近十年隴縣煙草生長的溫度條件及其災(zāi)害特征

趙 亮，王 哲

(隴縣氣象局，陜西隴縣 721200)

煙草對環(huán)境條件的變化十分敏感，煙草的產(chǎn)量和質(zhì)量極易受自然天氣條件變化的影響。樊希彬等[1]發(fā)現(xiàn)氣候條件與丹東煙草產(chǎn)量變化關(guān)系密切，大量學(xué)者通過試驗(yàn)?zāi)M認(rèn)為溫度對不同生育期煙草物質(zhì)代謝過程有重要影響[2-5]。隴縣烤煙主要分布在溫水鎮(zhèn)、八渡鎮(zhèn)、天成鎮(zhèn)、新集川鎮(zhèn)，光熱資源豐富，雨量適中，晝夜溫差大，土壤排水良好，是寶雞市烤煙生產(chǎn)帶的重點(diǎn)建設(shè)地區(qū)。近年來，隨著隴縣烤煙種植制度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，烤煙業(yè)已發(fā)展成為隴縣的支柱產(chǎn)業(yè)之一，播種面積和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量都顯著提高，成為現(xiàn)階段農(nóng)民增收的重要途徑之一。隴縣烤煙區(qū)屬干旱半干旱季風(fēng)氣候，在全球變暖的大背景下，極端氣候事件發(fā)生概率大大增加，隴縣烤煙的產(chǎn)量、品質(zhì)越來越受到自然氣象因素的制約；但針對陜西烤煙種植區(qū)的氣象條件及應(yīng)用研究主要集中在陜南地區(qū)[6-8]，對關(guān)中，尤其是隴縣的相關(guān)研究極少。因此有必要針對隴縣烤煙的氣象災(zāi)害特征進(jìn)行精細(xì)化分析研究，對今后建立災(zāi)害防御指標(biāo)庫提供一定的參考。

1 資料與方法

1.1 資料

氣象數(shù)據(jù)來自隴縣國家氣象站2007—2016年逐日平均氣溫、逐日最高氣溫等常規(guī)觀測資料。

1.2 方法

由于烤煙幼苗由環(huán)境可控的專門機(jī)構(gòu)培育，自然氣象因子主要影響煙株生長的大田期，故僅對大田期不同生育期的溫度條件進(jìn)行分析。不同生育期的劃分參考張振平[9]的方法，將隴縣煙草的大田期發(fā)育過程劃分為還苗期(5月15—23日)、大田伸根期(5月24日—6月24日)、旺長期(6月25日—7月20日)和成熟期(7月21日—9月10日)。由于還苗期一般持續(xù)時(shí)間較短(7～10 d)，因此將還苗期與大田伸根期合并為團(tuán)棵期進(jìn)行分析。

采用相對熱效應(yīng)(Relative Thermal Effectiveness, RTE)來描述溫度對煙株生長發(fā)育的影響，并結(jié)合三基點(diǎn)溫度將熱效應(yīng)劃分為三個階段。溫度在發(fā)育下限溫度和上限溫度范圍外，則熱效應(yīng)為0，生長速度為0；在上下限溫度范圍內(nèi)，采用孟亞利等[10]提出的Beta曲線方法模擬熱效應(yīng)。相對熱效應(yīng)公式為

(1)

其中，RTE值為逐日相對熱效應(yīng)值(取值范圍為0～1)；Ts為模型參數(shù)，稱為溫度敏感系數(shù)(簡稱“溫敏參數(shù)”)，可反映煙草生長對溫度的敏感程度，其值越大，代表生長發(fā)育對溫度反應(yīng)越敏感；Ti、To、Tb、Tc分別為逐日平均氣溫、最適溫度、發(fā)育下限溫度和發(fā)育上限溫度。其中三基點(diǎn)溫度采用韓錦峰等[11]的結(jié)論，溫敏參數(shù)參考操筠[12]的煙草生育期模型構(gòu)建方案(如表1)，旺長期RTE值隨溫度變化規(guī)律如圖1所示。

