廣西崇左甘蔗氣象條件精細化分析初探

農 鋼，農明哲，王 達

（1崇左市氣象局，廣西崇左532200；2扶綏縣氣象局，廣西扶綏532100）

0 引言

甘蔗是我國的重要糖料作物，喜高溫、高濕，耐貧瘠土壤，生長期長達10～14個月，對低溫、干旱等各種氣象災害相當敏感，氣象條件是影響甘蔗產量的關鍵因素。甘蔗產量與蔗莖長度基本成正比，而莖伸長與氣象條件密切相關。廣西、廣東及云南等地學者的相關研究指出，甘蔗的生長發育[1-4]及產量[5-8]與氣象因子密切相關，而氣象災害[9]也是影響甘蔗產量的重要因子。

崇左市位于廣西西南部，氣溫高，日照充足，雨量充沛但分布不均勻，夏長冬短，無霜期長，屬南亞熱帶季風氣候，適宜甘蔗生長，是廣西的第一大蔗糖生產基地，是國家農業部劃定的“高產高糖”甘蔗優勢區之一。每年崇左市甘蔗種植面積在26.67萬hm2以上，蔗糖產量占廣西1/3、占全國1/5。為研究在新的氣候和農業形勢下氣象要素變化與甘蔗生長和產量的關系，本研究對甘蔗氣象指標，特別是對桂西南甘蔗評估指標及相關氣象模式進行精細化改進，同時進一步明確氣象要素對甘蔗生長和產量的影響。為此，于2016年在扶綏縣開展了甘蔗試驗，分析了溫度和降水變化等氣象要素對甘蔗生長發育和產量的影響。

1 氣象資料與處理方法

1.1 試驗材料

扶綏縣“甜蜜之光”農業氣象試驗基地位于22.53。N、107.78。E，是廣西西南部甘蔗主產區的代表站點，該試驗基地甘蔗以旱地種植，土壤類型為黏質土，肥力中等，土壤為中性。

選用的甘蔗品種為桂糖42號，新植蔗。

1.2 氣象資料

甘蔗數據由觀測而來，按照《農業氣象觀測規范》要求[10]，每日測量甘蔗莖高度，直至莖高基本不變時停止觀測。甘蔗觀測資料由廣西氣象信息中心提供。

2003～2016年氣象數據由崇左市氣象局提供，其中氣象數據包括甘蔗逐日降雨量、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、積溫、平均氣壓、相對濕度、日照時數。

1.3 研究時間

研究時間從2016年2月27日甘蔗種植開始，到2017年2月24日甘蔗收獲時止。文中莖高基本不變時間為2016年12月31日，故以此為研究結束時間。

1.4 分析方法

⑴每日測量甘蔗莖高度，分別求算各生長期的日平均值，得到甘蔗日伸長量。

⑵對崇左市氣象局提供的日平均氣溫觀測數據求平均，得到逐日氣溫、降水量、日照等觀測數據，采用生物觀測數據與氣溫、降水的對比分析和通徑分析方法，用統計產品與服務解決方案軟件（SPSS）分析溫度、降水量變化對甘蔗莖伸長量的影響規律。

⑶對 2003～2016年逐年甘蔗平均單產（由崇左市統計局提供）和氣象災害采用定量分析方法，分析各類氣象災害對甘蔗影響。

2 甘蔗生長氣象條件分析與結果

2.1 甘蔗日伸長量（見圖 1）

圖1 甘蔗日伸長量變化圖

根據得到的氣象數據對日平均氣溫觀測數據求平均，得到逐日氣溫、降水量、日照等觀測數據；分別求算各生長期的日平均值，得到甘蔗日伸長量（見圖 1）。

2.2 氣象因子對甘蔗日伸長量的通徑分析和相關分析結果

氣象因子對甘蔗日伸長量的通徑分析和相關分析結果見表 1和表 2。各氣象因子的直接作用依次為平均氣壓、平均氣溫、日照時數、相對濕度和降雨量，其中平均氣溫、降雨量為正效應，其余氣象因子為負效應。平均氣壓對甘蔗日伸長量的直接影響最大（Pc=-0.4249），說明平均氣壓直接影響甘蔗日伸長量的大小，平均氣壓越低，甘蔗日伸長量越大；其次是平均氣溫（Pc=0.3098），平均氣溫越高，甘蔗日伸長量越大。平均氣溫通過平均氣壓對甘蔗日伸長量的間接作用影響最大（Pc=0.3587），其次是日照時數通過平均氣溫對甘蔗日伸長量的間接作用（Pc=0.1397）。

