崇左市甘蔗種植氣候適宜性分析及甘蔗成熟期干旱發生特征

崖偉松　莫申萍　蒙小寒　黃麗球

摘 要：分析崇左市轄7個縣市區（江州區、大新縣、扶綏縣、龍州縣、天等縣、寧明縣和憑祥市）的國家級地面氣象觀測站1960—2019年逐日降水、平均氣溫和日照時數及廣西南寧東亞糖業集團下屬制糖企業的甘蔗種植和管理等資料，對崇左市7個縣市區的甘蔗不同生長階段氣象條件進行統計分析，對比不同區域種植甘蔗的階段性適宜性，找到成熟期降水量差異且構成干旱的基本特征。結果表明，崇左市轄各縣市區均屬于甘蔗種植適宜區，熱量和光能資源充沛，年降水條件基本滿足甘蔗生長需求，但年內降水分布極不均衡；崇左市轄縣市區中江州區和寧明縣成熟期的日平均氣溫稍微超出指標值，溫度促進喜高溫植物的生長，說明這2個區域的甘蔗成熟期糖分積累速度相較其他區域快，對于甘蔗的成熟砍收起一定的指導作用；崇左市轄縣市區近60年甘蔗成熟期干旱發生頻率依次為江州區>憑祥市>大新縣（龍州縣）>天等縣>寧明縣>扶綏縣，平均出現頻率為46.3%，崇左市甘蔗成熟期干旱發生主要表現在6、14和30年振蕩周期，其中30年的振蕩周期相對偏強，6年的振蕩周期偏弱。

關鍵詞：甘蔗；氣候適宜性；干旱特征；崇左市

中圖分類號：S162.54；S566.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：2095-820X（2023）01-0011-07

0 引言

糖料甘蔗是禾本科甘蔗屬植物，是一種熱帶和亞熱帶作物，其生長期喜高溫和強光照，需要水肥充足，對熱量、光照和水分等氣候資源條件有著特殊的依賴性。崇左市位于廣西南部，屬亞熱帶氣候區，年日照時數超過1800 h，適合大面積發展甘蔗種植。目前，廣西崇左市已連續10年甘蔗種植面積穩居全國首位，得天獨厚的自然條件促進了崇左市甘蔗種植業的發展，甘蔗成為崇左市的重要經濟作物，在全國占有重要地位，崇左市轄各縣市區均把蔗糖生產作為支柱產業［1］。近年來，全球氣候變暖，氣象災害頻發［2］，極端惡劣天氣尤其突出；崇左市蔗區降水量明顯偏少，自然降水作為甘蔗生長主要的水分來源，但降水時空分布極不均勻，季節性干旱突發的頻率也很高，干旱風險較大［3，4］。春旱影響春植蔗的耕種和萌動出芽，延誤種植期，同時也影響宿根蔗的出苗生長。最明顯的是秋季甘蔗處于莖節伸長后期和糖分積累期等生長關鍵時期，如遭受嚴重的干旱災害，該時期的甘蔗會降低光合作用強度，加強呼吸作用，影響甘蔗莖節形成，從而導致產量下降；處于糖分積累期的甘蔗蔗糖分無法形成，膠質比重增大，蔗糖商業品質下降［5］，特別嚴重的年份還可能導致甘蔗空心，糖分含量下降［6］。甘蔗對氣候條件有著特殊的要求［7］，與氣象條件的關系密切，其種植的地域性表現也存在差異［8］，同一種植區域，不同季節的氣象條件也不相同。干旱災害是近年來最頻發的一種氣象災害，主要表現在春、秋兩季，特別是秋旱對蔗糖業生產的影響尤為明顯［9］，給甘蔗生產造成的損失也越來越大，嚴重影響了崇左市蔗糖經濟的發展。由于市場經濟的發展，甘蔗種植面積不斷減少，制糖企業通過擴大種植，提早種植的方法穩定種植面積?；谏鲜霈F狀，筆者根據甘蔗不同生理生長階段對氣候條件的要求，分階段分析崇左市甘蔗種植適宜性以及春秋季降水分布特征，為優化崇左市甘蔗生產種植布局和品種布局，趨利避害提高甘蔗產量和含糖量提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 資料來源

選取崇左市（包括江州區、大新縣、扶綏縣、龍州縣、天等縣、寧明縣和憑祥市）國家地面觀測站（以下簡稱站點）1960—2019年的逐日降水、平均氣溫和日照時數等資料，甘蔗種植播種及生長管理等信息來源于廣西扶南東亞糖業、崇左東亞糖業、寧明東亞糖業等廣西南寧東亞糖業集團下屬制糖企業。

1.2 分析方法

1.2.1 基礎數據處理

通過統計分析法處理崇左市轄區7個站點的基礎數據，如溫度、降水、日照時數等數據與甘蔗生長基本習性、甘蔗生長適宜性等指標，分析評估崇左市的氣候特征以及甘蔗種植氣候適宜性等變化。

