通遼市政府規(guī)劃將大量壓縮玉米種植面積，推廣種植經(jīng)濟(jì)作物，紅薯就是首批推廣種植的經(jīng)濟(jì)作物之一。通遼市奈曼旗作為紅薯推廣種植的試驗(yàn)旗縣，近年來與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所合作，在奈曼旗青龍山鎮(zhèn)建設(shè)了占地1.33 hm2的紅薯種薯研發(fā)中心，600 m2的組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室和1000 m2的智能陽光溫室育苗大棚，目前該實(shí)驗(yàn)室的脫毒種苗供不應(yīng)求。2020年通遼市南部旗縣每年紅薯栽培面積已達(dá)到26700 hm2以上。

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取通遼市青龍山國家氣象站2009—2018年積溫、日照、降水、日平均氣溫等氣象資料；收集整理青龍山紅薯科技產(chǎn)業(yè)園2009—2018年紅薯試驗(yàn)種植資料，調(diào)查收集整理通遼市南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)紅薯歷史種植情況，建立本研究數(shù)據(jù)集。

1.3 方法

利用2009—2018年有紅薯栽培記錄的紅薯單位產(chǎn)量及同期統(tǒng)計(jì)的距紅薯種植區(qū)域最近的青龍山國家氣象站的氣象資料，按紅薯移栽至收獲全生育期（5月15日—9月20日）和4個(gè)不同生長時(shí)間段（發(fā)根返青期5月15日—6月4日、分枝結(jié)薯期6月5日—7月4日、莖葉盛長與薯塊膨大期7月5日—8月18日、薯塊迅速膨大與莖葉漸衰期8月19日—9月20日）分別統(tǒng)計(jì)積溫、日照時(shí)數(shù)、降水量、日平均氣溫，與紅薯單位產(chǎn)量、全生育期日數(shù)等進(jìn)行變化特征及相關(guān)性分析[21-23]，用Excel程序繪制趨勢(shì)圖像。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅薯產(chǎn)量與全生育期氣象因子相關(guān)分析

為了分析當(dāng)?shù)丶t薯產(chǎn)量與全生育期主要?dú)庀笠蜃又g的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)了2009—2018年紅薯移栽日到收獲日全生育期間的積溫、累積日照時(shí)數(shù)、降水量和日平均氣溫。其特征是，積溫年際變化2011—2015年低，其他年份高，10年平均為2621.0℃，積溫與產(chǎn)量變化趨勢(shì)基本吻合（圖1）；日照時(shí)數(shù)2013年和2014年最短，2009年最長，10年平均為927.6 h，日照時(shí)數(shù)與產(chǎn)量變化趨勢(shì)基本一致（圖略）。

圖1 紅薯產(chǎn)量與生育期積溫年際變化

平均氣溫、降水量的年際的變化趨勢(shì)與積溫、日照時(shí)數(shù)明顯不同，2009—2018年全生育期日平均氣溫波動(dòng)變化，平均為20.4℃，10年有明顯的升高趨勢(shì)，特別是2017年、2018年日平均氣溫達(dá)到21.7℃，比2009年的20.7℃，升高1.0℃。降水量10年平均為346.1 mm，2009—2018年呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì)，最多年2017年，達(dá)到616.6 mm，是最少年2009年降水量(214.5 mm)的2.9倍。2017年8月2—3日通遼市出現(xiàn)大暴雨天氣過程，青龍山48 h雨量373.3 mm，創(chuàng)內(nèi)蒙古自治區(qū)有器測(cè)記錄以來的極值，2018年降水量減少。降水量與平均氣溫變化特征均為總體升高趨勢(shì)（圖2）。

圖2 紅薯全生育期日平均氣溫和降水量年際變化

為了分析各氣象因子與產(chǎn)量之間的相關(guān)程度，計(jì)算了各因子與產(chǎn)量間的相關(guān)系數(shù)[24-26]。其結(jié)果為2009—2018年紅薯單位產(chǎn)量與全生育期積溫、日照時(shí)數(shù)、日平均氣溫和降水量均呈正相關(guān)關(guān)系（表1），其中，與積溫、日照時(shí)數(shù)相關(guān)顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.837和0.741，通過了0.01信度的顯著性檢驗(yàn)；而與日平均氣溫和降水量的相關(guān)系數(shù)分別為0.248和0.311，未達(dá)到顯著水平。

