新疆北部晚熟哈密瓜氣候條件敏感度分析

王建剛 唐秀 李愚超 李廣軍 巴合提·斯哈克

摘要 [目的]研究晚熟哈密瓜對(duì)氣候因子的敏感度，揭示氣候條件的影響方式和影響量。[方法]利用新疆北部阿勒泰1998～2013年晚熟哈密瓜引種至大面積種植的調(diào)查資料，結(jié)合同期氣候資料，采用相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn)法，分析計(jì)算了64個(gè)氣候因子，并應(yīng)用t檢驗(yàn)原理，逆向分析氣候條件敏感度方法，研究了氣候條件的影響方式和影響量。[結(jié)果]應(yīng)用t檢驗(yàn)方法篩選出4級(jí)（α=0.01、0.05、0.10、0.20）氣候因子；對(duì)哈密瓜年景影響顯著的關(guān)鍵因子有5個(gè)，分別是7月平均氣溫、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm降水日數(shù)、6月上旬～8月上旬降水量、7月下旬降水量，其敏感度分別為0.6 ℃、6.7 mm、1.1 d、20.0 mm、5.4 mm。 [結(jié)論]生長(zhǎng)期的降水量和大降水日數(shù)是影響哈密瓜年景的主要因素。

關(guān)鍵詞 新疆北部；晚熟哈密瓜；氣候條件；敏感度方法；分析檢測(cè)

中圖分類號(hào) S161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）16-05156-03

阿勒泰是新疆北部的熱量條件不足區(qū)，年平均氣溫4.4 ℃，喜溫作物種類少，主要種植玉米、黃豆、春小麥等作物。20世紀(jì)90年代以來氣候變暖顯著，1989～2013年平均氣溫增加0.5 ℃。喜溫作物逐漸北移[1-2]，1998年開始阿勒泰引種晚熟型哈密瓜成功，至2013年止，全地區(qū)播種面積3.093×103 hm2（包括兵團(tuán)農(nóng)場(chǎng)），除青河、吉木乃外，各縣市均有種植，阿勒泰市播種面積1.76×103 hm2，平均單產(chǎn)2.82×104～3.15×104 kg/hm2。氣候變暖促進(jìn)了哈密瓜種植北移，但氣候變化伴隨災(zāi)害氣候事件增多，導(dǎo)致病蟲害流行和果實(shí)開裂霉?fàn)€，對(duì)哈密瓜生產(chǎn)帶來較大的波動(dòng)性。作物氣候條件敏感度研究引起廣泛關(guān)注，以往的研究中采用多元線性相關(guān)[3]，分析氣候條件對(duì)哈密瓜病害的影響，王曉東等提出主要?dú)庀笠蜃訉?duì)作物蒸散的敏感度概念方法[4]。在哈密瓜年景影響分析中，應(yīng)用敏感度概念，研究病蟲害、果實(shí)開裂霉?fàn)€的氣候條件敏感度，這方面未找到完整的相關(guān)研究參考資料。楊渡等主要對(duì)南疆甜瓜[5-7]和中晚熟甜瓜[8-10]的栽培技術(shù)、病害防治進(jìn)行研究；李建良等研究了甜瓜爛瓜和炭疽病的病蟲害防治方法[11-12]；馬玲霞等從多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)上總結(jié)哈密瓜需要的氣候條件[13-15]，但均沒有涉及氣候條件的敏感度分析。筆者擬利用調(diào)查資料和同期氣候資料，采用定量分析方法，分析不同氣候條件敏感度差異，為晚熟哈密瓜生產(chǎn)決策提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源 根據(jù)阿勒泰晚熟哈密瓜引種試驗(yàn)和大面積推廣種植的核心區(qū)所在地域，從生產(chǎn)基地的土壤、氣候、環(huán)境、耕作、栽培模式及哈密瓜的生態(tài)、病害程度和商品瓜品質(zhì)等多方面現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、考證、專家咨詢等方面的工作入手，搜集獲得晚熟哈密瓜的品種、耕作栽培、土壤特性、生物學(xué)特征、病蟲害發(fā)生學(xué)調(diào)查、商品瓜產(chǎn)量質(zhì)量、哈密瓜生產(chǎn)整體年景等大量的第一手資料，作為研究的基礎(chǔ)性資料。

