Relationships between climate and winter cereal grain quality in Finland and their potential for forecasting

Abstract

Useat tutkimukset ovat osoittaneet erilaisten säätekijöiden vaikutuksia viljojen satomääriin, mutta harvemmin laatuominaisuuksiin. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli mallintaa syysvehnän ja -rukiin hehtolitran painon vuotuista vaihtelua kuukausittaisten lumensyvyys-, sadanta-, säteily- ja lämpötilatietojen perusteella. Tutkimus perustui pääosin vuosina 1971 2001 kerättyyn Kasvintuotannon tarkastuskeskuksen Viljalaboratorion aineistoon. Lumensyvyys maaliskuussa yhdessä kesä- ja heinäkuun säteilymäärien kanssa selittivät 66 % rukiin hehtolitran painon vuosivaihtelusta. Syysvehnällä 62 % samasta vaihtelusta oli selitettävissä tammikuun lumensyvyydellä, kesäkuun säteilymäärällä ja elokuun lämpötilalla. Lumensyvyyden ja hehtolitran painon välinen yhteys selittynee pääosin sillä, kuinka aikaisin kasvukausi käynnistyy talven jälkeen erityisesti kuinka paljon sadonkorjuu viivästyy kasvuun lähdön viivästymisen seurauksena. Säteilymäärän vaikutus on puolestaan yhteydessä kasvin kykyyn kerryttää yhteyttämistuotteita käytettäväksi niin satopotentiaalin rakentamiseen ennen tähkälle tuloa kuin myöhemmässä vaiheessa jyvien täyttämiseen. Näille kuvaileville malleille saatiin karkea tilastolli-nen merkitsevyys, vaikkakin poikkeamia ilmeni kohtuullisesti hehtolitranpainon ja säätekijöiden välisiä yhteyksiä kuvattaessa. Tutkimuksessa selvitettiin myös mahdollisuutta kehittää hehtolitran painoa kuvaava ennustemalli. Ennustemalli olisi luonnollisesti sitä arvokkaampi mitä aikaisemmin ennustettavaa laatuominaisuutta kyettäisiin ennakoimaan riittävällä varmuudella jo ilmenneen sään perusteella. Ristiintaulukointia käyttäen arvioitiin, kuinka täsmällisesti heinäkuun alkuun mennessä ilmenneen sääaineiston perusteella onnistuttiin ennustamaan hehtolitran painoltaan keskiarvon ylittäneet ja alittaneet tapaukset. Kansallisen hehtolitranpainon ennustaminen osoittautui mahdolliseksi aineiston perusteella, mutta vain tilanteessa, jos säädataa oli kertynyt myös pitkälti jyväntäyttymisjaksolta. Siten hehtolitran painon aikainen ennustaminen ei osoittautunut perustelluksi kuukausittaisia säätekijöiden keskiarvotietoja käytettäessä. Ennustettavuus saattaisi kuitenkin parantua olennaisesti, jos malli nojaisi kuukausikeskiarvojen sijaan viljojen kehityksen ja kasvun kannalta keskeisimpien pääkasvujaksojen sääoloihin.

Many studies have demonstrated the effects of climate on cereal yield, but there has been little work carried out examining the relationships between climate and cereal grain quality on a national scale. In this study national mean hectolitre weight for both rye and winter wheat in Finland was modelled using monthly gridded accumulated snow depth, precipitation rate, solar radiation and temperature over the period 1971 to 2001. Variables with significant relationships in correlation analysis both before and after difference detrending were further investigated using forward stepwise regression. For rye, March snow depth, and June and July solar radiation accounted for 66% of the year-to-year variance in hectolitre weight, and for winter wheat January snow depth, June solar radiation and August temperature accounted for 62% of the interannual variance in hectolitre weight. Further analysis of national variety trials and weather station data was used to support proposed biological mechanisms. Finally a cross validation technique was used to test forecast models with those variables available by early July by making predictions of above or below the mean hectolitre weight. Analysis of the contingency tables for these predictions indicated that national hectolitre weight forecasts are feasible for both cereals in advance of harvest.