氣象因子對(duì)云南勐臘蔗區(qū)主栽甘蔗品種糖分性狀的影響

王鞠萱，陳優(yōu)強(qiáng)，馮曉敏，黃振軍，洪成武，黃詠虹，吳嘉云，陳駿佳

(1廣東省科學(xué)院生物工程研究所，廣東廣州510316；2廣東省甘蔗遺傳改良工程技術(shù)研究中心，廣東廣州510316；3云南英茂糖業(yè)(集團(tuán))有限公司，云南昆明650228)

0 引言

云南省(21?8"～29?15"N，97?31"～106?11"E)兼具低緯氣候、季風(fēng)氣候和山原氣候的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：氣候的區(qū)域差異和垂直變化、年溫差小，日溫差大、降水充沛、降水分布不均等[1]。云南是我國(guó)第2大甘蔗主產(chǎn)區(qū)和蔗糖生產(chǎn)基地，年種蔗面積近30萬(wàn)hm2，年蔗糖產(chǎn)量突破190萬(wàn)t，甘蔗農(nóng)業(yè)產(chǎn)值已突破20億元，工業(yè)產(chǎn)值突破50億，是云南經(jīng)濟(jì)發(fā)展特別是滇西南邊疆民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)[2]。

甘蔗是重要的糖料和經(jīng)濟(jì)作物，我國(guó)是糖生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，甘蔗產(chǎn)量及糖分高低直接影響蔗區(qū)農(nóng)民的切身利益[3]。甘蔗是生物量最高的C4作物，光飽和點(diǎn)高，補(bǔ)償點(diǎn)低，在光照時(shí)間長(zhǎng)、氣溫高和降水多的條件下光合產(chǎn)物多，產(chǎn)量高[4]。甘蔗生產(chǎn)常受到氣候、土壤和植被等自然條件的影響，其中尤以氣候條件的影響最為突出。氣候條件直接影響甘蔗的產(chǎn)量和品質(zhì)，不利的氣候條件會(huì)造成甘蔗產(chǎn)量和糖分低[5]。目前氣象因子對(duì)甘蔗產(chǎn)量和質(zhì)量已有一些報(bào)道[6-12]。歐釗榮等[13]分析了1971～2005年間，廣西、云南、廣東和海南甘蔗主產(chǎn)區(qū)氣溫、降雨量、濕度和日照等因子與甘蔗產(chǎn)量的相關(guān)性，確定了影響我國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)甘蔗產(chǎn)量氣象因子和關(guān)鍵時(shí)段，明確降水量是我國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)的共同關(guān)鍵氣象因子。蒙桂云等[4]對(duì)近45年來(lái)影響云南勐海甘蔗產(chǎn)量和糖分的氣象因子的趨勢(shì)性、階段性和周期性進(jìn)行分析。鐘楚等[14]以云南耿馬縣1984～2006年間積溫、日照時(shí)數(shù)、降水量對(duì)甘蔗不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期的影響，并提出相應(yīng)的對(duì)策。陳燕麗等[15]利用2000～2011年廣西4個(gè)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站的甘蔗旬莖伸長(zhǎng)量和氣象資料，分析宿根蔗和新植這在氣象因子影響下莖伸長(zhǎng)的差異。付建濤等[16]研究了廣東、廣西和云南甘蔗單位面積產(chǎn)量與降水和溫度變化之間的關(guān)系，進(jìn)一步評(píng)價(jià)氣候效應(yīng)對(duì)甘蔗產(chǎn)量的影響。羅晟昇等[17]分析了不同溫度和降雨量對(duì)甘蔗生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，溫度對(duì)甘蔗生長(zhǎng)影響較小，而降雨量對(duì)甘蔗的出苗率、發(fā)株率、分蘗率和糖分均具有不同程度的影響。

