隆回烟区烤烟生育期气温及降水特征分析

程昌合，陈 颐，江智敏，刘光辉，姚雪梅，杨虹琦，粟阳萌

（1. 浙江中烟工业有限责任公司，浙江 杭州310009；2. 湖南农业大学生物科技学院 烟草科学与健康重点实验室，湖南 长沙410128；3. 湖南省烟草公司邵阳市公司，湖南 邵阳422000）

在全球气候变化大趋势下，我国各地气候变化有明显的地区性差异，且不同类型气候区的气候变化存在明显的空间和时间的差异[1-2]。烟草是适应性很强的经济作物，但其对生态条件的变化十分敏感，生态环境的变化不仅影响烟草的形态特征和农艺性状，而且还直接影响烟叶的产质量，邱雪柏等[3]利用气候倾向率和累积距平率对遵义县1961～2011年的气温和降水量进行研究，结果表明遵义烟区6～8月温度适宜，月均降雨量能满足烤烟需求，而9月中旬气温低于烤烟生长适宜温度，不利于烤烟成熟期干物质的合成和积累。朱显灵等[4]研究表明，三明烟区1～7月的月平均气温基本上维持在17～19 ℃，平均降水量为150～210 mm，均比较适宜于烤烟生产。但未见针对烤烟产区各生育期气温和降水等农业气候特征及变化规律的研究报道。

隆回县位于湖南省西南部，地处亚热带季风湿润气候带，四季分明，是湖南省烤烟的主产区之一，其特有的气候条件对烤烟品质的形成至关重要，尤其是烤烟大田生育期的气温和降水量，对烟叶品质有较大影响。由于烟叶是烟株感受外界环境的主要器官之一，因而对环境变化的反应十分敏感，各生育期的气候变化必然对烤烟的外观及感官评吸产生一定影响[5-6]。为了探索隆回烟区烤烟不同生育期的农业气候特征及其变化规律，以隆回县近30 a 的气温和降水量气象资料为例，采用时间序列分析法中的线性回归分析和Pettitt 突变检测，分析隆回烟区烤烟不同生育期气温和降水量的特征，包括气候倾向率和突变分析，为该烟区的气候变化检测以及烟叶可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

隆回烟区位于湖南省中部稍偏西南，地理坐标为东经110°15′～110°38′，北纬27°～27°40′。地处中亚热带季风性湿润气候区，四季分明、气候温和、雨量集中，多年平均气温11～17 ℃，年平均无霜期281.2 d，多年平均降水量1 427.5 mm。

1.2 气象资料来源

研究所用的气象资料（1981～2013年的逐日平均气温和逐日平均降水量）由隆回县气象局提供。将气象资料按照烤烟苗期（播种至移栽）、伸根期（移栽至团棵）、旺长期（团棵至现蕾）、成熟期（打顶至采收）的时间划分为4个阶段进行农业气候特征分析。隆回烟区苗期大致在每年12月下旬到次年3月中旬，伸根期大致在每年3月下旬到4月中旬，旺长期大致在每年4月下旬到5月中旬，成熟期大致在每年5月下旬到7月中旬，烟叶大田生育期约120 d，其中伸根期30 d，旺长期30 d，成熟期60 d。

1.3 分析方法

1.3.1 气候倾向率 在气象学中，可以用气象要素的时间序列与自然数数列之间的相关系数，来反映要素的长期倾向性变化，可以建立y 与ti 之间的一元线性回归方程[7-8]：

式中：y（t）为气象要素的拟合值，t 为时间序列；回归系数a 和常量b 用最小二乘法估计，气象倾向率为a×10，其含义为气象要素每10年的变化速率。若气候倾向率大于零，说明该气象要素随时间t 的增加呈上升趋势；气候倾向率大于零，说明随时间的增加呈下降趋势。

