袁嘉瑋，張 健，王 璐，張鵬飛，梁哲軍，田時敏，薛琴琴，王愛玲，張戰(zhàn)備，段國琪，楊印斌，王玉香

(山西農業(yè)大學棉花研究所，山西 運城 044000)

農業(yè)氣象災害是制約我國農業(yè)發(fā)展的主要因素之一，近年來，受全球氣候變暖導致的氣溫持續(xù)上升和地區(qū)熱量資源改變的影響，地表蒸騰與植物蒸騰速率等水分平衡過程改變、農作物生育期改變、霜凍日數減少，對農業(yè)及自然生態(tài)系統(tǒng)產生了嚴重的影響[1-3]。其中，花期凍害已成為影響蘋果產量及品質的主要氣象災害指標[4～5]，也是目前我國蘋果的重要病害之一[6]。

近年來，相關學者在蘋果花期凍害指標方面做了諸多研究，并以此進行風險評估及預測預報研究，如針對黃土高原優(yōu)勢蘋果產業(yè)帶主栽品種進行凍害指標研究，形成花期凍害等級指標行業(yè)性標準——富士系蘋果花期凍害等級[7]；劉璐等[8]和柴芊等[9]分別根據子房和花粉的受凍臨界溫度進行凍害指標劃定，并分別建立風險評估模型和預測預報模型，確定不同地區(qū)花期凍害重點防御時間；楊小利[10]根據花期凍害實地調查情況，將花期凍害分為3個等級，并以實際災損率作為指標研究花期凍害風險區(qū)劃；屈振江等[11]以2013年全國蘋果主產區(qū)大面積花期凍害過程為基礎，利用氣候背景資料，對全國蘋果主產區(qū)進行花期凍害風險劃分，其中山西省南部地區(qū)屬于中度與低度風險區(qū)。但對凍害發(fā)生規(guī)律的分析研究卻鮮有報道，并且缺少實際的防御措施[12]。目前山西蘋果花期凍害發(fā)生規(guī)律分析方面尚未有相關報道，且在有關山西蘋果花期凍害防御措施及補救措施的報道也均為普適性對策，未結合各地實際情況。然而蘋果花期凍害受地域性的影響，凍害指標劃分以及防御對策需結合當地情況才具有實際意義。因此，本文對近20 a 山西南部各縣蘋果花期凍害發(fā)生情況進行統(tǒng)計，分析山西南部蘋果花期凍害的時空分布特征，利用Mann-Kendall非參數檢驗方法研究蘋果花期凍害的氣候趨勢，并提出針對性防御對策，以期為山西南部蘋果花期凍害預測、氣象災害防御以及蘋果穩(wěn)產增收提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

選取山西隰縣、吉縣、河津市、稷山縣、絳縣、新絳縣、聞喜縣、垣曲縣、萬榮縣、臨猗縣、鹽湖區(qū)、夏縣、永濟市、芮城縣、平陸縣15個氣象站點1997—2016 年蘋果花期日極端最低氣溫和日平均氣溫觀測資料(除隰縣、吉縣外13縣(市、區(qū))均屬于運城地區(qū))。

1.2 凍害程度劃分

根據氣象行業(yè)標準《QX/T392-2017富士系蘋果花期凍害等級》[7]、柴芊等[9]關于陜西蘋果花期凍害指數定義，結合山西南部蘋果主產區(qū)氣候特征，分別按照日極端最低氣溫(T)將蘋果花期凍害劃分為輕度、中度、重度和極重4個等級，如表1所示。

表1 富士蘋果凍害等級劃分

1.3 分析方法

采用最小二乘法[13]對花期凍害日數進行線性傾向估計，并用 Mann-Kendall 非參數檢驗方法(M-K檢驗)[14-15]對花期凍害日數的變化趨勢進行顯著性檢驗[16],研究山西南部蘋果主產區(qū)凍害的時間變化特征、空間分布結構以及氣候演變趨勢。

