基于旬界限内积温的喜温和喜凉作物适宜生长期的方法

　　前言

　　农作物可能生长的时期，称为气候生长期，其主要受温度和热量条件决定，一般以温度稳定通过下限温度的时段表示，对于合理安排农业生产具有重要的指导意义。气候生长期应针对不同作物对温度的特殊要求进行确定。不同作物热量条件需求不同，因而气候生长期会有差异。作物生长受三基点温度影响，低于下限温度或高于上限温度都不适宜。按照传统稳定通过界限温度的方法，仅考虑了下限温度，忽略了上限温度对作物生长的不适宜性，因而划分出的生长期并非都适宜作物生长。

　　地处云贵高原东北斜坡地带的贵州，山地环境和立体气候背景下，气候类型复杂多样，农业生产也随之呈现多样性特征，不同地区气候差异导致了农业周年生产的差异，了解作物适宜生长期对于合理安排农业生产，开发利用农业气候资源具有重要的参考意义。

　　积温反映了农业生产上可利用的温度条件及其持续时间。因此，如何应用积温推算作物气候生长期，对于农业气候资源研究具有重要探索意义。旬界限内积温是对热量在各旬和各温度范围分解的结果。基于旬界限内积温能够便捷统计任意温度范围的积温，为计算作物适宜范围内的积温奠定了基础。

　　本研究拟针对喜温和喜凉作物，探索基于旬界限内积温，研究作物适宜生长期的方法，同时为贵州农业生产提供科学依据。
　　
　　1 材料和方法

　　基于 1981-2010 年贵州 85 个地面气象观测站逐日平均气温资料，分别计算各站各旬0-30℃每 1 度界限内积温，计算方法参照文献 6。计算各站各旬 30 年平均各界限温度内积温，并以各界限内积温除以相应温度界限中值，得到各旬各温度界限出现日数，方法参照文献 6。

　　以日平均气温 3-20℃（3℃≤T＜20℃）和 10-30℃（10≤T＜30℃），分别作为喜凉和喜温作物的适宜生长温度范围，并分别计算各旬相应温度范围内的积温和日数，得到各旬作物生长的适宜积温和适宜日数。分别基于适宜积温和适宜日数，计算得到的气候生长期作为作物适宜生长期，简称适宜生长期。

　　采用五日滑动平均法，计算历年稳定通过 3℃、10℃的初日和终日日序，以 30 年平均值作为气候平均初终日，进而得到各站平均气候生长期。

　　2 结果分析

　　2.1 旬界限内日数推算

　　积温是时段内温度对时间积分，界限内积温等于温度界限与其出现日数的乘积，其包含了温度持续时间的信息。应用各站各旬温度界限内积温除以相应温度界限中值，能够得到旬内各温度范围出现的日数，在此基础上，计算旬内各温度范围内日数之和，推算得到旬总日数。与实际旬总日数相比，全省各旬平均误差均在 1 天以内，其中 12 月下旬至 2 月下旬偏少 0.1-0.8 天，其余旬误差均在 0.1 天以内（图 1）。

　　全年各旬推算日数之和与年实际总日数误差全省为偏少 22.3 天（威宁）至偏多 3.4 天（思南），误差较大的站点主要分布在东西向中部一线的高海拔地区（图 2），其中威宁、大方、开阳和万山等台站误差在 10 天以上。分析原因发现，本研究的界限内积温是 0℃以上的积温，不包括 0℃以下的日期，而贵州冬季常出现低温冰冻天气。推算日数偏少较多的时段主要集中在冬季，且分布在中高海拔地区，气温低于 0℃的日数正是推算的日数较实际日数偏少的误差所在。【图1-2.略】

　　由此表明，以旬界限内积温除以温度界限中值推算的日数，能够客观反映各旬出现在各温度界限的日数。应用界限内积温推算出现日数的方法，对于各站各旬也适用。基于温度界限内积温，能够方便推算出出现在相应温度界限内的天数。
　　
　　2.2 喜温作物适宜生长期

　　2.2.1 基于旬适宜生长日数的喜温作物适宜生长期

　　基于推算得到的各旬各温度界限出现日数，可求和得到各旬处于作物适宜温度范围内的总日数，即适宜日数。本研究规定，如每旬作物适宜生长日数在 8 天以上，则定义该旬为适宜生长旬，连续两旬以上达到适宜标准的时段作为适宜生长期。以起始旬第一日为适宜生长期初日，以结束旬最后一日作为终日。

　　贵州大部地区日平均气温高于 30℃的时段较少，即可视稳定通过下限温度的气候生长期均为喜温作物的适宜生长期。基于旬适宜日数的适宜生长期，与稳定通过下限温度的气候生长期相比，全省大部地区误差在 5d 以内，个别站点超过 10d。全省平均初日、终日和生长期绝对误差分别为 3.2d、4.2 d、5.4 d。

　　以旬为单元划分适宜生长期，隔断了温度变化的连续性，由此带来了一定的误差。但以旬为单位，更加方便农业生产应用，且误差普遍在 5 天以内。由此认为基于适宜生长日数划分的适宜生长期（图 3）与传统方法的统计结果基本相符。【图3.略】

　　热量条件是喜温作物生长期起止的决定因素，同时喜温作物对低温更加敏感，因此划分适宜生长期必须剔除低温危害时段。适宜日数方法，统计温度处于适宜范围的天数，在兼顾温度需求基础上，考虑了适宜温度的持续时间，以 8 天为下限能避免连续 5 天以上的低温时段，从而降低低温危害风险。故视该方法为划分喜温作物适宜生长期的有效方法。
　　
　　2.2.2 基于适宜积温的喜温作物气候生长期

