近30 年桂陽煙區(qū)氣候資源及適宜性評價

摘 要：為了研究桂陽煙區(qū)烤煙生產(chǎn)氣候適宜性，以1991—2020年桂陽的逐日氣象觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料，采用趨勢分析、適宜性評價等方法，分析了桂陽煙區(qū)氣候資源變化，烤煙種植的主要?dú)夂蛞蜃蛹翱緹煔夂蜻m宜性的變化。結(jié)果表明：桂陽煙區(qū)氣候因子年際間差異較大，大田各生育期均溫顯著升高，其中伸根期均溫上升速率達(dá)0.128℃/a；大田期降雨量和大田期日照時數(shù)年際變化劇烈，但未通過顯著性檢驗（P＞0.05）；氣候適宜性的分析結(jié)果顯示，桂陽烤煙生產(chǎn)主要限制因子是伸根期均溫和大田期可用天數(shù)，均有向好趨勢；成熟期均溫和旺長期降雨量適宜度較高，但呈變差的趨勢；桂陽煙區(qū)烤煙氣候適宜性指數(shù)有所增加，但未通過顯著性檢驗（P＞0.05）。綜上，近30 a桂陽煙區(qū)氣候資源發(fā)生了較大變化，生產(chǎn)上必須趨利避害合理利用氣候的變化，合理布置好烤煙生產(chǎn)物候期。

關(guān)鍵詞：烤煙；氣候變化；氣候適宜性；桂陽

中圖分類號：S572.06 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-060X（2023）06-0055-06

Abstract：In order to explore the suitable climate for tobacco production in Guiyang tobacco-growing area， using" the daily meteorological observation data of Guiyang from 1991 to 2020 as reference， the trend analysis and suitability evaluation methods were adopted to analyze the changes of climate resources， the main climate factors affecting tobacco planting and climate suitability for tobacco in Guiyang tobacco-growing area. The results showed that the annual difference of climatic factors in Guiyang tobacco-growing area was big， and the average temperature in each growth period of field increased significantly， among which the average temperature in root-extending period increased at a rate of 0.128 ℃/a; the rainfall and sunshine duration in the field period changed sharply year by year， but failed to pass the 95% significance test （Pgt;0.05）. Climate suitability analysis showed that the main factors affecting tobacco production in Guiyang were the average temperature in root-extending period and the available days in the field period， which had a positive trend; the average temperature in maturity period and the rainfall in vigorous growing period had high suitability， but showing a trend of deterioration; the climate feasibility index （CFI） of flue-cured tobacco in Guiyang increased， but failed to pass the 95% significance test （Pgt;0.05）. To sum up， the climate resources in Guiyang tobacco-growing area have changed greatly in recent 30 years. In production， we must make good use of the climate change and suitably arrange the phenological period of tobacco production.

Key words： tobacco; climate change; climate suitability; Guiyang

氣候是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因素，高質(zhì)量的氣候條件對農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)力的形成起著關(guān)鍵作用[1-2]。工業(yè)革命以來，全球性的氣候變化極其巨大[3-4]，而氣候的變化極易造成氣象災(zāi)害頻發(fā)[5-6]，病蟲害加劇[7-8]。氣候變化引起作物氣候適宜性變化的研究已有大量報道。越昆等[9]研究發(fā)現(xiàn)，40 a來內(nèi)蒙古中東部大部分玉米產(chǎn)區(qū)適宜氣溫增長在0.005℃/a以上，致使綜合適宜度發(fā)展向好，但降水適宜度呈下降趨勢，并指出合理的農(nóng)業(yè)水資源利用是內(nèi)蒙古玉米穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的關(guān)鍵。胡春麗等[10]研究發(fā)現(xiàn)，近60 a來遼寧水稻各生育期溫度適宜度呈顯著上升趨勢，日照適宜度呈顯著下降趨勢，水稻全生育期平均氣溫每升高1℃，適宜度指數(shù)增加0.05。陳愛莉等[11]對楊梅在當(dāng)前和未來氣候下的適宜生長區(qū)進(jìn)行了模擬，認(rèn)為在未來氣候背景下，廣東、云南、廣西和海南等地區(qū)的楊梅適生區(qū)面積會顯著銳減，而秦嶺—淮河一線適生區(qū)面積將出現(xiàn)大幅增加，總體上楊梅的適宜分布區(qū)有北擴(kuò)趨勢。煙草作為一種適應(yīng)能力很強(qiáng)的作物，在北緯60°至南緯40°的廣闊區(qū)域內(nèi)都可以完成其生命周期，但煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的形成對氣候條件的要求很高[12]。因此，有學(xué)者對氣候變化條件下烤煙種植的適宜性進(jìn)行了研究，胡穎梅等[13]的研究顯示，陜西各產(chǎn)區(qū)烤煙生育期間降雨量年際波動較大，是烤煙種植的主要限制因素；多數(shù)產(chǎn)區(qū)氣溫適宜度呈顯著升高趨勢，寶雞和咸陽產(chǎn)區(qū)的烤煙氣候適宜性顯著升高。胡雪瓊等[14]利用氣候模擬數(shù)據(jù)和氣象臺站實測數(shù)據(jù)， 擴(kuò)的趨勢，未來云南烤煙可種植區(qū)域?qū)⒊手饾u增加的趨勢，并認(rèn)為這主要與未來云南煙區(qū)的熱量分布變化有關(guān)。

