氣象因子對云南勐臘蔗區主栽甘蔗品種糖分性狀的影響

王鞠萱，陳優強，馮曉敏，黃振軍，洪成武，黃詠虹，吳嘉云，陳駿佳

(1廣東省科學院生物工程研究所，廣東廣州510316；2廣東省甘蔗遺傳改良工程技術研究中心，廣東廣州510316；3云南英茂糖業(集團)有限公司，云南昆明650228)

0 引言

云南省(21?8"～29?15"N，97?31"～106?11"E)兼具低緯氣候、季風氣候和山原氣候的特點，主要表現為：氣候的區域差異和垂直變化、年溫差小，日溫差大、降水充沛、降水分布不均等[1]。云南是我國第2大甘蔗主產區和蔗糖生產基地，年種蔗面積近30萬hm2，年蔗糖產量突破190萬t，甘蔗農業產值已突破20億元，工業產值突破50億，是云南經濟發展特別是滇西南邊疆民族地區經濟發展的支柱產業[2]。

甘蔗是重要的糖料和經濟作物，我國是糖生產和消費大國，甘蔗產量及糖分高低直接影響蔗區農民的切身利益[3]。甘蔗是生物量最高的C4作物，光飽和點高，補償點低，在光照時間長、氣溫高和降水多的條件下光合產物多，產量高[4]。甘蔗生產常受到氣候、土壤和植被等自然條件的影響，其中尤以氣候條件的影響最為突出。氣候條件直接影響甘蔗的產量和品質，不利的氣候條件會造成甘蔗產量和糖分低[5]。目前氣象因子對甘蔗產量和質量已有一些報道[6-12]。歐釗榮等[13]分析了1971～2005年間，廣西、云南、廣東和海南甘蔗主產區氣溫、降雨量、濕度和日照等因子與甘蔗產量的相關性，確定了影響我國甘蔗主產區甘蔗產量氣象因子和關鍵時段，明確降水量是我國甘蔗主產區的共同關鍵氣象因子。蒙桂云等[4]對近45年來影響云南勐海甘蔗產量和糖分的氣象因子的趨勢性、階段性和周期性進行分析。鐘楚等[14]以云南耿馬縣1984～2006年間積溫、日照時數、降水量對甘蔗不同生長發育時期的影響，并提出相應的對策。陳燕麗等[15]利用2000～2011年廣西4個農業氣象試驗站的甘蔗旬莖伸長量和氣象資料，分析宿根蔗和新植這在氣象因子影響下莖伸長的差異。付建濤等[16]研究了廣東、廣西和云南甘蔗單位面積產量與降水和溫度變化之間的關系，進一步評價氣候效應對甘蔗產量的影響。羅晟昇等[17]分析了不同溫度和降雨量對甘蔗生長和產量的影響，結果表明，溫度對甘蔗生長影響較小，而降雨量對甘蔗的出苗率、發株率、分蘗率和糖分均具有不同程度的影響。

但有關氣象因子變化對整個蔗區主栽品種甘蔗蔗糖分積累影響的報道相對較少，本文利用云南省勐臘縣2017/18～2019/20年連續3個榨季的氣象數據及蔗區4個主栽品種成熟期及成熟后期的糖分相關數據，分析了氣象因子與甘蔗蔗糖分性狀的關系。其結果有助于提高氣象因子變化對甘蔗蔗糖分積累的影響的認識，同時為當地糖廠制定原料蔗種植和砍收布局提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料

云南蔗區4個甘蔗主栽品種：粵糖93-159、新臺糖20號、川糖79-15和新臺糖16號，于2016年12 月份在云南省勐臘縣(21?29′N，101?31′E)種植，2017/18～2019/20年連續 3個榨季分別為新植、第一年宿根和第二年宿根，田間種植和管理同當地常規甘蔗地的種植管理一致。

1.2 氣象數據來源

氣象數據來源于云南省勐臘縣氣象局，獲得了2017/18～2019/20年連續3個榨季10月份至翌年4月份每個月的降雨量(Rainfall)、日照時數(Sunshine Hours, SH)、平均溫度(Average Temperature, AT)、平均溫差(Mean Temperature Difference, MTD)和相對濕度(Relative Humidity, RH)的數據。

