新疆北部晚熟哈密瓜气候条件敏感度分析

王建刚 唐秀 李愚超 李广军 巴合提·斯哈克

摘要 [目的]研究晚熟哈密瓜对气候因子的敏感度，揭示气候条件的影响方式和影响量。[方法]利用新疆北部阿勒泰1998～2013年晚熟哈密瓜引种至大面积种植的调查资料，结合同期气候资料，采用相关系数t检验法，分析计算了64个气候因子，并应用t检验原理，逆向分析气候条件敏感度方法，研究了气候条件的影响方式和影响量。[结果]应用t检验方法筛选出4级（α=0.01、0.05、0.10、0.20）气候因子；对哈密瓜年景影响显著的关键因子有5个，分别是7月平均气温、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm降水日数、6月上旬～8月上旬降水量、7月下旬降水量，其敏感度分别为0.6 ℃、6.7 mm、1.1 d、20.0 mm、5.4 mm。 [结论]生长期的降水量和大降水日数是影响哈密瓜年景的主要因素。

关键词 新疆北部；晚熟哈密瓜；气候条件；敏感度方法；分析检测

中图分类号 S161 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）16-05156-03

阿勒泰是新疆北部的热量条件不足区，年平均气温4.4 ℃，喜温作物种类少，主要种植玉米、黄豆、春小麦等作物。20世纪90年代以来气候变暖显著，1989～2013年平均气温增加0.5 ℃。喜温作物逐渐北移[1-2]，1998年开始阿勒泰引种晚熟型哈密瓜成功，至2013年止，全地区播种面积3.093×103 hm2（包括兵团农场），除青河、吉木乃外，各县市均有种植，阿勒泰市播种面积1.76×103 hm2，平均单产2.82×104～3.15×104 kg/hm2。气候变暖促进了哈密瓜种植北移，但气候变化伴随灾害气候事件增多，导致病虫害流行和果实开裂霉烂，对哈密瓜生产带来较大的波动性。作物气候条件敏感度研究引起广泛关注，以往的研究中采用多元线性相关[3]，分析气候条件对哈密瓜病害的影响，王晓东等提出主要气象因子对作物蒸散的敏感度概念方法[4]。在哈密瓜年景影响分析中，应用敏感度概念，研究病虫害、果实开裂霉烂的气候条件敏感度，这方面未找到完整的相关研究参考资料。杨渡等主要对南疆甜瓜[5-7]和中晚熟甜瓜[8-10]的栽培技术、病害防治进行研究；李建良等研究了甜瓜烂瓜和炭疽病的病虫害防治方法[11-12]；马玲霞等从多年生产经验上总结哈密瓜需要的气候条件[13-15]，但均没有涉及气候条件的敏感度分析。笔者拟利用调查资料和同期气候资料，采用定量分析方法，分析不同气候条件敏感度差异，为晚熟哈密瓜生产决策提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源 根据阿勒泰晚熟哈密瓜引种试验和大面积推广种植的核心区所在地域，从生产基地的土壤、气候、环境、耕作、栽培模式及哈密瓜的生态、病害程度和商品瓜品质等多方面现场调查、考证、专家咨询等方面的工作入手，搜集获得晚熟哈密瓜的品种、耕作栽培、土壤特性、生物学特征、病虫害发生学调查、商品瓜产量质量、哈密瓜生产整体年景等大量的第一手资料，作为研究的基础性资料。

气候数据取自距离哈密瓜生产基地最近的、阿勒泰基准气候站同期的温度、降水、日照、温差、积温等气候资料。气候数据的一般统计依据气象规范[16]处理，活动积温以5 d滑动平均稳定通过期间温度之和的方法计算。

1.2 研究方法

1.2.1 相关系数显著性t检验。 气候条件样本与哈密瓜年景相关系数r显著性t检验。相关系数r与总体相关系数ρ的值域均是-1～1，样本 r的概率密度分布为ρ=0时r的分布左右对称，近似正态，以0为中心左右对称；ρ≠0时r的分布不是正态，r>0时趋向+1的值比趋向-1的值多些。相关系数的显著性t检验方法：假设H0∶ r=0，t=r1-r2n-2、df=n-2，式中，df是自由度，n是序列长度。取置信度水平α，如果t>tα，则拒绝H0，说明所得到的r不是来自ρ=0的总体，或r是显著的；若t

1.2.2 气候条件的敏感度。 气候条件敏感度是表征在统计相关显著基础上，气象条件临界变化值对应目标事件的临界显著相关。为了明确物理意义和方便计算，以气候条件的距平序列为基础，定义气候条件敏感度。由相关系数t检验原理，通过计算分析，可以找到部分气候因素在置信度水平α下显著相关，但不知道气候条件变化多少范围可以导致临界显著性相关。

