惠水縣油菜花盛花期預(yù)報(bào)

趙 杰，唐紅忠，黃桂東，潘啟學(xué)

(貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000)

1 引言

黔南是農(nóng)業(yè)大州，油菜種植歷史悠久且地域分布廣，是黔南主要夏收作物之一。油菜生長(zhǎng)發(fā)育期經(jīng)歷秋季、冬季及春季3個(gè)季節(jié)，受氣象條件影響較大。近年來，以觀賞油菜花為載體的鄉(xiāng)村旅游活動(dòng)在各地興起，在花開時(shí)節(jié)，各地都迫切想了解油菜花盛花期的時(shí)間，以便提前部署相應(yīng)的活動(dòng)。因此，油菜花的花期預(yù)報(bào)及服務(wù)在農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)等方面既有較大需求，也有很大的實(shí)用價(jià)值。但油菜的抽薹、開花需要適宜的溫度、日照等氣象條件才順利發(fā)育。如2012年1月—3月上旬，全州出現(xiàn)持續(xù)低溫陰雨天氣，各地的油菜生育期推遲，花期相應(yīng)推遲。針對(duì)油菜，已有學(xué)者研究了氣溫對(duì)油菜的影響[1]，以及熱量條件對(duì)油菜雄性不孕不育系育性的影響[2]，目前黔南州對(duì)這方面也有研究，如荔波縣油菜花盛花期的預(yù)報(bào)[3]?；ㄆ陬A(yù)報(bào)有芽生長(zhǎng)量測(cè)量統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)法[4-5]，積溫物候預(yù)報(bào)法[6]、逐步回歸方法[3，7-10]等方法。本文采用逐步回歸分析方法，建立惠水縣油菜花開花、盛花期的預(yù)報(bào)模型，為今后全州油菜花盛花期研究打下基礎(chǔ)。

2 資料和方法

本文采用惠水縣農(nóng)業(yè)氣象站1981—1988年以及2014—2017年的油菜花觀測(cè)資料以及逐日降水、平均氣溫和日照資料。由于1989—2013年惠水縣農(nóng)業(yè)氣象站改為觀測(cè)小麥以及遷站等原因，造成缺乏油菜花觀測(cè)資料。文中旬最高氣溫指各旬逐日平均氣溫中最高值，同理可得旬最低氣溫。

對(duì)盛花期資料處理，由下式進(jìn)行距平分析：

yt=Yt-Y

式中yt為盛花期距平，當(dāng)yt為正值時(shí)，盛花期晚于常年，當(dāng)yt為負(fù)值時(shí)，盛花期早于常年；Yt為某年油菜花盛花期時(shí)間；Y為盛花期平均時(shí)間，黔南常年為3月5日，剔除離散程度較大的年份后，盛花期平均時(shí)間修訂為3月7日。

為了保證預(yù)報(bào)時(shí)效，建模時(shí)段選擇12月上旬—次年2月中旬，采用SPSS進(jìn)行相關(guān)性分析和逐步回歸分析，建立油菜花的預(yù)報(bào)模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 下限溫度的確定

研究指出[10]，當(dāng)環(huán)境溫度在最低和最適溫度之間時(shí),生物體內(nèi)的生理生化反應(yīng)會(huì)隨著溫度的升高而加快,代謝活動(dòng)加強(qiáng),從而加快生長(zhǎng)發(fā)育速度。統(tǒng)計(jì)油菜從抽薹期到盛花期的天數(shù)(N)和同期平均氣溫(T)，以1/N作為發(fā)育速率(Y)，與N天內(nèi)的平均氣溫T(X)進(jìn)行回歸分析，得到生長(zhǎng)速率與平均氣溫的散點(diǎn)圖及其擬合直線(圖1a)。從擬合直線看出，發(fā)育速率與氣溫呈反比關(guān)系，與事實(shí)不符，方程R2=0.185，顯著性α=0.163，方程不能通過顯著性檢驗(yàn)；觀察散點(diǎn)圖，可以看出有1個(gè)點(diǎn)離散程度較大，對(duì)擬合結(jié)果有較大程度的影響,舍棄該點(diǎn)后得到其擬合直線與散點(diǎn)圖(圖1b)，由該擬合方程得到下限溫度為-0.3 ℃，方程R2=0.168，顯著性α=0.21，方程依然不能通過顯著性檢驗(yàn)，觀察散點(diǎn)圖可發(fā)現(xiàn)仍有1個(gè)點(diǎn)離散程度較大，故舍棄這兩個(gè)離散程度較大的點(diǎn)，重新進(jìn)行回歸分析，得到新的散點(diǎn)圖以及擬合直線(圖1c)；從圖1c看出，發(fā)育速率與溫度之間具有良好的相關(guān)趨勢(shì)。