1.3 甘蔗蔗糖分性狀的測定

測定了云南省勐臘縣蔗區上述4個甘蔗主栽品種2017/18～2019/20年連續3個榨季10月份至翌年4月份每個月的蔗汁錘度(Juice Brix, JB)、蔗汁蔗糖分(Sucrose Content in Juice, SCJ)、重力純度(Gravity Purity, GP)、甘蔗纖維分(Fiber Content in Cane, FCC)、蔗汁與蔗比(Juice to Cane Ratio, JCR)及甘蔗蔗糖分(Sucrose Content in Cane, SCC)等6個與糖分相關的性狀數據，每個品種測定10份樣品，每個品種的糖分性狀以10月份至翌年4月份連續7次測定值的均值表示。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進行數據的輸入、整理和制圖；采用R 3.5.3 for Windows系統進行表型性狀及氣象因子數據的相關性分析。

2 結果與分析

2.1 2017/18～2019/20年連續3個榨季甘蔗蔗糖分相關性狀的變化

云南省勐臘縣蔗區 4個甘蔗主栽品種：粵糖93-159、新臺糖 20號、川糖 79-15和新臺糖 16號連續3個榨季的蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纖維分和甘蔗蔗糖分如下圖 1所示。分析結果表明，4個甘蔗品種的蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分在連續 3個榨季均表現出遞增趨勢。其中，粵糖93-159在2017/18、2018/19和2019/20年榨季的甘蔗蔗糖分分別為 14.68、15.05和 16.44；新臺糖 20號連續 3個榨季的甘蔗蔗糖分分別為 16.14、16.85和17.04；川糖79-15連續3個榨季的甘蔗蔗糖分分別為15.51、16.31和16.25；新臺糖16號連續3個榨季的甘蔗蔗糖分分別為14.80、15.82和15.95。4個甘蔗主栽品種的甘蔗蔗糖分平均從低到高依次為：新臺糖20號＜粵糖93-159＜川糖79-15＜新臺糖16號。甘蔗纖維分方面，新臺糖20號和新臺糖16號的纖維分相當，且在連續3個榨季均較粵糖93-159和川糖79-15高，粵糖93-159的纖維分在4個品種中相對最低，連續 3個榨季的纖維分分別為 9.4%、9.6%和10.3%。

圖1 2017/18～2019/20年連續3個榨季4個云南勐臘縣甘蔗主栽品種的糖分性狀表現

4個甘蔗主栽品種蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分的變化如圖2所示，在甘蔗成熟期和成熟后期，即10月份至次年3月份，粵糖93-159、川糖79-15和新臺糖16號的糖分相關性狀總體上均呈現逐漸上升趨勢；而3月份至4月份，粵糖93-159和川糖 79-15的糖分相關性狀均表現為下降趨勢，且川糖79-15的下降趨勢更明顯；而新臺糖16號仍表現為上升趨勢；新臺糖20號從10月份至次年2月份的糖分相關性狀表現為上升趨勢，而從2月份至4月份總體上表現為一定程度的下降趨勢。

圖2 2017/18～2019/20年連續3個榨季10月份至次年4月份4個云南勐臘縣甘蔗主栽品種的蔗汁錘度(%)、蔗汁蔗糖分(%)和甘蔗蔗糖分(%)的變化

2.2 2017/18～2019/20年連續3個榨季氣象因子的變化

每年的11月至次年4月的冬春季節為云南省的旱季，降水量只占全年的10%～20%。從圖3可知，云南省勐臘縣蔗區甘蔗成熟期的降雨量在最近3個榨季呈現下降的趨勢，2017/18年榨季、2018/19年榨季和2019/20年榨季10月份至次年4月份的總降雨量分別為566.8、305.6和395.6 mm。其中2019/20年榨季的4月份降水量異常，達到了244.8 mm。與降雨量相反，日照時數在2017/18～2019/20年3個榨季呈現上升的趨勢，2017/18年榨季、2018/19年榨季和2019/20年榨季勐臘縣蔗區10月份至次年4月份的日照時數總長分別為1061.9、1331.5和1445.2 h。由圖 4可知，云南省勐臘縣蔗區最近 3個榨季10月份至次年4月份的月平均溫度呈上升趨勢；最近3個榨季的平均溫差有擴大的趨勢，其中2017/18年榨季、2018/19年榨季和2019/20年榨季10月份至次年 4月份的月平均溫差分別為 11.8、13.8和15.6 ℃。由圖5可知，最近3個榨季蔗區的相對濕度有下降的趨勢。

