氣候變暖對(duì)賀蘭山東麓釀酒葡萄熱量資源及冷凍害的影響

王素艷,鄭廣芬,李 欣,楊建玲,張曉煜,李劍萍,馬力文

1 寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 銀川 750002 2 寧夏氣候中心, 銀川 750002

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氣候變暖對(duì)賀蘭山東麓釀酒葡萄熱量資源及冷凍害的影響

王素艷1,2,鄭廣芬2,*,李 欣1,楊建玲1,張曉煜1,李劍萍1,馬力文1

1 寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 銀川 750002 2 寧夏氣候中心, 銀川 750002

利用寧夏賀蘭山東麓各地1981年以來(lái)氣象資料,分析了氣候變暖對(duì)釀酒葡萄生育關(guān)鍵期主要熱量資源和冷凍害的影響。結(jié)果表明：1981年以來(lái),隨著氣候變暖,賀蘭山東麓釀酒葡萄發(fā)育期4—9月各地各月平均氣溫顯著上升,1997年前后發(fā)生突變,突變后部分年份較常年同期偏高1℃以上,其中放條萌芽期4月平均氣溫上升顯著,但月內(nèi)波動(dòng)幅度增大,釀酒葡萄遭受霜凍或強(qiáng)降溫危害的風(fēng)險(xiǎn)增加；7—8月漿果生長(zhǎng)和成熟期低溫事件發(fā)生的可能性仍然較大；氣候變暖使活動(dòng)積溫顯著增加,中晚熟品種積溫保證率達(dá)100%,4—9月3300℃(成熟度高,葡萄酒質(zhì)量好的臨界積溫)的積溫保證率明顯提高；無(wú)霜期延長(zhǎng),晚熟品種的保證率提高,部分年份活動(dòng)積溫和無(wú)霜期滿足極晚熟品需求；大部分地區(qū)冬季低溫凍害相關(guān)要素變化趨勢(shì)都不顯著,其中出現(xiàn)持續(xù)低于-17℃(冬季受凍臨界氣溫)日數(shù)減少,極端最低氣溫升高,但仍然低于-17℃,惠農(nóng)、賀蘭、平羅、銀川20 cm深度-4℃以下日數(shù)減少；春季適宜放條期后出現(xiàn)霜凍的年份和日數(shù)增多，霜凍過程的最低氣溫明顯降低,出現(xiàn)伴隨霜凍的中等及以上強(qiáng)度冷空氣頻率和次數(shù)增加,強(qiáng)度增強(qiáng)。氣候變暖對(duì)寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄生產(chǎn)有利有弊,不同品種釀酒葡萄對(duì)氣候的適用性不同,因此在釀酒葡萄生育各關(guān)鍵期,仍需加強(qiáng)極端天氣氣候事件和氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和防范工作,減輕或避免氣候條件變化對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不利影響。

氣候變暖；寧夏賀蘭山東麓；釀酒葡萄；熱量資源；冷凍害；影響

寧夏賀蘭山東麓位于37°—39°N,與法國(guó)著名的波爾多葡萄酒產(chǎn)區(qū)在同一緯度,光熱條件好,日較差大,葡萄生長(zhǎng)期積溫適宜,干旱少雨,日照充足,生態(tài)條件十分有利于葡萄糖分的積累、色素及風(fēng)味物質(zhì)的形成,可以釀造優(yōu)質(zhì)高檔葡萄酒[1],因此,賀蘭山東麓是國(guó)內(nèi)外栽培和釀造專家認(rèn)定的世界少有的釀酒葡萄最佳生態(tài)區(qū)之一。1980年,從山東、河北引進(jìn)釀酒葡萄品種,建立了玉泉營(yíng)農(nóng)場(chǎng)葡萄示范基地；1985年,建立了農(nóng)墾玉泉營(yíng)葡萄酒廠,從此,開啟了寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄的規(guī)模化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2011年10月,寧夏回族自治區(qū)政府出臺(tái)《寧夏賀蘭山東麓葡萄文化長(zhǎng)廊總體發(fā)展規(guī)劃》,制定了"一廊、一心、三城、五群、十鎮(zhèn)、百莊"的發(fā)展規(guī)劃,一廊即葡萄產(chǎn)業(yè)集聚長(zhǎng)廊。葡萄酒產(chǎn)業(yè)已被寧夏回族自治區(qū)政府列為特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一,經(jīng)過近幾年的規(guī)模化發(fā)展,賀蘭山東麓已成為國(guó)內(nèi)外著名的優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄生產(chǎn)基地,目前已有釀酒葡萄基地3.3萬(wàn)多公頃,主產(chǎn)區(qū)位于東麓山前洪積扇與黃河沖積平原之間,海拔1130—1200 m[1],主要包括惠農(nóng)、平羅、賀蘭、銀川、青銅峽、永寧、紅寺堡等地,以中晚熟品種為主。