2 结果与分析

2.1 气候条件与晚熟哈密瓜年景的相关系数t检验 计算分析了温度、日较差、降水量、降水日数以及界限温度下的期间日数、活动积温、降水量、日照等各类气候条件与晚熟哈密瓜年景的相关系数64个。经过相关系数检验达到显著性水平的气候因子，依置信度α值进行分级，结果显示（表1），相关系数t检验显著的气候因子1级（α=0.01）有6上旬>10.0 mm日数（-0.638 5）、6～8月降水量（-0.702 3）、10 ℃间降水量（-0.720 3）、6月中旬～8上旬降水量（-0.753 2）、6月上旬～8月上旬降水量（-0.791 2），1～2级（α=0.05）有6月降水量（-0.524 9）、6月>10.0 mm日数（-0.525 3）、15 ℃間降水量（-0.543 2）、6～8月>5.0 mm日数（-0.544 5）、7月降水量（-0.549 1）、6月上旬>1.0 mm日数（-0.567 1）、6月上旬降水量（-0.574 9）、6～8月>1.0 mm日数（-0.603 4），2～3级（α=0.10）有6月中旬～8月上旬>5.0 mm日数（-0.426 4）、5～8月平均气温（0.445 1）、6月中旬～8月上旬>10.0 mm日数 （-0.446 2）、7月平均气温（0.456 5）、6月上旬>5.0 mm日数（-0.465 1）、7月下旬降水量（-0.466 8）、6月>1.0 mm日数（-0.487 3）、6月>5.0 mm日数（-0.487 7），3～4级（α=0.20）有8月上旬>10.0 mm日数（-0.338 3）、10 ℃间积温（0.340 9）、8月>1.0 mm日数（-0.353 3）、7月>10.0 mm日数（-0.375 0）、7月>1.0 mm日数 （-0.377 5）、6月中旬～8月上旬>1.0 mm日数（-0.394 3）、8月降水量（-0.405 2）、6～8月>10.0 mm日数（-0.406 0）、5月平均气温（0.415 5）。

2.2 气候条件对哈密瓜年景的影响方式分析

2.2.1 生育期。从哈密瓜生育期看，5月中旬～下旬开始播种，8月中旬成熟，播种期和幼苗生长期温度影响显著，7月哈密瓜结实膨大糖度积累关键期对温度要求最敏感。

2.2.2 病害发生规律。从病害发生规律上看，6月上旬是病害发生的关键期，高强度的降水引发病害，可导致病害后期的大规模流行，从瓜苗展藤到成熟期，水分多总是负影响，期间的降水量和降水日数有最高的影响度。

2.2.3 气候条件适应性。从气候条件适应性上看，降水是负相关，高温度、多光照是正相关。降水影响度最大，温度次之，光照最小。说明阿勒泰温度条件总体能够满足要求，7月平均气温、5～8月平均气温在3级水平上有影响，光照在整个生育期均能够满足要求；从1级显著性水平的同一个降水因素考察，主要生育期6月上旬～8月上旬降水量相关系数最大，6～8月降水量、10 ℃间降水量、6月中旬～8月上旬降水量的相关系数很接近，时间跨度大，对于确定关键期比较困难。7月平均日较差与哈密瓜的年景相关系数，通过4级（tα0.2=0.338）显著性检验，但不能简单认为，7月气温日较差与年景有直接的影响。因为从气候条件之间的关系可知，不同气候条件之间也存在因果关系，计算了1998～2013年7月降水量与日较差的相关系数为-0.601，通过2级（tα0.2=0.497）显著性检验，表明7月降水量与日较差关系密切，降水量多，对应的日较差较小。在哈密瓜的商品生产中，日较差对于中心糖度的形成和积累具有重要作用，日较差为15 ℃，中心糖度达13度，当地气候显示在最差和最好的年景中，日较差达13～16 ℃，其中心糖度无显著差异[6]。日较差对于年景的影响，没有直接的贡献。因此，不能将日较差作为一个独立因素参与年景影响度评价体系。

2.2.4 短关键期。从短关键期上考察，6月上旬>10.0 mm日数相关性最强，成为重点关注的关键期和关键因素。其他应该关注的气候因素有6月上旬>1.0 mm日数、6月上旬降水量、7月降水量、6月降水量、6月>10.0 mm日数。

2.3 气候条件的影响模式分析 从1998年引种以来，应用1994年以来20年的气候观测数据，结合哈密瓜种植调查数据，计算了64个不同气候条件在不同生育期时段的相关显著性分析。结果显示，从哈密瓜整个生育期内看，日照时数、温度的日较差总是能够满足哈密瓜的商品生产需求；温度条件在很大程度上能够满足需求，但在不同的生育期产生的影响程度不同，总体影响度水平低于降水的影响。

2.3.1 温度气候条件的影响模式。7月哈密瓜结实膨大、糖度积累关键期对温度要求最敏感，此时降水多还可以导致哈密瓜开裂侵染病害、腐烂，直接影响商品瓜的年景丰度。7月气温是温度条件中影响度最大的因素；5月中～下旬开始播种，5月平均气温低影响出苗和后期的营养生长，严重时造成结实率低、果实小、产量低，导致年景比较差，是温度条件中影响度第二大因素；其他生育期时段温度条件不足以显著影响哈密瓜的收成年景。

