气候变化对云南耿马甘蔗生长发育的影响

钟楚，周臣，李金惠，陈绍华，鲁正刚

（1.云南省农业气象与卫星遥感应用中心，昆明650034；2.云南省临沧市耿马县气象局，耿马677500）

调查研究

气候变化对云南耿马甘蔗生长发育的影响

钟楚1，周臣2，李金惠2，陈绍华2，鲁正刚2

（1.云南省农业气象与卫星遥感应用中心，昆明650034；2.云南省临沧市耿马县气象局，耿马677500）

以耿马县1984—2006年甘蔗和同期气象观测资料，分析了甘蔗生长发育的变化，以及气候变化对甘蔗生长发育的影响。结果表明，播种—发芽期积温和日照时数与发育天数有较强的正相关关系，其次是降水量，平均气温的升高则对成熟后的茎鲜重有一定的负影响。发芽—茎伸长期气温升高缩短了发育天数，并降低了茎高，积温对发育天数有较强的正效应。茎伸长—茎成熟期积温和日照对发育天数的正影响较大，而随着降水量的下降，茎高和茎鲜重均下降。整个生育期积温和日照对甘蔗发育的正作用较大，而气温的负作用较大。在气候暖干化加剧的背景下，应提高甘蔗栽培和管理水平，加强抗性品种的选育工作和抗旱保墑措施。

甘蔗；气候变化；生长发育

耿马傣族佤族自治县地处云南西南边陲，位于东经98°48'～99°54'，北纬23°20'～24°02'，属热带和亚热带低纬季风气候，年平均气温19.0℃，降水量1342 mm，日照时数2208 h，平均相对湿度70%以上，干湿季分明，雨热同季，有利于发展热带和亚热带农业。耿马是云南最大的植蔗县和最重要的蔗糖基地，也是2008—2015年国家甘蔗优势产业布局规划重点县，全县43.8%的财政收入来源于蔗糖产业，甘蔗种植惠及2.2万农户10万余蔗农，2008/2009年榨季甘蔗种植面积2.8万hm2，产糖16.8万t。

自工业革命以来，全球气候发生了巨大变化，如气温升高、干旱加剧、海平面上升等。研究表明[1]，云南省在近半个多世纪以来气候发生了明显变化，尤其是20世纪80年代开始，气温增加明显，而以90年代之后升温更加剧烈。环境因子对甘蔗质量的影响已有一些报道[2]，欧钊荣等[3]和陈恩波[4]分别对海南和云南玉溪历年甘蔗气象条件和产量进行了分析，谭宗琨等[5]也对广西寒害冻害对甘蔗影响的机理及环境因素进行了分析，但气象因子对甘蔗生长发育的影响研究较少[6]。文章利用耿马县近20多年的甘蔗和气象观测资料，分析了气候变暖背景下，甘蔗的生长发育期以及相应时期的平均气温、积温、降水量和日照时数等的变化，并分析了甘蔗生长发育与气候变化的关系。其结果对认识耿马气候变化对甘蔗的影响，为当地制定气候变化背景下甘蔗的生产措施具有一定的科学意义。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

数据来源于云南省临沧市耿马傣族佤族自治县气象局，包括1984—2006年新植甘蔗的生育期、茎高、茎鲜重等的农业气象观测资料和相应时期地面气象站的气象观测资料。气象站位于99°24′E，23°33′N，海拔1104.9 m。每年的甘蔗观测地不固定，在气象站周边3 km内农户甘蔗地中进行观测，海拔高度与气象站相差小于100m，气象站观测的气象数据可以代表观测地情况。

将甘蔗发育期分为播种期、出芽期、分叶期、茎伸长期和茎成熟期5个主要时期。由于分叶期部分数据缺测，因此以出芽期、茎伸长期和茎成熟期作为主要分析时期。甘蔗生育期数据主要包括播种日期和各生育期之间间隔天数，茎高分别测定茎伸长期末和茎成熟期末茎的长度（贴地面处至最上一片展开叶片的基部之间的长度，cm），单茎鲜重为砍后茎的鲜重量（g），相应时期的气象资料主要有各生育期平均气温、总积温、降水量、降水日数和日照时数等。

