利用2000-2011年广西4个农业气象试验站的甘蔗旬茎伸长量和气象资料, 分析宿根蔗和新植蔗在气象因子影响下茎伸长的差异。结果表明, 新植蔗和宿根蔗茎生长具有明显差异, 新植蔗茎伸长期茎高明显大于宿根蔗, 进入茎生长期时的茎高本底值较小, 茎总伸长量较大但其伸长期较短。多数气象因子与新植蔗、宿根蔗旬茎伸长量极显著相关( P<0.05), 且对新植蔗的影响大于宿根蔗。对新植蔗、宿根蔗茎伸长起直接正作用的主要因子均为最低气温、相对湿度、最高气温, 起直接负作用的主要因子为平均气温、气压, 积温、降雨量则通过其他气象因子起明显的间接作用。旬茎伸长量对降雨量存在较明显的滞后性, 新植蔗滞后期多为2旬, 宿根蔗多为1旬, 新植蔗对日照时数的响应也存在滞后现象, 两者对温度类气象因子及相对湿度均无滞后。
Sugarcane stalk elongation is the most important factor for the development evaluation and yield estimation, on which meteorological factors have significant effects. Differences between new planting sugarcane and ratooning sugarcane in development and response to meteorological factors need to be analyzed for promoting agricultural production. In this paper, taking new-planting sugarcane and ratooning sugarcane of Guangxi as the research materials, observed sugarcane agronomic data and meteorological information at four agro-meteorological experimental stations from 2000 to 2011 were used to analyze the relationship between stalk elongation and meteorological factors that were precipitation, relative humidity, maximum temperature, minimum temperature, mean temperature, air pressure, and sunshine hours at different stages. The results show that there was an obvious difference between new-planting sugarcane and ratooning sugarcane in stalk height. During the sugarcane stem elongation, compared with ratooning sugarcane, new-planting sugarcane had a higher stalk height with a lower background in most of years, besides, its total stem elongation amount was much more but elongation duration was short. There was a significant correlation between stalk elongation and most meteorological factors in both new-planting sugarcane and ratooning sugarcane. The effect of most meteorological variables was larger in new-planting sugarcane than in ratooning sugarcane. The correlation between new-planting sugarcane and meteorological factors are obviously higher than that of ratoon sugarcane. Minimum temperature, relative humidity and maximum temperature played a direct positive role on stalk elongation in both new-planting sugarcane and ratooning sugarcane, and average temperature and air pressure played a direct negative role, meanwhile, accumulated temperature and rainfall play a significant indirect effect through other meteorological factors. There was a significant lag in the response of stem elongation to rainfall for both new-planting sugarcane and ratooning sugarcane. Compared with ratooning sugarcane, lag of new-planting sugarcane was longer. The total lag time was about 20 days for new-planting sugarcane and 10 days for ratooning sugarcane. There was also a lag in response to sunshine hours for new-planting sugarcane, but no lag to temperature for both sugarcanes.
