新疆北部晚熟哈密瓜氣候條件敏感度分析

王建剛 唐秀 李愚超 李廣軍 巴合提·斯哈克

摘要 [目的]研究晚熟哈密瓜對氣候因子的敏感度，揭示氣候條件的影響方式和影響量。[方法]利用新疆北部阿勒泰1998～2013年晚熟哈密瓜引種至大面積種植的調(diào)查資料，結合同期氣候資料，采用相關系數(shù)t檢驗法，分析計算了64個氣候因子，并應用t檢驗原理，逆向分析氣候條件敏感度方法，研究了氣候條件的影響方式和影響量。[結果]應用t檢驗方法篩選出4級（α=0.01、0.05、0.10、0.20）氣候因子；對哈密瓜年景影響顯著的關鍵因子有5個，分別是7月平均氣溫、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm降水日數(shù)、6月上旬～8月上旬降水量、7月下旬降水量，其敏感度分別為0.6 ℃、6.7 mm、1.1 d、20.0 mm、5.4 mm。 [結論]生長期的降水量和大降水日數(shù)是影響哈密瓜年景的主要因素。

關鍵詞 新疆北部；晚熟哈密瓜；氣候條件；敏感度方法；分析檢測

中圖分類號 S161 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05156-03

阿勒泰是新疆北部的熱量條件不足區(qū)，年平均氣溫4.4 ℃，喜溫作物種類少，主要種植玉米、黃豆、春小麥等作物。20世紀90年代以來氣候變暖顯著，1989～2013年平均氣溫增加0.5 ℃。喜溫作物逐漸北移[1-2]，1998年開始阿勒泰引種晚熟型哈密瓜成功，至2013年止，全地區(qū)播種面積3.093×103 hm2（包括兵團農(nóng)場），除青河、吉木乃外，各縣市均有種植，阿勒泰市播種面積1.76×103 hm2，平均單產(chǎn)2.82×104～3.15×104 kg/hm2。氣候變暖促進了哈密瓜種植北移，但氣候變化伴隨災害氣候事件增多，導致病蟲害流行和果實開裂霉爛，對哈密瓜生產(chǎn)帶來較大的波動性。作物氣候條件敏感度研究引起廣泛關注，以往的研究中采用多元線性相關[3]，分析氣候條件對哈密瓜病害的影響，王曉東等提出主要氣象因子對作物蒸散的敏感度概念方法[4]。在哈密瓜年景影響分析中，應用敏感度概念，研究病蟲害、果實開裂霉爛的氣候條件敏感度，這方面未找到完整的相關研究參考資料。楊渡等主要對南疆甜瓜[5-7]和中晚熟甜瓜[8-10]的栽培技術、病害防治進行研究；李建良等研究了甜瓜爛瓜和炭疽病的病蟲害防治方法[11-12]；馬玲霞等從多年生產(chǎn)經(jīng)驗上總結哈密瓜需要的氣候條件[13-15]，但均沒有涉及氣候條件的敏感度分析。筆者擬利用調(diào)查資料和同期氣候資料，采用定量分析方法，分析不同氣候條件敏感度差異，為晚熟哈密瓜生產(chǎn)決策提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源 根據(jù)阿勒泰晚熟哈密瓜引種試驗和大面積推廣種植的核心區(qū)所在地域，從生產(chǎn)基地的土壤、氣候、環(huán)境、耕作、栽培模式及哈密瓜的生態(tài)、病害程度和商品瓜品質(zhì)等多方面現(xiàn)場調(diào)查、考證、專家咨詢等方面的工作入手，搜集獲得晚熟哈密瓜的品種、耕作栽培、土壤特性、生物學特征、病蟲害發(fā)生學調(diào)查、商品瓜產(chǎn)量質(zhì)量、哈密瓜生產(chǎn)整體年景等大量的第一手資料，作為研究的基礎性資料。

氣候數(shù)據(jù)取自距離哈密瓜生產(chǎn)基地最近的、阿勒泰基準氣候站同期的溫度、降水、日照、溫差、積溫等氣候資料。氣候數(shù)據(jù)的一般統(tǒng)計依據(jù)氣象規(guī)范[16]處理，活動積溫以5 d滑動平均穩(wěn)定通過期間溫度之和的方法計算。

