气象因子对云南勐腊蔗区主栽甘蔗品种糖分性状的影响

王鞠萱，陈优强，冯晓敏，黄振军，洪成武，黄咏虹，吴嘉云，陈骏佳

(1广东省科学院生物工程研究所，广东广州510316；2广东省甘蔗遗传改良工程技术研究中心，广东广州510316；3云南英茂糖业(集团)有限公司，云南昆明650228)

0 引言

云南省(21˚8"～29˚15"N，97˚31"～106˚11"E)兼具低纬气候、季风气候和山原气候的特点，主要表现为：气候的区域差异和垂直变化、年温差小，日温差大、降水充沛、降水分布不均等[1]。云南是我国第2大甘蔗主产区和蔗糖生产基地，年种蔗面积近30万hm2，年蔗糖产量突破190万t，甘蔗农业产值已突破20亿元，工业产值突破50亿，是云南经济发展特别是滇西南边疆民族地区经济发展的支柱产业[2]。

甘蔗是重要的糖料和经济作物，我国是糖生产和消费大国，甘蔗产量及糖分高低直接影响蔗区农民的切身利益[3]。甘蔗是生物量最高的C4作物，光饱和点高，补偿点低，在光照时间长、气温高和降水多的条件下光合产物多，产量高[4]。甘蔗生产常受到气候、土壤和植被等自然条件的影响，其中尤以气候条件的影响最为突出。气候条件直接影响甘蔗的产量和品质，不利的气候条件会造成甘蔗产量和糖分低[5]。目前气象因子对甘蔗产量和质量已有一些报道[6-12]。欧钊荣等[13]分析了1971～2005年间，广西、云南、广东和海南甘蔗主产区气温、降雨量、湿度和日照等因子与甘蔗产量的相关性，确定了影响我国甘蔗主产区甘蔗产量气象因子和关键时段，明确降水量是我国甘蔗主产区的共同关键气象因子。蒙桂云等[4]对近45年来影响云南勐海甘蔗产量和糖分的气象因子的趋势性、阶段性和周期性进行分析。钟楚等[14]以云南耿马县1984～2006年间积温、日照时数、降水量对甘蔗不同生长发育时期的影响，并提出相应的对策。陈燕丽等[15]利用2000～2011年广西4个农业气象试验站的甘蔗旬茎伸长量和气象资料，分析宿根蔗和新植这在气象因子影响下茎伸长的差异。付建涛等[16]研究了广东、广西和云南甘蔗单位面积产量与降水和温度变化之间的关系，进一步评价气候效应对甘蔗产量的影响。罗晟昇等[17]分析了不同温度和降雨量对甘蔗生长和产量的影响，结果表明，温度对甘蔗生长影响较小，而降雨量对甘蔗的出苗率、发株率、分蘖率和糖分均具有不同程度的影响。

但有关气象因子变化对整个蔗区主栽品种甘蔗蔗糖分积累影响的报道相对较少，本文利用云南省勐腊县2017/18～2019/20年连续3个榨季的气象数据及蔗区4个主栽品种成熟期及成熟后期的糖分相关数据，分析了气象因子与甘蔗蔗糖分性状的关系。其结果有助于提高气象因子变化对甘蔗蔗糖分积累的影响的认识，同时为当地糖厂制定原料蔗种植和砍收布局提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料

云南蔗区4个甘蔗主栽品种：粤糖93-159、新台糖20号、川糖79-15和新台糖16号，于2016年12 月份在云南省勐腊县(21˚29′N，101˚31′E)种植，2017/18～2019/20年连续 3个榨季分别为新植、第一年宿根和第二年宿根，田间种植和管理同当地常规甘蔗地的种植管理一致。

1.2 气象数据来源

气象数据来源于云南省勐腊县气象局，获得了2017/18～2019/20年连续3个榨季10月份至翌年4月份每个月的降雨量(Rainfall)、日照时数(Sunshine Hours, SH)、平均温度(Average Temperature, AT)、平均温差(Mean Temperature Difference, MTD)和相对湿度(Relative Humidity, RH)的数据。

