温度和降水变化与甘蔗产量的关系分析

付建涛　孙东磊　陈立君　卢颖琳　赵欢欢　戴思行　龚恒亮　安玉兴

摘 要 作物生境对产量和质量具有根本性的影响，温度和降水是非生物逆境胁迫中最重要的两大因素。本研究利用1990～2015年广东、广西和云南气象资料和国家统计局甘蔗单位面积产量数据，采用一阶差分法和一元线性回归分析的方法，研究了全国甘蔗单位面积产量与降水和温度变化之间的关系，从而评价甘蔗产量中的气候效应。研究结果明：1990～2015年以来，广西、广东和云南年平均气温呈上升趋势，不同的区域表现略有不同；3省份年降水量表现也不一致，云南省年降水量呈下降趋势。我国甘蔗平均产量变化与3省份内平均温度变化和降水量变化之间，具有线性正相关关系。与基准年份1990年相比，温度对甘蔗产量影响较显著。本文对蔗区甘蔗生产的主要气象因子（温度和降水）进行了分析，并探讨了温度和降水变化对甘蔗产量的影响程度，旨在为甘蔗生产管理提供科学指导。

关键词 温度 ；降水 ；甘蔗产量

中图分类号 S162 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.06.004

Relationship Analysis of the Temperature and Precipitation

with the Yield of Sugarcane

FU Jiantao SUN Donglei CHEN Lijun LU Yinglin

ZHAO Huanhuan DAI Sixing GONG Hengliang AN Yuxing

（Guangdong Bioengineering Institute/Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute / Guangdong

Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery， Guangzhou， Guangdong 510316）

Abstract The crop habitat fundamentally affects the yield and quality of a crop. Temperature and precipitation are two of the most important factors in abiotic stress for a crop. According to the meteorological data of Guangdong， Guangxi and Yunnan during 1990 - 2015 and the data of sugarcane yield， the first difference method and univariate linear regression analysis method were used to analyze the correlation of sugarcane yield with the change of temperature and precipitation to assess the climatic effect on sugarcane yield. The results showed that the annual average temperature was rising from 1990 - 2015 in Guangdong， Guangxi and Yunnan， with a slight regional difference. The annual precipitation was different in the three provinces， and tended to decline in Yunnan. The sugarcane average yield showed a linear positive correlation with the change of average temperature and precipitation in the 3 provinces. Compared with the benchmark year 1990， the temperature had an obvious effect on sugarcane yield. The main meteorological factors， i.e. temperature and precipitation， affecting sugarcane production were analyzed and their effect on the sugarcane yield was discussed in order to provide scientific guidance for sugarcane production.

Keywords temperature ； precipitation ； sugarcane yield

作物与环境的关系一直是科学研究的热点。近年来，气候变化已成为当前最重要的环境问题之一。农业生产很容易受气候变化的影响，全球气候变化导致干旱、缺水、海平面上升、洪水泛滥、热浪及气温剧变，这些都会使世界各地的农业生产受到严重影响[1]。温度和降雨量作为影响农作物最重要的两大因素，一直受到各界的关注。温度和湿度是影响作物产量的2个主要环境因素，也是非生物胁迫中最重要的气象因子。干旱作为最主要的胁迫因素，发生频率高，危害面积广，造成损失重[2]。

我国是世界上种植甘蔗面积第三大国家。广东、广西和云南地区是我国甘蔗的主产区。食糖是关系国计民生的重要战略物资，糖业发展事关国家食糖供应安全大局，而甘蔗生产又对糖业发展起到决定性作用。甘蔗作为我国主要的糖料作物，种植面积占我国糖料作物种植面积的85%以上，产糖量占食糖总产的90%以上。甘蔗作为喜温植物，温度对其生长发育的影响巨大，低温下甘蔗组织结构会遭到破坏，影响蔗糖的累积，温度升高则有利于糖分的积累[3-4]。我国甘蔗种植面积正不断减少，呈現出向高海拔、土壤贫瘠等生产条件差的地方转移的趋势，因此遭受的逆境胁迫程度日益加深。

研究非生物胁迫对甘蔗产量的影响对我国的食糖安全具有重要的意义。一直以来，科学工作者对甘蔗干旱和低温胁迫做了大量的研究，主要集中在甘蔗生理对胁迫的响应[5-9]，宏观的温度和降水对甘蔗产量变化的影响研究较少。谭宗琨等[10]研究了云南气候对甘蔗产量和蔗糖分的影响，结果表明，温度和降水对甘蔗产量影响明显。罗晟昇等[11]研究表明，温度对甘蔗生长影响较小，而降雨量对甘蔗的出苗率、发株率、分蘖率和糖分均具有不同程度的影响。近年来，国内外学者围绕气候变化对甘蔗的影响也开展了一些研究。谢平等[4]对近44年徐闻气候因子的趋势性、阶段性和周期性进行分析，结果表明，夏季的平均温度显著增加，对甘蔗产量的提高有利。古丽等[12]研究了1980～2007年南宁蔗区甘蔗产量变化与气象条件的关系，指出甘蔗生长期内相对湿度较低时将导致甘蔗减产，相对湿度较大时则有利于甘蔗增产。郭晋川等[13]发现降雨量、气温和日照的增加有利于广西糖料蔗产量的提高。根据张蕾等[14]的研究结果，虫害发生面积与平均温度、平均降水强度呈显著正相关。黄敏堂等[15]和杨友军等[16]也研究了甘蔗害虫发生的特点，认为气候是影响虫害发生的重要原因之一，虫害的发生也会影响甘蔗的最终产量和质量。作者结合国内气候变化对甘蔗产量的研究，发现研究区域多集中在单一省市区域，缺乏多省市数据参考。为此，作者收集了广东、广西和云南3个省份的1990～2015年的降水和平均温度资料，探讨生态气候因子和产量的关系。本文研究气候变化特征及甘蔗产量的波动情况，为充分合理利用气候资源，指导甘蔗生产，增强甘蔗对气候变化的适应性提供参考。