广西壮族自治区地处中国华南沿海, 位于东经104° 26'~112° 04'和北纬20° 54'~26° 24'之间, 属中亚热带季风气候区, 南部偏向热带季风气候。年平均气温在16.5~23.1℃之间, 各地年降雨量均在1070 mm以上, 大部分地区为1500~2000 mm。区内雨热资源丰富, 利于发展热带和亚热带农业, 是国内最重要的甘蔗主产区和最大的蔗糖生产基地, 2013年广西甘蔗产量占全国66%, 位居全国第一。
广西地处20° 54′ ~26° 24′ N, 104° 26′ ~112° 04′ E, 属亚热带季风气候区, 区内雨热同期, 是我国最大的蔗糖生产基地, 蔗糖产量已连续18年稳居全国首位, 占全国总产量60%以上。区内90%以上甘蔗主要种植在无灌溉条件的旱地、坡地和丘陵山地。新植蔗一般于3月开始播种, 5月进入分蘖期, 6月至10月为茎伸长期, 11月为工艺成熟期。上年甘蔗收获之后, 留在蔗地土中的蔗蔸的芽在适宜的环境条件下萌生出土(称为发株)长成蔗株, 称宿根蔗。广西甘蔗生产中宿根年限多为2~3年, 一般于次年3月中旬开始发株, 6月中旬进入茎伸长期, 10月中下旬进入工艺成熟期。
甘蔗观测资料和气象数据均由广西气象信息中心提供, 包括广西沙塘、宜州、平果和贵港4个农业气象试验站(表1), 是广西中部甘蔗主产区的代表站点, 选用的甘蔗资料品种为台糖系列, 为广西主栽品种, 种植面积约70%。4个试验站甘蔗均以旱地种植, 土壤类型为沙壤土, 肥力中等, 宜州、贵港土壤为微酸性, 沙塘、平果为中性。
气象数据包括4个试验站甘蔗进入茎伸长期当旬及前1~4旬的逐日降雨量、相对湿度、最高气温、最低气温、平均气温、气压、日照时数。
1.3.1 旬茎伸长量
Δ Hn = Hn-H本底 (n = 1); Δ Hn=Hn-Hn-1 (n ≥ 1)
式中, Δ H为茎旬伸长量, Hn为第n旬测量的茎高, H本底为茎高本底值。
1.3.2 气象数据 分别计算甘蔗茎伸长量对应的同旬及前n旬的气象因子统计值, 其中降雨量、日照时数、积温(大于0℃)为求和统计, 其余气象因子为均值统计。如6月上旬的茎伸长量, 其对应的同旬气象因子为6月上旬, 前1旬气象因子为5月下旬, 前2旬为5月中旬, 依次类推。
对比分析台糖系列新植蔗和宿根蔗多年茎高平均值、最小值及最大值(图1)得知: (1)甘蔗茎伸长期茎高平均值新植蔗为189 cm, 宿根蔗为173 cm, 相差约16 cm, 新植蔗在大多数年份均大于宿根蔗。(2)新植蔗和宿根蔗进入茎伸长期时的茎高本底值差别较大, 新植蔗平均约57 cm, 宿根蔗平均约68 cm; 两者停止伸长时的茎高差别也较大, 新植蔗平均约258 cm, 宿根蔗平均约232 cm。(3)两者的茎总伸长量差异明显, 新植蔗为170~255 cm, 平均200 cm, 宿根蔗为74~219 cm, 平均164 cm。(4)两者的茎伸长期也有差别, 新植蔗为13~15旬, 宿根蔗为13~18旬。综上所述, 新植蔗茎伸长期茎高明显大于宿根蔗, 进入茎生长期时的茎高本底值较小, 茎总伸长量较大且其伸长期较短, 两者的茎生长具有较大差异。
表2表明, 新植蔗和宿根蔗旬茎伸长量与降雨量、相对湿度、积温、最高气温、最低气温、平均气温多呈极显著(P< 0.05)正相关, 与气压均呈极显著负相关, 但与日照时数、风速的相关性不显著。积温、最高气温、相对湿度对新植蔗、宿根蔗茎伸长量影响有差异, 三者对新植蔗的影响为积温> 最高气温> 相对湿度, 对宿根蔗影响为相对湿度> 积温> 最高气温。
由于气象因子相互作用, 某些气象因子之间存在较强的相关性, 通径分析结果表明(表3), 对于新植蔗, 各气象因子的直接作用为平均气温> 最低气温> 最高气温> 气压> 相对湿度> 积温> 日照时数> 降雨量, 其中平均气温、气压为负效应, 其余气象因子为正效应。最低气温的直接正效应最大(pc = 1.23), 其次为最高气温(pc = 0.51)、相对湿度(pc = 0.25), 日照时数和降雨量的直接正效应不明显。平均气温的总间接正效应最大(pc = 2.16), 其次为积温(pc = 0.51)、降雨量(pc = 0.32); 各个气象因子均通过最低气温、平均气温、气压起着较强的间接作用。对于宿根蔗, 各气象因子的直接作用为平均气温> 最低气温> 气压> 相对湿度> 最高气温> 日照时数> 积温> 降雨量。其中平均气温、气压为负效应, 其余气象因子为正效应。最低气温的直接正效应最大(pc = 1.12), 其次为相对湿度(pc = 0.26)、最高气温(pc = 0.16)、日照时数(pc = 0.14), 积温和降雨量的直接正效应不明显。平均气温的总间接正效应最大(pc = 1.69), 其次为积温(pc = 0.46)、降雨量(pc = 0.40); 各个气象因子均通过最低气温、平均气温、气压起着较强的间接作用。
* Significant difference at the 0.05 probability level. * * Significant difference at the 0.01 probability level; P: precipitation; R: relative humidity; AT: accumulated temperature; Tmax: maximum temperature; Tmin: minimum temperature; S: sunshine hours; Pa: air pressure; Tmean: mean temperature.
