福建省尤溪縣金柑凍害風險分析與區劃*

阮錫章，洪維群，鄭文君，受苗苗

(福建省尤溪縣氣象局，三明 365100)

0 引言

金柑又名金桔、綠桔等，果實呈圓形，冬季成熟，連皮帶肉均可食用，形美色鮮，酸甜適口，它含有多種維生素和礦物鹽，生食理氣補中。地處閩中的尤溪縣，其金柑栽培已有300多年的歷史， 2014年全縣種植面積達2 600hm2，年產量達2.5萬t，是全國金柑四大產地之一。近幾年來，由于氣候多變，加之果農大多采取果實留樹保鮮，延長鮮果供應時間，該縣金柑生產多次遭遇嚴寒凍害損失。2010年12月～2011年1月，尤溪縣出現罕見的降雪、低溫和霜凍天氣，全縣未采摘的金柑掛果約有1/3被凍壞； 管前、八字橋鄉海拔在700m以上的金柑果實全部凍壞，部分樹枝凍傷，嫁接嫩樹枝梢有90%凍死，經濟損失數千萬元。有關金柑栽培技術和產業發展，林盛洪、吳擢溪等[1-2]進行了分析研究，但在寒害氣候風險方面鮮有報道。文章通過調查，以尤溪縣為代表分析了閩中地區金柑凍害的氣象成因，并應用縣氣象站、鄉鎮自動氣象站資料和地理信息系統(GIS)軟件，對尤溪縣金柑凍害氣象風險分布進行分析和區劃，為金柑凍害防御和農業保險產品設計提供氣候依據。

1 資料來源與分析方法

1.1 研究區概況

尤溪縣位于福建省中部山區，介于117.8°E～118.6°E，25.8°N～26.4°N之間，屬于中亞熱帶季風氣候。境內海拔高差較大，中部沿尤溪河兩岸地勢較低，多在300m以下； 由此向西北和東北地勢逐漸升高，八字橋、湯川等地海拔多在600m以上，屬于中亞熱帶山地氣候。根據第三次農業氣候區劃資料統計[3-4]，歷史上曾出現3次極端最低氣溫低于-7.5℃的日期，分別是1961年1月18日、1963年1月27日和1999年12月23日。各地年極端最低氣溫的多年平均值介于-2.7～-6.2℃之間，沿河兩岸低海拔(300m以下地區)極端最低氣溫一般高于-4.8℃(保證率80%)； 海拔在500m以上的管前、八字橋、中仙、湯川等鄉鎮極端最低氣溫的多年平均值低于-5℃，但都高于-8℃，因此適于亞熱帶作物的種植，但都有不同程度的凍害發生，高海拔地區凍害的機率較大。若以-7℃作為一般經濟作物凍害指標，城關附近等低海拔地區受凍害的機率為7.4%以下，中海拔地區(300～600m)為7.4%～15%，八字橋、湯川等高海拔地區達15%～20%以上。

1.2 數據來源

(1)氣象資料

采用尤溪縣氣象站(以下稱縣站)1957～2013年共57年趆冬期(11月至翌年2月)極端最低氣溫序列資料為基礎，取縣境內各鄉鎮不同海拔高度的16個鄉鎮自動氣象站(以下稱鄉鎮站)2009～2013年共5年趆冬期逐日最低氣溫資料作為分析依據。

(2)災情資料和地理信息

災情資料采用尤溪縣農業局果樹站提供的近10年金柑低溫凍害資料； 地理信息采用2003年“數字福建”提供的矢量數據。

1.3 分析方法

1.3.1 計算各鄉鎮站與縣站之間極端最低氣溫差值

將2009～2013年縣站極端最低氣溫5年平均值與同期鄉鎮站極端最低氣溫平均值進行比較，得到差值t(表1)。

表1 2009～2013年尤溪縣站及鄉鎮站極端最低氣溫平均值及其差值t ℃

1.3.2 建立氣候風險模式

低溫凍害氣候風險(M)，是指低溫災害天氣對作物的危害強度(即災損系數用L表示)和發生概率(用P表示)的綜合。該文用二者的乘積表示，建立金柑凍害氣候風險評估模式如下(n為凍害級別)：

(1)

1.3.3 利用GIS進行金柑凍害氣候風險區劃

利用公式(1)將各級別凍害發生概率與災損系數相乘并累加，得到縣站、各鄉鎮站凍害氣候風險指數。選用經度、緯度(以112°E， 0°N為原點，轉換成以m為單位的笛卡爾坐標系X、Y值，以下稱公里網地理經緯度)和海拔高度3個地理因子作為自變量，用多元回歸法分別建立各風險指數地理分布推算模式。利用Arcview軟件的圖形計算功能(Map calculation)[5]，制作金柑凍害氣候風險指數的柵格分布圖，再進行分級(Reclassify)、打分和疊加、修飾，制作出氣候風險指數區劃圖，分辨率最高可達50m，精度具體到村一級。

