五峰县马里兰烟叶年产量气象条件分析

马里兰烟叶原产于热带。国内外研究表明, 马里兰烟叶的生长过程与气候条件息息相关, 烟叶生长需要一定的光、温、水资源, 只有气候条件满足其需求, 烟叶才能正常发育、开花开片。烟叶对环境相当敏感, 气象因子也是影响烟叶内在化学品质形成的重要因素之一, 不同的气象因子与烟叶化学成分有不同的关联度, 因此马里兰烟叶生产与气象条件密切相关[1,2,3,4]。

五峰县与马里兰烟原产美国马里兰州的生态条件相近[5], 其地处鄂西南, 属亚热带温湿季风气候区, 雨热同季, 全境皆山, 5-9月的日平均气温≥20℃的持续天数≥120 d, 昼夜温差大, 无霜期250 d, 年平均日照时数1554.5 h, 降雨量1 406.6 mm, 土壤有机质含量充足, 含钾丰富, p H值在5.5~7.5, 是马里兰烟的优质种植区。

五峰县是宜昌市烟叶生产大县, 适宜种植面积达5333.33 hm2, 年种植马里兰烟2 666.67 hm2, 年产量600万kg以上。烟叶已成为五峰县一大支柱产业。本文通对五峰当地气候进行分析, 研究气象条件变化对当地烟叶生产具有一定指导意义。

1 资料与方法

1.1 气象数据与烟草产量数据的主要来源

各气象要素 (1987-2012年) 共26 a数据来自五峰国家基本气象站 (30°12′N, 110°40′E, 海拔619.9 m, 25m×25 m) 所采集的各种气象要素。1987-2012年, 马里兰烟叶年总产量数据由五峰烟草局烟叶收购办公室提供。

1.2 数据处理与分析方法

本研究应用Excel进行气象要素特征分析;利用SPSS19.0进行多元逐步回归分析, 筛选影响五峰山区马里兰烟叶产量的主导因子。

设已知因变量y和自变量x1, x2, …, xk样本数为n, 构成数据表X=[x1, x2, …, xk]n*k和y=[y]n*1, 在建立回归方程时, 对自变量X进行筛选, 只找出那些对y影响大的自变量xi (i=1, 2, …, k) 参与回归计算, 舍弃对y影响较小的自变量[8]。

多元逐步回归分析方法通过F统计量来选择和剔除自变量, F统计量包括Fenter值和Fremove值, 其计算公式如下:

假设回归模型到目前为止已经入选了x1, x2, …, xh个自变量, 对于一个新的自变量xh+1来说,

其中SSE为y的预测误差平方和, 计算公式是

假设回归模型到目前为止已经入选了x1, x2, …, xh个自变量, 对于第i个自变量xh+1来说,

多元逐步回归方法建模步骤如下:

(1) 计算每个自变量的Fenter值, 并选定FENTER值, 将大于FENTER的自变量中所具有最大Fenter值得自变量选入回归模型;

(2) 再计算所剩的自变量的Fenter值, 将大于FENTER的自变量中所具有的最大Fenter值的自变量选入回归模型;

(3) 对入选回归模型的每个自变量计算Fremove值, 并选定FREMOVE值, 将小于FREMOVE值的自变量中所具有最小Fremover值的自变量剔除;

(4) 重复步骤3, 直到回归模型中每个自变量的Fremover=值都大于FREMOVE, 然后进行下一步的选入;

(5) 重复步骤2, 3, 4, 直到所有自变量全部选择完毕。

回归方程精度评价主要通过判定系数R2和平均相对误差来验证。R2计算公式为:

其中, SSE为y的预测误差平方和, SSY为y的离差平方和。

2 气象要素特征

2.1 降水分布特征

如图31所示, 五峰全县雨量充沛, 降水以夏季最为集中, 占全年雨量的45%左右。1987-2012年, 历年平均降水量1 322.5 mm, 年均降雨日155.4 d, 最大年降水量:1998年1 816.9 mm, 最少年降水量:2006年891.8 mm, 其中一日最大降水量203.3 mm (1990-07-18) 。