2.3.2 降水气候条件的影响模式。哈密瓜一般在6月上旬逐步进入展藤期，标志开始进入营养生长旺期，初期抗病能力低下。此时日平均气温升高至20 ℃以上，最高气温可达30 ℃。霜霉病、白粉病、炭疽病、角斑病等病原微生物进入高活动期。在哈密瓜植株的各种弱态、机械损伤等不良条件下，大风、强降雨致使病原微生物迅速扩散，病害对弱、伤植株侵染，形成病害原发基数。病原微生物按照逻辑斯蒂增长模式，种群在有限资源和空间等条件下面积发生率的动态变化，构建为S型曲线，即对数增长（Logistic Growth），在哈密瓜成熟期发生率达到最大。年度病害的发展基数和其后的气候条件，是病害的持续、快速发展的主要影响因素，是哈密瓜年景形成的重要模式过程。6月上旬，1～5 mm的有效降水能够产生比较严重的病害影响，5～10 mm能够产生严重的病害影响，>10 mm降水产生灾难性的危害。6月中旬至成熟期，較多的降水对病害的持续、快速发展至关重要，比其他气候条件影响更为显著。6月上旬的降水是影响病害的基础性因素，其后的多降水对年景产生叠加影响，其中7月降水量的叠加效应最显著。

2.4 哈密瓜生产对气候条件敏感度分析 气候条件对于年景的影响，在一定置信度水平下，对应的气候条件变化一定范围确定。考虑到增强因子的多样性和代表性，选取晚熟哈密瓜关键期的关键性气候因子5个，α=0.10，依据公式r=1/H（n-2）/t2和逆向计算公式计算α=0.10水平下的气候因子的影响度水平，由表2可见，7月平均气温、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm日数、6月中旬～8月上旬降水量和7月下旬降水量5个关键气候因子的距平敏感度分别为0.6 ℃、6.7 mm、1.1 d、20.0 mm、5.4 mm。这里的气候因素的影响度水平ε是设定在α=0.10置信度下，α增大ε将减小。对于短期项目，由于总量相对较小，导致距平变化的绝对幅度较小，因此ε较小。对于长期项目ε变化量则相反，如6月中旬～8月上旬降水量较7月平均气温超过30倍。

2.5 哈密瓜年景多元回归分析 为更好地反映不同类别气候因子的影响，加入在α=0.20显著水平下的积温因子。共选取7月平均气温（x1）、6月上旬水量（x2）、6月上旬>1.0 mm日数（x3）、6月中旬～8月上旬水量（x4）、7月下旬降水量（x5）、10 ℃间积温（x6）6个气候因子，采用多元回归y=α0+α1x1+α2x2+α3x3+α4x4+α5x5+α6x6分析，得出a0=-57.508、a1=3.952、a2=1.519、a3=-18.369、a4=-0.750、a5=-0.759、a6=0.027，即哈密瓜年景多元回归模型为y=-57.508+3.952x1+1.519x2-18.369x3-0.750x4-0.759x5+0.027x6。复相关系数达R=0.948，高度相关，对1998～2013年的回归拟合情况较好，6年偏高、5年偏低、5年很接近（图1），其中2001、2005年偏差较大，形成的原因与年景的调查评价等级有关。年景的客观评价缺乏定量指标，主观的随意性较大，总体趋势可信。

3 結论与讨论

（1）采用引种的晚熟哈密瓜以气候条件对年景影响的相关度分析方法，通过调查论证，设置64个气候因子，在置信度α=0.01～0.10下，t检验显著相关，找到一些关键的气候因子，如7月平均气温、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm降水日数、6上旬～8月上旬降水量、7月下旬降水量等，这些因子对哈密瓜种植具有重要的影响。对于没有检测到的或需要提高α值才能通过检测的因子，如>10 ℃活动积温、日照、温差等，可以认为此类气候条件对晚熟哈密瓜年景没有显著的影响，也就是说，气候条件能够满足要求。

（2）计算分析了7月平均气温、6月上旬降水量、6月上旬>1.0 mm降水日数、6上旬～8月上旬降水量、7月下旬降水量5个关键气候因子的距平敏感度分别为0.6 ℃、6.7 mm、1.1 d、20.0 mm、5.4 mm，表明这些因子的距平达到敏感度临界值能够对晚熟哈密瓜年景产生显著的影响，对生产实践有积极的指导意义。

（3）对6个关键因子的多元回归分析，复相关系数达R=0.948，高度相关，表明关键因子具有较强的概括能力。从因子对应的哈密瓜生态特性，帮助人们进一步认识了这些气候条件起到关键作用的生物学基础。

（4）提出了气候条件敏感度的概念，探索了以因素的气候距平为对象的敏感度计算分析的方法。为客观科学地分析气候条件变化的敏感阀值提供了思路和方法。对于气候条件敏感度的概念及其计算分析的方法，有待深入改进提高。

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