近十年隴縣煙草生長的溫度條件及其災害特征

趙 亮，王 哲

(隴縣氣象局，陜西隴縣 721200)

煙草對環境條件的變化十分敏感，煙草的產量和質量極易受自然天氣條件變化的影響。樊希彬等[1]發現氣候條件與丹東煙草產量變化關系密切，大量學者通過試驗模擬認為溫度對不同生育期煙草物質代謝過程有重要影響[2-5]。隴縣烤煙主要分布在溫水鎮、八渡鎮、天成鎮、新集川鎮，光熱資源豐富，雨量適中，晝夜溫差大，土壤排水良好，是寶雞市烤煙生產帶的重點建設地區。近年來，隨著隴縣烤煙種植制度和產業結構的調整，烤煙業已發展成為隴縣的支柱產業之一，播種面積和經濟產量都顯著提高，成為現階段農民增收的重要途徑之一。隴縣烤煙區屬干旱半干旱季風氣候，在全球變暖的大背景下，極端氣候事件發生概率大大增加，隴縣烤煙的產量、品質越來越受到自然氣象因素的制約；但針對陜西烤煙種植區的氣象條件及應用研究主要集中在陜南地區[6-8]，對關中，尤其是隴縣的相關研究極少。因此有必要針對隴縣烤煙的氣象災害特征進行精細化分析研究，對今后建立災害防御指標庫提供一定的參考。

1 資料與方法

1.1 資料

氣象數據來自隴縣國家氣象站2007—2016年逐日平均氣溫、逐日最高氣溫等常規觀測資料。

1.2 方法

由于烤煙幼苗由環境可控的專門機構培育，自然氣象因子主要影響煙株生長的大田期，故僅對大田期不同生育期的溫度條件進行分析。不同生育期的劃分參考張振平[9]的方法，將隴縣煙草的大田期發育過程劃分為還苗期(5月15—23日)、大田伸根期(5月24日—6月24日)、旺長期(6月25日—7月20日)和成熟期(7月21日—9月10日)。由于還苗期一般持續時間較短(7～10 d)，因此將還苗期與大田伸根期合并為團棵期進行分析。

采用相對熱效應(Relative Thermal Effectiveness, RTE)來描述溫度對煙株生長發育的影響，并結合三基點溫度將熱效應劃分為三個階段。溫度在發育下限溫度和上限溫度范圍外，則熱效應為0，生長速度為0；在上下限溫度范圍內，采用孟亞利等[10]提出的Beta曲線方法模擬熱效應。相對熱效應公式為

(1)

其中，RTE值為逐日相對熱效應值(取值范圍為0～1)；Ts為模型參數，稱為溫度敏感系數(簡稱“溫敏參數”)，可反映煙草生長對溫度的敏感程度，其值越大，代表生長發育對溫度反應越敏感；Ti、To、Tb、Tc分別為逐日平均氣溫、最適溫度、發育下限溫度和發育上限溫度。其中三基點溫度采用韓錦峰等[11]的結論，溫敏參數參考操筠[12]的煙草生育期模型構建方案(如表1)，旺長期RTE值隨溫度變化規律如圖1所示。

表1 隴縣煙草各生育期三基點溫度及溫敏參數

圖1 隴縣煙草旺長期RTE值隨溫度變化規律(由Beta曲線模擬)

2 RTE值分析

2.1 逐日RTE值

分析2007年隴縣煙株大田期逐日RTE值(圖2)可見，2007年大田期煙株溫度條件總體維持較高RTE值，對煙草生長發育的熱量供應較充足。但部分時間仍存在RTE值低于0.8的“低RTE”現象，甚至在成熟期后期存在連續的“零RTE”現象。結合煙草不同生育期對熱量的需求特征來看，2007年隴縣煙草生長的熱量條件較好，能為煙草生長提供較適宜的熱量環境，有利于煙草產量保持較高水平；雖在成熟期后期出現連續“零RTE”現象，但此時已進入煙草成熟期后期，煙葉已開始采摘，對整體煙草產量影響不大，但不利于煙葉品質的提升。

