李成業(yè) 李忠輝

(吉林省氣象科學(xué)研究所,吉林 長春 130062)

引言

烤煙是吉林省主要經(jīng)濟(jì)作物之一,其生長受氣象因素影響很大,研究吉林烤煙生產(chǎn)氣象影響限制因子很有必要,能為煙農(nóng)趨利避害提供很好的決策支持,能夠促進(jìn)煙農(nóng)增產(chǎn)增收。

目前,在烤煙氣候區(qū)劃時(shí),采用GIS技術(shù)和氣象因子相結(jié)合的方法。對于烤煙氣象影響的研究較多,多集中于煙草產(chǎn)區(qū)氣象條件的分析,以及氣象災(zāi)害對煙草生產(chǎn)的影響上。石媛媛等、李蒙等[1,2]運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)和隸屬度函數(shù)模型,建立了烤煙種植氣候適宜性定量評價(jià)指標(biāo)體系,并對烤煙種植氣候適宜性進(jìn)行了區(qū)劃。何永坤等[3]運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)隸屬度函數(shù)模型分析了渝東地區(qū)烤煙氣候適宜度的時(shí)空變化特征。莫建國等[4]研究了貴州烤煙大田期可用日數(shù)分布特征及其利用方式。許彥平等[5]進(jìn)行了天水烤煙適生適產(chǎn)區(qū)的氣候區(qū)劃。對于吉林省煙草來說,苗期主要在設(shè)施溫棚里面,設(shè)施溫棚可以人為控制氣象條件,因此受外界天氣影響較小。所以影響吉林省烤煙的氣象條件主要是處于大田期的氣象條件。通過篩選大田期的多個(gè)氣候因子,并結(jié)合中國煙草總公司、中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所、鄭州煙草研究院在2009年《中國煙草種植區(qū)劃》中提出的成熟期平均氣溫、旺長期降水、大田生長期可用時(shí)間、大田期日照時(shí)數(shù)等4個(gè)氣候因子[6-10],利用隸屬函數(shù)來確定氣氣候適宜度,并確定影響吉林省烤煙主要?dú)庀髼l件限制因子。

1 材料和方法

1.1 研究資料

使用吉林省49個(gè)縣國家氣象站1981—2020年逐日平均氣溫、降水和日照數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)來源于吉林省氣象局。

1.2 研究方法

分析影響吉林烤煙的氣候適宜條件,主要從中國煙草總公司、中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所、鄭州煙草研究院在2009年《中國煙草種植區(qū)劃》中提出的成熟期平均氣溫、旺長期降水、大田生長期可用時(shí)間、大田期日照時(shí)數(shù)等4個(gè)主要?dú)夂蛞蜃又泻Y選。

4個(gè)氣候因子的計(jì)算通過吉林省49個(gè)縣的國家氣象站1981—2020年逐日平均氣溫、降水和日照數(shù)據(jù)逐縣40a平均求得。

氣候適宜度的篩選采用基于隸屬函數(shù)計(jì)算氣候適宜度的方法進(jìn)行[11,12]。采取4等級劃分適宜程度,0.9～1為適宜,證明這個(gè)氣候因子完全滿足烤煙生長需要,0.8～0.9為較適宜,0.6～0.8為次適宜,0.6以下為不適宜。氣候適宜度低于0.6,這個(gè)氣候因子就是限制烤煙生長的限制因子。氣象因子的適宜度分布圖和綜合分布圖采用空間插值制圖。通過信息熵法確定主要限制影響烤煙生長的權(quán)重[13]?；陔`屬函數(shù)的氣候適宜度的計(jì)算公式如公式(1)～(4)。

1.2.1 成熟期平均氣溫的氣候適宜度計(jì)算公式

成熟期平均氣溫(7—8月平均氣溫)對烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)有很大影響,氣溫過高或過低都會影響烤煙的正常生長。因此,其適宜度隸屬函數(shù)為拋物線型,公式：

(1)

式中,f(x1)為成熟期平均氣溫氣候適宜度指數(shù)；x1為7—8月平均氣溫,℃。適宜溫度為20～25℃,不適宜溫度為≥35℃或≤16℃。

1.2.2 旺長期降水的氣候適宜度計(jì)算公式

旺長期降水即6月降水，該時(shí)段的降水對烤煙葉片的數(shù)量、大小和干物質(zhì)含量有決定性作用,是烤煙對降水需求最多的時(shí)期,但降水過多又會導(dǎo)致烤煙受澇。因此,其適宜度隸屬函數(shù)為拋物線型,公式：

(2)

式中,f(x2)為旺長期降水氣候適宜度指數(shù)；x2為旺長期降水量,mm。

1.2.3 大田期日照時(shí)數(shù)的氣候適宜度計(jì)算公式

大田期日照時(shí)數(shù)即5—8月日照時(shí)數(shù)。這個(gè)時(shí)期需要充足而不強(qiáng)烈的光照,光照太強(qiáng)或太弱都會影響烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)。因此,其適宜度隸屬函數(shù)為S型,公式：

(3)

式中,f(x3)為大田期日照時(shí)數(shù)氣候適宜度指數(shù)；x3為大田期日照時(shí)數(shù),h。

1.2.4 大田生長期可用時(shí)間的氣候適宜度計(jì)算公式

大田生長期可用時(shí)間為日平均氣溫穩(wěn)定通過13℃的初日至日平均氣溫穩(wěn)定通過20℃的終日之間的天數(shù),這個(gè)時(shí)期為烤煙大田生長提供可利用的時(shí)間,大田生長期一般為120d。因此,其適宜度隸屬函數(shù)為S型,公式：

(4)

