賀蘭山東麓銀川地區釀酒葡萄農業氣候資源對氣候變化的響應*

王 靜 ，張曉煜※，李紅英， 張 磊， 馬國飛，衛建國

(1.寧夏氣象防災減災重點實驗室，銀川 750002； 2.中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，寧夏銀川 750002； 3.寧夏氣象科學研究所，銀川 750002)

·資源利用·

賀蘭山東麓銀川地區釀酒葡萄農業氣候資源對氣候變化的響應*

王 靜1， 2， 3，張曉煜1， 2， 3※，李紅英1， 2， 3， 張 磊1， 2， 3， 馬國飛1， 2， 3，衛建國1， 2， 3

(1.寧夏氣象防災減災重點實驗室，銀川 750002； 2.中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，寧夏銀川 750002； 3.寧夏氣象科學研究所，銀川 750002)

目的為合理利用農業氣候資源，主動適應氣候變化提供依據。方法基于寧夏銀川地區1961～2015年地面氣象觀測資料，明確了釀酒葡萄生長季內主要農業氣候資源、影響釀酒葡萄品質的主要農業氣候因子及主要農業氣象災害的演變特征。結果近55年銀川日平均氣溫穩定通過10℃起始時間提前，結束時間顯著推遲，日平均氣溫穩定通過10℃持續時間顯著增加，每10年分別增加97.6℃和2.6d，尤其是1995年后積溫出現了明顯增加。近55年釀酒葡萄適宜的放條出土時間提前，可能的生長季呈顯著延長趨勢，生長季內熱量資源顯著增加。近55年釀酒葡萄全生育期內日照時數呈顯著減少趨勢，生育期內日較差均呈不顯著的減少趨勢，但在釀酒葡萄適宜生長范圍內。最熱月(7～8月)平均氣溫顯著增加，每10年增加0.28℃，不利于釀酒葡萄優良品質的形成。釀酒葡萄采收前1個月(9月)降水量及降水日數表現為增加趨勢，對品質形成不利。不同級別霜凍及越冬凍害發生頻率有所減少。結論熱量資源增加為晚熟品種的成熟提供了保證，但是霜凍及越冬凍害依然不容忽視。

釀酒葡萄 氣候變化 農業氣候資源 農業氣象災害 賀蘭山東麓

0 引言

氣候變化已經導致了我國農業氣候資源時空格局的顯著變化[1]，進而影響到作物物候期[2]、種植界限[3]、農業氣象災害[4]、病蟲害[5-6]等各個方面。氣候變化對釀酒葡萄布局和酒種變化也有深遠影響[7]。氣候變化背景下，我國適宜釀酒葡萄栽培的面積不斷向北擴大[7]，釀酒葡萄含糖量有上升趨勢，而含酸量有下降的趨勢[8]。因此了解釀酒葡萄全生育期農業氣候資源的變化特征是研究氣候變化對釀酒葡萄產業影響的基礎。目前關于寧夏農業氣候資源的分析前人已有一些研究，包括年平均氣溫、年降水量、積溫、無霜期[9]、需水量[10]等，針對作物生育期內的農業氣候資源的分析卻很少。而影響釀酒葡萄生長的主要農業氣候因子卻不同于其他作物，日平均氣溫穩定通過10℃的起始日期決定著出土放條時間的早晚， 7～8月的平均氣溫、≥10℃積溫及葡萄成熟期(9月)的降水是影響賀蘭山東麓地區葡萄成熟度的主要因子，也是決定葡萄酒質量的主要因素[11-13]。生育期內日照時數及日較差等都是良好品質形成的關鍵因子。晚霜凍、越冬期凍害及是限制研究區域釀酒葡萄發展的主要農業氣象災害，而目前專門針對這些影響釀酒葡萄的主要農業氣候因子及限制研究區域內釀酒葡萄生長的主要農業氣象災害的演變特征卻少見報道。因此文章擬以賀蘭山東麓釀酒葡萄產區中的銀川地區為研究區域，明確生長季內影響釀酒葡萄的主要氣象因子對氣候變化的響應程度，分析氣候變化背景下銀川地區釀酒葡萄主要農業氣象災害的變化規律，以主動應對災害發生，適應氣候變化。保障賀蘭山東麓地區釀酒葡萄的主導地位，充分發揮賀蘭山東麓地區釀酒葡萄的品質優勢，保證穩產優質的釀酒葡萄生長，保障農民收入。

