湖南桂陽和桑植煙區(qū)烤煙生育期氣溫及降水特征

陳頤，周清明，楊虹琦，楊紅武，李宏光，孫書斌

1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)a.煙草科學(xué)與健康重點實驗室; b.生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410128;2 中國煙草中南農(nóng)業(yè)試驗站，湖南長沙 410128;3 湖南省煙草公司郴州市公司，湖南郴州 423000

湖南桂陽和桑植煙區(qū)烤煙生育期氣溫及降水特征

陳頤1，周清明1，楊虹琦1，楊紅武2，李宏光3，孫書斌1

1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)a.煙草科學(xué)與健康重點實驗室; b.生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410128;2 中國煙草中南農(nóng)業(yè)試驗站，湖南長沙 410128;3 湖南省煙草公司郴州市公司，湖南郴州 423000

采用湖南桂陽和桑植煙區(qū)1981-2010年氣溫和降水量觀測資料，以線性趨勢函數(shù)和Mann-Kendall突變檢測方法分析不同煙區(qū)烤煙生育期氣溫和降水變化特征。結(jié)果表明：（1）桂陽煙區(qū)各生育期平均氣溫呈上升趨勢，尤其是苗期和伸根期上升速率最為明顯，分別為0.863℃/10a和0.596℃/10a，并且在烤煙苗期、伸根期和旺長期氣溫都出現(xiàn)了突變，突變均發(fā)生在20世紀90年代和21世紀初期，均是由寒轉(zhuǎn)暖的趨勢；桑植煙區(qū)各生育期平均氣溫總體高于桂陽煙區(qū)，其中苗期上升速率最快，為0.547℃/10a，并且20世紀90年代苗期出現(xiàn)了突變，表明桂陽煙區(qū)烤煙苗期低溫是影響煙苗培育的主要氣候障礙因素。（2）桂陽煙區(qū)各生育期降水量變化趨勢呈現(xiàn)伸根期下降、成熟期上升趨勢，并且在20世紀90年代伸根期和成熟期出現(xiàn)突變點。桑植煙區(qū)各生育期平均年降水量比桂陽低，年度間變化小，并且不存在突變點，表明桑植煙區(qū)烤煙大田生長期的降水量是影響其煙葉產(chǎn)質(zhì)量的主要氣候障礙因素。

氣溫；降水量；烤煙；生育期；突變

生態(tài)環(huán)境是決定烤煙風(fēng)格特色的主要因素，我國烤煙產(chǎn)區(qū)的氣候差異是導(dǎo)致煙葉香型風(fēng)格差異的原因之一。有研究表明，我國不同烤煙產(chǎn)區(qū)的氣候存在明顯的空間和時間差異[1-3]。黃中艷等[4]研究表明，云南烤煙在大田生長前、中、后期的光、溫、水時段分配和匹配上具有獨特性，是形成云南清香型煙葉的重要原因。邱雪柏等[5]研究表明，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適宜溫度，不利于烤煙成熟期干物質(zhì)的合成和積累。因此，系統(tǒng)分析和研究近年來一些氣候有明顯差異煙區(qū)烤煙生育期的氣溫和降水量變化趨勢，對揭示氣候變化對烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響及如何調(diào)整烤煙栽培技術(shù)有重要意義。湖南地處亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候帶，其特有的氣候條件對濃香型烤煙品質(zhì)的形成至關(guān)重要，尤其是烤煙大田生育期的光照、氣溫和降水對煙葉品質(zhì)有較大影響[6-8]。為了探索湖南湘南、湘西煙區(qū)烤煙不同生育期的農(nóng)業(yè)氣候特征及其變化規(guī)律，筆者以湘南桂陽和湘西桑植兩個不同氣候類型煙區(qū)近30年氣溫和降水量氣象資料為例，采用時間序

列分析法中的線性回歸分析和Mann-Kendal突變檢測，比較分析了兩煙區(qū)烤煙不同生育期氣溫和降水量的特征及差異，以期為揭示不同煙區(qū)烤煙生育期的氣候?qū)熑~生長和品質(zhì)的影響及為濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