圖2 隴縣2007年煙株大田期逐日RTE值

由2007—2016年大田期RTE值概率分布(表2)來看，近十年隴縣煙草生長的溫度條件基本良好，適宜溫度條件(RTE值>0.9)能維持整個大田生長期的85%以上，其中2007、2016年適宜溫度條件達到大田期的90%以上；而2009—2011年適宜溫度條件不足80%，尤其2009年適宜溫度條件僅為整個大田期的73.9%；其余年份適宜溫度條件在80%～90%。從“零RTE”現象分布來看，整體水平不足5%，可以認為2007—2016年隴縣煙草不適宜溫度條件出現概率極低，對煙草種植業危害不大，其中2014、2016年不適宜溫度條件出現概率僅為0.8%，而2009年卻高達10.1%。可見隴縣煙草的不適宜溫度條件存在明顯的年際變化，如何針對這種不穩定變化做好煙草氣象服務是今后要解決的問題之一。

2.2 “零RTE”事件特征

“零RTE”現象對煙草產量和品質均有不利影響，因此有必要對其特征單獨加以分析。由于Ti低于Tb或高于Tc均可導致“零RTE”現象，為方便區分，將由Ti低于Tb產生的“零RTE”現象定義為“冷事件”；將由Ti高于Tc產生的“零RTE”現象定義為“暖事件”。

2007—2016年隴縣煙草出現57例“零RTE”現象，且均為“冷事件”：其中56例集中出現在煙株成熟期，出現概率為98%；僅1例出現在團棵期。換而言之，2007—2016年隴縣煙草生長的不適宜溫度條件均由偏低的日平均氣溫引起，同時該不適宜溫度條件主要集中在煙株生長的成熟期，對煙草產量的不利影響較輕，但對煙草品質的不利影響較重。

表2 2007—2016年大田期RTE值概率分布

3 高溫熱害

由2.2分析可知，隴縣的“零RTE”現象均由偏低日平均氣溫造成，近十年隴縣煙草無“暖事件”災害風險。但在煙株實際生長過程中，過高的氣溫(≥35 ℃)將導致煙株代謝的不可逆損傷，故將煙株大田生長階段日最高氣溫≥35 ℃定義為一次高溫熱害。從2007—2016年隴縣煙草高溫熱害統計(表3)來看，近十年高溫熱害日數的年際差異較大，其中2009、2014年高溫熱害日均為10 d，而2007、2011、2013年僅1 d。從其出現的不同生育期來看，近十年高溫熱害在煙株生長的團棵期、旺長期、成熟期的發生日數分別為17 d、13 d和18 d，說明煙草不同生育期均有遭受高溫熱害的風險，其中，團棵期、成熟期受災風險略高于旺長期。

為分離出高溫熱害強度信息，從實際出發，設計出近5天高溫熱害強度指數Hi(式2)以評價高溫熱害程度。高溫熱害強度指數公式為

表3 2007—2016年隴縣煙草高溫熱害統計

(2)

其中，Hi為第i天高溫熱害強度指數(5月15日為第1天)。Tj、Ti-j為第j、第i-j天日最高氣溫，若日最高氣溫≥35 ℃，則直接用于計算；否則將其記為34.9 ℃。aj、ai-j為高溫權重參數，依據調和權重法[13]，近5日高溫權重參數從前到后依次為0.026、0.038、0.096、0.240、0.600。顯然，若前5天日最高氣溫均低于35.0 ℃，則Hi為0，表示無高溫熱害；而Hi數值越大表示高溫熱害強度越強。

另外，定義持續3 d或以上Hi>0，記為一次高溫熱害事件，其中，Hi持續大于0的第3天記為高溫熱害事件的第1天。同時參考胡雪瓊等[14]對云南烤煙災害指標的研究方法，設計高溫熱害事件強度指數Hindex(式3)和高溫熱害事件災害等級劃分(表4)，以描述持續高溫熱害對煙株生長的不利影響程度并建立該指數與高溫熱害事件災害程度的直觀關系。高溫熱害事件強度指數公式為

(3)

其中，Hi為高溫熱害事件第i天的高溫熱害指數。

表4 隴縣烤煙高溫熱害事件災害等級劃分

統計2007—2016年隴縣煙草Hindex及災害等級可見，近十年隴縣出現23次高溫熱害事件，年均2.3次，每次平均持續4.7 d，Hindex均值為1.295。其中2009年6月25日至7月5日、2014年7月29日至8月7日分別出現一次持續11 d和10 d的重度高溫熱害事件，Hindex分別達到9.172和9.328，是近十年隴縣出現最嚴重的兩次高溫熱害事件；另外，2015年7月27日至8月5日出現一次持續10 d的中度高溫熱害事件；其余20次均為輕度。不難看出，隴縣煙草的高溫熱害事件總體程度較輕，高溫熱害事件持續時間占煙草總大田期的9%，其中87%為輕度事件。高溫熱害事件主要由略高于35 ℃的“弱高溫”天氣引起，單日高溫熱害強度指數Hi不高，但長時間持續的“弱高溫”天氣也能造成重度高溫熱害事件。