表1 隴縣煙草各生育期三基點(diǎn)溫度及溫敏參數(shù)

圖1 隴縣煙草旺長期RTE值隨溫度變化規(guī)律(由Beta曲線模擬)

2 RTE值分析

2.1 逐日RTE值

分析2007年隴縣煙株大田期逐日RTE值(圖2)可見，2007年大田期煙株溫度條件總體維持較高RTE值，對煙草生長發(fā)育的熱量供應(yīng)較充足。但部分時(shí)間仍存在RTE值低于0.8的“低RTE”現(xiàn)象，甚至在成熟期后期存在連續(xù)的“零RTE”現(xiàn)象。結(jié)合煙草不同生育期對熱量的需求特征來看，2007年隴縣煙草生長的熱量條件較好，能為煙草生長提供較適宜的熱量環(huán)境，有利于煙草產(chǎn)量保持較高水平；雖在成熟期后期出現(xiàn)連續(xù)“零RTE”現(xiàn)象，但此時(shí)已進(jìn)入煙草成熟期后期，煙葉已開始采摘，對整體煙草產(chǎn)量影響不大，但不利于煙葉品質(zhì)的提升。

圖2 隴縣2007年煙株大田期逐日RTE值

由2007—2016年大田期RTE值概率分布(表2)來看，近十年隴縣煙草生長的溫度條件基本良好，適宜溫度條件(RTE值>0.9)能維持整個大田生長期的85%以上，其中2007、2016年適宜溫度條件達(dá)到大田期的90%以上；而2009—2011年適宜溫度條件不足80%，尤其2009年適宜溫度條件僅為整個大田期的73.9%；其余年份適宜溫度條件在80%～90%。從“零RTE”現(xiàn)象分布來看，整體水平不足5%，可以認(rèn)為2007—2016年隴縣煙草不適宜溫度條件出現(xiàn)概率極低，對煙草種植業(yè)危害不大，其中2014、2016年不適宜溫度條件出現(xiàn)概率僅為0.8%，而2009年卻高達(dá)10.1%。可見隴縣煙草的不適宜溫度條件存在明顯的年際變化，如何針對這種不穩(wěn)定變化做好煙草氣象服務(wù)是今后要解決的問題之一。

2.2 “零RTE”事件特征

“零RTE”現(xiàn)象對煙草產(chǎn)量和品質(zhì)均有不利影響，因此有必要對其特征單獨(dú)加以分析。由于Ti低于Tb或高于Tc均可導(dǎo)致“零RTE”現(xiàn)象，為方便區(qū)分，將由Ti低于Tb產(chǎn)生的“零RTE”現(xiàn)象定義為“冷事件”；將由Ti高于Tc產(chǎn)生的“零RTE”現(xiàn)象定義為“暖事件”。

2007—2016年隴縣煙草出現(xiàn)57例“零RTE”現(xiàn)象，且均為“冷事件”：其中56例集中出現(xiàn)在煙株成熟期，出現(xiàn)概率為98%；僅1例出現(xiàn)在團(tuán)棵期。換而言之，2007—2016年隴縣煙草生長的不適宜溫度條件均由偏低的日平均氣溫引起，同時(shí)該不適宜溫度條件主要集中在煙株生長的成熟期，對煙草產(chǎn)量的不利影響較輕，但對煙草品質(zhì)的不利影響較重。

表2 2007—2016年大田期RTE值概率分布

3 高溫?zé)岷?/h2>

由2.2分析可知，隴縣的“零RTE”現(xiàn)象均由偏低日平均氣溫造成，近十年隴縣煙草無“暖事件”災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。但在煙株實(shí)際生長過程中，過高的氣溫(≥35 ℃)將導(dǎo)致煙株代謝的不可逆損傷，故將煙株大田生長階段日最高氣溫≥35 ℃定義為一次高溫?zé)岷?。?007—2016年隴縣煙草高溫?zé)岷y(tǒng)計(jì)(表3)來看，近十年高溫?zé)岷θ諗?shù)的年際差異較大，其中2009、2014年高溫?zé)岷θ站鶠?0 d，而2007、2011、2013年僅1 d。從其出現(xiàn)的不同生育期來看，近十年高溫?zé)岷υ跓熤晟L的團(tuán)棵期、旺長期、成熟期的發(fā)生日數(shù)分別為17 d、13 d和18 d，說明煙草不同生育期均有遭受高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險(xiǎn)，其中，團(tuán)棵期、成熟期受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)略高于旺長期。

