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凉山州马铃薯气象产量模型研究

第36卷第5期西南师范大学学报(自然科学版)2011年10月V o l.36N o.5J o u r n a l o f S o u t h w e s t C h i n aN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)O c t.2011

文章编号:10005471(2011)05011405

凉山州马铃薯气象产量模型研究①

罗清1,刘晓迎2

1.中国气象局成都高原气象研究所,成都610072;

2.河南修武县气象局,河南修武454300

摘要:凉山州是四川省最大的马铃薯生产基地,该文对凉山州1990 2008年马铃薯产量和气候条件进行了统计分析研究.结果表明:凉山州马铃薯社会产量具有立方抛物线形,其气象产量在-210~1665k g/h m2之间变化.

笔者利用凉山州气象产量与3 8月各月的平均温度二日照时数和降水量进行统计分析,建立了气象产量及相应的积分回归模型.模型的建立可为马铃薯大面积生产,开展气象产量动态预报提供理论方法.

关键词:凉山州;气象产量;积分回归;模型

中图分类号:S532文献标志码:A

凉山彝族自治州年均温10.1~19.3?,年降雨量776~1170mm,是四川省最大的马铃薯生产基地,尤其在海拔1800m以上的地区,马铃薯种植面积占作物总面积的70%~80%.近年来,马铃薯加工水平不断提高,种植面积逐年增加,产量也在稳步提高.目前,总产量达到250万t,居四川省马铃薯产量第一位.随着马铃薯生产的产业化,马铃薯产量的高低直接关系到当地农民的经济收入.凉山州马铃薯主要种植在低二半山二高二半山和高寒山,海拔在1500~2700m之间.马铃薯产量的高低是品种二栽培二土壤二病虫害和气候条件等因素综合影响的结果,品种二土壤和栽培等因素都可以通过人工调节进行选择二改善,而气候条件则是不能人为控制的.适宜的气候条件能够促进病虫害的发生,病虫害也是影响马铃薯产量的一个关键因素.因此,在品种二栽培和土壤一定的情况下,气候条件是影响产量的重要因素.目前,对粮食产量的关注主要集中在大宗作物和经济作物上[1-7],对马铃薯产量的研究也仅仅集中在马铃薯产量的风险评估上[8].课题组通过对凉山州历年马铃薯产量的统计分析,并对马铃薯产量及主要影响因子进行研究,建立其气候生态模型,为马铃薯产量的预测预报提供了技术支撑,具有重要的生产意义.

1资料来源

1990 2008年马铃薯历史产量来源于‘四川省农业统计年鉴“,气象资料取自各气象台站.

2结果分析

2.1凉山州马铃薯种植面积的历年变化及区域分布特征

图1是1990 2008年凉山州马铃薯种植面积的变化.由图1可知,在2005年之前的10多年间,凉山州马铃薯种植面积一直维持在6万h m2左右,但是从2005年开始,凉山州马铃薯的种植面积开始急剧上

①收稿日期:20100609

基金项目:中国气象局成都高原气象研究所基本业务经费资助项目(B R O P201010).

作者简介:罗清(1971),女,四川南部人,硕士,副研究员,主要从事应用气象研究.

升,2008年达到12万h m 2,比1995年之前面积增加了一倍.马铃薯种植面积占全年粮食总面积的1/5,占大春粮食作物总面积的1/3,马铃薯已经成为凉山州最大的粮食作物.凉山州一共17个县,近年来各县马铃薯种植面积基本不变,其中盐源县马铃薯种植面积最大,其次是昭觉,然后是喜德和布拖(图2)

.

图1 凉山州马铃薯种植面积历年变化图2 2008年凉山州各县种植马铃薯的情况

(地名旁的数字为各地在凉山州马铃薯的单产排位)

图3 凉山州马铃薯单产分布

2.2 凉山州马铃薯产量历年变化及区域差异

对1990 2008年凉山州马铃薯产量进行统计分析,

发现种植面积最大的盐源并不是产量最大的地方,相反昭觉作为第二大种植地,产量却最大,达到3万t ,其次是越西和盐源.通过对凉山州各地单产的分析,发现单产最大的是越西和宁南,越西的单产达5670k g /h m 2,宁南的单产也达5430k g /h m 2,单产最小的是盐源,只有2565k g

/h m 2.图3是凉山州各县单产分布图,由图3可知,沿着东北-西南的45?线,产量分布最高,距离这条线越远,产量越低.

