符昌武，覃 瀟，戴 曦，成志軍，彭德元，李 強

（1.湖南省煙草公司張家界市公司,湖南 張家界 427000；2.湖南中煙工業(yè)有限責任公司,湖南 長沙 41000;3.湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，湖南 長沙 410128）

煙草是喜溫作物，生長最低溫度為8 ℃，最高溫度為38 ℃，最適溫度為25～28 ℃[1]。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第6 次評估報告顯示，近120 年全球地表溫度上升了1.09 ℃[2]，以氣候變暖為主要特征的全球性氣候變化已是不爭的事實，極端天氣事件發(fā)生頻率明顯增加[3-5]。農(nóng)業(yè)界限溫度是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有指示或臨界意義的溫度，又稱農(nóng)業(yè)指標溫度[6]。該溫度的出現(xiàn)日期、持續(xù)日數(shù)和持續(xù)時期內(nèi)積溫的多少，對一個地方的作物布局、耕作制度、品種搭配和季節(jié)安排等都具有十分重要的意義[7]。前人對煙草種植的溫度指標開展過大量研究，如陳頤等[8]研究發(fā)現(xiàn)，桂陽煙區(qū)各生育期平均氣溫呈上升趨勢，其中苗期和伸根期上升速率達0.863 ℃/10 a和0.596 ℃/10 a，并在20 世紀90 年代和21 世紀初期烤煙苗期、伸根期和旺長期氣溫都出現(xiàn)了由寒轉(zhuǎn)暖的突變。藏照陽等[9]研究發(fā)現(xiàn),貴州煙區(qū)烤煙還苗至伸根期溫度變化范圍為17.2～20.6 ℃，變幅為3.4 ℃；成熟前期溫度變化范圍為23.6～25.7 ℃，變幅為2.1 ℃；成熟后期溫度變化范圍為22.2～24.6 ℃，變幅為2.4 ℃；2013 年以來，烤煙旺長期和成熟前期平均氣溫有所升高，伸根期和成熟后期平均氣溫呈下降趨勢。李偉等[10]研究了湖南多個煙區(qū)穩(wěn)定通過5、8、10 ℃等界限溫度的出現(xiàn)日期，結(jié)果發(fā)現(xiàn)界限溫度出現(xiàn)日期在年份間差異較大，如穩(wěn)定通過10 ℃的日期，最早的年份可在3 月上旬出現(xiàn)，最遲的年份卻推遲至4 月下旬。區(qū)域的溫度變化，特別是煙草農(nóng)業(yè)界限溫度和生育期溫度的變化仍存在不確定性，而界限溫度和生育期溫度的變化對煙草種植的時空布局和煙葉產(chǎn)質(zhì)量有較大的影響[11-12]。桑植種煙歷史悠久，所產(chǎn)煙葉廣受國內(nèi)卷煙企業(yè)的青睞，是利群、好貓、黃山等多個重點卷煙品牌的核心原料。因此，研究氣候變化背景下桑植煙區(qū)界限溫度和生育期溫度的變化，對合理利用當?shù)販責豳Y源，科學應(yīng)對氣候變化，保障煙葉生產(chǎn)具有重要理論和現(xiàn)實意義。

本研究利用1991—2020 年桑植氣象站的逐日地面氣象資料，采用趨勢分析、突變分析等方法分析了煙草種植指標溫度的時間變化，旨在探討全球氣候變暖背景下桑植煙區(qū)溫熱指標變化特征，從而順應(yīng)煙區(qū)的溫熱指標變化，合理優(yōu)化桑植烤煙生產(chǎn)技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

氣象資料由湖南省氣象局提供，包括1991—2020 年逐日平均氣溫、逐日最高氣溫、逐日日照時數(shù)和逐日平均相對濕度等。本研究中根據(jù)當?shù)乜緹熒a(chǎn)節(jié)令將烤煙生育期劃分為，大田期（2 月26日—4 月26 日）、伸根期（4 月27 日—5 月26 日）、旺長期（5 月27 日—6 月25 日）和成熟期（6 月26日—9 月10 日）。計算出各年份相應(yīng)時段的烤煙溫熱指標和界限溫度日期，計算方法如下，界限溫度日期采用移動平均法計算，逐年伸根期平均氣溫、旺長期平均氣溫和成熟期平均氣溫，由各生育期平均氣溫計算均值后得到。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

