基于日尺度模型的贵州辣椒关键生育期气候适宜度评价

杨 益， 于 飞， 陈贞宏， 肖 若， 张东海， 肖 俊

(1.安顺市气象局， 贵州 安顺 561000； 2.贵州省山地环境气候研究所， 贵州 贵阳 550002； 3.贵州省气候中心， 贵州 贵阳 550002)

0 引言

【研究意义】辣椒(CapsicumannuumL)为茄科辣椒属一年或有限多年生草本植物，原产于中拉丁美洲热带地区的墨西哥[1]。我国辣椒种植面积133万hm2，产量近2 800万t，产值700亿元；贵州辣椒种植面积达33.33万hm2左右，占全国的24.6%，居全国首位，其产量和产值分别占全国的17.4%和20.8%[2-3]。辣椒产业是贵州特色农业产业之一，是山区农民增收致富的主要经济作物。辣椒气候适宜度是综合反映光、温、水等气象条件对辣椒生长发育的适宜程度。【前人研究进展】目前对辣椒的研究多集中于不同基质[4]、不同配方营养液[5]和不同育苗方式[6]等对辣椒幼苗生长及辣椒产量的影响，以及辣椒各种病虫害的检测、影响和防控等[7-9]方面。国内也有不少学者对辣椒生长发育的气象条件进行研究，于飞等[10]通过5期分期播种试验分析辣椒各生育期的适宜气象条件后得出辣椒种植的适宜生长时段。张远洪等[11]分析了遵义市辣椒与生长期主要气象因子的相关性。崔婷茹等[12]分析了农业气象条件对辣椒栽培的影响。马洪亮等[13]分析了阜康市农业气候资源及辣椒生长对气候条件的要求。以上研究表明，光、温和水等气象条件是影响辣椒生长发育的主要气象因子。辣椒属喜温蔬菜，育苗至移栽期一般20 d左右，种子发芽适宜温度25～30℃，温度<15℃或≥35℃对辣椒生长不利，甚至导致其停止生长。7—9月是辣椒开花挂果至红熟期，历时3个月左右，是影响辣椒品质和产量的关键时期，最适温度为20～27℃。果实发育和转色期的最适温度为25～30℃，气温超过35℃易落花落果[14]。【研究切入点】气候对辣椒影响研究多集中在辣椒气候适宜性指标及气候适宜性区划方面[14-20]，时间尺度多为辣椒各发育期、整个生长季或月尺度，以上时间尺度均为影响因子的一种平均态，且其研究方法具有一定的局限性，不能较好地规避关键发育期中短时灾害天气对辣椒产量的影响，同时大多数研究未能定量地评价影响辣椒生长发育的气象因子。因此进行辣椒日尺度的气候适宜度研究显得尤其重要。【拟解决的关键问题】由于关键发育期中短时灾害天气对辣椒产量的影响至关重要，日尺度模型能较好的规避气候适宜性评价与实际不符的现象，能定量地诠释辣椒生长的气候适宜度状况。因此，参考武晋雯等[21]的研究成果，利用贵州省84个地面气象观测站提供的1981-2019年7-9月逐日观测数据，采用几何平均法系统构建以日平均气温、日降水量和日照时数为影响因子的辣椒关键生育期气候适宜度日尺度模型，客观定量评价贵州省辣椒种植气候适宜性，以期为贵州辣椒的优质高产稳产和因地制宜进行合理区划提供农业气象技术支撑。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

贵州省(N24°37'～29°13'，E103°36'～109°35')位于我国西南部的云贵高原东麓和亚热带低纬高原山区内，境内地势西高东低，平均海拔1 100 m左右，属亚热带湿润季风气候。贵州省气候资源非常丰富，1981-2019年7-9月的平均气温为23.21℃，降水量为410.3 mm，日照时数为454.3 h，全省大部分地区均适宜种植辣椒。

1.2 资料来源

贵州省84个气象站点1981-2019年7-9月的日平均气温、日降水量(20：00至翌日20：00)、日照时数、每日日出时间及日落时间，均来源于贵州省气象局。辣椒气候适宜性指标选取参考陈芳等[14，19]的研究成果。

1.3 研究方法

选取1981-2019年7-9月的日气候资料，建立综合气候适宜度日尺度模型，对辣椒开花挂果到红熟期进行分析研究。

1.3.1 辣椒的温度适宜度、降水适宜度和日照适宜度 根据相关研究成果[22-24]，构建辣椒的日尺度温度、降水和日照模型。

(1)