2.3 气象条件对马铃薯产量的影响马铃薯社会产量反映了一个县二一个地区或区域马铃薯生产的平均状况,产量的高低包含了栽培技术水平二管理水平二品种水平以及气候条件等诸多方面,但栽培技术水平二管理水平和品种水平等因素无法进行定量化处理.根据相关理论和方法,这些因素的综合影响可以用历年产量的变化趋势来表达,即:

Y =Y t +Y w +δ

(1

)式中Y 为马铃薯社会产量,Y t 为马铃薯的实际产量,Y w 为气象产量,δ为随机误差,它是由随机因素引起的产量偏差,且所占比例较小,一般忽略不计.我们收集凉山州1990 2008年历年马铃薯产量的变化情况,1990 1995年产量在3000~3675k g /h m 2之间,1996 2001年在3750~4260k g

/h m 2之间,2001年后逐步增加到4500k g /h m 2以上,具有随年际增加的趋势,年均增幅约为94.5k g

/h m 2.其年际变化率,1995年前和2003年后变化相对较小,1996 2002年变化相对较大(图4).

通过统计分析,其变化趋势可以用立方抛物线进行模拟:

Y t =-0.0503t 3+301.51t 2

-6

02557t +4E +08(2

)R 2=0.9291t 为年代序号,以1990年为1,1991年为2,依此类推得到气象产量:

Y w =Y -Y t

Y W 的历年变化如图5.由图5可知,气象产量在-210~1665k g /h m 2之间,气象产量占社会产量的比例在2%~34%之间,2008年的气象产量占社会产量的比例最大,达到34%.因此,在气候条件适宜的情况下,气象对产量的影响很大.利用气象产量与凉山州3-8月各月的平均温度二日照时数和降水量统计,其

5

11第5期 罗 清,等:凉山州马铃薯气象产量模型研究

相关系数见表1.从表1看出,3月二4月二5月二6月和8月平均温度与产量的关系是,随着温度的升高,产量具有量呈弱的正相增加的趋势,而7月平均温度与产量呈负相关关系.4月份的相关系数较大,其他月份的相关系数都较小;日照时数的影响则以4月有较明显的正相关关系,其余各月关系都不明显.降水量对产量的影响各月关系都不显著,且全为负.

表1 3—8月气象要素与马铃薯气象产量相关系数

3月

4月

5月

6月

7月

8月

温度0.18710.31070.16400.1311-0.28910.1677日照时数0.1104

0.3263

0.0570

0.2027

-0.09410.1009

降水量

-0.0047-0.3381-0.2894-0.2238-0.0395

-0.35

08图4

凉山州大春马铃薯单产随时间的变化图5 凉山州大春马铃薯气象产量随时间的变化

2.4 马铃薯气象产量模型

由2.3节可知,各时段各因子的关系都十分明显,直接建立模型效果较差,笔者采用积分回归方法进

行分析,建立积分回归模型.在马铃薯生产过程中,其最终产量是各种气象要素在各个试验阶段连续作用累积的体现,一般可表示为:

Y w =a 0+en

i =0a

i (t )X i (t )d t (3

)式中a 0为常量,a i (t )为i 要素在t 时刻对马铃薯产量影响的系数,X i (t )为i 要素在t 时刻的值,t 为马铃薯全生育期时间的长度,n 为要素的个数,仅考虑温度二日照时数和降水量的影响,取n =3.很显然a i (t )是时间的函数,由于a i (t )未知,不能直接建立关系式,因此采用正交多项式将a i (

t )按时间进行展开,即:a i (t )=em

j =1b i j

Φj (t )(4

)式中Φj 为正交多项式的函数,b i j 为回归系数,m 为正交多项式的项数,一般取m =3或4.令ρi j =

?T

0Φj (t )X i (t )d t .在实际计算中,取d t 单位为1(1旬或1月等),则将积分号改为求和号,即:ρi j =eT

t =1

Φj (t )X i (t ),从而将(3

)式改写为:Y w =a 0+en i =1em

j =1

b

i j ρi j (5

)式中ρi j

是时间的函数,只要时间单位确定就可以唯一计算出其值,而b i j 是与时间无关的常量,可以通过回归求出,即将积分回归变换成为多元回归.