2 結果與分析

2.1 蘋果凍害的氣候統(tǒng)計

根據富士蘋果凍害等級劃分(表1)，統(tǒng)計富士蘋果花期不同等級的凍害日數和極端最低氣溫的變化趨勢。由表2及圖1可以得出，1997—2016年間山西南部富士蘋果發(fā)生花期凍害日數年均為3.1 d，極端最低氣溫達-7.1 ℃(夏縣)。運城地區(qū)4月中上旬發(fā)生凍害幾率最大，凍害高頻期主要集中在4月8—16日，其高頻期內發(fā)生凍害日數占全部凍害日數的比值除永濟市與河津市外，均高于45%。 吉縣與隰縣4月下旬發(fā)生凍害幾率最大，高頻期主要集中在4月20—26日，其所占比值分別是44.74%、48.28%。

山西省富士蘋果花期發(fā)生凍害總日數及不同程度凍害日數均呈單峰型分布，其中運城地區(qū)4月中旬凍害日數最多，達到峰值(年均1.3 d)，且凍害發(fā)生程度最為嚴重；吉縣與隰縣4月下旬凍害日數最多，達到峰值(年均1.9 d)。而山西省富士蘋果花期極端最低氣溫除河津市、臨猗縣、吉縣外均發(fā)生在4月中旬，其中夏縣最低為-7.1 ℃。運城地區(qū)4月上旬以及吉縣與隰縣4月下旬的極端最低氣溫也較低，分別為-5.2℃、-3.4℃。從凍害等級上看，輕度凍害發(fā)生最多，年均2.8 d，占花期凍害總日數的90.32%；其次為中度凍害，年均0.25 d，占花期凍害總日數的8.06%；重度凍害及極重凍害極少發(fā)生。運城地區(qū)各程度凍害等級發(fā)生情況分布規(guī)律與凍害日數分布規(guī)律基本一致，吉縣與隰縣輕度凍害分布規(guī)律與凍害日數分布規(guī)律基本一致，而中度凍害呈現4月中旬發(fā)生重、4月下旬發(fā)生輕的現象。

2.2 蘋果凍害的空間分布

由表3可以看出，山西南部蘋果主產縣年均凍害日數總體介于2.1～4.3 d，年均凍害日數最少的是河津市，僅有2.1 d；年均凍害日數最多的為夏縣，為4.3 d；萬榮縣和聞喜縣次之，年均4.0 d；鹽湖區(qū)、平陸縣、垣曲縣、新絳縣、永濟市的年均凍害日數較少，除永濟市為2.2 d外，其余各區(qū)縣均為2.4 d；吉縣與隰縣年均凍害日數較高，分別為3.8 d和3.0 d。

表2 1997―2016年山西南部蘋果主產縣(市、區(qū))蘋果花期凍害的氣候統(tǒng)計

圖1 1997—2016年山西南部蘋果花期凍害日數及極端最低氣溫變化Fig.1 The averaged freezing injury days and extreme minimum temperature at the floweringstages of apple in Southern Shanxi during 1971-2017

運城地區(qū)平均花期介于3月29日—4月27日間，吉縣與隰縣平均花期介于4月15日—5月8日間。各縣花期均溫介于13.0℃～13.8℃之間。

2.3 蘋果凍害的變化趨勢

山西南部蘋果花期凍害日數及極端最低氣溫的年變化趨勢如圖2所示。山西南部蘋果花期凍害日數呈顯著減少的趨勢，氣候傾向率為-0.666 d·(10 a)-1(P≤0.01)，其中輕度凍害及中度凍害的氣候傾向率分別為-0.591、-0.094 d·(10 a)-1(P≤0.01)。而山西南部蘋果花期極端最低氣溫呈上升趨勢，且與凍害日數呈極顯著負相關關系，相關系數-0.768(P≤0.01)。山西南部蘋果花期凍害日數顯著減少，花期極端最低氣溫有所上升，且兩者呈現極顯著負相關關系，說明山西南部蘋果花期遭遇花期凍害的幾率顯著降低，花期凍害對蘋果生產造成的損失呈降低趨勢。

