北疆地區(qū)膜下滴灌引種蘭州百合的農(nóng)業(yè)氣候適應(yīng)性

華 燁， 肖俊安， 向 導(dǎo)

(1.新疆維吾爾自治區(qū)氣象臺(tái)， 新疆 烏魯木齊830002； 2.新疆氣象局, 新疆 烏魯木齊830002； 3.新疆石河子烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站， 新疆 石河子 832000)

0 引言

【研究意義】百合((Liliumbrowniivar.viridulumBaker))屬于百合科多年生宿根植物[1]，其鱗莖肉質(zhì)根盤肥大，是養(yǎng)分儲(chǔ)藏器官；鱗片白色或微黃，是百合的主要產(chǎn)品。百合有很高的食用、藥用、保健和觀賞價(jià)值[2-5]。野生百合分布較廣，歐洲、北美洲及亞洲東部等地區(qū)均有分布[6-8]。經(jīng)過長期選育和馴化的蘭州百合鱗莖碩大，鱗片豐滿白嫩，質(zhì)地細(xì)膩，營養(yǎng)豐富，口味幽香甜美，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。因此，種植蘭州百合對(duì)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人對(duì)百合品種、物質(zhì)含量、作用功效及栽培技術(shù)的研究較多，彭志云等[9-10]總結(jié)了百合產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和存在問題，并提出百合的發(fā)展途徑與對(duì)策。徐學(xué)軍等[11-14]經(jīng)過多年努力成功選育出蘭州百合新品種以及培育出百合組培苗。沈赟[15]研究表明，百合維生素C與蛋白質(zhì)含量高于常見蔬菜和水果，氨基酸種類高于18種，總量占百合干重的11.06%。劉成梅等[16-17]研究認(rèn)為，百合多糖性具有明顯的降血糖功能。【研究切入點(diǎn)】北疆位于阿爾泰山和天山之間的準(zhǔn)噶爾盆地，包含阿勒泰、塔城、昌吉、伊寧、吐魯番、哈密、克拉瑪依、石河子、博樂塔拉等地區(qū)的40個(gè)縣級(jí)行政區(qū)。北疆地區(qū)屬于典型大陸性干旱氣候，由于其所處地形地理位置影響，氣溫、降水區(qū)域分布極不均衡。相同緯度和相似氣候條件農(nóng)作物引種成功的概率較高，但不同氣候條件也能生存相同物種，如橡膠原產(chǎn)于熱帶雨林氣候的南美亞馬遜河盆地，引入南亞熱帶季風(fēng)氣候我國臺(tái)灣、海南、云南等地種植成功；豌豆原產(chǎn)于非洲埃塞俄比亞，引入俄羅斯的列寧格勒并獲得高產(chǎn)[18]。因此，僅氣候相似理論不能解析引種問題，而擴(kuò)展到農(nóng)業(yè)氣候相似則得以解釋。農(nóng)業(yè)氣候相似原理是考慮滿足植物自身生存條件，并能完成生育過程和產(chǎn)量形成的農(nóng)業(yè)氣候要素的相似條件，而不是氣候要素相似[19-20]。2016—2019年新疆烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站在北疆石河子地區(qū)經(jīng)3年滴灌模式成功引種蘭州百合，給北疆其他地區(qū)引種蘭州百合提供了思路。若將蘭州百合大面積引種至北疆，對(duì)促進(jìn)北疆農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義?！緮M解決的關(guān)鍵問題】從農(nóng)業(yè)氣候相似角度研究百合在北疆區(qū)域性發(fā)展的可能性，為北疆地區(qū)蘭州百合的引種與應(yīng)用推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 蘭州百合 引種蘭州百合品種為百合2號(hào)，由蘭州百合研究所提供種苗。2016—2019年引進(jìn)蘭州百合種植于石河子烏蘭烏蘇國家級(jí)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站。采用膜下滴灌方式栽培，2016年10月下旬播種，翌年5月上旬出苗，6月下旬至7月為盛花期(鱗莖膨大)，8月下旬莖稈枯萎，2019年10月收獲。3年生的百合產(chǎn)量約18 000 kg/hm2，石河子引種蘭州百合取得成功。

1.1.2 氣象資料 百合原產(chǎn)地氣象資料來自于蘭州市氣象局，北疆各行政區(qū)氣象資料來自于新疆氣象局，資料包括年月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均日照時(shí)數(shù)和平均降水量，≥10℃初、終日期，無霜期等。

