崇左市甘蔗种植气候适宜性分析及甘蔗成熟期干旱发生特征

崖伟松　莫申萍　蒙小寒　黄丽球

摘 要：分析崇左市辖7个县市区（江州区、大新县、扶绥县、龙州县、天等县、宁明县和凭祥市）的国家级地面气象观测站1960—2019年逐日降水、平均气温和日照时数及广西南宁东亚糖业集团下属制糖企业的甘蔗种植和管理等资料，对崇左市7个县市区的甘蔗不同生长阶段气象条件进行统计分析，对比不同区域种植甘蔗的阶段性适宜性，找到成熟期降水量差异且构成干旱的基本特征。结果表明，崇左市辖各县市区均属于甘蔗种植适宜区，热量和光能资源充沛，年降水条件基本满足甘蔗生长需求，但年内降水分布极不均衡；崇左市辖县市区中江州区和宁明县成熟期的日平均气温稍微超出指标值，温度促进喜高温植物的生长，说明这2个区域的甘蔗成熟期糖分积累速度相较其他区域快，对于甘蔗的成熟砍收起一定的指导作用；崇左市辖县市区近60年甘蔗成熟期干旱发生频率依次为江州区>凭祥市>大新县（龙州县）>天等县>宁明县>扶绥县，平均出现频率为46.3%，崇左市甘蔗成熟期干旱发生主要表现在6、14和30年振荡周期，其中30年的振荡周期相对偏强，6年的振荡周期偏弱。

关键词：甘蔗；气候适宜性；干旱特征；崇左市

中图分类号：S162.54；S566.1                     文献标识码：A   文章编号：2095-820X（2023）01-0011-07

0 引言

糖料甘蔗是禾本科甘蔗属植物，是一种热带和亚热带作物，其生长期喜高温和强光照，需要水肥充足，对热量、光照和水分等气候资源条件有着特殊的依赖性。崇左市位于广西南部，属亚热带气候区，年日照时数超过1800 h，适合大面积发展甘蔗种植。目前，广西崇左市已连续10年甘蔗种植面积稳居全国首位，得天独厚的自然条件促进了崇左市甘蔗种植业的发展，甘蔗成为崇左市的重要经济作物，在全国占有重要地位，崇左市辖各县市区均把蔗糖生产作为支柱产业［1］。近年来，全球气候变暖，气象灾害频发［2］，极端恶劣天气尤其突出；崇左市蔗区降水量明显偏少，自然降水作为甘蔗生长主要的水分来源，但降水时空分布极不均匀，季节性干旱突发的频率也很高，干旱风险较大［3，4］。春旱影响春植蔗的耕种和萌动出芽，延误种植期，同时也影响宿根蔗的出苗生长。最明显的是秋季甘蔗处于茎节伸长后期和糖分积累期等生长关键时期，如遭受严重的干旱灾害，该时期的甘蔗会降低光合作用强度，加强呼吸作用，影响甘蔗茎节形成，从而导致产量下降；处于糖分积累期的甘蔗蔗糖分无法形成，胶质比重增大，蔗糖商业品质下降［5］，特别严重的年份还可能导致甘蔗空心，糖分含量下降［6］。甘蔗对气候条件有着特殊的要求［7］，与气象条件的关系密切，其种植的地域性表现也存在差异［8］，同一种植区域，不同季节的气象条件也不相同。干旱灾害是近年来最频发的一种气象灾害，主要表现在春、秋两季，特别是秋旱对蔗糖业生产的影响尤为明显［9］，给甘蔗生产造成的损失也越来越大，严重影响了崇左市蔗糖经济的发展。由于市场经济的发展，甘蔗种植面积不断减少，制糖企业通过扩大种植，提早种植的方法稳定种植面积。基于上述现状，笔者根据甘蔗不同生理生长阶段对气候条件的要求，分阶段分析崇左市甘蔗种植适宜性以及春秋季降水分布特征，为优化崇左市甘蔗生产种植布局和品种布局，趋利避害提高甘蔗产量和含糖量提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源

选取崇左市（包括江州区、大新县、扶绥县、龙州县、天等县、宁明县和凭祥市）国家地面观测站（以下简称站点）1960—2019年的逐日降水、平均气温和日照时数等资料，甘蔗种植播种及生长管理等信息来源于广西扶南东亚糖业、崇左东亚糖业、宁明东亚糖业等广西南宁东亚糖业集团下属制糖企业。