桂陽煙區(qū)位于湖南省郴州市西部，地處嶺南山脈以北，煙區(qū)海拔較低，平均海拔216 m；桑植煙區(qū)位于湖南省西北部，地處武陵山脈以東，煙區(qū)海拔較高，平均海拔為710 m。兩地都屬于中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，具有四季分明、春早多變、夏熱期長、秋晴多旱、冬寒期短的特點。但由于地形、地貌對氣溫變化及降水分布有較大影響，故兩地氣溫和降水有很大差異。

1.1 氣象資料來源

本研究依據(jù)的1981-2010年逐日平均氣溫和逐日平均降水量氣象站資料由桂陽縣和桑植縣氣象局提供。按照烤煙苗期（播種至移栽）、伸根期（移栽至團棵）、旺長期（團棵至現(xiàn)蕾）、成熟期（打頂至采收結(jié)束）的時間劃分為4個階段進行農(nóng)業(yè)氣候特征分析。其中桂陽煙區(qū)苗期為每年12月中旬到次年3月上旬，伸根期為每年3月中旬到4月下旬，旺長期為每年5月上旬到6月上旬，成熟期為每年6月中旬到7月中旬，煙葉大田生育期約120 d。桑植煙區(qū)苗期為每年2月上旬到4月下旬，伸根期為每年5月上旬到6月上旬，旺長期為每年6月中旬到7月中旬，成熟期為每年7月下旬到9月中旬，煙葉大田生育期約135 d。（文中“年平均結(jié)果”指所研究的生育期時間段統(tǒng)計結(jié)果）。

1.2 分析方法

1.2.1 氣候傾向率

在氣象學(xué)中，可以用氣象要素的時間序列與自然數(shù)數(shù)列之間的相關(guān)系數(shù)，來反映要素的長期傾向性變化，并可以建立y與ti之間的一元線性回歸方程[9-10]：

式中：y(t)為氣象要素的擬合值，t為時間序列；回歸系數(shù)a和常量b用最小二乘法估計。該趨勢系數(shù)消去了氣象要素的均方差和單位對線性回歸系數(shù)數(shù)值大小的影響，因此可以比較不同地區(qū)之間的趨勢變化程度。

1.2.2 Mann-Kendall突變檢測

氣候突變是氣候運動漸變過程的中斷，是從一個相對穩(wěn)定態(tài)到另一相對穩(wěn)定態(tài)的不連續(xù)跳躍現(xiàn)象，表現(xiàn)在時空上就是統(tǒng)計特性的顯著變化[11]。Mann-Kendall檢測法是一種基于排序的非參數(shù)檢驗法，其優(yōu)點在于樣本不需要遵從正態(tài)分布，也不受少數(shù)異常值干擾[12]。本文采用Mann-Kendall法對氣溫和降水進行突變檢測。當(dāng)曲線c1超過信度線，即表示存在明顯的變化趨勢時，如果曲線c1和c2的交叉點位于信度線之間，這點便是突變點的開始。

2 結(jié)果與分析

2.1 桂陽與桑植煙區(qū)烤煙生育期年平均氣溫變化趨勢分析

桂陽和桑植煙區(qū)各生育期年平均氣溫變化趨勢如圖1所示。1981-2010年間桂陽煙區(qū)在各生育期年平均氣溫分別為苗期8.28℃，伸根期17.79℃，旺長期22.34℃和成熟期27.09℃。1981-2010年間桑植煙區(qū)在各生育期年平均氣溫分別為苗期11.34℃、伸根期21.02℃、旺長期24.39℃和成熟期26.86℃。由此可見，桂陽煙區(qū)烤煙苗期和伸根期的平均氣溫比桑植煙區(qū)低3℃左右，旺長期的平均氣溫比桑植煙區(qū)低2℃左右，但桂陽煙區(qū)成熟期的平均氣溫高于桑植煙區(qū)。桂陽和桑植煙區(qū)苗期的低溫不利于煙苗生長和培育烤煙壯苗，苗期需要采取保溫或增溫措施才能確保煙苗正常生長。值得注意的是烤煙大田移栽至團棵期是煙株花芽分化的關(guān)鍵時期，此時期如遇低溫寒潮煙株極易發(fā)生早花，導(dǎo)致有效留葉數(shù)減少。

