北疆地區膜下滴灌引種蘭州百合的農業氣候適應性

華 燁， 肖俊安， 向 導

(1.新疆維吾爾自治區氣象臺， 新疆 烏魯木齊830002； 2.新疆氣象局, 新疆 烏魯木齊830002； 3.新疆石河子烏蘭烏蘇農業氣象試驗站， 新疆 石河子 832000)

0 引言

【研究意義】百合((Liliumbrowniivar.viridulumBaker))屬于百合科多年生宿根植物[1]，其鱗莖肉質根盤肥大，是養分儲藏器官；鱗片白色或微黃，是百合的主要產品。百合有很高的食用、藥用、保健和觀賞價值[2-5]。野生百合分布較廣，歐洲、北美洲及亞洲東部等地區均有分布[6-8]。經過長期選育和馴化的蘭州百合鱗莖碩大，鱗片豐滿白嫩，質地細膩，營養豐富，口味幽香甜美，經濟價值較高。因此，種植蘭州百合對調整種植結構、促進農業經濟發展具有重要的現實意義。【前人研究進展】前人對百合品種、物質含量、作用功效及栽培技術的研究較多，彭志云等[9-10]總結了百合產業現狀和存在問題，并提出百合的發展途徑與對策。徐學軍等[11-14]經過多年努力成功選育出蘭州百合新品種以及培育出百合組培苗。沈赟[15]研究表明，百合維生素C與蛋白質含量高于常見蔬菜和水果，氨基酸種類高于18種，總量占百合干重的11.06%。劉成梅等[16-17]研究認為，百合多糖性具有明顯的降血糖功能。【研究切入點】北疆位于阿爾泰山和天山之間的準噶爾盆地，包含阿勒泰、塔城、昌吉、伊寧、吐魯番、哈密、克拉瑪依、石河子、博樂塔拉等地區的40個縣級行政區。北疆地區屬于典型大陸性干旱氣候，由于其所處地形地理位置影響，氣溫、降水區域分布極不均衡。相同緯度和相似氣候條件農作物引種成功的概率較高，但不同氣候條件也能生存相同物種，如橡膠原產于熱帶雨林氣候的南美亞馬遜河盆地，引入南亞熱帶季風氣候我國臺灣、海南、云南等地種植成功；豌豆原產于非洲埃塞俄比亞，引入俄羅斯的列寧格勒并獲得高產[18]。因此，僅氣候相似理論不能解析引種問題，而擴展到農業氣候相似則得以解釋。農業氣候相似原理是考慮滿足植物自身生存條件，并能完成生育過程和產量形成的農業氣候要素的相似條件，而不是氣候要素相似[19-20]。2016—2019年新疆烏蘭烏蘇農業氣象試驗站在北疆石河子地區經3年滴灌模式成功引種蘭州百合，給北疆其他地區引種蘭州百合提供了思路。若將蘭州百合大面積引種至北疆，對促進北疆農村經濟發展具有現實意義。【擬解決的關鍵問題】從農業氣候相似角度研究百合在北疆區域性發展的可能性，為北疆地區蘭州百合的引種與應用推廣提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 蘭州百合 引種蘭州百合品種為百合2號，由蘭州百合研究所提供種苗。2016—2019年引進蘭州百合種植于石河子烏蘭烏蘇國家級農業氣象試驗站。采用膜下滴灌方式栽培，2016年10月下旬播種，翌年5月上旬出苗，6月下旬至7月為盛花期(鱗莖膨大)，8月下旬莖稈枯萎，2019年10月收獲。3年生的百合產量約18 000 kg/hm2，石河子引種蘭州百合取得成功。

1.1.2 氣象資料 百合原產地氣象資料來自于蘭州市氣象局，北疆各行政區氣象資料來自于新疆氣象局，資料包括年月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均日照時數和平均降水量，≥10℃初、終日期，無霜期等。

1.2 農業氣候相似性分析

1.2.1 百合生長的氣候條件 百合喜溫喜光耐寒耐旱怕澇，可在10～30℃氣候環境內生長，<10℃或>30℃生長緩慢，最適生長溫度為15～25℃，鱗莖膨大期適宜溫度為24～29℃。百合鱗莖在土壤中越冬可耐―40℃低溫[21-22]，裸露環境下―25℃成活率30%，―20℃成活率90%，―15℃成活率100%[23]。百合屬長日照植物，光照不足開花數減少，引起花蕾脫落。百合生長期土壤含水量在18%～22%為宜，開花期需充足水分，鱗莖生長期對水分的需求相對較少。pH為5.5～6.5的富含腐殖質黃沙土或黑沙土適宜百合生長[7,23]。

1.2.2 蘭州百合原產地的氣候條件 百合在海拔 1 500～3 000 m均適宜栽培，一般年平均氣溫在4.3℃以上，7月平均氣溫>14.0℃，無霜期大于130 d，年降水量在300 mm以上，年日照時數大于2 150 h的氣候環境均能正常生長[24]。蘭州百合播種期溫度≥10℃為宜，初春在3月下旬至4月下旬或冬前在10月中旬至11月中旬種植[12]，5月上旬為出苗珠芽分化階段，6月下旬顯蕾，7月盛花期，開花期鱗莖迅速膨大期，8月上、中旬鱗莖成熟，8月下旬地上莖葉進入枯萎期。