表1 紅薯產(chǎn)量、生育期與光溫水氣象要素的相關(guān)系數(shù)

2.2 紅薯產(chǎn)量與各生育階段氣象因子相關(guān)分析

為了更進(jìn)一步分析紅薯產(chǎn)量與各氣象因子的關(guān)系，分析了紅薯各生長階段各氣象因子與產(chǎn)量之間的關(guān)系，按照紅薯不同生長階段的天數(shù)，統(tǒng)計(jì)了2009—2018年紅薯栽培的發(fā)根返青期、分枝結(jié)薯期、莖葉盛長與薯塊膨大期、薯塊迅速膨大與莖葉漸衰期4個(gè)發(fā)育階段的積溫、日照時(shí)數(shù)、降水量（光溫水），分析其變化特征及與紅薯產(chǎn)量的相關(guān)特征。

2.2.1 各生長時(shí)段的氣象要素分布特征 列出紅薯不同生長階段氣象要素平均值（表2）并計(jì)算得出紅薯不同生長階段各要素百分比（圖3）。由表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，紅薯4個(gè)生長階段中，10年平均日照時(shí)數(shù)在200～267 h之間，積溫在389.3～1024.5℃之間，日平均氣溫在 18.0～22.8℃之間，降水量在 18.8～183.5 mm 之間。光照和熱量在各生長時(shí)段的分布比較均勻，但降水量分配不均，生長各階段差異較大。

表2 紅薯不同生長階段氣象要素平均值（2009—2018年）

圖3 紅薯不同生長階段各要素百分比

圖3表明，莖葉盛長與薯塊膨大期在7月上旬到8月中旬，占全生育期的35%，此生長階段持續(xù)時(shí)間長，積溫高，降水量集中，日照時(shí)間長，光溫水氣象條件匹配好。而在發(fā)根返青的苗期，降水量明顯不足，在占16%的生長期內(nèi)，降水量只占5%，說明紅薯苗期降水量少，易發(fā)生干旱。

2.2.2 各生長階段氣象要素的年際變化特征 歷年不同生長階段氣象要素變化特征顯示，同一要素在不同時(shí)段的年際變化特征差異較明顯（表3）。

表3 不同生長階段與全生育期同一要素的相關(guān)系數(shù)

（1）積溫變化特征。2009—2018年紅薯4個(gè)生長階段的積溫序列，除了發(fā)根返青期外，其他3個(gè)階段的積溫波動(dòng)特征與全生育期積溫變化特征近似，相關(guān)性顯著，但發(fā)根返青期積溫變化特征明顯不同，2009—2012年積溫逐年降低，之后的6年波動(dòng)變化，幅度較小，在387.3～407.6℃之間，與全生育期積溫相關(guān)不顯著。

（2）日照時(shí)數(shù)變化特征。2009—2018年分枝結(jié)薯期的日照時(shí)數(shù)年際變化特征與全生育期日照時(shí)數(shù)變化特征一致，都是2013年、2014年日照時(shí)數(shù)較少，其他年份日照時(shí)數(shù)變化幅度較小，兩個(gè)序列相關(guān)系數(shù)為0.890。其次是莖葉盛長與薯塊膨大期日照時(shí)數(shù)的變化特征與全生育期日照時(shí)數(shù)相似，相關(guān)系數(shù)為0.778。發(fā)根返青期、薯塊迅速膨大與莖葉漸衰期的日照時(shí)數(shù)與全生育期日照時(shí)數(shù)變化特征差異較大，但薯塊迅速膨大與莖葉漸衰期的日照時(shí)數(shù)曲線變化比較平穩(wěn)，年際波動(dòng)較小。