為分離出高溫?zé)岷?qiáng)度信息，從實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)出近5天高溫?zé)岷?qiáng)度指數(shù)Hi(式2)以評價(jià)高溫?zé)岷Τ潭?。高溫?zé)岷?qiáng)度指數(shù)公式為

表3 2007—2016年隴縣煙草高溫?zé)岷y(tǒng)計(jì)

(2)

其中，Hi為第i天高溫?zé)岷?qiáng)度指數(shù)(5月15日為第1天)。Tj、Ti-j為第j、第i-j天日最高氣溫，若日最高氣溫≥35 ℃，則直接用于計(jì)算；否則將其記為34.9 ℃。aj、ai-j為高溫權(quán)重參數(shù)，依據(jù)調(diào)和權(quán)重法[13]，近5日高溫權(quán)重參數(shù)從前到后依次為0.026、0.038、0.096、0.240、0.600。顯然，若前5天日最高氣溫均低于35.0 ℃，則Hi為0，表示無高溫?zé)岷?；而Hi數(shù)值越大表示高溫?zé)岷?qiáng)度越強(qiáng)。

另外，定義持續(xù)3 d或以上Hi>0，記為一次高溫?zé)岷κ录?，其中，Hi持續(xù)大于0的第3天記為高溫?zé)岷κ录牡?天。同時(shí)參考胡雪瓊等[14]對云南烤煙災(zāi)害指標(biāo)的研究方法，設(shè)計(jì)高溫?zé)岷κ录?qiáng)度指數(shù)Hindex(式3)和高溫?zé)岷κ录?zāi)害等級劃分(表4)，以描述持續(xù)高溫?zé)岷熤晟L的不利影響程度并建立該指數(shù)與高溫?zé)岷κ录?zāi)害程度的直觀關(guān)系。高溫?zé)岷κ录?qiáng)度指數(shù)公式為

(3)

其中，Hi為高溫?zé)岷κ录趇天的高溫?zé)岷χ笖?shù)。

表4 隴縣烤煙高溫?zé)岷κ录?zāi)害等級劃分

統(tǒng)計(jì)2007—2016年隴縣煙草Hindex及災(zāi)害等級可見，近十年隴縣出現(xiàn)23次高溫?zé)岷κ录?，年?.3次，每次平均持續(xù)4.7 d，Hindex均值為1.295。其中2009年6月25日至7月5日、2014年7月29日至8月7日分別出現(xiàn)一次持續(xù)11 d和10 d的重度高溫?zé)岷κ录?，Hindex分別達(dá)到9.172和9.328，是近十年隴縣出現(xiàn)最嚴(yán)重的兩次高溫?zé)岷κ录?；另外?015年7月27日至8月5日出現(xiàn)一次持續(xù)10 d的中度高溫?zé)岷κ录黄溆?0次均為輕度。不難看出，隴縣煙草的高溫?zé)岷κ录傮w程度較輕，高溫?zé)岷κ录掷m(xù)時(shí)間占煙草總大田期的9%，其中87%為輕度事件。高溫?zé)岷κ录饕陕愿哂?5 ℃的“弱高溫”天氣引起，單日高溫?zé)岷?qiáng)度指數(shù)Hi不高，但長時(shí)間持續(xù)的“弱高溫”天氣也能造成重度高溫?zé)岷κ录?/p>