* 表示在0.05水平上差异达显著; * * 表示在0.01水平上差异达显著。P: 降雨量; R: 相对湿度; AT: 为积温; Tmax: 最高气温; Tmin: 最低气温; S: 日照时数; Pa: 气压; Tmean: 平均气温。
作物干物质累积与温度日较差密切相关, 而大气湿度对作物生长的显著影响已得到多方面论证, 总之, 对台糖系列新植蔗、宿根蔗茎伸长起直接正作用的主要因子均为最低气温、相对湿度、最高气温, 对两者起直接负作用的主要因子为平均气温、气压。积温、降雨量对两类甘蔗茎伸长的直接正作用虽然不明显, 但其通过其他气象因子所起的间接作用却较大, 各个气象因子均通过最低气温、平均气温、气压起着较强的间接作用, 各种气象因子对新植蔗的影响稍大于宿根蔗。
2.3.1 水分类气象因子(相对湿度、降雨量)
新植蔗和宿根蔗旬茎伸长量对降雨量存在较明显的滞后性, 对相对湿度的响应基本无滞后(图2)。对于新植蔗, 宜州、平果站的滞后期都为2旬, 相关性最高时期为前1旬(沙塘站无滞后); 对于宿根蔗, 贵港、沙塘站的滞后期均为1旬(宜州站无滞后)。对比分析得知, 前期降雨条件对新植蔗的影响更大, 即新植蔗对降雨的响应更滞后, 但其对水分类气象因子的响应一致性差于宿根蔗。广西甘蔗茎伸长期集中在6月至10月, 而雨季集中在6月至8月, 茎伸长期跨越了整个雨季且在雨季是其茎节的快速伸长期。但由于广西降雨具有相对集中且空间差异大的特点, 雨季过后降雨减少, 极易发生秋旱, 对甘蔗茎生长不利。若雨季降雨充足, 甘蔗在此期间生长旺盛, 大田郁闭度提高, 保水保墒能力和蔗茎的强壮度不断增强, 对后期降水减少或干旱的抵御能力也会增强, 因此, 前期降雨对甘蔗后期生长影响显著。
2.3.2 温度类气象因子(平均气温、积温、最高气温、最低气温)
新植蔗和宿根蔗旬茎伸长量对平均气温、积温、最高气温及最低气温的响应均无滞后性(图2), 但新植蔗对各个温度类气象因子的响应一致性明显优于宿根蔗。广西地区雨热同期, 雨季(6月至8月)发生在夏季, 是全年热量资源最丰富的时段, 也是蔗茎生长最迅速的时期。进入茎伸长期后, 作为光合能力强、大田生物量最高的C4作物, 甘蔗对热量资源的利用非常充分和及时。同时可能由于广西地区夏季昼夜温差小, 逐日温度变化不大导致新植蔗和宿根蔗对温度响应无滞后。
2.3.3 其他气象因子(日照时数、气压)
新植蔗和宿根蔗旬茎伸长量对日照时数的响应均无明显滞后, 且新植蔗各站点响应一致性略优于宿根蔗; 两者对气压的响应无滞后且较一致(图3)。类似于温度类气候因子, 由于甘蔗的光合作用能力较强, 其对日照时数的响应无滞后, 但由于夏季云雨天气较多且空间分布差异大, 各个站点甘蔗茎生长对日照时数的响应差异较大。而气压对蔗茎生长的作用是间接的, 即通过影响其他气象因子而起作用, 此外, 气压的变幅较小, 因此各个站点与气压响应一致性较好。
广西是我国最大的甘蔗生产基地, 区内90%以上的原料蔗种植在无灌溉条件、耕作层比较浅薄的旱地, 其产量和糖分高低除受品种、施肥水平和耕作技术影响外, 极大程度上受气象条件的制约。现有的对气象因子与甘蔗茎生长的影响多集中在新植蔗上。
气象因子与新植蔗、宿根蔗旬茎伸长量多呈极显著相关, 且对新植蔗的影响大于宿根蔗。对新植蔗、宿根蔗茎伸长起直接正作用的主要因子均为最低气温、相对湿度、最高气温, 起直接负作用的主要因子为平均气温、气压, 积温、降雨量通过其他气象因子起明显的间接作用。新植蔗和宿根蔗旬茎伸长量对降雨量均存在较明显的滞后性, 新植蔗对日照时数的响应也存在滞后现象, 两者对温度类气象因子及相对湿度均无滞后。
The authors have declared that no competing interests exist.