釀酒葡萄的品質(zhì)是由其自身的遺傳特性和環(huán)境條件共同決定的,適宜的生態(tài)條件是保證其優(yōu)良品質(zhì)的重要因素,而氣候條件具有決定生產(chǎn)方向(酒型、酒質(zhì))的主導(dǎo)作用[2]。在相同的技術(shù)栽培條件下,品種相同,不同年份葡萄酒的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)存在差異。研究證實(shí)葡萄年份酒現(xiàn)象的產(chǎn)生與葡萄種植區(qū)的氣候緊密相關(guān)。然而氣候變暖是不爭(zhēng)的事實(shí),在氣候變暖背景下,釀酒葡萄含糖量有上升趨勢(shì),含酸量有下降的趨勢(shì)[3]；對(duì)釀酒葡萄布局和酒種變化也有深遠(yuǎn)影響[4]。賀蘭山東麓生態(tài)環(huán)境脆弱,氣候資源年際間變率大,霜凍、越冬期根系凍害是影響和制約葡萄酒產(chǎn)業(yè)的主要?dú)庀鬄?zāi)害。尤其隨著氣候變暖,頻繁發(fā)生的極端氣候事件導(dǎo)致釀酒葡萄氣象災(zāi)害頻發(fā),從20世紀(jì)80年代初期至2011年期間,就發(fā)生冬季凍害6次,2003—2012年間全區(qū)性晚霜凍災(zāi)害發(fā)生了5次,特別是2003年的特大凍害,致使一半釀酒葡萄受凍害；2004年5月3—4日霜凍造成賀蘭山東麓葡萄基地缺苗斷壟現(xiàn)象嚴(yán)重[5]。極端氣溫事件導(dǎo)致的冷凍害事件頻發(fā),嚴(yán)重影響了賀蘭山東麓釀酒葡萄的健康發(fā)展,對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)影響越來(lái)越明顯。近年來(lái)針對(duì)寧夏氣候變化的事實(shí)進(jìn)行了大量研究,而隨著氣候變暖,對(duì)氣候變化較為敏感的寧夏賀蘭山東麓,釀酒葡萄關(guān)鍵期氣候資源發(fā)生了怎樣的變化,目前尚未開展深入細(xì)致的研究,尤其對(duì)冬季低溫凍害、春季霜凍及強(qiáng)降溫過程未開展過研究。在當(dāng)前寧夏大力發(fā)展釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵時(shí)刻,有必要摸清氣候變暖背景下釀酒葡萄氣候資源變化的新特點(diǎn),進(jìn)而合理利用氣候資源,以主動(dòng)應(yīng)對(duì)災(zāi)害發(fā)生,適應(yīng)氣候變化。因此,本文將分析氣候變暖對(duì)釀酒葡萄生育期主要熱量資源及冷凍害的影響,為賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)優(yōu)化布局,趨利避害,保證穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的釀酒葡萄生長(zhǎng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料及方法

1.1 氣象資料來(lái)源

由于賀蘭山東麓釀酒葡萄主產(chǎn)區(qū)氣象資料完整、經(jīng)過整編的國(guó)家氣象站有惠農(nóng)、平羅、賀蘭、銀川、青銅峽、永寧、紅寺堡等氣象站,且1981年以來(lái)氣象站環(huán)境變化不大,海拔在1092.5—1183.4 m,因此本文采用上述氣象站1981—2015年逐日最低氣溫和平均氣溫資料。

1.2 時(shí)間序列趨勢(shì)分析方法

計(jì)算序列的氣候趨勢(shì)系數(shù)以描述其上升或下降的幅度,氣候趨勢(shì)系數(shù)采用最小二乘法計(jì)算；采用累積距平和Mann-Kendall方法分析序列是否存在突變,Mann-Kendall法計(jì)算方法見文獻(xiàn)[6]。

1.3 相對(duì)變率

年際間的變化用相對(duì)變率表示,即某一地點(diǎn)某一氣候變量平均偏差值相對(duì)于多年平均值的變化程度。相對(duì)變率小,表示年際間變化??；反之,相對(duì)變率大,表示年際間變化大,發(fā)生異常的可能性大。相對(duì)變率公式如下[7]：

2 氣候變暖對(duì)釀酒葡萄生長(zhǎng)期熱量資源的影響

2.1 平均氣溫

葡萄是喜溫植物,對(duì)熱量要求高。熱量條件不但決定葡萄物候期長(zhǎng)短,還影響葡萄生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)。聯(lián)合國(guó)教科文組織在葡萄酒文化論壇上闡明,如果葡萄酒生長(zhǎng)期的平均溫度高于常年1℃,葡萄的采摘時(shí)間一般會(huì)提前約10d,有些品種會(huì)出現(xiàn)早熟突變[3]；對(duì)賀蘭山東麓釀酒葡萄的相關(guān)研究表明,4月、7—8月平均氣溫是影響賀蘭山東麓釀酒葡萄成熟度的主要因子之一,也是決定葡萄年份酒的主要因素之一,4月份溫度高可促進(jìn)葡萄提早萌發(fā)、延長(zhǎng)葡萄的生長(zhǎng)期,對(duì)中晚熟和晚熟葡萄品種成熟極為有利；7—8月葡萄新梢的生長(zhǎng)開始由旺盛轉(zhuǎn)為緩慢,漿果開始上色和成熟,根系達(dá)到全年生長(zhǎng)高峰,在涼溫地區(qū),溫度越高、葉片光合作用加強(qiáng),有利于糖份的積累和漿果干重的增加[1],當(dāng)日平均氣溫低于20℃時(shí),不利于漿果生長(zhǎng)及成熟[2]。