1 研究地概況

賀蘭山東麓地區氣候干燥涼爽、晝夜溫差大、光照充足、病蟲害少，土壤類型為淡灰鈣土、風沙土且有黃河水灌溉之利，葡萄種植歷史悠久。其獨特的氣候、土壤條件使其成為世界公認的優質釀酒葡萄最佳生態區之一，是種植釀酒葡萄最富活力和生產高端葡萄酒最具潛力的產區之一，是我國第3個獲得葡萄酒原產地保護認證的產區[14]。截止2015年底，賀蘭山東麓地區釀酒葡萄已發展到3.5萬hm2，逐步形成了以青銅峽市、銀川市、紅寺堡區、石嘴山市四大葡萄產區的賀蘭山東麓釀酒葡萄產業帶。其中銀川產區釀酒葡萄種植面積占全區的26%，單位面積產量和產值居4個區域之首[15]， 2015年銀川產區9個酒莊進入寧夏十大五級列級酒莊。

2 材料和方法

2.1 數據來源

該研究所用銀川站1961～2015年逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數等來源于寧夏氣象信息中心。其中2005年銀川站進行了一次遷站，但數據經過檢驗具有均一性，可用于開展氣候變化研究[16]。

2.2 研究方法

2.2.1 活動積溫計算

采用五日滑動平均法求算穩定通過界限溫度的起止日期并計算活動積溫[17]，以下積溫若不特別說明均指活動積溫。

2.2.2 氣候傾向率

用xi表示樣本量為n的某一氣候變量，用ti表示xi所對應的時間，建立xi和ti之間的一元線性回歸方程：

xi=a+btii=1， 2，……n

(1)

式(1)中，a為截距，b為回歸系數，a和b可以用最小二乘法估計[18]。b的10倍為氣候傾向率。氣候傾向率大于零說明隨時間變化氣候變量增加，氣候傾向率小于零說明隨時間變化氣候變量減少。氣候要素變化趨勢在95%和99%的信度水平用Student的t-test 檢驗。

2.2.3 越冬凍害指標

冬季休眠期間，歐亞種品種的成熟枝芽一般只能忍受約-15℃的低溫，根系只能抵抗-6℃左右的低溫[19]。-18℃是葡萄芽眼受凍的臨界溫度[20]，綜合寧夏歷史上冬季多次凍害調查報告[20-25]該研究將冬季日最低氣溫低于-18℃日數作為釀酒葡萄遭受凍害的指標。因為越冬期涉及跨年，為避免歧義將上年的12月和翌年1～2月表示為上年冬季。

2.2.4 霜凍指標

葡萄的蕾期(著色)和開花期只能耐-0.6℃低溫，結實期能耐-1.1℃低溫[26]。4月中下旬一般為釀酒葡萄放條-萌芽期，因此統計4月10日至6月15日期間不同程度晚霜凍發生頻次。釀酒葡萄霜凍的氣候指標為：輕霜凍，-1 ℃

3 結果

3.1 熱量資源

3.1.1 日平均氣溫穩定通過10℃的起止時間及持續時間

寧夏釀酒葡萄冬季需要埋土越冬，翌年春季日平均氣溫穩定通過10℃時釀酒葡萄開始萌芽[27]。因此日平均氣溫穩定通過10℃起始時間可很好的表征釀酒葡萄適宜放條的時間。1961～2015年銀川穩定通過10℃起始時間平均為4月16日，最早為3月23日(出現在2014年)，最晚為5月5日(1994年)。近55年呈提前趨勢，每10年提前0.94d(圖1)。從年代際變化來看，近15年來起始日期平均為4月12日，比20世紀80年代和90年代平均日期提前了6d和4d，說明近55年銀川地區適宜的放條時間呈提前趨勢，增加了葡萄遭受霜凍的風險。尤其是近15年來適宜放條的時間比20世紀80年代和90年代明顯提前。

