柑桔生長期低溫災害指標分析及應用

王 寶，夏紀勝，盧玉娥

（1.玉溪市氣象局，云南玉溪653100；2.云南大學資源環境與地球科學學院，云南昆明650091；3.玉溪市農業科學院，云南玉溪653100）

低溫災害是柑桔生長期的主要災害，每年均有不同程度的低溫災害發生，給柑桔生產造成了巨大的損失。近年來，受環境惡化和氣候變化的影響，低溫災害頻繁發生，加大了農業生產的不穩定性，直接影響農業的可持續發展，嚴重威脅著糧食安全和社會穩定。在對2001年至2008年的柑桔生長田間觀測資料與溫度、降雨量、日照的相關性分析中發現，柑桔生長對溫度的反應快速，當出現低溫時，能在短時間內對柑桔的生長產生不可逆轉的影響，成為柑桔生長的主要限制因子之一，它決定柑桔的生存與分布，同時也影響果實的產量和品質。國內許多學者在低溫災害對柑桔生產的影響方面做了大量的分析研究工作。張錦松［1］研究了低溫天氣對柑桔的影響。謝遠玉［2］提出當日平均氣溫≤30℃時，柑桔果實增長量與氣溫呈顯著的正相關。董德祥［3］分析了2008年華寧柑桔減產的原因，認為當年春季的低溫災害使柑桔花芽分化受到抑制，導致柑桔果樹異常落花，造成當年減產。劉平生［5］分析了低溫陰雨寡照對柑桔花期幼果期的危害。葉美德［6］建立了柑桔產量氣候異常減產模式。在現有的研究中，主要考慮了氣候學意義上的低溫災害，多數低溫災害指示的是低溫與作物某一個生育期的關系，與作物各生育期對低溫反應的關聯度低。同時，也沒有考慮低溫持續時間對作物的累積危害程度。在分析作物生長的每個生育期的下限溫度、生長最適溫度及低溫災害指標及應用方面的研究較少。

由于作物在不同發育時段對溫度的敏感性差異顯著，對低溫的反應也不同，因此，本文在研究柑桔每個生育期對溫度反應的基礎上，確定柑桔每個生育期生長下限溫度和生長最適溫度，并考慮低溫強度和持續時間，設計了累積低溫影響指數，建立柑桔每個生育期的累積低溫影響指數區間，設計開發柑桔低溫冷害預警分析系統，對低溫災害進行實時監測和預警，為預防和減輕低溫災害對柑桔生產的影響，提高柑桔產量和質量，具有實際意義。

1 材料與方法

1.1 材料

玉溪柑桔研究所華寧縣牛山柑桔試驗基地2001年至2008年柑桔大田發育期觀測資料；華寧縣氣象站1971年至2008年逐旬平均溫度、平均最高溫度、平均最低溫度、極端最高溫度、極端最低溫度、降雨量、日照時數、蒸發量資料；2001年至2008年逐日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度；華寧縣農業局1971年至2008年柑桔單產資料；玉溪柑桔研究所2001年至2008年柑桔發育期資料。其中常規氣象觀測資料根據柑桔種植區實際情況進行了訂正。

1.2 方法

1.2.1 柑桔發育期的計算

在華寧縣牛山柑桔試驗基地設固定觀測點，柑桔品種為早熟興津溫州蜜桔。用2001年至2008年田間觀測的柑桔發育期計算平均發育期，并根據華寧縣柑桔主要種植區的生產實際，對平均發育期進行訂正。

1.2.2 氣候年景的劃分

用1971年至2008年柑桔單產資料和同期的旬平均溫度、旬平均最高溫度、旬平均最低溫度、旬極端最高溫度、旬極端最低溫度、旬降雨量、旬日照時數、旬蒸發量資料，采用滑動平均方法 （步長為8）計算每年柑桔氣象產量，按氣象產量變幅，結合柑桔生產的實際年景對1971年至2008年的氣候年景進行劃分。