1.3.2 Pettitt 突变点检测 气候突变是气候运动渐变过程的中断，是从一个相对稳定态到另一相对稳定态的不连续跳跃现象，表现在时空上就是统计特性显著变化[9]。研究采用Pettitt 法对气温和降水进行突变检测[10]。

对于样本容量为n 的气候序列x1，x2，…，xn，其对应的秩序列为r1，r2，…，rn，则构建统计量：

其中，Sk为检验结果，如果在某年出现突变，则：

其中，E 为出现突变的年份。

2 结果与分析

2.1 隆回烟区烤烟生育期年平均气温变化趋势分析

隆回烟区各生育期平均气温变化趋势如图1 所示。1981～2013年间隆回烟区在烤烟苗期、伸根期、旺长期和成熟期的气温变化范围分别为5.71～10.75 ℃、13.90～18.26 ℃、18.05～22.85 ℃和24.53～27.01 ℃，平均（指该生育期时间段的统计结果，下同）气温分别为7.88℃、16.08℃、20.59℃和25.78℃。由此可见，隆回烟区从12月份底到次年3月中旬的苗期段均温远远低于15℃。前人众多研究表明，烟草地上部分生长最适温度范围为22～28℃；烟草苗期温度降至1～2℃将导致幼苗死亡，10～13℃时烟苗基本停止生长[11]。因此，苗期低温是隆回烟区烟叶生长发育影响最大的制约因素，将导致育苗期过长、烟苗纤弱、抗逆性差、不能确保移栽期等问题出现。可采取设施育苗方式，通过增加育苗池水温来提升环境温度，从而满足烤烟苗期所需温度。

隆回烟区3月下旬到4月中旬的伸根期段均温未达到22～28 ℃的最适生长温度范围，表明隆回烟区移栽期与团棵期低温是影响烤烟生长的主要障碍因素。由于移栽期到团棵期这段时间是决定烤烟最终叶片数的关键时期，也是容易发生“低温早花”导致叶片数减少的危险时期，因此隆回烟区在烤烟伸根期需采取覆膜移栽和营养调控等手段防止烤烟“早花”。

由图1 中平均气温与时间序列拟合的趋势线可知，隆回烟区各生育期平均气温的变化趋势呈相同线性变化，且都通过了95%的显著性检验。隆回烟区在烤烟苗期、伸根期、旺长期和成熟期的气候变化倾向率分别为0.679℃/10a、0.690℃/10a、0.176℃/10a 和0.136℃/10a。这说明隆回烟区各生育期未来10年内的平均气温均呈明显上升趋势，其中苗期和伸根期气温上升较为明显，旺长期和成熟期气温上升幅度较小。由5年的滑动平均来看，烤烟旺长期和成熟期气温的增长趋势将有所放缓。

2.2 隆回烟区烤烟生育期年平均降水量变化趋势分析

隆回烟区各生育期年平均降水量变化趋势如图2所示。1981～2013年间隆回烟区在烤烟伸根期、旺长期和成熟期的降水量波动范围分别为74.3～252.4 mm、65.6～268.9 mm 和223.4～587.1 mm，平均降水量分别为142.3 mm、158.9 mm 和364.6 mm。由此可见，隆回烟区降水量主要集中在烤烟成熟期，是其他时期的2 倍以上。研究表明，烤烟旺长期和打顶后生理成熟期是烤烟需水量最大的时期，也是改善烟叶细胞结构，促进上部叶开片的最佳时期[12]。因此，把隆回烟区烤烟旺长期和生理成熟期尽可能调整到6月份，是优化烟叶等级结构，促进上部烟叶开片的一个有效手段。

图1 1981～2013年隆回烟区各生育期年平均气温变化曲线及线性趋势

由图2 中平均降水量与时间序列拟合的趋势线可知，隆回烟区各生育期的线性变化趋势均未通过95%显著性检验。隆回烟区在烤烟伸根期、旺长期和成熟期的降水量变化倾向率分别为-6.77 mm/10a、18.95 mm/10a和-9.98 mm/10a。这表明隆回烟区伸根期和成熟期未来10 a 内的降水量均表现出下降趋势，而旺长期表现出上升趋势。

2.3 隆回烟区烤烟生育期气温及降水量趋势突变分析

采用非参数统计检测法Pettitt 对隆回烟区烤烟生育期的气温和降水量序列进行了突变点检验分析，结果表明，气温方面，隆回烟区在烤烟育苗期和伸根期的气温时间序列出现了增大的突变，其中烤烟育苗期气温突变检验通过了0.05 显著水平，突变点在1994年；烤烟伸根期气温突变通过了0.01 显著水平，突变点在1997年（见图3）。降水量方面，隆回烟区在烤烟伸根期和成熟期呈现出减小突变，在烤烟旺长期呈现出增大突变，但各生育期降水量时间序列突变检测均未通过显著水平。