1.2.2 Morlet小波分析

Morlet復數小波分析主要是周期變化的主要分析方法之一［10-12］，其理論及在各周期分析中的應用已相當成熟。Morlet復數小波被認為是Fourier分析方法的突破性進展，小波變換不僅可以給出氣候序列變化的尺度，還可顯示出變化的時間位置［13］。

式中，f（t）是信號可積函數；a為伸縮尺度；1/a為頻率；b是平移參數，是相對于t時刻作了長度的平移b；[ψ]（[t-ba]）為[ψ]（[t-ba]）的復共軛函數。

1.2.3 降水量距平百分率

根據GB/T 20481—2017《氣象干旱等級》中表述干旱等級的方法有氣象干旱指數、降水量距平百分率、潛在蒸散量等，本研究采用降水量距平百分率（PA）對甘蔗秋旱等級進行分析（表1）。降水量距平百分率是用于表征某時段降水量較常年值偏多或偏少的指標之一，能直觀反映降水異常引起的干旱，一般適用于半濕潤、半干旱地區平均氣溫高于10.0 ℃時段干旱事件的監測和評估。

2 結果與分析

2.1 甘蔗種植的氣候條件

甘蔗喜溫，對光照、水分、肥分均有一定需求，對溫度的需求主要體現在活動最低溫和積溫，當季生長的溫度累積達到一定數量，即滿足必要的熱量資源后甘蔗才能完成某個生育過程，每個生育階段可充足地完成，才能逐步形成產量。

根據甘蔗整個生育期對氣候條件的要求，選擇日平均氣溫穩定通過20.0 ℃期間的活動積溫、年均降水量、年平均氣溫和冬季極端最低氣溫4個氣候因子作為甘蔗種植區的農業氣候適宜性分區的因子，各因子分區指標如表2［14，15］。從表3可看出，崇左市轄縣市區日平均氣溫均>20.0 ℃，最低溫>2.0 ℃，達到適宜栽培的氣溫指標，日平均氣溫≥20 ℃的活動積溫均在5000.0 ℃以上，符合最適宜栽培區指標，年均降水量均超過1000.0 mm，也達到適宜栽培的降水指標。整體看來，崇左市轄縣市區均是甘蔗的適宜栽培區。

2.2 甘蔗不同發育階段的適宜氣候分析

甘蔗分為新植蔗和宿根蔗，在廣西新植蔗下種或宿根蔗發兜直到砍收全生育期一般為10～12個月，整個生育期對熱量和水資源等雖然有整體的需求，但不同發育階段對溫度、光照、水分等的需求也存在一定差異，受冷凍害、阻礙生長的起點溫度也不相同。受制糖企業砍收安排的限制以及新植甘蔗成熟度的影響，甘蔗生長過程中各發育期存在時間交疊的現象，在此將甘蔗的整個生育期大致分為：萌芽期、幼苗期、分蘗期、莖節伸長期和成熟期5個階段［16］。根據崇左市當地制糖企業對甘蔗種植管理調查的數據統計，將甘蔗各發育期歸納為5個時間段：1—3月為萌芽期、3—5月為幼苗期、5—6月為分孽期、6—9月為莖節伸長期（拔節期）、10—12月為成熟期（糖分積累期）。

2.2.1 甘蔗各生育階段溫度條件

甘蔗為喜高溫作物，除工藝成熟期需要晝夜溫差大外，其余各生育期要求的年平均溫度基本在18～30 ℃，溫度較低則生長緩慢，如出現低于最低溫度或高于最適溫度則停止生長，但不同生育期對溫度的要求也略有差異。甘蔗各生長期適宜溫度如表4，成熟期糖分積累要求氣溫漸降，但又不宜過低，以13～18 ℃為宜，若在成熟期溫度降至2 ℃以下，則糖分因轉化而下降［17］；甘蔗蔗糖分轉化積累關鍵期，氣溫日較差是蔗糖分高低的最主要影響因子［18］。

從表5可知，各站點的日平均氣溫基本在適宜溫度范圍內，也就是說整個崇左市轄各縣市區的氣溫條件基本適宜甘蔗生長，僅有江州區成熟期的日平均氣溫略高于最適宜溫度0.2 ℃，超過最適溫度1.1%。氣溫是誘導甘蔗成熟（指工藝成熟）的主要環境因素之一，日夜溫差越大，對甘蔗蔗糖積累越有利。氣溫能影響多種酶的活動，特別是對轉化酶和淀粉酶活性的影響較大。在12.8～15.6 ℃條件下，淀粉酶的活性是20.7～29.4 ℃條件下的1/2～1/3，低溫可導致淀粉形成作用減弱。在一定范圍內，轉化酶的活度與溫度呈正相關，即低溫使轉化酶活度降低，蔗糖轉化減少，積累增多［19］。針對日平均氣溫這一氣象條件分析，崇左市轄縣市區中江州區和寧明縣在甘蔗成熟期的日平均氣溫稍微超出指標值，說明這2個區域的甘蔗成熟期糖分積累速度相較其他區域快，甘蔗成熟期也相對提前。

