通辽市气象因子对红薯产量的影响分析

董佳蕊

（奈曼旗气象局，内蒙通辽028300)

0 引言

红薯是中国主要的粮食作物，其种植范围十分广泛，国内多地均可种植[1-3]。通辽市地处内蒙古自治区东部，北纬 42°15′—45°41′、东经 119°15′—123°43′之间，位于蒙古高原递降到低山丘陵和倾斜冲击平原地带，属中温带、干旱和半干旱、大陆性季风气候，是内蒙古自治区的粮食主产区[4]。以前红薯在该地区只有少量种植，受地下水位下降和回复生态环境的需求，通辽市政府规划将推广种植红薯等经济作物。红薯对土壤及生态环境条件的适应性和抗逆性都强，需肥较多却也耐脊薄，红薯种植没有绝收情况，是高产稳产的一种作物，生产上只因管理、气象条件等不同产量有所差异[5-7]。在土地资源确定、水肥保证的前提下影响红薯产量不稳定的最主要因素就是气象因子的不稳定性和气象灾害的不确定性[8-10]。本研究利用位于通辽市有红薯种植历史地区的红薯试验基地的种植资料和国家气象站资料，分析当地气象因子对红薯产量的影响，为当地种植结构调整提供参考。气象因子对红薯产量及种植的影响多为山东、河南、河北、四川等红薯主产地的研究，对东北种植地区的相关研究很少[11-14]。本研究以红薯生长期的气象因子对产量的影响为切入点[15-16]，分析得出当地影响红薯全生育期和各个生长阶段热量、光照、降水因子对其产量的影响程度[17-20]，为当地红薯推广种植开展有针对性的气象保障服务提供理论依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

受地下水位下降和回复生态环境的需求，未来5年通辽市政府规划将大量压缩玉米种植面积，推广种植经济作物，红薯就是首批推广种植的经济作物之一。通辽市奈曼旗作为红薯推广种植的试验旗县，近年来与中国科学院遗传与发育生物学研究所合作，在奈曼旗青龙山镇建设了占地1.33 hm2的红薯种薯研发中心，600 m2的组织培养实验室和1000 m2的智能阳光温室育苗大棚，目前该实验室的脱毒种苗供不应求。2020年通辽市南部旗县每年红薯栽培面积已达到26700 hm2以上。

1.2 数据来源

选取通辽市青龙山国家气象站2009—2018年积温、日照、降水、日平均气温等气象资料；收集整理青龙山红薯科技产业园2009—2018年红薯试验种植资料，调查收集整理通辽市南部乡镇红薯历史种植情况，建立本研究数据集。

1.3 方法

利用2009—2018年有红薯栽培记录的红薯单位产量及同期统计的距红薯种植区域最近的青龙山国家气象站的气象资料，按红薯移栽至收获全生育期（5月15日—9月20日）和4个不同生长时间段（发根返青期5月15日—6月4日、分枝结薯期6月5日—7月4日、茎叶盛长与薯块膨大期7月5日—8月18日、薯块迅速膨大与茎叶渐衰期8月19日—9月20日）分别统计积温、日照时数、降水量、日平均气温，与红薯单位产量、全生育期日数等进行变化特征及相关性分析[21-23]，用Excel程序绘制趋势图像。

2 结果与分析

2.1 红薯产量与全生育期气象因子相关分析

为了分析当地红薯产量与全生育期主要气象因子之间的关系，统计了2009—2018年红薯移栽日到收获日全生育期间的积温、累积日照时数、降水量和日平均气温。其特征是，积温年际变化2011—2015年低，其他年份高，10年平均为2621.0℃，积温与产量变化趋势基本吻合（图1）；日照时数2013年和2014年最短，2009年最长，10年平均为927.6 h，日照时数与产量变化趋势基本一致（图略）。

图1 红薯产量与生育期积温年际变化

平均气温、降水量的年际的变化趋势与积温、日照时数明显不同，2009—2018年全生育期日平均气温波动变化，平均为20.4℃，10年有明显的升高趋势，特别是2017年、2018年日平均气温达到21.7℃，比2009年的20.7℃，升高1.0℃。降水量10年平均为346.1 mm，2009—2018年呈现波动增加趋势，最多年2017年，达到616.6 mm，是最少年2009年降水量(214.5 mm)的2.9倍。2017年8月2—3日通辽市出现大暴雨天气过程，青龙山48 h雨量373.3 mm，创内蒙古自治区有器测记录以来的极值，2018年降水量减少。降水量与平均气温变化特征均为总体升高趋势（图2）。

图2 红薯全生育期日平均气温和降水量年际变化

为了分析各气象因子与产量之间的相关程度，计算了各因子与产量间的相关系数[24-26]。其结果为2009—2018年红薯单位产量与全生育期积温、日照时数、日平均气温和降水量均呈正相关关系（表1），其中，与积温、日照时数相关显著，相关系数分别为0.837和0.741，通过了0.01信度的显著性检验；而与日平均气温和降水量的相关系数分别为0.248和0.311，未达到显著水平。

表1 红薯产量、生育期与光温水气象要素的相关系数

2.2 红薯产量与各生育阶段气象因子相关分析

为了更进一步分析红薯产量与各气象因子的关系，分析了红薯各生长阶段各气象因子与产量之间的关系，按照红薯不同生长阶段的天数，统计了2009—2018年红薯栽培的发根返青期、分枝结薯期、茎叶盛长与薯块膨大期、薯块迅速膨大与茎叶渐衰期4个发育阶段的积温、日照时数、降水量（光温水），分析其变化特征及与红薯产量的相关特征。