1.2.3 發育期溫度指標的確定

根據所劃分氣候年景，用2001年至2008年逐日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度，確定豐、平、歉年中柑桔各發育期間的相應溫度指標。

1.2.4 累積低溫影響指數的建立

累積低溫指數Ti按下式計算：

式中，Ti為累積低溫指數；tm為實際觀測的最低溫度；d為低溫持續時間；α為低溫強度系數；A、B為溫度影響系數。α、A、B按以下公式計算：

其中，tl為柑桔生長下限溫度；tb為柑桔生長最適溫度。

2 結果與分析

2.1 柑桔發育期

根據2001年至2008年田間實際觀測的柑桔發育期，計算平均發育期，并根據華寧縣柑桔主要種植區的生產實際，采用內插方法對固定觀測點柑桔的發育期進行訂正 （表1）。

表1 柑桔發育日期

2.2 氣象產量與氣候年景分析

氣候年景的確定是定量指標域研究的基礎，進行歷年氣候年景分類的實質是表達出柑桔生長發育和產量形成適宜的溫度區間，以及受影響或受害的溫度區間。作物的產量由社會產量和氣象產量二部分組成，氣象產量描述的是氣候變化對作物產量的影響效應，因此，為了確定氣候變化與作物生長發育、產量形成的定量關系，采用滑動平均方法 （步長為8）計算1971年至2008年每年柑桔單產的氣象產量 （圖1）。

圖1 柑桔單產氣象產量年際變化

根據氣象產量的變幅，將氣象產量分為豐年、平年、歉年3個氣候年景等級 （表2），以表征溫度對柑桔生長發育和產量形成的影響程度。

表2 氣象產量 （M）年景等級標準

用柑桔農業生產的實際年景對用氣象產量所確定的年景進行驗證，驗證結果表明，氣象產量年景與農業生產的實際年景吻合度較好。

2.3 柑桔各發育期溫度指標

在柑桔生長各發育期溫度定量指標的分析中，根據氣象產量所確定的氣候年景，對豐、平、歉年景中柑桔的每一個發育期間的日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度進行分析，以豐年溫度確定柑桔生長期的最適溫度上、下限，以平年溫度確定柑桔生長期的適宜溫度上、下限，而以歉年溫度確定受害溫度與死亡溫度。同時，通過對華寧柑桔生長發育期與日平均溫度、日最低溫度、日最高溫度的相關性分析表明，柑桔的生物學零度為5℃。因此，在溫度指標的分析中，以日平均溫度5℃作為基礎指標值。在上述分析的基礎上，得出柑桔生長期的最適溫度上限、最適溫度、最適溫度下限、受害溫度、死亡溫度 （表3）。

表3 柑桔各發育期溫度指標值

2.4 累積低溫指數等級和影響程度

根據累積低溫指數公式 （1），計算各溫度等級和不同持續時間的累積低溫指數Ti值，通過對Ti值的分析，確定柑桔各發育期的累積低溫指數區間和影響狀況 （表 4）。

3 柑桔生長期低溫災害指標的應用

溫度定量指標域的建立，為動態地分析柑桔生長期間溫度的影響程度提供了基礎。累積低溫指數區間和影響程度為判斷低溫災害對柑桔生長的影響程度提供了依據。基于主流商用數據庫技術，采用asp.net構架，建立柑桔低溫災害預警分析系統，通過動態計算累積低溫影響指數 （Ti）指標，結合柑桔物候期、溫度指標、累積低溫指數區間等數據，既能對柑桔歷史受害狀況進行分析，又能在作物的每個發育期對低溫災害進行動態的跟蹤和預警。

柑桔低溫災害預警分析系統主要功能包括系統設置、用戶管理、數據管理、實時預警、歷史分析、打印輸出等。

表4 柑桔累積低溫指數區間和影響程度

以1986年為例，利用預警分析系統對歷史低溫災害狀況進行分析，結果如圖2所示。從圖2可以看出，1986年柑桔開花期遭到了強低溫危害，花芽分化受到抑制，花期延遲，致使1986年柑桔減產。分析結果與柑桔低溫災害調查數據一致，驗證了系統對低溫災害監測和預警的準確性。對歷史低溫的分析表明，累積低溫影響指數能準確地反映低溫對柑桔生長的影響，并達到預警的目的，以便提前采取措施，防止或減輕低溫災害對柑桔生產的影響。

