不同積溫模型對枸杞生育期預測的評估

楊 苑，黨張利，錢倩霞，白春燕

(1.中國氣象局 旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室,寧夏 銀川 750000;2.寧夏氣象防災減災重點實驗室,寧夏 銀川 750000;3.寧夏中衛市氣象局，寧夏 中衛 755000；4.寧夏回族自治區人工影響天氣中心,寧夏 銀川 750000；5.河北省氣象災害防御中心，河北 石家莊 050021)

0 引言

枸杞屬茄科植物，是我國傳統的名貴中藥材和重要的經濟作物[1]。天下黃河富寧夏，中寧枸杞甲天下。中寧枸杞是中寧縣的傳統優勢產業，是富民的紅色產業，如今已成為中寧縣對外宣傳的一張靚麗名片。2018年中寧縣枸杞種植面積約13.33萬hm2，干果產量達43.83萬t。氣候環境對枸杞生長發育影響較大，各生育期的時間因各地平均氣溫不同有所不同[2]。在枸杞育苗、田間管理、病蟲害防治、災害防御等生產中，生育期的預測至關重要。

生育期是作物完成不同生長發育階段的有效積溫累積[3]，有效積溫是指在某時段內有效溫度的總和即日平均氣溫達生物學下限溫度以上溫度的總和[4]。目前，對于小麥[5]、玉米[6]、水稻[7]等大田作物的生育期研究較廣，針對枸杞生育期模型方面的研究很少。為了解氣象因子對枸杞生長的影響，為枸杞生長發育的預報提供科學依據，筆者利用中寧縣10 a的枸杞觀測資料和氣溫數據，確定沈國權非線性積溫模型的參數，對比分析李森科線性積溫和沈國權非線性積溫模型預測枸杞生育期的差異，確定適合中寧本地枸杞生育期預測的模型及其參數，并分析枸杞在不同生育期有效積溫的差異。

1 研究區域概況

中寧縣年平均氣溫9.8℃，年平均降水206.7 mm，是世界枸杞的發源地和正宗原產地，1961年被農業部命名為中國枸杞生產基地縣，1995年，被國務院命名為“中國枸杞之鄉”。舟塔鄉萬畝無公害枸杞示范園，是集生產、旅游、觀光于一體的綜合無公害枸杞種植示范園區。距中寧縣城約8 km，與中寧縣氣候特征相同。

由于中寧縣舟塔鄉自動站建于2010年7月，資料正常使用也在2010年7月，研究是以2007-2016年資料為基礎研究資料，為確保數據的一致性，使用2007-2016年中寧舟塔鄉的枸杞生長發育資料與中寧國家基本氣象站的氣象數據。

2 研究方法

根據枸杞生長發育和氣象服務需求，筆者將枸杞的生育期劃分為春梢生長-春梢現蕾、春梢現蕾-夏果形成、夏果形成-夏果成熟、夏果成熟-秋梢生長、秋梢生長-秋梢開花、秋梢開花-秋果成熟共6個階段。

2.1 確定三基點溫度

枸杞在不同的發育期都有不同的下限溫度B、上限溫度M、最適溫度T0。根據相關文獻資料和田間生產管理經驗，將總結中寧枸杞主要生長發育階段的三基點溫度如表1。

表1 枸杞發育期的三基點溫度 (℃)

2.2 建立模型

2.2.1 李森科線性積溫模型 溫度達到作物生長發育的下限溫度后，其發育速度隨溫度的增加而加快，并且單位溫度對作物的生長發育影響是定量的[8]。換言之，作物生長發育期不隨作物發育階段的不同而發生變化，因此李森科線性積溫模型所表示的積溫是穩定的。具體模型表述為：

∑T=A+nB

(1)

2.2.2 沈國權非線性積溫模型 沈國權[9～10]結合作物生長發育不同階段的三基點溫度，認為生物的生長速度與溫度之間存在非線性的關系，具體表達式為：

(2)