1.2 分析方法

1.2.1 基础数据处理

通过统计分析法处理崇左市辖区7个站点的基础數据，如温度、降水、日照时数等数据与甘蔗生长基本习性、甘蔗生长适宜性等指标，分析评估崇左市的气候特征以及甘蔗种植气候适宜性等变化。

1.2.2 Morlet小波分析

Morlet复数小波分析主要是周期变化的主要分析方法之一［10-12］，其理论及在各周期分析中的应用已相当成熟。Morlet复数小波被认为是Fourier分析方法的突破性进展，小波变换不仅可以给出气候序列变化的尺度，还可显示出变化的时间位置［13］。

式中，f（t）是信号可积函数；a为伸缩尺度；1/a为频率；b是平移参数，是相对于t时刻作了长度的平移b；[ψ]（[t-ba]）为[ψ]（[t-ba]）的复共轭函数。

1.2.3 降水量距平百分率

根据GB/T 20481—2017《气象干旱等级》中表述干旱等级的方法有气象干旱指数、降水量距平百分率、潜在蒸散量等，本研究采用降水量距平百分率（PA）对甘蔗秋旱等级进行分析（表1）。降水量距平百分率是用于表征某时段降水量较常年值偏多或偏少的指标之一，能直观反映降水异常引起的干旱，一般适用于半湿润、半干旱地区平均气温高于10.0 ℃时段干旱事件的监测和评估。

2 结果与分析

2.1 甘蔗种植的气候条件

甘蔗喜温，对光照、水分、肥分均有一定需求，对温度的需求主要体现在活动最低温和积温，当季生长的温度累积达到一定数量，即满足必要的热量资源后甘蔗才能完成某个生育过程，每个生育阶段可充足地完成，才能逐步形成产量。

根据甘蔗整个生育期对气候条件的要求，选择日平均气温稳定通过20.0 ℃期间的活动积温、年均降水量、年平均气温和冬季极端最低气温4个气候因子作为甘蔗种植区的农业气候适宜性分区的因子，各因子分区指标如表2［14，15］。从表3可看出，崇左市辖县市区日平均气温均>20.0 ℃，最低温>2.0 ℃，达到适宜栽培的气温指标，日平均气温≥20 ℃的活动积温均在5000.0 ℃以上，符合最适宜栽培区指标，年均降水量均超过1000.0 mm，也达到适宜栽培的降水指标。整体看来，崇左市辖县市区均是甘蔗的适宜栽培区。

2.2 甘蔗不同发育阶段的适宜气候分析

甘蔗分为新植蔗和宿根蔗，在广西新植蔗下种或宿根蔗发兜直到砍收全生育期一般为10～12个月，整个生育期对热量和水资源等虽然有整体的需求，但不同发育阶段对温度、光照、水分等的需求也存在一定差异，受冷冻害、阻碍生长的起点温度也不相同。受制糖企业砍收安排的限制以及新植甘蔗成熟度的影响，甘蔗生长过程中各发育期存在时间交叠的现象，在此将甘蔗的整个生育期大致分为：萌芽期、幼苗期、分蘖期、茎节伸长期和成熟期5个阶段［16］。根据崇左市当地制糖企业对甘蔗种植管理调查的数据统计，将甘蔗各发育期归纳为5个时间段：1—3月为萌芽期、3—5月为幼苗期、5—6月为分孽期、6—9月为茎节伸长期（拔节期）、10—12月为成熟期（糖分积累期）。

2.2.1 甘蔗各生育阶段温度条件

甘蔗为喜高温作物，除工艺成熟期需要昼夜温差大外，其余各生育期要求的年平均温度基本在18～30 ℃，温度较低则生长缓慢，如出现低于最低温度或高于最适温度则停止生长，但不同生育期对温度的要求也略有差异。甘蔗各生长期适宜温度如表4，成熟期糖分积累要求气温渐降，但又不宜过低，以13～18 ℃为宜，若在成熟期温度降至2 ℃以下，则糖分因转化而下降［17］；甘蔗蔗糖分转化积累关键期，气温日较差是蔗糖分高低的最主要影响因子［18］。