图2 1981～2013年隆回烟区各生育期年平均降水量变化曲线及线性趋势

图3 隆回烟区育苗期和伸根期平均气温变化及突变点

3 结论与讨论

研究利用线性回归方法和Pettitt 检验法对隆回烟区烤烟生育期近30 a 的气温和降水量变化特征进行分析。气温方面，隆回烟区烤烟生育期平均气温均呈现上升趋势，其中育苗期、伸根期、旺长期和成熟期的上升速率 分 别 为0.679℃/10a、0.690℃/10a、0.176℃/10a 和0.136℃/10a，显著高于我国近30 a 的年平均气温变化速率0.22 ℃/10a[13-14]，表明今后的平均气温有利于缩短隆回烟区苗期和移栽还苗的时间。但目前隆回烟区的育苗期和伸根期的气温变化范围为5.71～10.75 ℃、13.90～18.26 ℃，表明隆回烟区在育苗期务必进行增温处理，来保证育苗大棚的温湿度，以缩短苗期时间；而在移栽后特别要注意积极配套盖膜措施，以便烟苗正常生根生长。

气候突变现象是指气候变化的不连续性的跳跃，是普遍存在气候系统中的一个重要现象，突变检测对烟叶生产中预防不利气候有着十分重要的现实意义。隆回烟区在烤烟育苗期和伸根期出现了气温突变点，其中育苗期的突变点发生在1994年，即从1994年开始，其后的多年平均气温为8.30 ℃，比前一段时期的多年平均气温7.16 ℃高出1.14 ℃；伸根期的突变点发生在1997年，并且均是由寒转暖的趋势。由此可见，在全球变暖的背景下，中纬度附近烟区普遍表现出时间和空间上气温上升的变化[15-16]，在育苗期和伸根期隆回烟区表现出相同的趋势。

降水量方面隆回烟区的烤烟伸根期、旺长期和成熟期的降水量变化趋势为-6.77 mm/10a、18.95 mm/10a 和-9.98 mm/10a，烤烟旺长期上升明显，而烤烟伸根期和成熟期下降明显，但均未达到显著水平。在烤烟的整个大田生育期中，在一定范围内，伸根期降水减少有利于根系的发展，可为旺长期打下良好的基础；而旺长期降水增加有利于茎叶的迅速生长；成熟期降水量减少也有利于提高烟叶的质量。隆回烟区近30 a 间各生育期降水量突变点均未达到显著性水平，即不存在降水量突变。

综上所述，加强烟区气温和降水量预测分析，完善烤烟各生育期气象监测体系，为烟叶生产提前做好防范，可以最大限度地减少变异气候对烟叶生产的带来的不利影响。

[1]Yue S，Hashion M.Temperature trends in Japan：1900-1996[J].Theor ApplClimataol，2003，75：15-27.

[2]秦大河，丁一汇，苏纪兰，等.中国气候与环境变化及未来趋势[J].气象变化研究进展，2005，1（1）：4-9.

[3]邱雪柏，尹鹏达，陈 伟，等.近51年遵义县气候变化对烤烟移栽期的影响[J].中国烟草科学，2013，34（4）：36-41.

[4]朱显灵，王东胜，王能如，等.福建三明地区烤烟生长期气候特征分析[J].安徽农业科学，2009，37（8）：3502-3505.

[5]王彦亭，谢剑平，李志宏.中国烟草种植区划[M].北京：科学出版社，2010.155-179.

[6]严 斧.作物光温生态[M].北京：气象出版社，2007.100-105.

[7]任利利，殷淑燕.汉江上游近50多年来气温变化特征与区域差异[J].农业现代化研究，2013，34（3）：348-352.

[8]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007.37-41.

[9]Tabari H，Marofi S，Hosseinzadeh T P，et al.Trend analysis of reference evapotranspiration in thewestern half of Iran[J].Agricultural and Forest Meteorology，2011，151：128-136.

[10]崔日鲜.潍坊市近56年气温及降水量变化特征分析[J].青岛农业大学学报（自然科学版），2012，29（4）：267-272.

[11]韩锦峰.烟草栽培生理学[M].北京：农业出版社，2003.20.

[12]杨峰钢.揭膜等措施对鄂西南烟叶开片影响的研究[D].郑州：河南农业大学硕士学位论文，2007.35-42.

[13]任国玉，郭 军，徐铭志，等.近50年中国地面气候变化基本特征[J].气象学报，2005，63（6）：942-956.

[14]孙 娴，林振山.经验模态分解下中国气温变化趋势的区域特征[J].地理学报，2007，62（11）：1132-1141.

[15]李双双，延军平，万 佳.全球气候变化下秦岭南北气温变化特征[J].地理科学，2012，32（7）：853-858.

[16]贺晋云，张明军，王 鹏，等.近50年西南地区极端干旱气候变化特征[J].地理学报，2011，66（9）：1179-1190.