五峰縣馬里蘭煙葉年產(chǎn)量氣象條件分析

張子明等

摘 要 對(duì)五峰1987-2012年各種氣象要素的特征進(jìn)行分析，并用多元逐步回歸法對(duì)影響馬里蘭煙葉產(chǎn)量的氣象因子進(jìn)行模擬研究。結(jié)果表明：五峰縣年平均氣溫14.3 ℃，在馬里蘭煙葉生長(zhǎng)的大田期5-8月的平均氣溫均22.3 ℃。年平均降雨量1 322.5 mm，大田期5-8月的降水量充沛，占年降水的60%，年平均相對(duì)濕度77，全年風(fēng)向以靜風(fēng)出現(xiàn)最多，其頻次為40%，其中月平均風(fēng)速達(dá)1.2 m/s，年光照時(shí)數(shù)為1 428.4 h，年蒸發(fā)量為957.0 mm，平均無(wú)霜日為250 d。由逐步回歸法可以確定馬里蘭煙葉產(chǎn)量的主導(dǎo)因子是年降水量、年平均溫度、日照、5-8月降水量、5-8月平均溫度，對(duì)指導(dǎo)馬里蘭煙葉生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 氣象因子；多元逐步回歸；馬里蘭煙葉；年產(chǎn)量；湖北省五峰縣

中圖分類(lèi)號(hào)：S572 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2015）21--04

馬里蘭煙葉原產(chǎn)于熱帶。國(guó)內(nèi)外研究表明，馬里蘭煙葉的生長(zhǎng)過(guò)程與氣候條件息息相關(guān)，煙葉生長(zhǎng)需要一定的光、溫、水資源，只有氣候條件滿(mǎn)足其需求，煙葉才能正常發(fā)育、開(kāi)花開(kāi)片。煙葉對(duì)環(huán)境相當(dāng)敏感，氣象因子也是影響煙葉內(nèi)在化學(xué)品質(zhì)形成的重要因素之一，不同的氣象因子與煙葉化學(xué)成分有不同的關(guān)聯(lián)度，因此馬里蘭煙葉生產(chǎn)與氣象條件密切相關(guān)[1-4]。

五峰縣與馬里蘭煙原產(chǎn)美國(guó)馬里蘭州的生態(tài)條件相近[5]，其地處鄂西南，屬亞熱帶溫濕季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同季，全境皆山，5-9月的日平均氣溫≥20 ℃的持續(xù)天數(shù)≥120 d，晝夜溫差大，無(wú)霜期250 d，年平均日照時(shí)數(shù)1 554.5 h，降雨量1 406.6 mm，土壤有機(jī)質(zhì)含量充足，含鉀豐富，pH值在5.5～7.5，是馬里蘭煙的優(yōu)質(zhì)種植區(qū)。

五峰縣是宜昌市煙葉生產(chǎn)大縣，適宜種植面積達(dá)5 333.33 hm2，年種植馬里蘭煙2 666.67 hm2，年產(chǎn)量600萬(wàn)kg以上。煙葉已成為五峰縣一大支柱產(chǎn)業(yè)。本文通對(duì)五峰當(dāng)?shù)貧夂蜻M(jìn)行分析，研究氣象條件變化對(duì)當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)具有一定指導(dǎo)意義。

1 資料與方法

1.1 氣象數(shù)據(jù)與煙草產(chǎn)量數(shù)據(jù)的主要來(lái)源

各氣象要素（1987-2012年）共26 a數(shù)據(jù)來(lái)自五峰國(guó)家基本氣象站（30°12′N(xiāo)， 110°40′E，海拔619.9 m，25 m×25 m）所采集的各種氣象要素。1987-2012年，馬里蘭煙葉年總產(chǎn)量數(shù)據(jù)由五峰煙草局煙葉收購(gòu)辦公室提供。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析方法

本研究應(yīng)用Excel進(jìn)行氣象要素特征分析；利用SPSS19.0進(jìn)行多元逐步回歸分析，篩選影響五峰山區(qū)馬里蘭煙葉產(chǎn)量的主導(dǎo)因子。

