北疆地区膜下滴灌引种兰州百合的农业气候适应性

华 烨， 肖俊安， 向 导

(1.新疆维吾尔自治区气象台， 新疆 乌鲁木齐830002； 2.新疆气象局, 新疆 乌鲁木齐830002； 3.新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站， 新疆 石河子 832000)

0 引言

【研究意义】百合((Liliumbrowniivar.viridulumBaker))属于百合科多年生宿根植物[1]，其鳞茎肉质根盘肥大，是养分储藏器官；鳞片白色或微黄，是百合的主要产品。百合有很高的食用、药用、保健和观赏价值[2-5]。野生百合分布较广，欧洲、北美洲及亚洲东部等地区均有分布[6-8]。经过长期选育和驯化的兰州百合鳞茎硕大，鳞片丰满白嫩，质地细腻，营养丰富，口味幽香甜美，经济价值较高。因此，种植兰州百合对调整种植结构、促进农业经济发展具有重要的现实意义。【前人研究进展】前人对百合品种、物质含量、作用功效及栽培技术的研究较多，彭志云等[9-10]总结了百合产业现状和存在问题，并提出百合的发展途径与对策。徐学军等[11-14]经过多年努力成功选育出兰州百合新品种以及培育出百合组培苗。沈赟[15]研究表明，百合维生素C与蛋白质含量高于常见蔬菜和水果，氨基酸种类高于18种，总量占百合干重的11.06%。刘成梅等[16-17]研究认为，百合多糖性具有明显的降血糖功能。【研究切入点】北疆位于阿尔泰山和天山之间的准噶尔盆地，包含阿勒泰、塔城、昌吉、伊宁、吐鲁番、哈密、克拉玛依、石河子、博乐塔拉等地区的40个县级行政区。北疆地区属于典型大陆性干旱气候，由于其所处地形地理位置影响，气温、降水区域分布极不均衡。相同纬度和相似气候条件农作物引种成功的概率较高，但不同气候条件也能生存相同物种，如橡胶原产于热带雨林气候的南美亚马逊河盆地，引入南亚热带季风气候我国台湾、海南、云南等地种植成功；豌豆原产于非洲埃塞俄比亚，引入俄罗斯的列宁格勒并获得高产[18]。因此，仅气候相似理论不能解析引种问题，而扩展到农业气候相似则得以解释。农业气候相似原理是考虑满足植物自身生存条件，并能完成生育过程和产量形成的农业气候要素的相似条件，而不是气候要素相似[19-20]。2016—2019年新疆乌兰乌苏农业气象试验站在北疆石河子地区经3年滴灌模式成功引种兰州百合，给北疆其他地区引种兰州百合提供了思路。若将兰州百合大面积引种至北疆，对促进北疆农村经济发展具有现实意义。【拟解决的关键问题】从农业气候相似角度研究百合在北疆区域性发展的可能性，为北疆地区兰州百合的引种与应用推广提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 兰州百合 引种兰州百合品种为百合2号，由兰州百合研究所提供种苗。2016—2019年引进兰州百合种植于石河子乌兰乌苏国家级农业气象试验站。采用膜下滴灌方式栽培，2016年10月下旬播种，翌年5月上旬出苗，6月下旬至7月为盛花期(鳞茎膨大)，8月下旬茎秆枯萎，2019年10月收获。3年生的百合产量约18 000 kg/hm2，石河子引种兰州百合取得成功。

1.1.2 气象资料 百合原产地气象资料来自于兰州市气象局，北疆各行政区气象资料来自于新疆气象局，资料包括年月平均气温、平均最高气温、平均最低气温、平均日照时数和平均降水量，≥10℃初、终日期，无霜期等。

1.2 农业气候相似性分析

1.2.1 百合生长的气候条件 百合喜温喜光耐寒耐旱怕涝，可在10～30℃气候环境内生长，<10℃或>30℃生长缓慢，最适生长温度为15～25℃，鳞茎膨大期适宜温度为24～29℃。百合鳞茎在土壤中越冬可耐―40℃低温[21-22]，裸露环境下―25℃成活率30%，―20℃成活率90%，―15℃成活率100%[23]。百合属长日照植物，光照不足开花数减少，引起花蕾脱落。百合生长期土壤含水量在18%～22%为宜，开花期需充足水分，鳞茎生长期对水分的需求相对较少。pH为5.5～6.5的富含腐殖质黄沙土或黑沙土适宜百合生长[7,23]。

1.2.2 兰州百合原产地的气候条件 百合在海拔 1 500～3 000 m均适宜栽培，一般年平均气温在4.3℃以上，7月平均气温>14.0℃，无霜期大于130 d，年降水量在300 mm以上，年日照时数大于2 150 h的气候环境均能正常生长[24]。兰州百合播种期温度≥10℃为宜，初春在3月下旬至4月下旬或冬前在10月中旬至11月中旬种植[12]，5月上旬为出苗珠芽分化阶段，6月下旬显蕾，7月盛花期，开花期鳞茎迅速膨大期，8月上、中旬鳞茎成熟，8月下旬地上茎叶进入枯萎期。

