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        甘蔗生理發(fā)育時間及生育期預測

        2012-12-24 06:15:28徐夢瑩
        中國糖料 2012年2期
        關鍵詞:熱效應甘蔗生育期

        鐘 楚 ,周 臣 ,徐夢瑩

        (1.云南省氣候中心,昆明 650034;2.云南省耿馬縣氣象局,耿馬 677500)

        云南省是我國第二大甘蔗生產(chǎn)省份,蔗糖產(chǎn)業(yè)在云南省的國民經(jīng)濟中占有重要地位。對云南主要蔗區(qū)甘蔗生長期氣候條件和甘蔗生長發(fā)育變化的分析結(jié)果表明[1],近20多年甘蔗生長期氣候發(fā)生了較明顯的變化,受氣候變化的影響,甘蔗的生長發(fā)育進程也發(fā)生了較大的變化。進一步對甘蔗生育期進行模擬研究,對于更好地預測、鑒定氣候變化條件下甘蔗生長期的變化,模擬甘蔗生育期對氣候變化的響應,科學地管理甘蔗生產(chǎn)等方面都具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

        模擬作物生育期的模型主要有生長度日法(有效積溫法)[2]、水熱因子模型[3]、“水稻種”模型[4]、WOFSOT模型[5]等。由于這些模型存在著模擬精度低,或者參數(shù)多、獲取較麻煩等原因,模型在實際生產(chǎn)過程中的運用受到很大限制。張立禎等[6]近年提出了以生理發(fā)育時間為尺度預測作物發(fā)育進程的方法,并在大田作物方面實現(xiàn)了有效的預測。該方法在番茄[7]、茄子[8]、大麥[9]、棉花[10]等作物上的運用也取得了很好的效果,但目前關于甘蔗生育期的預測還未見報道。本文對甘蔗各生育期的生長發(fā)育時間進行了推算,并以此進行甘蔗的生育期預測,也為這方面進一步的研究奠定基礎。

        1 材料與方法

        研究地點為云南省耿馬縣(東經(jīng) 98°48′~99°54′,北緯 23°20′~24°02′),該縣為云南省甘蔗種植面積大縣之一,是云南最重要的蔗糖基地,也是2008~2015年國家甘蔗優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃重點縣。觀測地為丘陵地段,土壤類型為紅壤土,微酸性,土壤肥力中等,產(chǎn)量水平中等。觀測地段距離大氣觀測場 (東經(jīng) 99°24′, 北緯 23°33′,海拔1104.9m)2~3 km,海拔高度與大氣觀測場相差小于100 m,因此大氣觀測場氣象數(shù)據(jù)基本可以代表觀測地的狀況。

        甘蔗生育期資料從耿馬縣氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測站獲取,觀測的甘蔗均為當年新植蔗,品種為粵糖8388,直播條栽,常規(guī)管理。根據(jù)文獻[11]的要求,選4個小區(qū),每小區(qū)10株進行觀測。甘蔗各生育期劃分及其形態(tài)特征見表3,2007-2009年甘蔗各生育期到達日期及生育期累計天數(shù)見表1和表2。

        2 模型描述

        2.1 生育期劃分

        觀測記錄的甘蔗生育期有5個時期:播種、發(fā)芽、分蘗、莖伸長和工藝成熟。但由于農(nóng)業(yè)氣象觀測記錄的生育期是普遍期的日期(即50%的植株達到某一生育期的形態(tài)特征),因此,實際的生育期劃分應該為:發(fā)芽期(播種—發(fā)芽)、幼苗期(發(fā)芽—分蘗)、分蘗期(分蘗—莖伸長)、莖伸長期(莖伸長—工藝成熟)和工藝成熟期(工藝成熟—收獲)5個時期。但由于甘蔗的收獲期受工業(yè)生產(chǎn)安排進度的影響,即使達到收獲標準也不一定能及時收獲,因此,本研究中不考慮工藝成熟期。莖伸長停止期一般不記錄,因此采用旬測時莖長不再增長時最后一旬的日期作為莖伸長停止期。

        2.2 相對熱效應

        將溫度對甘蔗發(fā)育速率的影響效應的大小用相對熱效應(Relative thermal effect,RTE)來衡量。根據(jù)甘蔗各生育期適宜溫度的分布特征,本模型采用三段線性函數(shù)計算每日相對熱效應。在發(fā)育下限溫度與最適下限溫度之間,熱效應隨著溫度的升高呈線性增加,在最適下限溫度與最適上限溫度之間,熱效應保持最大值1,在最適上限溫度與發(fā)育上限溫度之間,熱效應隨著溫度的升高呈線性下降,在發(fā)育下限溫度以下或發(fā)育上限溫度以上,熱效應為0,即每日相對熱效應RTE的值在0~1之間變化(圖1)。每日相對熱效應RTE與溫度(T)的關系可用公式(1)表示。