4 討論

（1）通過對柑桔不同發育期溫度定量指標的研究，確定了柑桔生長期的最適溫度上限、最適溫度下限、最適溫度上限極值、最適溫度下限極值、受害溫度、死亡溫度，為動態分析柑桔生長期溫度的影響程度提供了基礎數據。

圖2 1986年柑桔低溫災害狀況分析

（2）在溫度指標分析的基礎上，建立了累積低溫影響指數，計算了累積低溫指數區間和影響程度，為判斷低溫災害對柑桔的影響程度提供了依據

（3）研究開發了具有自動分析、預警功能的柑桔低溫災害預警分析系統，實現農業與氣象數據的快速分析和曲線化，農業氣象學理論和經驗及方法程序化，對策措施專業化及分析過程自動化。

（4）柑桔生長期低溫災害指標的研究和應用，可以對柑桔生長各個時期低溫災害進行實時監測和預警，以便提前采取措施，防止或減輕低溫災害對柑桔生產的影響。

（5）柑桔低溫災害定量指標只適用于玉溪柑桔研究所華寧牛山柑桔試驗基地，但采用的方法是可行的。同時，柑桔低溫災害影響指標考慮了日平均溫度、日最高溫度與日最低溫度的強度、持續時間和天氣背景的影響，并在計算機上實現了自動判斷的功能，但指標值還需要根據生產實際做進一步的細化和優化。

[1]張錦松，羅禮鳳，莫健生.廣西柑桔研究所果園歷年低溫天氣分析[J].廣西園藝，2008，19（3）：27～30.

[2]謝遠玉，賴曉樺，朱凌金，等.氣象條件對柑桔果實膨大速度的影響[J].中國農業氣象，2007，28（4）：406～407.

[3]董德祥，朱學斌，李麗，等.低溫冷凍對華寧柑桔產業的影響與應對措施[J].中國果業信息，2008，25（12）：26～27.

[4]夏小曼，王海英，蔣運志.2008年初罕見低溫雨雪天氣對柑橘的影響及補救措施[J].氣象研究與應用，2008，29（2）：55～56.

[5]劉平生.柑桔花期幼果期低溫陰雨寡照的危害及防治措施[J].中國南方果業，2003，32（1）：21～22.

[6]葉美德，汪鐸.柑桔產量氣候異常減產模式的初步研究[J].中國農業氣象，1993，14（2）：22～24.

[7]劉愛容.GIS支持下的農業氣象災害監測系統的開發與應用[J].科技資訊，2007（6）：99.

[8]田紅，陸維松，吳必文.基于GIS的氣象災害監測與評估集成系統[J].氣象科學，2002，22（4）：482～489.

[9]莊立偉，劉庚山，王石立.基于WEBGIS的農業氣象信息共享與發布技術應用研究[J].應用氣象學報，2004，15（6）：745～753.

[10]高陽華，賈捷，王躍飛，等.氣象條件對柑桔果實生長的影響[J].中國柑桔，1995，24（2）：l7～l9.

[11]蔣高明，常杰，高玉葆，等.植物生理生態學[M].北京：高等教育出版社，2004，150～154.

[12]Burrough P A，Frank A U.Geographic Objects with Indeterminate Boundaries[M].London：Taylor&Francis，1996.

[13]Huang C F，Shi Y.Towards Efficient Fuzzy Information Processing—Using the Principle of Information Diffusion〔M〕 .Heidel-berg：Physica-Verlag，2002.

[14]Giampiero M，Valerio C，Anna D M，et al.Weather and climatemonitoring for food risk management[J].Meteorol Appl.，2006.

[15]王孟宇.云南農業氣候資源的現狀及綜合利用對策[J].西南農業學報，2010，23（2）：598～601.