內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青溫度條件分析

楊澤龍 鄭曉艷 王云彬 范麗嬌 趙建軍 陳泉勇 苗百嶺 李軍

摘要：分析內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青氣象條件，旨在探究氣象服務(wù)過(guò)程中對(duì)紫花苜蓿返青的可預(yù)報(bào)性氣象指標(biāo)，為提升當(dāng)?shù)刈匣ㄜ俎庀蠓?wù)能力提供業(yè)務(wù)參考。結(jié)合2018年達(dá)拉特旗鹽灘地紫花苜蓿生產(chǎn)田間調(diào)查數(shù)據(jù)，利用達(dá)拉特旗國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站2005—2018年間的日觀(guān)測(cè)統(tǒng)計(jì)資料建立數(shù)據(jù)集，選擇氣溫與地溫的14個(gè)氣象指標(biāo)進(jìn)行方差分析以及溫度的動(dòng)態(tài)分析。綜合分析結(jié)果可知，日平均地表溫度是能夠較好地反映達(dá)拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青氣象條件的一個(gè)氣象指標(biāo)，當(dāng)日平均地表溫度超過(guò)且持續(xù)在0 ℃以上波動(dòng)時(shí)，可以作為開(kāi)始返青的氣象預(yù)報(bào)時(shí)間點(diǎn)。當(dāng)80 cm地溫開(kāi)始高于160 cm地溫時(shí)，可作為紫花苜蓿返青即將進(jìn)入普遍期的氣象預(yù)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。當(dāng)160 cm地溫開(kāi)始高于320 cm地溫時(shí)，可作為紫花苜蓿返青即將結(jié)束并開(kāi)始進(jìn)入旺盛分枝期的氣象預(yù)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。當(dāng)日平均地表溫度將要降到0 ℃或以下，或者降溫幅度超過(guò)10 ℃以上時(shí)，可作為達(dá)拉特旗返青紫花苜蓿遭受凍害的氣象預(yù)警指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：紫花苜蓿;氣象服務(wù);返青;河套灌區(qū);地溫;氣象預(yù)測(cè);氣象預(yù)警

中圖分類(lèi)號(hào)： S162.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2019）23-0281-03

達(dá)拉特旗位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)東部，地理坐標(biāo)為 109°00′～110°45′E，40°00′～40°30′N(xiāo)，地處鄂爾多斯高原北端，黃河中游“幾”字灣南岸。地形南高北低，南部以丘陵、溝壑為主，北部為黃河沖擊平原，地勢(shì)平坦，土地肥沃。農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)形式，南部以天然放牧為主，北部以農(nóng)業(yè)種植為主[1]。全旗13.7萬(wàn)hm2耕地中，6.9萬(wàn)hm2是不同程度鹽堿化的鹽灘地。近些年，達(dá)拉特旗利用鹽灘地進(jìn)行紫花苜蓿的規(guī)?；N植發(fā)展迅速，圍繞紫花苜蓿生產(chǎn)開(kāi)展氣象服務(wù)，成為當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求。返青是紫花苜蓿年生產(chǎn)周期中的一個(gè)十分重要的物候期，是系關(guān)紫花苜蓿鮮草產(chǎn)量的基礎(chǔ)階段[2-3]。溫度是紫花苜蓿返青過(guò)程中最主要的氣象條件[3]，分析達(dá)拉特旗紫花苜蓿返青氣象條件，對(duì)于當(dāng)?shù)蒯槍?duì)性開(kāi)展紫花苜蓿返青氣象服務(wù)具有一定的必要性。

