農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)甘肅天水蘋果生產(chǎn)的影響

摘要：在參照農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害觀測(cè)調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，利用蘋果氣候產(chǎn)量動(dòng)態(tài)相對(duì)偏差百分率進(jìn)行了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)分析和研究。結(jié)果表明，影響蘋果正常生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害是前一年9月干旱、次年蘋果花期(4月下旬)高溫干燥氣候和低溫交替危害造成的，冬季12月至翌年2月暖冬雖然不屬于農(nóng)業(yè)氣象學(xué)上定義的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，但隨全球氣候變暖，暖冬危害明顯加重，其危害程度僅次于前一年9月干旱。

關(guān)鍵詞：蘋果生產(chǎn)；農(nóng)業(yè)氣象；災(zāi)害

中圖分類號(hào)：S661.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009—9980(2009)05—597—06

天水地處西北內(nèi)陸黃土高原與西秦嶺山地交界處，海拔高度800～4000m，年平均氣溫9～13℃；年降水量430～580mm，年日照時(shí)數(shù)1900～2200h。境內(nèi)山多川少，相對(duì)落差大，雨熱同季，氣候多樣，極適宜糧、林、果、菜、草等多作物種植生產(chǎn)，屬西北內(nèi)陸較為典型的干旱半干旱交錯(cuò)、農(nóng)林牧復(fù)合生產(chǎn)種植區(qū)。

近年來，隨農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的快速提高，以蘋果、葡萄、桃、杏為主要品系的天水特色林果業(yè)發(fā)展迅速。果樹栽培面積、產(chǎn)量由1978年的6473hm²、16747t發(fā)展到2007年的73067hm²、541954.5t，其中蘋果占總果品面積的90％以上，成為甘肅省主要蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地。所產(chǎn)蘋果個(gè)大、色艷、硬度強(qiáng)、糖分高、品質(zhì)佳、耐儲(chǔ)存、貨架期長，深受廣大客商和消費(fèi)者青睞，譽(yù)滿國內(nèi)外的“花牛蘋果”已被注冊(cè)獲得全國知名品牌類注冊(cè)證明商標(biāo)，成為支撐天水市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的四大支柱產(chǎn)業(yè)之一。但是，由于天水獨(dú)特的地理地形及氣候特征，干旱、冰雹、洪水、凍害、連陰雨和花期高溫等氣象災(zāi)害逐年不同程度的發(fā)生，果品產(chǎn)量和質(zhì)量極為不穩(wěn)，嚴(yán)重影響天水蘋果的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。多年來由于蘋果氣象災(zāi)害方面的觀測(cè)數(shù)據(jù)極為有限。諸多研究多集中在蘋果凍害、花蕾期氣象條件對(duì)坐果率的影響等簡單氣象災(zāi)害的分析研究，綜合和量化研究報(bào)道不多。因此，進(jìn)行天水主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)蘋果生產(chǎn)影響的綜合研究，可以為生產(chǎn)和管理部門提供決策服務(wù)，最大限度減輕或減免農(nóng)業(yè)損失。

1 材料和方法

1.1 資料來源

蘋果產(chǎn)量資料取白天水市1978—2007年統(tǒng)計(jì)年鑒；相關(guān)氣象資料取白天水市關(guān)山區(qū)清水、渭北早旱區(qū)秦安和河谷區(qū)麥積二縣一區(qū)氣象站1978—2007年氣象觀測(cè)資料。

1.2 方法

1.2.1 代表點(diǎn)的選取 根據(jù)天水農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，選取渭北旱區(qū)、關(guān)山區(qū)和河谷川區(qū)蘋果種植面積較大的秦安縣、清水縣和麥積區(qū)作為代表點(diǎn)。

1.2.2 研究方法 主要采用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，將相關(guān)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害因子進(jìn)行不同形式配置組合，并將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的各氣象災(zāi)害組合因子與相應(yīng)的蘋果氣候產(chǎn)量動(dòng)態(tài)相對(duì)偏差百分率[(實(shí)際產(chǎn)量一趨勢(shì)產(chǎn)量)／趨勢(shì)產(chǎn)量×100％]進(jìn)行分類和綜合逐步回歸，建立天水主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)蘋果產(chǎn)量影響數(shù)學(xué)模型，綜合分析主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)天水蘋果產(chǎn)量的影響，為農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1.2.3 蘋果產(chǎn)量資料的處理 蘋果氣候產(chǎn)量資料分解的方法和準(zhǔn)確性，會(huì)直接影響蘋果綜合農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的分析研究。我們?cè)趨⒄諆H有的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害觀測(cè)調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，將蘋果產(chǎn)量資料按3、5a滑動(dòng)平均法、線性法、正交多項(xiàng)式法、指數(shù)法等多種函數(shù)分解方法提取的趨勢(shì)產(chǎn)量，與蘋果生長期出現(xiàn)的各種綜合農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。得出天水渭北秦安、關(guān)山區(qū)清水、河谷川區(qū)麥積兩縣一區(qū)和全市蘋果總產(chǎn)量分布(均以指數(shù)法提取的蘋果氣候產(chǎn)量，能夠較為全面的反映出天水主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)蘋果生產(chǎn)的影響)(圖1)。