4 小結(jié)與討論

(1)近十年隴縣煙草生長的溫度條件基本良好，適宜溫度條件(RTE值>0.9)可維持大田期85%以上。不適宜溫度條件(“零RTE”)出現(xiàn)概率極低，對煙草種植業(yè)危害不大，但其存在明顯的年際變化，如何針對其變化做好煙草氣象服務(wù)是今后要解決的問題之一。

(2)近十年隴縣煙草生長的不適宜溫度條件(“零RTE”)均由偏低的日平均氣溫引起，且不適宜溫度條件主要集中在煙株生長的成熟期，對煙草產(chǎn)量的不利影響較輕，對煙草品質(zhì)的不利影響較重。

(3)近十年隴縣煙草高溫?zé)岷θ諗?shù)的年際差異較大，煙草生長的不同生育期內(nèi)均有遭受高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險(xiǎn)，其中團(tuán)棵期、成熟期受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)略高于旺長期。

(4)近十年隴縣煙草的高溫?zé)岷κ录傮w程度較輕。高溫?zé)岷κ录饕陕愿哂?5 ℃的“弱高溫”天氣引起，單日高溫?zé)岷?qiáng)度指數(shù)Hi不高，但長時(shí)間持續(xù)的“弱高溫”天氣也能造成重度高溫?zé)岷κ录?/p>

(5)煙草生長與自然氣象因素的關(guān)系十分密切，光、熱、水、空氣等均能影響煙草的產(chǎn)量和質(zhì)量。本文僅從溫度與隴縣煙草的關(guān)系角度，分析了隴縣近十年煙草生長的溫度條件及其災(zāi)害特征，其中未涉及日最低氣溫、氣溫日較差、積溫等因素，這也是分析不夠詳盡的方面之一，今后仍需加大對隴縣煙草生長條件及災(zāi)害特征的分析，盡快建立健全隴縣煙草氣象災(zāi)害防御指標(biāo)庫，為科學(xué)合理地開展煙草氣象服務(wù)打好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 樊希彬, 李丹, 左曉晴,等.氣候條件對煙草生長的影響分析[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué),2016(4):27-30.

[2] 楊慧芹, 王莎莎, 金云峰,等.生長溫度對不同生育期煙草多酚物質(zhì)代謝的影響[J].基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué), 2015, 34(9):2225-2244.

[3] 張建波,金云峰,王莎莎,等.生長溫度對不同生育期煙草蔗糖代謝的影響[J].基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué),2015, 34(10):2225-2244.

[4] 張建波,金云峰,王莎莎,等.生長溫度對不同生育期煙草淀粉代謝的影響[J].生物技術(shù)通報(bào),2016, 32(5):200-211.

[5] 金云峰.不同生長溫度對煙草煙堿及質(zhì)體色素代謝的影響[D].昆明：云南師范大學(xué),2015.

[6] 王玉璽,栗珂,楊文峰,等.陜南烤煙質(zhì)量與氣候因子關(guān)系的研究[J].陜西氣象,2001(4):20-23.

[7] 栗珂,王玉璽,戴進(jìn),等.陜南山地烤煙區(qū)小網(wǎng)絡(luò)氣溫場和降水場的分析與應(yīng)用[J].陜西氣象,2001(4):17-20.

[8] 王玉璽,栗珂,韋成才,等.陜南適宜烤煙氣候條件及區(qū)域劃分的研究[J].陜西氣象,2001(5):15-18.

[9] 張振平.適宜烤煙區(qū)劃理論與實(shí)踐[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2007.

[10] 孟亞利,曹衛(wèi)星,周治國,等.基于生長過程的水稻階段發(fā)育與物候期模擬模型[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2003, 36(11):1362-1367.

[11] 韓錦峰.煙草栽培生理[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社, 1996.

[12] 操筠.恩施煙草與氣象條件的關(guān)系及氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[13] 曲靜.調(diào)和權(quán)重法在作物產(chǎn)量預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,57(5):109-110.

[14] 胡雪瓊,朱勇,張茂松,等.云南省烤煙農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測指標(biāo)的研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009, 14(1):90-94.