由圖1中平均氣溫與時間序列擬合的趨勢線可知，桂陽煙區(qū)各生育期平均氣溫的變化趨勢呈相同的線性變化，且都通過了95%的顯著性檢驗；而桑植煙區(qū)只有苗期平均氣溫變化趨勢通過了95%的顯著檢驗，其他均不顯著。這說明近10年來，桂陽和桑植煙區(qū)各生育期的平均氣溫均呈明顯上升趨勢，其中苗期氣溫上升較為明顯，伸根期和旺長期氣溫上升幅度較小，成熟期氣溫則呈現(xiàn)下降趨勢。

圖1 1981-2010年桂陽煙區(qū)與桑植煙區(qū)各生育期年平均氣溫變化曲線及線性趨勢Fig.1 Annual average temperature change curve and linear trend at each growth period in Guiyang and Sangzhi tobacco growing areas between 1981-2010

2.2 桂陽與桑植煙區(qū)烤煙生育期年平均降水量變化趨勢分析

桂陽和桑植煙區(qū)各生育期年平均降水量變化趨勢如圖2所示。1981-2010年間桂陽煙區(qū)在烤煙伸根期、烤煙旺長期和烤煙成熟期的降水量分別為184.0 mm、199.7 mm和164.4 mm；1981-2010年間桑植煙區(qū)在烤煙伸根期、烤煙旺長期和烤煙成熟期的降水量分別為21.0 mm、24.4 mm和26.9 mm。由此可見，桂陽煙區(qū)各生育期的年平均降水量比桑植煙區(qū)多5倍以上，尤其是烤煙需水量最大的旺長期。因此，改進桑植煙區(qū)水利設(shè)施，提高該煙區(qū)應(yīng)對旱災(zāi)的能力，將有利于提高桑植烤煙的工業(yè)可用性。

由圖2中平均降水量與時間序列擬合的趨勢線可知，桂陽煙區(qū)伸根期和成熟期的線性變化趨勢通過了95%顯著性檢驗，而桑植煙區(qū)的線性變化趨勢均未通過95%顯著性檢驗，這表明桂陽煙區(qū)需要拉長烤煙旺長期和成熟期，盡可能落在雨水充足的時期，也是優(yōu)化煙葉結(jié)構(gòu)的重要手段，而桑植煙區(qū)降水量各生育期的降水量較小，并且變化幅度均較小，桑植煙區(qū)須配套相應(yīng)的水利設(shè)施，確保煙田排灌的需要，才能保證烤煙優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)。

圖2 1981-2010年桂陽煙區(qū)與桑植煙區(qū)各生育期降水量變化曲線及線性趨勢Fig. 2 Precipitation change curve and linear trend at each growth period in Guiyang and Sangzhi tobacco growing areas between 1981-2010

2.3 不同煙區(qū)烤煙生育期氣溫突變檢驗

采用非參數(shù)統(tǒng)計檢測法（Mann-Kendall）對桂陽和桑植煙區(qū)烤煙生育期氣溫突變檢驗的分析結(jié)果見圖3。UF（正序列曲線c1）或UB（反序列曲線c2）的值大于0，則表示氣溫隨時間序列呈上升趨勢，小于0則表示氣溫隨時間序列呈下降趨勢。在p=0.05（臨界值±1.96）之間有交點，UF（c1）上升超過+1.96或下降低于-1.96，則可以斷定為序列產(chǎn)生了突變，這個交點為突變的開端，反之，則認為沒有突變。桂陽煙區(qū)苗期和伸根期在1991年之前UF（c1）大多在0以下；1992年后苗期和伸根期UF（c1）都升至0以上，并且苗期UF（c1）線在2002年超過了0.05顯著性水平閾值線，伸根期UF（c1）線在2005年至2009年期間超過了0.05顯著性水平閾值線，表明1991年后該煙區(qū)苗期和伸根期氣溫呈現(xiàn)明顯升高的趨勢。苗期在0.05閾值線內(nèi)UF（c1）與UB（c2）存在一個交點，位于1996年，伸根期存在2個突變點，分別位于1991年和1996年，說明在1996年前后桂陽煙區(qū)苗期和伸根期氣溫發(fā)生了從冷到暖的轉(zhuǎn)變。在0.05閾值線內(nèi)旺長期UF（c1）與UB（c2）存在3個突變點，均分布在21世紀初期。多突變點的現(xiàn)象表明桂陽煙區(qū)旺長期氣溫突變發(fā)生頻繁，對煙葉品質(zhì)形成有較大影響。