氣候數(shù)據(jù)取自距離哈密瓜生產(chǎn)基地最近的、阿勒泰基準(zhǔn)氣候站同期的溫度、降水、日照、溫差、積溫等氣候資料。氣候數(shù)據(jù)的一般統(tǒng)計(jì)依據(jù)氣象規(guī)范[16]處理，活動(dòng)積溫以5 d滑動(dòng)平均穩(wěn)定通過期間溫度之和的方法計(jì)算。

1.2 研究方法

1.2.1 相關(guān)系數(shù)顯著性t檢驗(yàn)。 氣候條件樣本與哈密瓜年景相關(guān)系數(shù)r顯著性t檢驗(yàn)。相關(guān)系數(shù)r與總體相關(guān)系數(shù)ρ的值域均是-1～1，樣本 r的概率密度分布為ρ=0時(shí)r的分布左右對(duì)稱，近似正態(tài)，以0為中心左右對(duì)稱；ρ≠0時(shí)r的分布不是正態(tài)，r>0時(shí)趨向+1的值比趨向-1的值多些。相關(guān)系數(shù)的顯著性t檢驗(yàn)方法：假設(shè)H0∶ r=0，t=r1-r2n-2、df=n-2，式中，df是自由度，n是序列長(zhǎng)度。取置信度水平α，如果t>tα，則拒絕H0，說明所得到的r不是來自ρ=0的總體，或r是顯著的；若t

1.2.2 氣候條件的敏感度。 氣候條件敏感度是表征在統(tǒng)計(jì)相關(guān)顯著基礎(chǔ)上，氣象條件臨界變化值對(duì)應(yīng)目標(biāo)事件的臨界顯著相關(guān)。為了明確物理意義和方便計(jì)算，以氣候條件的距平序列為基礎(chǔ)，定義氣候條件敏感度。由相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn)原理，通過計(jì)算分析，可以找到部分氣候因素在置信度水平α下顯著相關(guān)，但不知道氣候條件變化多少范圍可以導(dǎo)致臨界顯著性相關(guān)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候條件與晚熟哈密瓜年景的相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn) 計(jì)算分析了溫度、日較差、降水量、降水日數(shù)以及界限溫度下的期間日數(shù)、活動(dòng)積溫、降水量、日照等各類氣候條件與晚熟哈密瓜年景的相關(guān)系數(shù)64個(gè)。經(jīng)過相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)達(dá)到顯著性水平的氣候因子，依置信度α值進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果顯示（表1），相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn)顯著的氣候因子1級(jí)（α=0.01）有6上旬>10.0 mm日數(shù)（-0.638 5）、6～8月降水量（-0.702 3）、10 ℃間降水量（-0.720 3）、6月中旬～8上旬降水量（-0.753 2）、6月上旬～8月上旬降水量（-0.791 2），1～2級(jí)（α=0.05）有6月降水量（-0.524 9）、6月>10.0 mm日數(shù)（-0.525 3）、15 ℃間降水量（-0.543 2）、6～8月>5.0 mm日數(shù)（-0.544 5）、7月降水量（-0.549 1）、6月上旬>1.0 mm日數(shù)（-0.567 1）、6月上旬降水量（-0.574 9）、6～8月>1.0 mm日數(shù)（-0.603 4），2～3級(jí)（α=0.10）有6月中旬～8月上旬>5.0 mm日數(shù)（-0.426 4）、5～8月平均氣溫（0.445 1）、6月中旬～8月上旬>10.0 mm日數(shù) （-0.446 2）、7月平均氣溫（0.456 5）、6月上旬>5.0 mm日數(shù)（-0.465 1）、7月下旬降水量（-0.466 8）、6月>1.0 mm日數(shù)（-0.487 3）、6月>5.0 mm日數(shù)（-0.487 7），3～4級(jí)（α=0.20）有8月上旬>10.0 mm日數(shù)（-0.338 3）、10 ℃間積溫（0.340 9）、8月>1.0 mm日數(shù)（-0.353 3）、7月>10.0 mm日數(shù)（-0.375 0）、7月>1.0 mm日數(shù) （-0.377 5）、6月中旬～8月上旬>1.0 mm日數(shù)（-0.394 3）、8月降水量（-0.405 2）、6～8月>10.0 mm日數(shù)（-0.406 0）、5月平均氣溫（0.415 5）。

2.2 氣候條件對(duì)哈密瓜年景的影響方式分析

2.2.1 生育期。從哈密瓜生育期看，5月中旬～下旬開始播種，8月中旬成熟，播種期和幼苗生長(zhǎng)期溫度影響顯著，7月哈密瓜結(jié)實(shí)膨大糖度積累關(guān)鍵期對(duì)溫度要求最敏感。

