内蒙古达拉特旗盐滩地紫花苜蓿返青温度条件分析

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　　摘要：分析内蒙古达拉特旗盐滩地紫花苜蓿返青气象条件，旨在探究气象服务过程中对紫花苜蓿返青的可预报性气象指标，为提升当地紫花苜蓿气象服务能力提供业务参考。结合2018年达拉特旗盐滩地紫花苜蓿生产田间调查数据，利用达拉特旗国家气象观测站2005—2018年间的日观测统计资料建立数据集，选择气温与地温的14个气象指标进行方差分析以及温度的动态分析。综合分析结果可知，日平均地表温度是能够较好地反映达拉特旗盐滩地紫花苜蓿返青气象条件的一个气象指标，当日平均地表温度超过且持续在0 ℃以上波动时，可以作为开始返青的气象预报时间点。当80 cm地温开始高于160 cm地温时，可作为紫花苜蓿返青即将进入普遍期的气象预测时间节点。当160 cm地温开始高于320 cm地温时，可作为紫花苜蓿返青即将结束并开始进入旺盛分枝期的气象预测时间节点。当日平均地表温度将要降到0 ℃或以下，或者降温幅度超过10 ℃以上时，可作为达拉特旗返青紫花苜蓿遭受冻害的气象预警指标。
　　关键词：紫花苜蓿;气象服务;返青;河套灌区;地温;气象预测;气象预警
　　中图分类号： S162.5 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）23-0281-03
　　达拉特旗位于内蒙古河套灌区东部，地理坐标为 109°00′～110°45′E，40°00′～40°30′N，地处鄂尔多斯高原北端，黄河中游“几”字湾南岸。地形南高北低，南部以丘陵、沟壑为主，北部为黄河冲击平原，地势平坦，土地肥沃。农牧业生产形式，南部以天然放牧为主，北部以农业种植为主[1]。全旗13.7万hm2耕地中，6.9万hm2是不同程度盐碱化的盐滩地。近些年，达拉特旗利用盐滩地进行紫花苜蓿的规模化种植发展迅速，围绕紫花苜蓿生产开展气象服务，成为当地气象部门服务经济社会发展的现实需求。返青是紫花苜蓿年生产周期中的一个十分重要的物候期，是系关紫花苜蓿鲜草产量的基础阶段[2-3]。温度是紫花苜蓿返青过程中最主要的气象条件[3]，分析达拉特旗紫花苜蓿返青气象条件，对于当地针对性开展紫花苜蓿返青气象服务具有一定的必要性。
　　1 材料与方法
　　返青田间调查地点为达拉特旗展旦召苏木牧乐源合作社紫花苜蓿种植基地，调查时间为2018年3—5月。调查样方面积为1 m×1 m，樣方间距为20 m，样方共设10个重复，10个样方以直线排列的随机样线形式布置。调查方法是对样方内已经返青和尚未返青的苜蓿株丛分别进行计数，并计算返青率。调查当次返青率=调查当次已返青株丛数/（调查当次已返青株丛数+调查当次未返青株丛数）×100%。此外，调查过程中发现，部分株丛终年不能返青，即返青过程有死株现象。因此，以调查当次返青数与调查当年最多株丛数来计算实际返青率。计算方法：当年实际返青率=调查当次已返青株丛数/调查当年最大株丛数×100%。
　　进行返青温度条件分析的气象数据资料来源于达拉特旗国家气象观测站（110°01′59″E，40°23′33″N），数据分析软件为SAS 8.1。
　　2 结果与分析
　　2.1 各月温度条件差异性分析
　　以达拉特旗国家气象观测站2005—2018年间151个观测日（不包括闰年的2月29日）为重复，选择14个温度指标为分析变量（X1～X14）：X1为日平均气温，X2为日平均最高气温，X3为日平均最低气温，X4为日平均地表温度，X5为日平均最高地表温度，X6为日平均最低地表温度，X7为日平均5 cm地温，X8为日平均10 cm地温，X9为日平均15 cm地温，X10为日平均20 cm地温，X11为日平均40 cm地温，X12为日平均80 cm地温，X13为日平均160 cm地温，X14为日平均320 cm地温，于1月、2月、3月、4月、5月分别组建数据集，利用SAS 8.1软件进行方差分析，结果如表1所示。