（3）降水量變化特征。2009—2018年紅薯4個(gè)生長階段降水量的變化特征是，莖葉盛長與薯塊膨大期降水量變化特征與全生育期降水量變化相關(guān)顯著，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.933。其他季節(jié)降水量的年際變化特征差異較大，特別是分枝結(jié)薯期降水量年際波動(dòng)幅度大，最多年2014年降水量172.9 mm，最少年2010年僅43.4 mm，兩年相差3倍。

（4）日平均氣溫變化特征。2009—2018年紅薯4個(gè)生長階段的日平均氣溫變化特征是，莖葉盛長與薯塊膨大期氣溫變化特征與全生育期氣溫變化相關(guān)顯著，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.936。分枝結(jié)薯期、薯塊迅速膨大與莖葉漸衰期日平均氣溫的變化特征相似，但發(fā)根返青期日平均氣溫年際變化特征與其他生長時(shí)段不同，2009—2012年日平均溫度逐年降低，2013年之后氣溫年際波動(dòng)較小，變化穩(wěn)定。

3 討論與結(jié)論

（1）通過對(duì)通遼市種植基地紅薯單位產(chǎn)量與氣象因子的相關(guān)分析得出，當(dāng)?shù)丶t薯產(chǎn)量僅與其大田移栽至收獲期的氣候條件有關(guān)，與全生育期光照、熱量、降水等主要?dú)庀笠鼐收嚓P(guān)，且不同生長階段與氣象要素的相關(guān)不同，與發(fā)根返青期、分枝結(jié)薯期、莖葉盛長與薯塊膨大期、薯塊迅速膨大與莖葉漸衰期的光照、熱量都呈顯著相關(guān)，即各生長階段積溫越高光照越長產(chǎn)量越高，與莖葉盛長與薯塊膨大期的降水量顯著相關(guān)，與發(fā)根返青期、分枝結(jié)薯期的降水量呈不明顯正相關(guān)，與薯塊迅速膨大與莖葉漸衰期的降水量基本呈負(fù)相關(guān)，雖然通遼市屬于干旱半干旱地區(qū)，但降水對(duì)紅薯的產(chǎn)量影響不大，只有在莖葉盛長與薯塊膨大期與降水量相關(guān)顯著。

（2）本研究分析了干旱半干旱地區(qū)紅薯產(chǎn)量與生長季及四個(gè)生長時(shí)段主要?dú)庀笠蜃拥南嚓P(guān)性，紅薯種植基地所在的奈曼旗是中國面積最大沙地（科爾沁沙地）的最典型地區(qū)，其研究結(jié)果為調(diào)整水資源短缺的沙地種植結(jié)構(gòu)、恢復(fù)生態(tài)平衡提供科學(xué)數(shù)據(jù)。因種植基地具有正規(guī)的農(nóng)業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)年代較短和氣候異常等因素，研究結(jié)果還需要在今后工作中繼續(xù)進(jìn)行研究完善。

（3）紅薯作為當(dāng)?shù)氐奶厣r(nóng)產(chǎn)品，成為引領(lǐng)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要農(nóng)作物之一，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的紅薯成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶迫切的需求。目前，在關(guān)鍵發(fā)育期依據(jù)氣象因子對(duì)提高紅薯產(chǎn)量的研究仍處于初步探討階段，缺乏一定的理論依據(jù)，因地制宜地確定不同生育期的氣象因子指標(biāo)，并以氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提出有針對(duì)性的耕種措施，以提高紅薯產(chǎn)量。

（4）總體來看，通遼市紅薯產(chǎn)量受熱量條件的影響最為明顯，與全生育期的積溫呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.837，與日平均氣溫呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.248；光照是紅薯生長的必要條件，通遼地區(qū)是僅次于新疆的多光照地區(qū)之一，光照基本能滿足紅薯生長所需，紅薯產(chǎn)量與全生育期的日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.741；降水量對(duì)紅薯產(chǎn)量影響不明顯，相關(guān)系數(shù)僅為0.311，只有在莖葉盛長與薯塊膨大期需水較多，此時(shí)正是當(dāng)?shù)匮雌诘闹饕邓畷r(shí)段，自然降水基本能滿足紅薯生長所需，因此，水分條件不是通遼市紅薯種植的限制因素。