甘蔗生理发育时间及生育期预测

钟 楚 ，周 臣 ，徐梦莹

（1.云南省气候中心，昆明 650034；2.云南省耿马县气象局，耿马 677500）

云南省是我国第二大甘蔗生产省份，蔗糖产业在云南省的国民经济中占有重要地位。对云南主要蔗区甘蔗生长期气候条件和甘蔗生长发育变化的分析结果表明[1]，近20多年甘蔗生长期气候发生了较明显的变化，受气候变化的影响，甘蔗的生长发育进程也发生了较大的变化。进一步对甘蔗生育期进行模拟研究，对于更好地预测、鉴定气候变化条件下甘蔗生长期的变化，模拟甘蔗生育期对气候变化的响应，科学地管理甘蔗生产等方面都具有重要的理论和现实意义。

模拟作物生育期的模型主要有生长度日法（有效积温法）[2]、水热因子模型[3]、“水稻种”模型[4]、WOFSOT模型[5]等。由于这些模型存在着模拟精度低，或者参数多、获取较麻烦等原因，模型在实际生产过程中的运用受到很大限制。张立祯等[6]近年提出了以生理发育时间为尺度预测作物发育进程的方法，并在大田作物方面实现了有效的预测。该方法在番茄[7]、茄子[8]、大麦[9]、棉花[10]等作物上的运用也取得了很好的效果，但目前关于甘蔗生育期的预测还未见报道。本文对甘蔗各生育期的生长发育时间进行了推算，并以此进行甘蔗的生育期预测，也为这方面进一步的研究奠定基础。

1 材料与方法

研究地点为云南省耿马县（东经 98°48′～99°54′，北纬 23°20′～24°02′），该县为云南省甘蔗种植面积大县之一，是云南最重要的蔗糖基地，也是2008~2015年国家甘蔗优势产业布局规划重点县。观测地为丘陵地段，土壤类型为红壤土，微酸性，土壤肥力中等，产量水平中等。观测地段距离大气观测场 （东经 99°24′， 北纬 23°33′，海拔1104.9m）2～3 km，海拔高度与大气观测场相差小于100 m，因此大气观测场气象数据基本可以代表观测地的状况。

甘蔗生育期资料从耿马县气象局农业气象观测站获取，观测的甘蔗均为当年新植蔗，品种为粤糖8388，直播条栽，常规管理。根据文献［11］的要求，选4个小区，每小区10株进行观测。甘蔗各生育期划分及其形态特征见表3，2007-2009年甘蔗各生育期到达日期及生育期累计天数见表1和表2。

2 模型描述

2.1 生育期划分

观测记录的甘蔗生育期有5个时期：播种、发芽、分蘖、茎伸长和工艺成熟。但由于农业气象观测记录的生育期是普遍期的日期（即50%的植株达到某一生育期的形态特征），因此，实际的生育期划分应该为：发芽期（播种—发芽）、幼苗期（发芽—分蘖）、分蘖期（分蘖—茎伸长）、茎伸长期（茎伸长—工艺成熟）和工艺成熟期（工艺成熟—收获）5个时期。但由于甘蔗的收获期受工业生产安排进度的影响，即使达到收获标准也不一定能及时收获，因此，本研究中不考虑工艺成熟期。茎伸长停止期一般不记录，因此采用旬测时茎长不再增长时最后一旬的日期作为茎伸长停止期。

2.2 相对热效应

将温度对甘蔗发育速率的影响效应的大小用相对热效应（Relative thermal effect，RTE）来衡量。根据甘蔗各生育期适宜温度的分布特征，本模型采用三段线性函数计算每日相对热效应。在发育下限温度与最适下限温度之间，热效应随着温度的升高呈线性增加，在最适下限温度与最适上限温度之间，热效应保持最大值1，在最适上限温度与发育上限温度之间，热效应随着温度的升高呈线性下降，在发育下限温度以下或发育上限温度以上，热效应为0，即每日相对热效应RTE的值在0～1之间变化（图1）。每日相对热效应RTE与温度（T）的关系可用公式（1）表示。

式中，Tb、Tob、Tou、Tm分别为甘蔗发育下限温度、最适下限温度、最适上限温度和上限温度，T为日平均温度，RTE是每日相对热效应。

查阅相关文献和资料[12]，确定甘蔗各生育期的三基点温度（表4）。

2.3 生理发育时间

2.5 模型检验

采用常用的根均方差法（Root mean square error，RMSE）和相对误差（Relative error，RE）对模拟值与观测值之间的符合度进行统计分析，检验模拟函数的拟合度和可靠性。

3 结果分析

3.1 甘蔗完成各生育期的生理发育时间

采用2007—2009年甘蔗生育期的观测数据，根据生理发育时间恒定的原理，甘蔗在各年份完成某一生育期的生理发育时间相等，采用公式（1）计算出甘蔗达到各生育期所需的生理发育时间。甘蔗发芽期、幼苗期、分蘖期和茎伸长期分别需要36.2、32.8、26.4和62.9个生理发育日。

3.2 模拟结果及检验

根据2010年耿马县气象站逐日气温观测数据，采用3.1计算的甘蔗各生育期生理发育时间，对2010年甘蔗进入各生育期的时间进行了预测（表5，图2）。结果表明，各生育期预测的绝对误差为3～15d，分蘖期最小，而茎伸长停止期最大。分蘖期预测的相对误差为6.8%，其余时期相对误差12.3%～16.7%，整个生育期预测的根均方差百分率为14.2%，结果说明，采用生理发育时间对甘蔗生育期的预测结果较好。

4 结论

（1）甘蔗各生育期的生理发育时间长短为茎伸长期＞发芽期＞幼苗期＞分蘖期，分别为62.9 d、36.2 d、32.8 d和26.4 d，与实际观测结果的平均状况一致。

（2）生理发育时间法预测的甘蔗各生育期相对误差均小于20%，RMSE也在15%以内，说明该方法对预测甘蔗生育期的效果较好，有一定的实用性。但本研究中，预测的RMSE较该方法在其它作物（或水果）[7-10，13]上预测的RMSE值明显偏大，一方面可能与本研究资料的获取方法有关，因为茎伸长期以前，生育期的观测是两天1次巡视观测，进入伸长期以后则是旬测，因此会造成一定的观测误差。另一方面，随着气候变化加剧，对甘蔗的发育进程有一定影响[1]，这也许是造成预测误差较大的原因之一。

本研究结果已证明，生理发育时间法是预测甘蔗生育期较好的方法，而要提高该方法的预测精度，还需进行更加细致和精密的试验。另外，还需深入研究温度变化对甘蔗生长发育的影响机理，进一步增强模型的机理性。

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