趨勢(shì)產(chǎn)量提取方程為渭北秦安Y=25.06e^0.098t+13(r=0.58)；關(guān)山區(qū)清水y=5.38e^0.012t+35(r=0.59)；河谷川區(qū)麥積區(qū)y=14.07e^0.135t+66；天水市蘋果總產(chǎn)量y=868.22e^0.126t(r=0.55)。

1.2.4 相關(guān)氣象資料的處理 根據(jù)蘋果生長習(xí)性，將前一年9月至當(dāng)年9月作為蘋果的生長季。按候、旬、月、季、全生長季統(tǒng)計(jì)其平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、旬(月)各平均溫度的大氣相對(duì)濕度訂正[旬(月)各平均溫度／同期大氣相對(duì)濕度(％)、旬(月)各平均溫度×同期大氣相對(duì)濕度／100]、日照時(shí)數(shù)、降水量、張寶塹干燥指數(shù)(k′=0.16∑/R)和濕潤指數(shù)[k=R／(0.16∑^T≥0℃]、光積溫(≥O℃積溫×日照百分率)、冬季負(fù)光積溫(冬季<0℃負(fù)積溫×日照百分率)等氣象因子，并將各因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2 結(jié)果與分析

統(tǒng)計(jì)表明，天水農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)果樹生長的影響極為復(fù)雜，單因子影響并不明顯，多因子綜合作用的效果更為顯著。其中主要以上年9月秋季干旱、蘋果花期高溫和次年春不低溫危害最為明顯。暖冬雖然不屬于氣象學(xué)上定義的氣象災(zāi)害因子。但隨日益加劇的暖干氣候月。暖冬對(duì)蘋果生長影響亦明顯加重，其危害程度僅次于上年9月秋季干旱(表1，2)。

表1中y代表蘋果產(chǎn)量增減率；K′為各區(qū)上年9月大氣干燥指數(shù)?！?sup>T≤0℃×Q²、∑^T≤0℃×Q²、∑^T≤0℃×Q¹²：分別表示1月、2月、12月負(fù)積溫的光照條件訂正值。Tⁿ⁴Tⁿ⁵分別表示相應(yīng)代表點(diǎn)4月下旬和5月上旬平均最低氣溫(通過F0.05值檢驗(yàn)，效果較為顯著)。T^M4／U、T^M5／U分別表示相應(yīng)代表點(diǎn)4月下旬和5月第一侯平均最高氣溫與大氣相對(duì)濕度訂正值。Tⁿ⁴×U、Tⁿ⁵×U分別表示相應(yīng)代表點(diǎn)4月下旬、5月第一侯平均最低氣溫與大氣相對(duì)濕度乘積；yi′為蘋果總產(chǎn)量動(dòng)態(tài)相對(duì)偏差百分率；K^′w為渭北秦安上年秋季9月大氣干燥度；∑^T≤0℃×Q^12-2H為河谷區(qū)麥積冬季12月至翌年2月負(fù)積溫的光照條件訂正值；T^M4/U^H為河谷區(qū)麥積4月下旬平均最高氣溫的大氣相對(duì)濕度訂正值；T^n4Q為關(guān)山區(qū)清水4月下旬平均最低氣溫。