　　由表1可知，1—5月14个温度指标在日差异方面，除了1月日平均气温（X1）、日平均最高气温（X2）、日平均最低气温（X3）、日平均最低地表温度（X6）等4个指标外，其他日差异的分析结果均为显著（P<0.05）。在年差异分析方面，除了5月日平均最高气温（X2）的差异不显著以外，其他年差异分析结果均为显著（P<0.05）。
　　由图1可知，从达拉特旗1—5月气温与地表温度6个指标（X1～X6）年平均值（2005—2018年）的动态来看，2月以前，气温和地表温度的升高趋势不明显，2月中旬以后，气温和地表温度开始明显升高，特别是日平均最高地表温度在6个指标中，升高的幅度最大。6个指标的总体动态表现为日平均最高地表温度>日平均最高气温>日平均地表温度>日平均气温>日平均最低气温>日平均最低地表温度，且由于比热效应作用，地温日温差大于气温，1—5月日平均最高地表温度始终在0 ℃以上。在2月中旬以前，日平均地表温度和日平均气温的波动曲线基本重合，2月中旬以后，日平均地表温度逐渐高于日平均气温，之后升高幅度日益增加，到5月底，日平均地表温度与日平均最高气温曲线相交、重合。
　　2.2 紫花苜蓿返青期间的温度条件
　　3月初，调查点的紫花苜蓿开始陆续返青。由表2中田间调查结果可知，达拉特旗盐滩地紫花苜蓿在2018年3月下旬返青率已超过70%。由于2018年4月初有一次较大幅度的降雪降温天气过程（查询天气实况历史得知），已返青紫花苜蓿受霜冻影响，在4月17日的返青调查中，返青率没增反降，返青率由74.04%降到42.86%。在5月18日的调查中，样方调查当次的返青率为100.00%，但实际返青率由3月的74.04%降到68.27%。从3次调查的密度变化来看，紫花苜蓿密度从3月到5月是逐渐减少的。可见，2018年4月的降雪降温天气对于紫花苜蓿的返青影响比较严重，以5月最终返青时的样方调查数据计算，2018年达拉特旗盐滩地紫花苜蓿返青率的样方调查统计结果为213/312×100%=6827%，死株率为312/312×100%-68.27%=31.73%（调查当年仍不能正常返青视为死株）。 　　由于地温相对于气温而言，对早春紫花苜蓿返青时的根系活动的影响更为直接，且考虑日平均地表温度已经综合了日平均最高地表温度与日平均最低地表温度2个方面的气象条件，因此剔除X5和X6，选择X4、X7～X14这9个地温指标作为分析紫花苜蓿返青的主要气象条件。从2018年1—5月达拉特旗0～320 cm地温的动态（图2）来看，320 cm和160 cm的地温曲线一直处于0 ℃以上，其余7个地温指标的曲线都于2月下旬前后，分别在0 ℃以下和0 ℃以上波动。2月下旬以前，0～80 cm的7个指标的地温基本表现为由下而上逐次降低;2月下旬以后，7个指标的地温基本表现为由下而上逐次升高。由图2中的曲线动态可以看出，3月中旬以后，一直到3月底之前，80 cm以上土层的地温升高较快，7个指标的值相继超过160 cm地温的值。之后，一直到4月下旬以后，除4月初的降雪降温造成40 cm以上地温急剧下降以外，0～80 cm的7个地温指标和160 cm的地温指标的值相继超过320 cm地温的值。4月下旬之后，0～320 cm土层温度呈現由上而下逐次降低的动态。
　　2.3 降温对紫花苜蓿返青的影响
　　为粗略估计2018年4月初的降雪降温天气对于调查地点紫花苜蓿返青的影响，将3月20日调查的返青率与4月17日调查的返青率相减得出这次降温对返青株丛造成的死株率数值，即74.04%-41.35%=32.69%。对于4月17日以后到5月18日调查时返青率的增高，考虑2个方面的影响，一是4月初的降温影响以后，根系尚未彻底冻死的部分株丛又重新返青;二是3月20日调查时尚未返青的部分株丛返青。如果4月17日以后到5月18日期间所有增加的返青株丛均为尚未彻底冻死的株丛又重新返青，不考虑3月20日调查时尚未返青株丛返青的因素，5月18日的返青率应为 74.04%。