圖1 油菜發(fā)育速率(1/N)與統(tǒng)計(jì)時(shí)段平均氣溫(T)的散點(diǎn)圖及其擬合直線(a、所有數(shù)據(jù)，b、舍棄1個(gè)離散點(diǎn)，c、舍棄2個(gè)離散點(diǎn))Fig.1 The Scatterplot of rapeseed development rate(1/N) and mean temperature in statistical period(T) and its fitting line(a, all data, b, discard 1 discrete point, c, discard 2 discrete points)

通過SPSS分析，得到發(fā)育速率Y與統(tǒng)計(jì)時(shí)段平均氣溫X的直線回歸方程：Y=0.005X-0.015，其相關(guān)系數(shù)通過了α=0.005的顯著性檢驗(yàn)。當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，油菜停止發(fā)育，即Y=0，此時(shí)X=3 ℃ 。由此可知，惠水縣油菜發(fā)育的下限溫度為3 ℃。

3.2 盛花期與同期活動(dòng)積溫的關(guān)系

活動(dòng)溫度是指大于生長(zhǎng)下限溫度的日平均溫度[11]，統(tǒng)計(jì)惠水逐年12月1日—次年平均盛花期(3月7日)的活動(dòng)積溫，利用SPSS軟件求得逐年活動(dòng)積溫與逐年盛花期距平的相關(guān)系數(shù)為-0.858，通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)，表明二者之間存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這與“越冬期活動(dòng)積溫越高、盛花期就越早，反之，盛花期越晚[7]”結(jié)論一致。

從惠水縣油菜花盛花期距平與活動(dòng)積溫變化趨勢(shì)(圖2)看出，活動(dòng)積溫與盛花期距平呈明顯的負(fù)相關(guān)性。冬季活動(dòng)積溫越高，溫度累積越充足，油菜花盛花期越早；反之，冬季活動(dòng)積溫越低，越不利于油菜花正常開花生長(zhǎng)。

圖2 惠水縣油菜花盛花期距平與活動(dòng)積溫變化趨勢(shì)Fig.2 Full flowering period anomalies and active accumulative temperature charts of rapeseed in Huishui county

3.3 盛花期與同期各類氣象因子的關(guān)系

油菜花越冬期不同時(shí)段的氣象因子對(duì)盛花期的影響各不相同，由表1看出：氣溫因子影響較大，尤其是12月下旬—次年1月中旬溫度影響最為明顯；降水、日照因子影響較小。由表1還可以看出，惠水油菜花盛花期距平與大部分氣溫因子呈負(fù)相關(guān)，其中12月下旬—次年1月上旬的旬最低氣溫、旬最高氣溫和旬平均氣溫的負(fù)相關(guān)達(dá)到顯著水平(α=0.05)，同時(shí)1月中旬的旬最低氣溫的負(fù)相關(guān)性也達(dá)到了顯著水平(α=0.05)。但12月上旬的旬最高氣溫、旬平均氣溫與盛花期距平均呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，而與旬最低氣溫呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，這主要是油菜花在休眠期需要一定的低溫來解除芽的自然休眠，該時(shí)期內(nèi)最高氣溫、平均氣溫偏高，影響(甚至是抑制)油菜花休眠期的需冷量累積，使得盛花期延遲[7]。