1.2 農(nóng)業(yè)氣候相似性分析

1.2.1 百合生長的氣候條件 百合喜溫喜光耐寒耐旱怕澇，可在10～30℃氣候環(huán)境內(nèi)生長，<10℃或>30℃生長緩慢，最適生長溫度為15～25℃，鱗莖膨大期適宜溫度為24～29℃。百合鱗莖在土壤中越冬可耐―40℃低溫[21-22]，裸露環(huán)境下―25℃成活率30%，―20℃成活率90%，―15℃成活率100%[23]。百合屬長日照植物，光照不足開花數(shù)減少，引起花蕾脫落。百合生長期土壤含水量在18%～22%為宜，開花期需充足水分，鱗莖生長期對(duì)水分的需求相對(duì)較少。pH為5.5～6.5的富含腐殖質(zhì)黃沙土或黑沙土適宜百合生長[7,23]。

1.2.2 蘭州百合原產(chǎn)地的氣候條件 百合在海拔 1 500～3 000 m均適宜栽培，一般年平均氣溫在4.3℃以上，7月平均氣溫>14.0℃，無霜期大于130 d，年降水量在300 mm以上，年日照時(shí)數(shù)大于2 150 h的氣候環(huán)境均能正常生長[24]。蘭州百合播種期溫度≥10℃為宜，初春在3月下旬至4月下旬或冬前在10月中旬至11月中旬種植[12]，5月上旬為出苗珠芽分化階段，6月下旬顯蕾，7月盛花期，開花期鱗莖迅速膨大期，8月上、中旬鱗莖成熟，8月下旬地上莖葉進(jìn)入枯萎期。

1.2.3 蘭州百合引種歐氏距離分析 兩地農(nóng)業(yè)氣候相似度對(duì)引種成功非常重要，一般采用歐氏距離方法[25-28]計(jì)算兩地的相似距。將m個(gè)農(nóng)業(yè)氣候要素視為m維空間，相同兩因子點(diǎn)間的距離越大越不相似；反之，兩點(diǎn)距離越小越相似。該空間距離稱為相關(guān)聯(lián)的歐幾里德度量，即農(nóng)業(yè)氣候相似距離系數(shù)。依據(jù)百合生長特性，選取蘭州百合原產(chǎn)地蘭州七里河地區(qū)和引入地北疆地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候因子，以百合周年生育期為尺度，選擇溫光水為農(nóng)業(yè)氣候因子，具體因子包括月平均氣溫、極端最高氣溫、極端最低氣溫、日照時(shí)數(shù)、降水量、穩(wěn)定通過≥10℃的初終日期，以及百合生長期(4—9月)的平均氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水量等，將農(nóng)業(yè)氣候要素?cái)?shù)據(jù)看作1個(gè)整體，消除要素的量綱，采用公式(1)進(jìn)行歸一化處理，通過歸一化處理的農(nóng)業(yè)氣候因子采用公式(2)計(jì)算歐氏距離。

(1)

(2)

式中，xk為歸一化后因子序列，xi為歸一化之前因子原序列，xmax、xmin為歸一化之前因子序列的最大值和最小值；dil為i地蘭州與j地石河子的歐氏距離，k為氣候要素值(k=1,2,3……m)，m為因子個(gè)數(shù)，xik為i地(原產(chǎn)地)氣候要素歸一化處理值，xjk為j地(引入地)氣候要素歸一化處理值。

1.2.4 原產(chǎn)地與引種地農(nóng)業(yè)氣候相似程度判斷 空間相似距越小說明因子間差異越小，兩地氣候越接近也越相似，引種成功率越高。農(nóng)業(yè)氣候相似距離為引種提供定量依據(jù)。蘭州百合原產(chǎn)地與引種地氣候相似程度根據(jù)歐式距離[26]分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)進(jìn)行判斷。

表1 歐氏距離等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 北疆地區(qū)基本氣候特征

氣象分析表明，在北疆地區(qū)40個(gè)縣級(jí)行政區(qū)中，年平均氣溫以托克遜最高，為16.0℃；清河最低，為3.1℃。年平均最高氣溫吐魯番地區(qū)超過20.0℃，布爾津、青河一帶低于12.0℃。年平均最低氣溫吐魯番地區(qū)在8.0℃以上，而巴里坤、伊吾、溫泉、昭蘇、和布克賽爾、青河則在0℃以下，其中青河最低，僅為―3.8℃。年降水量伊犁河谷為300～600 mm，烏魯木齊、石河子、塔城為200～300 mm，阿克蘇、庫爾勒在100 mm以下，而吐魯番地區(qū)僅15 mm左右。日照時(shí)數(shù)為2 450～3 450 h，年平均為2 800 h左右[29]。

