影响宁夏贫困山区马铃薯商品薯率的气象因子分析

赵维忠，马力文，徐 青，张学艺

（中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，银川 750002）

马铃薯是中国第四大主要粮食作物，种植面积约 6×106hm2，产量近 9 000 万 t，约占全球种植面积和产量的30%和25%，居于世界前列［1］。马铃薯是宁夏中南部山区种植面积最大的秋季作物。根据宁夏调查年鉴［2］，近 3 年平均种植 167 100 hm2，总产182.1 万 t，折粮食 36.4 万 t，分别占山区秋粮面积、总产的43.4%和28.0%。虽然宁夏中南部山区马铃薯播种面积和总产在逐年提高，但马铃薯因商品性状差造成的商品薯率年际间变化非常大，对马铃薯种植收益影响很大。马铃薯商品薯率是大中薯占所有分化薯块的比例，商品薯率越高，代表块茎达到50 g/个的数量越多，售价也越高。影响马铃薯块茎大小的最主要因素是品种［3］，但气象因子的作用也不可忽视，如2000 年马铃薯花期遇高温干旱，块茎发育不良，当地马铃薯价格仅为0.34 元/kg，而当年正常马铃薯均价为1.8 元/kg，因商品性状不佳造成经济损失巨大。据中国马铃薯网价格信息（www.malingshu7.com/）调查，2017 年，一级薯（大薯）、二级薯（中薯）、三级薯（小薯）的价格分别为2.52、1.27、0.45 元/kg。一级薯比二级薯多增收98.4%，比三级薯多增收460%。由此可见，马铃薯因商品薯率低造成种植效益下滑，成为制约马铃薯产业发展的主要因素。

马铃薯是喜温凉作物，较低的温度有利于块茎干物质的形成和积累，长期高温会导致单株小块茎增多、大块茎比重下降、干物质向块茎中转移受阻，影响马铃薯的品质［4-6］。

马铃薯能够正常产生块茎的温度条件为8～21 ℃，块茎形成的最适宜日平均温度是15～18 ℃；若温度高于21 ℃，块茎的生长发育就会受到抑制，温度越高，块茎生长受到的抑制越强，温度达到29 ℃时马铃薯块茎基本不再生长［7-10］。

20 世纪50 年代，就有学者发现，当土壤含水率降到20%以下时，块茎发育受阻，水分胁迫和土壤水分波动过大是导致二次生长出现异形薯的原因［11，12］。土壤水分保持田间持水量的50%～60%为最优［13］。《中国马铃薯栽培学》［14］中提到干旱导致块茎滞长和二次生长，产生异形薯，但无具体指标。海梅荣等［15］研究了干旱胁迫对马铃薯光合特性的影响，指出随着干旱胁迫的加剧，植株光合能力下降，造成块茎重量下降，是马铃薯块茎滞长的主要原因。

总体来看，上述研究得出的影响马铃薯块茎的气象因子不尽相同，研究多基于历年马铃薯统计资料和气候资料分析模拟。本研究利用固原市、西吉县马铃薯多年定点试验资料，结合2016—2017 年在固原市、西吉县和同心县开展的马铃薯试验结果，研究影响马铃薯商品薯率的关键气象因子，为生产中提高商品薯率、提升种植效益提供技术支持。

1 资料与方法

1.1 资料来源

马铃薯定点观测资料取自固原市、西吉县马铃薯观测报表。马铃薯分期播种试验资料取自固原市长城梁农业气象试验基地、西吉县吉强镇2016 年分期播种试验及彭阳县2008 年分期播种试验。固原市、西吉县参试品种均为青薯9 号，固原试验设置4月 14 日、4 月 23 日、5 月 3 日、5 月 15 日和 5 月 25 日 5个播期，露地栽培，每个播期设3 次重复，每个小区面积 11×6 m2。西吉试验面积 2 668 m2，设置 4 月 10日、4 月 20 日、4 月 30 日、5 月 10 日和 5 月 20 日 5 个播期，露地栽培，每个小区设置4 个重复，每个播期依山坡顺序排列，小区面积130 m2。观测发育期、0～50 cm 土壤湿度、株高、生物量，开花后逢8 挖取连续5 株样本，测定平均单株结薯量、平均单株薯重、平均块茎直径动态，收获后测定产量、结薯数量和商品薯率。

