气温日较差对甘蔗蔗糖分的影响评估

匡昭敏，欧钊荣，李 莉，陈冬宇，李 政，刘志平

(广西壮族自治区气象科学研究所/甘蔗气象服务中心，广西 南宁 530022)

0 引言

食糖是人民日常生活必需品和食品加工的主要添加剂及生物能源的重要原料之一[1]，属于国家重要战略物资和国际大宗贸易商品[2]。甘蔗是世界上最为重要的糖料作物之一[3]，我国甘蔗糖占食糖产量的85%以上[4]，由于受气象灾害等多方面因素影响，甘蔗产量波动频繁，严重威胁我国食糖安全。

蔗糖产量的增减主要由2个因素决定，一是甘蔗产量的高低，二是甘蔗蔗糖分的高低。目前大多数学者偏重于甘蔗产量形成的影响研究，如谭秦亮等[5]和李佳慧等[6]对不同品种甘蔗的产量研究发现新植甘蔗产量与出苗率、有效茎数呈显著到极显著正相关；Chaudhari Vishakha等[7]在印度古吉拉特邦的南部进行甘蔗不同种植方式的评价中提到以120 cm行距种植能使甘蔗产量显著提高；区惠平等[8]在甘蔗产量与磷肥施用量实验中发现广西蔗区推荐的适宜施磷量为P2O540.9 kg /hm2，藉此获得较高的甘蔗产量和磷素利用率；Bhatt[9]发现通过覆盖稻草来减少蔗田的土壤水分蒸发量可达到提高甘蔗产量的目的，并建议覆盖量为4 t/hm2；Mbhamali Thulebona和Jury Mark[10]分析了非洲东南部地区甘蔗产量与当地气候的关系，他们认为12月至翌年5月之前的雨热时间关联、太平洋厄尔尼诺扰动指数和印度洋偶极影响使甘蔗产量与气候密切相关；而在蔗糖分形成影响方面的研究大多数学者从施肥对蔗糖分的影响进行研究，如Wu等[11]经过田间试验提出甘蔗最大产糖量的建议施肥及用水方案：N肥292 kg/hm2，K2O肥146.55 kg/hm2，P2O5肥439.5 kg/hm2，水1778.4 m3/hm2；单翔宇等[12]发现随施氮量增加，蔗糖分先增加后减少，在一定氮肥用量范围内，施用氮肥有利于提高甘蔗含糖量，施氮量375 t/hm2下，3次施氮的效果最佳，与2次施氮相比，3次施氮更有利于提高甘蔗含糖量；梁计南等[13]发现，在相同施氮量下，后期重施氮肥对甘蔗后期生长有利，但前期缺氮所造成的损失，不利于甘蔗糖分积累；韦剑锋等和陈超君等[14-15]认为中后期施用氮肥有利于促进蛋白质合成，同时会消耗大量碳水化合物，不利于提高蔗糖分；张伟等[16]对比分析气象因素对甘蔗开花的影响发现：花芽分化前40天内气温较低、湿度较高有利于甘蔗花芽分化；甘蔗孕穗期平均气温、平均湿度偏高有利于花穗抽出，显著提高抽穗率；熊志强和刘建清[17]对甘蔗旬生长高度与气象因子关联度及因子筛选分析发现：气温日较差大，地面最低温度对甘蔗生长制约最大。

气象因素对蔗糖分形成的影响少有相关研究报道，很有必要对甘蔗蔗糖分转化积累关键期影响蔗糖分高低的主要气象因素进行研究，以期提高蔗糖产量预报的准确率，为保障我国食糖安全以及糖企生产管理决策提供科学支撑。

1 材料与方法

1.1 资料来源

广西2007～2021年共15年32个广西甘蔗主产县(市、区，下同，分别为：兴宾区、江州区、扶绥县、宁明县、龙州县、柳城县、大新县、上思县、武宣县、宜州市、横州市、宾阳县、武鸣区、覃塘区、田东县、合浦县、柳江县、江南区、罗城县、灵山县、象州县、隆安县、鹿寨县、融水县、钦南县、平果县、金城江区、忻城县、钦北区、环江县、都安县、田阳县)(下称广西甘蔗主产县)地面气象观测站气温日较差、无雨日数、降雨量、日照时数等气象资料来自广西壮族自治区气象信息中心。所采用的地面气象站是用32个甘蔗主产县所在地的国家气象站(或国家基本气象站、基准气候站)代表。

