梔子花期低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究*
——以湖北蘄春為例

劉志雄，王旺來(lái)

(1.武漢區(qū)域氣候中心，湖北武漢 430070； 2蘄春縣氣象局,湖北黃岡 436300)

0 引言

梔子為我國(guó)傳統(tǒng)常用中藥材，具有瀉火除煩，清熱利尿，涼血解毒的功效[1]，是生產(chǎn)“安宮牛黃丸”“安宮牛黃散”“龍膽瀉肝丸”“牛黃上清丸”等中成藥的重要原料[2]，也是天然色素的良好原料[3]，被廣泛用于食品、飲料、醫(yī)藥、化妝品等[4]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)梔子的需求量迅速增加[2-3]。

蘄春縣位于湖北省東陲，大別山南麓，屬低山丘陵縣，地跨東經(jīng)115°12′～115°55′，北緯29°59′～30°41′之間，屬亞熱帶大陸季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，氣候溫和，歷年平均無(wú)霜期249.1d，降水量1 341.7mm，日照時(shí)數(shù)2 025.8h，氣溫16.8℃。蘄春是醫(yī)圣李時(shí)珍故里，素有“華夏中藥谷、東方養(yǎng)生城”的美譽(yù)[5]。梔子作為蘄春縣的優(yōu)質(zhì)中藥材之一，目前已經(jīng)形成了蘄州、赤東、管窯、漕河、彭思、橫車(chē)、劉河、株林等8鎮(zhèn)相連的種植板塊，種植面積累計(jì)達(dá)2 000hm2，產(chǎn)量9 000t、產(chǎn)值8 000多萬(wàn)元，對(duì)提高蘄春縣農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)發(fā)展后勁、建立農(nóng)民增收的長(zhǎng)效機(jī)制具有重要的意義[6]。然而，梔子要求溫暖濕潤(rùn)的氣候環(huán)境。蘄春梔子一般3～4月發(fā)新葉抽枝， 5月始陸續(xù)開(kāi)花，花期主要為5月上中旬，花謝期有落花落果，果實(shí)至8月已經(jīng)完全膨大， 10～11月成熟。5月進(jìn)入開(kāi)花期后對(duì)低溫特別敏感，低溫冷害為梔子生產(chǎn)中的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。因此，開(kāi)展蘄春縣梔子花期低溫凍害風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)梔子種植有重要的參考價(jià)值。

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)的重要依據(jù)，越來(lái)越多地引起國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)注[7-14]，但未見(jiàn)梔子低溫冷害指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方面的研究。該文利用蘄春梔子歷年產(chǎn)量資料確定不同等級(jí)冷害指標(biāo)并開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，對(duì)開(kāi)展梔子低溫冷害預(yù)警等氣象服務(wù)及蘄春梔子種植板塊建設(shè)具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

1959～2011年5月1～20日蘄春氣象站逐日平均氣溫、最低氣溫，來(lái)自湖北省信息與技術(shù)保障中心檔案館； 數(shù)字高程數(shù)據(jù)為湖北省1： 25萬(wàn)DEM數(shù)據(jù)； 1999年以來(lái)?xiàng)d子產(chǎn)量資料來(lái)自蘄春縣農(nóng)業(yè)局。

1.2 氣象數(shù)據(jù)處理

蘄春縣為丘陵山區(qū)縣，地處大別山南麓，境內(nèi)海拔高度12～1 244.1m，全縣只有一個(gè)常規(guī)氣象觀測(cè)站，海拔35.1m，其觀測(cè)資料難以代表全縣氣候。根據(jù)“亞熱帶東部丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源及其合理利用研究”課題組的觀測(cè)和研究[15]，大別山南麓5月的最低氣溫和平均氣溫隨高度呈線性遞減規(guī)律，遞減率分別為0.005 51 ℃/m和0.004 13℃/m。蘄春縣每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)1959～2011年5月1～20日逐日最低溫度和平均氣溫可用下式計(jì)算。

Ti，j=T0-(Hi，j-H0)×γ

(1)

式(1)中，Ti，j為處于 i行 j列的網(wǎng)格點(diǎn)某一天的最低溫度或平均氣溫；Hi，j為該網(wǎng)格點(diǎn)的海拔高度；T0為蘄春站某一天的最低氣溫或平均氣溫；H0為蘄春站的海拔高度；γ為每年5月最低氣溫和平均氣溫的垂直遞減率。網(wǎng)格分辨率與1： 25萬(wàn)的數(shù)字地形模型分辨率相同。