1.2.3 蘭州百合引種歐氏距離分析 兩地農業氣候相似度對引種成功非常重要，一般采用歐氏距離方法[25-28]計算兩地的相似距。將m個農業氣候要素視為m維空間，相同兩因子點間的距離越大越不相似；反之，兩點距離越小越相似。該空間距離稱為相關聯的歐幾里德度量，即農業氣候相似距離系數。依據百合生長特性，選取蘭州百合原產地蘭州七里河地區和引入地北疆地區農業氣候因子，以百合周年生育期為尺度，選擇溫光水為農業氣候因子，具體因子包括月平均氣溫、極端最高氣溫、極端最低氣溫、日照時數、降水量、穩定通過≥10℃的初終日期，以及百合生長期(4—9月)的平均氣溫、日照時數和降水量等，將農業氣候要素數據看作1個整體，消除要素的量綱，采用公式(1)進行歸一化處理，通過歸一化處理的農業氣候因子采用公式(2)計算歐氏距離。

(1)

(2)

式中，xk為歸一化后因子序列，xi為歸一化之前因子原序列，xmax、xmin為歸一化之前因子序列的最大值和最小值；dil為i地蘭州與j地石河子的歐氏距離，k為氣候要素值(k=1,2,3……m)，m為因子個數，xik為i地(原產地)氣候要素歸一化處理值，xjk為j地(引入地)氣候要素歸一化處理值。

1.2.4 原產地與引種地農業氣候相似程度判斷 空間相似距越小說明因子間差異越小，兩地氣候越接近也越相似，引種成功率越高。農業氣候相似距離為引種提供定量依據。蘭州百合原產地與引種地氣候相似程度根據歐式距離[26]分級標準(表1)進行判斷。

表1 歐氏距離等級標準

2 結果與分析

2.1 北疆地區基本氣候特征

氣象分析表明，在北疆地區40個縣級行政區中，年平均氣溫以托克遜最高，為16.0℃；清河最低，為3.1℃。年平均最高氣溫吐魯番地區超過20.0℃，布爾津、青河一帶低于12.0℃。年平均最低氣溫吐魯番地區在8.0℃以上，而巴里坤、伊吾、溫泉、昭蘇、和布克賽爾、青河則在0℃以下，其中青河最低，僅為―3.8℃。年降水量伊犁河谷為300～600 mm，烏魯木齊、石河子、塔城為200～300 mm，阿克蘇、庫爾勒在100 mm以下，而吐魯番地區僅15 mm左右。日照時數為2 450～3 450 h，年平均為2 800 h左右[29]。

2.2 北疆地區引種蘭州百合的農業氣候限制因子

光、溫、水是農作物生長發育的三大要素。蘭州百合原產地蘭州的年日照時數為2 000～2 800 h[30]，而北疆地區年日照時數為2 450～3 450 h，說明北疆地區的光照滿足百合生長所需。百合在降水量300 mm以上地區可自然生長[25]，北疆自然降水少，不能滿足百合生長發育的需求，采用膜下滴灌管理方式可解決自然降水不足的問題。在滿足光照和水分條件基礎上，北疆引種蘭州百合，溫度是主要的農業氣候限制因子。

2.3 原產地與引種地的農業氣候相似距及引種可能性

從表2看出，在北疆地區的40個縣級行政區中，與蘭州百合原產地蘭州的農業氣候相似距離小于0.3的有31個行政區，其相似級別為1級，兩地間作物生育期相近，這些行政區可直接引種蘭州百合；與蘭州農業氣候相似距為0.3～0.5的有9個行政區，其相似級別為2級，兩地間作物生育期略有差異，這些行政區可間接引種蘭州百合。表明，北疆有接近80%行政區可直接引入百合種植，其中，最接近原產地農業氣候條件的地區有新源、伊犁、伊寧、霍城、察布查爾和鞏留；約20%的行政區需馴化觀察后才能確定能否引種蘭州百合，需要馴化的地區有鄯善、托克遜、巴里坤、伊吾、溫泉、昭蘇、和布克賽爾、青河及吉木乃等地區。

表2 北疆各個行政區與蘭州的農業氣候相似距

3 討論

歐氏距離方法揭示兩地之間氣候和農業氣候相似程度，為引種提供了定量依據，視其農業氣候相似程度確定引種的方向及提前采取措施，以此可以增加預見性，減少盲目性[31]。根據蘭州百合原產地蘭州與引種地北疆的農業氣候相似距，分析北疆地區各行政區引種蘭州百合的可能性，結果表明，有31個行政區與蘭州百合原產地蘭州的農業氣候相似距小于0.3，其相似級別為1級，兩地間作物生育期相近，這些地行政區可直接引種蘭州百合；9個行政區與蘭州農業氣候相似距為0.3～0.5，相似級別為2級，兩地間作物生育期略有差異，需馴化觀察后才能確定是否適宜引種蘭州百合。雖然歐氏距離系數方法在揭示兩地農業氣候相似具有一定的可靠性，但引種農作物時，應明確作物本身的生物指標以及氣候適應性，因此，在大面積擴種之前應進行小規模引種試驗，避免經濟損失。

4 結論

北疆地區引種蘭州百合，在膜下滴灌的農業措施下，有接近80%行政區可直接引入百合種植，其中，最接近原產地農業氣候條件的地區有新源、伊犁、伊寧、霍城、察布查爾和鞏留等地區，是北疆地區引種蘭州百合的最適區。另外，有20%的縣級行政區需馴化觀察后才能確定能否引種蘭州百合，需要馴化的地區為鄯善、托克遜、巴里坤、伊吾、溫泉、昭蘇、和布克賽爾、青河及吉木乃等。