圖1 銀川4—9月平均氣溫累積距平 Fig.1 Accumulated deviation of average temperature from April to September in Yinchuan

表1為賀蘭山東麓各地主要生育期平均氣溫變化特征,可見,4—9月各地多年平均氣溫在18.9—19.3℃之間,1981年以來(lái)均有顯著上升趨勢(shì),趨勢(shì)系數(shù)在0.29—0.89℃/10a℃之間；都在1997年前后發(fā)生突變(如銀川,圖1),除賀蘭外,其他地區(qū)1997年之后的平均氣溫較之前升高幅度都在1℃以上,永寧達(dá)到1.8℃,各地有1—6a較常年偏高1℃以上(如銀川,圖2)。除賀蘭和銀川外,其他各地6月上升趨勢(shì)最大,9月最??；其中4月上升趨勢(shì)在0.60—0.92℃/10a之間,7、8月上升趨勢(shì)在0.23—0.89℃/10a之間。

由表1可見,大部分地區(qū)4月平均氣溫的上升對(duì)釀酒葡萄生育期氣溫的上升貢獻(xiàn)僅次于6月；研究也發(fā)現(xiàn),4月份平均氣溫總體雖然呈升高趨勢(shì),但氣溫波動(dòng)幅度增大。一般情況下,春季氣溫逐漸回升,T4月下旬>T4月中旬>T4月上旬>T3月下旬,下一旬比上一旬平均氣溫偏高幅度都在2—3℃。從歷年逐旬間氣溫變化看,大部分年份都會(huì)有下一旬比上一旬平均氣溫偏低的情況,但是1997年之前基本偏低幅度低于1.2℃,在1997年至2005年該偏低幅度低于0.9℃,而2005年以后基本都在2.4—4.0℃,由此影響葡萄放條和萌芽。如2006年,4月上旬賀蘭山東麓各地平均氣溫達(dá)13℃以上,較3月下旬高5.4—6.4℃,4月中旬則下降至10℃以下,較4月上旬低3.4—4.4℃,最低氣溫達(dá)-4.6—-3.8℃；由于前期氣溫回升快,釀酒葡萄放條、萌芽早,后期出現(xiàn)明顯降溫,即使溫度不低于0℃,也會(huì)影響正常生長(zhǎng)發(fā)育,加之又遭受霜凍,災(zāi)害更加嚴(yán)重,因此2006年4中旬釀酒葡萄大規(guī)模受凍[8]；再如2008年4月中旬,各地平均氣溫達(dá)14.7—16.4℃,較常年同期偏高1.6—3.5℃,之后迅速降溫,4月下旬日平均氣溫僅為8.3—10.0℃,較常年同期偏低2.9—4.8℃,盡管未達(dá)到霜凍,但導(dǎo)致已經(jīng)萌發(fā)的芽眼和嫩梢嚴(yán)重受凍[5]。

表1 賀蘭山東麓4—9月平均氣溫特征量

圖2 銀川4—9月平均氣溫年際變化Fig.2 Interannual variation of average temperature form April to September in Yinchuan

7—8月日平均氣溫低于20℃的天數(shù)整體呈減少趨勢(shì),但年際間變率增大；各地減少趨勢(shì)在1.2—3.3d/10a之間；1997年之后平均日數(shù)較之前減少了4.9—8.3 d,減少32%—53%,相對(duì)變率由之前的5.1%—6.8%增加到8.6%—11.8%。如圖3為銀川7—8月日平均氣溫低于20℃的日數(shù)年際變化,由圖可以看出,銀川7—8月份日平均氣溫低于20℃的天數(shù)減少趨勢(shì)為2.2d/10a,1997年前大部分年份在8 d以上,平均11.1 d,之后大部分年份在7 d以下,平均6.1 d,減少了5 d(45%)；相對(duì)變率由5.5%增加到9.5%,1997年之后,有3 a在13—16 d,位列前5高位,最少的5 a也出現(xiàn)在該時(shí)段。由此可見,氣候變暖的背景下7—8月不利氣象條件發(fā)生的可能性仍然較大。

圖3 銀川7—8月日平均氣溫<20℃日數(shù)年際變化Fig.3 Interannual variation of the days which average temperature <20℃ between July to August in Yinchuan