2.1 前秋千暖氣候加劇了土壤水分蒸散而導(dǎo)致土壤蓄水嚴(yán)重不足。影響次年蘋果正常生長

天水屬干旱半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，雨熱同季，年降水量主要集中于夏、秋兩季，是當(dāng)?shù)赝寥乐饕钏竟?jié)。蘋果屬多年生果樹作物，樹大根深，生長所需水分主要來源于土壤貯水，但果園蘋果根系分布層土壤水分觀測(cè)調(diào)查資料極為有限，且降水因子引起的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)蘋果生產(chǎn)、生長的影響與該因子出現(xiàn)、分布時(shí)段并不一致，降水單因子對(duì)蘋果產(chǎn)量的影響也不顯著，而與上年9月干燥指數(shù)(0.16∑^T≥0℃/R，∑T≥0℃為0℃以上積溫，R為同期降水量)存在明顯相關(guān)(表1)，說明該期降水量與環(huán)境溫度條件配置極為重要，同時(shí)亦表明上年9月高溫干旱氣候，對(duì)來年蘋果正常生長的嚴(yán)重影響。夏季的6—8月降水雖然相對(duì)較多。但水、熱同季，大多降水主要用于新梢、果實(shí)速生膨大生長和大氣的無效蒸發(fā)耗損，果園經(jīng)常發(fā)生伏日土壤干旱；9—11月的降水，又大多集中在9月，占全季總雨量的80％以上，該月降水與氣溫配置的適宜程度將成為前秋土壤有效蓄水，并影響來年蘋果產(chǎn)量的決定因素。20世紀(jì)70、80年代，三區(qū)9月平均大氣干燥度為1.1—1.5，較歷年略低，氣候相對(duì)較為濕潤；90年代以來，高溫少雨年份頻繁出現(xiàn)，至2007年三區(qū)9月平均大氣干燥度為1.3，1.8偏高0.2～0.3。果業(yè)生產(chǎn)投入雖然逐年劇增，但夏、秋干旱連年發(fā)生，特別1993—1998年連續(xù)6a的夏秋連旱，極大限制了以蘋果為主的果業(yè)生產(chǎn)，蘋果氣候產(chǎn)量增減率連續(xù)出現(xiàn)負(fù)增長。因此，蘋果產(chǎn)量的形成與上年9月大氣干燥度明顯的負(fù)相關(guān)性充分說明其顯著的生物學(xué)意義。

2.2 暖冬造成蘋果越冬不實(shí)。影響春季開花坐果

冬季蘋果進(jìn)入休眠后，對(duì)寒冷有嚴(yán)格要求，亦稱需冷量。入冬蘋果在經(jīng)歷一定程度低溫環(huán)境，以滿足需冷量，并積累足量的營養(yǎng)及有機(jī)物質(zhì)后才能安全度過休眠，如冬季氣溫過高，則可影響蘋果正常休眠，來春果樹發(fā)芽遲緩，花芽發(fā)育不良，花期不一致，落花落蕾嚴(yán)重。造成減產(chǎn)。天水蘋果品種以紅富士、國光為主。紅富士是一個(gè)易受凍害品種，抗寒性略次于國光。天水氣溫相對(duì)較低的關(guān)山區(qū)清水、張川二縣冬季最冷的1月平均氣溫在－3℃～6℃，其他區(qū)域均在－2℃～－４℃，均處于全國紅富士、國光系蘋果品種冬季最冷月(1月)平均氣溫10℃等溫線以南區(qū)域安全發(fā)展區(qū)內(nèi)。統(tǒng)計(jì)表明(表1)：天水蘋果氣候產(chǎn)量增減率與冬季12至翌年2月負(fù)積溫的光照條件訂正值存在顯著的負(fù)相關(guān)，說明暖冬及高光照條件成為蘋果安全越冬的主要制約因素。20世紀(jì)70、80年代各區(qū)冬季平均氣溫－0.8℃-2.9℃，日照百分率46％-49％，冬季負(fù)積溫的光照條件訂正值-70-131℃·日；90年代以來冬季氣溫普遍偏高，日照豐富，冬季負(fù)積溫的光照條件訂正值52-98℃·日，偏多18～33℃·日。特別是熱量相對(duì)較豐的河谷和渭北兩區(qū)，初冬降溫較慢，冬末氣溫回升過快，保證蘋果正常休眠的需冷量不足而導(dǎo)致翌春發(fā)芽開花不協(xié)調(diào)，常出現(xiàn)晚萌芽、落蕾、花期不一致等現(xiàn)象，盡而影響來年產(chǎn)量。優(yōu)以1991、1995、1999年最為明顯，冬季負(fù)積溫的光照條件訂正值-28～46℃·日，偏多45～95℃·日。坐果率僅13％～14％，產(chǎn)量明顯不如往年。

