楊 益， 于 飛， 陳貞宏， 肖 若， 張東海， 肖 俊

(1.安順市氣象局， 貴州 安順 561000； 2.貴州省山地環(huán)境氣候研究所， 貴州 貴陽(yáng) 550002； 3.貴州省氣候中心， 貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引言

【研究意義】辣椒(CapsicumannuumL)為茄科辣椒屬一年或有限多年生草本植物，原產(chǎn)于中拉丁美洲熱帶地區(qū)的墨西哥[1]。我國(guó)辣椒種植面積133萬(wàn)hm2，產(chǎn)量近2 800萬(wàn)t，產(chǎn)值700億元；貴州辣椒種植面積達(dá)33.33萬(wàn)hm2左右，占全國(guó)的24.6%，居全國(guó)首位，其產(chǎn)量和產(chǎn)值分別占全國(guó)的17.4%和20.8%[2-3]。辣椒產(chǎn)業(yè)是貴州特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，是山區(qū)農(nóng)民增收致富的主要經(jīng)濟(jì)作物。辣椒氣候適宜度是綜合反映光、溫、水等氣象條件對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的適宜程度。【前人研究進(jìn)展】目前對(duì)辣椒的研究多集中于不同基質(zhì)[4]、不同配方營(yíng)養(yǎng)液[5]和不同育苗方式[6]等對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)及辣椒產(chǎn)量的影響，以及辣椒各種病蟲(chóng)害的檢測(cè)、影響和防控等[7-9]方面。國(guó)內(nèi)也有不少學(xué)者對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的氣象條件進(jìn)行研究，于飛等[10]通過(guò)5期分期播種試驗(yàn)分析辣椒各生育期的適宜氣象條件后得出辣椒種植的適宜生長(zhǎng)時(shí)段。張遠(yuǎn)洪等[11]分析了遵義市辣椒與生長(zhǎng)期主要?dú)庀笠蜃拥南嚓P(guān)性。崔婷茹等[12]分析了農(nóng)業(yè)氣象條件對(duì)辣椒栽培的影響。馬洪亮等[13]分析了阜康市農(nóng)業(yè)氣候資源及辣椒生長(zhǎng)對(duì)氣候條件的要求。以上研究表明，光、溫和水等氣象條件是影響辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的主要?dú)庀笠蜃印＠苯穼傧矞厥卟?，育苗至移栽期一?0 d左右，種子發(fā)芽適宜溫度25～30℃，溫度<15℃或≥35℃對(duì)辣椒生長(zhǎng)不利，甚至導(dǎo)致其停止生長(zhǎng)。7—9月是辣椒開(kāi)花掛果至紅熟期，歷時(shí)3個(gè)月左右，是影響辣椒品質(zhì)和產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期，最適溫度為20～27℃。果實(shí)發(fā)育和轉(zhuǎn)色期的最適溫度為25～30℃，氣溫超過(guò)35℃易落花落果[14]?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】氣候?qū)苯酚绊懷芯慷嗉性诶苯窔夂蜻m宜性指標(biāo)及氣候適宜性區(qū)劃方面[14-20]，時(shí)間尺度多為辣椒各發(fā)育期、整個(gè)生長(zhǎng)季或月尺度，以上時(shí)間尺度均為影響因子的一種平均態(tài)，且其研究方法具有一定的局限性，不能較好地規(guī)避關(guān)鍵發(fā)育期中短時(shí)災(zāi)害天氣對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響，同時(shí)大多數(shù)研究未能定量地評(píng)價(jià)影響辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的氣象因子。因此進(jìn)行辣椒日尺度的氣候適宜度研究顯得尤其重要?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】由于關(guān)鍵發(fā)育期中短時(shí)災(zāi)害天氣對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響至關(guān)重要，日尺度模型能較好的規(guī)避氣候適宜性評(píng)價(jià)與實(shí)際不符的現(xiàn)象，能定量地詮釋辣椒生長(zhǎng)的氣候適宜度狀況。因此，參考武晉雯等[21]的研究成果，利用貴州省84個(gè)地面氣象觀測(cè)站提供的1981-2019年7-9月逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用幾何平均法系統(tǒng)構(gòu)建以日平均氣溫、日降水量和日照時(shí)數(shù)為影響因子的辣椒關(guān)鍵生育期氣候適宜度日尺度模型，客觀定量評(píng)價(jià)貴州省辣椒種植氣候適宜性，以期為貴州辣椒的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和因地制宜進(jìn)行合理區(qū)劃提供農(nóng)業(yè)氣象技術(shù)支撐。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州省(N24°37'～29°13'，E103°36'～109°35')位于我國(guó)西南部的云貴高原東麓和亞熱帶低緯高原山區(qū)內(nèi)，境內(nèi)地勢(shì)西高東低，平均海拔1 100 m左右，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。貴州省氣候資源非常豐富，1981-2019年7-9月的平均氣溫為23.21℃，降水量為410.3 mm，日照時(shí)數(shù)為454.3 h，全省大部分地區(qū)均適宜種植辣椒。

