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(yù)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(yīng)，科學(xué)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(yù)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(yù)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(guān)于甘蔗生育期的預(yù)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(yù)測，也為這方面進一步的研究奠定基礎(chǔ)。

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(yīng)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(yīng)

將溫度對甘蔗發(fā)育速率的影響效應(yīng)的大小用相對熱效應(yīng)（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(yīng)。在發(fā)育下限溫度與最適下限溫度之間，熱效應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)為0，即每日相對熱效應(yīng)RTE的值在0～1之間變化（圖1）。每日相對熱效應(yīng)RTE與溫度（T）的關(guān)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(yīng)。

查閱相關(guān)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?zāi)M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(yù)測（表5，圖2）。結(jié)果表明，各生育期預(yù)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(yù)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(yù)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(yù)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(yù)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(yù)測甘蔗生育期的效果較好，有一定的實用性。但本研究中，預(yù)測的RMSE較該方法在其它作物（或水果）[7-10，13]上預(yù)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(guān)，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(yù)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(yù)測甘蔗生育期較好的方法，而要提高該方法的預(yù)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。

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