贵州山区降水对春薯产量的影响

贵州山区降水对春薯产量的影响

1气象要素影响典型的喀斯特地理条件下，贵州省西部山区的粮食产量主要是发展松茸，基本上是在春季种植的。马铃薯又称洋玉、土豆,是一种粮食、蔬菜、饲料兼用作物,它不仅是山区农民食物构成的主要部分和城镇居民的主要蔬菜,而且是一种有益于人体健康的保健食品。马铃薯产量形成的高低很大程度上受制于当地小气候、土壤和品种等因素,对于某一区域来说,一定时间的尺度内土壤性质的变化相对较平稳,而全球气候变暖引起的温度、降水和日照等气象要素的变化,对农业生产和作物生长发育产生了显著的影响。所以,温度、降水、日照是作物生长发育不可缺少的气象因子,尤其是降水的多少对马铃薯产量、质量和薯形的影响最为明显,而降水时空分布不均又是贵州西部气候一大特点。因此,本文拟通过对2006—2011年马铃薯(简称春薯,下同)生产试验来研究不同区域不同海拔高度的降水因子对春薯威芋3号品种各生育期及其产量的影响,分析不同区域春薯产量与降水的关系,探索提高春薯产量的有效途径,并以此确定春薯生育期的最佳补充灌溉水分时期,以期为贵州西部山区春薯生产模式的优化提供科学依据。2数据和方法2.1研究区域及品种的选择试验地点选取贵州西部山区4个县(区)的4个村,它们分别是六枝特区堕却乡郎节坝村(简称郎节坝,下同),其海拔1652m;钟山区大河镇大地村(简称大地,下同),其海拔1923m;水城县纸厂乡前进村(简称前进,下同),其海拔2057m;盘县四格乡坡上村(简称坡上,下同),其海拔2250m。所选取的区域具有典型的立体气候特点,属于北亚热带和暖温带气候区。试验区降水资源充沛,空气湿度大,昼夜温差大,夏季不明显;土壤均为黄棕壤,根据六盘水市土肥站测定,土壤pH值为6.5左右,质地、肥力中等偏上,一直为贵州西部山区春薯的主产区。针对多年来春薯生产中存在的实际问题,试验选取生育期长、抗病强的马铃薯威芋3号品种,该品种为贵州省威宁县农业科学研究所选育;降水资料来源于各大田试验区的气象自动站逐时监测值。2.2学习方法2.2.1坝试验区施肥及除草试验于2006—2011年,在郎节坝、大地、前进以及坡上共4个村进行。各试验区均采用双沟起垄栽培方式,每个小区面积均为36m2,郎节坝为5窝/m2,大地、前进和坡上均为6窝/m2。郎节坝试验区施纯N100kg/hm2、施P2O540kg/hm2、农家肥45500kg/hm2,大地、前进和坡上均施纯N110kg/hm2、施P2O548kg/hm2、农家肥52500kg/hm2;各试验区在现蕾期均锄草培土1次,并加施追肥2次。第1次以N肥为主,即为200kg/hm2;第2次以P、K肥为主,即施P肥370kg/hm2、K肥150kg/hm2(或草木灰1500kg/hm2)。各试验区分别于2月中旬—4月下旬播种,2月末—5月中旬出苗,4月上旬—6月下旬开花,8月上旬—9月中旬可收,全生育期130—178d(见表1—表4)2.2.2补灌降水对马铃薯产量影响的函数采用典型降水产量积分回归函数,研究马铃薯不同生育期补充灌溉水分对其产量的影响,确定不同区域最佳补灌时期。降水积分回归方法原理:如果把全生育期划分为若干无穷小的时段,则全生育期中各时段降水量与马铃薯气象产量的关系可用下列回归积分表示:式中y^为气象产量的估计值,C是一个常数,T为作物全生育期的天数,R(t)dt是t到t+dt时段内的降水量,a(t)=(△Y/△R)表示t时间的降水量与最后产量之间的生理关系的一个时间函数,即生长发育期不同时段内每单位补灌降水量对产量的影响,可为马铃薯的补充灌溉提供依据。由于a(t)通常是一个变化缓慢的连续函数,因此,可将一个用时间表示的多项式的少数几项表达,通常用正交函数φ1(t)表达如下:式中ai是偏回归系数,将式(2)代入式(1)得到:ρi称为降水分配系数,则采用多元线性回归法,可推算得出a0,a1,……,然后由(2)式合成,计算出马铃薯生长发育不同时期的补灌降水对其产量的影响值a(t)。其计算过程为:(1)采用多项式拟合方法,计算不同区域马铃薯的趋势产量,然后利用实际产量减去趋势产量,分解求得该区的气象产量,再用气象产量除以趋势产量,即得因气象因素决定的产量变化百分数。(2)根据离散化正交函数φi(t)与不同时段降水量,由(4)式计算降水分配系数。(3)根据气象产量和降水分配系数,计算该区的ai值。(4)根据计算出的ai值,用(2)式合成不同时段降水产量影响系数a(t)。运用Excel2003对数据进行处理,差异性检验、回归分析及其建模均用SPSSL3.0软件。3结果与分析3.1生长发育期马铃薯产量特征马铃薯是需水较多的作物,它的茎叶含水量比较大。经6a试验测试,马铃薯活植株的水分约占90%,块茎含水量也达80%左右;发芽期,土壤含水量达14%左右,就可以保证出苗;在幼苗期和发棵期,要求土壤含水量14%~16%;结薯期的前期,即从开花到落花后一周,是马铃薯需水最敏感的时期,也是需水最多的时期,这个阶段的需水量占全生育期需水总量的50%以上。