豫南烟区烤烟生长环境气温特征变化及适宜性分析

2023-10-30郝浩浩刘晓敏唐培培邵惠芳许自成吴俊林

湖北畜牧兽医 2023年6期

郝浩浩，刘晓敏，唐培培，周全，邵惠芳，韩丹，许自成，吴俊林

（1.河南省烟草公司驻马店市公司，河南驻马店 463000；2.河南农业大学烟草学院，郑州 450002；3.河南省驻马店市烟草公司泌阳县分公司，河南泌阳 463700）

烤烟在生长过程中受生态环境的影响较大，适宜的气候条件能够提高烤烟的品质和产量［1，2］。已有研究表明，影响烤烟生长的主要气象因子有日照时数、气温和降雨量［3］，其中，气温对烤烟生长的影响最大。杨恕良等［4］的研究发现，平均气温是影响贵州省烟叶质量的主要气象因子，约占所有气象因子的38.7%。胡颖梅等［5］的研究表明，整个生育期平均温度占烤烟所有气象影响因子权重的0.471。姬兴杰［6］等的研究表明，对河南省烟区烤烟中部叶化学成分影响因子中，以温、热因素的影响程度为最大，水、湿因素次之、光照因素最小。全球气温逐渐变暖，有研究发现，1960—2018 年中国年平均温度呈上升趋势，平均每10 年增温约0.278 ℃［7］，气候变暖增大了极端降水的概率［8］，使农业生产面临巨大风险。豫南是中国南北方过渡地带，包括信阳市、南阳市和驻马店市，属于亚热带季风性湿润气候，是河南省烤烟种植的主产区［9，10］，因此，对豫南烟区气温进行研究具有重要意义。在以往的研究中，人们常常把所有气象因子作为整体去研究［11，12］，针对影响烤烟生长的主要气象因子气温的研究还鲜见报道。本研究通过分析2010—2017 年豫南烟区烤烟不同生育期的平均气温、日平均最高气温、日平均最低气温、极端最高气温、极端最低气温等数据，研究豫南各市烤烟生长环境气温的变化和适宜性，以期为当地优质烤烟栽培及大田管理提供理论参考。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

豫南烟区（包括信阳市、南阳市和驻马店市）2010—2017 年的气象资料由河南省气象局提供。气象资料包括驻马店市、信阳市和南阳市3 个植烟市在烤烟伸根期、旺长期和成熟期的平均气温、日平均最高气温、日平均最低气温、极端最高气温和极端最低气温等气候指标，豫南烟区总体气温指标为各市气温指标的平均值。根据当地烤烟生产节令，伸根期为4 月20 日至5 月31 日，旺长期为6 月1—31日，成熟期为7 月1 日至8 月31 日。

1.2 适宜性分析

参考龙怀玉等［13］建立的烤烟气候适宜性评价模型，对平均气温的适宜指数进行计算，气温指标、隶属函数及拐点值见表1。隶属函数中的抛物线型函数的计算式如下。

表1 豫南烟区气温适宜性评价指标及其隶属度函数拐点

式中，x1、x2、x3、x4分别为各气候因素指标的下限值、最优下限值、最优上限值、上限值。

1.3 数据处理

采用SPSS 26.0 和Excel 2019 软件完成各项指标的统计分析。

2 结果与分析

2.1 豫南烟区烤烟大田不同时期平均气温变异特征及适宜性分析

由2010—2017 年豫南烟区烤烟大田不同时期的平均气温值（表2）可知，豫南烟区在烤烟生长相同时期各市平均气温相差不大，在烤烟伸根期、旺长期和成熟期平均气温分别为21.26、25.71、27.42 ℃。豫南烟区烤烟生长不同时期的平均气温变异系数在4.00%左右，其中，南阳市烤烟旺长期的平均气温变异系数最高，为5.37%，在信阳市烤烟旺长期的平均气温变异系数最低，为3.16%。结果表明，烤烟在伸根期适宜温度范围为18.00～28.00 ℃，旺长期适宜温度范围为20.00～28.00 ℃，成熟期适宜温度范围为20.00～25.00 ℃［14］。豫南地区烤烟伸根期和旺长期平均气温适宜指数均为1.00，说明该区处于优质烟生长适宜温度范围内，成熟期平均气温偏高，其中以驻马店市适宜指数最高，为0.80，信阳市适宜指数较低，为0.76。

表2 2010—2017 年豫南烟区烤烟大田不同时期平均气温变异特征及适宜性

2.2 豫南烟区大田不同时期平均气温变化分析

豫南地区烤烟大田不同时期平均气温随年份变化如图1 所示，在伸根期、旺长期和成熟期平均气温随年份增加均呈先升高后降低再升高的趋势，趋势线拟合方程分别为y=0.081 6x3-1.139 9x2+4.565x+16.571、y=0.07x3-1.002 3x2+3.813x+22.776 和y=0.050 4x3-0.666 8x2+2.461 6x+25.173，R2分别为0.802 8、0.856 4 和0.154 1。在烤烟伸根期和旺长期趋势线拟合程度较好，烤烟生长成熟期平均气温在2013 年出现了极端值，为30.0 ℃，在2014 年又急剧下降，平均气温为26.0 ℃，2014—2017 年又呈上升趋势。