桂陽種煙歷史悠久，該煙區(qū)屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的大陸性季風(fēng)濕潤氣候，四季分明，寒冷期短，炎熱期長。桂陽煙葉是廣受國內(nèi)卷煙企業(yè)的青睞，是南京、金圣、利群等多個重點(diǎn)骨干卷煙品牌的主體原料。開展氣候變化背景下桂陽烤煙種植氣候適宜性的研究，對合理利用當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源、挖掘烤煙生產(chǎn)氣候潛力具有重要的指導(dǎo)意義。筆者利用1991—2020年桂陽氣象站的逐日地面氣象資料，采用趨勢分析、適宜性評價等方法，分析了桂陽煙區(qū)氣候變化，不同時期烤煙種植的主要?dú)夂蛳拗埔蜃蛹翱緹煔夂蜻m宜性的變化，旨在明確氣候變化對桂陽烤煙種植的影響，進(jìn)而趨利避害，順應(yīng)氣候的變化，合理優(yōu)化桂陽烤煙的生產(chǎn)節(jié)令。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

氣象資料由湖南省氣象局提供，包括1991—2020年逐日平均氣溫、降雨量、日照時數(shù)和相對濕度等。根據(jù)當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)節(jié)令，先進(jìn)行烤煙生育期劃分：大田期（3月20日—7月15日）、伸根期（3月20日—4月18日）、旺長期（4月19日～5月18日）和成熟期（5月19日—7月15日）。計算出相應(yīng)時段的烤煙氣候因子，用于分析的指標(biāo)有大田期均溫、大田期日照時數(shù)、大田期降雨量、≥10 ℃活動積溫、伸根期均溫、成熟期均溫、旺長期降雨量和成熟期降雨量等。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

1.2.1 趨勢分析 氣象要素的隨時間變化規(guī)律可用時間序列和自然序列的一元線性回歸方程來反映[15-16]?；貧w方程如下。

y（t）=ati+b （i=1， 2， 3…， n）

式中：y（t） 為氣象要素的擬合值，t為時間序列；回歸系數(shù)a和常量b用最小二乘法求算?；貧w系數(shù)a的絕對值反映氣候要素的變化程度，a為負(fù)表示在氣象要素分析期內(nèi)呈下降趨勢，反之為上升趨勢；以a×10 作為氣候傾向率。用方程的決定系數(shù)（R2）和P值來檢驗顯著性。

1.2.2 氣候適宜性分析 參考李強(qiáng)等[17]建立的烤煙氣候適宜性評價模型，采用隸屬函數(shù)計算單個氣候因素的隸屬度值表征該指標(biāo)的適宜度，再利用加乘法則計算烤煙綜合氣候適宜性指數(shù)（Climate Feasibility Index，CFI），計算公式如下。

式中，Nij和Wij分別為第i個評價單元的第j個評價指標(biāo)的隸屬度值和其權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 桂陽烤煙氣候變化特征

2.1.1 生育期均溫變化 利用桂陽縣1991—2020年逐日氣溫數(shù)據(jù)繪制30 a年限的烤煙伸根期、旺長期、成熟期均溫演變趨勢圖（圖1～圖3）。伸根期均溫為15.94℃，最高為19.28 ℃（2014年），最低為10.48 ℃（1996年），變異系數(shù)為10.93%，為中等程度變異；在30 a中僅有2 a的伸根期均溫低于13 ℃，均出現(xiàn)在1991—2000年間（圖1）。由歷年伸根期均溫與時間序列擬合的趨勢線可知，伸根期均溫呈線性升高趨勢，并通過了顯著性檢驗（P＜0.01），線性擬合傾向率達(dá)0.128 ℃/a。旺長期均溫為21.36℃，最高為24.15 ℃（2005年），最低為17.90 ℃（1991年），變異系數(shù)為5.79%，為弱變異；在30 a中僅有1991年的旺長期均溫低于18 ℃（圖2）。由歷年旺長期均溫與時間序列擬合的趨勢線可知，旺長期均溫呈線性升高趨勢，并通過了顯著性檢驗（P＜0.05），線性擬合傾向率為0.046 ℃/a。成熟期均溫為26.06 ℃，最高為27.87 ℃（2020年），最低為24.22 ℃（1992年），變異系數(shù)為10.93%，為中等程度變異（圖3）；由歷年成熟期均溫與時間序列擬合的趨勢線可知，成熟期均溫呈線性升高趨勢，并通過了顯著性檢驗（P＜0.05），線性擬合傾向率為0.035 ℃/a。這表明桂陽煙區(qū)烤煙各生育期均溫均呈上升趨勢，其中伸根期均溫升高幅度最大，旺長期均溫和成熟期均溫升高幅度較小。