彭阳县2008 年马铃薯分期播种试验资料取自宁夏农业科学院固原市分院，试验设在彭阳县城阳乡涝池村，该地海拔1 620 m，前茬冬小麦，普通浅黑垆土，中偏轻壤，肥力中上等。参试品种为晋薯7号，播期为 3 月 25 日、4 月 5 日、4 月 15 日、4 月 25 日、5 月 5 日、5 月 20 日和 6 月 1 日，覆膜种植，3 次重复，随机区组排列，小区面积 5×4 m2，每垄26 株，株距38 cm，密度 3 500 株/0.07 hm2。11 月 13 日人工覆黑色膜，覆膜前基施农家肥2 500 kg/0.07 hm2，复合肥（N∶P∶K=18∶10∶8）50 kg/0.07 hm2。观测发育进程、发育期0～20 cm 土壤湿度、成熟后考种，测定产量、结薯量和商品薯率。

历年定点试验、分期播种试验区实测气象资料，1954—2017 年宁夏马铃薯产区各站气候资料、历年各市县马铃薯播种面积和产量调查数据。

1.2 研究方法

1.2.1 气象资料合成 宁夏中南部贫困区马铃薯种植分布不均，西吉县被称为“中国马铃薯之乡”，全县马铃薯种植面积超过1.3 万hm2，而隆德、泾源县马铃薯种植面积较少。为了研究气候变化对宁夏贫困区马铃薯的影响，不能将宁夏贫困区气象资料简单平均，应依据其马铃薯种植面积的大小按照文献［16］给出的方法将气象资料进行合成。

1.2.2 影响马铃薯商品薯率的关键气象因子及模型的确定 用试验田马铃薯商品薯率与播前、苗期、开花期、薯块膨大期等各发育阶段的降水量、降水日数、平均气温、日较差、日照时数等进行多种因子相关分析，选择通过显著性检验的因子，进一步对各因子进行偏相关分析，去除因子间相关的影响，得到影响马铃薯商品薯率的关键气象因子，进一步建立商品薯率与马铃薯单项关键气象因子的线性与非线性统计关系。

在关键气象因子确定的基础上，将对马铃薯商品薯率影响显著的气象因子进行拟合，按照决定系数进行权重合成，得出评价马铃薯商品薯率的综合权重模拟方程。若关键影响因子只有一个，则将其拟合后的残差与其他气象因子进行拟合，按照残差的决定系数进行权重合成，得出评价马铃薯商品薯率的综合权重模拟方程。

利用试验取得的马铃薯商品薯率的气象关系模型，通过不同生育阶段每变化1 ℃或增减1 mm 降水对商品薯率的影响，确定影响商品薯率的关键气象因子和时段，进而确定较为详细的光温水农业气象指标。

2 结果与分析

2.1 马铃薯商品薯率与气象因子的关系

2.1.1 块茎膨大期日均降水量 开花后15 d 叶面积达到高峰，块茎快速膨大，水分、养分需求大。开花40 d 后为淀粉积累期，下部叶片开始枯黄，养分向块茎转移，体积增大缓慢，但淀粉、蛋白质和纤维增加，皮层木栓组织增厚，薯重继续增加。光照充足可促进养分转运，防止叶片早衰。膨大期降水量与大中薯率关系十分密切，商品薯率与膨大期降水量正相关，二者呈对数关系，R=0.72（P＞R0.001=0.708，n=18）。随着降水量的增加，商品薯率增大。日均降水量由1 mm/d 增加到2 mm/d，商品薯率由34.4%提升至76.5%，日均降水量达到2.94 mm/d 时，商品薯率达到100%（图1a）。

2.1.2 开花后第4 旬平均气温 利用膨大期降水量与商品薯率的残差，与开花后第4 旬（淀粉积累期）平均气温建立关系，可凸显温度的影响。可看出温度与商品薯率负相关，R=0.571（P＞R0.02=0.542，n=18）。气温偏高导致块茎木质化过早，不利于形成大薯。气温每升高1 ℃，商品薯率下降4.0%～5.5%（图1b）。