1.2.3 兰州百合引种欧氏距离分析 两地农业气候相似度对引种成功非常重要，一般采用欧氏距离方法[25-28]计算两地的相似距。将m个农业气候要素视为m维空间，相同两因子点间的距离越大越不相似；反之，两点距离越小越相似。该空间距离称为相关联的欧几里德度量，即农业气候相似距离系数。依据百合生长特性，选取兰州百合原产地兰州七里河地区和引入地北疆地区农业气候因子，以百合周年生育期为尺度，选择温光水为农业气候因子，具体因子包括月平均气温、极端最高气温、极端最低气温、日照时数、降水量、稳定通过≥10℃的初终日期，以及百合生长期(4—9月)的平均气温、日照时数和降水量等，将农业气候要素数据看作1个整体，消除要素的量纲，采用公式(1)进行归一化处理，通过归一化处理的农业气候因子采用公式(2)计算欧氏距离。

(1)

(2)

式中，xk为归一化后因子序列，xi为归一化之前因子原序列，xmax、xmin为归一化之前因子序列的最大值和最小值；dil为i地兰州与j地石河子的欧氏距离，k为气候要素值(k=1,2,3……m)，m为因子个数，xik为i地(原产地)气候要素归一化处理值，xjk为j地(引入地)气候要素归一化处理值。

1.2.4 原产地与引种地农业气候相似程度判断 空间相似距越小说明因子间差异越小，两地气候越接近也越相似，引种成功率越高。农业气候相似距离为引种提供定量依据。兰州百合原产地与引种地气候相似程度根据欧式距离[26]分级标准(表1)进行判断。

表1 欧氏距离等级标准

2 结果与分析

2.1 北疆地区基本气候特征

气象分析表明，在北疆地区40个县级行政区中，年平均气温以托克逊最高，为16.0℃；清河最低，为3.1℃。年平均最高气温吐鲁番地区超过20.0℃，布尔津、青河一带低于12.0℃。年平均最低气温吐鲁番地区在8.0℃以上，而巴里坤、伊吾、温泉、昭苏、和布克赛尔、青河则在0℃以下，其中青河最低，仅为―3.8℃。年降水量伊犁河谷为300～600 mm，乌鲁木齐、石河子、塔城为200～300 mm，阿克苏、库尔勒在100 mm以下，而吐鲁番地区仅15 mm左右。日照时数为2 450～3 450 h，年平均为2 800 h左右[29]。

2.2 北疆地区引种兰州百合的农业气候限制因子

光、温、水是农作物生长发育的三大要素。兰州百合原产地兰州的年日照时数为2 000～2 800 h[30]，而北疆地区年日照时数为2 450～3 450 h，说明北疆地区的光照满足百合生长所需。百合在降水量300 mm以上地区可自然生长[25]，北疆自然降水少，不能满足百合生长发育的需求，采用膜下滴灌管理方式可解决自然降水不足的问题。在满足光照和水分条件基础上，北疆引种兰州百合，温度是主要的农业气候限制因子。

2.3 原产地与引种地的农业气候相似距及引种可能性

从表2看出，在北疆地区的40个县级行政区中，与兰州百合原产地兰州的农业气候相似距离小于0.3的有31个行政区，其相似级别为1级，两地间作物生育期相近，这些行政区可直接引种兰州百合；与兰州农业气候相似距为0.3～0.5的有9个行政区，其相似级别为2级，两地间作物生育期略有差异，这些行政区可间接引种兰州百合。表明，北疆有接近80%行政区可直接引入百合种植，其中，最接近原产地农业气候条件的地区有新源、伊犁、伊宁、霍城、察布查尔和巩留；约20%的行政区需驯化观察后才能确定能否引种兰州百合，需要驯化的地区有鄯善、托克逊、巴里坤、伊吾、温泉、昭苏、和布克赛尔、青河及吉木乃等地区。

表2 北疆各个行政区与兰州的农业气候相似距

3 讨论

欧氏距离方法揭示两地之间气候和农业气候相似程度，为引种提供了定量依据，视其农业气候相似程度确定引种的方向及提前采取措施，以此可以增加预见性，减少盲目性[31]。根据兰州百合原产地兰州与引种地北疆的农业气候相似距，分析北疆地区各行政区引种兰州百合的可能性，结果表明，有31个行政区与兰州百合原产地兰州的农业气候相似距小于0.3，其相似级别为1级，两地间作物生育期相近，这些地行政区可直接引种兰州百合；9个行政区与兰州农业气候相似距为0.3～0.5，相似级别为2级，两地间作物生育期略有差异，需驯化观察后才能确定是否适宜引种兰州百合。虽然欧氏距离系数方法在揭示两地农业气候相似具有一定的可靠性，但引种农作物时，应明确作物本身的生物指标以及气候适应性，因此，在大面积扩种之前应进行小规模引种试验，避免经济损失。

4 结论

北疆地区引种兰州百合，在膜下滴灌的农业措施下，有接近80%行政区可直接引入百合种植，其中，最接近原产地农业气候条件的地区有新源、伊犁、伊宁、霍城、察布查尔和巩留等地区，是北疆地区引种兰州百合的最适区。另外，有20%的县级行政区需驯化观察后才能确定能否引种兰州百合，需要驯化的地区为鄯善、托克逊、巴里坤、伊吾、温泉、昭苏、和布克赛尔、青河及吉木乃等。