(2)

(3)

式中，S(T)为逐日温度适宜度，B为中间参数，T为(某)日平均气温，Tmin、Tmax、T0分别为辣椒生长发育所需的下限温度、上限温度和适宜温度(即三基点温度)。当T≤Tmin或T≥Tmax时，令S(T)=0；当T=T0时，S(T)=1。S(R)为逐日降水适宜度，R为(某)日的降水量(mm)，R0为适宜日平均降水量。S(S)为逐日日照适宜度，S0为适宜日照时数，表明辣椒对光照条件达到适宜的状态，b为经验常数，b=0.538S0+0.013。基于Visual Studio 2015的C#编程平台，利用1981-2019年的7-9月日平均气温、日降水量、日照时数、每日日出时间和日落时间数据，采用lambda表达式数组计算方法，根据公式(1)～(3)计算辣椒的温度适宜度、降水适宜度和日照适宜度值。

1.3.2 辣椒综合气候适宜度日尺度模型 参考陈芳等[14，19]的研究成果选取辣椒种植不同生育期气象条件及气候适宜度指标，以此确定公式(1)～(3)中的Tmin、Tmax、T0、R0和S0。为了表达温度、降水、日照等多气象要素对辣椒生长的综合影响，以温度、降水、日照适宜度日尺度模型为基础，利用几何平均法，建立综合(即气候)的适宜度日尺度模型[25]；并基于ARCGIS 10.2制作温度、降水、日照及综合气候适宜度日尺度的空间分布专题图。

(4)

式中，S为逐日的气候适宜度。通过计算贵州省84个气象站的辣椒气候适宜度日尺度，并以各站平均值代表贵州省辣椒气候适宜度日尺度。

2 结果与分析

2.1 贵州省辣椒气候适宜度日尺度平均值

通过计算贵州省84个气象站的辣椒气候适宜度日尺度发现，1981-2019年的7-9月，贵州辣椒生长期(7-9月)内总体上气候适宜度较高，达0.76。其中，以温度适宜度最高(0.89)，降水适宜度次之(0.75)，日照适宜度最低(0.65)。说明，贵州省适宜的热量资源、降水条件和日照时数，均能较好地满足辣椒生长发育对气象条件的需求。

2.2 贵州省辣椒气候适宜度日尺度的时间分布特征

从图1看出，1981-2019年7-9月辣椒生长期温度、降水、日照和气候等适宜度日尺度的时间分布。

2.2.1 温度 温度适宜度总体呈缓慢略先降后升再降趋势，变化较平缓，在7月1日至9月13日普遍在0.89以上，8月25日至9月2日连续9 d均为1，此时期正好满足辣椒不断分枝、开花结果及果实发育、转色对温度条件的需求；至9月18日开始下降，9月22-30日，除9月24-25日外，仅有7 d在0.6以下。说明，贵州充足的热量条件特别适合辣椒的优质高产。

2.2.2 降水 降水适宜度呈波动变化状态，从7月1日至8月24日波动幅度较小，适宜度普遍较高，均在0.66以上。表明，研究期内有2/3左右时段的降水条件特别适合辣椒的生长发育，之后呈波动缓慢下降趋势，波动幅度较大，甚至在9月15日出现最低值(为0.32)。8月底开始为贵州的少雨季，与出现低值相呼应，此时应加强肥水管理，进行合理灌溉，维护茎叶的正常生长，延缓衰老，延长结果期，即可提高辣椒的产量。

2.2.3 日照 相对温度和降水适宜度而言，日照适宜度波动较大，出现两头低、中间高的变化趋势。7月1-9日在0.37以下，9月26-28日适宜度接近0；7月27日出现最高值，为0.98，与7月初贵州多雨寡照和9月多秋绵雨天气有关，但大部分时间均在0.5～0.9，适宜的日照时数完全能满足辣椒的生长发育。

2.2.4 综合气候 综合气候适宜度逐日变化在7月1-10日呈明显上升趋势，之后至8月31日维持稳定波动在0.64以上，9月1日开始呈下降趋势。说明，进入凉爽少雨的秋季后，适宜度有所下降，但此时正值辣椒的采收期，对辣椒的生长发育已无较大影响，此时可通过加强肥水管理和病虫害防治，延缓衰老，延长结果期，进而提高辣椒的产量。在研究期内有2/3左右时段的气候条件都较适宜辣椒的优质优产。