表1 氣象因子對甘蔗日伸長量的通徑分析

表2 氣象因子對甘蔗日伸長量的相關分析

2.2.1 氣溫和積溫

氣象因子中平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和有效積溫在通徑分析只作為一類因子，積溫取≥10℃的有效積溫。計算逐日平均氣溫、最高氣溫等相關因子和甘蔗日伸長量的相關系數，以及逐日甘蔗日伸長量與其前10日相關因子滑動平均、前30日相關因子滑動平均的相關系數（表3），結果表明，平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和甘蔗日伸長量呈極顯著相關（P＜0.01），其相關系數均為前10日平均＞逐日平均＞前30日平均，說明旬平均溫度因子對甘蔗日伸長量影響最大。這也從另一方面說明崇左優異的熱量條件。從表3上看，積溫和甘蔗日伸長量相關系數大于 0.5，但未通過 0.05水平的顯著性檢驗。2016年甘蔗從種植到年底，日平均氣溫穩定在10℃以上，熱量條件較好，因此日平均氣溫和積溫關聯較高。

表3 氣象因子對甘蔗伸長量的相關系數

2.2.2 降雨量

從表2看，逐日降雨量和甘蔗日伸長量的相關系數只有0.1116，且未通過0.05水平的顯著性檢驗，而前10日累計降雨量和前30日累計降雨量相應的相關系數分別為0.2857和0.3605，且通過0.01水平的顯著性檢驗，說明甘蔗日伸長量和階段累計降雨量有一定的相關性。甘蔗不同生長期需水量也不同，因此階段累計降雨量和甘蔗日伸長量的相關性要比逐日降雨量的相關性要好。

2.2.3 日照時數

逐日日照時數和甘蔗日伸長量的相關系數為0.1550（見表2），且通過0.01水平的顯著性檢驗，而前10日平均日照時數和前30日平均日照時數相應的相關系數分別為0.2014和0.0755，未通過0.05水平的顯著性檢驗，甘蔗日伸長量和逐日日照時數弱相關。

2.2.4 相對濕度

從表2看，相對濕度和降雨量的相關系數數值基本一樣，逐日甘蔗相對濕度和日伸長量的相關系數0.1757，通過了0.05水平的顯著性檢驗，而前10日平均相對濕度和前30日平均相對濕度未通過0.05水平的顯著性檢驗，說明甘蔗日伸長量和相對濕度有一定的相關性。相對濕度反映空氣中的濕度，相對之下甘蔗各層土壤相對濕度更能反映出甘蔗的需水狀態。

2.2.5 平均氣壓

平均氣壓和甘蔗日伸長量呈負相關，相關系數的絕對值是各相關系數中最大的，但逐日平均氣壓、前10日平均氣壓和前30日平均氣壓均未通過0.05水平的顯著性檢驗（表2），因此平均氣壓只作為參考因子。從物理意義來說，正常情況下，盛夏季節雨熱同季，氣壓是一年中相對較低的，因此甘蔗得以快速生長，同理冬季氣壓較高，氣溫較低，甘蔗生長緩慢。

2.2.6 逐步回歸分析

利用 SPSS軟件對甘蔗日伸長量與各氣象因子進行逐步回歸分析，表4給出了逐步回歸的結果，第一步引入日平均氣溫因子，第二、第三步依次引入前10天平均氣溫和前30天日照時數。由表4可得，回歸方程為：ΔH=-2.058+0.061X1+0.108X2-0.160X3，其中 X1、X2、X3分別為日平均氣溫、前10天平均氣溫和前30天日照時數。3個自變量的P值均為0.000，通過0.01的顯著性檢驗。

表4 甘蔗日伸長量與各氣象因子進行逐步回歸分析結果

2.3 影響崇左甘蔗產量的主要氣象災害分析

按照崇左 2003～2016年甘蔗單產年際變化和氣象災害性相關性分析（見圖 2），從 2003～2016年甘蔗平均單產變化圖上看（以 2003年甘蔗平均單產為基數），甘蔗平均單產減產的年份有2006、2008、2009和2012年共4年，其中單產減產幅度最大的2009年主要是由于干旱引起的，干旱引起單產減產的還有2006年，單產減產幅度第2的2008年減產原因是低溫寒害，臺風是 2012年單產減產主要原因，也是2006年和2008年單產減產的次要原因。干旱是崇左蔗糖產量高低的首要因素，冬季寒凍害和臺風的影響次之，而洪澇等氣象災害對蔗糖產量也有一定的影響。