1 材料與方法

返青田間調(diào)查地點(diǎn)為達(dá)拉特旗展旦召蘇木牧樂(lè)源合作社紫花苜蓿種植基地，調(diào)查時(shí)間為2018年3—5月。調(diào)查樣方面積為1 m×1 m，樣方間距為20 m，樣方共設(shè)10個(gè)重復(fù)，10個(gè)樣方以直線(xiàn)排列的隨機(jī)樣線(xiàn)形式布置。調(diào)查方法是對(duì)樣方內(nèi)已經(jīng)返青和尚未返青的苜蓿株叢分別進(jìn)行計(jì)數(shù)，并計(jì)算返青率。調(diào)查當(dāng)次返青率=調(diào)查當(dāng)次已返青株叢數(shù)/（調(diào)查當(dāng)次已返青株叢數(shù)+調(diào)查當(dāng)次未返青株叢數(shù)）×100%。此外，調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分株叢終年不能返青，即返青過(guò)程有死株現(xiàn)象。因此，以調(diào)查當(dāng)次返青數(shù)與調(diào)查當(dāng)年最多株叢數(shù)來(lái)計(jì)算實(shí)際返青率。計(jì)算方法：當(dāng)年實(shí)際返青率=調(diào)查當(dāng)次已返青株叢數(shù)/調(diào)查當(dāng)年最大株叢數(shù)×100%。

進(jìn)行返青溫度條件分析的氣象數(shù)據(jù)資料來(lái)源于達(dá)拉特旗國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站（110°01′59″E，40°23′33″N），數(shù)據(jù)分析軟件為SAS 8.1。

2 結(jié)果與分析

2.1 各月溫度條件差異性分析

以達(dá)拉特旗國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站2005—2018年間151個(gè)觀(guān)測(cè)日（不包括閏年的2月29日）為重復(fù)，選擇14個(gè)溫度指標(biāo)為分析變量（X1～X14）：X1為日平均氣溫，X2為日平均最高氣溫，X3為日平均最低氣溫，X4為日平均地表溫度，X5為日平均最高地表溫度，X6為日平均最低地表溫度，X7為日平均5 cm地溫，X8為日平均10 cm地溫，X9為日平均15 cm地溫，X10為日平均20 cm地溫，X11為日平均40 cm地溫，X12為日平均80 cm地溫，X13為日平均160 cm地溫，X14為日平均320 cm地溫，于1月、2月、3月、4月、5月分別組建數(shù)據(jù)集，利用SAS 8.1軟件進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，1—5月14個(gè)溫度指標(biāo)在日差異方面，除了1月日平均氣溫（X1）、日平均最高氣溫（X2）、日平均最低氣溫（X3）、日平均最低地表溫度（X6）等4個(gè)指標(biāo)外，其他日差異的分析結(jié)果均為顯著（P<0.05）。在年差異分析方面，除了5月日平均最高氣溫（X2）的差異不顯著以外，其他年差異分析結(jié)果均為顯著（P<0.05）。

由圖1可知，從達(dá)拉特旗1—5月氣溫與地表溫度6個(gè)指標(biāo)（X1～X6）年平均值（2005—2018年）的動(dòng)態(tài)來(lái)看，2月以前，氣溫和地表溫度的升高趨勢(shì)不明顯，2月中旬以后，氣溫和地表溫度開(kāi)始明顯升高，特別是日平均最高地表溫度在6個(gè)指標(biāo)中，升高的幅度最大。6個(gè)指標(biāo)的總體動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為日平均最高地表溫度>日平均最高氣溫>日平均地表溫度>日平均氣溫>日平均最低氣溫>日平均最低地表溫度，且由于比熱效應(yīng)作用，地溫日溫差大于氣溫，1—5月日平均最高地表溫度始終在0 ℃以上。在2月中旬以前，日平均地表溫度和日平均氣溫的波動(dòng)曲線(xiàn)基本重合，2月中旬以后，日平均地表溫度逐漸高于日平均氣溫，之后升高幅度日益增加，到5月底，日平均地表溫度與日平均最高氣溫曲線(xiàn)相交、重合。