降水和日照與盛花期的距平相關(guān)性不太敏感，但是盛花期距平與各旬降水大多數(shù)為弱的正相關(guān)，盛花期距平與各旬日照時(shí)數(shù)大多數(shù)呈負(fù)相關(guān)性(見表1)。這主要是降水偏多時(shí)，日照也相應(yīng)地偏少，氣溫偏低；活動(dòng)積溫越低，盛花期距平值就越大。

表1 惠水縣油菜花盛花期距平與氣象因子的相關(guān)系數(shù)分布Tab.1 Correlation coefficient of full flowering period anomalies and meteorological factors of rapeseed in Huishui County

注：*為通過0.05顯著性水平檢驗(yàn)

3.4 預(yù)報(bào)模型的建立

利用SPSS軟件對(duì)盛花期距平與40個(gè)備選氣象因子做逐步回歸。備選因子包含12月上旬—次年2月中旬的旬平均氣溫、旬最低氣溫、旬最高氣溫、旬降水、旬日照，最后得到預(yù)報(bào)方程：

Y=19.16-1.998X1-3.122X2-1.678X3+0.269X4+1.302X5+0.345X6

式中Y為盛花期距平，X1為12月下旬平均氣溫，X2為1月下旬最低氣溫，X3為1月中旬最高氣溫，X4為1月中旬日照，X5為1月下旬平均氣溫，X6為12月下旬降水。

方程調(diào)整后R2=0.99，F(xiàn)=1 189.099，擬合方程回歸平方差847.744，剩余平方差0.356，總平方差848.1。

利用模型可以在2月21日做出當(dāng)年的油菜花盛花期預(yù)報(bào)，從模型入選因子來看，溫度、日照和降水對(duì)油菜盛花期都有影響，從方程各項(xiàng)系數(shù)可以看出，溫度因子明顯比降水因子和日照因子更敏感。

3.5 預(yù)報(bào)模型的檢驗(yàn)

利用建立的預(yù)報(bào)模型，擬合油菜花盛花期距平，得出油菜花盛花期預(yù)報(bào)模型的模擬效果很好，擬合距平與實(shí)際距平相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.999，平均絕對(duì)誤差0.1，除了1982年存在1 d誤差外，其余9 a沒有誤差(見表2)。

4 結(jié)論與討論

①惠水縣油菜生長(zhǎng)下限溫度為3 ℃，當(dāng)溫度低于此下限溫度時(shí)停止發(fā)育。油菜花的盛花期與越冬期活動(dòng)積溫有明顯的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.858，越冬期活動(dòng)積溫越高，盛花期越早，反之，越冬期活動(dòng)積溫越低，盛花期越晚。

②盛花期與冬季各旬的氣溫、日照、降水也有一定的關(guān)系，氣溫因子影響較大，降水、日照因子影響較小，盛花期距平與溫度因子和日照因子呈負(fù)相關(guān)，與降水因子呈正相關(guān)，其中12月下旬—1月中旬的旬最低氣溫、旬最高氣溫和旬平均氣溫的負(fù)相關(guān)達(dá)到顯著水平(α=0.05)，同時(shí)1月上旬的旬最低氣溫的負(fù)相關(guān)性也達(dá)到了顯著水平(α=0.05)。

表2 惠水縣油菜花盛花期擬合距平、實(shí)際距平以及擬合誤差(單位：d)Tab.2 The simulation Anomalies、real Anomalies and deviation of the flowering period of rapeseed in Huishui County(Unit:d)

③盛花期預(yù)報(bào)模型對(duì)樣本具有較高的擬合，擬合距平與實(shí)際距平相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.999，從模型入選因子來看，盛花期與溫度、日照和降水因子均有相關(guān)性，從方程各項(xiàng)系數(shù)可以看出，溫度因子明顯比降水因子和日照因子更敏感。

12月上旬的旬最高氣溫和旬平均氣溫與盛花期距平呈現(xiàn)正相關(guān)性，這可能與休眠期的需冷量累積有關(guān)[7]。預(yù)報(bào)模型所選因子與高相關(guān)系數(shù)因子存在一定的差異[3,7]，還需要以后進(jìn)一步探討。本文數(shù)據(jù)具有間斷性以及樣本數(shù)較少，所得結(jié)論還需進(jìn)一步檢驗(yàn)。