符昌武，覃 潇，戴 曦，成志军，彭德元，李 强
（1.湖南省烟草公司张家界市公司,湖南 张家界 427000；
2.湖南中烟工业有限责任公司,湖南 长沙 41000;3.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128）
烟草是喜温作物，生长最低温度为8 ℃，最高温度为38 ℃，最适温度为25～28 ℃[1]。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第6 次评估报告显示，近120 年全球地表温度上升了1.09 ℃[2]，以气候变暖为主要特征的全球性气候变化已是不争的事实，极端天气事件发生频率明显增加[3-5]。农业界限温度是对农业生产有指示或临界意义的温度，又称农业指标温度[6]。该温度的出现日期、持续日数和持续时期内积温的多少，对一个地方的作物布局、耕作制度、品种搭配和季节安排等都具有十分重要的意义[7]。前人对烟草种植的温度指标开展过大量研究，如陈颐等[8]研究发现，桂阳烟区各生育期平均气温呈上升趋势，其中苗期和伸根期上升速率达0.863 ℃/10 a和0.596 ℃/10 a，并在20 世纪90 年代和21 世纪初期烤烟苗期、伸根期和旺长期气温都出现了由寒转暖的突变。藏照阳等[9]研究发现,贵州烟区烤烟还苗至伸根期温度变化范围为17.2～20.6 ℃，变幅为3.4 ℃；
成熟前期温度变化范围为23.6～25.7 ℃，变幅为2.1 ℃；
成熟后期温度变化范围为22.2～24.6 ℃，变幅为2.4 ℃；
2013 年以来，烤烟旺长期和成熟前期平均气温有所升高，伸根期和成熟后期平均气温呈下降趋势。李伟等[10]研究了湖南多个烟区稳定通过5、8、10 ℃等界限温度的出现日期，结果发现界限温度出现日期在年份间差异较大，如稳定通过10 ℃的日期，最早的年份可在3 月上旬出现，最迟的年份却推迟至4 月下旬。区域的温度变化，特别是烟草农业界限温度和生育期温度的变化仍存在不确定性，而界限温度和生育期温度的变化对烟草种植的时空布局和烟叶产质量有较大的影响[11-12]。桑植种烟历史悠久，所产烟叶广受国内卷烟企业的青睐，是利群、好猫、黄山等多个重点卷烟品牌的核心原料。因此，研究气候变化背景下桑植烟区界限温度和生育期温度的变化，对合理利用当地温热资源，科学应对气候变化，保障烟叶生产具有重要理论和现实意义。
本研究利用1991—2020 年桑植气象站的逐日地面气象资料，采用趋势分析、突变分析等方法分析了烟草种植指标温度的时间变化，旨在探讨全球气候变暖背景下桑植烟区温热指标变化特征，从而顺应烟区的温热指标变化，合理优化桑植烤烟生产技术。
1.1 数据来源
气象资料由湖南省气象局提供，包括1991—2020 年逐日平均气温、逐日最高气温、逐日日照时数和逐日平均相对湿度等。本研究中根据当地烤烟生产节令将烤烟生育期划分为，大田期（2 月26日—4 月26 日）、伸根期（4 月27 日—5 月26 日）、旺长期（5 月27 日—6 月25 日）和成熟期（6 月26日—9 月10 日）。计算出各年份相应时段的烤烟温热指标和界限温度日期，计算方法如下，界限温度日期采用移动平均法计算，逐年伸根期平均气温、旺长期平均气温和成熟期平均气温，由各生育期平均气温计算均值后得到。
1.2 数据分析方法
1.2.1 趋势分析 气象要素随时间的变化规律可用时间序列和自然序列的一元线性回归方程来反应[7]。回归方程如下
式中，y(t)为气象要素的拟合值，t 为时间序列；
回归系数a 和常量b 用最小二乘法求算。回归系数a 的绝对值反映气候要素的变化程度，a 为负表示在气象要素分析期内呈下降趋势，反之为上升趋势；
以a×10 作为气候倾向率。用方程的决定系数（R2）和p值来检验显著性。
1.2.2 界限温度初日 界限温度初日的计算采用五日滑动平均法。初日为滑动平均温度中稳定通过(记作≥) 某界限温度5 d 中的第1 个日平均气温大于或等于该农业界限温度的日期[13]。
1.2.3 Mann-Kendal 检验 Mann-Kendall 法作为一种非参数统计检验方法，常被用于时间序列的突变检验，其优点在于不需要样本服从特定分布规律，也不受少数异常值的干扰[14]。本研究采用Mann-Kendall 法对生育期平均气温进行突变检测。当曲线UF 超过信度线即表示存在明显的变化趋势时，如果曲线UF 和UB 的交叉点位于信度线之间，此交叉点便是突变点的开始[8]。
2.1 界限温度变化趋势