設(shè)已知因變量y和自變量x1，x2，…，xk樣本數(shù)為n，構(gòu)成數(shù)據(jù)表X=[x1，x2，…，xk]n*k和y=[y]n*1，在建立回歸方程時(shí)，對(duì)自變量X進(jìn)行篩選，只找出那些對(duì)y影響大的自變量xi（i=1，2，…，k）參與回歸計(jì)算，舍棄對(duì)y影響較小的自變量[8]。

多元逐步回歸分析方法通過(guò)F統(tǒng)計(jì)量來(lái)選擇和剔除自變量，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)量包括Fenter值和Fremove值，其計(jì)算公式如下：

假設(shè)回歸模型到目前為止已經(jīng)入選了x1，x2，…，xh個(gè)自變量，對(duì)于一個(gè)新的自變量xh+1來(lái)說(shuō)，

（1）

其中SSE為y的預(yù)測(cè)誤差平方和，計(jì)算公式是

（2）

其中yi為實(shí)際值，為預(yù)測(cè)值；

假設(shè)回歸模型到目前為止已經(jīng)入選了x1，x2，…，xh個(gè)自變量，對(duì)于第i個(gè)自變量xh+1來(lái)說(shuō)，

多元逐步回歸方法建模步驟如下：

（1）計(jì)算每個(gè)自變量的Fenter值，并選定FENTER值，將大于FENTER的自變量中所具有最大Fenter值得自變量選入回歸模型；

（2）再計(jì)算所剩的自變量的Fenter值，將大于FENTER的自變量中所具有的最大Fenter值的自變量選入回歸模型；

（3）對(duì)入選回歸模型的每個(gè)自變量計(jì)算Fremover值，并選定FREMOVE值，將小于FREMOVE值的自變量中所具有最小Fremover值的自變量剔除；

（4）重復(fù)步驟3，直到回歸模型中每個(gè)自變量的Fremover=值都大于FREMOVE，然后進(jìn)行下一步的選入；

（5）重復(fù)步驟2，3，4，直到所有自變量全部選擇完畢。

回歸方程精度評(píng)價(jià)主要通過(guò)判定系數(shù)R2和平均相對(duì)誤差來(lái)驗(yàn)證。R2計(jì)算公式為：

（3）

其中，SSE為y的預(yù)測(cè)誤差平方和，SSY為y的離差平方和。

2 氣象要素特征

2.1 降水分布特征

如圖31所示，五峰全縣雨量充沛，降水以夏季最為集中，占全年雨量的45%左右。1987-2012年，歷年平均降水量1 322.5 mm，年均降雨日155.4 d，最大年降水量：1998年1 816.9 mm，最少年降水量：2006年891.8 mm，其中一日最大降水量203.3 mm（1990-07-18）。

水分是煙葉生長(zhǎng)必備的因子之一，充沛的降水為煙葉的生長(zhǎng)和年產(chǎn)量提供了有利條件。在煙葉生長(zhǎng)的大田期5-8月的降水量充沛，五峰5-8月平均降水量794.0 mm，占年平均降水的60%，該時(shí)段最大降水量1998年1 274.2 mm，該時(shí)段最小降水量：2006年387.1 mm，歷年最大距平480.2 mm，最大距平百分率60.5%，歷年時(shí)段內(nèi)一日最大降水量為203.3 mm。

圖1 1987-2012年年降水量與5-8月降水量分布圖

2.2 溫度分布特征

據(jù)氣象資料分析，1987-2012年五峰年平均氣溫為14.3 ℃。圖2是1987年-2012年的年平均氣溫情況，從圖2看出從1987-2012年年平均氣溫都在12.0 ℃以上，年平均溫度相對(duì)比較穩(wěn)定，其中2006年年平均溫度達(dá)到最高值15.7 ℃，處于煙葉適合生長(zhǎng)溫度的范圍。1989年平均溫度達(dá)到最低值12.2 ℃。如圖3所示，五峰平均年積溫為4 336.9 ℃，年最多積溫：5 044.1 ℃，出現(xiàn)在2006年，年最少積溫：3 472.8 ℃，出現(xiàn)在1991年。