图1 2010—2017 年豫南烟区不同时期平均气温年际变化

2.3 豫南烟区大田不同时期日平均最高气温、日平均最低气温分析

对豫南各市从2010—2017 年烤烟生长不同时期的日平均最高气温和日平均最低气温进行分析（表3、表4），在烤烟伸根期各市日平均最高气温相近，日平均最低气温以驻马店市最低，为12.83 ℃。在烤烟旺长期，各市日平均最高气温在29.0～32.0 ℃，以驻马店市和南阳市气温略高，2 个城市日平均最低气温相差不大。在烤烟成熟期，各市日平均最高气温和日平均最低气温均差距不大。研究表明，烤烟在大田生长期的最适宜温度为20.0～28.0 ℃［15］。从表3 中可以发现，各市烤烟伸根期的日平均最高气温和旺长期、成熟期的日平均最低气温均处于最适温度范围内，而在旺长期和成熟期的日平均最高气温比烤烟生长最适温度略高，伸根期日平均最低气温比烤烟生长最适温度偏低。

表3 2010—2017 年豫南烟区日平均最高气温变化（单位：℃）

表4 2010—2017 年豫南烟区日平均最低气温变化（单位：℃）

2.4 豫南烟区日平均最高、最低气温年际变化分析

豫南烟区日平均最高、最低气温随年份变化如图2 所示，在烤烟伸根期日平均最高温随年份变化总体呈上升趋势，日平均最低温呈下降趋势，温差逐渐增大。在烤烟旺长期日平均最高、日平均最低气温随年份变化均呈下降趋势，且下降的趋势较为明显。在烤烟成熟期日平均最高、日平均最低气温随年份增加而缓慢下降，但自2015 年之后，日平均最高温和日平均最低温均呈上升趋势。

图2 2010—2017 年豫南烟区日平均最高、最低气温年际变化

2.5 豫南烟区极端最高、最低气温分析

对豫南各市2010—2017 年烤烟生长不同时期的极端最高和最低气温进行分析（图3），在烤烟伸根期驻马店市和南阳市出现大于35 ℃的极端最高气温和小于10 ℃的极端最低气温比例较高，信阳市极端最高气温在32～35℃，极端最低气温在10～13℃的占比较大，相较于驻马店市和南阳市气温表现较为缓和。在烤烟旺长期驻马店市、信阳市和南阳市均以35～38 ℃的极端最高气温和大于15 ℃的极端最低气温占比较高，其中，驻马店市和南阳市存在大于38 ℃的极端最高气温年份，而信阳市部分年份存在极端小于35 ℃的情况，整体以驻马店市和南阳市更易于在烤烟旺长期出现较高的极端高温天气。在烤烟成熟期各市的极端最高气温均在35 ℃以上，大于38 ℃的极端最高气温以信阳市和南阳市占比较高，3 个城市的极端最低气温天气以驻马店略低。

图3 2010—2017 年豫南烟区极端最高、最低气温分析

3 讨论

平均气温一般较为稳定，每增加1.0 ℃，对生态环境都能产生巨大影响［16，17］。1971—2005 年豫南烟区在烤烟伸根期、旺长期和成熟期平均气温分别为21.80、26.38、26.73 ℃［18］。本研究结果发现，2010—2017 年豫南烟区在烤烟伸根期、旺长期和成熟期平均气温分别为21.26、25.71、27.42 ℃，这表明在烤烟伸根期和旺长期的平均气温比20 世纪末分别降低了0.54、0.67 ℃，在成熟期平均气温增加了0.69 ℃。

烤烟生长受温度的影响较大，在大田生长的不同时期，对温度的需求也不相同［19］。本研究发现，在豫南烟区，烤烟伸根期平均气温处于优质烟生长适宜温度范围内，但伸根期日平均最低温比烤烟生长最适温度偏低且呈下降趋势，日平均最高气温随年份变化总体呈上升趋势，日平均最高、最低气温差逐渐增大。在旺长期，平均气温处于优质烟生长适宜温度范围内，日平均最高气温比烤烟生长最适温度略高但随年份变化呈明显下降趋势。成熟期平均气温和日平均最高气温均超过烤烟生长最适温度，日平均最高、最低气温随年份变化均呈缓慢下降趋势，但在2013 年烤烟生长成熟期平均气温出现了30.0 ℃的极端值，自2015 年后总体温度均呈上升趋势。总体而言，豫南烟区在烤烟伸根期要注意低温的影响，在旺长期温度较适宜，在成熟期存在极端高温的风险。

极端气温是影响烤烟生长的重大风险［20］，在伸根期遇到小于13 ℃极端最低气温会导致烟苗生长发育受阻，在成熟期遭遇大于35 ℃的极端高温，叶片易被灼伤且品质下降［21，22］。本研究发现，在烤烟伸根期驻马店市和南阳市出现大于35 ℃的极端高温和小于10 ℃的极端低温占比较高，日平均最低气温以驻马店市最低，为12.83 ℃，信阳市相较于驻马店市和南阳市气温表现较为缓和。在旺长期驻马店市和南阳市存在大于38 ℃的极端高温年份，且日平均最高气温以驻马店市和南阳市略高，说明这2 个城市更易于出现较高的极端高温天气。成熟期各地区的极端最高气温均在35 ℃以上，大于38 ℃的极端最高气温以信阳市和南阳市占比较高。

在全球气候变暖的背景下，本研究以烤烟生育期气温变化作为出发点，较为全面地分析了21 世纪初豫南烟区气温的适宜性、变化趋势和风险几率，以期为当地优质烟叶生产提供理论参考。气温变化时往往伴随着降雨量等气候的改变，叶明华等［23］研究发现，在安徽省气温与降雨量呈中等负相关，在极端天气下二者变为正相关关系。降雨量对烤烟生长的影响仅次于温度，但在烤烟生育期间降雨量变异程度较大，未来可进一步研究豫南烟区气温与降雨量的关系，从而为当地烤烟生产布局提供更多参考。