　　积温能够反映农业生产可利用的温度条件及其持续时间，分析各站气候生长期起止旬适宜积温，发现最低值为 100.5℃.d，相当于喜温作物下限温度对旬日数的积分。以此确定积温下限指标，并判别各旬适宜积温是否达到下限要求，连续两旬以上高于积温下限的时段，作为适宜生长期。

　　对比适宜积温和适宜日数方法，发现全省大部站点适宜生长期结果相同，1/4 左右的站点相差 1 旬。与传统统计的生长期结果相比，全省平均初日、终日和生长期绝对误差分别为4.1d、4.6 d、5.2 d，误差较基于适宜日数方法略大。

　　基于适宜积温方法，能够反映热量条件对作物生长的满足程度，也是划分喜温作物适宜生长期的有效方法。但在特定年份中，气温常出现大幅波动，特别是在连续晴热天气下的剧烈降温过程，虽然旬适宜积温总量满足，但会发生低温危害，因而该旬不能算作适宜生长期。因此，基于适宜积温的方法，在特定年份适宜生长期的判断上存在一定局限。

　　2.3 喜凉作物适宜生长期

　　基于旬适宜日数和适宜积温方法，分别计算了喜凉作物的适宜生长期。

　　适宜日数方法与传统方法相比二者差异较大。传统稳定通过下限温度的气候生长期，全省各站均为一个时段，初日分别在 1 月上旬至 3 月上旬，终日分别在 11 月下旬至 12 月下旬。

　　但基于适宜日数，部分站点适宜生长期为一个时段，部分为两个时段。其中，威宁适宜生长期为 3 月中旬至 11 月下旬；北部、东部、南部边缘的海拔较低地区，主要分布在 10 月至次年 4 月；其余站点在春季和秋季有两个适宜喜凉作物生长的时段，夏季因高于上限的日数过多，冬季因低于下限的日数过多，均不适宜喜凉作物生长。

　　进一步对适宜日数方法的各站气候生长期起止旬适宜积温分析发现，最低值为45.2℃.d。以此作为积温下限指标，按适宜积温方法亦能划分出喜凉作物的生长起止时段。

　　适宜积温与适宜日数方法结果相近，大部站点也包括两个适宜生长时段，但有更多的站点秋季至次年春季的适宜生长期连接成为一个时段。

　　一般而言，在适宜温度范围内，热量条件越好越有利于作物生长。在低温季节，热量条件是决定因子，只要温度条件满足，喜凉作物就能生长。而喜凉作物耐低温能力相对较强，部分作物还需要相应的低温来完成春化作用，温度低于下限时则停止生长，只要不发生冻害，低温对喜凉作物影响就较小。因此，在低温季节判断喜凉作物适宜生长期起止时段，宜用适宜积温方法。在高温季节，随着温度升高，热量条件逐渐不成为限制因子，超过上限温度的高温天气，反而不利于作物生长。若仍采用基于适宜积温指标，会出现一旬内，仅 3 天左右的时间，积温就达到下限要求，但其余日期因温度超过上限而不适宜作物生长。因此，必须考虑适宜生长的天数，来确定该旬是否适宜生长期。

　　由此进一步提出了，采用适宜积温和适宜日数相结合的方法划分喜凉作物适宜生长期：在低温季节以适宜积温作为判别指标，在高温季节以适宜生长日数为指标，进而得到喜凉作物的适宜生长期。

　　通过适宜积温和适宜日数结合的方法，划分出了贵州喜凉作物适宜生长期。结果显示，威宁适宜生长期为 2 月中旬至 11 月下旬，南部大部和东北部及北部边缘地区适宜时段位于冬半年，其余站点在 1 月前后分别有两个适宜时段，适宜生长期总旬数见图 4。【图4.略】
　　
　　3 结论与讨论
　　
　　本文在旬界限内积温基础上，计算了温度界限内日数，结合喜温和喜凉作物适宜温度范围，计算了相应的适宜生长日数和适宜积温，进而开展了适宜生长期研究。

　　研究结果显示：以旬界限内积温除以相应温度界限中值的方法，推算得到的温度界限内日数，与实际相符，能够客观反映各温度范围出现的日数。

　　结合作物对上下限温度的需求，并计算适宜温度范围内的适宜积温和适宜日数，进一步划分得到适宜生长期，与传统的气候生长期有一定差异。喜温作物适宜生长期与气候生长期基本相符；贵州喜凉作物适宜生长期全年包括两段或一段，且分布时段不一，这与传统方法得出的一个时段气候生长期结果差异较大。

　　基于适宜积温和适宜日数的方法，考虑了作物生长的适宜温度范围，结合下限判别指标，能够划分出作物适宜生长期。对于喜温作物，宜用适宜日数方法；适宜积温方法存在低温风险局限；针对喜凉作物，宜两种方法结合。

　　前人普遍采用滑动平均稳定通过下限温度的方法研究作物气候生长期，但该生长期能够满足作物生长下限要求，忽略了上限温度对作物生长的不适宜性，特别是喜凉作物。本文提出了基于旬界限内积温，计算适宜积温和适宜日数，进而划分适宜生长期的方法，并找出了贵州不同作物的适宜生长期，有助于更加深入认识农业气候资源特征和合理安排周年农业生产。以旬为单元，更加方便农业生产应用，但由此也带来了一定的误差。

　　本文仅从旬适宜天数和适宜积温的满足程度上分析了适宜生长期，实际生产中，作物所处的发育期不同，对温度条件的要求不同，需结合作物具体需求进一步确定适宜生长期。

　　参考文献
　　
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