2.2.2 病害發(fā)生規(guī)律。從病害發(fā)生規(guī)律上看，6月上旬是病害發(fā)生的關(guān)鍵期，高強(qiáng)度的降水引發(fā)病害，可導(dǎo)致病害后期的大規(guī)模流行，從瓜苗展藤到成熟期，水分多總是負(fù)影響，期間的降水量和降水日數(shù)有最高的影響度。

2.2.3 氣候條件適應(yīng)性。從氣候條件適應(yīng)性上看，降水是負(fù)相關(guān)，高溫度、多光照是正相關(guān)。降水影響度最大，溫度次之，光照最小。說明阿勒泰溫度條件總體能夠滿足要求，7月平均氣溫、5～8月平均氣溫在3級(jí)水平上有影響，光照在整個(gè)生育期均能夠滿足要求；從1級(jí)顯著性水平的同一個(gè)降水因素考察，主要生育期6月上旬～8月上旬降水量相關(guān)系數(shù)最大，6～8月降水量、10 ℃間降水量、6月中旬～8月上旬降水量的相關(guān)系數(shù)很接近，時(shí)間跨度大，對(duì)于確定關(guān)鍵期比較困難。7月平均日較差與哈密瓜的年景相關(guān)系數(shù)，通過4級(jí)（tα0.2=0.338）顯著性檢驗(yàn)，但不能簡(jiǎn)單認(rèn)為，7月氣溫日較差與年景有直接的影響。因?yàn)閺臍夂驐l件之間的關(guān)系可知，不同氣候條件之間也存在因果關(guān)系，計(jì)算了1998～2013年7月降水量與日較差的相關(guān)系數(shù)為-0.601，通過2級(jí)（tα0.2=0.497）顯著性檢驗(yàn)，表明7月降水量與日較差關(guān)系密切，降水量多，對(duì)應(yīng)的日較差較小。在哈密瓜的商品生產(chǎn)中，日較差對(duì)于中心糖度的形成和積累具有重要作用，日較差為15 ℃，中心糖度達(dá)13度，當(dāng)?shù)貧夂蝻@示在最差和最好的年景中，日較差達(dá)13～16 ℃，其中心糖度無(wú)顯著差異[6]。日較差對(duì)于年景的影響，沒有直接的貢獻(xiàn)。因此，不能將日較差作為一個(gè)獨(dú)立因素參與年景影響度評(píng)價(jià)體系。

2.2.4 短關(guān)鍵期。從短關(guān)鍵期上考察，6月上旬>10.0 mm日數(shù)相關(guān)性最強(qiáng)，成為重點(diǎn)關(guān)注的關(guān)鍵期和關(guān)鍵因素。其他應(yīng)該關(guān)注的氣候因素有6月上旬>1.0 mm日數(shù)、6月上旬降水量、7月降水量、6月降水量、6月>10.0 mm日數(shù)。

2.3 氣候條件的影響模式分析 從1998年引種以來，應(yīng)用1994年以來20年的氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合哈密瓜種植調(diào)查數(shù)據(jù)，計(jì)算了64個(gè)不同氣候條件在不同生育期時(shí)段的相關(guān)顯著性分析。結(jié)果顯示，從哈密瓜整個(gè)生育期內(nèi)看，日照時(shí)數(shù)、溫度的日較差總是能夠滿足哈密瓜的商品生產(chǎn)需求；溫度條件在很大程度上能夠滿足需求，但在不同的生育期產(chǎn)生的影響程度不同，總體影響度水平低于降水的影響。

2.3.1 溫度氣候條件的影響模式。7月哈密瓜結(jié)實(shí)膨大、糖度積累關(guān)鍵期對(duì)溫度要求最敏感，此時(shí)降水多還可以導(dǎo)致哈密瓜開裂侵染病害、腐爛，直接影響商品瓜的年景豐度。7月氣溫是溫度條件中影響度最大的因素；5月中～下旬開始播種，5月平均氣溫低影響出苗和后期的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)造成結(jié)實(shí)率低、果實(shí)小、產(chǎn)量低，導(dǎo)致年景比較差，是溫度條件中影響度第二大因素；其他生育期時(shí)段溫度條件不足以顯著影響哈密瓜的收成年景。