水分是烟叶生长必备的因子之一, 充沛的降水为烟叶的生长和年产量提供了有利条件。在烟叶生长的大田期5-8月的降水量充沛, 五峰5-8月平均降水量794.0 mm, 占年平均降水的60%, 该时段最大降水量1998年1 274.2mm, 该时段最小降水量:2006年387.1 mm, 历年最大距平480.2 mm, 最大距平百分率60.5%, 历年时段内一日最大降水量为203.3 mm。

2.2 温度分布特征

据气象资料分析, 1987-2012年五峰年平均气温为14.3℃。图2是1987年-2012年的年平均气温情况, 从图2看出从1987-2012年年平均气温都在12.0℃以上, 年平均温度相对比较稳定, 其中2006年年平均温度达到最高值15.7℃, 处于烟叶适合生长温度的范围。1989年平均温度达到最低值12.2℃。如图3所示, 五峰平均年积温为4336.9℃, 年最多积温:5 044.1℃, 出现在2006年, 年最少积温:3 472.8℃, 出现在1991年。

统计资料显示, 烟叶大田期 (5-8月) 的日均温大于16℃为适宜烟叶生长条件[9]。图2显示, 五峰1987年-2012年26 a来5-8月的平均气温均22.3℃, 历年平均气温最高值2006年的24.1℃, 历年平均气温最低值1993年20.2℃, 历年最高气温:38.6℃ (2009-07-18) , 历年最低气温:4.0℃ (1991-05-02) 。历年最大距平-2.1℃。五峰山区气候条件给马里兰烟叶生长提供充足的温度条件。

2.3 日照分布特征

马里兰烟叶是喜光植物, 大田期光照充足, 有利于光合作用, 干物质积累多, 品质提高。图4所示, 五峰1987年-2012年的年平均日照时数为1 315.0 h, 历年日照时数均在1 000 h以上。日照时间最长的是1990年, 时数为1 633.0 h;最短的是2012年, 为1 011.5 h。历年≥60%量别日数为92 d, 历年≤20%量别日数为186 d, 历年年日照百分率为30%。见下表1、表2所示。

2.4 相对湿度分布特征

五峰全境皆山区, 森林覆盖率大, 溪流纵横, 全县的雨量充沛, 在烟叶生长期比较适合的空气相对湿度为70%~90%, 低于50%则对烟叶生长不利, 而且使烟叶品质降低。据气象资料显示, 1987-2012年的年平均相对湿度为77%, 2001年平均较高达到81%, 最少的年份出现在2006年和2011年为73%, 均能满足马里兰烟叶生长的需要。图5是1981-2010年的相对湿度的情况。

2.5 风与无霜期分布特征

风对于农作物的生长发育有重要意义, 由于风的输送作用, 农田作物群体与空气发生热量、水分、等能量的交换, 是作物生长发育不可缺少的因素。风速过大可增强农田水分蒸发蒸腾, 少雨期易加速旱情发展, 大风可使烟叶倒伏、折断造成减产。

表3显示, 五峰站全年风向以静风出现最多, 其频次为40%, 其次是NNW占12%, 其中月平均风速达1.2 m s, 2 min最大与10 min最大的风速差别不明显, 风向变化很大, 但瞬间最大的风速风向明显差别很大。

霜对烟叶的育苗期的生长有一定的抑制作用。据气象资料显示, 五峰从1987-2012年最长无霜日为290 d, 最短无霜日为208 d, 平均无霜日为250 d, 如图6所示。

2.6 蒸发分布特征

五峰气象资料显示, 从1987-2012年的年蒸发量为957.0 mm, 1990年平均较高达到1 285.2 mm, 最少的年份出现在2012年为665.8 mm, 2002年后年蒸发量明显较小, 主要是由于1987-2001年用的小型蒸发皿, 蒸发量偏大, 而2002年以后用E601大型蒸发精确度高, 如图7所示。

3 基于多远逐步回归分析影响五峰马里兰烟叶产量的主导因子

3.1 五峰马里兰烟叶产量

随着五峰的马里兰烟叶种植面积逐年增加, 其烟叶产量也在不断的增长, 但有的年份由于受到气候条件的影响造成一定的损失, 由图4可以看出, 1987-2012年, 五峰马里兰烟叶产量总体趋势是逐年增加的, 但是19871999年变化平缓, 受当时种植面积所限制, 每年产量在100 t左右, 逐年成持平的趋势。1995年最少, 为64.9 t, 从2000年以后, 产量明显提高, 到2011年以后突破5 000t, 2012年最多, 为5 158.5 t, 反映出五峰烟叶产量发展在不断递增。