1.2 数据分析

数据分析在Microsoft Excel 2003和DPS v7.05 for Windows数据处理系统中进行。

2 结果与分析

2.1 耿马基本气候特征

2.1.1 平均气温状况耿马月平均气温在5—9月较高且相对稳定（图1），最冷月在1月，平均气温为12.2℃；最热月在6月，平均气温23.5℃。1、4、7和10月平均气温分别为12.2、21.3、23.2和20.0℃，表明耿马四季不分明。耿马年平均气温19.1℃，秋、冬季平均气温较低，分别为19.4和13.0℃，春、夏季分别为20.8和23.3℃。平均气温标准差冬季最大，春、秋季次之，夏季最小，与我国大部分地区月平均气温的变化一致。与云南省整体气候特征一样，耿马干、雨季特点明显。干季平均气温15.7℃，雨季平均气温为22.5℃，干季平均气温标准差明显大于雨季。

2.1.2 气候变化特征如图2所示，1959—2010年耿马年平均气温大致经历了两个暖期和1个冷期。第一个暖期持续时间较短，出现在60年代，有6年平均气温距平≥0℃（0.0～0.2℃），此期间最冷年份的气温距平为0.4℃。气温在60—70年代下降，70—80年代为冷期，气温距平-1～0℃，1971年最冷（-1℃），其次为1976年（-0.8℃）。80年代气温开始上升，耿马从90年代开始进入第二个暖期，持续时间较长，气温上升趋势明显，气温距平为0.0～1.3℃，以2005年和2010年最高，分别为1.3℃和1.2℃。

2.2 历年甘蔗生长发育变化

历年甘蔗普遍（≥50%植株）进入各生育期的日期见表2。可以看出，甘蔗播种期呈延后趋势，1984—1993年播种期为1月下旬至3月中旬，而1994年以后绝大多数年份的播种期在3月下旬至5月上旬（2001年和2002年除外）。发芽期和分叶期也相应推后，但茎伸长期和茎成熟期变化不大。对各生育期之间的间隔天数分析表明（图3），播种—发芽期间隔天数先下降后上升，在1992—1999年间隔天数较少，仅30～53d，其它年份该生育期的间隔天数为33～90d。发芽—茎伸长期的间隔天数呈下降变化，以90年代中期以后变化明显。茎伸长—茎成熟期的间隔天数变化不大，在147～211d之间波动。甘蔗整个生育期（从播种至茎成熟期）天数呈略下降趋势。

图1 耿马1959—2009年月平均气温变化

表1 耿马1959—2009年季度及年平均气温

图2 耿马1959—2010年年平均气温距平变化

表2 历年甘蔗各生育期日期

图3 历年甘蔗各生育期间隔天数

图4 历年甘蔗各生育期茎高和茎鲜重

图5 历年甘蔗各生育期平均气温

图6 历年甘蔗各生育期积温

图7 历年甘蔗各生育期降水量

茎伸长期和茎成熟期甘蔗茎高以及成熟后茎鲜重呈下降趋势（图4）。茎伸长期茎高在1984—1999年波动变化较平稳，从2000年开始出现持续下降。茎成熟期茎高则在1984—1996年波动变化平稳，从1997年开始下降明显。茎鲜重在1985年、1987年和1988年较高，1989—1997年下降明显，但1998—2006年较稳定，在666～826 g之间。从1996年开始，茎鲜重与茎成熟期茎高变化一致。

2.3 历年甘蔗生育期气候变化

2.3.1 平均气温和积温发芽—茎伸长期和茎伸长—茎成熟期平均气温变化不大，有较弱的上升趋势，但播种—发芽期平均气温上升变化明显，尤以1994年后气温增加明显（图5）。甘蔗整个生育期（播种—茎成熟，下同）气温变化不大，与茎伸长—茎成熟期平均气温变化相似。

播种—发芽期积温呈先下降后上升的变化，低值在90年代，从90年代中后期开始逐渐上升，进入21世纪以后上升更加明显（图6）。发芽—茎伸长期积温下降趋势明显（R=0.6382**），90年代中期以前波动较大，为1006.9～2413.6℃，而90年代中期以后变化较小，在1000～1500℃左右。茎伸长—茎成熟期积温变化较小，大致在3300±400℃附近波动，2005年积温最高，达4731.7℃。整个生育期总积温在80—90年代略呈下降变化，但进入21世纪后有所上升。

2.3.2 降水量与降水日数各生育期降水量和降水日数的变化基本一致（图7和图8）。播种—发芽期降水量和降水日数呈上升变化，发芽—茎伸长期在1984—1996年变化较大，降水量最少0.0 mm（1992年），最大达819.3 mm（1988年），降水日数最少0d，最多74d。1997年以后则降水量和降水日数都变化较小，其中降水量167.7～616.0 mm，降水日数10～57d。茎伸长—茎成熟期降水量和降水日数呈下降趋势，其中降水量在1992年后降低明显，降水日数在1996年之前减少较大，但之后变化较小。整个生育期降水量最低884.0 mm，最高达1747.5 mm，总体略呈下降趋势。