2.2.2 甘蔗各生長階段水分條件

甘蔗是高稈作物，其生長期長，葉面積會隨著生理生長不斷擴大，需水量也會相應變化。不同生育階段需水量反映了甘蔗需水特性及對水分的敏感度，幼苗期植株小，再則崇左市新植蔗下種一般在春季進行，此時氣溫較低，蔗芽萌動慢，需水量不多。植株進入分蘗期，生理生長逐步加速，需水量呈梯度增加趨勢，并在莖節伸長期達需水高峰，此期正是夏季，氣溫高，植株生長旺盛，需水量大，是作物需水的關鍵時期，其階段性需水量和日需水強度最大；而進入成熟期及收獲期后甘蔗需水量又開始急劇下降。甘蔗全生育期的需水規律是： 兩頭少中間多，即萌芽、分蘗及成熟期需水較少，莖節伸長期需水較多，按適宜性種植標準年降水量至少達1000.0 mm，其中出苗期需水量占全生育期總需水量的8.3%（83.0 mm），分蘗期占 21.7%（217.0 mm），莖節伸長期占56.9%（569.0 mm），成熟期占13.1%（131.0 mm）［20］。

崇左市位于廣西西南部，地跨北緯21°36'～23°22'，東經106°33'～108°8'，整體地貌特征為南北部高、中東部低、由西北向東部傾斜，全市地處北回歸線以南，屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫和，雨量較為充沛，但各季降水分布極不均勻，春旱、秋旱災害較頻繁，8—9月受熱帶風暴影響易發生水災。地形特點是山地多、平地少，市內有山地、丘陵、谷地，也有河谷沖積成的平原。受地形、地勢的影響，崇左市降水并不均衡。

從表6可知，各站點出苗期、分孽期和莖節伸長期的階段降水量均在適宜種植區的水分條件范圍內，有部分站點出苗期、莖節伸長期的降水條件出現有超過適宜種植區水分要求一半以上，但成熟期的降水量則相對不平衡。天等縣、大新縣和憑祥市成熟期的降水量均超過適宜種植區水分要求的20%以上，而江州區和寧明縣2個站點成熟期的降水量均低于適宜種植區水分要求。也就是說，整個崇左市轄區各縣市的降水量條件除甘蔗成熟期外，其他生長發育期均較適合甘蔗生長。成熟期干旱對光合作用有一定的促進作用，但干旱程度也可能影響甘蔗葉片的生理生長，過度干旱易促使葉片早衰，減緩糖分積累，甚至可能影響植株體生存。從降水量整體條件分析，崇左市轄各縣市區中，天等縣、憑祥市和大新縣的水分條件相對較好，寧明縣較差，其他縣區居中。由于降水的時間、空間分布不均勻，導致部分地區或部分時間內降水不足，影響甘蔗產量和質量的提高。

2.2.3 甘蔗各生長階段光照和CO2濃度

甘蔗是C4作物，具有喜光、光飽和點高、光補償點低等特點。作為高光效作物，不僅可以在強光和高CO2濃度下充分進行光合作用，也可以在較弱光照和低CO2濃度條件下有較強的光合作用，也就是說甘蔗只要選擇種植在有光照、無遮蔽的地塊就能正常生長。光照越強，光合作用也越強，而光照強度主要與緯度、海拔和各種地理位置的差異有關。根據崇左市轄縣市區甘蔗生長期內的日照時數統計結果（表7）可知，甘蔗生長期內各月的光照均較充足，能滿足甘蔗生長的需求。