1.3 甘蔗蔗糖分性状的测定

测定了云南省勐腊县蔗区上述4个甘蔗主栽品种2017/18～2019/20年连续3个榨季10月份至翌年4月份每个月的蔗汁锤度(Juice Brix, JB)、蔗汁蔗糖分(Sucrose Content in Juice, SCJ)、重力纯度(Gravity Purity, GP)、甘蔗纤维分(Fiber Content in Cane, FCC)、蔗汁与蔗比(Juice to Cane Ratio, JCR)及甘蔗蔗糖分(Sucrose Content in Cane, SCC)等6个与糖分相关的性状数据，每个品种测定10份样品，每个品种的糖分性状以10月份至翌年4月份连续7次测定值的均值表示。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据的输入、整理和制图；采用R 3.5.3 for Windows系统进行表型性状及气象因子数据的相关性分析。

2 结果与分析

2.1 2017/18～2019/20年连续3个榨季甘蔗蔗糖分相关性状的变化

云南省勐腊县蔗区 4个甘蔗主栽品种：粤糖93-159、新台糖 20号、川糖 79-15和新台糖 16号连续3个榨季的蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纤维分和甘蔗蔗糖分如下图 1所示。分析结果表明，4个甘蔗品种的蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分在连续 3个榨季均表现出递增趋势。其中，粤糖93-159在2017/18、2018/19和2019/20年榨季的甘蔗蔗糖分分别为 14.68、15.05和 16.44；新台糖 20号连续 3个榨季的甘蔗蔗糖分分别为 16.14、16.85和17.04；川糖79-15连续3个榨季的甘蔗蔗糖分分别为15.51、16.31和16.25；新台糖16号连续3个榨季的甘蔗蔗糖分分别为14.80、15.82和15.95。4个甘蔗主栽品种的甘蔗蔗糖分平均从低到高依次为：新台糖20号＜粤糖93-159＜川糖79-15＜新台糖16号。甘蔗纤维分方面，新台糖20号和新台糖16号的纤维分相当，且在连续3个榨季均较粤糖93-159和川糖79-15高，粤糖93-159的纤维分在4个品种中相对最低，连续 3个榨季的纤维分分别为 9.4%、9.6%和10.3%。

图1 2017/18～2019/20年连续3个榨季4个云南勐腊县甘蔗主栽品种的糖分性状表现

4个甘蔗主栽品种蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分的变化如图2所示，在甘蔗成熟期和成熟后期，即10月份至次年3月份，粤糖93-159、川糖79-15和新台糖16号的糖分相关性状总体上均呈现逐渐上升趋势；而3月份至4月份，粤糖93-159和川糖 79-15的糖分相关性状均表现为下降趋势，且川糖79-15的下降趋势更明显；而新台糖16号仍表现为上升趋势；新台糖20号从10月份至次年2月份的糖分相关性状表现为上升趋势，而从2月份至4月份总体上表现为一定程度的下降趋势。

图2 2017/18～2019/20年连续3个榨季10月份至次年4月份4个云南勐腊县甘蔗主栽品种的蔗汁锤度(%)、蔗汁蔗糖分(%)和甘蔗蔗糖分(%)的变化

2.2 2017/18～2019/20年连续3个榨季气象因子的变化

每年的11月至次年4月的冬春季节为云南省的旱季，降水量只占全年的10%～20%。从图3可知，云南省勐腊县蔗区甘蔗成熟期的降雨量在最近3个榨季呈现下降的趋势，2017/18年榨季、2018/19年榨季和2019/20年榨季10月份至次年4月份的总降雨量分别为566.8、305.6和395.6 mm。其中2019/20年榨季的4月份降水量异常，达到了244.8 mm。与降雨量相反，日照时数在2017/18～2019/20年3个榨季呈现上升的趋势，2017/18年榨季、2018/19年榨季和2019/20年榨季勐腊县蔗区10月份至次年4月份的日照时数总长分别为1061.9、1331.5和1445.2 h。由图 4可知，云南省勐腊县蔗区最近 3个榨季10月份至次年4月份的月平均温度呈上升趋势；最近3个榨季的平均温差有扩大的趋势，其中2017/18年榨季、2018/19年榨季和2019/20年榨季10月份至次年 4月份的月平均温差分别为 11.8、13.8和15.6 ℃。由图5可知，最近3个榨季蔗区的相对湿度有下降的趋势。