　　显然，比实际调查值（68.27%）要偏高。如果单纯考虑3月20日调查时尚未返青的株丛全部返青，而不考虑尚未彻底冻死的株丛重新返青的因素，则推算5月18日的返青率应为（1-74.04%）+41.35%=67.31%，比实际调查结果（6827%）略偏低。综合分析，4月17日以后到5月18日调查时返青率的增高，可能有少部分是根系尚未彻底冻死的部分株丛又重新返青，但大多新增返青株丛更可能是3月20日调查时尚未返青的部分株丛返青所致。也就是说，4月初的那次低温冻害对于紫花苜蓿返青的影响还是非常严重的，尽管可能有部分冻害株丛重新返青，但绝大多数冻害株丛因无法恢复正常生理活动而死亡。在2019年的实际生产中，由于株丛密度严重偏低，无法满足生产经济效益要求，对2018年遭受冻害的部分紫花苜蓿田块进行了耕翻、换种。
　　从图2中4月初降温的地温曲线变化来看，这次降温已经影响到了80 cm深的土层，除160 cm和320 cm地温外，0～80 cm土层的地温曲线均有明显的凹陷。日平均地表温度由18 ℃降到0 ℃左右，5～20 cm地温由16 ℃左右降到 3 ℃ 左右，40 cm地温由14 ℃降到7 ℃左右，80 cm地温由 10 ℃ 左右降到8 ℃左右。可见，虽然这次降温过程中5～80 cm 地温仍在0 ℃以上，但仍然对返青株丛造成了严重的冻害。
　　3 结论与讨论
　　2—5月是达拉特旗盐滩地紫花苜蓿返青温度环境的主要影响时段。从14个温度指标的方差分析结果来看，苜蓿返青前的2月至苜蓿返青结束的5月之间，土壤与大气之间以及土壤不同土层之间的热交换是较为旺盛的，但是温度条件的日差异与年的显著性差异，也为返青期气象预测增加了不确定性。14个温度指标中，日平均地表温度是对大气-土壤界面温度环境变化较为敏感，且对综合温度条件的反映性能比较稳定的指标。当日平均地表温度超过且持续在0 ℃以上波动时，0～40 cm土层的地温会迅速响应这一变化并向 0 ℃ 以上攀升，此时可以作为达拉特旗紫花苜蓿开始返青的气象预报的时间点。当80 cm地温与160 cm地温的差值为0， 即
　　80 cm地温曲线与160 cm地温曲线相交，80 cm地温开始高于160 cm地温时，0～80 cm土体的总体地温环境在3 ℃以上，紫花苜蓿整体根系的生理活动已经全面激活，此时可作为紫花苜蓿返青即将进入普遍期的气象预测时间节点。当 160 cm 地温与320 cm地温的差值为0，即160 cm地温曲线与320 cm地温曲线相交，并开始高于320 cm地温时，0～320 cm 土体的地温环境进入到植物生长季正常态，由下而上逐次升高，总体地温环境在6 ℃以上，此时可作为紫花苜蓿返青即将结束进入旺盛分枝期的气象预测时间节点。基于降温对紫花苜蓿返青的冷害与冻害的灾害性影响，在对达拉特旗紫花苜蓿返青期的气象服务中，适时关注天气变化，对日平均地表温度0 ℃或以下，或者降温幅度超过10 ℃以上的降温过程，及时进行紫花苜蓿冻害预警，提醒紫花苜蓿种植大户及时采取田间防御措施。
　　参考文献：
　　[1]杨泽龙，苗百岭，郑晓艳. 内蒙古达拉特旗黄河灌区春季返盐气象条件分析[J]. 中国农学通报，2019，35（6）：70-76.
　　[2]宁夏畜牧兽医学会草原研究会.宁夏草地资源与牧草种植[M]. 银川：宁夏人民出版社，1989.
　　[3]马 强，王丽学，王文杰，等. 紫花苜蓿和羊草栽培草地返青规律[J]. 天津农业科学，2016，22（5）：67-70.
　　收稿日期：2019-09-18
　　基金项目：内蒙古自治区自然科学基金（编号：2014MS0406）。
　　作者简介：杨泽龙（1976—），男，内蒙古乌兰察布人，硕士，高级工程师，主要从事生态与农业气象研究。E-mail：yangzelongabc@163.com。
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