1.2 資料來(lái)源

貴州省84個(gè)氣象站點(diǎn)1981-2019年7-9月的日平均氣溫、日降水量(20：00至翌日20：00)、日照時(shí)數(shù)、每日日出時(shí)間及日落時(shí)間，均來(lái)源于貴州省氣象局。辣椒氣候適宜性指標(biāo)選取參考陳芳等[14，19]的研究成果。

1.3 研究方法

選取1981-2019年7-9月的日氣候資料，建立綜合氣候適宜度日尺度模型，對(duì)辣椒開(kāi)花掛果到紅熟期進(jìn)行分析研究。

1.3.1 辣椒的溫度適宜度、降水適宜度和日照適宜度 根據(jù)相關(guān)研究成果[22-24]，構(gòu)建辣椒的日尺度溫度、降水和日照模型。

(1)

(2)

(3)

式中，S(T)為逐日溫度適宜度，B為中間參數(shù)，T為(某)日平均氣溫，Tmin、Tmax、T0分別為辣椒生長(zhǎng)發(fā)育所需的下限溫度、上限溫度和適宜溫度(即三基點(diǎn)溫度)。當(dāng)T≤Tmin或T≥Tmax時(shí)，令S(T)=0；當(dāng)T=T0時(shí)，S(T)=1。S(R)為逐日降水適宜度，R為(某)日的降水量(mm)，R0為適宜日平均降水量。S(S)為逐日日照適宜度，S0為適宜日照時(shí)數(shù)，表明辣椒對(duì)光照條件達(dá)到適宜的狀態(tài)，b為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，b=0.538S0+0.013?；赩isual Studio 2015的C#編程平臺(tái)，利用1981-2019年的7-9月日平均氣溫、日降水量、日照時(shí)數(shù)、每日日出時(shí)間和日落時(shí)間數(shù)據(jù)，采用lambda表達(dá)式數(shù)組計(jì)算方法，根據(jù)公式(1)～(3)計(jì)算辣椒的溫度適宜度、降水適宜度和日照適宜度值。

1.3.2 辣椒綜合氣候適宜度日尺度模型 參考陳芳等[14，19]的研究成果選取辣椒種植不同生育期氣象條件及氣候適宜度指標(biāo)，以此確定公式(1)～(3)中的Tmin、Tmax、T0、R0和S0。為了表達(dá)溫度、降水、日照等多氣象要素對(duì)辣椒生長(zhǎng)的綜合影響，以溫度、降水、日照適宜度日尺度模型為基礎(chǔ)，利用幾何平均法，建立綜合(即氣候)的適宜度日尺度模型[25]；并基于ARCGIS 10.2制作溫度、降水、日照及綜合氣候適宜度日尺度的空間分布專題圖。

(4)

式中，S為逐日的氣候適宜度。通過(guò)計(jì)算貴州省84個(gè)氣象站的辣椒氣候適宜度日尺度，并以各站平均值代表貴州省辣椒氣候適宜度日尺度。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴州省辣椒氣候適宜度日尺度平均值

通過(guò)計(jì)算貴州省84個(gè)氣象站的辣椒氣候適宜度日尺度發(fā)現(xiàn)，1981-2019年的7-9月，貴州辣椒生長(zhǎng)期(7-9月)內(nèi)總體上氣候適宜度較高，達(dá)0.76。其中，以溫度適宜度最高(0.89)，降水適宜度次之(0.75)，日照適宜度最低(0.65)。說(shuō)明，貴州省適宜的熱量資源、降水條件和日照時(shí)數(shù)，均能較好地滿足辣椒生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣象條件的需求。