从表5可知，各站点的日平均气温基本在适宜温度范围内，也就是说整个崇左市辖各县市区的气温条件基本适宜甘蔗生长，仅有江州区成熟期的日平均气温略高于最适宜温度0.2 ℃，超过最适温度1.1%。气温是诱导甘蔗成熟（指工艺成熟）的主要环境因素之一，日夜温差越大，对甘蔗蔗糖积累越有利。气温能影响多种酶的活动，特别是对转化酶和淀粉酶活性的影响较大。在12.8～15.6 ℃条件下，淀粉酶的活性是20.7～29.4 ℃条件下的1/2～1/3，低温可导致淀粉形成作用减弱。在一定范围内，转化酶的活度与温度呈正相关，即低温使转化酶活度降低，蔗糖转化减少，积累增多［19］。针对日平均气温这一气象条件分析，崇左市辖县市区中江州区和宁明县在甘蔗成熟期的日平均气温稍微超出指标值，说明这2个区域的甘蔗成熟期糖分积累速度相较其他区域快，甘蔗成熟期也相对提前。

2.2.2 甘蔗各生长阶段水分条件

甘蔗是高秆作物，其生长期长，叶面积会随着生理生长不断扩大，需水量也会相应变化。不同生育阶段需水量反映了甘蔗需水特性及对水分的敏感度，幼苗期植株小，再则崇左市新植蔗下种一般在春季进行，此时气温较低，蔗芽萌动慢，需水量不多。植株进入分蘖期，生理生长逐步加速，需水量呈梯度增加趋势，并在茎节伸长期达需水高峰，此期正是夏季，气温高，植株生长旺盛，需水量大，是作物需水的关键时期，其阶段性需水量和日需水强度最大；而进入成熟期及收获期后甘蔗需水量又开始急剧下降。甘蔗全生育期的需水规律是： 两头少中间多，即萌芽、分蘖及成熟期需水较少，茎节伸长期需水较多，按适宜性种植标准年降水量至少达1000.0 mm，其中出苗期需水量占全生育期總需水量的8.3%（83.0 mm），分蘖期占 21.7%（217.0 mm），茎节伸长期占56.9%（569.0 mm），成熟期占13.1%（131.0 mm）［20］。

崇左市位于广西西南部，地跨北纬21°36'～23°22'，东经106°33'～108°8'，整体地貌特征为南北部高、中东部低、由西北向东部倾斜，全市地处北回归线以南，属亚热带季风气候区，气候温和，雨量较为充沛，但各季降水分布极不均匀，春旱、秋旱灾害较频繁，8—9月受热带风暴影响易发生水灾。地形特点是山地多、平地少，市内有山地、丘陵、谷地，也有河谷冲积成的平原。受地形、地势的影响，崇左市降水并不均衡。

从表6可知，各站点出苗期、分孽期和茎节伸长期的阶段降水量均在适宜种植区的水分条件范围内，有部分站点出苗期、茎节伸长期的降水条件出现有超过适宜种植区水分要求一半以上，但成熟期的降水量则相对不平衡。天等县、大新县和凭祥市成熟期的降水量均超过适宜种植区水分要求的20%以上，而江州区和宁明县2个站点成熟期的降水量均低于适宜种植区水分要求。也就是说，整个崇左市辖区各县市的降水量条件除甘蔗成熟期外，其他生长发育期均较适合甘蔗生长。成熟期干旱对光合作用有一定的促进作用，但干旱程度也可能影响甘蔗叶片的生理生长，过度干旱易促使叶片早衰，减缓糖分积累，甚至可能影响植株体生存。从降水量整体条件分析，崇左市辖各县市区中，天等县、凭祥市和大新县的水分条件相对较好，宁明县较差，其他县区居中。由于降水的时间、空间分布不均匀，导致部分地区或部分时间内降水不足，影响甘蔗产量和质量的提高。

2.2.3 甘蔗各生长阶段光照和CO2浓度

甘蔗是C4作物，具有喜光、光饱和点高、光补偿点低等特点。作为高光效作物，不仅可以在强光和高CO2浓度下充分进行光合作用，也可以在较弱光照和低CO2浓度条件下有较强的光合作用，也就是说甘蔗只要选择种植在有光照、无遮蔽的地块就能正常生长。光照越强，光合作用也越强，而光照强度主要与纬度、海拔和各种地理位置的差异有关。根据崇左市辖县市区甘蔗生长期内的日照时数统计结果（表7）可知，甘蔗生长期内各月的光照均较充足，能满足甘蔗生长的需求。