2.2 氣候變暖對(duì)活動(dòng)積溫的影響

不同品種釀酒葡萄對(duì)全年活動(dòng)積溫(≥10℃)的要求不同,中熟品種2900—3300℃,晚熟品種3300—3700℃,極晚熟品種3700℃以上[9]；李玉鼎等通過對(duì)賀蘭山東麓中晚熟品種釀酒葡萄的觀測(cè)研究得出,4—9月活動(dòng)積溫是賀蘭山東麓年份酒的決定因素之一,超過或接近3300℃的年份中晚熟品種釀酒葡萄的成熟度高或較高,葡萄酒的質(zhì)量也較好[1]。

表2為賀蘭山東麓各地全年活動(dòng)積溫、4—9月活動(dòng)積溫及穩(wěn)定通過10℃的初終日期變化特征,可見,隨著氣候變暖,賀蘭山東麓穩(wěn)定通過10℃的初日提前和終日推后,加之期間平均氣溫上升,致使活動(dòng)積溫明顯增加,全年活動(dòng)積溫增加趨勢(shì)103—241℃/10a,1997年之前各地平均活動(dòng)積溫在3229—3354℃,大部分年份較常年偏少,有5—11 a在3300℃以下；1997年之后每地每年都在3300℃以上,其中有6—11 a(占32%—58%)超過3700℃,最高達(dá)到3882—4261℃(如銀川,圖4a),各地平均積溫達(dá)3620—3730℃,較之前多266—485℃。各地4—9月活動(dòng)積溫增加趨勢(shì)81—189℃/10a,1997年之前,各地大部分年份不足3300℃,平均3136—3244℃,1997年之后平均活動(dòng)積溫達(dá)到3457—3527℃,較之前增加了213—372℃,永寧有4a不足3300℃,銀川每年都在3300℃以上(圖4b),其他各地僅有1—2a不足3300℃,較1997年明顯提高。由此可見,對(duì)于中晚熟釀酒葡萄,僅從活動(dòng)積溫來(lái)看,賀蘭山東麓氣候變暖不但可保障其全生育期對(duì)活動(dòng)積溫的需求,而且形成高質(zhì)量的釀酒葡萄的保證率可達(dá)89%以上。

表2 賀蘭山東麓各地活動(dòng)積溫及穩(wěn)定通過10℃的初終日變化趨勢(shì)

Table 2 Change trend of the active accumulated temperature and the beginning day and the ending day of the average temperature ≥10℃ in east foot of Helan mountain

地區(qū)Region惠農(nóng)平羅賀蘭銀川永寧青銅峽紅寺堡4—9月活動(dòng)積溫增加趨勢(shì)/(℃/10a)1238192150119189156Activeaccumulatedtempera-ture1997年之前平均積溫/℃3234324432133184318031363223fromApriltoSeptember1997年之后平均積溫/℃3490345734743519346335083527全年活動(dòng)積溫增加趨勢(shì)/(℃/10a)161103131192153241206Activeaccumulatedtempera-ture1997年之前平均積溫/℃3334335432993279327232293329throughouttheyear1997年之后平均積溫/℃36703620365537073642371437301997年后超過3700℃年份/a8671061111初日提前趨勢(shì)/(d/10a)2.92.91.63.22.62.63.5終日推后趨勢(shì)/(d/10a)3.62.44.03.93.34.53.5

圖4 銀川活動(dòng)積溫年際變化(a.年,b.4—9月)Fig.4 Interannual variation of the active accumulated temperature in Yinchuan(a.throughout the year；b.from April to September)

2.3 氣候變暖對(duì)無(wú)霜期的影響

無(wú)霜期為春季終霜和秋季初霜日期之間的長(zhǎng)度。無(wú)霜期長(zhǎng)度是葡萄成熟和植株?duì)I養(yǎng)積累、安全越冬的保證。無(wú)霜期過短,春天終霜使葡萄芽受凍,影響掛果；秋天迅速降低的溫度使葡萄植株合成碳水化合物的能力降低,同時(shí)也影響葡萄的成熟度,過早的霜降打落葉片,使其非自然脫落,減少糖在葡萄中的積累以及在多年生枝條內(nèi)的分配。釀酒葡萄對(duì)無(wú)霜期的要求中熟品種140—155 d,晚熟品種155—180 d,極晚熟品種180 d以上[9]。