1.2.1 趨勢分析 氣象要素隨時間的變化規(guī)律可用時間序列和自然序列的一元線性回歸方程來反應(yīng)[7]?；貧w方程如下

式中，y(t)為氣象要素的擬合值，t 為時間序列；回歸系數(shù)a 和常量b 用最小二乘法求算。回歸系數(shù)a 的絕對值反映氣候要素的變化程度，a 為負表示在氣象要素分析期內(nèi)呈下降趨勢，反之為上升趨勢；以a×10 作為氣候傾向率。用方程的決定系數(shù)（R2）和p值來檢驗顯著性。

1.2.2 界限溫度初日 界限溫度初日的計算采用五日滑動平均法。初日為滑動平均溫度中穩(wěn)定通過(記作≥) 某界限溫度5 d 中的第1 個日平均氣溫大于或等于該農(nóng)業(yè)界限溫度的日期[13]。

1.2.3 Mann-Kendal 檢驗 Mann-Kendall 法作為一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，常被用于時間序列的突變檢驗，其優(yōu)點在于不需要樣本服從特定分布規(guī)律，也不受少數(shù)異常值的干擾[14]。本研究采用Mann-Kendall 法對生育期平均氣溫進行突變檢測。當曲線UF 超過信度線即表示存在明顯的變化趨勢時，如果曲線UF 和UB 的交叉點位于信度線之間，此交叉點便是突變點的開始[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 界限溫度變化趨勢

2.1.1 穩(wěn)定通過10 ℃初日 由10 ℃初日與時間序列擬合的趨勢線可知（圖1），整個分析期內(nèi)10 ℃初日呈線性變化趨勢，分析期內(nèi)10 ℃初日呈明顯提前的趨勢，線性擬合傾向率達3.50 d/10 a。10 ℃初日平均出現(xiàn)日期為3 月20 日，出現(xiàn)最早日期為2 月26日，出現(xiàn)年份為2013 年，最遲日期為4 月6 日，出現(xiàn)年份為2011 年，最早日期和最晚日期相差達39 d；各年份10 ℃初日與多年平均日期相比，30 年間有13 年的10 ℃初日比多年平均日期早。各年代80%保證率的10 ℃初日統(tǒng)計結(jié)果顯示，1991—2000 年，2001—2010 年和2011—2020 年80%保證率的10℃初日分別為3 月28 日、3 月26 日和3 月20 日。由此可見，近30 年來10 ℃初日的80%保證率日期呈明顯提前的趨勢。

圖1 桑植煙區(qū)1991—2020 年氣溫穩(wěn)定通過10 ℃初日年際變化

2.1.2 穩(wěn)定通過13 ℃初日 由13 ℃初日與時間序列擬合的趨勢線可知（圖2），整個分析期內(nèi)13 ℃初日呈線性變化趨勢，分析期內(nèi)13 ℃初日有提前的趨勢，線性擬合傾向率達2.46 d/10 a。13 ℃初日平均出現(xiàn)日期為4 月4 日，出現(xiàn)最早日期為3 月22 日，出現(xiàn)年份為2018 年，最遲日期為4 月29 日，出現(xiàn)年份為2002 年，最早日期和最晚日期相差達38 d；各年份13 ℃初日與多年平均日期相比，30 年間有16 年的13 ℃初日比多年平均日期早。近30 年80%保證率 的13 ℃初 日 為4 月16 日，1991—2000 年，2001—2010 年和2011—2020 年80%保證率的13 ℃初日分別為4 月12 日、4 月16 日和4 月8 日。由此可見，近30 年來13 ℃初日的80%保證率日期呈提前趨勢。

圖2 桑植煙區(qū)1991—2020 年氣溫穩(wěn)定通過13 ℃初日年際變化

2.1.3 穩(wěn)定通過18 ℃初日 由18 ℃初日與時間序列擬合的趨勢線可知（圖3），整個分析期內(nèi)18 ℃初日呈線性變化趨勢，分析期內(nèi)18 ℃初日呈推遲的趨勢，線性擬合傾向率達1.62 d/10 a。18 ℃初日平均出現(xiàn)日期為4 月27 日，出現(xiàn)最早日期為4 月7 日，出現(xiàn)年份為1999 年，最遲日期為5 月25 日，出現(xiàn)年份為2011 年，最早日期和最晚日期相差達48 d；各年份18 ℃初日與多年平均日期相比，30 年間有15 年的18 ℃初日比多年平均日期早。近30 年80%保證率的18℃初日為4 月16 日，1991—2000 年，2001—2010 年和2011—2020 年80%保證率的18 ℃初日分別為4 月28 日、4 月30 日和5 月7 日。由此可見，近30 年來18 ℃初日的80%保證率日期呈推遲趨勢。