1961～2015年銀川日平均氣溫穩定通過10℃結束時間呈顯著推遲趨勢(a<0.05)，每10年推遲1.7d。從年代際來看， 20世紀60年代和90年代穩定通過10℃的結束日期平均值最早為10月5日，近15年來日平均氣溫穩定通過10℃結束日期最晚，平均值為10月15日，比20世紀90年代的均值推遲了10d。穩定通過10℃結束時間推遲的趨勢大于提前的趨勢。

1961～2015年銀川地區日平均氣溫穩定通過10℃的持續日數平均為177.3d，最短為150d(1994年)，最長為210d(2009年)。近55年銀川日平均氣溫穩定通過10℃起始時間表現為提前，結束時間呈顯著推遲趨勢(a<0.05)，導致≥10℃日平均氣溫穩定通過10℃的持續日數呈顯著延遲趨勢(a<0.01)，每10年延長2.6d(圖1)，說明銀川地區釀酒葡萄的可能生長季表現為顯著延長趨勢。從年代際來看，20世紀90年代≥10℃積溫持續時間平均值是所有年代中最短為172.4d，而21世紀以來≥10℃積溫持續時間平均為186.1d，遠大于過去的任何1個年代。

3.1.2 ≥10℃積溫

≥10℃積是影響釀酒葡萄成熟度及葡萄酒質量的重要因素，賀蘭山東麓地區≥10℃在3 300℃以上的年份葡萄的成熟度及葡萄酒的質量較好[12]。1961～2015年銀川≥10℃積溫在3 004.6℃·d～4 014.3℃·d之間，平均為3 421.0℃·d， 80%保證率下的積溫為3 238.9℃·d。過去55年呈極顯著增加趨勢(a<0.01)，增加速度為97.6℃·(10年)-1(圖1)。從年代際來看，銀川≥10℃積溫20世紀60年代、70年代、80年代和90年代的平均值分別為3 300.4℃·d、3 297.5℃·d、3 300.3℃·d、3 354.7℃·d，而21世紀以來的近15年平均為3 708.6℃·d，且所有年份均大于近55年的平均值3 421.0℃·d，主要是因為≥10℃積溫在1995年后出現了明顯增加， 85%以上的年份均大于3 500℃·d。≥10℃積溫的增加主要是因為日平均氣溫穩定通過10℃起始時間的提前和結束日期的推后。

圖1 1961～2015年銀川平均氣溫穩定通過10℃起始日期、結束日期、持續時間及≥10℃積溫變化特征

圖2 1961～2015年銀川地區釀酒葡萄7～8月平均氣溫、全生育期日較差、降水量及日照時數變化特征

3.1.3 最熱月(7～8月)平均氣溫

影響釀酒葡萄品質形成的關鍵時期是7～8月(幼果膨大-果實著色期)，這一時期的氣象條件對葡萄的品質有決定作用[28]。國際上有關規定7～8月氣候相對比較冷涼， 7月平均氣溫小于25℃，使色素和芳香類物質發育良好[29]。1961～2015年銀川地區7～8月平均氣溫在20.9～24.7℃之間，平均為22.8℃。近55年7～8月平均氣溫呈極顯著增加趨勢(a<0.01)，每10年增加0.28℃(圖2)。從年代際來看，也是21世紀以來的近15年7～8月平均氣溫是所有年代里最高為23.6℃，比20世紀90年代高0.9℃。

3.1.4 日較差

較高的氣溫日較差，有利于釀酒葡萄糖分的積累。1961～2015年銀川地區釀酒葡萄生育期內日較差在11.4～14.5℃之間，平均為12.9℃。近50年釀酒葡萄生育期內日較差呈不顯著的降低趨勢，氣候傾向率為-0.1℃·(10年)-1(圖2)。主要是因為全生育最低氣溫的增加趨勢大于最高氣溫的增加趨勢。從年代際來看，日較差20世紀70年代平均值最高為13.1℃。21世紀以來較小，平均值為12.5℃。尤其是2005年以來的所有年份均小于近50年的平均值12.9℃。