2.1.1 稳定通过10 ℃初日 由10 ℃初日与时间序列拟合的趋势线可知（图1），整个分析期内10 ℃初日呈线性变化趋势，分析期内10 ℃初日呈明显提前的趋势，线性拟合倾向率达3.50 d/10 a。10 ℃初日平均出现日期为3 月20 日，出现最早日期为2 月26日，出现年份为2013 年，最迟日期为4 月6 日，出现年份为2011 年，最早日期和最晚日期相差达39 d；
各年份10 ℃初日与多年平均日期相比，30 年间有13 年的10 ℃初日比多年平均日期早。各年代80%保证率的10 ℃初日统计结果显示，1991—2000 年，2001—2010 年和2011—2020 年80%保证率的10℃初日分别为3 月28 日、3 月26 日和3 月20 日。由此可见，近30 年来10 ℃初日的80%保证率日期呈明显提前的趋势。
图1 桑植烟区1991—2020 年气温稳定通过10 ℃初日年际变化
2.1.2 稳定通过13 ℃初日 由13 ℃初日与时间序列拟合的趋势线可知（图2），整个分析期内13 ℃初日呈线性变化趋势，分析期内13 ℃初日有提前的趋势，线性拟合倾向率达2.46 d/10 a。13 ℃初日平均出现日期为4 月4 日，出现最早日期为3 月22 日，出现年份为2018 年，最迟日期为4 月29 日，出现年份为2002 年，最早日期和最晚日期相差达38 d；
各年份13 ℃初日与多年平均日期相比，30 年间有16 年的13 ℃初日比多年平均日期早。近30 年80%保证率 的13 ℃初 日 为4 月16 日，1991—2000 年，2001—2010 年和2011—2020 年80%保证率的13 ℃初日分别为4 月12 日、4 月16 日和4 月8 日。由此可见，近30 年来13 ℃初日的80%保证率日期呈提前趋势。
图2 桑植烟区1991—2020 年气温稳定通过13 ℃初日年际变化
2.1.3 稳定通过18 ℃初日 由18 ℃初日与时间序列拟合的趋势线可知（图3），整个分析期内18 ℃初日呈线性变化趋势，分析期内18 ℃初日呈推迟的趋势，线性拟合倾向率达1.62 d/10 a。18 ℃初日平均出现日期为4 月27 日，出现最早日期为4 月7 日，出现年份为1999 年，最迟日期为5 月25 日，出现年份为2011 年，最早日期和最晚日期相差达48 d；
各年份18 ℃初日与多年平均日期相比，30 年间有15 年的18 ℃初日比多年平均日期早。近30 年80%保证率的18℃初日为4 月16 日，1991—2000 年，2001—2010 年和2011—2020 年80%保证率的18 ℃初日分别为4 月28 日、4 月30 日和5 月7 日。由此可见，近30 年来18 ℃初日的80%保证率日期呈推迟趋势。
图3 桑植烟区1991—2020 年气温稳定通过18 ℃初日年际变化
2.1.4 稳定通过28 ℃初日 由28 ℃初日与时间序列拟合的趋势线可知（图4），整个分析期内28 ℃初日呈线性变化趋势，分析期内28 ℃初日呈提前的趋势，线性拟合倾向率达3.77 d/10 a。28 ℃初日平均出现日期为6 月24 日，出现最早日期为6 月3 日，出现年份为2002 年，最迟日期为7 月12 日，出现年份为1992 年，最早日期和最晚日期相差达39 d；
近30年80%保证率的28 ℃初日为6 月30 日，1991—2000 年，2001—2010 年和2011—2020 年80%保证率的28 ℃初日分别为7 月4 日、6 月27 日和6 月27 日。由此可见，近30 年来28 ℃初日的80%保证率日期呈提前趋势。
图4 桑植烟区1991—2020 年气温稳定通过28 ℃初日年际变化
2.2 生育期均温变化趋势
2.2.1 年际变化 桑植烟区近30 年各生育期的均温演变趋势如图5 至图8 所示，近30 年桑植苗期均温为13.31 ℃，最高的年份为2018 年，达15.22 ℃，最低的年份为1996 年，为11.16 ℃，苗期均温最高的年份和最低的年份相差4.05 ℃，变异系数为7.30%，表现为弱变异。伸根期均温为20.60 ℃，最高的年份为1994 年，达22.84 ℃，最低的年份为2002年，为17.51 ℃，伸根期均温最高的年份和最低的年份相差5.33 ℃，变异系数为5.63%，表现为弱变异。旺长期均温为23.74 ℃，最高的年份为2013 年，达25.15 ℃，最低的年份为2010 年，为22.53 ℃，旺长期均温最高的年份和最低的年份相差2.61 ℃，变异系数为2.65%，表现为弱变异。成熟期均温为26.06 ℃，最高的年份为2013 年，达28.38 ℃，最低的年份为1993 年，为25.53 ℃，旺长期均温最高的年份和最低的年份相差2.82 ℃，变异系数为2.81%，表现为弱变异。