2.1.2 生育期降雨變化特征 桂陽煙區(qū)近30 a各生育期的降雨量演變趨勢如圖4～圖6所示，伸根期降雨量平均為178.87 mm，降雨量最多的年份2016年達(dá)378.70 mm，最少為24.20 mm（2011年），極差達(dá)354.50 mm，變異系數(shù)為44.14%，表現(xiàn)為中等程度變異（圖4）。旺長期降雨量平均為187.04 mm，最高的年份為2019年，達(dá)313.20 mm，最低的年份為2020年，為85.40 mm，極差達(dá)227.8 mm，變異系數(shù)為29.16%，表現(xiàn)為中等變異（圖5）。成熟期降雨量平均為369.47 mm，最高的年份2006年達(dá)626.10 mm，最低的年份2011年為213.20 mm，極差達(dá)412.9 mm，變異系數(shù)為32.13 %，表現(xiàn)為中等變異（圖6）。

由各生育期降雨量與時間序列擬合的趨勢線可知，整個分析期內(nèi)伸根期降雨量和成熟期呈小幅下降，旺長期降雨量呈小幅上升，但均未通過顯著性檢驗（P＞0.05）。以上分析表明，桂陽煙區(qū)各生育期降雨量年度間變化劇烈，與時間序列的關(guān)系無明顯規(guī)律。

2.1.3 大田期日照時數(shù)變化特征 近30 a大田期日照時數(shù)平均為553.03 h，變異系數(shù)為11.39%，為中等變異，其中日照時數(shù)最長的年份為2000年，達(dá)717.40 h；最少的年份為2019年，僅為393.40 h，大田期日照時數(shù)最長的年份和最短的年份相差324 h。與最適日照時數(shù)（＞600 h）相比，30 a中有4 a的日照時數(shù)多于600 h，分別出現(xiàn)在2000年、2007年、2013年和2014年（圖7）。歷年大田期日照時數(shù)與時間序列擬合的趨勢線未通過顯著性檢驗（P＞0.05），表明大田期日照時數(shù)隨時間線性變化不明顯。

2.1.4 大田期可用天數(shù) 近30 a桂陽大田期可用天數(shù)平均為116.17 d，其中可用天數(shù)最長的年份2008年達(dá)146 d；最少的年份2007年僅有78 d，可用天數(shù)最多的年份和最少的年份相差68 d，變異系數(shù)為14.97%，為中等變異。與最少天數(shù)相比（90 d）相比，30 a中有2 a的日照時數(shù)少于90 d，分別出現(xiàn)在2007年和2010年（圖8）。歷年大田期可用天數(shù)與時間序列擬合的趨勢線可見，大田期可用天數(shù)呈線性增加趨勢，但未通過顯著性檢驗（P＞0.05），表明大田期可用天數(shù)隨時間線性變化不明顯。

2.2 桂陽煙區(qū)氣候適宜性評價

2.2.1 指標(biāo)選擇及隸屬函數(shù)構(gòu)建 參考相關(guān)文獻(xiàn)[12]并結(jié)合桂陽氣候特點(diǎn)，選取伸根期均溫、成熟期均溫、旺長期降雨量、大田期日照時數(shù)和大田期可用天數(shù)等5項指標(biāo)作為評價桂陽氣候適宜性的因子?；谀：龜?shù)學(xué)原理，根據(jù)各參評指標(biāo)對烤煙生長及煙葉品質(zhì)影響，同時結(jié)合桂陽烤煙生產(chǎn)實際，構(gòu)建各參評指標(biāo)隸屬函數(shù)公式（1）拋物線形、公式（2）S形。在咨詢當(dāng)?shù)貙＜业幕A(chǔ)上采用層次分析法[18]確定各參評指標(biāo)的臨界值和權(quán)重（表1、表2）。