3.2 全生育期降水量變化特征

1961～2015年研究區域釀酒葡萄全生育期內降水量在73.1～334.6mm之間，平均為176.7mm。最低值出現在2005年。近55年呈減少趨勢，減少趨勢不顯著，每10年降低0.68mm(圖2)。20世紀60年代、70年代和21世紀以來平均值都為181mm， 80年代和90年代的平均值為165.4mm和168.7mm。

3.3 全生育期日照時數變化特征

日照時數對花芽形成、果實著色、良好的品質形成及產量都有影響[30]。1961～2015年銀川地區釀酒葡萄全生育期內日照時數在1 621.8～2 153.7h之間，平均為1 839.1h。近55年呈顯著降低趨勢(a<0.05)，氣候傾向率為-22.8h·(10年)(圖2)。從年代際來看， 20世紀70年代全生育期內日照時數最高，平均為1 916.7h， 21世紀以來生育期內日照時數平均值最低為1 796.5℃。21世紀以來的15年中70%的年份生育期內日照時數小于近50年平均值。

3.4 主要農業氣象災害變化特征

3.4.1 霜凍

晚霜凍是限制賀蘭山東麓釀酒葡萄生產的主要農業氣象災害之一，晚霜凍發生時釀酒葡萄正處于萌芽-新稍生長期，極易遭受凍害。1961～2010年銀川地區釀酒葡萄霜凍日數在0～11d之間，平均為2.5/年。近55年呈極顯著的降低趨勢(p<0.01)，每10年降低0.54d。近55年僅有15%的年份未發生霜凍(圖3)。1961～2015年銀川地區釀酒葡萄輕度霜凍日數為0～3d，平均為0.9d，近55為減少趨勢，每10年減少0.07d。中度霜凍日數近55年在0～4d之間，平均為0.7d，近55年呈極顯著降低趨勢(p<0.01)，每10年降低0.24d。1961～2015年重度霜凍日數平均為1d，近55年呈顯著降低趨勢(p<0.05)。

表1為不同等級霜凍害發生頻率的年代際變化，如表所示：近55年銀川地區霜凍發生的頻率大約為0.4年1次(1年2次)，其中輕度霜凍和重度霜凍發生的頻率為1年1次，而中度霜凍發生的頻率相對較低為1.5年1次(3年2次)。從年代際來看，輕度霜凍發生的頻率20世紀70年代最高為0.8年1次， 21世紀以來發生的頻率最低為1.5年1次。而中度霜凍發生的頻率則從20世紀60年代的0.8年1次降低至5年1次。重度霜凍發生的頻率20世紀70年代最高為0.5年1次，而到21世紀之后發生頻率降低到2年1次。

表1 銀川地區釀酒葡萄不同等級霜凍發生頻率的年代際變化特征 年/次

3.4.2 越冬凍害

釀酒葡萄越冬期凍害是賀蘭山東麓釀酒葡萄僅次于霜凍的農業氣象災害之一，嚴重制約著賀蘭山東麓釀酒葡萄的生產。基本上是3年1小凍， 5年1大凍， 10年左右1次特大[22]。該研究用冬季日最低氣溫≤-18℃日數表征越冬凍害。1961～2015年日最低氣溫≤-18℃日數平均為7.1℃， 1968年最多為38d。近55年呈極顯著減少趨勢(a<0.01)，每10年減少2.17d(圖3)。從年代際來看， 20世紀60年代和70年代日最低氣溫≤18℃日數較高，平均值分別為13.1d和10.0d，而20世紀80年代和90年代平均值分別為6.5d和4.2d， 21世紀以來的近15年平均僅3.4d。若將日最低氣溫≤-18℃日數≥10d認為是發生了較嚴重的凍害，則可以看出20世紀60年代、70年代、80年代嚴重凍害發生的頻率分別為1年1次、2年1次和3年1次，而20世紀90年代發生的頻率為10年1次，而21世紀以來為8年1次，較20世紀90年代有所增加。