1.3 產(chǎn)量數(shù)據(jù)處理

根據(jù)梔子低溫冷害指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，篩選出低溫冷害年，選擇其中冷害最輕的年份，以略高于受災(zāi)最輕年份的產(chǎn)量為參考產(chǎn)量Y0，計(jì)算低溫?fù)p失率。

(2)

式(2)中，Y為實(shí)際產(chǎn)量，Y0取為7 650kg/hm2。

1.4 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法

首先定義梔子低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)K，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)K由低溫冷害發(fā)生頻率及可能造成的損失構(gòu)建，表達(dá)式如下：

(3)

式(3)中，n=1， 2， 3， 4為冷害級(jí)數(shù)，Pi為第i級(jí)冷害發(fā)生概率，Qi為第i級(jí)冷害對(duì)應(yīng)的平均減產(chǎn)率，分別取5%、10%、30%、50%;風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)K實(shí)為梔子冷害的期望損失。根據(jù)推算的蘄春縣各網(wǎng)格點(diǎn)平均氣溫或最低氣溫，結(jié)合梔子花期低溫冷害指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)不同等級(jí)低溫冷害概率，計(jì)算各網(wǎng)格點(diǎn)K值，以15%、20%、30%為閾值，將K<15%劃為輕度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，表示期望損失15%以下； K介于15%～20%，為中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，表示期望損失15%～20%； K介于20%～30%為重度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，表示期望損失20%～30%； K>30%為嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，表示期望損失30%以上。

2 結(jié)果分析

2.1 典型低溫冷害年的確定

根據(jù)生產(chǎn)調(diào)查，梔子花蕾形成期如遇連續(xù)3d平均日平均氣溫<20℃或最低氣溫小于10℃低溫，結(jié)實(shí)率將受到一定影響。1999～2010年蘄春縣梔子花期出現(xiàn)連續(xù)3d平均日平均氣溫<20℃或最低氣溫小于10℃低溫冷害的年份為2002年、2003年、2004年、2006年、2010年。以上典型低溫冷害年梔子產(chǎn)量、產(chǎn)量損失率、低溫持續(xù)日數(shù)、低溫期間日平均氣溫<20℃累積危害積溫、極端最低氣溫、最大降溫幅度等如表1。由表1分析可知， 2002年低溫持續(xù)日數(shù)最長(zhǎng)、日平均氣溫<20℃累積危害積溫最多，產(chǎn)量損失最嚴(yán)重； 2010年低溫期間日平均氣溫<20℃累積危害積溫最少，極端最低氣溫最高，產(chǎn)量損失最輕。產(chǎn)量損失率與低溫期間日平均氣溫<20℃累積危害積溫呈線性關(guān)系，低溫期間日平均氣溫<20℃累積危害積溫越多，產(chǎn)量損失率越大。通過(guò)回歸分析，可得災(zāi)年梔子產(chǎn)量損失率(Y)與低溫期間日平均氣溫<20℃累積危害積溫(T<20)呈顯著線性關(guān)系，回歸關(guān)系式為Y=1.546 6 ×(T<20)-5.877 8，R2=0.917 4。

表1 2002～2010年受害年份產(chǎn)量及相關(guān)氣象要素統(tǒng)計(jì)值

年份產(chǎn)量(kg/hm2)損失率(%)持續(xù)日數(shù)<20℃累積危害積溫(℃)極端最低氣溫(℃)最大降溫幅度(℃)2002574524.9518.912.04.0200373803.546.014.02.82004675011.8311.19.54.9200674252.938.812.86.0201075900.832.616.73.3

表2 梔子冷害等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)劃分

災(zāi)害等級(jí)輕中重特重?fù)p失率(%)<55～1010～30>30累積危害積溫(℃)<7.07～1010～25>25

2.2 梔子花期冷害指標(biāo)確定

根據(jù)梔子產(chǎn)量損失率與低溫期間日平均氣溫<20℃累積危害積溫(T<20)線性關(guān)系，以5%、10%、30%產(chǎn)量損失率為界限，確定梔子各級(jí)低溫冷害指標(biāo)如表2。由表2可見(jiàn)，當(dāng)日平均氣溫<20℃累積危害積溫(T<20)<7.0 ℃ 時(shí)為輕度低溫冷害； 當(dāng)7℃≤(T<20)<10℃時(shí)，為中度低溫冷害； 當(dāng)10℃≤(T<20)<25℃時(shí)，為重度低溫冷害； 當(dāng)(T<20)≥25℃時(shí)，為特重低溫冷害。