表3 山西南部蘋果主產縣(市、區(qū))蘋果花期凍害日數和平均花期的空間分布

由圖2可以看出，山西南部蘋果花期凍害日數、輕度凍害日數、中度凍害日數均呈現先增加后降低的變化趨勢。2000―2010年，凍害日數明顯偏多，正距平年份為7 a，且平均正距平凍害日數較年均水平高出1.7 d，其中高出最多的是2001年(高3.58 d)，2010年次之(高2.71 d)。同時，極端最低氣溫也出現在這一時間段，2007年和2010年的極端最低氣溫為-7.1℃和-7.0℃。2011―2016年，凍害日數較之前顯著降低，除2013年凍害日數突增外均為負距平年份，且平均負距平凍害日數比年均水平低1.9 d，其中最低的是2012年(低2.42 d)，2011年和2016年次之(低2.36 d)。

2.4 蘋果凍害的Mann-Kendall檢驗

由M-K檢驗可以看出，山西南部蘋果花期凍害日數UF曲線(按時間序列順序計算出的統(tǒng)計量序列)值于2000―2010年間大于零，凍害日數表現為增加的趨勢；UF曲線于2011―2016年小于零，凍害日數表現為減少的趨勢，甚至在2015—2016年蘋果花期凍害日數突破α=0.05顯著性水平下限，表明該時間段山西南部蘋果花期凍害日數呈現顯著下降的趨勢。UF和UB曲線(按時間序列逆序計算出的統(tǒng)計量序列)相交于2008年，該點為蘋果花期凍害日數下降的突變點。

圖2 1997―2016年山西南部蘋果花期凍害日數及極端最低氣溫變化趨勢Fig.2 Climate change trend of freezing injury days and extreme minimum temperature at the floweringstages of apple in Southern Shanxi during 1997-2016

圖3 1997―2016年山西南部蘋果花期凍害的Mann-Kendall檢驗Fig.3 Mann-Kendall test of freezing injury at the flowering stages of apple in Southern Shanxi during 1971-2016

3 討 論

3.1 蘋果花期凍害時空分布特征

吉縣、隰縣地區(qū)蘋果花期、凍害高頻期均較運城地區(qū)晚半月左右，年均凍害日數也相對較多，其原因除吉縣與隰縣地理緯度較高外，與果園地形也存在一定關系，運城地區(qū)果園多建立在平地，吉縣與隰縣果園受地形限制均建立在山地。鹽湖區(qū)、永濟市、河津市年均凍害日數較少的原因可能是受城市熱島效應的影響[17]。

山西南部蘋果花期凍害日數整體呈現下降趨勢，且極端最低氣溫呈現上升趨勢，這與桑婧等[18]針對全國范圍內的農業(yè)氣象研究結果一致。山西南部蘋果花期凍害日數在1997年、2001年、2006年、2007年、2010年、2013年有突增現象，王瑩等[12]在相關研究中認為發(fā)生突增的原因是大氣候變暖導致花期提前，繼而遭遇冷空氣越境而引起短時大幅度降溫所致。

雖然凍害日數整體呈下降趨勢，但由于凍害發(fā)生的不確定性，以及每年發(fā)生凍害的蘋果栽培面積、果園地形和農業(yè)小氣候環(huán)境的不同，根據氣象指標分析得出的凍害結果與實際的凍害災損同步性有待進一步提高。此外，造成凍害發(fā)生的氣象因子易受到人為活動的影響，例如極端最低氣溫在不同果園中可能會受到灌溉量、園內空氣濕度以及土壤持水力等各種因素影響而發(fā)生變化，造成不同程度的花期凍害災損[19]。且在氣候變暖以及頻繁的人為干預氣象活動背景下，未來凍害發(fā)生情況難以預料。因此，要根據實際情況適時制定蘋果凍害防御措施，科學防御蘋果凍害，減輕或避免氣象災害所造成的損失。對于氣象部門和農業(yè)部門來說，必須加強春季氣候趨勢預測、冷空氣流動方向預測以及溫度監(jiān)測，準確提供氣象災害預報服務信息，指導廣大農戶及時采取凍害防御策略，及早做好蘋果花期凍害防御及田間管理工作，確保蘋果穩(wěn)產、優(yōu)質。