但有關(guān)氣象因子變化對(duì)整個(gè)蔗區(qū)主栽品種甘蔗蔗糖分積累影響的報(bào)道相對(duì)較少，本文利用云南省勐臘縣2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季的氣象數(shù)據(jù)及蔗區(qū)4個(gè)主栽品種成熟期及成熟后期的糖分相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了氣象因子與甘蔗蔗糖分性狀的關(guān)系。其結(jié)果有助于提高氣象因子變化對(duì)甘蔗蔗糖分積累的影響的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為當(dāng)?shù)靥菑S制定原料蔗種植和砍收布局提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

云南蔗區(qū)4個(gè)甘蔗主栽品種：粵糖93-159、新臺(tái)糖20號(hào)、川糖79-15和新臺(tái)糖16號(hào)，于2016年12 月份在云南省勐臘縣(21?29′N，101?31′E)種植，2017/18～2019/20年連續(xù) 3個(gè)榨季分別為新植、第一年宿根和第二年宿根，田間種植和管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)甘蔗地的種植管理一致。

1.2 氣象數(shù)據(jù)來(lái)源

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于云南省勐臘縣氣象局，獲得了2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季10月份至翌年4月份每個(gè)月的降雨量(Rainfall)、日照時(shí)數(shù)(Sunshine Hours, SH)、平均溫度(Average Temperature, AT)、平均溫差(Mean Temperature Difference, MTD)和相對(duì)濕度(Relative Humidity, RH)的數(shù)據(jù)。

1.3 甘蔗蔗糖分性狀的測(cè)定

測(cè)定了云南省勐臘縣蔗區(qū)上述4個(gè)甘蔗主栽品種2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季10月份至翌年4月份每個(gè)月的蔗汁錘度(Juice Brix, JB)、蔗汁蔗糖分(Sucrose Content in Juice, SCJ)、重力純度(Gravity Purity, GP)、甘蔗纖維分(Fiber Content in Cane, FCC)、蔗汁與蔗比(Juice to Cane Ratio, JCR)及甘蔗蔗糖分(Sucrose Content in Cane, SCC)等6個(gè)與糖分相關(guān)的性狀數(shù)據(jù)，每個(gè)品種測(cè)定10份樣品，每個(gè)品種的糖分性狀以10月份至翌年4月份連續(xù)7次測(cè)定值的均值表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、整理和制圖；采用R 3.5.3 for Windows系統(tǒng)進(jìn)行表型性狀及氣象因子數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季甘蔗蔗糖分相關(guān)性狀的變化

云南省勐臘縣蔗區(qū) 4個(gè)甘蔗主栽品種：粵糖93-159、新臺(tái)糖 20號(hào)、川糖 79-15和新臺(tái)糖 16號(hào)連續(xù)3個(gè)榨季的蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纖維分和甘蔗蔗糖分如下圖 1所示。分析結(jié)果表明，4個(gè)甘蔗品種的蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分在連續(xù) 3個(gè)榨季均表現(xiàn)出遞增趨勢(shì)。其中，粵糖93-159在2017/18、2018/19和2019/20年榨季的甘蔗蔗糖分分別為 14.68、15.05和 16.44；新臺(tái)糖 20號(hào)連續(xù) 3個(gè)榨季的甘蔗蔗糖分分別為 16.14、16.85和17.04；川糖79-15連續(xù)3個(gè)榨季的甘蔗蔗糖分分別為15.51、16.31和16.25；新臺(tái)糖16號(hào)連續(xù)3個(gè)榨季的甘蔗蔗糖分分別為14.80、15.82和15.95。4個(gè)甘蔗主栽品種的甘蔗蔗糖分平均從低到高依次為：新臺(tái)糖20號(hào)＜粵糖93-159＜川糖79-15＜新臺(tái)糖16號(hào)。甘蔗纖維分方面，新臺(tái)糖20號(hào)和新臺(tái)糖16號(hào)的纖維分相當(dāng)，且在連續(xù)3個(gè)榨季均較粵糖93-159和川糖79-15高，粵糖93-159的纖維分在4個(gè)品種中相對(duì)最低，連續(xù) 3個(gè)榨季的纖維分分別為 9.4%、9.6%和10.3%。

圖1 2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季4個(gè)云南勐臘縣甘蔗主栽品種的糖分性狀表現(xiàn)