在马铃薯生长发育期中,开花期至可收期缺水干旱,导致马铃薯产量的显著降低(P<0.01)。4—9月是贵州汛期,其降水量占全年总降水量80%以上。贵州西部春薯生长发育期基本处于汛期,全生育期总降水量为325.7~1292.5mm(见表5—表8)。由表5—表8看出,通过6a4个不同区域的大田试验,2011年的产量最低,这是由于在春薯生长发育期降水量偏少,尤其是开花期到可收期的降水量严重不足;2010年的产量次之,是因为贵州发生了秋冬春连旱,土壤含水量低,春薯没有得到适时播种,造成春薯生长发育期缩短,加上开花期到可收期的降水量偏少。而2007—2009年各试验区春薯单产量>30000kg/hm2,是由于春薯生长发育期降水充足,尤其是开花期到可收期,其降水量在730mm以上。3.2对春薯机构及其工作人员降水的观测由图1看出,降水主要集中在开花期至可收期,而播种期至分枝期的降水量明显偏少且不稳定。同一观测点春薯大田生长期6a的降水量存在显著差异(P<0.01),说明各年春薯大田生长期降水量不稳定。同一年不同观测点春薯大田生长期的降水量存在明显差异(P<0.05),说明同年不同区域春薯大田生长期的降水量分配不均。这充分体现了贵州西部山区降水在时间和空间上存在分配不均状况。由图1还可以看出,海拔最高的坡上试验区春薯大田生长期2006—2011年的降水量明显多于海拔最低的郎节坝试验区,但海拔略高于郎节坝的大地试验区,春薯大田生长期2006—2011年的降水量反而少于郎节坝试验区,表明在低纬高原山区,由于局地地形条件的影响,降水存在空间分配不均状况,但降水量变化总体呈现随海拔升高而增多的趋势。3.3春薯播种期对灌溉的影响利用2006—2011年春薯资料及其不同生育期降水资料,计算春薯降水—产量积分回归函数,用来表明不同区域的春薯降水产量关系(图2)。由图2看出,郎节坝试验区的春薯生产从播种期到开花期严重缺水,积分回归函数在分枝期至现蕾期出现峰值,此期间正是地下部匍匐茎顶端停止极性生长,开始钩曲膨大而形成块茎,是春薯产量形成的重要时期,应抓好此期的补充灌溉。开花期至可收期,郎节坝试验区较其他区域先进入雨季,降水量增加,降水产量积分回归函数呈负值,不需补充灌溉。由图2看出,在大地试验区的春薯生长发育过程中,积分回归函数呈正效应,表明大地春薯生育过程中降水均感到不足,增加水量就能提高产量。春薯播种期,贵州西部边缘常受热低压影响,干旱少雨,影响大地春薯的正常出苗,应进行补充灌溉。现蕾期至开花期又出现峰值,此期间是春薯产量形成的关键期,也是春薯需水最敏感时期,需水激增,这个时期缺水,块茎就会停止生长,以后即使再有水分供应,在植株和块茎恢复生长后,块茎容易出现2次生长,形成畸形薯块,降低产品质量,应进行补充灌溉。因此,大地区域春薯生育期干旱持续时间较长,一次灌溉难以解决问题,根据调查,应在3月下旬—4月上旬、5月上旬和5月下旬—6月上旬进行补充灌溉,以满足春薯生长需求。7月下旬—8月,一般不需补充灌溉,此期间块茎逐渐成熟,需水量减少。由图2看出,积分回归函数在前进试验区春薯生产中的现蕾期至开花期出现峰值,此期间应补充灌溉,这有利于春薯块茎发育,为增产创造良好的条件。开花期到可收期降水充沛,不需灌溉,但在开花盛期之后,要注意开沟排水,避免水分过多,导致土壤通气不良,影响块茎膨大和干物质积累。根据调查,开花盛期到可收期,如果结薯层内保持田间最大持水量的70%以上或造成积水超过24h,块茎会造成腐烂;积水超过30h,块茎将大量腐烂;积水超过42h,块茎将全部腐烂。由图2还可以看出,坡上试验区在春薯生长发育期水分条件较好。播种期至开花期,降水产量积分回归函数呈负效应,表明此期间该区不需灌溉。开花期至可收期为春薯生育关键期,降水产量积分回归函数出现正值,应在开花始期到开花盛期增加供水,有利于春薯薯块膨大,增产作用显著。开花盛期到可收期,因需水量逐渐减少,不需灌溉。4春薯最佳补充灌溉期研究(1)本试验研究表明,同一年不同区域或同一区域不同年份,在春薯生长发育期间降水量存在明显的差异,但总体呈现出随着海拔高度的升高,降水量呈增多的趋势,这充分说明贵州西部山区降水时空分布不均,是导致春薯产量不稳定的主要原因。池再香等曾指出马铃薯开花期到块茎膨大期(5月中旬—8月下旬)对降水量变化十分敏感,降水量过多或过少都会导致马铃薯产量的降低。由此可知,降水量的多少是影响春薯产量高低的主要原因。(2)通过分析郎节坝、大地、前进和坡上等4个春薯大田试验区共6a降水分布情况,研究4个试验区春薯降水产量积分回归函数的区域差异,探讨不同时期附加降水对春薯产量影响,确定最佳补充灌溉时期,可供分析春薯补充灌溉关键期参考。(3)通过分析得出贵州西部山区不同区域春薯的最佳补充灌溉时期分别为:海拔1600m左右山区应在2月下旬、3月中旬—下旬和4月中旬,海拔1