隨著氣候變暖,各地春季終霜日期顯著提前,提前趨勢(shì)2.5—7.0d/10a,秋季初霜日期顯著推后,推后趨勢(shì)2.7—5.8d/10a,因此無(wú)霜期延長(zhǎng),且大部地區(qū)終霜日期的提前對(duì)無(wú)霜期的延長(zhǎng)貢獻(xiàn)大于初日推遲的貢獻(xiàn)。表3為賀蘭山東麓各地?zé)o霜期要素變化特征,由表可見,1997年之后,終霜日期由4月17—24日提前至4月8—19日,初霜日期由10月8—15日推遲至10月15—20日,無(wú)霜期延長(zhǎng)趨勢(shì)5.6—10.5d/10a。1981年以來(lái),各地每年無(wú)霜期都在140 d以上；1997年之后,平均無(wú)霜期達(dá)到186—194 d,較之前延長(zhǎng)12—22 d,除惠農(nóng)、銀川有1 a不足155 d外,其他地區(qū)155 d以上的年份達(dá)100%,其中各地有11—17 a(占58%—89%)在180 d以上,最長(zhǎng)達(dá)199—225 d；而在1997年之前,只有青銅峽每年都在155 d以上,其他地區(qū)有1—3 a在155 d以下,180 d以上的年份5—9 a(占31%—56%)(圖5)?？梢?氣候變暖使賀蘭山東麓釀酒葡萄晚熟品種對(duì)無(wú)霜期需求的滿足率有所提高。

3 氣候變暖對(duì)賀蘭山東麓釀酒葡萄低溫凍害的影響

3.1 越冬期凍害

冬季的根系凍害和春末夏初的晚霜凍凍害是寧夏賀蘭山東麓地區(qū)葡萄生產(chǎn)中的最大自然災(zāi)害,其中以根系凍害最為嚴(yán)重[10]。當(dāng)極端低溫較低且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),易發(fā)生根系凍害。由于寧夏賀蘭山東麓種植的釀酒葡萄冬季采取埋土越冬,歐亞種葡萄芽眼可以在-17—-15℃生存,但根系對(duì)低溫的耐受性很差,20 cm深度土層內(nèi)的根系極易受到傷害[5],在溫度達(dá)到-4.0℃后就會(huì)受凍死亡[8],美洲種比歐亞種對(duì)低溫的耐受性稍強(qiáng)。

3.1.1 -17℃以下日數(shù)變化特征

賀蘭山東麓各地冬季最低氣溫在-17℃以下總?cè)諗?shù)相差較大,惠農(nóng)最多(10.5 d),紅寺堡最少(4.3 d)(表4)。

表3 賀蘭山東麓無(wú)霜期要素

圖5 銀川無(wú)霜期年際變化Fig.5 Interannual variation of the frost-free period in Yinchuan

地區(qū)Region惠農(nóng)平羅賀蘭銀川永寧青銅峽紅寺堡-17℃以下多年平均低溫日數(shù)/dAveragedaystheminimumtemperaturebelow-17℃10.57.48.96.25.36.04.3極端最低氣溫Extrememinimumtemperature/℃-28.4-28.2-27.7-27.7-25.9-25.0-26.9極端最低氣溫增加趨勢(shì)/(℃/10a)Increasingtrendofextrememinimumtemperature0.00.20.30.90.70.80.71997年之后極端最低氣溫較之前升高/℃Differenceofextrememinimumtemperatureafterandbefore1997-0.30.30.71.51.31.81.320cm深度-4℃以下多年平均日數(shù)/dAveragedaysthetemperaturebelow-4℃atadepthof20cm4.56.12.83.23.63.71.11997年后20cm深度-4℃以下日數(shù)較之前減少/dDifferenceofdaysthetemperaturebelow-4℃atadepthof20cmafterandbefore1997-1.9-3.3-0.7-1.7-1.7-0.5-0.4

圖6 賀蘭冬季最低氣溫在-17℃以下總?cè)諗?shù)(a)及持續(xù)日數(shù)年際變化(b)Fig.6 Interannual variation of the days (a) and the sustained days (b) which the minimum temperature below -17℃ in Helan圖中橫坐標(biāo)1982為1981/1982年冬季,依次類推

總體變化趨勢(shì)也不盡相同,銀川和永寧減少趨勢(shì)較明顯,其他各地變化趨勢(shì)不明顯,但賀蘭、平羅1997年之后呈增加趨勢(shì),尤其2007/2008年冬季以來(lái)的8個(gè)冬季中有5 a較常年偏多,賀蘭2007/2008年冬季至2011/2012年冬季每年都在12—21 d,較常年偏多4.6—13.6 d,也是持續(xù)偏多最長(zhǎng)的時(shí)段(圖6a)。各地出現(xiàn)持續(xù)低于-17℃的頻率變化不大,日數(shù)呈減少趨勢(shì),但都未通過顯著性檢驗(yàn),雖然相對(duì)變率減小,但也會(huì)出現(xiàn)異常偏多的年份；如賀蘭,1997年以前出現(xiàn)持續(xù)低于-17℃的頻率為68.8%,之后為68.4%,持續(xù)日數(shù)以0.8d/10a的趨勢(shì)減少,其中2007/2008年冬季持續(xù)低溫日數(shù)和1984/1985年冬季、1992/1993年冬季并列為最多年,2002/2003年為第三多年(圖6b)。