1.2 研究方法

1.2.1 相關系數(shù)顯著性t檢驗。 氣候條件樣本與哈密瓜年景相關系數(shù)r顯著性t檢驗。相關系數(shù)r與總體相關系數(shù)ρ的值域均是-1～1，樣本 r的概率密度分布為ρ=0時r的分布左右對稱，近似正態(tài)，以0為中心左右對稱；ρ≠0時r的分布不是正態(tài)，r>0時趨向+1的值比趨向-1的值多些。相關系數(shù)的顯著性t檢驗方法：假設H0∶ r=0，t=r1-r2n-2、df=n-2，式中，df是自由度，n是序列長度。取置信度水平α，如果t>tα，則拒絕H0，說明所得到的r不是來自ρ=0的總體，或r是顯著的；若t

1.2.2 氣候條件的敏感度。 氣候條件敏感度是表征在統(tǒng)計相關顯著基礎上，氣象條件臨界變化值對應目標事件的臨界顯著相關。為了明確物理意義和方便計算，以氣候條件的距平序列為基礎，定義氣候條件敏感度。由相關系數(shù)t檢驗原理，通過計算分析，可以找到部分氣候因素在置信度水平α下顯著相關，但不知道氣候條件變化多少范圍可以導致臨界顯著性相關。

2 結果與分析

2.1 氣候條件與晚熟哈密瓜年景的相關系數(shù)t檢驗 計算分析了溫度、日較差、降水量、降水日數(shù)以及界限溫度下的期間日數(shù)、活動積溫、降水量、日照等各類氣候條件與晚熟哈密瓜年景的相關系數(shù)64個。經(jīng)過相關系數(shù)檢驗達到顯著性水平的氣候因子，依置信度α值進行分級，結果顯示（表1），相關系數(shù)t檢驗顯著的氣候因子1級（α=0.01）有6上旬>10.0 mm日數(shù)（-0.638 5）、6～8月降水量（-0.702 3）、10 ℃間降水量（-0.720 3）、6月中旬～8上旬降水量（-0.753 2）、6月上旬～8月上旬降水量（-0.791 2），1～2級（α=0.05）有6月降水量（-0.524 9）、6月>10.0 mm日數(shù)（-0.525 3）、15 ℃間降水量（-0.543 2）、6～8月>5.0 mm日數(shù)（-0.544 5）、7月降水量（-0.549 1）、6月上旬>1.0 mm日數(shù)（-0.567 1）、6月上旬降水量（-0.574 9）、6～8月>1.0 mm日數(shù)（-0.603 4），2～3級（α=0.10）有6月中旬～8月上旬>5.0 mm日數(shù)（-0.426 4）、5～8月平均氣溫（0.445 1）、6月中旬～8月上旬>10.0 mm日數(shù) （-0.446 2）、7月平均氣溫（0.456 5）、6月上旬>5.0 mm日數(shù)（-0.465 1）、7月下旬降水量（-0.466 8）、6月>1.0 mm日數(shù)（-0.487 3）、6月>5.0 mm日數(shù)（-0.487 7），3～4級（α=0.20）有8月上旬>10.0 mm日數(shù)（-0.338 3）、10 ℃間積溫（0.340 9）、8月>1.0 mm日數(shù)（-0.353 3）、7月>10.0 mm日數(shù)（-0.375 0）、7月>1.0 mm日數(shù) （-0.377 5）、6月中旬～8月上旬>1.0 mm日數(shù)（-0.394 3）、8月降水量（-0.405 2）、6～8月>10.0 mm日數(shù)（-0.406 0）、5月平均氣溫（0.415 5）。

2.2 氣候條件對哈密瓜年景的影響方式分析

2.2.1 生育期。從哈密瓜生育期看，5月中旬～下旬開始播種，8月中旬成熟，播種期和幼苗生長期溫度影響顯著，7月哈密瓜結實膨大糖度積累關鍵期對溫度要求最敏感。

2.2.2 病害發(fā)生規(guī)律。從病害發(fā)生規(guī)律上看，6月上旬是病害發(fā)生的關鍵期，高強度的降水引發(fā)病害，可導致病害后期的大規(guī)模流行，從瓜苗展藤到成熟期，水分多總是負影響，期間的降水量和降水日數(shù)有最高的影響度。