3.4.3 釀酒葡萄成熟采收期(9月)降水量

果實成熟期降水過多不僅引起裂果和果實病害，也不利于糖分的積累對釀酒葡萄品質影響很大。研究表明賀蘭山東麓地區葡萄酒的品質與葡萄采收前一個月的雨量呈顯著負相關[11-13]。如2015年9月銀川地區降水量達98.7mm，對釀酒葡萄優良品質的形成影響很大。圖3為銀川地區1961～2015年釀酒葡萄采收前1個月(9月)降水量及降水日數變化圖。1961～2015年銀川地區9月降水量在1～98.7mm之間，平均為26.2mm。最大值出現在2015年為98.7mm。近50年呈增加趨勢，每10年增加2.8mm。21世紀以來的15年平均值為36.9mm，比90年代多17.9mm。9月降水日數在1～13d之間，平均為6.6d，近55年呈增加趨勢， 21世紀以來降水日數平均為8.3d，比20世紀80年代和90年代多3.3d。

圖3 1961～2015年銀川地區釀酒葡萄霜凍日數、日最低氣溫≤-18℃日數、9月降水量及降水日數變化特征

4 結論與討論

(1)在寧夏釀酒葡萄可種植區內，≥10℃積溫2 800～3 100℃·d適合早熟品種， 3 100～3 300℃·d適合中熟品種， 3 300℃以上適合晚熟品種[31]。銀川地區≥10℃積溫呈極顯著增加趨勢，且≥10℃積溫在1995年后出現了明顯增加， 85%以上的年份均大于3 500℃·d。≥10℃積溫的增加提高了晚熟品種的成熟度及優質品質形成的保證率，有利于品種多樣化，且銀川地區因日較差大，出現積溫增值現象[30-31]，但是在氣候變暖背景下種植極晚熟品種后遭受霜凍的風險依然不容忽視。因賀蘭山東麓地區地形復雜，葡萄小氣候環境差異較大，建議根據具體的小氣候條件種植不同熟性品種，增加品種的多樣性，降低霜凍造成的風險。

(2)銀川地區最熱月7～8月平均氣溫近55年呈增加趨勢，尤其是21世紀以來的近15年7～8月平均氣溫平均值上升到了23.6℃，夏季暖和而不過熱，最熱月平均氣溫約為20℃(白葡萄酒產區)或略高于20℃(紅葡萄酒產區)，是生產葡萄酒的理想氣候[13]。修德仁等[32]研究表明選擇干紅酒用葡萄基地的主要氣象指標為7～9月的月平均溫度累計不超過66℃，或月平均溫度不超過22℃。銀川地區最熱月平均氣溫的增加不利于釀酒葡萄優良品質的影響。

(3)近50年研究區域釀酒葡萄生育期內日較差呈不顯著，并不能成為限制釀酒葡萄生產的氣候因子。釀酒葡萄全生育期內日照時數近50年呈顯著減低趨勢，但是遠大于釀酒葡萄適宜的日照時數1 250h，對釀酒葡萄品質形成無較大影響。研究區域內釀酒葡萄生育期內降水呈不顯著降低趨勢，由于研究區域有灌溉條件，釀酒葡萄生育期內降水量的減少對釀酒葡萄的生長并無較大影響，但是增加了黃河灌溉的壓力。需根據各地降水分布狀況因地制宜大力發展節水灌溉技術，研究最優灌溉時間和灌溉量，提高水分利用效率，緩解水資源供需矛盾。

(4)修德仁等研究表明釀酒葡萄果實成熟期降雨不超過100mm或旬降雨不超過30mm[32]，賀蘭山東麓地區釀酒葡萄成熟采摘前(9月)降雨量少于50mm、旬降雨量少于30mm的年份葡萄成熟度和葡萄酒的質量較好[11-12]。寧夏處于干旱區果實采收期最適宜降水量<10mm為宜[31]。近55年中有18%的年份降水量小于10mm， 61%的年份9月降水量在10～30mm之間， 38%的年份大于了30mm。研究地區釀酒葡萄成熟采收期降水量及降水日數的增加對釀酒葡萄優良品質的形成有一定不利影響，尤其是極端的降水往往會大幅降低葡萄酒的品質。