2.1.3 播种前2 个月日均降水量 3—4 月的日均降水量与商品薯率呈曲线正相关，R=0.737（P＞R0.001=0.708，n=18）。播前水分条件好，出苗早且壮，苗期受旱程度低，发棵早且大，小薯形成、块茎膨大均提早，有利于形成大薯，提高商品薯率。播前日均降水量每增加0.16 mm/d，相当于3—4月降水量增加10 mm，可增加商品薯3.14%～11.01%，越干旱的情况下增加日均降水对商品薯率提升的贡献越大（图1c）。

图1 马铃薯商品薯率与气象因子的关系

2.2 商品薯率的综合气象模拟模型

将3 个影响商品薯率的显著因子按照残差的决定系数进行权重合成，得出评价马铃薯商品薯率的综合权重模拟方程，见表 1。其中，Y1、Y2、Y3分别为开花至成熟期间日均降水量x1拟合的商品薯率、开花第4 旬平均气温x2与x1拟合商品薯率的残差、3—4 月日均降水量x3与x1拟合商品薯率的残差。

表1 马铃薯商品薯率气象模拟方程

2.3 马铃薯商品薯率对气候变化的响应

马铃薯块茎生长期间的日均降水量呈减少趋势，气候倾向率-0.067 mm/10 年，64 年来膨大期日均降水量已减少0.429 mm/d，按照平均80 d 膨大期估算，膨大期累计降水量减少了34.32 mm，造成商品薯率下降1.79%（图2a）。

开花后第4 旬一般在8 月上旬，多数年份气温开始快速下降，马铃薯进入淀粉积累期。64 年来，该旬平均气温基本无变化，对商品薯率影响不大（图2b）。

3—4 月日均降水量有增多趋势，气候倾向率0.016 mm/10 年，64 年来播前累积降水量增多6.07 mm，可提高商品薯率1.96%～6.88%（图2c）。

图2 影响马铃薯商品薯率的关键气象因子对气候变化的响应

由于影响马铃薯商品薯率的3 个因子对气候变化的响应不同，相互制约，使得商品薯率受气候变化的影响较小，气候倾向率0.175%/10 年，有较微弱的增加趋势，64 年来仅提高1.12%（图3）。

图3 马铃薯商品薯率对气候变化的响应模拟

3 小结与讨论

本研究在田间试验的基础上，对影响马铃薯商品薯率的气象因子进行了相关普查，找出影响显著的因子，通过偏相关分析去除因子间的影响，得到影响马铃薯商品薯率的关键气象因子，进一步建立商品薯率与马铃薯单项关键气象因子的线性与非线性统计关系。按照决定系数进行权重合成，得出评价马铃薯商品薯率的综合权重模拟方程，利用彭阳县2008 年马铃薯分期播种试验资料对模型进行了验证，但试验资料较少，没有进行大量数据的验证。

影响宁夏马铃薯商品薯率最主要的气象因子是块茎膨大期日均降水量。块茎膨大期日均降水量由1 mm/d 增加到2 mm/d，商品薯率由34.4%提升至76.5%，日均降水量达到2.94 mm/d 时，商品薯率达到100%。影响马铃薯商品薯率的另外两个比较重要的气象因子为开花后第4 旬平均气温和播种前2个月日均降水量。开花后第4 旬（淀粉积累转折期）平均气温每升高1 ℃，商品薯率下降4.0%～5.5%。3—4 月播前降水量每增加10 mm，可增加商品薯率3.14%～11.01%。

马铃薯块茎膨大期降水的多少直接影响马铃薯块茎的大小。因此在块茎膨大期自然降水若偏少制约了马铃薯块茎发育时，可以开展人工补灌，提高马铃薯商品薯率，提升经济效益。开花后第4 旬是马铃薯对高温的敏感期，气温升高不利于马铃薯商品薯率的提高，可通过调节播种期，避免马铃薯花期遇高温的概率，从而提高商品薯率。此外播前充足的水分条件也是提高马铃薯商品薯率的必要保障。

随着气候变化，马铃薯块茎生长期间的日均降水量呈减少趋势，3—4 月日均降水量有增多趋势，而开花后第4 旬的平均气温随气候变化幅度不大，因此，马铃薯商品薯率随气候变化而升高的趋势并不明显。