圖3 桑植煙區(qū)1991—2020 年氣溫穩(wěn)定通過18 ℃初日年際變化

2.1.4 穩(wěn)定通過28 ℃初日 由28 ℃初日與時間序列擬合的趨勢線可知（圖4），整個分析期內(nèi)28 ℃初日呈線性變化趨勢，分析期內(nèi)28 ℃初日呈提前的趨勢，線性擬合傾向率達3.77 d/10 a。28 ℃初日平均出現(xiàn)日期為6 月24 日，出現(xiàn)最早日期為6 月3 日，出現(xiàn)年份為2002 年，最遲日期為7 月12 日，出現(xiàn)年份為1992 年，最早日期和最晚日期相差達39 d；近30年80%保證率的28 ℃初日為6 月30 日，1991—2000 年，2001—2010 年和2011—2020 年80%保證率的28 ℃初日分別為7 月4 日、6 月27 日和6 月27 日。由此可見，近30 年來28 ℃初日的80%保證率日期呈提前趨勢。

圖4 桑植煙區(qū)1991—2020 年氣溫穩(wěn)定通過28 ℃初日年際變化

2.2 生育期均溫變化趨勢

2.2.1 年際變化 桑植煙區(qū)近30 年各生育期的均溫演變趨勢如圖5 至圖8 所示，近30 年桑植苗期均溫為13.31 ℃，最高的年份為2018 年，達15.22 ℃，最低的年份為1996 年，為11.16 ℃，苗期均溫最高的年份和最低的年份相差4.05 ℃，變異系數(shù)為7.30%，表現(xiàn)為弱變異。伸根期均溫為20.60 ℃，最高的年份為1994 年，達22.84 ℃，最低的年份為2002年，為17.51 ℃，伸根期均溫最高的年份和最低的年份相差5.33 ℃，變異系數(shù)為5.63%，表現(xiàn)為弱變異。旺長期均溫為23.74 ℃，最高的年份為2013 年，達25.15 ℃，最低的年份為2010 年，為22.53 ℃，旺長期均溫最高的年份和最低的年份相差2.61 ℃，變異系數(shù)為2.65%，表現(xiàn)為弱變異。成熟期均溫為26.06 ℃，最高的年份為2013 年，達28.38 ℃，最低的年份為1993 年，為25.53 ℃，旺長期均溫最高的年份和最低的年份相差2.82 ℃，變異系數(shù)為2.81%，表現(xiàn)為弱變異。

圖5 桑植煙區(qū)1991—2020 年歷年苗期均溫

圖6 桑植煙區(qū)1991—2020 年歷年伸根期均溫

圖7 桑植煙區(qū)1991—2020 年歷年旺長期均溫

圖8 桑植煙區(qū)1991—2020 年歷年成熟期均溫

由各生育期均溫與時間序列擬合的趨勢線可知，整個分析期內(nèi)各生育期均溫呈線性升高趨勢，但只有苗期均溫隨時間變化通過了顯著性檢驗（P<0.05），線性擬合傾向率達0.68 ℃/10 a，表明桑植苗期均溫顯著升高，而其他生育期均溫上升幅度較小。