2.3 花期高溫干旱影響蘋果正常坐果

花期高溫、干旱危害主要是指花期高溫低濕氣候?qū)е抡庨_花或授粉受精的花粉不萌發(fā)干枯萎縮，失去受精能力，而不能坐果。研究表明，蘋果由授精到完成受精至少需要3～5d時(shí)間，盛花期后是蘋果完成授粉受精的關(guān)鍵時(shí)段。天水3個(gè)氣候區(qū)以河谷川區(qū)熱量最優(yōu)，渭北旱區(qū)次之，關(guān)山區(qū)最差。全市蘋果大約于4月中旬末至5月上旬為開花期，河谷區(qū)最早，渭北旱區(qū)偏遲2～3d，關(guān)山區(qū)偏遲4～6d。但此期天水在干旱頻繁發(fā)生的同時(shí)，由于其獨(dú)特的地理地形特征，春季升溫較快，波動(dòng)較大。蘋果氣候產(chǎn)量增減率與4月下旬、5月上旬平均最高氣溫的大氣相對(duì)濕度訂正值顯著相關(guān)(表1)，說明蘋果花期高溫干旱氣候?qū)ζ湔Ｊ诜凼芫：艽?。大氣相?duì)濕度大，植株蒸騰小，植物忍受高溫的能力較強(qiáng)，高溫危害相對(duì)較輕；濕度小，蒸騰大，植物忍受高溫的能力則較差，高溫危害相對(duì)較重。氣候變暖對(duì)甘肅隴東南地區(qū)蘋果適生區(qū)坐果率的影響及對(duì)策研究表明，盛花期后的1～4d日平均最高氣溫超過26.0℃時(shí)，坐果率均低于15％；30.0℃以上，均可導(dǎo)致授粉受精受阻，而不能坐果，結(jié)論基本一致。天水花期平均最高氣溫在20世紀(jì)70、80年代為21～23℃，大氣相對(duì)濕度平均62％～63％，平均最高氣溫的大氣相對(duì)濕度訂正值0.3～0.4，花期高溫干旱危害并不明顯。蘋果產(chǎn)量較低的原因主要是農(nóng)業(yè)投入不足，管理水平較低。氣溫明顯轉(zhuǎn)暖的90年代以來，花期平均最高氣溫23～26℃，偏高2～3℃，平均大氣相對(duì)濕度54％～59％，偏低4～8個(gè)百分點(diǎn)，平均最高氣溫的大氣相對(duì)濕度訂正值0.5～0.6，偏高0.2，花期高溫干旱危害明顯加重。特別是1993—1995年、1997—1999年，花期日平均氣溫均在27.0℃以上，河谷川區(qū)以北區(qū)域大氣相對(duì)濕度平均值均不足50％，高溫干旱危害極為嚴(yán)重，1991—2000年10a平均坐果率僅16.7％，較80年代偏低7.1個(gè)百分點(diǎn)。

2.4 春季低溫危害影響蘋果正常開花和花粉發(fā)芽

天水蘋果大多于4月中下旬自河谷川區(qū)向南向北陸續(xù)進(jìn)入開花期，完成授粉受精以后，陸續(xù)坐果。逐步回歸統(tǒng)計(jì)分析表明(表1)：在影響天水蘋果生產(chǎn)的4種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中，以春季低溫最小，說明隨全球氣候的轉(zhuǎn)暖，春季低溫晚霜凍害出現(xiàn)頻率和危害程度正在逐步減小。究其原因，一是隨20世紀(jì)90年代以來暖干氣候的加劇，低溫和晚霜凍害出現(xiàn)頻率雖然減小，但此期正值當(dāng)?shù)赝硭獌龊Y(jié)束時(shí)段內(nèi)。一但出現(xiàn)低溫和晚霜凍災(zāi)害，仍可影響蘋果正常開花和花粉發(fā)芽；二是始花至盛花期是蘋果雌、雄蕊生長發(fā)育關(guān)鍵期，抗寒、抗凍能力較差之故。分析表明：天水春季低溫危害主要出現(xiàn)在蘋果花期的低溫干燥天氣條件下，并以關(guān)山區(qū)最重，渭北旱區(qū)次之，河谷區(qū)最輕；以20世紀(jì)90年代最多，關(guān)山區(qū)清水、渭北旱區(qū)秦安和河谷區(qū)麥積花期4月下旬平均最低氣溫與同期相對(duì)濕度的乘積分別僅為2.8、4.0和4.1，分別較歷年偏低0.6、0.5和0.6個(gè)百分點(diǎn)；90年代以后明顯減輕，三區(qū)4月下旬平均最低氣溫與同期相對(duì)濕度的乘積分別達(dá)3.9、5.0和5.2，均較歷年平均值偏高0.5個(gè)百分點(diǎn)。氣候變暖對(duì)甘肅隴東南地區(qū)蘋果坐果率的影響表明：在始花期后的10d內(nèi)日平均最低氣溫不足5.0℃時(shí)，花粉母細(xì)胞活性下降，影響花粉發(fā)芽；受精后的花粉母細(xì)胞不能正常坐果，造成后期大量落果。3℃以下時(shí)，花藥不能開裂，花粉發(fā)育受阻，或受精后的花粉母細(xì)胞不能坐果，結(jié)論基本一致。在本區(qū)20世紀(jì)80年代低溫和晚霜凍災(zāi)害較重的10a，花期平均最低氣溫6.9℃，有近1／2年份花期最低氣溫不足3.0℃，低溫冷害較頻繁。90年代以來，雖然氣溫明顯轉(zhuǎn)暖，日平均最低氣溫9.2℃，較80年代偏高2.3℃，但作物對(duì)低溫的抗逆能力則明顯減弱，偶遇低溫或晚霜凍天氣，便可造成大面積減產(chǎn)。如2004年5月3—4日的寒潮天氣，2d日平均最低氣溫1.4℃，4日最低氣溫0.5℃，24h降溫8.3～10.7℃，造成后期蘋果大量落花落果而嚴(yán)重減產(chǎn)。