广西2007/08～2021/22年共15个榨季的32个甘蔗主产县进厂原料蔗入榨量、糖产量和甘蔗平均蔗糖分，资料来自广西糖业年报。

1.2 气象资料处理与计算

计算2007～2021年广西32个甘蔗主产县气象站历年9～11月、12月～翌年2月平均气温日较差(气温日较差指一昼夜间最高气温与最低气温的差值)、无雨日数、降雨量及日照时数。

计算2007～2021年广西32个甘蔗主产县气象站历年9～11月平均气温日较差≥8.5℃或≤7.5℃的出现百分率。计算公式如下：

其中，P为某年广西32个甘蔗主产县气象站9～11月平均气温日较差≥8.5℃或≤7.5℃的出现站数百分率(%)，n为某年在广西32个甘蔗主产县气象站中9～11月平均气温日较差≥8.5℃(或≤7.5℃)的出现站数，N为32，即广西32个甘蔗主产县。

2 近15个榨季甘蔗蔗糖分气象影响评估

2.1 气象因素与蔗糖分的相关性分析

据相关研究[18]，9～11月，广西甘蔗进入茎伸长后期至工艺成熟期，转入糖分转化积累关键期，分析研究发现，气温日较差大，日暖夜凉，干燥而晴朗无霜冻的天气对蔗糖分积累有利。高温潮湿天气有利于甘蔗继续生长，而不太利于蔗糖分的累积。12月以后广西甘蔗集中进入收获压榨期，至翌年2月底大部分完成收获。分析广西全区甘蔗蔗糖分、混合糖产率(混合糖产量与原料蔗入榨量之比)与9～11月、12月～翌年2月的平均气温、气温日较差、降雨量、日照时数、无雨日数等气象因素的32个站点平均值相关性及显著程度发现：甘蔗蔗糖分、混合糖产率与9～11月气温日较差、日照时数、无雨日数极显著正相关(均通过0.01置信度检验)，与9～11月降雨量显著负相关，与12月～翌年2月气温日较差、无雨日数显著正相关(均通过0.05置信度检验)，见表1。故首选9～11月气温日较差、无雨日数开展甘蔗蔗糖分转化积累的影响研究，辅以12月～翌年2月气温日较差、无雨日数分析。

表1 2007～2021年气象因素与蔗糖分的相关性分析

2.2 气温日较差对蔗糖分的影响评估

2.2.1 气温日较差对蔗糖分的影响评估指标

经对2007～2021年广西32个甘蔗主产县气象站历年9～11月平均气温日较差及其相应榨季的平均蔗糖分进行分析研究，结果见表2、表3。表中给出了高糖榨季(榨季蔗糖分≥14.0%)和低糖榨季(榨季蔗糖分≤13.5%)的榨季蔗糖分及相应榨季广西甘蔗主产县9～11月平均气温日较差≥8.5℃或≤7.5℃的出现百分率。由表2、表3可见，近15个榨季中共有5个为高糖榨季(榨季蔗糖分≥14%)，主要气候特点表现为其糖分转化积累期间(9～11月)的昼夜温差大，蔗区9～11月的气温日较差多在8.5～10.1℃之间，光照偏多，降水量偏少，利于糖分转化积累。其中的4个榨季(2007/08、2008/09、2009/10、2019/20年榨季)广西甘蔗主产县9～11月平均气温日较差较高，≥8.5℃的出现百分率均在50%以上，主产县平均气温日较差为8.5～8.9℃，同时无雨日数较多，为66.9～73.4天(表2)。

表2 高糖榨季蔗糖分和甘蔗主产县9～11月气温日较差情况

表3 低糖榨季蔗糖分和甘蔗主产县9～11月气温日较差情况

其次，广西近15个榨季中共有4个低糖榨季(榨季蔗糖分≤13.5%)，其糖分转化积累期间(9～11月)的昼夜温差偏小，蔗区9～11月的气温日较差多在6.0～7.5℃之间，降水量偏多，光照偏少，不利于糖分转化积累。其中有3个榨季(2012/13、2015/16、2017/18年榨季)广西甘蔗主产县9～11月平均气温日较差较低，≤7.5℃的出现百分率均在50%以上，主产县平均气温日较差为7.4～7.6℃，同时无雨日数较少，为51.9～60.2天(表3)。