4個(gè)甘蔗主栽品種蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分的變化如圖2所示，在甘蔗成熟期和成熟后期，即10月份至次年3月份，粵糖93-159、川糖79-15和新臺(tái)糖16號(hào)的糖分相關(guān)性狀總體上均呈現(xiàn)逐漸上升趨勢(shì)；而3月份至4月份，粵糖93-159和川糖 79-15的糖分相關(guān)性狀均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，且川糖79-15的下降趨勢(shì)更明顯；而新臺(tái)糖16號(hào)仍表現(xiàn)為上升趨勢(shì)；新臺(tái)糖20號(hào)從10月份至次年2月份的糖分相關(guān)性狀表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，而從2月份至4月份總體上表現(xiàn)為一定程度的下降趨勢(shì)。

圖2 2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季10月份至次年4月份4個(gè)云南勐臘縣甘蔗主栽品種的蔗汁錘度(%)、蔗汁蔗糖分(%)和甘蔗蔗糖分(%)的變化

2.2 2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季氣象因子的變化

每年的11月至次年4月的冬春季節(jié)為云南省的旱季，降水量只占全年的10%～20%。從圖3可知，云南省勐臘縣蔗區(qū)甘蔗成熟期的降雨量在最近3個(gè)榨季呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，2017/18年榨季、2018/19年榨季和2019/20年榨季10月份至次年4月份的總降雨量分別為566.8、305.6和395.6 mm。其中2019/20年榨季的4月份降水量異常，達(dá)到了244.8 mm。與降雨量相反，日照時(shí)數(shù)在2017/18～2019/20年3個(gè)榨季呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，2017/18年榨季、2018/19年榨季和2019/20年榨季勐臘縣蔗區(qū)10月份至次年4月份的日照時(shí)數(shù)總長(zhǎng)分別為1061.9、1331.5和1445.2 h。由圖 4可知，云南省勐臘縣蔗區(qū)最近 3個(gè)榨季10月份至次年4月份的月平均溫度呈上升趨勢(shì)；最近3個(gè)榨季的平均溫差有擴(kuò)大的趨勢(shì)，其中2017/18年榨季、2018/19年榨季和2019/20年榨季10月份至次年 4月份的月平均溫差分別為 11.8、13.8和15.6 ℃。由圖5可知，最近3個(gè)榨季蔗區(qū)的相對(duì)濕度有下降的趨勢(shì)。

圖3 2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季10月份至次年4月份云南省勐臘縣蔗區(qū)的降雨量(mm)和日照時(shí)數(shù)(h)

圖4 2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季10月份至次年4月份云南省勐臘縣蔗區(qū)的月平均溫度(℃)和月平均溫差(℃)

圖5 2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季10月份至次年4月份云南省勐臘縣蔗區(qū)的相對(duì)濕度(%)

2.3 氣象因子對(duì)甘蔗蔗糖分性狀的影響

2.3.1 降雨量和日照時(shí)數(shù)對(duì)甘蔗蔗糖分性狀的影響

甘蔗蔗糖分相關(guān)性狀之間及氣象因子與糖分相關(guān)性狀相關(guān)性分析如表1所示，降雨量與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纖維分及甘蔗蔗糖分均呈顯著負(fù)相關(guān)，而與蔗汁與蔗比呈顯著正相關(guān)。這與2017/18～2019/20年連續(xù) 3個(gè)榨季降雨量遞減，而甘蔗蔗糖分相關(guān)性狀遞增是一致的。新臺(tái)糖16號(hào)在2017/18年榨季和2018/19年榨季的3～4月份的糖分均呈上升趨勢(shì)，而在2019/20年榨季的3～4月份的糖分呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這可能主要是由該榨季4月份的降雨量猛增所致(圖3)。成熟期降雨量增多不僅影響甘蔗蔗糖分的積累，還影響甘蔗的收獲及運(yùn)輸，造成原料蔗的產(chǎn)糖率下降。