2.3 1960—2019年崇左市辖县市区甘蔗成熟期干旱发生特征

2.3.1 甘蔗成熟期干旱发生频率

甘蔗苗期对水分的要求主要是保持种苗萌发的生态用水，保证种苗早出苗齐苗，这一阶段要求保持25 cm左右土壤表层的含水量达到最大持水量的55%～70%即可。根据出苗期适应性需水对比分析，这一时期的降水基本满足出苗以及苗期生长的需求。成熟期对水分的要求主要是满足光合作用，促进糖分转化和积累，虽然适度干旱、日夜温差大和光照充足有利于甘蔗糖分转化和积累，但干旱的时间长短和干旱前后的降水量对甘蔗生长也存在影响。持续干旱不但会影响甘蔗糖分积累，还有可能造成甘蔗生理性缺水而提前早衰。从表8可看出，崇左市辖县市区近60年甘蔗成熟期干旱发生频率依次为江州区>凭祥市>大新县（龙州县）>天等县>宁明县>扶绥县，平均出现频率为46.3%，其中成熟期干旱在江州区、凭祥市、大新县和龙州县几乎每2年出现1次，对甘蔗种植后期的产量影响较大。在4种干旱等级中，除扶绥县和宁明县外，其他各县市区均以轻旱为主，扶绥县以中旱为主，宁明县则轻旱与中旱持平。对于特旱而言，发生频率最高的是扶绥县，其次是凭祥市，最少的是天等县，特旱发生的主要年份为1979和2003年，扶绥县连同1996年出现了3年特旱，由此可见，扶绥县发生干旱的年份虽不及其他县市区，但其发生严重程度相对偏大。

2.3.2 成熟期干旱发生的周期分布

选用Morlet小波分析崇左市1960—2019年甘蔗成熟期干旱发生日数序列和频率域，通过降水量周期分布可了解崇左市甘蔗成熟期干旱振动变化的周期性。小波系数为0时正好是突变点，小波系数负值说明干旱发生日数偏大，小波系数正值说明降水量发生日数偏大，因研究需要负小波系数区域随着值的变化加深区域的颜色。图1中，越深色区域即为小波系数负值越小的等值线部分，即干旱发生偏多期，白色等值线部分即为降水发生日数偏多期。崇左市甘蔗成熟期干旱发生主要表现在6、14和30年振荡周期。其中30年的振荡周期相对偏强，6年的振荡周期偏弱，14年的振荡周期在20世纪90年代前期未有明显表现。目前30年振荡周期的等值线中心黑色区域已闭合，表明严重干旱的偏强周期已结束，14年的实部等值线中正的等值中心未闭合，未来2～3年（2022—2023年）崇左市甘蔗成熟期发生中度干旱仍有较大的可能性。

3 讨论与结论

崇左市辖各县市区温度差异不大，基本能满足甘蔗生长的温度需要，但年平均降水量以及日平均气温≥20.0 ℃期间降水量有的县市相差超过10%，使得甘蔗生长产量有所差异。从气候适宜性综合评价来看，崇左市辖各县市区均属于甘蔗种植适宜区，热量和光能资源充沛，年降水条件基本满足甘蔗生长需求，但年内降水分布极不均衡，且由于广西受季风性气候的影响，降水和气温变率大，旱、涝灾害和台风等灾害性天气出现频率大。针对日平均气温这一气象条件分析，崇左市辖县市区中江州区和宁明县的日平均气温稍微超出指标值，说明这2个区域的甘蔗成熟期糖分积累速度相较其他区域快，温度促进喜高温植物生长，说明这2个区域的甘蔗成熟期糖分积累速度相较其他区域快，甘蔗成熟期也会相对提前，对于甘蔗的成熟砍收起一定的指导作用。各站点出苗期、分孽期和茎节伸长期的阶段降水量均在适宜种植区的水分条件范围内，且有部分站点出苗期和茎节伸长期的降水条件出现超过适宜种植区水分要求的一半以上，但成熟期的降水量除江州区和宁明县2个站点低于适宜种植区水分要求外，其他站点均超过适宜种植区水分要求。崇左市辖县市区近60年甘蔗成熟期干旱发生频率依次为江州区>凭祥市>大新县>天等县>宁明县>扶绥县，平均出现频率为46.3%，江州区、凭祥市、大新县几乎每2年出现1次。在4种干旱等级中，除扶绥和宁明县外，其他各县市区均以轻旱为主，扶绥县以中旱为主，宁明县则轻旱与中旱持平。崇左市甘蔗成熟期干旱发生主要表现在6、14和30年振荡周期，其中30年的振荡周期相对偏强，6年的振荡周期偏弱。