2.2.2 桂陽煙區(qū)氣候適宜性評價 利用隸屬函數(shù)模型計算得到3個年代各指標(biāo)的隸屬度值（表3），隸屬度取值越大表示該指標(biāo)越利于烤煙生長和煙葉品質(zhì)，反之則越差。從各指標(biāo)隸屬度值的年代際變化來看，伸根期均溫和大田期可用天數(shù)有向好的趨勢，成熟期均溫和旺長期降雨量有變差的趨勢，大田期日照時數(shù)隸屬度值在年代間變化較小。桂陽歷年氣候適宜性指數(shù)（climate feasibility index，CFI）通過采用加成法則計算得到（圖9），整個分析期內(nèi)歷年烤煙氣候適宜性指數(shù)呈緩慢升高的趨勢，但未通過顯著性檢驗（P＞0.05），CFI的升高主要得益于伸根期均溫的升高和大田期可用天數(shù)的增加。

3 小結(jié)與討論

近30 a來，桂陽煙區(qū)氣候變化明顯，主要表現(xiàn)在生育期均溫升高、降雨量和日照時數(shù)年際間變化劇烈但趨勢不明顯；桂陽烤煙生產(chǎn)主要限制因子是伸根期均溫和大田期可用天數(shù)，這兩項指標(biāo)均有向好的趨勢；成熟期均溫和旺長期降雨量適宜度目前較高，但有下降趨勢；桂陽煙區(qū)烤煙氣候適宜性指數(shù)（CFI）有所增加。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發(fā)布的氣候報告（AR6）指出，近代以來的氣候變化及其對地球的影響極其巨大[3]。氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響是廣泛而深遠(yuǎn)的[1-8]，氣候的變化必然導(dǎo)致區(qū)域農(nóng)作物適宜性的變化[8-11]。煙草生長是一種對氣候適應(yīng)能力很強(qiáng)的作物，但優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)對氣候條件的要求卻十分高，要求生育期內(nèi)光、溫、水、氣高效耦合。此研究總體上，近30 a桂陽煙區(qū)氣候變化十分明顯。

從大田期均溫來看，桂陽煙區(qū)各生育期均溫均呈上升趨勢，其中伸根期均溫升高最為明顯上升速率達(dá)0.128℃/a，高于桑植煙區(qū)伸根期均溫上升速率[16]，更是顯著高于中國近100 a和近50 a的年均氣溫上升速率[7， 19]。生育期期均溫的升高和有效積溫的增加有利于烤煙早生快發(fā)、形態(tài)建成和干物質(zhì)積累。從大田生育期降雨量的變化來看，桂陽煙區(qū)各生育期降雨量總體上較為充沛，年度間變化劇烈，無明顯規(guī)律；充沛而不過的降雨量有利于煙株生長發(fā)育，對煙葉品質(zhì)形成有利[17]，但個別年份降雨量過多則不利于烤煙生產(chǎn)。從大田期日照時數(shù)來看，桂陽煙區(qū)日照時數(shù)平均為553.03 h，接近最適宜值600 h，但年際間差異較大，部分年份日照時數(shù)嚴(yán)重偏少（＜500 h），顯著低于國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)煙區(qū)，不利于煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的形成。

進(jìn)行煙草氣候適宜性的綜合評價，有助于全面掌握煙區(qū)的有利因子和不利因子，對合理利用氣候資源，趨利避害，提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量有重要的宏觀指導(dǎo)意義。此研究在進(jìn)行充分文獻(xiàn)檢索、煙區(qū)生產(chǎn)調(diào)查和咨詢專家意見的基礎(chǔ)上，確定了氣候適宜性評價的參評指標(biāo)、指標(biāo)閾值和權(quán)重，既考慮了烤煙生長和品質(zhì)形成的一般規(guī)律，也兼顧了桂陽煙區(qū)氣候特點(diǎn)。為便于標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，此研究劃定的大田期生育期為3月20日至7月15日，與當(dāng)前桂陽煙區(qū)烤煙物侯期基本一致。從隸屬度值來看，桂陽煙區(qū)主要限制因子是伸根期均溫和大田期可用天數(shù)，主要表現(xiàn)為伸根期均溫偏低，大田期可用天數(shù)偏短，這兩項指標(biāo)均有向好的趨勢。值得注意的是，雖然成熟期均溫的隸屬度值下降緩慢，但結(jié)合35℃高溫出現(xiàn)日期越來越早這一現(xiàn)象來看（數(shù)據(jù)未列出），桂陽煙區(qū)成熟期烤煙高溫逼熟問題或?qū)㈦S著氣候變暖而逐步突顯[20]。旺長期降雨量隸屬度值也呈下降趨勢，主要由旺長期降雨過多并緩慢增加導(dǎo)致。從桂陽烤煙氣候適宜性綜合評價的結(jié)果來看，整個分析期內(nèi)，CFI呈明顯增加的趨勢。從年代變化來看2001—2010年和2011—2020年CFI較1991—2000年分別平均增加了0.04和0.07，這主要得益于伸根期均溫的升高和大田期可用天數(shù)的增加。

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（責(zé)任編輯：張煥裕）