3.2 蘋果凍害綜合防御措施

蘋果凍害防御措施采取“以防為主，抗補結合”的綜合抗凍策略。

3.2.1 以防為主 山西南部蘋果花期發(fā)生凍害的主要原因是由于西北方向的冷空氣越境造成，因此蘋果花期時應注意西北方向的冷空氣動態(tài)，進行花期凍害預測預報，提前做好果樹防凍措施。同時，蘋果園應拆除其東南部的圍墻、土堆等屏障，避免冷空氣留存，并在蘋果園西北方向的迎風口上方一百米左右營造防風林帶，減緩冷空氣越境風速，阻擋冷空氣直接沖擊，減輕凍害發(fā)生。

山西南部果園土壤普遍為堿性土壤，果樹吸收水分困難，氣溫降低時易加重凍害的發(fā)生程度[20-21]。因此山西南部地區(qū)果園應注重果園土壤改良并優(yōu)化灌溉排水方式，臨近黃河、汾河、涑水河等河流的區(qū)域多采用河水灌溉，灌溉水源避免使用井水，灌水方式避免采用漫灌；果樹萌芽前及時灌水，以促進木質部水分運輸；多施磷鉀肥、有機肥，少施氮肥，降低土壤酸堿值，提高果樹花芽質量及其抗寒抗凍能力。

山西南部地區(qū)位于黃土高原優(yōu)勢蘋果產業(yè)帶的最南端，平均溫度相對較高，蘋果花期較早，此時冷空氣活動頻繁，因此可以通過延遲蘋果花期的方式減輕凍害發(fā)生。果樹萌芽前刮除老翹皮、對枝干及枝杈部位使用石硫合劑涂白、噴施青鮮素液或萘乙酸鉀鹽、施肥后鋪設地膜或覆蓋10 cm以上雜草等措施均可有效推遲果樹花期[22]。

3.2.2 抗補結合 山西南部地區(qū)主要種植小麥、玉米等作物和果樹，作物收獲時可將一部分秸稈、落葉、樹枝收集堆積在園內及上風口處，用細土壓嚴待用。冷空氣來臨時點燃，但不要出現明火，通過熏煙提高園內氣溫。除熏煙外，還可采用風機鼓風、布放加熱器等方法提高果樹周圍氣溫。有研究表明，采用風機鼓風等氣流擾動法對減輕蘋果花期凍害有較好的效果[23]。

發(fā)生凍害前后，噴施植物生長調節(jié)劑及葉面微量元素肥也可有效增強蘋果樹體對花期凍害的抵御能力[24]。大量研究表明，NAA與IBA可有效起到?；ū９淖饔?；噴施海藻素、氨基酸和蕓薹素內脂可顯著提高蘋果抗逆性；噴施蜂蜜、白糖、花精粉等混合液，可有效減輕凍害影響；在花期噴施磷酸二氫鉀與白糖混合液可有效增強花器官抗凍性；樹冠噴水或營養(yǎng)液提高蘋果樹短時樹勢；噴施鈣肥能顯著提高植株抗寒性[5-6,23-27]。

4 結 論

1)山西南部富士蘋果發(fā)生花期凍害日數年均為3.1 d，各縣花期均溫介于13.0℃～13.8℃之間，運城地區(qū)4月中上旬易發(fā)生凍害，吉縣與隰縣4月下旬易發(fā)生凍害，各蘋果主產縣年均凍害日數總體呈現由盆地向山區(qū)遞減。

2)山西南部蘋果花期凍害日數總體呈現減少趨勢，且凍害日數、輕度凍害日數、中度凍害日數均呈現先增加后降低的變化趨勢。從2008年開始呈減少趨勢，突變點在2008年?；ㄆ跇O端最低氣溫呈現上升趨勢，并與凍害日數具有極顯著負相關關系。