2.2 北疆地區(qū)引種蘭州百合的農(nóng)業(yè)氣候限制因子

光、溫、水是農(nóng)作物生長發(fā)育的三大要素。蘭州百合原產(chǎn)地蘭州的年日照時(shí)數(shù)為2 000～2 800 h[30]，而北疆地區(qū)年日照時(shí)數(shù)為2 450～3 450 h，說明北疆地區(qū)的光照滿足百合生長所需。百合在降水量300 mm以上地區(qū)可自然生長[25]，北疆自然降水少，不能滿足百合生長發(fā)育的需求，采用膜下滴灌管理方式可解決自然降水不足的問題。在滿足光照和水分條件基礎(chǔ)上，北疆引種蘭州百合，溫度是主要的農(nóng)業(yè)氣候限制因子。

2.3 原產(chǎn)地與引種地的農(nóng)業(yè)氣候相似距及引種可能性

從表2看出，在北疆地區(qū)的40個(gè)縣級(jí)行政區(qū)中，與蘭州百合原產(chǎn)地蘭州的農(nóng)業(yè)氣候相似距離小于0.3的有31個(gè)行政區(qū)，其相似級(jí)別為1級(jí)，兩地間作物生育期相近，這些行政區(qū)可直接引種蘭州百合；與蘭州農(nóng)業(yè)氣候相似距為0.3～0.5的有9個(gè)行政區(qū)，其相似級(jí)別為2級(jí)，兩地間作物生育期略有差異，這些行政區(qū)可間接引種蘭州百合。表明，北疆有接近80%行政區(qū)可直接引入百合種植，其中，最接近原產(chǎn)地農(nóng)業(yè)氣候條件的地區(qū)有新源、伊犁、伊寧、霍城、察布查爾和鞏留；約20%的行政區(qū)需馴化觀察后才能確定能否引種蘭州百合，需要馴化的地區(qū)有鄯善、托克遜、巴里坤、伊吾、溫泉、昭蘇、和布克賽爾、青河及吉木乃等地區(qū)。

表2 北疆各個(gè)行政區(qū)與蘭州的農(nóng)業(yè)氣候相似距

3 討論

歐氏距離方法揭示兩地之間氣候和農(nóng)業(yè)氣候相似程度，為引種提供了定量依據(jù)，視其農(nóng)業(yè)氣候相似程度確定引種的方向及提前采取措施，以此可以增加預(yù)見性，減少盲目性[31]。根據(jù)蘭州百合原產(chǎn)地蘭州與引種地北疆的農(nóng)業(yè)氣候相似距，分析北疆地區(qū)各行政區(qū)引種蘭州百合的可能性，結(jié)果表明，有31個(gè)行政區(qū)與蘭州百合原產(chǎn)地蘭州的農(nóng)業(yè)氣候相似距小于0.3，其相似級(jí)別為1級(jí)，兩地間作物生育期相近，這些地行政區(qū)可直接引種蘭州百合；9個(gè)行政區(qū)與蘭州農(nóng)業(yè)氣候相似距為0.3～0.5，相似級(jí)別為2級(jí)，兩地間作物生育期略有差異，需馴化觀察后才能確定是否適宜引種蘭州百合。雖然歐氏距離系數(shù)方法在揭示兩地農(nóng)業(yè)氣候相似具有一定的可靠性，但引種農(nóng)作物時(shí)，應(yīng)明確作物本身的生物指標(biāo)以及氣候適應(yīng)性，因此，在大面積擴(kuò)種之前應(yīng)進(jìn)行小規(guī)模引種試驗(yàn)，避免經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)論

北疆地區(qū)引種蘭州百合，在膜下滴灌的農(nóng)業(yè)措施下，有接近80%行政區(qū)可直接引入百合種植，其中，最接近原產(chǎn)地農(nóng)業(yè)氣候條件的地區(qū)有新源、伊犁、伊寧、霍城、察布查爾和鞏留等地區(qū)，是北疆地區(qū)引種蘭州百合的最適區(qū)。另外，有20%的縣級(jí)行政區(qū)需馴化觀察后才能確定能否引種蘭州百合，需要馴化的地區(qū)為鄯善、托克遜、巴里坤、伊吾、溫泉、昭蘇、和布克賽爾、青河及吉木乃等。