式中,f(x4)為大田可用時(shí)間適宜度指數(shù),x4為大田可用時(shí)間,d。

2 結(jié)果

2.1 成熟期平均氣溫

吉林省49個(gè)氣象站1981—2020年7—8月平均氣溫計(jì)算得出,吉林省大部平均氣溫在20.0～25.0℃,氣候適宜度計(jì)算結(jié)果為0.97以上,氣候最適宜。只有長白站平均氣溫為18.9℃,氣候適宜度為0.76,氣候條件為次適宜。吉林省大部地區(qū)7—8月平均氣溫都是適宜烤煙種植的,因此,成熟期平均氣溫不是限制烤煙生長的主要因子,不用考慮其對烤煙產(chǎn)量的影響。

2.2 旺長期降水即6月降水

烤煙旺長期是對水分需求重要的時(shí)期,該時(shí)期缺少水分會影響烤煙生長。這一時(shí)期,會發(fā)生干旱,但烤煙是經(jīng)濟(jì)作物,種植面積較小,一般都具備灌溉條件。在自然降水狀態(tài)下,有些地方的烤煙處于缺水狀態(tài),需要適時(shí)補(bǔ)水,以保證旺長期烤煙的生長。1980—2020年期間6月平均降水量最多的是白山市142.0mm,最少的是通榆市72.3mm,其它縣市介于兩者之間,吉林省全省降雨分布如圖1所示。

圖1 吉林省1980—2020年6月平均降水量分布圖

通過旺長期降水適宜度公式(2)計(jì)算得出,適宜區(qū)為長春市區(qū)大部、吉林、通化、白山,延邊州西部的敦化、安圖等地；公主嶺、四平、琿春、和龍等部分區(qū)域?yàn)檩^適宜區(qū)；白城、鎮(zhèn)賚、雙遼、前郭、延邊州中部區(qū)域?yàn)榇芜m宜區(qū),其它區(qū)域?yàn)椴贿m宜區(qū),見圖2。由于統(tǒng)計(jì)的是天然降水,在不適宜區(qū)域也可采取灌溉等方式補(bǔ)水來滿足旺長期烤煙的生長需要,因此不能認(rèn)定為不適宜的區(qū)域不適合烤煙種植。

圖2 吉林省烤煙旺長期降水適宜度分布圖

2.3 大田期日照時(shí)數(shù)即5—8月日照時(shí)數(shù)

從吉林省49個(gè)國家基本觀測站1981—2020年5—8月平均日照時(shí)數(shù)看,最多日照時(shí)數(shù)為洮南站,為1098.7h；最少日照時(shí)數(shù)為琿春站,日照時(shí)數(shù)為756.2h,其它站日照時(shí)數(shù)介于二者之間,均明顯高于煙草需要的最高日照時(shí)數(shù)600h。因此,吉林省日照條件能夠滿足煙草的生長,日照條件不是限制煙草生長的氣象因子。在研究氣象條件對烤煙產(chǎn)量的影響過程中,不用考慮該因子。

2.4 大田生長期可用時(shí)間的適宜度

根據(jù)公式(4)和吉林省49個(gè)國家基本觀測站1981—2020年逐站每年平均計(jì)大田可用時(shí)間適宜度都<0.5,全部不適宜種植烤煙,因此采用該方法不適合計(jì)算吉林省烤煙適宜度。

2.5 確定各因子適宜度權(quán)重及全省烤煙氣象綜合適宜度

相對于層次分析法、專家打分等偏于主觀的確定權(quán)重的方法,信息熵法是偏于客觀的確定權(quán)重的方法。其借用信息論中熵的概念,所謂“熵”,是信息論中衡量不確定性的指標(biāo),信息量的(概率)分布越趨于一致,不確定性越大。

通過信息熵方法確定旺長期降水烤煙適宜度和大田可用時(shí)間烤煙適宜度在綜合適宜度所占的權(quán)重,分別為0.75和0.25。那么,綜合適宜度公式：

0.75Z1+0.25Z2=Z

(5)

式中,Z1為旺長期降水烤煙適宜度；Z2為大田可用時(shí)間烤煙適宜度；Z為綜合適宜度。

3 結(jié)論與討論

通過以上研究,確定6月旺長期降水是影響吉林煙葉重要?dú)庀笠蛩?相對于大田可用時(shí)間,其影響的煙葉產(chǎn)量限制因素占75%左右的權(quán)重。因此，在該時(shí)間段煙農(nóng)需注意降水及天氣預(yù)報(bào),可以加強(qiáng)煙葉的田間管理,適時(shí)對煙田灌溉補(bǔ)水,提高產(chǎn)量。氣象部門可以進(jìn)行氣候預(yù)測,有針對性地開展服務(wù),如根據(jù)天氣變化開展人工增雨作業(yè),及時(shí)進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測,給煙農(nóng)提供良好的服務(wù)。氣象部門也可加強(qiáng)大田可用時(shí)間初終日的預(yù)測,尤其穩(wěn)定通過13℃移栽期的預(yù)測。吉林省煙葉的大田可用時(shí)間都不足,主要是煙葉生長后期熱量條件不夠造成的,因此要提高后期的熱量條件,對于小面積的煙田可以采取扣棚等園藝措施,但是對于大面積煙田則不適用。

本文采用的氣象數(shù)據(jù)基本上都是縣站的數(shù)據(jù),不排除有個(gè)別區(qū)域的小氣候條件更適宜煙葉的生長,而這些區(qū)域的煙葉生長的限制因素會變化。6月旺長期降水是影響主要限制因素,但在部分區(qū)域就不是限制因子。如,河谷邊土壤水分充足,旺長期即使沒有足夠降水,也能滿足煙葉的生長。大田可用時(shí)間亦如此。因此,在有些小氣候條件較好的區(qū)域,還要具體問題具體分析,采取適當(dāng)?shù)墓芾泶胧?/p>