2.3 梔子花期冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

梔子花期輕、中、重度低溫冷害頻率如圖1～3。根據(jù)1.4風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法，對(duì)蘄春縣梔子花期低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果如圖4。對(duì)圖1～4分析可知，蘄春縣梔子花期冷害低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、重度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)區(qū)不同等級(jí)概率及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布規(guī)律如下。

(1)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)：主要包括彭思、管窯、蘄州、橫車(chē)、赤東、漕河、瀏河海拔高度在110m以下的地區(qū)，此區(qū)輕度低溫冷害出現(xiàn)概率為20%～25%，中度冷害概率為10%～15%，重度冷害概率10%～20%，基本無(wú)嚴(yán)重低溫冷害，適宜于梔子種植。

(2)中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)：主要分布在株林、獅子、張榜、向橋、青石、大同、檀林等鄉(xiāng)鎮(zhèn)海拔高度110～200m地區(qū)，輕度低溫冷害出現(xiàn)概率為25%～30%，中度低溫冷害概率為5%～10%，重度冷害概率10%～20%，嚴(yán)重低溫冷害出現(xiàn)概率<5%，此區(qū)坡度在10°以下，有利梔子種植。

(3)重度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)：主要為獅子、向橋、檀林、大同、張榜等海拔高度在200～300m的丘陵山區(qū)，輕度低溫冷害出現(xiàn)概率為15%～20%，中度低溫冷害5%～10%，重度冷害概率10%～20%。此區(qū)易遭受低溫冷害，導(dǎo)致結(jié)實(shí)率降低，種植梔子產(chǎn)量低。

(4)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)區(qū)：主要為獅子、大同、檀林、張榜、向橋、青石等鄉(xiāng)鎮(zhèn)海拔高度在400m以上的山區(qū)，輕度、中度低溫冷害出現(xiàn)概率為<10%，重度低溫冷害頻率10%～20%，嚴(yán)重低溫冷害頻率40%～60%。出現(xiàn)重度低溫冷害概率大，重度低溫冷害易導(dǎo)致結(jié)實(shí)率低下，梔子只開(kāi)花、不結(jié)果，不適宜梔子種植。

圖1 蘄春梔子輕度低溫冷害頻率 圖2 蘄春梔子中度低溫冷害頻率

圖3 蘄春梔子重度低溫冷害頻率 圖4 蘄春梔子低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖

3 討論

梔子栽培需要選擇適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，在適宜園地選址時(shí)一般考慮海拔、相對(duì)高度、坡度、年平均氣溫、年降雨量、年日照時(shí)數(shù)、全年無(wú)霜期等指標(biāo)[1， 2， 6， 16]。雖然不同研究采用的指標(biāo)有所差異，但均未考慮特殊的災(zāi)害性天氣影響。根據(jù)已有研究成果[2]，湖北蘄春為適宜區(qū)。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中仍面臨花期低溫冷害的威脅。花期冷害為生理性災(zāi)害，一旦致災(zāi)必定減產(chǎn)。因此，開(kāi)展花期低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)分析及區(qū)劃，從災(zāi)害的角度提出生產(chǎn)建議，是對(duì)適宜性區(qū)劃[6]的有益補(bǔ)充。另外，低溫冷害主要致災(zāi)因子為日平均氣溫、日最低氣溫，雖然山區(qū)日平均氣溫、日最低氣溫主要受海拔高度的影響[15]，但坡向、水體等小地形因子仍有一定影響，因此進(jìn)一步考慮小氣候的影響進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃可提高結(jié)果準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

(1)該文利用“亞熱帶東部丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源及其合理利用研究”課題組研究結(jié)論和蘄春數(shù)字高程數(shù)據(jù)，推算了1959～2011年蘄春1： 25萬(wàn)網(wǎng)格點(diǎn)逐日平均氣溫和最低氣溫，結(jié)合利用產(chǎn)量資料和氣象要素統(tǒng)計(jì)資料確定的梔子花期低溫冷害等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算了蘄春梔子花期不同等級(jí)低溫冷害頻率，建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，將蘄春劃分為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、重度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，能為開(kāi)展梔子低溫冷害預(yù)警服務(wù)及蘄春縣趨利避害地進(jìn)行梔子生產(chǎn)布局提供科學(xué)依據(jù)。

(2)利用不同冷害出現(xiàn)概率及損失乘積之和構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，表示期望損失，具有明確的物理意義，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)越高表明低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)越大，不利于梔子穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，在選擇梔子種植園地時(shí)需避免在低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)大的區(qū)域。

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