2.3.2 降水氣候條件的影響模式。哈密瓜一般在6月上旬逐步進(jìn)入展藤期，標(biāo)志開始進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺期，初期抗病能力低下。此時(shí)日平均氣溫升高至20 ℃以上，最高氣溫可達(dá)30 ℃。霜霉病、白粉病、炭疽病、角斑病等病原微生物進(jìn)入高活動(dòng)期。在哈密瓜植株的各種弱態(tài)、機(jī)械損傷等不良條件下，大風(fēng)、強(qiáng)降雨致使病原微生物迅速擴(kuò)散，病害對(duì)弱、傷植株侵染，形成病害原發(fā)基數(shù)。病原微生物按照邏輯斯蒂增長(zhǎng)模式，種群在有限資源和空間等條件下面積發(fā)生率的動(dòng)態(tài)變化，構(gòu)建為S型曲線，即對(duì)數(shù)增長(zhǎng)（Logistic Growth），在哈密瓜成熟期發(fā)生率達(dá)到最大。年度病害的發(fā)展基數(shù)和其后的氣候條件，是病害的持續(xù)、快速發(fā)展的主要影響因素，是哈密瓜年景形成的重要模式過程。6月上旬，1～5 mm的有效降水能夠產(chǎn)生比較嚴(yán)重的病害影響，5～10 mm能夠產(chǎn)生嚴(yán)重的病害影響，>10 mm降水產(chǎn)生災(zāi)難性的危害。6月中旬至成熟期，較多的降水對(duì)病害的持續(xù)、快速發(fā)展至關(guān)重要，比其他氣候條件影響更為顯著。6月上旬的降水是影響病害的基礎(chǔ)性因素，其后的多降水對(duì)年景產(chǎn)生疊加影響，其中7月降水量的疊加效應(yīng)最顯著。

2.4 哈密瓜生產(chǎn)對(duì)氣候條件敏感度分析 氣候條件對(duì)于年景的影響，在一定置信度水平下，對(duì)應(yīng)的氣候條件變化一定范圍確定?？紤]到增強(qiáng)因子的多樣性和代表性，選取晚熟哈密瓜關(guān)鍵期的關(guān)鍵性氣候因子5個(gè)，α=0.10，依據(jù)公式r=1/H（n-2）/t2和逆向計(jì)算公式計(jì)算α=0.10水平下的氣候因子的影響度水平，由表2可見，7月平均氣溫、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm日數(shù)、6月中旬～8月上旬降水量和7月下旬降水量5個(gè)關(guān)鍵氣候因子的距平敏感度分別為0.6 ℃、6.7 mm、1.1 d、20.0 mm、5.4 mm。這里的氣候因素的影響度水平ε是設(shè)定在α=0.10置信度下，α增大ε將減小。對(duì)于短期項(xiàng)目，由于總量相對(duì)較小，導(dǎo)致距平變化的絕對(duì)幅度較小，因此ε較小。對(duì)于長(zhǎng)期項(xiàng)目ε變化量則相反，如6月中旬～8月上旬降水量較7月平均氣溫超過30倍。

2.5 哈密瓜年景多元回歸分析 為更好地反映不同類別氣候因子的影響，加入在α=0.20顯著水平下的積溫因子。共選取7月平均氣溫（x1）、6月上旬水量（x2）、6月上旬>1.0 mm日數(shù)（x3）、6月中旬～8月上旬水量（x4）、7月下旬降水量（x5）、10 ℃間積溫（x6）6個(gè)氣候因子，采用多元回歸y=α0+α1x1+α2x2+α3x3+α4x4+α5x5+α6x6分析，得出a0=-57.508、a1=3.952、a2=1.519、a3=-18.369、a4=-0.750、a5=-0.759、a6=0.027，即哈密瓜年景多元回歸模型為y=-57.508+3.952x1+1.519x2-18.369x3-0.750x4-0.759x5+0.027x6。復(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)R=0.948，高度相關(guān)，對(duì)1998～2013年的回歸擬合情況較好，6年偏高、5年偏低、5年很接近（圖1），其中2001、2005年偏差較大，形成的原因與年景的調(diào)查評(píng)價(jià)等級(jí)有關(guān)。年景的客觀評(píng)價(jià)缺乏定量指標(biāo)，主觀的隨意性較大，總體趨勢(shì)可信。