其中，K、P、Q 為參數，B 為下限溫度，M 為上限溫度，n 為生育期的天數，1/n 為生長發育的速度，T 為生育期的平均溫度。在數據樣本數比較少的情況，據經驗，P一般可定0.5或0.5～1.0范圍任意值[9]，為方便研究，取P=0.5。

結合常用積溫公式，沈國權非線性積溫模型的有效積溫計算方式為：A(T)=K(T-B)-P(M-T)-1-Q。通過建立對數關系，結合上述公式，將公式轉換成ln(M-T)+1.5ln(T-B)+ln n=-Qln(M-T)+lnK，再利用線性回歸確定不同生育期的系數Q、K(如表2)。

表2 沈國權非線性積溫模型在中寧枸杞中的參數

針對非線性積溫模型，溫度從下限到最適的升高過程中，生長發育速度同時也增加；從最適到上限的升高過程中，生長發育速度反而減小。沈國權提出，在作物全部生長發育期，在模型參數中，若 P

對于沈國權規定的P、Q>0，從表2的結果中

發現，沈國權非線性積溫模型在計算中寧枸杞獲得的參數均為有效數據。對春梢現蕾—夏果形成、夏果成熟期—秋梢生長P>Q外，其他生長發育階段P均小于Q，說明中寧枸杞在春梢生長-春梢現蕾、夏果形成-夏果成熟、秋梢生長-秋梢開花、秋梢開花-秋果成熟4個生長發育階段從低溫到最適溫度的發育速度隨溫度升高增加很快，達到最適溫度后，雖然隨溫度增加發育速度減慢，但減慢的速度較小。由于每個生育期的P值一致，通過比較Q值，發現春梢現蕾—夏果形成期的Q值最大，此生長發育階段生長速度隨溫度的升高增長速度最快，說明此階段對溫度變化最為敏感。

3 模型的評價

圖 常用線性積溫法和沈國權非線性積溫法計算的枸杞活動積溫對比

通過對比常用積溫方法與沈國權積溫方法計算的有效積溫年際變化，發現：兩種模式計算的有效積溫年際變化趨勢基本一致，而非線性模式計算的有效積溫更平緩。對比六個發育期發現：春梢生長-春梢現蕾期的有效積溫在140～260℃·d，2012年前線性積溫大于非線性積溫，之后小于非線性積溫；春梢現蕾-夏果形成期積溫在120～270℃·d，2010年前線性積溫小于非線性積溫，之后大于非線性積溫；夏果形成-夏果成熟期積溫在11～150℃·d，2007-2012年兩種模式計算的積溫基本一致，之后上下波動；夏果成熟期-秋梢生長期積溫在280～530℃·d，2012年前線性積溫小于非線性積溫，之后大于非線性積溫；秋梢生長-秋梢開花期積溫在52～150℃·d，兩種模式計算的積溫基本一致；秋梢開花-秋果成熟期積溫在250～380℃·d，2007-2009年兩種模式的積溫差異較大，最大差值為56℃·d，2000-2004線性積溫大于非線性積溫，2005、2006年小于非線性積溫。

4 討論與結論

(1)沈國權非線性積溫方法適用于中寧枸杞發育期的預測，通過10 a枸杞觀測數據和中寧國家基本氣象觀測站的數據模擬，得到沈國權非線性積溫模型的參數(如表2)。

(2)利用非線性積溫模型模擬中寧枸杞生長發育過程中，發現：非線性方法模擬中寧枸杞的有效積溫年際波動不明顯；對比分析枸杞六個發育期有效積溫的年際變化，春梢生長-春梢現蕾、春梢現蕾-夏果形成、夏果形成-夏果成熟、秋梢生長-秋梢開花、秋梢開花-秋果成熟五個階段的模擬效果較夏果成熟期-秋梢生長期效果更好。

(3)線性積溫模型模擬的有效積溫波動性較明顯，與非線性積溫模式比較，模擬效果較差。

(4)中寧枸杞在生長發育六個階段，所需的有效積溫存在明顯差異。其中，夏果成熟期-秋梢生長期所需積溫最高，平均有效積溫需達到439℃·d，而夏果形成-夏果成熟所需積溫最低，平均值只要達到94℃·d。