2.3.1 干旱

干旱災害是眾多自然災害中危害最為廣泛、最為嚴重的一種氣象災害。1980年以來，崇左市的干旱趨于頻繁，其中2009～2010年的秋、冬、春嚴重連旱，造成全市農業受旱面積達2.57×105hm2對農業生產造成嚴重損失，2009年甘蔗平均單產比前5年峰值的2007年偏少8.33%。據歷年氣象資料統計、分析（表5），崇左干旱災害一年四季均有發生，但以春、秋兩季干旱，尤其是嚴重秋旱對蔗糖業生產影響最為明顯。

2.3.2 臺風

甘蔗受熱帶氣旋危害，造成甘蔗折斷或倒伏，影響甘蔗的產量和糖分含量。一般情況下因風害會造成減產。風力越大，持續時間愈長，風害愈嚴重。陣風7～9級以上的大風即會造成不同程度的倒伏。熱帶氣旋過程伴有大雨到暴雨，損失更為嚴重。2008年9月臺風“黑格比”造成崇左連續2天的暴雨到大暴雨局部特大暴雨的異常降水，持續性的強降水使得江河水位暴漲，農作物受災面積 96048 hm2；2012年8月臺風“啟德”影響期間崇左出現了連續暴雨，局部大暴雨的天氣過程，并伴有局部9級的大風，農作物受災面積163313 hm2，其中成災面積123459 hm2，絕收面積871 hm2。

圖2 崇左市2003～2016年甘蔗平均單產

表5 崇左市甘蔗干旱等級劃分指標

2.3.3 寒凍害

崇左出現霜凍時氣溫多數在 0℃以上，溫度低于地面和物體表面上有水汽凝結成白色結晶。大范圍嚴重霜凍災害的發生給甘蔗生產帶來的損失是比較嚴重的。據歷史氣候資料記載，嚴重影響崇左甘蔗生產的霜凍年份主要有 1999/2000年度冬季、2007/08年度冬季等。1999年12月下旬崇左市出現5天連續霜凍天氣，是近50年來崇左甘蔗損失最大的一次寒害。據不完全統計，這次低溫寒害農作物受災面積116326 hm2，絕收面積18310 hm2。2008年1月中旬到2月下旬平均氣溫8.5℃，比常年同期偏低5.3℃，偏低程度居有氣象觀測記錄以來同期第一位，這次低溫寒害農作物受災面積238330 hm2，絕收面積73099 hm2。

據崇左歷史氣候資料和甘蔗生長比較分析，當極端最低氣溫≤4.0℃時甘蔗出現寒害，極端最低氣溫2.0～3.9℃、0.0～1.9℃和≤0.0℃分別為崇左甘蔗輕度、中等和重度寒害。

3 小結

多數氣象因子與甘蔗日伸長量呈極顯著相關，對甘蔗日伸長量起直接正作用的主要因子為平均氣溫，起直接負作用的主要因子為平均氣壓；平均氣溫通過平均氣壓起明顯的間接作用，其次是日照時數通過平均氣溫起間接作用。逐步回歸的結果表明甘蔗日伸長量與平均氣溫、前 10天平均氣溫和前30天日照時數3個因子有關，且通過0.01的顯著性檢驗。

氣溫類氣象因子（平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫）和甘蔗日伸長量呈極顯著相關，桂西南熱量條件較好。極端最低氣溫≤4.0℃時甘蔗可能出現寒害或凍害，造成甘蔗減產。

階段累計降雨量和甘蔗日伸長量的相關性好于逐日降雨量的相關性。長時間少雨還會造成干旱，導致甘蔗單產減少。

氣象災害是崇左甘蔗單產高低的重要因素，干旱尤其秋旱是首要因素，由于干旱導致蒸騰量遠大于吸收量，甘蔗生長緩慢或停滯，出現失水甚至枯死，嚴重影響產量；冬季寒凍害、臺風的影響次之。