2.2 貴州省辣椒氣候適宜度日尺度的時(shí)間分布特征

從圖1看出，1981-2019年7-9月辣椒生長(zhǎng)期溫度、降水、日照和氣候等適宜度日尺度的時(shí)間分布。

2.2.1 溫度 溫度適宜度總體呈緩慢略先降后升再降趨勢(shì)，變化較平緩，在7月1日至9月13日普遍在0.89以上，8月25日至9月2日連續(xù)9 d均為1，此時(shí)期正好滿足辣椒不斷分枝、開(kāi)花結(jié)果及果實(shí)發(fā)育、轉(zhuǎn)色對(duì)溫度條件的需求；至9月18日開(kāi)始下降，9月22-30日，除9月24-25日外，僅有7 d在0.6以下。說(shuō)明，貴州充足的熱量條件特別適合辣椒的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

2.2.2 降水 降水適宜度呈波動(dòng)變化狀態(tài)，從7月1日至8月24日波動(dòng)幅度較小，適宜度普遍較高，均在0.66以上。表明，研究期內(nèi)有2/3左右時(shí)段的降水條件特別適合辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育，之后呈波動(dòng)緩慢下降趨勢(shì)，波動(dòng)幅度較大，甚至在9月15日出現(xiàn)最低值(為0.32)。8月底開(kāi)始為貴州的少雨季，與出現(xiàn)低值相呼應(yīng)，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)肥水管理，進(jìn)行合理灌溉，維護(hù)莖葉的正常生長(zhǎng)，延緩衰老，延長(zhǎng)結(jié)果期，即可提高辣椒的產(chǎn)量。

2.2.3 日照 相對(duì)溫度和降水適宜度而言，日照適宜度波動(dòng)較大，出現(xiàn)兩頭低、中間高的變化趨勢(shì)。7月1-9日在0.37以下，9月26-28日適宜度接近0；7月27日出現(xiàn)最高值，為0.98，與7月初貴州多雨寡照和9月多秋綿雨天氣有關(guān)，但大部分時(shí)間均在0.5～0.9，適宜的日照時(shí)數(shù)完全能滿足辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.2.4 綜合氣候 綜合氣候適宜度逐日變化在7月1-10日呈明顯上升趨勢(shì)，之后至8月31日維持穩(wěn)定波動(dòng)在0.64以上，9月1日開(kāi)始呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明，進(jìn)入涼爽少雨的秋季后，適宜度有所下降，但此時(shí)正值辣椒的采收期，對(duì)辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育已無(wú)較大影響，此時(shí)可通過(guò)加強(qiáng)肥水管理和病蟲(chóng)害防治，延緩衰老，延長(zhǎng)結(jié)果期，進(jìn)而提高辣椒的產(chǎn)量。在研究期內(nèi)有2/3左右時(shí)段的氣候條件都較適宜辣椒的優(yōu)質(zhì)優(yōu)產(chǎn)。

2.3 貴州省辣椒氣候適宜度日尺度的空間分布特征

從圖2看出，1981-2019年7-9月辣椒生長(zhǎng)期溫度、降水、日照和氣候等適宜度日尺度的空間分布。

圖2 貴州辣椒生長(zhǎng)季7-9月溫度、降水、日照及氣候適宜度日尺度的空間分布

2.3.1 溫度 辣椒溫度適宜度呈邊緣向中間逐漸升高的趨勢(shì)，以貴州北部至中部一線到西南部、黔東南州大部為最適宜區(qū)；東北部、南部(西南部除外)邊緣、赤水、西北部畢節(jié)大部到盤(pán)州南部、普安、晴隆為適宜區(qū)；水城、盤(pán)州北部、赫章西部為較適宜區(qū)；威寧為次適宜區(qū)，該地高海拔，導(dǎo)致熱量條件少。