3.1.2 極端最低氣溫變化特征

越冬期各地極端最低氣溫在-28.4—-25.0℃。從變化趨勢(shì)看,大部分地區(qū)有不顯著升高趨勢(shì),但高于-17℃的年份減少,尤其是2007/2008年冬季以來(lái)進(jìn)入相對(duì)偏低時(shí)段。由表4可見,各地增加幅度0.0—0.9℃/10a,惠農(nóng)極端最低氣溫升高趨勢(shì)非常小,但年際間變率增加最大,其次為平羅,惠農(nóng)和平羅在氣候變暖背景下多次出現(xiàn)異常低溫,如2007/2008年冬季惠農(nóng)極端最低氣溫(-27.6℃)創(chuàng)1981年以來(lái)極低值,1999/2000年(-26.0℃)、2001/2002年冬季分別為第二和第三低值(圖7)；1997后,惠農(nóng)平均極端最低氣溫較之前降低了0.3℃,平羅升高0.3℃；其他地區(qū)異常偏低年份減少,變率減小,年際間變化更加穩(wěn)定,1997年之后平均最低氣溫較之前升高0.7—1.8℃。

圖7 惠農(nóng)極端最低氣溫年際變化Fig.7 Interannual variation of the extreme minimum temperature in Huinong

3.1.3 20cm深度-4℃以下日數(shù)變化特征

由表4可見,越冬期各地20 cm深度-4℃以下日數(shù)多年平均值在1.1—6.1 d,紅寺堡最少,平羅最多。其中惠農(nóng)、賀蘭、平羅、銀川呈減少趨勢(shì),但沒通過顯著性檢驗(yàn),其他地區(qū)總體變化趨勢(shì)不明顯；各地1997年后平均日數(shù)較之前減少0.4—3.3 d,減少21%—44%。

3.2 春季霜凍害

賀蘭山東麓釀酒葡萄適宜放條期在日平均氣溫超過10℃[2],此時(shí)如遇霜凍,尤其驟然降溫引起的霜凍,災(zāi)害更加嚴(yán)重。統(tǒng)計(jì)分析賀蘭山東麓適宜放條期后霜凍的變化特征,結(jié)果表明,隨著氣候變暖,大部分地區(qū)適宜放條期后出現(xiàn)霜凍的年份及霜凍日數(shù)增多,霜凍過程的最低氣溫明顯降低,與前面分析的各要素不同,霜凍日數(shù)在2000年前后差異顯著。以釀酒葡萄主產(chǎn)區(qū)青銅峽為例(圖8),2000年后平均霜凍日數(shù)為2.4 d,最多年5 d,有6 a在4 d以上,僅有3 a未出現(xiàn)霜凍,霜凍過程的最低氣溫在-6.5—-0.3℃,平均-2.4℃；而在此之前霜凍日數(shù)平均1.5 d,最多年5 d,僅有2 a在4—5 d,有7a未出現(xiàn)霜凍,霜凍過程的最低氣溫在-5.7—-0.1℃,平均-1.7℃。

圖8 青銅峽適宜放條期后霜凍日數(shù)和最低氣溫Fig.8 Frost days the and minimum temperature after the appropriate time in spring in Qingtongxia

根據(jù)文獻(xiàn)[11],48 h內(nèi)日最低氣溫降溫幅度≥6℃但<8℃的冷空氣為中等強(qiáng)度冷空氣,降溫幅度≥8℃且日最低氣溫下降到8℃的冷空氣為強(qiáng)冷空氣。統(tǒng)計(jì)分析賀蘭山東麓各地適宜放條期后中等及以上并伴隨霜凍的冷空氣活動(dòng)變化特征。結(jié)果表明：隨著氣候變暖,中等強(qiáng)度及以上冷空氣的年份和次數(shù)增加,強(qiáng)度增強(qiáng),仍然在2000年前后差異顯著。如青銅峽(表5),2000年以前,出現(xiàn)中等強(qiáng)度及以上冷空氣的頻率為57.9%,年平均1.4次,平均降溫幅度8.6℃；出現(xiàn)強(qiáng)冷空氣的頻率為36.8%,年平均1.1次,平均降溫幅度9.5℃,10℃以上降溫有2次,最大降溫幅度11.7℃；而在2000年以后,出現(xiàn)中等強(qiáng)度及以上冷空氣的頻率為62.5%,年平均2.2次,平均降溫幅度9.0℃；出現(xiàn)強(qiáng)冷空氣的頻率為56.2%,年平均1.4次,平均降溫幅度9.9℃,其中10℃以上降溫次數(shù)有5次,最大降溫幅度達(dá)13.2℃(以上年平均次數(shù)均為出現(xiàn)年份的平均,未出現(xiàn)年份不計(jì)入)。