2.3 1960—2019年崇左市轄縣市區甘蔗成熟期干旱發生特征

2.3.1 甘蔗成熟期干旱發生頻率

甘蔗苗期對水分的要求主要是保持種苗萌發的生態用水，保證種苗早出苗齊苗，這一階段要求保持25 cm左右土壤表層的含水量達到最大持水量的55%～70%即可。根據出苗期適應性需水對比分析，這一時期的降水基本滿足出苗以及苗期生長的需求。成熟期對水分的要求主要是滿足光合作用，促進糖分轉化和積累，雖然適度干旱、日夜溫差大和光照充足有利于甘蔗糖分轉化和積累，但干旱的時間長短和干旱前后的降水量對甘蔗生長也存在影響。持續干旱不但會影響甘蔗糖分積累，還有可能造成甘蔗生理性缺水而提前早衰。從表8可看出，崇左市轄縣市區近60年甘蔗成熟期干旱發生頻率依次為江州區>憑祥市>大新縣（龍州縣）>天等縣>寧明縣>扶綏縣，平均出現頻率為46.3%，其中成熟期干旱在江州區、憑祥市、大新縣和龍州縣幾乎每2年出現1次，對甘蔗種植后期的產量影響較大。在4種干旱等級中，除扶綏縣和寧明縣外，其他各縣市區均以輕旱為主，扶綏縣以中旱為主，寧明縣則輕旱與中旱持平。對于特旱而言，發生頻率最高的是扶綏縣，其次是憑祥市，最少的是天等縣，特旱發生的主要年份為1979和2003年，扶綏縣連同1996年出現了3年特旱，由此可見，扶綏縣發生干旱的年份雖不及其他縣市區，但其發生嚴重程度相對偏大。

2.3.2 成熟期干旱發生的周期分布

選用Morlet小波分析崇左市1960—2019年甘蔗成熟期干旱發生日數序列和頻率域，通過降水量周期分布可了解崇左市甘蔗成熟期干旱振動變化的周期性。小波系數為0時正好是突變點，小波系數負值說明干旱發生日數偏大，小波系數正值說明降水量發生日數偏大，因研究需要負小波系數區域隨著值的變化加深區域的顏色。圖1中，越深色區域即為小波系數負值越小的等值線部分，即干旱發生偏多期，白色等值線部分即為降水發生日數偏多期。崇左市甘蔗成熟期干旱發生主要表現在6、14和30年振蕩周期。其中30年的振蕩周期相對偏強，6年的振蕩周期偏弱，14年的振蕩周期在20世紀90年代前期未有明顯表現。目前30年振蕩周期的等值線中心黑色區域已閉合，表明嚴重干旱的偏強周期已結束，14年的實部等值線中正的等值中心未閉合，未來2～3年（2022—2023年）崇左市甘蔗成熟期發生中度干旱仍有較大的可能性。

3 討論與結論

崇左市轄各縣市區溫度差異不大，基本能滿足甘蔗生長的溫度需要，但年平均降水量以及日平均氣溫≥20.0 ℃期間降水量有的縣市相差超過10%，使得甘蔗生長產量有所差異。從氣候適宜性綜合評價來看，崇左市轄各縣市區均屬于甘蔗種植適宜區，熱量和光能資源充沛，年降水條件基本滿足甘蔗生長需求，但年內降水分布極不均衡，且由于廣西受季風性氣候的影響，降水和氣溫變率大，旱、澇災害和臺風等災害性天氣出現頻率大。針對日平均氣溫這一氣象條件分析，崇左市轄縣市區中江州區和寧明縣的日平均氣溫稍微超出指標值，說明這2個區域的甘蔗成熟期糖分積累速度相較其他區域快，溫度促進喜高溫植物生長，說明這2個區域的甘蔗成熟期糖分積累速度相較其他區域快，甘蔗成熟期也會相對提前，對于甘蔗的成熟砍收起一定的指導作用。各站點出苗期、分孽期和莖節伸長期的階段降水量均在適宜種植區的水分條件范圍內，且有部分站點出苗期和莖節伸長期的降水條件出現超過適宜種植區水分要求的一半以上，但成熟期的降水量除江州區和寧明縣2個站點低于適宜種植區水分要求外，其他站點均超過適宜種植區水分要求。崇左市轄縣市區近60年甘蔗成熟期干旱發生頻率依次為江州區>憑祥市>大新縣>天等縣>寧明縣>扶綏縣，平均出現頻率為46.3%，江州區、憑祥市、大新縣幾乎每2年出現1次。在4種干旱等級中，除扶綏和寧明縣外，其他各縣市區均以輕旱為主，扶綏縣以中旱為主，寧明縣則輕旱與中旱持平。崇左市甘蔗成熟期干旱發生主要表現在6、14和30年振蕩周期，其中30年的振蕩周期相對偏強，6年的振蕩周期偏弱。

從整體情況來看，崇左市有著優越的自然環境和豐富的熱帶自然資源，很適合種植甘蔗，但崇左市轄縣市區的地勢和地理條件有一定差異，降水條件有所不同，為穩定種植面積，在不斷擴種甘蔗的同時，需有效地結合當地的有利條件，因地制宜，趨利避害，合理開發利用氣候資源，才能促進甘蔗產量的增長。

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收稿日期：2023-01-03

基金項目：貴港市氣象局氣象科研計劃項目（貴氣科2021001）

通訊作者：莫申萍（1980-），女，農藝師，主要從事農業氣象應用和種植技術指導工作，E-mail： mspping@163.com

第一作者：崖偉松（1984-），男，助理農藝師，主要從事甘蔗種植管理與扶持工作，E-mail： 260718203@qq.com