2.3.2 降水 降水適宜度呈從東部向西部逐漸升高趨勢(shì)，其中，最適宜區(qū)出現(xiàn)在安順、黔西南東部、畢節(jié)南部、水城、都勻、丹寨、荔波、赤水等市縣，適宜等級(jí)以上的區(qū)域主要集中在貴州西部及西南部一帶，次適宜區(qū)主要出現(xiàn)在東部一帶，其余為適宜至較適宜區(qū)。

2.3.3 日照 日照適宜度呈由西向東逐漸升高趨勢(shì)，次適宜區(qū)出現(xiàn)在威寧、赫章、水城、盤(pán)州北部、長(zhǎng)順等地；貴州省的東部、中北部及西南部一帶在適宜等級(jí)以上；以遵義西部、銅仁和黔東南東部、黔西南南部等地區(qū)為最適宜區(qū)。

2.3.4 綜合氣候 綜合氣候適宜度的分布和溫度適宜度的分布類似，只是最適宜范圍有所擴(kuò)大，除威寧為次適宜區(qū)，水城及其周邊少部分區(qū)域?yàn)檩^適宜區(qū)外，其余大部均為適宜以上，且適宜以上等級(jí)面積占比超90%，表明，貴州全省除西部邊緣外，其余均適合種植辣椒，與貴州辣椒種植面積居全國(guó)首位相符合。

3 討論

應(yīng)用辣椒綜合氣候適宜度日尺度模型可實(shí)現(xiàn)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育期氣象條件的定量評(píng)價(jià)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)辣椒生長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)評(píng)估和管理。目前的研究多集中在辣椒氣候適宜性指標(biāo)及氣候適宜性區(qū)劃方面，時(shí)間尺度多為辣椒各發(fā)育期、整個(gè)生長(zhǎng)季或月尺度，以上時(shí)間尺度均為影響因子的一種平均態(tài)，且其研究方法具有一定的局限性，不能較好地規(guī)避關(guān)鍵發(fā)育期中短時(shí)災(zāi)害天氣對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響，同時(shí)大多數(shù)研究未能定量地評(píng)價(jià)影響辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的氣象因子。因此進(jìn)行辣椒日尺度的氣候適宜度研究顯得尤其重要。

在計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，辣椒氣候適宜性指標(biāo)的選取非常關(guān)鍵，不同品種、不同生育期辣椒的氣候適宜度指標(biāo)有所不同，而目前對(duì)不同品種辣椒氣候適宜性指標(biāo)的研究還比較少，指標(biāo)評(píng)價(jià)體系不是特別成熟，氣象指標(biāo)還需要在以后的試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中不斷深入研究和完善。該研究?jī)H選取7—9月辣椒開(kāi)花掛果到紅熟期為研究期，今后將不斷完善辣椒適宜性指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)辣椒全生育期的氣候適宜度研究，從而實(shí)現(xiàn)辣椒全生育期的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和管理，為辣椒的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)支持，助推貴州經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。

4 結(jié)論

在分析貴州省辣椒關(guān)鍵生育期內(nèi)的日尺度溫度適宜度模型、降水適宜度模型和日照適宜度模型的基礎(chǔ)上，利用幾何平均法建立綜合氣候適宜度日尺度模型。該模型能夠客觀定量地反映貴州辣椒生長(zhǎng)期(7-9月)的氣候條件及對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的影響?？傮w上，辣椒生長(zhǎng)期氣候適宜度為0.76，其中溫度和降水適宜度均在0.70以上，日照適宜度達(dá)0.65。氣候適宜度逐日變化在7月1-10日呈明顯上升趨勢(shì)，之后至8月31日維持穩(wěn)定波動(dòng)在0.64以上，9月1日開(kāi)始呈下降趨勢(shì)，整個(gè)生長(zhǎng)期的氣候條件有2/3左右時(shí)段在均較適宜辣椒的優(yōu)質(zhì)優(yōu)產(chǎn)種植。辣椒關(guān)鍵生長(zhǎng)期氣候適宜度日尺度的空間分布總體上表現(xiàn)為貴州大部地區(qū)呈適宜及以上等級(jí)，且適宜及以上等級(jí)面積占比超90%，與氣溫適宜度相似；不同之處在于降水適宜度在適宜及以上等級(jí)主要分布在省的西南地區(qū)，而日照適宜度適宜及以上等級(jí)主要分布在東北地區(qū)。