表5 青銅峽中等及以上強(qiáng)度冷空氣過程特征量

4 結(jié)果與討論

本文利用1981年以來(lái)寧夏賀蘭山東麓氣象資料,同時(shí)結(jié)合前人研究得出的釀酒葡萄氣候資源閾值,重點(diǎn)研究分析釀酒葡萄生育期及關(guān)鍵期平均氣溫、活動(dòng)積溫、無(wú)霜期等熱量資源及主要冷凍害變化的新特點(diǎn)。

(1)釀酒葡萄主要發(fā)育期4—9月各地各月平均氣溫顯著上升,1997年前后發(fā)生突變,突變后各地有1—6a偏高1℃以上；關(guān)鍵期4月平均氣溫的上升對(duì)發(fā)育期氣溫的上升貢獻(xiàn)僅次于6月,但波動(dòng)幅度增大,增加了釀酒葡萄遭受霜凍或強(qiáng)降溫危害的風(fēng)險(xiǎn)；7—8月漿果生長(zhǎng)和成熟期低溫事件發(fā)生的可能性仍然較大。

(2)氣候變暖使賀蘭山東麓各地活動(dòng)積溫顯著增加,對(duì)中晚熟品種的保證率達(dá)100%；4—9月3300℃的積溫保證率明顯提高,達(dá)89%以上；春季終霜日期和秋季初霜日期分別具有顯著提前和顯著推后趨勢(shì),無(wú)霜期延長(zhǎng),釀酒葡萄晚熟品種對(duì)無(wú)霜期需求的滿足率有所提高；各地分別有32%—58%和58%—89%的年份活動(dòng)積溫和無(wú)霜期可滿足極晚熟品種,因此可在活動(dòng)積溫保證率較高的地區(qū)實(shí)驗(yàn)性的種植極晚熟品種,日較差和充足的日照可能彌補(bǔ)有些年份活動(dòng)積溫的不足。

(3)銀川和永寧冬季-17℃以下日數(shù)呈減少趨勢(shì),其他地區(qū)總體變化趨勢(shì)不明顯,賀蘭和平羅1997年之后增加較明顯；出現(xiàn)持續(xù)低于-17℃的頻率變化不大,日數(shù)呈減少趨勢(shì)；極端最低氣溫雖然有升高趨勢(shì),但仍然低于-17℃,尤其惠農(nóng)和平羅多次出現(xiàn)氣溫異常低溫；惠農(nóng)、賀蘭、平羅、銀川20 cm深度-4℃以下日數(shù)呈減少趨勢(shì),但并不顯著性,其他地區(qū)總體變化趨勢(shì)不明顯；因此仍需警惕釀酒葡萄越冬期凍害的發(fā)生,埋土深度和質(zhì)量應(yīng)盡量保持原有水平。

(4)適宜放條期后出現(xiàn)霜凍的年份及霜凍日數(shù)增多,霜凍過程的最低氣溫明顯降低；出現(xiàn)伴隨霜凍的中等及以上冷空氣的頻率和次數(shù)增加,強(qiáng)度增強(qiáng)。在生產(chǎn)過程中需注意天氣變化,實(shí)時(shí)采取防霜措施減輕霜凍危害,或可推遲葡萄修剪延緩發(fā)芽,避免霜凍。

(5)不同品種對(duì)熱量資源需求及對(duì)氣候的適應(yīng)性不同,氣候變暖會(huì)使一些年份有些品種采摘期提前,因此需根據(jù)當(dāng)?shù)仄咸哑贩N及氣候條件,相應(yīng)采取適當(dāng)措施延長(zhǎng)葡萄生育期,如葡萄成熟前盡可能保留最大負(fù)荷的產(chǎn)量,果實(shí)開始成熟時(shí)去掉不希望保留的果穗,或增加葡萄行間距,降低葡萄高度減緩成熟速度,延長(zhǎng)生育期。

(6)氣候變暖對(duì)寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄生產(chǎn)有利有弊,氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)增大,在釀酒葡萄生育各關(guān)鍵期,仍需加強(qiáng)極端天氣氣候事件和氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和防范工作,減輕或避免氣候條件變化對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不利影響。

(7)影響釀酒葡萄健康生產(chǎn)的熱量資源還有采摘前一個(gè)月積溫、開花至成熟期最高氣溫、最熱月和最冷月平均氣溫等,秋季霜凍也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大影響,本文由于篇幅所限并未做統(tǒng)計(jì)分析,還有待于做進(jìn)一步分析。

[1] 李玉鼎, 張軍翔, 王戰(zhàn)斗, 蔡曉勤, 俞惠民, 馬永明, 王發(fā)清, 張國(guó)林. 寧夏賀蘭山東麓葡萄年份酒與氣候. 中外葡萄與葡萄酒, 2004, (2): 54- 57.

[2] 韓穎娟, 張磊, 衛(wèi)建國(guó), 曹寧, 段曉鳳, 楊云. 寧夏釀酒葡萄生育期氣象條件及管理措施綜述. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2011, 32(S1): 108- 112.