2.2 紫花苜蓿返青期間的溫度條件

3月初，調(diào)查點(diǎn)的紫花苜蓿開(kāi)始陸續(xù)返青。由表2中田間調(diào)查結(jié)果可知，達(dá)拉特旗鹽灘地紫花苜蓿在2018年3月下旬返青率已超過(guò)70%。由于2018年4月初有一次較大幅度的降雪降溫天氣過(guò)程（查詢(xún)天氣實(shí)況歷史得知），已返青紫花苜蓿受霜凍影響，在4月17日的返青調(diào)查中，返青率沒(méi)增反降，返青率由74.04%降到42.86%。在5月18日的調(diào)查中，樣方調(diào)查當(dāng)次的返青率為100.00%，但實(shí)際返青率由3月的74.04%降到68.27%。從3次調(diào)查的密度變化來(lái)看，紫花苜蓿密度從3月到5月是逐漸減少的?？梢?jiàn)，2018年4月的降雪降溫天氣對(duì)于紫花苜蓿的返青影響比較嚴(yán)重，以5月最終返青時(shí)的樣方調(diào)查數(shù)據(jù)計(jì)算，2018年達(dá)拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青率的樣方調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果為213/312×100%=6827%，死株率為312/312×100%-68.27%=31.73%（調(diào)查當(dāng)年仍不能正常返青視為死株）。

由于地溫相對(duì)于氣溫而言，對(duì)早春紫花苜蓿返青時(shí)的根系活動(dòng)的影響更為直接，且考慮日平均地表溫度已經(jīng)綜合了日平均最高地表溫度與日平均最低地表溫度2個(gè)方面的氣象條件，因此剔除X5和X6，選擇X4、X7～X14這9個(gè)地溫指標(biāo)作為分析紫花苜蓿返青的主要?dú)庀髼l件。從2018年1—5月達(dá)拉特旗0～320 cm地溫的動(dòng)態(tài)（圖2）來(lái)看，320 cm和160 cm的地溫曲線(xiàn)一直處于0 ℃以上，其余7個(gè)地溫指標(biāo)的曲線(xiàn)都于2月下旬前后，分別在0 ℃以下和0 ℃以上波動(dòng)。2月下旬以前，0～80 cm的7個(gè)指標(biāo)的地溫基本表現(xiàn)為由下而上逐次降低;2月下旬以后，7個(gè)指標(biāo)的地溫基本表現(xiàn)為由下而上逐次升高。由圖2中的曲線(xiàn)動(dòng)態(tài)可以看出，3月中旬以后，一直到3月底之前，80 cm以上土層的地溫升高較快，7個(gè)指標(biāo)的值相繼超過(guò)160 cm地溫的值。之后，一直到4月下旬以后，除4月初的降雪降溫造成40 cm以上地溫急劇下降以外，0～80 cm的7個(gè)地溫指標(biāo)和160 cm的地溫指標(biāo)的值相繼超過(guò)320 cm地溫的值。4月下旬之后，0～320 cm土層溫度呈現(xiàn)由上而下逐次降低的動(dòng)態(tài)。

2.3 降溫對(duì)紫花苜蓿返青的影響

為粗略估計(jì)2018年4月初的降雪降溫天氣對(duì)于調(diào)查地點(diǎn)紫花苜蓿返青的影響，將3月20日調(diào)查的返青率與4月17日調(diào)查的返青率相減得出這次降溫對(duì)返青株叢造成的死株率數(shù)值，即74.04%-41.35%=32.69%。對(duì)于4月17日以后到5月18日調(diào)查時(shí)返青率的增高，考慮2個(gè)方面的影響，一是4月初的降溫影響以后，根系尚未徹底凍死的部分株叢又重新返青;二是3月20日調(diào)查時(shí)尚未返青的部分株叢返青。如果4月17日以后到5月18日期間所有增加的返青株叢均為尚未徹底凍死的株叢又重新返青，不考慮3月20日調(diào)查時(shí)尚未返青株叢返青的因素，5月18日的返青率應(yīng)為 74.04%。

顯然，比實(shí)際調(diào)查值（68.27%）要偏高。如果單純考慮3月20日調(diào)查時(shí)尚未返青的株叢全部返青，而不考慮尚未徹底凍死的株叢重新返青的因素，則推算5月18日的返青率應(yīng)為（1-74.04%）+41.35%=67.31%，比實(shí)際調(diào)查結(jié)果（6827%）略偏低。綜合分析，4月17日以后到5月18日調(diào)查時(shí)返青率的增高，可能有少部分是根系尚未徹底凍死的部分株叢又重新返青，但大多新增返青株叢更可能是3月20日調(diào)查時(shí)尚未返青的部分株叢返青所致。也就是說(shuō)，4月初的那次低溫凍害對(duì)于紫花苜蓿返青的影響還是非常嚴(yán)重的，盡管可能有部分凍害株叢重新返青，但絕大多數(shù)凍害株叢因無(wú)法恢復(fù)正常生理活動(dòng)而死亡。在2019年的實(shí)際生產(chǎn)中，由于株叢密度嚴(yán)重偏低，無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益要求，對(duì)2018年遭受凍害的部分紫花苜蓿田塊進(jìn)行了耕翻、換種。