2.3.3 日照时数播种—发芽期和发芽—茎伸长期日照时数先下降后上升，播种—发芽期日照时数在80—90年代下降明显，90年代后期开始增加，发芽—茎伸长期则在90年代中期较低，90年代后期开始与播种—发芽期变化相似，日照时数呈上升趋势（图9）。茎伸长—茎成熟期日照时数则波动变化不大。整个生育期日照时数变化较小，略有下降趋势。最低日照时数1207.4 h，最大为2116.2 h。

2.4 气候变化与甘蔗生长发育的关系

如表3所示，播种—发芽期间隔天数与该时段积温和日照时数极显著正相关，与降水量显著正相关。发芽—茎伸长期间隔天数与该时段平均气温呈显著负相关，而与积温呈极显著正相关。茎伸长—茎成熟期间隔天数与该时段积温和日照时数呈极显著正相关。播种—茎成熟的整个生育期间隔天数与整个生育期的平均气温呈显著负相关，而与积温和日照时数极显著正相关。

茎伸长期茎高与发芽—茎伸长期平均气温、降水量和日照时数均呈负相关，其中与平均气温负相关显著，而与积温呈不显著的正相关。茎成熟期茎高与茎伸长—茎成熟期平均气温、积温、降水量呈正相关，与日照时数呈负相关，其中与降水量相关显著。单茎鲜重与播种—发芽期平均气温呈显著负相关，与茎伸长—茎成熟期降水量呈极显著正相关。

图8 历年甘蔗各生育期降水日数

图9 历年甘蔗各生育期日照时数

表3 各发育期气候与甘蔗生长发育的相关性

3 小结与讨论

3.1 气温变化对甘蔗生长的影响

气温是影响甘蔗生长的首要因素，对甘蔗有效伸长期的长短起主导作用[7]。分析表明，播种—发芽期平均气温、发芽—茎伸长期平均气温以及整个生育期平均气温分别与甘蔗茎鲜重、发芽—茎伸长期的间隔天数和茎伸长期茎长以及整个生育期的长度呈显著负相关，说明近年来平均气温的上升对甘蔗的生长发育进程有促进作用，尤其是缩短了发芽—茎伸长期的间隔天数，不利于茎的伸长，对后期物质的积累也有潜在的不利影响。

积温是影响甘蔗生长和产量的一个关键因子。各生育期阶段和整个生育期积温对甘蔗的生长发育进程都有极显著的影响，表现为随积温的增加或减少，生育期间隔天数也增加或减少。如图3和图6所示，各生育期间隔天数与积温具有相似的变化。

3.2 降水变化对甘蔗生长的影响

甘蔗在不同时期对水分的需求不同，干旱明显降低甘蔗茎的生长和鲜重[8]。分析结果表明，降水量在播种—发芽期和茎伸长—茎成熟期对甘蔗的生长有显著影响。播种—发芽期正值耿马雨季来临之前，此时甘蔗所需的水分占整个生育期需水量的比例最小，而随着该时期降水量的逐渐增加，对甘蔗的发育进程的影响也越来越大。但由于气温对茎伸长期甘蔗生长的调控作用非常明显，因此，整个生育期降水对甘蔗生长的影响相对较小。茎伸长—茎成熟期降水量主要对茎高和茎鲜重有显著影响。茎成熟期正值耿马雨季末期和干季中期，干季降水量仅有全年降水量的20%左右，容易发生干旱灾害。随着茎成熟期降水量的下降，茎高和茎鲜重下降明显。茎伸长期和茎成熟期是甘蔗物质同化和转化的重要时期，由于茎伸长期气温上升对茎生长已产生了不利影响，因此，茎成熟期降水量的下降必然进一步将这种不利影响放大，最终影响茎的鲜重。

3.3 日照变化对甘蔗生长的影响

日照时数对播种—发芽期、茎伸长—茎成熟期和整个生育期甘蔗的生育进程有极显著的调控作用。80—90年代日照时数减少，甘蔗发育间隔天数亦下降，近年来发育间隔天数又随日照时数的增加而增加，二者变化一致。茎伸长—茎成熟期日照时数和甘蔗生育期间隔天数在1984—1989年、1994—2003年之间变化也相似。日照时数的增加，可延长甘蔗进行光合作用的时间，提高碳水化合物的制造、贮存和输送。但从分析结果可以看出，日照时数对茎高、茎鲜重均没有显著影响，可能气温、降水对甘蔗影响掩盖了日照对甘蔗的作用。