3.2 多远逐步回归分析

采用逐步回归分析方法, 在不考虑人工施肥, 灌水、管理等影响的情况下, 分析研究烟草在大田期间受自然界光、热、水 (降水量) 等主要气象要素的影响所获得烟叶产量的相互关系[10,11]。探讨气象要素每年变化引起烟叶产量波动的规律, 对五峰马里兰烟叶产量主导因子进行确定, 为五峰马里兰烟叶生产提供科学的依据。

本文中分别将年降水量、年平均温度、积温、日照时数、相对湿度、5-8月降水量、5-8月平均温度、无霜期、蒸发量分别设为自变量X1、X2、X3, …, X9, 马里兰烟叶产量统计值作为因变量y, 进行多元逐步回归分析。设定变量方差贡献显著水平为0.05作为选入和剔除变量的标准, 利用SPSS19.0软件进行多元逐步回归分析。

表4列出了利用逐步回归法分析得出的主要影响因子及模拟模型。从结果可以看出, 影响马里兰烟叶产量的因素中年降水量、年平均温度、日照、5-8月降水量、5-8月平均温度保留下来。由此说明, 这五个因素对马里兰烟叶产量的贡献率大些。由逐步回归法可以确定马里兰烟叶产量的主要因素是年降水量、年平均温度、日照、5-8月降水量、5-8月平均温度。从结果我们还得出回归方程为:y=-59105.418-22.678×X1-3361.812×X2-45.650×X4-33.416×X6+11214.153×X7。

4 结论

本文在总结前人已有研究成果的基础上, 对五峰各个气象要素进行特征分析。对其时空变化规律及影响马里兰烟叶产量的气象因子分布特征进行了描述;运用多元逐步回归对五峰马里兰烟叶产量进行模拟和估算, 从而为马里兰烟叶生产工作提供参考依据。主要结论如下。

马里兰烟叶的适宜海拔高度为800~1 600 m, 以1 0 0 0~1 4 0 0 m最为适宜, 五峰县的海拔1 0 0 0 m左右, 该县对马里兰烟叶生长发育及晾晒期所需要的光、热、水和气条件适宜。五峰县地处亚热带季风气候区, 气候温和湿润、雨量充沛、四季分明。年平均气温14.3℃, 最冷月 (1月) 平均气温2.3℃, 最热月 (7月) 平均气温24.2℃;极端最高气温为39.2℃ (1995年9月6日) , 极端最低气温为-15.0℃ (1977年1月30日) , 在马里兰烟叶生长的大田期5-8月的平均气温均22.3℃。年平均降雨量1 322.5 mm。在马里兰烟叶生长的大田期5-8月的降水量充沛, 平均降水量794.0 mm, 年平均相对湿度77, 本地全年风向以静风出现最多, 其频次为40%, 其次是NNW占12%, 其中月平均风速达1.2 m/s。光照充足, 年光照时数为1 428.4 h, 年蒸发量为957.0 mm, 平均无霜日为250 d。

运用多元逐步回归对马里兰烟叶产量进行模拟, 发现年降水量、年平均温度、日照、5-8月降水量、5-8月平均温度对其影响很大, 因此, 对探讨影响马里兰烟叶产量具有一定的实践意义。

摘要：对五峰1987-2012年各种气象要素的特征进行分析, 并用多元逐步回归法对影响马里兰烟叶产量的气象因子进行模拟研究。结果表明:五峰县年平均气温14.3℃, 在马里兰烟叶生长的大田期5-8月的平均气温均22.3℃。年平均降雨量1 322.5 mm, 大田期5-8月的降水量充沛, 占年降水的60%, 年平均相对湿度77, 全年风向以静风出现最多, 其频次为40%, 其中月平均风速达1.2 m/s, 年光照时数为1 428.4 h, 年蒸发量为957.0 mm, 平均无霜日为250 d。由逐步回归法可以确定马里兰烟叶产量的主导因子是年降水量、年平均温度、日照、5-8月降水量、5-8月平均温度, 对指导马里兰烟叶生产提供科学依据。

关键词：气象因子,多元逐步回归,马里兰烟叶,年产量,湖北省五峰县

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