從圖2中4月初降溫的地溫曲線(xiàn)變化來(lái)看，這次降溫已經(jīng)影響到了80 cm深的土層，除160 cm和320 cm地溫外，0～80 cm土層的地溫曲線(xiàn)均有明顯的凹陷。日平均地表溫度由18 ℃降到0 ℃左右，5～20 cm地溫由16 ℃左右降到 3 ℃ 左右，40 cm地溫由14 ℃降到7 ℃左右，80 cm地溫由 10 ℃ 左右降到8 ℃左右?？梢?jiàn)，雖然這次降溫過(guò)程中5～80 cm 地溫仍在0 ℃以上，但仍然對(duì)返青株叢造成了嚴(yán)重的凍害。

3 結(jié)論與討論

2—5月是達(dá)拉特旗鹽灘地紫花苜蓿返青溫度環(huán)境的主要影響時(shí)段。從14個(gè)溫度指標(biāo)的方差分析結(jié)果來(lái)看，苜蓿返青前的2月至苜蓿返青結(jié)束的5月之間，土壤與大氣之間以及土壤不同土層之間的熱交換是較為旺盛的，但是溫度條件的日差異與年的顯著性差異，也為返青期氣象預(yù)測(cè)增加了不確定性。14個(gè)溫度指標(biāo)中，日平均地表溫度是對(duì)大氣-土壤界面溫度環(huán)境變化較為敏感，且對(duì)綜合溫度條件的反映性能比較穩(wěn)定的指標(biāo)。當(dāng)日平均地表溫度超過(guò)且持續(xù)在0 ℃以上波動(dòng)時(shí)，0～40 cm土層的地溫會(huì)迅速響應(yīng)這一變化并向 0 ℃ 以上攀升，此時(shí)可以作為達(dá)拉特旗紫花苜蓿開(kāi)始返青的氣象預(yù)報(bào)的時(shí)間點(diǎn)。當(dāng)80 cm地溫與160 cm地溫的差值為0， 即

80 cm地溫曲線(xiàn)與160 cm地溫曲線(xiàn)相交，80 cm地溫開(kāi)始高于160 cm地溫時(shí)，0～80 cm土體的總體地溫環(huán)境在3 ℃以上，紫花苜蓿整體根系的生理活動(dòng)已經(jīng)全面激活，此時(shí)可作為紫花苜蓿返青即將進(jìn)入普遍期的氣象預(yù)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。當(dāng) 160 cm 地溫與320 cm地溫的差值為0，即160 cm地溫曲線(xiàn)與320 cm地溫曲線(xiàn)相交，并開(kāi)始高于320 cm地溫時(shí)，0～320 cm 土體的地溫環(huán)境進(jìn)入到植物生長(zhǎng)季正常態(tài)，由下而上逐次升高，總體地溫環(huán)境在6 ℃以上，此時(shí)可作為紫花苜蓿返青即將結(jié)束進(jìn)入旺盛分枝期的氣象預(yù)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)?；诮禍貙?duì)紫花苜蓿返青的冷害與凍害的災(zāi)害性影響，在對(duì)達(dá)拉特旗紫花苜蓿返青期的氣象服務(wù)中，適時(shí)關(guān)注天氣變化，對(duì)日平均地表溫度0 ℃或以下，或者降溫幅度超過(guò)10 ℃以上的降溫過(guò)程，及時(shí)進(jìn)行紫花苜蓿凍害預(yù)警，提醒紫花苜蓿種植大戶(hù)及時(shí)采取田間防御措施。

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收稿日期：2019-09-18

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金（編號(hào)：2014MS0406）。

作者簡(jiǎn)介：楊澤龍（1976—），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail：yangzelongabc@163.com。