圖3 2017/18～2019/20年連續3個榨季10月份至次年4月份云南省勐臘縣蔗區的降雨量(mm)和日照時數(h)

圖4 2017/18～2019/20年連續3個榨季10月份至次年4月份云南省勐臘縣蔗區的月平均溫度(℃)和月平均溫差(℃)

圖5 2017/18～2019/20年連續3個榨季10月份至次年4月份云南省勐臘縣蔗區的相對濕度(%)

2.3 氣象因子對甘蔗蔗糖分性狀的影響

2.3.1 降雨量和日照時數對甘蔗蔗糖分性狀的影響

甘蔗蔗糖分相關性狀之間及氣象因子與糖分相關性狀相關性分析如表1所示，降雨量與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纖維分及甘蔗蔗糖分均呈顯著負相關，而與蔗汁與蔗比呈顯著正相關。這與2017/18～2019/20年連續 3個榨季降雨量遞減，而甘蔗蔗糖分相關性狀遞增是一致的。新臺糖16號在2017/18年榨季和2018/19年榨季的3～4月份的糖分均呈上升趨勢，而在2019/20年榨季的3～4月份的糖分呈現下降趨勢，這可能主要是由該榨季4月份的降雨量猛增所致(圖3)。成熟期降雨量增多不僅影響甘蔗蔗糖分的積累，還影響甘蔗的收獲及運輸，造成原料蔗的產糖率下降。

日照時數與降雨量呈極顯著負相關。甘蔗是C4作物，光飽和點高，補償點低，光照時間長的條件下有利于光合產物的積累。本研究的結果分析也表明了日照時數與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纖維分及甘蔗蔗糖分均呈極顯著的正相關，而與蔗汁與蔗比成極顯著負相關。這與2017/18～2019/20年連續3個榨季日照時數遞增，甘蔗蔗糖分相關性狀遞增是一致的。

表1 甘蔗蔗糖分相關性狀等與氣象因子的相關性分析

2.3.2 平均溫度和平均溫差對甘蔗蔗糖分性狀的影響

由表1可知，10月份至次年4月份的月平均溫度與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、重力純度、甘蔗纖維分、蔗汁與蔗比及甘蔗蔗糖分均無顯著相關性。月平均溫差與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纖維分及甘蔗蔗糖分呈極顯著正相關，而與蔗汁與蔗比呈極顯著負相關。蔗糖分形成和積累主要發生于溫度逐漸下降的季節，溫度較低時，甘蔗植株生長減慢，有利于糖分積累。2017/18～2019/20年連續 3個榨季的月平均溫差逐漸擴大，這種晝夜溫差的擴大有利于甘蔗蔗糖分的積累。糖分性狀測定結果也表明4個甘蔗品種的蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分連續3個榨季均表現出遞增趨勢。

2.3.3 相對濕度對甘蔗蔗糖分性狀的影響

如表1所示，相對濕度與日照時數及平均溫差均表現出極顯著的負相關；相對濕度與蔗汁錘度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分均表現出極顯著的負相關，與纖維分表現出顯著負相關，而與蔗汁與蔗比表現出顯著正相關。

3 討論

本研究利用云南省勐臘縣2017/18～2019/20年蔗區連續3個榨季包括降雨量、日照時數、月平均溫度、月平均溫差和相對濕度等氣象數據以及4個主栽甘蔗品種的糖分性狀數據，分析了氣象因子變化對甘蔗工藝成熟期糖分積累的影響。