2.2.2 各生育期均溫突變檢驗 采用Mann-Kendal法對桑植煙區(qū)歷年苗期、伸根期均溫、旺長期均溫和成熟期均溫進行突變檢驗。由圖9 可知，桑植煙區(qū)伸根期UF 一直在0 以上，在0.05 信度線內(nèi)UF 與UB在1998 年出現(xiàn)交點，且在1999 年超過了0.05 顯著性水平閾值線。該結(jié)果表明1999 年后桑植煙區(qū)苗期平均氣溫發(fā)生突變并開始呈現(xiàn)明顯升高的趨勢。在0.05 信度線內(nèi)桑植煙區(qū)伸根期期均溫UF 與UB交點頻繁，但UF 值一直在-1.96～+1.96 之間，說明序列未發(fā)生突變；1991 年以來UF 值一直大于0，表明自1991 年以后桑植煙區(qū)伸根期均溫一直呈上升趨勢，但未達顯著水平。在0.05 信度線內(nèi)桑植煙區(qū)旺長期均溫UF 與UB 有多個交點，并于2014 年UF 值超過0.05 信度線，說明發(fā)生了一次突變；1995—2008 年UF 值一直小于0，這期間旺長期均溫存在一次下降的過程。在0.05 信度線內(nèi)桑植煙區(qū)成熟期均溫UF 與UB交點頻繁，但UF 值大部分時間在-1.96～+1.96 之間，說明序列未發(fā)生突變；1991 年以來UF 值大部分年份大于0，表明自1991 年以后桑植煙區(qū)成熟期均溫一直呈上升趨勢，但未達顯著水平。

圖9 桑植烤煙生育期均溫突變檢驗

3 討論與結(jié)論

從界限溫度出現(xiàn)時間來看，桑植煙區(qū)穩(wěn)定通過10、13 ℃初日呈提前趨勢，穩(wěn)定過18 ℃初日有小幅推遲趨勢；目前桑植煙區(qū)烤煙移栽主要集中在4 月20日至5 月10 日，移栽期界限溫度出現(xiàn)日期的提前意味著煙區(qū)烤煙移栽有提前的空間。有研究認為，溫度高于28 ℃不利烤煙正常成熟[15]，桑植煙區(qū)溫度穩(wěn)定通過28 ℃的日期有提前趨勢，發(fā)生高溫逼熟的風險將會加大。

從桑植烤煙各生育期平均氣溫變化來看，各生育期均溫均呈升高趨勢，其中育苗期均溫升高達顯著水平，將有利于培育壯苗。伸根期均溫的升高將有利于烤煙早生快發(fā)，同時降低早花風險。桑植煙區(qū)烤煙旺長期均溫上升幅度較小，各年份旺長期均溫均在適宜范圍內(nèi)[16]，對于烤煙的形態(tài)建成十分有利。雖然烤煙成熟期均溫超過25 ℃的年份只有2 年，但各年成熟期均溫超過25 ℃和28 ℃的日數(shù)較多，成熟期高溫對煙葉品質(zhì)的影響應(yīng)受到關(guān)注。從突變檢驗結(jié)果來看，苗期均溫發(fā)生突變，呈顯著上升趨勢，其他生育期均溫呈上升趨勢，但未發(fā)生突變。

溫度是湖南煙區(qū)確定烤煙移栽期的首要因素，有研究認為溫度穩(wěn)定通過18 ℃是烤煙最早最佳移栽期，穩(wěn)定13 ℃是烤煙露地移栽的最早日期[1,11]，穩(wěn)定通過8～10 ℃是烤煙膜上移栽的最早日期[10]。目前桑植煙區(qū)移栽期主要集中在4 月20 日—5 月10日，大體上是在氣溫穩(wěn)定通過18 ℃前后，即“最早最佳移栽期”，這一移栽期可以大幅度減少早花的發(fā)生，但成熟期平均氣溫會高于25 ℃，且大概率會遇到35 ℃高溫天氣，不利于烤煙品質(zhì)形成。筆者認為，在各生育期溫度上升的背景下，移栽期可以進行適當?shù)奶嵩?，比如集中到氣溫穩(wěn)定通過15 ℃日期前后進行移栽，同時繼續(xù)加強地膜覆蓋質(zhì)量，同時布局抗（耐）早花品種，或可減少成熟期高溫對煙葉品質(zhì)的影響，同時可以減少高溫高濕氣候條件下病害的發(fā)生率。

近30 年來，桑植煙區(qū)界限溫度和生育期溫度均發(fā)生變化，主要表現(xiàn)在穩(wěn)定通過10、13、28 ℃初日呈明顯提前趨勢。苗期均溫、伸根期均溫、旺長期均溫和成熟期均溫均呈升高趨勢，其中苗期均溫于1999年發(fā)生突變，線性擬合傾向率達分別達0.68 ℃/10 a?；谝陨献兓⒖紤]其可能造成的影響，可在本研究的基礎(chǔ)上嘗試將煙草育苗期和移栽期在生產(chǎn)上適當提前，不僅可以充分利用早春的溫熱條件，還可以減少成熟期高溫的不利影響。