3 討論

1 影響天水蘋果生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害是初秋9月干旱、暖冬、花期高溫干燥氣候和低溫的交替危害，其主要?dú)庀鬄?zāi)害因子中單因子作用并不顯著，大多屬多個(gè)氣象因子綜合作用的結(jié)果，這與天水獨(dú)特的地理、地形及氣候特征不無關(guān)系。天水地處黃土高原與西秦嶺山地交錯(cuò)區(qū)的干旱半干旱農(nóng)林過渡區(qū)域，冬季干而不冷，暖冬年份常導(dǎo)致果樹休眠不實(shí)；春季干燥少雨，升溫快，氣溫波動(dòng)大，高、低溫交替出現(xiàn)年份影響果樹正常開花坐果；主要雨季多集中于7—9月，但該期溫度高，蒸發(fā)大，大多年份土壤貯水不能滿足來年果樹生長需求，這與近年來蘋果氣象災(zāi)害調(diào)查實(shí)況基本吻合。

2 蘋果氣象災(zāi)害研究雖然引起眾多學(xué)者高度關(guān)注，但大多以蘋果花期凍害調(diào)查和春季氣象條件對(duì)蘋果坐果率影響研究居多，全生育期農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害綜合分析及其多種氣象災(zāi)害因子綜合影響方面的研究并不多見。本文將蘋果全生育期多種相關(guān)氣象災(zāi)害因子進(jìn)行不同形式配置組合，分析研究了多個(gè)氣象災(zāi)害因子綜合作用對(duì)蘋果生產(chǎn)的影響，深入全面揭示了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)甘肅天水蘋果生產(chǎn)的綜合影響。在多因子綜合作用中，大氣干燥度揭示了降水與氣溫配置的重要性；冬季負(fù)積溫的光照條件訂正則反映了暖冬對(duì)果樹類作物正常越冬的影響程度；平均最高氣溫與大氣相對(duì)濕度的比值和平均最低氣溫與大氣相對(duì)濕度的乘積則更確切的揭示了蘋果花期大氣干熱程度和低溫低濕條件對(duì)多年生果樹作物產(chǎn)量形成的影響，各災(zāi)害因子均具有較為明顯的生物學(xué)意義。

3 由于蘋果農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害觀測(cè)調(diào)查資料極為有限，利用災(zāi)害實(shí)況資料進(jìn)行分析研究尚存在較大難度。為此本文主要在參照有限農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害觀測(cè)調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，綜合各產(chǎn)區(qū)蘋果氣候產(chǎn)量提取方法中能有效反映農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害影響的氣候產(chǎn)量提取方法，并根據(jù)其蘋果氣候產(chǎn)量動(dòng)態(tài)相對(duì)偏差百分率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究，其研究結(jié)論雖然存在一定的局限性，但可作為多年生果樹作物氣象災(zāi)害研究的一種參考方法，對(duì)農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)可能有一定指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

研究得出影響蘋果正常生長的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害是上年初秋干旱、溫暖冬季、花期高溫干燥氣候和低溫的交替危害。但20世紀(jì)90年代以來，隨全球氣候轉(zhuǎn)暖的加劇，春季低溫出現(xiàn)頻率和危害程度正在逐步減輕。