从以上分析可以看出，近20多年来耿马县气候变化明显，并已对甘蔗的生长发育产生了显著影响。同时可以看出，甘蔗各发育时期的主导气候影响因子不同。在播种—发芽期，积温和日照时数对发育天数有较大影响，其次是降水量，平均气温则对茎成熟后的鲜重有一定的影响。发芽—茎伸长期则气温对发育天数和茎高的负作用最大，积温对发育天数有较大的正效应。茎伸长—茎成熟期积温和日照时数对发育天数影响较大，降水则主要影响茎的生长和鲜重。整个生育期积温和日照时数的正作用较大，气温的负作用较大。各生育期内气象因子之间的关系亦较复杂，因此有必要进一步通过设置试验来进行深入研究。

根据耿马气候的变化趋势及气象因子与甘蔗生长发育之间的关系可以推测，若未来气温持续升高，将可能缩短甘蔗的生育期，尤其是茎伸长期。茎成熟期若干旱（冬春旱）加剧，则会影响甘蔗的生长和物质的积累，可能造成甘蔗的减产，并对来年甘蔗的生长产生不利影响。因此，在未来甘蔗生产中，应提高栽培管理水平，加强抗性品种的选育工作和抗旱保墑措施。

[1]程建刚，解明恩.近50年云南区域气候变化特征分析[J].地理科学进展，2008，27（5）：19-26.

[2]刘子凡，杨福孙.环境因子对甘蔗质量的影响及对策[J].华南热带农业大学学报，2003，9（3）：21-26.

[3]欧钊荣，谭宗琨，陈汇林，等.影响海南省甘蔗产量的气象条件分析研究[J].安徽农业科学，2008，36（13）：5366-5367，5470.

[4]陈恩波.影响云南省玉溪市甘蔗产量的气象条件[J].安徽农业科学，2007，35（25）：7731-7732，7760.

[5]谭宗琨，丁美花，杨鑫，等.利用MODIS监测2008年初广西甘蔗的寒害冻害[J].气象，2010，36（4）：116-119.

[6]吴炫柯，刘永裕，刘梅.气象因子对甘蔗茎伸长的影响[J].气象，2008，34（6）：116-118.

[7]关志明.甘蔗产量与大伸长期气象要素的统计分析[J].甘蔗糖业，1984（9）：49-52.

[8]陆国盈，韩世健，杨培忠，等.甘蔗伸长中后期干旱胁迫对产量和工艺品质的影响效应[J].广西蔗糖，2002（4）：3-7.

Effects of Climate Change on Growth and Development of Sugarcane in Gengma，Yunnan Province

ZHONG Chu1，ZHOU Chen2，LI Jin-hui2，CHEN Shao-hua2，LU Zheng-gang2
（1.Agricultural Meteorology&Remote Sensing Application Center of Yunnan Province，Kunming 650034，China；2.Gengma Meteorological Bureau of Lincang，Yunnan Province，Lincang 677500，China）

The effects of climate change on sugarcane growth and development were analyzed by using the sugarcane and meteorological observation data in the same season from 1984 to 2006，in Gengma County，Yunnan Province.The results showed that there was a significant positive relationship between three factors（cumulative temperature，sunshine hour and rainfall）and developmental days from seeding to germination period of sugarcane，but as increasing temperature a negatively influence on fresh weight of sugarcane stalks after maturation.Increased temperature shortened developmental days and decreased sugarcane stalks height in stalk elongation period.The cumulative temperature may positively effect on developmental days.Both cumulative temperature and sunshine hour were positive correlated with developmental days，whereas，as rainfalls dropped，both stalk height and stalk fresh weight were decreased in maturation period.In the whole development period of sugarcane，cumulative temperature and sunshine hour were positive，but temperature was a negative correlativity to sugarcane development.The results suggested that under the globe climate warming，sugarcane cultivation and management levels should be improved and breeding of resistant variety and drought-relief measures were also needed.

sugarcane；climate change；growth and development

S566.1；S16

A

1007-2624（2011）03-0038-05

2011-02-22

钟楚（1985-），男，湖南省郴州市人，助理工程师，硕士，主要从事农业气象与气候变化研究。