圖2 1987-2012年年平均氣溫與5-8月平均氣溫

統(tǒng)計(jì)資料顯示，煙葉大田期（5-8月）的日均溫大于16 ℃為適宜煙葉生長(zhǎng)條件[9]。圖2顯示，五峰1987年-2012年26 a來(lái)5-8月的平均氣溫均22.3 ℃，歷年平均氣溫最高值2006年的24.1 ℃，歷年平均氣溫最低值1993年20.2 ℃，歷年最高氣溫：38.6 ℃（2009-07-18），歷年最低氣溫：4.0 ℃（1991-05-02）。歷年最大距平-2.1 ℃。五峰山區(qū)氣候條件給馬里蘭煙葉生長(zhǎng)提供充足的溫度條件。

2.3 日照分布特征

馬里蘭煙葉是喜光植物，大田期光照充足，有利于光合作用，干物質(zhì)積累多，品質(zhì)提高。圖4所示，五峰1987年-2012年的年平均日照時(shí)數(shù)為1 315.0 h，歷年日照時(shí)數(shù)均在1 000 h以上。日照時(shí)間最長(zhǎng)的是1990年，時(shí)數(shù)為1 633.0 h；最短的是2012年，為1 011.5 h。歷年≥60%量別日數(shù)為92 d，歷年≤20%量別日數(shù)為186 d，歷年年日照百分率為30%。見(jiàn)下表1、表2所示。

2.4 相對(duì)濕度分布特征

五峰全境皆山區(qū)，森林覆蓋率大，溪流縱橫，全縣的雨量充沛，在煙葉生長(zhǎng)期比較適合的空氣相對(duì)濕度為70%～90%，低于50%則對(duì)煙葉生長(zhǎng)不利，而且使煙葉品質(zhì)降低。據(jù)氣象資料顯示，1987-2012年的年平均相對(duì)濕度為77%，2001年平均較高達(dá)到81%，最少的年份出現(xiàn)在2006年和2011年為73%，均能滿(mǎn)足馬里蘭煙葉生長(zhǎng)的需要。圖5是1981-2010年的相對(duì)濕度的情況。

圖5 1987-2012年年平均相對(duì)濕度

2.5 風(fēng)與無(wú)霜期分布特征

風(fēng)對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有重要意義，由于風(fēng)的輸送作用，農(nóng)田作物群體與空氣發(fā)生熱量、水分、等能量的交換，是作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的因素。風(fēng)速過(guò)大可增強(qiáng)農(nóng)田水分蒸發(fā)蒸騰，少雨期易加速旱情發(fā)展，大風(fēng)可使煙葉倒伏、折斷造成減產(chǎn)。

表3顯示，五峰站全年風(fēng)向以靜風(fēng)出現(xiàn)最多，其頻次為40%，其次是NNW占12%，其中月平均風(fēng)速達(dá)1.2 m/s，2 min最大與10 min最大的風(fēng)速差別不明顯，風(fēng)向變化很大，但瞬間最大的風(fēng)速風(fēng)向明顯差別很大。

霜對(duì)煙葉的育苗期的生長(zhǎng)有一定的抑制作用。據(jù)氣象資料顯示，五峰從1987-2012年最長(zhǎng)無(wú)霜日為290 d，最短無(wú)霜日為208 d，平均無(wú)霜日為250 d，如圖6所示。

圖6 1987-2012年無(wú)霜期

2.6 蒸發(fā)分布特征

五峰氣象資料顯示，從1987-2012年的年蒸發(fā)量為957.0 mm，1990年平均較高達(dá)到1 285.2 mm，最少的年份出現(xiàn)在2012年為665.8 mm，2002年后年蒸發(fā)量明顯較小，主要是由于1987-2001年用的小型蒸發(fā)皿，蒸發(fā)量偏大，而2002年以后用E601大型蒸發(fā)精確度高，如圖7所示。

圖7 1987-2012年年蒸發(fā)量

3 基于多遠(yuǎn)逐步回歸分析影響五峰馬里蘭煙葉產(chǎn)量的主導(dǎo)因子

3.1 五峰馬里蘭煙葉產(chǎn)量

隨著五峰的馬里蘭煙葉種植面積逐年增加，其煙葉產(chǎn)量也在不斷的增長(zhǎng)，但有的年份由于受到氣候條件的影響造成一定的損失，由圖4可以看出，1987-2012年，五峰馬里蘭煙葉產(chǎn)量總體趨勢(shì)是逐年增加的，但是1987-1999年變化平緩，受當(dāng)時(shí)種植面積所限制，每年產(chǎn)量在100 t左右，逐年成持平的趨勢(shì)。1995年最少，為64.9 t，從2000年以后，產(chǎn)量明顯提高，到2011年以后突破5 000 t，2012年最多，為5 158.5 t，反映出五峰煙葉產(chǎn)量發(fā)展在不斷遞增。