        式中,Tb、Tob、Tou、Tm分別為甘蔗發(fā)育下限溫度、最適下限溫度、最適上限溫度和上限溫度,T為日平均溫度,RTE是每日相對熱效應。

        查閱相關文獻和資料[12],確定甘蔗各生育期的三基點溫度(表4)。

        2.3 生理發(fā)育時間

        2.5 模型檢驗

        采用常用的根均方差法(Root mean square error,RMSE)和相對誤差(Relative error,RE)對模擬值與觀測值之間的符合度進行統(tǒng)計分析,檢驗模擬函數(shù)的擬合度和可靠性。

        3 結(jié)果分析

        3.1 甘蔗完成各生育期的生理發(fā)育時間

        采用2007—2009年甘蔗生育期的觀測數(shù)據(jù),根據(jù)生理發(fā)育時間恒定的原理,甘蔗在各年份完成某一生育期的生理發(fā)育時間相等,采用公式(1)計算出甘蔗達到各生育期所需的生理發(fā)育時間。甘蔗發(fā)芽期、幼苗期、分蘗期和莖伸長期分別需要36.2、32.8、26.4和62.9個生理發(fā)育日。

        3.2 模擬結(jié)果及檢驗

        根據(jù)2010年耿馬縣氣象站逐日氣溫觀測數(shù)據(jù),采用3.1計算的甘蔗各生育期生理發(fā)育時間,對2010年甘蔗進入各生育期的時間進行了預測(表5,圖2)。結(jié)果表明,各生育期預測的絕對誤差為3~15d,分蘗期最小,而莖伸長停止期最大。分蘗期預測的相對誤差為6.8%,其余時期相對誤差12.3%~16.7%,整個生育期預測的根均方差百分率為14.2%,結(jié)果說明,采用生理發(fā)育時間對甘蔗生育期的預測結(jié)果較好。

        4 結(jié)論

        (1)甘蔗各生育期的生理發(fā)育時間長短為莖伸長期>發(fā)芽期>幼苗期>分蘗期,分別為62.9 d、36.2 d、32.8 d和26.4 d,與實際觀測結(jié)果的平均狀況一致。

        (2)生理發(fā)育時間法預測的甘蔗各生育期相對誤差均小于20%,RMSE也在15%以內(nèi),說明該方法對預測甘蔗生育期的效果較好,有一定的實用性。但本研究中,預測的RMSE較該方法在其它作物(或水果)[7-10,13]上預測的RMSE值明顯偏大,一方面可能與本研究資料的獲取方法有關,因為莖伸長期以前,生育期的觀測是兩天1次巡視觀測,進入伸長期以后則是旬測,因此會造成一定的觀測誤差。另一方面,隨著氣候變化加劇,對甘蔗的發(fā)育進程有一定影響[1],這也許是造成預測誤差較大的原因之一。

        本研究結(jié)果已證明,生理發(fā)育時間法是預測甘蔗生育期較好的方法,而要提高該方法的預測精度,還需進行更加細致和精密的試驗。另外,還需深入研究溫度變化對甘蔗生長發(fā)育的影響機理,進一步增強模型的機理性。

        [1]鐘楚,周臣,李金惠,等.氣候變化對云南耿馬甘蔗生長發(fā)育的影響[J].中國糖料,2011(3):38-42.

        [2]施澤平,郭世榮,康云艷,等.基于生長度日的溫室甜瓜發(fā)育模擬模型的研究[J].南京農(nóng)業(yè)大學學報,2005,28(2):129-132.

        [3]李榮平,周廣勝,劉景利,等.基于水熱因子的玉米物候模擬[J].氣象與環(huán)境學報,2009,25(3):19-23.

        [4]孫成明,莊恒揚,楊連新,等.FACE水稻生育期模擬[J].生態(tài)學報,2007,27(2):613-619.

        [5]謝文霞,王光火,張奇春.WOFOST模型的發(fā)展及應用[J].土壤通報,2006,37(1):154-158.

        [6]張立禎,曹衛(wèi)星,張思平,等.基于生理發(fā)育時間的棉花生育期模擬模型[J].棉花學報,2003,15(2):97-103.

        [7]張培新,賀超興,張志斌,等.基于生理發(fā)育時間的日光溫室番茄發(fā)育模擬模型[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2006,27(4):314-317.

        [8]劉淑云,封文杰,王風云,等.基于PDT的溫室茄子發(fā)育模擬模型[J].山東農(nóng)業(yè)科學,2010(10):11-l4,38.

        [9]鄒薇,劉鐵梅,姚娟,等.基于生理生態(tài)過程的大麥頂端發(fā)育和物候期模擬模型檢驗[J].生態(tài)學報,2009,29(2):815-823.

        [10]馬富裕,曹衛(wèi)星,張立禎,等.棉花生育時期及蕾鈴發(fā)生發(fā)育模擬模型研究[J].應用生態(tài)學報,2005,16(4):626-630.

        [11]國家氣象局.農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范(上冊)[M].北京:氣象出版社,1993:20-21.

        [12]楊文鈺,屠乃美.作物栽培學各論(南方本)[M]).北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2003.

        [13]胡利平,裴古娥,姚延鋒,等.天水蘋果發(fā)育模擬模型研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2010,28(1):237-242.

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