2.2.1 各生长时段的气象要素分布特征 列出红薯不同生长阶段气象要素平均值（表2）并计算得出红薯不同生长阶段各要素百分比（图3）。由表2的统计结果可以看出，红薯4个生长阶段中，10年平均日照时数在200～267 h之间，积温在389.3～1024.5℃之间，日平均气温在 18.0～22.8℃之间，降水量在 18.8～183.5 mm 之间。光照和热量在各生长时段的分布比较均匀，但降水量分配不均，生长各阶段差异较大。

表2 红薯不同生长阶段气象要素平均值（2009—2018年）

图3 红薯不同生长阶段各要素百分比

图3表明，茎叶盛长与薯块膨大期在7月上旬到8月中旬，占全生育期的35%，此生长阶段持续时间长，积温高，降水量集中，日照时间长，光温水气象条件匹配好。而在发根返青的苗期，降水量明显不足，在占16%的生长期内，降水量只占5%，说明红薯苗期降水量少，易发生干旱。

2.2.2 各生长阶段气象要素的年际变化特征 历年不同生长阶段气象要素变化特征显示，同一要素在不同时段的年际变化特征差异较明显（表3）。

表3 不同生长阶段与全生育期同一要素的相关系数

（1）积温变化特征。2009—2018年红薯4个生长阶段的积温序列，除了发根返青期外，其他3个阶段的积温波动特征与全生育期积温变化特征近似，相关性显著，但发根返青期积温变化特征明显不同，2009—2012年积温逐年降低，之后的6年波动变化，幅度较小，在387.3～407.6℃之间，与全生育期积温相关不显著。

（2）日照时数变化特征。2009—2018年分枝结薯期的日照时数年际变化特征与全生育期日照时数变化特征一致，都是2013年、2014年日照时数较少，其他年份日照时数变化幅度较小，两个序列相关系数为0.890。其次是茎叶盛长与薯块膨大期日照时数的变化特征与全生育期日照时数相似，相关系数为0.778。发根返青期、薯块迅速膨大与茎叶渐衰期的日照时数与全生育期日照时数变化特征差异较大，但薯块迅速膨大与茎叶渐衰期的日照时数曲线变化比较平稳，年际波动较小。

（3）降水量变化特征。2009—2018年红薯4个生长阶段降水量的变化特征是，茎叶盛长与薯块膨大期降水量变化特征与全生育期降水量变化相关显著，相关系数达0.933。其他季节降水量的年际变化特征差异较大，特别是分枝结薯期降水量年际波动幅度大，最多年2014年降水量172.9 mm，最少年2010年仅43.4 mm，两年相差3倍。

（4）日平均气温变化特征。2009—2018年红薯4个生长阶段的日平均气温变化特征是，茎叶盛长与薯块膨大期气温变化特征与全生育期气温变化相关显著，相关系数达0.936。分枝结薯期、薯块迅速膨大与茎叶渐衰期日平均气温的变化特征相似，但发根返青期日平均气温年际变化特征与其他生长时段不同，2009—2012年日平均温度逐年降低，2013年之后气温年际波动较小，变化稳定。

3 讨论与结论

（1）通过对通辽市种植基地红薯单位产量与气象因子的相关分析得出，当地红薯产量仅与其大田移栽至收获期的气候条件有关，与全生育期光照、热量、降水等主要气象要素均呈正相关，且不同生长阶段与气象要素的相关不同，与发根返青期、分枝结薯期、茎叶盛长与薯块膨大期、薯块迅速膨大与茎叶渐衰期的光照、热量都呈显著相关，即各生长阶段积温越高光照越长产量越高，与茎叶盛长与薯块膨大期的降水量显著相关，与发根返青期、分枝结薯期的降水量呈不明显正相关，与薯块迅速膨大与茎叶渐衰期的降水量基本呈负相关，虽然通辽市属于干旱半干旱地区，但降水对红薯的产量影响不大，只有在茎叶盛长与薯块膨大期与降水量相关显著。

（2）本研究分析了干旱半干旱地区红薯产量与生长季及四个生长时段主要气象因子的相关性，红薯种植基地所在的奈曼旗是中国面积最大沙地（科尔沁沙地）的最典型地区，其研究结果为调整水资源短缺的沙地种植结构、恢复生态平衡提供科学数据。因种植基地具有正规的农业试验数据年代较短和气候异常等因素，研究结果还需要在今后工作中继续进行研究完善。

（3）红薯作为当地的特色农产品，成为引领绿色生态农业发展的主要农作物之一，生产优质高产的红薯成为当地农户迫切的需求。目前，在关键发育期依据气象因子对提高红薯产量的研究仍处于初步探讨阶段，缺乏一定的理论依据，因地制宜地确定不同生育期的气象因子指标，并以气象数据为基础，提出有针对性的耕种措施，以提高红薯产量。

（4）总体来看，通辽市红薯产量受热量条件的影响最为明显，与全生育期的积温呈显著正相关，相关系数为0.837，与日平均气温呈正相关，相关系数为0.248；光照是红薯生长的必要条件，通辽地区是仅次于新疆的多光照地区之一，光照基本能满足红薯生长所需，红薯产量与全生育期的日照时数呈显著正相关，相关系数为0.741；降水量对红薯产量影响不明显，相关系数仅为0.311，只有在茎叶盛长与薯块膨大期需水较多，此时正是当地汛期的主要降水时段，自然降水基本能满足红薯生长所需，因此，水分条件不是通辽市红薯种植的限制因素。