(5)賀蘭山東麓葡萄栽培已有1 000多年的歷史，基本以分散種植為主。釀酒葡萄產業卻始于20世紀80年代初期[15]。文獻記錄1981～2011年共發生了6次凍害[20-25]，分別為1982、1991、1999、2002、2008， 2009年。根據該研究分析這6年銀川地區≤-18℃出現的日數分別為8d、4d、7d、14d、17d和2d。2009年≤-18℃出現的日數為2d， 2009年的凍害是因為11月的連續大雪加之冬灌溉過遲地面提前凍結影響了埋土質量[25]。說明日最低氣溫≤-18℃日數基本能反應越冬凍害的發生程度，但是更加精細化的凍害指標仍需進一步研究。

(6)銀川地區晚霜凍發生的頻率大約為1年2次，近55年不同級別晚霜凍發生頻率均為降低趨勢。但是釀酒葡萄適宜放條時間的提前增加了葡萄遭受霜凍的風險。盡管如此仍需重視晚霜凍防御工作，在預報有霜凍時采取灌水熏煙等防御措施減少霜凍損失。近55年釀酒葡萄越冬期凍害呈減少趨勢。嚴重凍害發生的頻率20世紀80年代之前比較高，20世紀90年代嚴重凍害發生的頻率降低為10年1次， 21世紀以來嚴重凍害發生的頻率增加為8年1次，在氣候變暖背景下，極端天氣事件增多，嚴重凍害仍然會發生，因此葡萄冬季抗寒防凍是一個長期且不容松懈的工作，研究釀酒葡萄越冬凍害的發生機理，發展釀酒葡萄防凍栽培技術，提高果園管理水平，有效降低凍害造成的損失是未來研究的重點。

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RESPONSEOFAGRICULTURALCLIMATERESOURCESTOCLIMATECHANGEINWINEGRAPEPRODUCTIONAREAOFYINCHUANINTHEEASTOFHELANMOUNTAIN*

WangJing1， 2，3，ZhangXiaoyu1， 2，3※，LiHongying1， 2，3，ZhangLei1， 2，3，MaGuofei1， 2，3，WeiJianguo1， 2，3

(1. Ningxia Key Lab for Meteorological Disaster Prevention and Reduction, Yinchuan 750002, China;2. Key Laboratory of Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions, CMA, Yinchuan，Ningxia 750002, China;3. Ningxia Meteorological Science Institute, Yinchuan 750002, China)

Based on the 1961～2015 meteorological data from Yinchuan of Ningxia autonomous region, this paper analyzed the change characteristics of the agricultural climate resources and agricultural climate factors that influenced on the quality of wine grapes and agro-meteorological disaster during the growth period of wine grape．The results revealed that the initial data of the average daily temperature over 10℃ showed a slight forward tendency and the closing time of the average daily temperature over 10℃ showed a significant delay tendency, ≥10℃ thermal time and the duration of the average daily temperature over 10℃ showed a significant increase trend, with the increment 97.6℃ and 2.6d per 10 years. The suitable unearthed time showed a slight forward tendency during the past 55 years in Yinchuan. The growing season and heat resources during growing season of wine grape showed a significant increase trend. Sunshine time showed a high decrease trend during growing season of wine grape, precipitation and diurnal temperature range showed a slight decrease trend during growing season of wine grape. The average temperature in last July to August increased 0.28℃per 10 years, which was harmful for forming excellent quality. The precipitation and precipitation days during September showed an increase trend that was not good for forming excellent quality. The frequency of different levels frost and injury winter freeze injury showed an increase trend.

wine grape; agricultural climate resources; agro-meteorological disaster; change characteristics; east of Helan mountain

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170917

2016-07-05

王靜(1987—)，女，寧夏石嘴山人，碩士、工程師。研究方向：氣候資源利用與農業氣象災害 ※通訊作者：張曉煜(1968—)，男，寧夏石嘴山人，博士、正研級高級工程師，研究方向：氣候資源利用與農業氣象災害。Email：zhangxy_net@163.com *資助項目：中國氣象局氣候變化專項“氣候變化對賀蘭山東麓釀酒葡萄的影響評估”(CCSF201511)；國家自然科學基金項目“釀酒葡萄越冬凍害形成機理研究”(41675114)

S663.1

A

1005-9121[2017]09122-08