甘蔗生長大致可劃分為萌芽期、分蘗期、伸長期和工藝成熟期4個時期。云南勐臘蔗區甘蔗的萌芽和分蘗期為 3～4月，5～6月以后進入伸長期，10～11月轉為工藝成熟期[18]。鐘楚等[14]利用云南耿馬縣1984～2006年甘蔗和同期氣象觀測資料，分析了氣候變化對甘蔗生長不同階段的影響，結果表明，積溫、日照時數和降雨量等氣象因子對生長不同階段的影響不同。其中成熟期的積溫和日照時數均與甘蔗蔗糖分積累呈正比，與本研究結果中的日照時數和糖分呈顯著正相關的結論一致。譚宗琨等[19]通過分析云南各地甘蔗產量、榨季糖分含量與溫度、降雨、日照等氣候要素的關系，確定了制約云南各蔗區甘蔗產量及蔗糖分含量波動的主要氣象因子；其中在勐臘蔗區降雨量的多少對甘蔗產量影響較小，而日照時數和溫度與該蔗區的甘蔗產量、榨季糖分含量均呈正比。該蔗區降水量對甘蔗產量影響較小的一個主要原因可能是蔗區的降水量較為充沛。而本研究結果表明降水量與甘蔗蔗糖分含量呈反比，這可能主要是由于降雨減少了成熟期的日照時數，影響了甘蔗光合作用的時間和強度。

云南省勐臘縣蔗區2017/18～2019/20年連續3個榨季的降雨量有明顯的下降趨勢，與之相對應的相對濕度有下降的趨勢、日照時候有明顯上升的趨勢；成熟期及成熟后期降雨量減少一方面有利于甘蔗蔗糖分積累，另一方面也有助于甘蔗的砍收和運輸。此外，最近這3個榨季的平均溫差有擴大的趨勢，這有利于甘蔗蔗糖分的積累。4個甘蔗主栽品種工藝成熟期蔗糖分積累的變化曲線表明，不同基因型甘蔗的糖分積累趨勢存在明顯差異。總體而言，4個甘蔗品種的糖分性狀從進入成熟期的10月份開始至次年2月份都是處于穩步上升的階段。但是從2月至 4月份，不同甘蔗品種的糖分積累趨勢開始表現出差異，其中粵糖93-159和川糖79-15的糖分相關性狀均表現為先上升(2～3月份)后下降(3～4月份)，且川糖79-15的糖分下降更明顯；新臺糖20號的糖分在2月份的時候基本已經達到最高值，隨后糖分開始下降，表明新臺糖20號在4個品種中相對比較早熟。新臺糖16號的糖分性狀從10月份至次年4月份的糖分一直處于上升趨勢，表明新臺糖16號在4個甘蔗品種中相對比較晚熟。

不同甘蔗品種成熟時間不一致，糖分高峰時間不一樣。本研究中新臺糖20號甘蔗蔗糖分在2月份即達到峰值，而新臺糖16號的甘蔗蔗糖分從10月份至次年4月份則一直都在上升。除了甘蔗自身品種特性外，氣象因子諸如降水量、日照時數、溫差、濕度及海拔、種植時期均對其有較大的影響[2]。在本研究中，新臺糖16號在2017/18年榨季和2018/19年榨季的 3～4月份的糖分均呈上升趨勢，而在2019/20年榨季的3～4月份的糖分則呈現下降趨勢，這很可能是由該榨季4月份的降雨量猛增所致。

甘蔗砍收和入榨計劃的編制是糖廠農務管理的重要環節，直接影響糖企的經濟效益。云南甘蔗榨季持續時間較長，因此，掌握蔗區內不同甘蔗品種糖分積累的規律有助于指導甘蔗品種種植布局以及適期砍收、合理收獲，實現高糖高榨，提高制糖企業產糖率和綜合收益。根據云南省勐臘縣蔗區4個甘蔗主栽品種的糖分積累規律以及先熟先砍的原則，可以先砍收新臺糖20號，然后川糖79-15，再次粵糖93-159，最后新臺糖16號，實現在甘蔗最佳熟期砍收入榨進而提高糖廠的產糖率。