日照時(shí)數(shù)與降雨量呈極顯著負(fù)相關(guān)。甘蔗是C4作物，光飽和點(diǎn)高，補(bǔ)償點(diǎn)低，光照時(shí)間長(zhǎng)的條件下有利于光合產(chǎn)物的積累。本研究的結(jié)果分析也表明了日照時(shí)數(shù)與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纖維分及甘蔗蔗糖分均呈極顯著的正相關(guān)，而與蔗汁與蔗比成極顯著負(fù)相關(guān)。這與2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季日照時(shí)數(shù)遞增，甘蔗蔗糖分相關(guān)性狀遞增是一致的。

表1 甘蔗蔗糖分相關(guān)性狀等與氣象因子的相關(guān)性分析

2.3.2 平均溫度和平均溫差對(duì)甘蔗蔗糖分性狀的影響

由表1可知，10月份至次年4月份的月平均溫度與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、重力純度、甘蔗纖維分、蔗汁與蔗比及甘蔗蔗糖分均無(wú)顯著相關(guān)性。月平均溫差與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纖維分及甘蔗蔗糖分呈極顯著正相關(guān)，而與蔗汁與蔗比呈極顯著負(fù)相關(guān)。蔗糖分形成和積累主要發(fā)生于溫度逐漸下降的季節(jié)，溫度較低時(shí)，甘蔗植株生長(zhǎng)減慢，有利于糖分積累。2017/18～2019/20年連續(xù) 3個(gè)榨季的月平均溫差逐漸擴(kuò)大，這種晝夜溫差的擴(kuò)大有利于甘蔗蔗糖分的積累。糖分性狀測(cè)定結(jié)果也表明4個(gè)甘蔗品種的蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分連續(xù)3個(gè)榨季均表現(xiàn)出遞增趨勢(shì)。

2.3.3 相對(duì)濕度對(duì)甘蔗蔗糖分性狀的影響

如表1所示，相對(duì)濕度與日照時(shí)數(shù)及平均溫差均表現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)；相對(duì)濕度與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分均表現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)，與纖維分表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)，而與蔗汁與蔗比表現(xiàn)出顯著正相關(guān)。

3 討論

本研究利用云南省勐臘縣2017/18～2019/20年蔗區(qū)連續(xù)3個(gè)榨季包括降雨量、日照時(shí)數(shù)、月平均溫度、月平均溫差和相對(duì)濕度等氣象數(shù)據(jù)以及4個(gè)主栽甘蔗品種的糖分性狀數(shù)據(jù)，分析了氣象因子變化對(duì)甘蔗工藝成熟期糖分積累的影響。

甘蔗生長(zhǎng)大致可劃分為萌芽期、分蘗期、伸長(zhǎng)期和工藝成熟期4個(gè)時(shí)期。云南勐臘蔗區(qū)甘蔗的萌芽和分蘗期為 3～4月，5～6月以后進(jìn)入伸長(zhǎng)期，10～11月轉(zhuǎn)為工藝成熟期[18]。鐘楚等[14]利用云南耿馬縣1984～2006年甘蔗和同期氣象觀測(cè)資料，分析了氣候變化對(duì)甘蔗生長(zhǎng)不同階段的影響，結(jié)果表明，積溫、日照時(shí)數(shù)和降雨量等氣象因子對(duì)生長(zhǎng)不同階段的影響不同。其中成熟期的積溫和日照時(shí)數(shù)均與甘蔗蔗糖分積累呈正比，與本研究結(jié)果中的日照時(shí)數(shù)和糖分呈顯著正相關(guān)的結(jié)論一致。譚宗琨等[19]通過(guò)分析云南各地甘蔗產(chǎn)量、榨季糖分含量與溫度、降雨、日照等氣候要素的關(guān)系，確定了制約云南各蔗區(qū)甘蔗產(chǎn)量及蔗糖分含量波動(dòng)的主要?dú)庀笠蜃?；其中在勐臘蔗區(qū)降雨量的多少對(duì)甘蔗產(chǎn)量影響較小，而日照時(shí)數(shù)和溫度與該蔗區(qū)的甘蔗產(chǎn)量、榨季糖分含量均呈正比。該蔗區(qū)降水量對(duì)甘蔗產(chǎn)量影響較小的一個(gè)主要原因可能是蔗區(qū)的降水量較為充沛。而本研究結(jié)果表明降水量與甘蔗蔗糖分含量呈反比，這可能主要是由于降雨減少了成熟期的日照時(shí)數(shù)，影響了甘蔗光合作用的時(shí)間和強(qiáng)度。