[3] Berger J L. 氣候變化對(duì)全球葡萄種植和葡萄酒釀造的影響. 中外葡萄與葡萄酒, 2008, (5): 61- 63.

[4] 李華, 火興三. 釀酒葡萄區(qū)劃熱量指標(biāo)的研究. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2006, 34(12): 69- 73.

[5] 李欣, 李玉鼎, 王國(guó)珍, 陳衛(wèi)平. 賀蘭山東麓釀酒葡萄栽培主要自然災(zāi)害及規(guī)避措施. 中外葡萄與葡萄酒, 2012, (1): 39- 41, 43- 43.

[6] 魏鳳英. 現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù). 北京: 氣象出版社, 1999: 69- 72.

[7] 王素艷, 霍志國(guó), 李世奎, 薛昌穎, 毛飛. 中國(guó)北方冬小麥的水分虧缺與氣候生產(chǎn)潛力——近40年來(lái)的動(dòng)態(tài)變化研究. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 2003, 12(1): 121- 130.

[8] 李風(fēng)琴, 王佳, 趙軍. 賀蘭山東麓釀酒葡萄綜合抗寒栽培技術(shù)研究. 北京農(nóng)業(yè), 2014, (33): 18- 19.

[9] 和碩縣. 釀酒葡萄的栽培技術(shù). (2008- 11-04). http://www.360doc.com/content/11/0214/13/5733955_92926561.shtml.

[10] 張亞紅, 馬非, 王文舉, 王振平. 寧夏賀蘭山東麓淡灰鈣土與風(fēng)沙土2種典型土質(zhì)對(duì)葡萄根系凍害的影響. 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究, 2008, 29(1): 7- 10.

[11] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 20484- 2006 冷空氣等級(jí). 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2006: 1- 2.

Impact of climate warming on heat resources and freezing injuries in wine grapes at the east foot of the Helan Mountains of Ningxia

WANG Suyan1,2,ZHENG Guangfen2,*,LI Xin1,YANG Jianling1,ZHANG Xiaoyu1,LI Jianping1,MA Liwen1

1KeyLaboratoryofMeteorologicalDisasterPreventingandReducinginNingxia,Yinchuan750002,China2NingxiaClimateCenter,Yinchuan750002,China

Using meteorological data collected from the east foot of the Helan Mountains of Ningxia since 1981, we analyzed the impact of climate warming on heat resources and freezing injuries in wine grapes. The results show that the average temperatures from April to September increased significantly during this period, with an abrupt climate warming trend beginning around 1997. Temperature anomalies were higher than 1℃ in some years after 1997. The trend of average temperatures in April, when wine grapes are in their bud germinating stage, increased rapidly, but there were also greater fluctuations, and the risk of frost or of strong cooling periods also increased. Low-temperature injury events were more likely to appear between July and August, which is the period during which wine grape berries grow and mature. With the active accumulated temperature above 10℃ increased significantly, the probability of mid- or late-maturation was 100%, and the probability of temperatures of 3300℃ (the critical value of high maturity and quality) between April and September improved. With the frost-free period was prolonged the probability of late-maturation increased; the accumulated temperatures and frost-free periods could result in extreme late-maturation trends in many years. The factors affecting low temperature freezing-disasters in winter had no distinct trend. As the number of sustained days at which the minimum temperature dropped below -17℃ (the freezing-disaster critical temperature) decreased, the extreme minimum temperature was raised, although it was still below -17℃, and the days at which the minimum temperature was lower than -4℃ at a depth of 20 cm decreased in Huinong, Helan, Pingluo, and Yinchuan. The frequency of frost appearing after the appropriate time in spring was also reduced, but the number of days with frost increased. Although the minimum temperature decreased, Both the years and days with frost appearing after the appropriate time in spring increased. Climate warming has both advantages and disadvantages for wine grapes, and different cultivars adapt to these effects differently. Thus, there is still a need to increase monitoring of temperature and to prevent extreme climate events and meteorological disasters during the key periods of wine grape development in order to reduce or avoid the negative effects of climate change on wine grapes.

climate warming; east foot of Helan Mountain of Ningxia; wine grapes; heat resources; freezing injury; climate impact

中國(guó)氣象局氣候變化專項(xiàng)(CCSF201511)；寧夏科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013ZYN245)

2016- 04- 18; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2017- 02- 22

10.5846/stxb201604180721

*通訊作者Correspondingauthor.E-mail:ych_zgf@163.com

王素艷,鄭廣芬,李欣,楊建玲,張曉煜,李劍萍,馬力文.氣候變暖對(duì)賀蘭山東麓釀酒葡萄熱量資源及冷凍害的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(11):3776- 3786.

Wang S Y,Zheng G F,Li X,Yang J L,Zhang X Y,Li J P,Ma L W.Impact of climate warming on heat resources and freezing injuries in wine grapes at the east foot of the Helan Mountains of Ningxia.Acta Ecologica Sinica,2017,37(11):3776- 3786.