3.2 多遠(yuǎn)逐步回歸分析

采用逐步回歸分析方法，在不考慮人工施肥，灌水、管理等影響的情況下，分析研究煙草在大田期間受自然界光、熱、水（降水量）等主要?dú)庀笠氐挠绊懰@得煙葉產(chǎn)量的相互關(guān)系[10-11]。探討氣象要素每年變化引起煙葉產(chǎn)量波動(dòng)的規(guī)律，對(duì)五峰馬里蘭煙葉產(chǎn)量主導(dǎo)因子進(jìn)行確定，為五峰馬里蘭煙葉生產(chǎn)提供科學(xué)的依據(jù)。

本文中分別將年降水量、年平均溫度、積溫、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、5-8月降水量、5-8月平均溫度、無(wú)霜期、蒸發(fā)量分別設(shè)為自變量X1、X2、X3，…，X9，馬里蘭煙葉產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)值作為因變量y，進(jìn)行多元逐步回歸分析。設(shè)定變量方差貢獻(xiàn)顯著水平為0.05作為選入和剔除變量的標(biāo)準(zhǔn)，利用SPSS19.0軟件進(jìn)行多元逐步回歸分析。

表4列出了利用逐步回歸法分析得出的主要影響因子及模擬模型。從結(jié)果可以看出，影響馬里蘭煙葉產(chǎn)量的因素中年降水量、年平均溫度、日照、5-8月降水量、5-8月平均溫度保留下來(lái)。由此說(shuō)明，這五個(gè)因素對(duì)馬里蘭煙葉產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率大些。由逐步回歸法可以確定馬里蘭煙葉產(chǎn)量的主要因素是年降水量、年平均溫度、日照、5-8月降水量、5-8月平均溫度。從結(jié)果我們還得出回歸方程為：y=-59105.418-22.678×X1 -3361.812×X2-45.650×X4-33.416×X6+11214.153×X7。

4 結(jié)論

本文在總結(jié)前人已有研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)五峰各個(gè)氣象要素進(jìn)行特征分析。對(duì)其時(shí)空變化規(guī)律及影響馬里蘭煙葉產(chǎn)量的氣象因子分布特征進(jìn)行了描述；運(yùn)用多元逐步回歸對(duì)五峰馬里蘭煙葉產(chǎn)量進(jìn)行模擬和估算，從而為馬里蘭煙葉生產(chǎn)工作提供參考依據(jù)。主要結(jié)論如下。

馬里蘭煙葉的適宜海拔高度為800～1 600 m，以1 000～1 400 m最為適宜，五峰縣的海拔1 000 m左右，該縣對(duì)馬里蘭煙葉生長(zhǎng)發(fā)育及晾曬期所需要的光、熱、水和氣條件適宜。五峰縣地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)、雨量充沛、四季分明。年平均氣溫14.3 ℃，最冷月（1月）平均氣溫2.3 ℃，最熱月（7月）平均氣溫24.2 ℃；極端最高氣溫為39.2 ℃（1995年9月6日），極端最低氣溫為-15.0 ℃（1977年1月30日），在馬里蘭煙葉生長(zhǎng)的大田期5-8月的平均氣溫均22.3℃。年平均降雨量1 322.5 mm。在馬里蘭煙葉生長(zhǎng)的大田期5-8月的降水量充沛，平均降水量794.0 mm，年平均相對(duì)濕度77，本地全年風(fēng)向以靜風(fēng)出現(xiàn)最多，其頻次為40%，其次是NNW占12%，其中月平均風(fēng)速達(dá)1.2 m/s。光照充足，年光照時(shí)數(shù)為1 428.4 h，年蒸發(fā)量為957.0 mm，平均無(wú)霜日為250 d。

運(yùn)用多元逐步回歸對(duì)馬里蘭煙葉產(chǎn)量進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)年降水量、年平均溫度、日照、5-8月降水量、5-8月平均溫度對(duì)其影響很大，因此，對(duì)探討影響馬里蘭煙葉產(chǎn)量具有一定的實(shí)踐意義。

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（責(zé)任編輯：劉昀）