2.3 贵州省辣椒气候适宜度日尺度的空间分布特征

从图2看出，1981-2019年7-9月辣椒生长期温度、降水、日照和气候等适宜度日尺度的空间分布。

图2 贵州辣椒生长季7-9月温度、降水、日照及气候适宜度日尺度的空间分布

2.3.1 温度 辣椒温度适宜度呈边缘向中间逐渐升高的趋势，以贵州北部至中部一线到西南部、黔东南州大部为最适宜区；东北部、南部(西南部除外)边缘、赤水、西北部毕节大部到盘州南部、普安、晴隆为适宜区；水城、盘州北部、赫章西部为较适宜区；威宁为次适宜区，该地高海拔，导致热量条件少。

2.3.2 降水 降水适宜度呈从东部向西部逐渐升高趋势，其中，最适宜区出现在安顺、黔西南东部、毕节南部、水城、都匀、丹寨、荔波、赤水等市县，适宜等级以上的区域主要集中在贵州西部及西南部一带，次适宜区主要出现在东部一带，其余为适宜至较适宜区。

2.3.3 日照 日照适宜度呈由西向东逐渐升高趋势，次适宜区出现在威宁、赫章、水城、盘州北部、长顺等地；贵州省的东部、中北部及西南部一带在适宜等级以上；以遵义西部、铜仁和黔东南东部、黔西南南部等地区为最适宜区。

2.3.4 综合气候 综合气候适宜度的分布和温度适宜度的分布类似，只是最适宜范围有所扩大，除威宁为次适宜区，水城及其周边少部分区域为较适宜区外，其余大部均为适宜以上，且适宜以上等级面积占比超90%，表明，贵州全省除西部边缘外，其余均适合种植辣椒，与贵州辣椒种植面积居全国首位相符合。

3 讨论

应用辣椒综合气候适宜度日尺度模型可实现辣椒生长发育期气象条件的定量评价，进而实现辣椒生长期的动态评估和管理。目前的研究多集中在辣椒气候适宜性指标及气候适宜性区划方面，时间尺度多为辣椒各发育期、整个生长季或月尺度，以上时间尺度均为影响因子的一种平均态，且其研究方法具有一定的局限性，不能较好地规避关键发育期中短时灾害天气对辣椒产量的影响，同时大多数研究未能定量地评价影响辣椒生长发育的气象因子。因此进行辣椒日尺度的气候适宜度研究显得尤其重要。

在计算过程中发现，辣椒气候适宜性指标的选取非常关键，不同品种、不同生育期辣椒的气候适宜度指标有所不同，而目前对不同品种辣椒气候适宜性指标的研究还比较少，指标评价体系不是特别成熟，气象指标还需要在以后的试验和生产实践中不断深入研究和完善。该研究仅选取7—9月辣椒开花挂果到红熟期为研究期，今后将不断完善辣椒适宜性指标，进而实现辣椒全生育期的气候适宜度研究，从而实现辣椒全生育期的动态评价和管理，为辣椒的高产稳产提供技术支持，助推贵州经济作物产业不断发展。

4 结论

在分析贵州省辣椒关键生育期内的日尺度温度适宜度模型、降水适宜度模型和日照适宜度模型的基础上，利用几何平均法建立综合气候适宜度日尺度模型。该模型能够客观定量地反映贵州辣椒生长期(7-9月)的气候条件及对辣椒生长发育的影响。总体上，辣椒生长期气候适宜度为0.76，其中温度和降水适宜度均在0.70以上，日照适宜度达0.65。气候适宜度逐日变化在7月1-10日呈明显上升趋势，之后至8月31日维持稳定波动在0.64以上，9月1日开始呈下降趋势，整个生长期的气候条件有2/3左右时段在均较适宜辣椒的优质优产种植。辣椒关键生长期气候适宜度日尺度的空间分布总体上表现为贵州大部地区呈适宜及以上等级，且适宜及以上等级面积占比超90%，与气温适宜度相似；不同之处在于降水适宜度在适宜及以上等级主要分布在省的西南地区，而日照适宜度适宜及以上等级主要分布在东北地区。