图3 2017/18～2019/20年连续3个榨季10月份至次年4月份云南省勐腊县蔗区的降雨量(mm)和日照时数(h)

图4 2017/18～2019/20年连续3个榨季10月份至次年4月份云南省勐腊县蔗区的月平均温度(℃)和月平均温差(℃)

图5 2017/18～2019/20年连续3个榨季10月份至次年4月份云南省勐腊县蔗区的相对湿度(%)

2.3 气象因子对甘蔗蔗糖分性状的影响

2.3.1 降雨量和日照时数对甘蔗蔗糖分性状的影响

甘蔗蔗糖分相关性状之间及气象因子与糖分相关性状相关性分析如表1所示，降雨量与蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纤维分及甘蔗蔗糖分均呈显著负相关，而与蔗汁与蔗比呈显著正相关。这与2017/18～2019/20年连续 3个榨季降雨量递减，而甘蔗蔗糖分相关性状递增是一致的。新台糖16号在2017/18年榨季和2018/19年榨季的3～4月份的糖分均呈上升趋势，而在2019/20年榨季的3～4月份的糖分呈现下降趋势，这可能主要是由该榨季4月份的降雨量猛增所致(图3)。成熟期降雨量增多不仅影响甘蔗蔗糖分的积累，还影响甘蔗的收获及运输，造成原料蔗的产糖率下降。

日照时数与降雨量呈极显著负相关。甘蔗是C4作物，光饱和点高，补偿点低，光照时间长的条件下有利于光合产物的积累。本研究的结果分析也表明了日照时数与蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纤维分及甘蔗蔗糖分均呈极显著的正相关，而与蔗汁与蔗比成极显著负相关。这与2017/18～2019/20年连续3个榨季日照时数递增，甘蔗蔗糖分相关性状递增是一致的。

表1 甘蔗蔗糖分相关性状等与气象因子的相关性分析

2.3.2 平均温度和平均温差对甘蔗蔗糖分性状的影响

由表1可知，10月份至次年4月份的月平均温度与蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分、重力纯度、甘蔗纤维分、蔗汁与蔗比及甘蔗蔗糖分均无显著相关性。月平均温差与蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分、甘蔗纤维分及甘蔗蔗糖分呈极显著正相关，而与蔗汁与蔗比呈极显著负相关。蔗糖分形成和积累主要发生于温度逐渐下降的季节，温度较低时，甘蔗植株生长减慢，有利于糖分积累。2017/18～2019/20年连续 3个榨季的月平均温差逐渐扩大，这种昼夜温差的扩大有利于甘蔗蔗糖分的积累。糖分性状测定结果也表明4个甘蔗品种的蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分连续3个榨季均表现出递增趋势。

2.3.3 相对湿度对甘蔗蔗糖分性状的影响

如表1所示，相对湿度与日照时数及平均温差均表现出极显著的负相关；相对湿度与蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分均表现出极显著的负相关，与纤维分表现出显著负相关，而与蔗汁与蔗比表现出显著正相关。

3 讨论

本研究利用云南省勐腊县2017/18～2019/20年蔗区连续3个榨季包括降雨量、日照时数、月平均温度、月平均温差和相对湿度等气象数据以及4个主栽甘蔗品种的糖分性状数据，分析了气象因子变化对甘蔗工艺成熟期糖分积累的影响。