在高糖和低糖榨季中各有1个榨季(2020/21、2018/19年榨季)由于集中收获压榨期(12月至翌年2月)天气较反常未完全符合这个基于9～11月平均气温日较差的影响评估指标。其中2020/21年榨季9～11月的气象条件未达到高糖榨季气象影响评估指标，但是在12月～翌年2月的平均气温日较差7.7℃(＞7.5℃)、无雨日数63.7天(＞60天)均为较高水平，因此弥补了该榨季前期的气象条件不足，促使其成为高糖榨季(表2)。2018/19年榨季9～11月虽然气温日较差略＞7.5℃(7.8℃)，但期间降雨量平均偏多17%，无雨日数仅为57天，光照偏少11%，仍较不利于糖分转化积累(表3)。

广西近15个榨季中，其余的6个榨季广西甘蔗主产县9～11月平均气温日较差大多处在7.5～8.5℃之间，对应的榨季蔗糖分则处在13.6%～13.9%之间。

2.2.2 典型高糖和低糖榨季气象影响分析

(1)高糖榨季：2019/20年榨季广西蔗糖分为近50年最高值，该榨季自9月份开始广西大部蔗区出现了不同程度的秋冬干旱，其中旱情较重的蔗区为南宁、柳州和贵港，其余大部蔗区为轻旱至中度干旱(图1)，导致广西入厂原料蔗总产量较上榨季减少16.3%，但同时由于蔗糖分转化积累关键期(9～11月份)蔗区昼夜温差大，有90%的广西甘蔗主产县9～11月平均气温日较差≥8.5℃，无雨日数达70天为最多，非常有利于蔗糖分的转化积累，广西平均蔗糖分高达14.83%，有效提高了蔗糖产量，从而使该榨季广西蔗糖总产量较上榨季仅减产5.3%。

图1 广西2019年9～10月无雨日数分布图

(2)低糖榨季：2015/16年榨季广西蔗糖分为近15年最低值，该榨季蔗糖分转化积累关键期(9～11月)广西甘蔗主产县大部昼夜温差偏小，有70%的甘蔗主产县9～11月平均气温日较差≤7.5℃，且大部蔗区多阴雨天气，主产县降水量平均偏多1倍，无雨日数偏少仅为54天，光照时数偏少2～4成，总体气象条件不利于蔗糖分转化积累，广西平均蔗糖分为13.21%；同时因广西甘蔗种植面积较上年大幅度减少17.88%，广西该榨季较上榨季入厂原料蔗总产量较上榨季减15.6%、蔗糖总产量减幅达20.1%。

(3)年变化趋势分析：2005/06～2019/20年榨季广西平均蔗糖分变化趋势不明显(图2)，主要还是受制于各年气象条件情况。

图2 2005/06～2019/20年榨季广西平均蔗糖分

3 结论与讨论

(1)甘蔗蔗糖分转化积累关键期(9～11月)气温日较差大利于蔗糖分转化积累。在2007/08～2021/22年榨季，当某年广西甘蔗主产县9～11月平均气温日较差≥8.5℃的出现百分率在50%以上、且此期间及此后的集中收获压榨期无重大灾害影响时，该榨季蔗糖分≥14%；当某年广西甘蔗主产县9～11月平均气温日较差≤7.5℃的出现百分率在50%以上时，则该榨季蔗糖分≤13.5%；当某年广西甘蔗主产县9～11月平均气温日较差多处在7.5～8.5℃之间时，其榨季蔗糖分多数处在13.6%～13.9%之间。 (2)甘蔗蔗糖分转化积累关键期(9～11月)气温日较差是蔗糖分高低的最主要影响因子，可基于该影响因子并结合未来降雨、光照等气象要素开展榨季甘蔗蔗糖分转化积累影响预估和蔗糖分预报。