从整体情况来看，崇左市有着优越的自然环境和丰富的热带自然资源，很适合种植甘蔗，但崇左市辖县市区的地势和地理条件有一定差异，降水条件有所不同，为稳定种植面积，在不断扩种甘蔗的同时，需有效地结合当地的有利条件，因地制宜，趋利避害，合理开发利用气候资源，才能促进甘蔗产量的增长。

参考文献

［1］ 冷伟，梁永强，卢炳夫. 崇左市甘蔗种植的气候可行性论证分析［J］. 北京农业，2015（9）：230-231.

［2］ 邓军，李孝翠，张跃彬. 云南甘蔗生产现状与发展对策［J］. 甘蔗糖业，2011（4）：77-80.

［3］ 刘三梅，杨清辉，陈朝在，等. 干旱胁迫对甘蔗不同生育时期光合特性的影响［J］. 云南农业大学学报，2016，31（3）：398-403.

［4］ 罗明珠，梁计南. 苗期甘蔗对干旱胁迫的反应［J］. 热带作物学报，2005，26（4）：38-41.

［5］ 李莉，匡昭敏，莫建飞，等. 广西甘蔗秋旱灾害风险评估技术初步研究［J］. 应用气象学报，2016，27（1）：95-101.

［6］ 谭宗琨，吴全衍，符合. 原料蔗产量波动与气象条件及产量预报［J］ . 中国农业气象，1995，16（3）：50-53.

［7］ 广西壮族自治区地方志编纂委员会. 广西通志： 糖业志［M］ . 南宁：广西人民出版社，1998：13-30.

［8］ 陶忠良. 海南岛苦丁茶种植气候适宜性初步区划［J］. 华南热带农业大学学报， 2002，8（1）：14-17.

［9］ 农钢，农明哲，王达. 广西崇左甘蔗气象条件精细化分析初探［J］. 甘蔗糖业，2019（1）：10-15.

［10］ 姜朝阳，于强，王天铎，等. 小波变换方法在植物冠层微气象研究中的应用［J］. 中国农业气象，2004，25（1）：62-65.

［11］ 邱海军，曹明明，曾彬. 基于小波分析的西安降水时间序列的变化特征［J］. 中国农业气象，2011，32（1）：23-27.

［12］ 龚宇，邢开成，王璞. 近30年来沧州地区日照时数与风速变化特征［J］. 中国农业气象，2007，28（3）：263-267.

［13］ 张伟，闫敏华，彭淑贞，等. 基于小波分析理论的长春市近50年来降水变化特征［J］. 中国农业气象，2009，30（4）：515-518.

［14］ 苏永秀，李政，孙涵. 基于GIS的广西甘蔗种植气候区划［J］. 中国农业气象，2006，27（3）：252-255.

［15］ 李华实，詹莹玉，蒋亚平，等. 崇左市甘蔗精细化种植农业气候区划研究［J］. 甘蔗糖业，2020（3）：82-86.

［16］ 刁操铨. 作物栽培学各论（南方本）［M］. 北京：中国农业出版社，1994.

［17］ 冯振家. 影响武鸣县甘蔗生产的气象条件分析［J］. 气象研究与应用，2011，32（3）：49-52.

［18］ 匡昭敏，欧钊荣，李莉，等. 气温日较差对甘蔗蔗糖分的影响评估［J］. 甘蔗糖业，2022，51（3）：24-29.

［19］ 周文灵，江永，李奇伟，等. 甘蔗蔗糖积累的规律、影响因素及其调控机制的研究进展［J］. 甘蔗糖业，2011（6）：11-17.

［20］ 譚宏伟，周柳强，谭俊杰，等. 甘蔗节水灌溉及高效施肥关键技术参数研究［J］. 南方农业学报，2016，47（5）：638-643.

收稿日期：2023-01-03

基金项目：贵港市气象局气象科研计划项目（贵气科2021001）

通讯作者：莫申萍（1980-），女，农艺师，主要从事农业气象应用和种植技术指导工作，E-mail： mspping@163.com

第一作者：崖伟松（1984-），男，助理农艺师，主要从事甘蔗种植管理与扶持工作，E-mail： 260718203@qq.com