图5 桑植烟区1991—2020 年历年苗期均温
图6 桑植烟区1991—2020 年历年伸根期均温
图7 桑植烟区1991—2020 年历年旺长期均温
图8 桑植烟区1991—2020 年历年成熟期均温
由各生育期均温与时间序列拟合的趋势线可知，整个分析期内各生育期均温呈线性升高趋势，但只有苗期均温随时间变化通过了显著性检验（P<0.05），线性拟合倾向率达0.68 ℃/10 a，表明桑植苗期均温显著升高，而其他生育期均温上升幅度较小。
2.2.2 各生育期均温突变检验 采用Mann-Kendal法对桑植烟区历年苗期、伸根期均温、旺长期均温和成熟期均温进行突变检验。由图9 可知，桑植烟区伸根期UF 一直在0 以上，在0.05 信度线内UF 与UB在1998 年出现交点，且在1999 年超过了0.05 显著性水平阈值线。该结果表明1999 年后桑植烟区苗期平均气温发生突变并开始呈现明显升高的趋势。在0.05 信度线内桑植烟区伸根期期均温UF 与UB交点频繁，但UF 值一直在-1.96～+1.96 之间，说明序列未发生突变；
1991 年以来UF 值一直大于0，表明自1991 年以后桑植烟区伸根期均温一直呈上升趋势，但未达显著水平。在0.05 信度线内桑植烟区旺长期均温UF 与UB 有多个交点，并于2014 年UF 值超过0.05 信度线，说明发生了一次突变；
1995—2008 年UF 值一直小于0，这期间旺长期均温存在一次下降的过程。在0.05 信度线内桑植烟区成熟期均温UF 与UB交点频繁，但UF 值大部分时间在-1.96～+1.96 之间，说明序列未发生突变；
1991 年以来UF 值大部分年份大于0，表明自1991 年以后桑植烟区成熟期均温一直呈上升趋势，但未达显著水平。
图9 桑植烤烟生育期均温突变检验
从界限温度出现时间来看，桑植烟区稳定通过10、13 ℃初日呈提前趋势，稳定过18 ℃初日有小幅推迟趋势；
目前桑植烟区烤烟移栽主要集中在4 月20日至5 月10 日，移栽期界限温度出现日期的提前意味着烟区烤烟移栽有提前的空间。有研究认为，温度高于28 ℃不利烤烟正常成熟[15]，桑植烟区温度稳定通过28 ℃的日期有提前趋势，发生高温逼熟的风险将会加大。
从桑植烤烟各生育期平均气温变化来看，各生育期均温均呈升高趋势，其中育苗期均温升高达显著水平，将有利于培育壮苗。伸根期均温的升高将有利于烤烟早生快发，同时降低早花风险。桑植烟区烤烟旺长期均温上升幅度较小，各年份旺长期均温均在适宜范围内[16]，对于烤烟的形态建成十分有利。虽然烤烟成熟期均温超过25 ℃的年份只有2 年，但各年成熟期均温超过25 ℃和28 ℃的日数较多，成熟期高温对烟叶品质的影响应受到关注。从突变检验结果来看，苗期均温发生突变，呈显著上升趋势，其他生育期均温呈上升趋势，但未发生突变。
温度是湖南烟区确定烤烟移栽期的首要因素，有研究认为温度稳定通过18 ℃是烤烟最早最佳移栽期，稳定13 ℃是烤烟露地移栽的最早日期[1,11]，稳定通过8～10 ℃是烤烟膜上移栽的最早日期[10]。目前桑植烟区移栽期主要集中在4 月20 日—5 月10日，大体上是在气温稳定通过18 ℃前后，即“最早最佳移栽期”，这一移栽期可以大幅度减少早花的发生，但成熟期平均气温会高于25 ℃，且大概率会遇到35 ℃高温天气，不利于烤烟品质形成。笔者认为，在各生育期温度上升的背景下，移栽期可以进行适当的提早，比如集中到气温稳定通过15 ℃日期前后进行移栽，同时继续加强地膜覆盖质量，同时布局抗（耐）早花品种，或可减少成熟期高温对烟叶品质的影响，同时可以减少高温高湿气候条件下病害的发生率。
近30 年来，桑植烟区界限温度和生育期温度均发生变化，主要表现在稳定通过10、13、28 ℃初日呈明显提前趋势。苗期均温、伸根期均温、旺长期均温和成熟期均温均呈升高趋势，其中苗期均温于1999年发生突变，线性拟合倾向率达分别达0.68 ℃/10 a。基于以上变化并考虑其可能造成的影响，可在本研究的基础上尝试将烟草育苗期和移栽期在生产上适当提前，不仅可以充分利用早春的温热条件，还可以减少成熟期高温的不利影响。
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