4 小結與討論

(1)近十年隴縣煙草生長的溫度條件基本良好，適宜溫度條件(RTE值>0.9)可維持大田期85%以上。不適宜溫度條件(“零RTE”)出現概率極低，對煙草種植業危害不大，但其存在明顯的年際變化，如何針對其變化做好煙草氣象服務是今后要解決的問題之一。

(2)近十年隴縣煙草生長的不適宜溫度條件(“零RTE”)均由偏低的日平均氣溫引起，且不適宜溫度條件主要集中在煙株生長的成熟期，對煙草產量的不利影響較輕，對煙草品質的不利影響較重。

(3)近十年隴縣煙草高溫熱害日數的年際差異較大，煙草生長的不同生育期內均有遭受高溫熱害的風險，其中團棵期、成熟期受災風險略高于旺長期。

(4)近十年隴縣煙草的高溫熱害事件總體程度較輕。高溫熱害事件主要由略高于35 ℃的“弱高溫”天氣引起，單日高溫熱害強度指數Hi不高，但長時間持續的“弱高溫”天氣也能造成重度高溫熱害事件。

(5)煙草生長與自然氣象因素的關系十分密切，光、熱、水、空氣等均能影響煙草的產量和質量。本文僅從溫度與隴縣煙草的關系角度，分析了隴縣近十年煙草生長的溫度條件及其災害特征，其中未涉及日最低氣溫、氣溫日較差、積溫等因素，這也是分析不夠詳盡的方面之一，今后仍需加大對隴縣煙草生長條件及災害特征的分析，盡快建立健全隴縣煙草氣象災害防御指標庫，為科學合理地開展煙草氣象服務打好基礎。

參考文獻：

[1] 樊希彬, 李丹, 左曉晴,等.氣候條件對煙草生長的影響分析[J].黑龍江農業科學,2016(4):27-30.

[2] 楊慧芹, 王莎莎, 金云峰,等.生長溫度對不同生育期煙草多酚物質代謝的影響[J].基因組學與應用生物學, 2015, 34(9):2225-2244.

[3] 張建波,金云峰,王莎莎,等.生長溫度對不同生育期煙草蔗糖代謝的影響[J].基因組學與應用生物學,2015, 34(10):2225-2244.

[4] 張建波,金云峰,王莎莎,等.生長溫度對不同生育期煙草淀粉代謝的影響[J].生物技術通報,2016, 32(5):200-211.

[5] 金云峰.不同生長溫度對煙草煙堿及質體色素代謝的影響[D].昆明：云南師范大學,2015.

[6] 王玉璽,栗珂,楊文峰,等.陜南烤煙質量與氣候因子關系的研究[J].陜西氣象,2001(4):20-23.

[7] 栗珂,王玉璽,戴進,等.陜南山地烤煙區小網絡氣溫場和降水場的分析與應用[J].陜西氣象,2001(4):17-20.

[8] 王玉璽,栗珂,韋成才,等.陜南適宜烤煙氣候條件及區域劃分的研究[J].陜西氣象,2001(5):15-18.

[9] 張振平.適宜烤煙區劃理論與實踐[M].西安：陜西科學技術出版社,2007.

[10] 孟亞利,曹衛星,周治國,等.基于生長過程的水稻階段發育與物候期模擬模型[J].中國農業科學,2003, 36(11):1362-1367.

[11] 韓錦峰.煙草栽培生理[M].北京：中國農業出版社, 1996.

[12] 操筠.恩施煙草與氣象條件的關系及氣象災害風險評估[D].武漢：華中農業大學,2014.

[13] 曲靜.調和權重法在作物產量預報中的應用[J].陜西農業科學,2011,57(5):109-110.

[14] 胡雪瓊,朱勇,張茂松,等.云南省烤煙農業氣象災害監測指標的研究[J].中國農業大學學報,2009, 14(1):90-94.