從圖4可見，在1986年之前，桑植煙區(qū)苗期UF（c1）多在0以下，1987年后苗期UF（c1）升至0以上，并且1999年后超過了0.05顯著性水平閾值線。這表明1987年開始桑植煙區(qū)氣溫變化趨勢一直處于上升趨勢，苗期氣溫顯著增加。UF（c1）與UB（c2）在0.05閾值線內(nèi)存在兩個交點，分別位于1994年和1996年。由此可見，桑植煙區(qū) 90年代中期苗期氣溫突變發(fā)生頻繁，其他生育期均不存在突變點。表明桑植煙區(qū)烤煙生育期氣溫突變不顯著，僅苗期有由寒轉(zhuǎn)暖的突變趨勢，這可能與桑植地區(qū)的高海拔地形有關(guān)，多年大田生育期氣溫處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 1981-2010年桑植煙區(qū)育苗期年平均氣溫的突變趨勢Fig. 4 Abrupt change trend of annual average temperature at seedling stage in Sangzhi tobacco growing area between 1981-2010

2.4 不同煙區(qū)烤煙生育期降水量突變檢驗

由圖5為桂陽煙區(qū)烤煙生育期降水量Mann-Kendall突變檢驗可知，只有桂陽煙區(qū)的伸根期和成熟期降水量存在突變點，其中伸根期從1981-2010年30年間只有2001年、2002年和2003年的UF（c1）在0以上，表明只有這三年的降水量在上升，其他年份均下降。1992年超過了顯著性水平0.05閾值線，UF（c1）與UB（c2）存在多個交點，分別位于1997年和2002年，表明桂陽煙區(qū)烤煙伸根期在90年代后期和21世紀初突變頻繁，其中在成熟期時1994年以前降水量均下降趨勢，之后均大于0，呈上升趨勢，并且1994年和2003年UF（c1）與UB（c2）存在交點，降水量出現(xiàn)少增多的轉(zhuǎn)折。表明桂陽煙區(qū)的降水量變化趨勢要比桑植煙區(qū)復(fù)雜，桑植煙區(qū)降水量不存在突變，而桂陽煙區(qū)的降水量突變點大多分布在90年代和21世紀初。

圖5 1981-2010年桂陽煙區(qū)伸根期和成熟期降水量的突變趨勢Fig. 5 Abrupt change of precipitation at root extension period and mature period in Guiyang tobacco growing area between 1981-2010

3 討論

從線性回歸法分析結(jié)果來看，氣溫方面桂陽煙區(qū)烤煙生育期平均氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢，其中苗期和伸根期上升速率分別為0.863℃/10a和0.596℃/10a，顯著高于我國近50年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桂陽煙區(qū)苗期和移栽還苗時間；桑植煙區(qū)各生育期平均氣溫總體高于桂陽煙區(qū)，其中苗期平均氣溫有明顯的升高趨勢，上升速率為0.547℃/10a，低于桂陽煙區(qū)。其他生育期變化趨勢不明顯。煙株伸根期降水減少有利于根系的發(fā)展，為旺長期打下良好的基礎(chǔ)；旺長期降水減少能促進碳水化合物的積累，但不利于莖葉的迅速生長；成熟期降水量增多有利于煙葉的成熟，桂陽煙區(qū)烤煙生育期降水量變化規(guī)律均與烤煙的需水規(guī)律相符。

從Mann-Kendall檢驗結(jié)果看，桂陽煙區(qū)烤煙苗期、伸根期和旺長期的氣溫出現(xiàn)了突變點，突變大多發(fā)生在20世紀1990年代和21世紀初期，并且均是由寒轉(zhuǎn)暖，這有利于提高烤煙的產(chǎn)質(zhì)量；桑植煙區(qū)氣溫突變主要表現(xiàn)在苗期。由此可見，在全球變暖的背景下，中緯度地區(qū)煙區(qū)附近表現(xiàn)出時間和空間上氣溫上升的變化趨勢。桂陽煙區(qū)在烤煙伸根期和成熟期降水量出現(xiàn)了突變點，伸根期為下降的趨勢，而成熟期為增加的趨勢，桑植煙區(qū)變化趨勢不明顯，不存在突變點。這又體現(xiàn)了在全球氣候變暖背景下，區(qū)域相應(yīng)的特殊性。因此，加強煙區(qū)氣溫和降水量預(yù)測分析，完善烤煙各生育期氣象監(jiān)測體系，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)帶來的不利影響。