2.2.3 氣候條件適應性。從氣候條件適應性上看，降水是負相關，高溫度、多光照是正相關。降水影響度最大，溫度次之，光照最小。說明阿勒泰溫度條件總體能夠滿足要求，7月平均氣溫、5～8月平均氣溫在3級水平上有影響，光照在整個生育期均能夠滿足要求；從1級顯著性水平的同一個降水因素考察，主要生育期6月上旬～8月上旬降水量相關系數(shù)最大，6～8月降水量、10 ℃間降水量、6月中旬～8月上旬降水量的相關系數(shù)很接近，時間跨度大，對于確定關鍵期比較困難。7月平均日較差與哈密瓜的年景相關系數(shù)，通過4級（tα0.2=0.338）顯著性檢驗，但不能簡單認為，7月氣溫日較差與年景有直接的影響。因為從氣候條件之間的關系可知，不同氣候條件之間也存在因果關系，計算了1998～2013年7月降水量與日較差的相關系數(shù)為-0.601，通過2級（tα0.2=0.497）顯著性檢驗，表明7月降水量與日較差關系密切，降水量多，對應的日較差較小。在哈密瓜的商品生產(chǎn)中，日較差對于中心糖度的形成和積累具有重要作用，日較差為15 ℃，中心糖度達13度，當?shù)貧夂蝻@示在最差和最好的年景中，日較差達13～16 ℃，其中心糖度無顯著差異[6]。日較差對于年景的影響，沒有直接的貢獻。因此，不能將日較差作為一個獨立因素參與年景影響度評價體系。

2.2.4 短關鍵期。從短關鍵期上考察，6月上旬>10.0 mm日數(shù)相關性最強，成為重點關注的關鍵期和關鍵因素。其他應該關注的氣候因素有6月上旬>1.0 mm日數(shù)、6月上旬降水量、7月降水量、6月降水量、6月>10.0 mm日數(shù)。

2.3 氣候條件的影響模式分析 從1998年引種以來，應用1994年以來20年的氣候觀測數(shù)據(jù)，結合哈密瓜種植調(diào)查數(shù)據(jù)，計算了64個不同氣候條件在不同生育期時段的相關顯著性分析。結果顯示，從哈密瓜整個生育期內(nèi)看，日照時數(shù)、溫度的日較差總是能夠滿足哈密瓜的商品生產(chǎn)需求；溫度條件在很大程度上能夠滿足需求，但在不同的生育期產(chǎn)生的影響程度不同，總體影響度水平低于降水的影響。

2.3.1 溫度氣候條件的影響模式。7月哈密瓜結實膨大、糖度積累關鍵期對溫度要求最敏感，此時降水多還可以導致哈密瓜開裂侵染病害、腐爛，直接影響商品瓜的年景豐度。7月氣溫是溫度條件中影響度最大的因素；5月中～下旬開始播種，5月平均氣溫低影響出苗和后期的營養(yǎng)生長，嚴重時造成結實率低、果實小、產(chǎn)量低，導致年景比較差，是溫度條件中影響度第二大因素；其他生育期時段溫度條件不足以顯著影響哈密瓜的收成年景。

2.3.2 降水氣候條件的影響模式。哈密瓜一般在6月上旬逐步進入展藤期，標志開始進入營養(yǎng)生長旺期，初期抗病能力低下。此時日平均氣溫升高至20 ℃以上，最高氣溫可達30 ℃。霜霉病、白粉病、炭疽病、角斑病等病原微生物進入高活動期。在哈密瓜植株的各種弱態(tài)、機械損傷等不良條件下，大風、強降雨致使病原微生物迅速擴散，病害對弱、傷植株侵染，形成病害原發(fā)基數(shù)。病原微生物按照邏輯斯蒂增長模式，種群在有限資源和空間等條件下面積發(fā)生率的動態(tài)變化，構建為S型曲線，即對數(shù)增長（Logistic Growth），在哈密瓜成熟期發(fā)生率達到最大。年度病害的發(fā)展基數(shù)和其后的氣候條件，是病害的持續(xù)、快速發(fā)展的主要影響因素，是哈密瓜年景形成的重要模式過程。6月上旬，1～5 mm的有效降水能夠產(chǎn)生比較嚴重的病害影響，5～10 mm能夠產(chǎn)生嚴重的病害影響，>10 mm降水產(chǎn)生災難性的危害。6月中旬至成熟期，較多的降水對病害的持續(xù)、快速發(fā)展至關重要，比其他氣候條件影響更為顯著。6月上旬的降水是影響病害的基礎性因素，其后的多降水對年景產(chǎn)生疊加影響，其中7月降水量的疊加效應最顯著。