云南省勐臘縣蔗區(qū)2017/18～2019/20年連續(xù)3個(gè)榨季的降雨量有明顯的下降趨勢(shì)，與之相對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度有下降的趨勢(shì)、日照時(shí)候有明顯上升的趨勢(shì)；成熟期及成熟后期降雨量減少一方面有利于甘蔗蔗糖分積累，另一方面也有助于甘蔗的砍收和運(yùn)輸。此外，最近這3個(gè)榨季的平均溫差有擴(kuò)大的趨勢(shì)，這有利于甘蔗蔗糖分的積累。4個(gè)甘蔗主栽品種工藝成熟期蔗糖分積累的變化曲線表明，不同基因型甘蔗的糖分積累趨勢(shì)存在明顯差異?？傮w而言，4個(gè)甘蔗品種的糖分性狀從進(jìn)入成熟期的10月份開(kāi)始至次年2月份都是處于穩(wěn)步上升的階段。但是從2月至 4月份，不同甘蔗品種的糖分積累趨勢(shì)開(kāi)始表現(xiàn)出差異，其中粵糖93-159和川糖79-15的糖分相關(guān)性狀均表現(xiàn)為先上升(2～3月份)后下降(3～4月份)，且川糖79-15的糖分下降更明顯；新臺(tái)糖20號(hào)的糖分在2月份的時(shí)候基本已經(jīng)達(dá)到最高值，隨后糖分開(kāi)始下降，表明新臺(tái)糖20號(hào)在4個(gè)品種中相對(duì)比較早熟。新臺(tái)糖16號(hào)的糖分性狀從10月份至次年4月份的糖分一直處于上升趨勢(shì)，表明新臺(tái)糖16號(hào)在4個(gè)甘蔗品種中相對(duì)比較晚熟。

不同甘蔗品種成熟時(shí)間不一致，糖分高峰時(shí)間不一樣。本研究中新臺(tái)糖20號(hào)甘蔗蔗糖分在2月份即達(dá)到峰值，而新臺(tái)糖16號(hào)的甘蔗蔗糖分從10月份至次年4月份則一直都在上升。除了甘蔗自身品種特性外，氣象因子諸如降水量、日照時(shí)數(shù)、溫差、濕度及海拔、種植時(shí)期均對(duì)其有較大的影響[2]。在本研究中，新臺(tái)糖16號(hào)在2017/18年榨季和2018/19年榨季的 3～4月份的糖分均呈上升趨勢(shì)，而在2019/20年榨季的3～4月份的糖分則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這很可能是由該榨季4月份的降雨量猛增所致。

甘蔗砍收和入榨計(jì)劃的編制是糖廠農(nóng)務(wù)管理的重要環(huán)節(jié)，直接影響糖企的經(jīng)濟(jì)效益。云南甘蔗榨季持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此，掌握蔗區(qū)內(nèi)不同甘蔗品種糖分積累的規(guī)律有助于指導(dǎo)甘蔗品種種植布局以及適期砍收、合理收獲，實(shí)現(xiàn)高糖高榨，提高制糖企業(yè)產(chǎn)糖率和綜合收益。根據(jù)云南省勐臘縣蔗區(qū)4個(gè)甘蔗主栽品種的糖分積累規(guī)律以及先熟先砍的原則，可以先砍收新臺(tái)糖20號(hào)，然后川糖79-15，再次粵糖93-159，最后新臺(tái)糖16號(hào)，實(shí)現(xiàn)在甘蔗最佳熟期砍收入榨進(jìn)而提高糖廠的產(chǎn)糖率。