4 結(jié)論

1981-2010年期間桂陽煙區(qū)的整個生育期氣溫均表現(xiàn)出顯著上升的趨勢，并且在烤煙苗期、伸根期和旺長期出現(xiàn)了突變點，且氣溫突變點大多發(fā)生在20世紀1990年代和21世紀初期，均呈現(xiàn)由寒變暖的趨勢；降水量的變化趨勢為伸根期和旺長期下降，成熟期為上升，在伸根期和成熟期出現(xiàn)突變點，且突變點的發(fā)生時間段與氣溫突變點一致。桑植煙區(qū)的整個生育期氣溫只有苗期表現(xiàn)出顯著上升的趨勢，氣溫突變點發(fā)生時間段與桂陽煙區(qū)相類似，整個生育期降水量的變化趨勢平穩(wěn)。

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Temperature and precipitation change in fl ue-cured tobacco growing period in Guiyang and Sangzhi tobacco-growing areas in Hunan province

CHEN Yi1, ZHOU Qingming1, YANG Hongqi1, YANG Hongwu2, LI Hongguang3, SUN Shubin1
1 Key Laboratory of Tobacco Science and Health, College of Bioscience and Biotechnology;Hunan Agricultural University,Changsha 410128, China;2 China Tobacco Central-South Agricultural Testing Station, Changsha 410128, China;3Hunan Chenzhou Municipal Tobacco Company, Chenzhou 43200, Hunan, China

Features of temperature and precipitation changes in the different growth period of fl ue-cured tobacco were studied by Linear trend function and Mann-Kendall mutation detective method based on data collected from Guiyang and Sangzhi tobacco tobacco-growing areas of Hunan province during 1981-2010. Results showed that: (1)The average temperature during all tobacco growth periods was on the rise in Guiyang; especially during seedling period and root extension period, it reached 0.863℃ /decade and 0.596℃ /decade respectively.In the 1990s and early 21stcentury，the temperature had a sudden change in seedling period, root extension period and vigorous growing period, which echoed the trend when climate temperature rose from low to high. The average temperature in the tobacco-growing area of Sangzhi was higher than that of Guiyang. The increasing rate in seedling period reached 0.547℃/decade, but suffered a sudden change in the 1990s, which showed that low temperature acted as the main climate factor affecting tobacco-seedling cultivation in tobacco-growing areas of Guiyang. (2)The precipitation in Guiyang had the trend of decreasing in root extension period and rising in vigorous growing period, and had a sudden change in root extension and mature period in 1990s. The total amount of annual average precipitation during all tobacco growth periods in Sangzhi was lower than that in Guiyang. The average precipitation between each year varied slightly. This showed that the main factor affecting tobacco quality in Sangzhi tobacco growing areas was the amount of precipitation in growing period.

temperature; precipitation; fl ue-cured tobacco; growth period; a sudden change

陳頤,周清明,楊虹琦,等. 湖南桂陽和桑植煙區(qū)烤煙生育期氣溫及降水特征[J]. 中國煙草學(xué)報，2015,21（4）

湖南濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉研究與開發(fā)（合同號11-14Aa01，2013NK3073）

陳頤（1987—），在讀博士，研究方向為煙草栽培生理與生化，Email：229781579@qq.com

楊虹琦（1958—），教授，博士生導(dǎo)師，主要從事煙草生理生態(tài)與生物化學(xué)研究，Email: csyhq@sina.com

2014-06-25

:CHEN Yi, ZHOU Qingming, YANG Hongqi, et al. Temperature and precipitation change in the growth period of fl ue-cured tobacco growing period in Guiyang and Sangzhi tobacco-growing areas in Hunan province [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2015, 21(4)