甘蔗生长大致可划分为萌芽期、分蘖期、伸长期和工艺成熟期4个时期。云南勐腊蔗区甘蔗的萌芽和分蘖期为 3～4月，5～6月以后进入伸长期，10～11月转为工艺成熟期[18]。钟楚等[14]利用云南耿马县1984～2006年甘蔗和同期气象观测资料，分析了气候变化对甘蔗生长不同阶段的影响，结果表明，积温、日照时数和降雨量等气象因子对生长不同阶段的影响不同。其中成熟期的积温和日照时数均与甘蔗蔗糖分积累呈正比，与本研究结果中的日照时数和糖分呈显著正相关的结论一致。谭宗琨等[19]通过分析云南各地甘蔗产量、榨季糖分含量与温度、降雨、日照等气候要素的关系，确定了制约云南各蔗区甘蔗产量及蔗糖分含量波动的主要气象因子；其中在勐腊蔗区降雨量的多少对甘蔗产量影响较小，而日照时数和温度与该蔗区的甘蔗产量、榨季糖分含量均呈正比。该蔗区降水量对甘蔗产量影响较小的一个主要原因可能是蔗区的降水量较为充沛。而本研究结果表明降水量与甘蔗蔗糖分含量呈反比，这可能主要是由于降雨减少了成熟期的日照时数，影响了甘蔗光合作用的时间和强度。

云南省勐腊县蔗区2017/18～2019/20年连续3个榨季的降雨量有明显的下降趋势，与之相对应的相对湿度有下降的趋势、日照时候有明显上升的趋势；成熟期及成熟后期降雨量减少一方面有利于甘蔗蔗糖分积累，另一方面也有助于甘蔗的砍收和运输。此外，最近这3个榨季的平均温差有扩大的趋势，这有利于甘蔗蔗糖分的积累。4个甘蔗主栽品种工艺成熟期蔗糖分积累的变化曲线表明，不同基因型甘蔗的糖分积累趋势存在明显差异。总体而言，4个甘蔗品种的糖分性状从进入成熟期的10月份开始至次年2月份都是处于稳步上升的阶段。但是从2月至 4月份，不同甘蔗品种的糖分积累趋势开始表现出差异，其中粤糖93-159和川糖79-15的糖分相关性状均表现为先上升(2～3月份)后下降(3～4月份)，且川糖79-15的糖分下降更明显；新台糖20号的糖分在2月份的时候基本已经达到最高值，随后糖分开始下降，表明新台糖20号在4个品种中相对比较早熟。新台糖16号的糖分性状从10月份至次年4月份的糖分一直处于上升趋势，表明新台糖16号在4个甘蔗品种中相对比较晚熟。

不同甘蔗品种成熟时间不一致，糖分高峰时间不一样。本研究中新台糖20号甘蔗蔗糖分在2月份即达到峰值，而新台糖16号的甘蔗蔗糖分从10月份至次年4月份则一直都在上升。除了甘蔗自身品种特性外，气象因子诸如降水量、日照时数、温差、湿度及海拔、种植时期均对其有较大的影响[2]。在本研究中，新台糖16号在2017/18年榨季和2018/19年榨季的 3～4月份的糖分均呈上升趋势，而在2019/20年榨季的3～4月份的糖分则呈现下降趋势，这很可能是由该榨季4月份的降雨量猛增所致。

甘蔗砍收和入榨计划的编制是糖厂农务管理的重要环节，直接影响糖企的经济效益。云南甘蔗榨季持续时间较长，因此，掌握蔗区内不同甘蔗品种糖分积累的规律有助于指导甘蔗品种种植布局以及适期砍收、合理收获，实现高糖高榨，提高制糖企业产糖率和综合收益。根据云南省勐腊县蔗区4个甘蔗主栽品种的糖分积累规律以及先熟先砍的原则，可以先砍收新台糖20号，然后川糖79-15，再次粤糖93-159，最后新台糖16号，实现在甘蔗最佳熟期砍收入榨进而提高糖厂的产糖率。