从试验和生产实践知道,凉山州马铃薯大面积生产一般从3月开始播种,到8月底收获结束,以旬为

单位,T =18.根据气象产量序列和以旬为单位的温度二日照时数和降水量资料,回归后结果如表2.经F 检验,各因子模型均达到1%显著水平.根据回归系数再利用(4)

式计算出各因子在各个时段的影响系数a i (

t ),绘制成图6二图7.从图6二图7可以看出,温度影响系数在3月二4月和5月为正,6月和7月为负,611西南师范大学学报(自然科学版) h t t p ://x b b j

b .s w u .

c n 第36卷

8月中下旬为正.日照时数的影响系数始终为正,但3月二4月的影响系数较大,随后影响系数逐渐减小.降水量的影响系数始终为负,但统计关系较差,这是由于降水量在月际间和年际间的波动较大所致.根据表2的系数,采用(5

)式,可为马铃薯大面积生产中开展气象产量动态预报提供理论方法.表2 各因子回归系数

b 1

b 2b 3b 4a 0

F

温度-0.004240.00050-0.00009-0.0000116.92298

9.9日照时数0.00309

-0.000270.00004

0.000001

-38.762824.4降水量

-0.004240.0005

-0.00009-0.00001

16.922982.

9

图6

温度对气象产量的影响系数图7 日照时数和降水量对气象产量的影响系数

3 小结与讨论

对凉山州马铃薯种植面积和产量进行统计分析发现,在2005年后,马铃薯种植面积增加很快,使马铃

薯成为凉山州最大的经济粮食作物,而且各地马铃薯种植面积相对均匀.对各地单产进行统计研究后发现,沿着东北-西南的45?线,产量分布最高,距离这条线越远,产量越低.通过收集凉山州1990 2008年历年马铃薯产量,其年际变化率为1995年前和2003年后变化相对较小,1996 2002年变化相对较大,其变化趋势可以用立方抛物线进行模拟,气象产量在-210~1665k g

/h m 2之间.利用气象产量与凉山州3 8月各月的平均温度二日照时数和降水量进行统计,3月二4月二5月二6月和8月平均温度与产量的关系随着温度的升高,产量具有呈弱的正相增加的趋势,而7月平均温度与产量呈负相关关系,4月份的相关系数较大,其他月份的相关系数都较小;日照时数的影响则以4月有较明显的正相关关系,其余各月关系都不明显.降水量对产量的影响各月关系都不显著,且全为负.由于各时段各因子的关系都十分明显,因此采用积分回归方法进行分析,建立了积分回归模型,且该模型的建立可为马铃薯大面积生产中开展气象产

量动态预报提供理论方法.参考文献:

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11第5期 罗 清,等:凉山州马铃薯气象产量模型研究

811西南师范大学学报(自然科学版)h t t p://x b b j b.s w u.c n第36卷28(6):971-974.

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A M e t e o r o l o g i c a l Y i e l dM o d e l o fP o t a t o i nL i a n g s h a n,S i c h u a n

L U O Q i n g1, L I U X i a o-y i n g2

1.C h e n g d uR e s e a r c h I n s t i t u t eo f P l a t e a uM e t e o r o l o g y,C M A,C h e n g d u610072,C h i n a;

2.X i u w uM e t e o r o l o g i c a l O f f i c e,X i u w uH e n a n454300,C h i n a

A b s t r a c t:L i a n g s h a n p r e f e c t u r e i s t h e b i g g e s t b a s e o f p o t a t oo f S i c h u a n gp r o v i n c e,i nS o u t h w e s t o fC h i n a. T h e a u t h o r s c o l l e c t e d t h e s ed a t aa b o u t y i e l do f p o t a t oa n dc l i m a t e f r o m1990t o2008.A f t e rh a v i n g a n a-l y z e d t h e s ed a t a t h e a u t h o r s f o u n d s o m e r e s u l t t h a t t h em a t h e m a t i c r e l a t i o nb e t w e e n s o c i a l y i e l do f p o t a t o a n d t i m ew a s c u b i c e q u a t i o n,t h ev a l u eo fm e t e o r o l o g i c a l y i e l dc h a n g e d f r o m-210~1665k gp e rh m2. T h e a u t h o r s c o l l e c t e dm e t e o r o l o g i c a l d a t a t oc o m p a r e a n da n a l y z ew i t h m e a nd a i l y t e m p e r a t u r e,s u n s h i n e d u r a t i o na n d r a i n f a l l o f f r o m M a r c h t oA u g u s t,t h e n t o f i n d t h e r e l a t i o nb e t w e e nm e t e o r o l o g i c a l y i e l da n d m e t e o r o l o g i c a l d a t a,b y d o i n g s o t h e a u t h o r s b u i l d t h e i n t e g r a l r e g r e s s i o nm o d e l.T h e b u i l tm o d e l c o u l d o f-f e r s o m e a s s i s t a n c e t o p l a n t p o t a t o i nL i a n g s h a n.

K e y w o r d s:L i a n g s h a n;m e t e o r o l o g i c a l y i e l d;i n t e g r a l r e g r e s s i o n;m o d e l

责任编辑夏娟

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