2.4 哈密瓜生產(chǎn)對氣候條件敏感度分析 氣候條件對于年景的影響，在一定置信度水平下，對應的氣候條件變化一定范圍確定。考慮到增強因子的多樣性和代表性，選取晚熟哈密瓜關鍵期的關鍵性氣候因子5個，α=0.10，依據(jù)公式r=1/H（n-2）/t2和逆向計算公式計算α=0.10水平下的氣候因子的影響度水平，由表2可見，7月平均氣溫、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm日數(shù)、6月中旬～8月上旬降水量和7月下旬降水量5個關鍵氣候因子的距平敏感度分別為0.6 ℃、6.7 mm、1.1 d、20.0 mm、5.4 mm。這里的氣候因素的影響度水平ε是設定在α=0.10置信度下，α增大ε將減小。對于短期項目，由于總量相對較小，導致距平變化的絕對幅度較小，因此ε較小。對于長期項目ε變化量則相反，如6月中旬～8月上旬降水量較7月平均氣溫超過30倍。

2.5 哈密瓜年景多元回歸分析 為更好地反映不同類別氣候因子的影響，加入在α=0.20顯著水平下的積溫因子。共選取7月平均氣溫（x1）、6月上旬水量（x2）、6月上旬>1.0 mm日數(shù)（x3）、6月中旬～8月上旬水量（x4）、7月下旬降水量（x5）、10 ℃間積溫（x6）6個氣候因子，采用多元回歸y=α0+α1x1+α2x2+α3x3+α4x4+α5x5+α6x6分析，得出a0=-57.508、a1=3.952、a2=1.519、a3=-18.369、a4=-0.750、a5=-0.759、a6=0.027，即哈密瓜年景多元回歸模型為y=-57.508+3.952x1+1.519x2-18.369x3-0.750x4-0.759x5+0.027x6。復相關系數(shù)達R=0.948，高度相關，對1998～2013年的回歸擬合情況較好，6年偏高、5年偏低、5年很接近（圖1），其中2001、2005年偏差較大，形成的原因與年景的調(diào)查評價等級有關。年景的客觀評價缺乏定量指標，主觀的隨意性較大，總體趨勢可信。

3 結論與討論

（1）采用引種的晚熟哈密瓜以氣候條件對年景影響的相關度分析方法，通過調(diào)查論證，設置64個氣候因子，在置信度α=0.01～0.10下，t檢驗顯著相關，找到一些關鍵的氣候因子，如7月平均氣溫、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm降水日數(shù)、6上旬～8月上旬降水量、7月下旬降水量等，這些因子對哈密瓜種植具有重要的影響。對于沒有檢測到的或需要提高α值才能通過檢測的因子，如>10 ℃活動積溫、日照、溫差等，可以認為此類氣候條件對晚熟哈密瓜年景沒有顯著的影響，也就是說，氣候條件能夠滿足要求。

（2）計算分析了7月平均氣溫、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm降水日數(shù)、6上旬～8月上旬降水量、7月下旬降水量5個關鍵氣候因子的距平敏感度分別為0.6 ℃、6.7 mm、1.1 d、20.0 mm、5.4 mm，表明這些因子的距平達到敏感度臨界值能夠對晚熟哈密瓜年景產(chǎn)生顯著的影響，對生產(chǎn)實踐有積極的指導意義。

（3）對6個關鍵因子的多元回歸分析，復相關系數(shù)達R=0.948，高度相關，表明關鍵因子具有較強的概括能力。從因子對應的哈密瓜生態(tài)特性，幫助人們進一步認識了這些氣候條件起到關鍵作用的生物學基礎。

（4）提出了氣候條件敏感度的概念，探索了以因素的氣候距平為對象的敏感度計算分析的方法。為客觀科學地分析氣候條件變化的敏感閥值提供了思路和方法。對于氣候條件敏感度的概念及其計算分析的方法，有待深入改進提高。

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