3 結(jié)論與討論

（1）采用引種的晚熟哈密瓜以氣候條件對(duì)年景影響的相關(guān)度分析方法，通過調(diào)查論證，設(shè)置64個(gè)氣候因子，在置信度α=0.01～0.10下，t檢驗(yàn)顯著相關(guān)，找到一些關(guān)鍵的氣候因子，如7月平均氣溫、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm降水日數(shù)、6上旬～8月上旬降水量、7月下旬降水量等，這些因子對(duì)哈密瓜種植具有重要的影響。對(duì)于沒有檢測(cè)到的或需要提高α值才能通過檢測(cè)的因子，如>10 ℃活動(dòng)積溫、日照、溫差等，可以認(rèn)為此類氣候條件對(duì)晚熟哈密瓜年景沒有顯著的影響，也就是說，氣候條件能夠滿足要求。

（2）計(jì)算分析了7月平均氣溫、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm降水日數(shù)、6上旬～8月上旬降水量、7月下旬降水量5個(gè)關(guān)鍵氣候因子的距平敏感度分別為0.6 ℃、6.7 mm、1.1 d、20.0 mm、5.4 mm，表明這些因子的距平達(dá)到敏感度臨界值能夠?qū)ν硎旃芄夏昃爱a(chǎn)生顯著的影響，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐有積極的指導(dǎo)意義。

（3）對(duì)6個(gè)關(guān)鍵因子的多元回歸分析，復(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)R=0.948，高度相關(guān)，表明關(guān)鍵因子具有較強(qiáng)的概括能力。從因子對(duì)應(yīng)的哈密瓜生態(tài)特性，幫助人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了這些氣候條件起到關(guān)鍵作用的生物學(xué)基礎(chǔ)。

（4）提出了氣候條件敏感度的概念，探索了以因素的氣候距平為對(duì)象的敏感度計(jì)算分析的方法。為客觀科學(xué)地分析氣候條件變化的敏感閥值提供了思路和方法。對(duì)于氣候條件敏感度的概念及其計(jì)算分析的方法，有待深入改進(jìn)提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 王建剛，王建林，徐建春，等.氣候變化對(duì)北疆北部棉花生產(chǎn)的影響及對(duì)策[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2009（S1）：103-106.

[2] 李愚超，孫玉香，王建剛，等.淺談氣候變暖對(duì)阿勒泰農(nóng)業(yè)的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科技，2013（1）：52-54.

[3] 楊渡，馬俊義，范詠梅，等.哈密瓜霜霉病流行預(yù)測(cè)模型創(chuàng)建及應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，1999，15（6）：27-30.

[4] 王曉冬，馬曉群，許瑩，等.淮河流域參考作物蒸散量變化特征及主要?dú)庀笠蜃拥呢暙I(xiàn)分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（6）：661-667.

[5] 楊渡，李廣闊，馬俊義，等.伽師縣甜瓜主要流行病害發(fā)生與分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000（2）：73-75.

[6] 楊渡.淺談新疆甜瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，39（1）：1-5.

[7] 楊渡，馬俊義，范詠梅，等.新疆甜瓜商品生產(chǎn)技術(shù)[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，40（5）：305-307.

[8] 趙世賢.阿勒泰地區(qū)中晚熟厚皮甜瓜高產(chǎn)栽培技術(shù)[J].新疆農(nóng)業(yè)科技，2007（4）：32.

[9] 李愚超.晚熟甜瓜與花蕓豆間作栽培技術(shù)[J].新疆農(nóng)業(yè)科技，2006（6）：24.

[10] 楊渡，翟文強(qiáng)，李廣闊，等.新疆晚熟甜瓜防病優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培技術(shù)規(guī)程[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2001，38（6）：335-336.

[11] 李建良，張冰，王慧芬.厚皮甜瓜爛瓜原因及防治措施[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2006（7）：56.

[12] 黃云鮮，吳小明，葉志文.甜瓜炭疽病的發(fā)生與綜合防控技術(shù)[J].廣西熱帶農(nóng)業(yè)，2009（2）：37-38.

[13] 馬玲霞，王秀琴.老風(fēng)口生態(tài)區(qū)甜瓜種植條件及栽培技術(shù) [J].新疆農(nóng)業(yè)科技，2007（4）：34.

[14] 廖學(xué)良，何亞平，秦榕.新疆淖毛湖氣候條件對(duì)哈密瓜品質(zhì)的影響 [J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2010（26）：124.

[15] 胡明.五家渠市哈密瓜種植的氣候條件分析[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，18（10）：187-191.

[16] 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M].北京.氣象出版社，2003：240-244.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，Journal of Anhui Agri. Sci.2014，42（16）：5161，5165責(zé)任編輯 黃小燕 責(zé)任校對(duì) 李巖