1 研究方法

1.1 数据收集

我国甘蔗主产区包括研究区域广东、广西、云南和海南省，本文的研究区域是除海南之外的3省（因海南与另外3省气候差异太大）。气象数据来自于广东、广西及云南气象局各省份年度气象年鉴，历年全国甘蔗单位面积产量来自于国家统计局2016年统计年鉴[17]。

1.2 数据分析

采用一阶差分法（即上一年与下一年数值之差）来消除产量和气候时间序列中的趋势效应。然后分别建立产量的变化量ΔY与各气候因子变化量ΔXj（j=1、2，1和2分别表平均气温和降水量）之间的线性回归方程，来分析甘蔗产量对各气候因子变化的反应。计算公式如下：

ΔYi=αΔXj+ε

式中α为单因子回归方程一次项系数；ε为单因子回归方程常数项。

2 结果与分析

2.1 1990～2015年我国甘蔗单位面积产量的变化

产量是由农业生产技术水平、社会因素和气象条件等共同影响的结果，进行年际间的一元线性回归分析甘蔗单产年际变化。图1给出了1990～2015年我国甘蔗单位面积产量的时间变化曲线。由图可见，近25年来甘蔗单位面积产量呈波动上升趋势。随着农业生产技术的提高，甘蔗单产不断增加。单产与年份成线性关系：y=653.25x+54 847（R2=0.813），平均每年提高653.5 kg/hm2。实际产量在某些年份出现的波动即增产或减产，主要受非生物胁迫的影响。

2.2 1990～2015年广东、广西和云南省降水和平均温度的变化

分别计算出3个省份的各年的气象指标平均值，通过简单一元线性模型分别对1990～2015年分析区域内的温度和降水量变化趋势进行拟合分析。得出1990～2015年广东、广西和云南的年平均温度和年降水量变化趋势如图2所示。从年平均温度变化趋势来看（图2-A），广东平均温度最高，广西次之，云南最低，分别约为22.1、20.9、16.9℃，广西广东2省间年平均温度差距较小。从3个省份单独来看，3省份各自年平均温度都呈上升趋势，云南、广西和广东上升幅度分别为0.442、0.202和0.218℃/10 a，与全国气温变化基本保持一致[18]，3省份总平均温度上升幅度为0.287℃/10 a。综上可见，1990～2015年我国甘蔗种植区域内，温度上升趋势较明显。从年降水量来看（图2-B），广东省年降水量最大，云南最少，广东年平均降水量1 798.75 mm，广西和云南年平均降水量分别为1 589.59 和1 074.40 mm；从变化趋势上来看，云南省年平均降水量呈下降趋势，年降水量的线性倾向率为-70.099 mm/10 a，下降趋势明显；广东和广西2省年际间平均降水量波动较大，但变化趋势不明显。3省份降水量比较可知，广东年降水量最多，云南最少。根据3省份平均降水量趋势线和线性关系可以看出，3省份平均降水量变化趋势不明显，年际间变化幅度也较大。

2.3 温度和降水对甘蔗单产的影响

甘蔗的产量受到温度和降水等多种环境因素的影响。为了探讨甘蔗单产与温度和降水之间的关系。利用一阶差分法，构建了3省份平均温度和平均降水量的变化与全国甘蔗单位产量变化ΔY的关系，从3省份区域上来看，两者之间的关系如图3 所示。由图可见，1990～2015年全国甘蔗单产与温度和降水量呈正相关，说明平均温度、平均降水量的上升均会引起甘蔗产量的上升，温度每上升1 ℃，单产增加2 401.4 kg/hm2，其中温度变化对甘蔗单产的影响较为显著，而降水对甘蔗单产的影响较小。

3 讨论

以温度升高为主要特征的全球气候变化已得到各界学者的公认。广东、广西和云南作为我国甘蔗主产区，气候也在发生显著的变化[19]。气候的主要要素是温度和降水，降水又受到温度的响应，因此温度的变化才是气候变化的本质[20]。本文研究发现，广东、广西以及云南3省气温也呈逐年上升趋势，年度平均降水量的变化较小，但是3省年降水量平均值呈轻微下降趋势，这说明未来我国甘蔗生产区的地表温度将呈升高趋势，降水量表现也可能不同。温度和降水变化对甘蔗的影响是多方面的。一般来说，温度和降水两者的共同作用将会不同比例地影响作物生长和产量[21]。根据本文的分析结果，温度的升高和降水的增多对甘蔗单产的提高都有有利的影响，升温对甘蔗生产的影响更为显著，甘蔗产量与降水量之间的相关性也表明，在干旱少雨的年份甘蔗减产，往往使得生产遭受巨大的损失。根据此结论及结合云南蔗区年降水量下降的变化趋势，云南蔗区应多关注蔗田干旱情况，合理利用降水资源，科学安排甘蔗的田間灌溉和人工增雨作业；另外，温度变化还可能造成甘蔗种植区域以及种植面积的变化。

最后，本文分析了年度平均温度和降水对甘蔗产量的影响，但是温度和降水等在年度间也可能呈现不均匀分布，例如，某一月份特别干旱，但是另外一月份降水较多，而且极端天气的变化对农田生态系统的影响可能更大，这对作物产量的影响往往超过了平均变化所带来的影响[22]，这些都有待于今后进一步研究。

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