2 結果與分析

2.1 金柑物候期及生物學特性

金柑一年抽梢3次，春梢4月上旬至6月上旬，夏梢6月下旬至7月上旬，秋梢8月下旬至9月下旬，春、夏、秋梢均可成為結果母枝，但以春梢為主； 一年開花3～4次，分別在6月下旬、7月中下旬、8月中下旬和9月上旬，以前兩期花質好、著果率高。11月下旬果實逐漸成熟， 12月中下旬(即冬至前后)進入最佳采果期； 但近年來，果農為提高經濟效益多采取留樹保鮮、延長應市時間至春節，因此確定12月至1月下旬為金柑采果期。

金柑栽培適應性較廣、耐寒、耐旱、病蟲害較少，屬耐寒性柑桔類，其凍害氣象指標日最低氣溫≤-10℃或連續2天日最低氣溫≤-8℃[7]，但留樹果實在-4℃以下易受到凍害[8]。在尤溪海拔100～850m地帶都有栽培，以400～700m種植的產量、品質為佳，以紅壤、黃壤、紫色土和砂質壤為好。適宜的氣候條件為年平均氣溫16～17℃，最高氣溫33～39℃，最低氣溫-7～-8℃以上，無霜期245～297d，年日照時數1 600～1 800h，年雨量1 500～1 800mm，理想環境是云霧多、濕度大、較陰濕的山壟地。

2.2 金柑凍害指標

根據金柑發生凍害的生物理學特性和果農的生產實踐，確定金柑樹體凍害指標S1：以-9

2.3 各鄉鎮的金柑凍害發生風險概率

2.3.1 金柑樹體凍害氣候風險概率

依據金柑凍害指標，采用概率移植法[9]，依下式：

-9-t

(2)

式(2)中，t為鄉鎮站與縣站最低氣溫差值(下同)，把各鄉鎮站金柑凍害臨界溫度轉換成縣站的溫度值，對照“樣本序列”計算，得到輕度、中度、重度金柑凍害氣候風險發生概率(表2)。

2.3.2 金柑采果期凍害氣候風險概率

同理，依下式：

-6-t

(3)

采用概率移植法，對照“樣本序列”計算出金柑采果期輕度、中度、重度凍害氣候風險發生概率(表3)。

2.4 各鄉鎮的凍害風險指數

根據果農實踐，借鑒林果越冬期凍害氣候風險方面的研究成果[5， 10-12]，確定金柑越冬期凍害輕度、中度、重度等級的災損系數分別為0.3、0.5、0.7。

利用公式(1)將各級別凍害發生概率與災損系數相乘并累加，得到縣站、各鄉鎮站凍害氣候風險指數M1(表4)，并建立其隨海拔高度和公里網地理經緯度的變化模式：

M1=-48.09+0.020 812 5X1+0.000 016 05X2-0.000 002 23X3

(4)

同理，以金柑采果期凍害輕度、中度、重度等級的災損系數分別為0.3、0.5、0.7，計算縣站、各鄉鎮站金柑采果期凍害氣候風險指數M2，并建立其隨海拔高度和公里網地理經緯度的變化模式：

表2 尤溪縣站及鄉鎮站金柑樹體凍害發生概率 %

表3 尤溪縣站及鄉鎮站金柑采果期凍害發生概率 %

表4 各鄉鎮的凍害風險指數

地點海拔(m)緯度(m)經度(m)M1M2縣站126 728962286149760 02590 1351湯川867 528909656430340 14140 4351擁口94290967763084000 0649聯合25429184546217660 01030 0860西城22829039006049140 02590 1158尤溪口72292200564368900 0263臺溪22728885646250490 02590 1404新陽20328827635940750 01550 1105管前60129004775919480 04310 2737中仙65028720746382320 12760 4211溪尾19728964106339740 02590 1544八字橋70028982065839660 17410 4702洋中182290874064683500 1梅仙304290520462688800 1351坂面140288179761210000 0614閩湖330286952760218600 0316玉澗243287857262314200 1158

M2=-107.497+0.056 145 81X1+0.000 032 22X2+0.000 021 33X3

(5)

式(5)中,M2為金柑采果期凍害氣候風險指數，各因子物理意義同(4)式； 方程復相關系R2=0.920 8，通過信度0.01檢驗。

2.5 金柑凍害氣候風險區劃及分區評述

2.5.1 樹體凍害氣候風險指數分布

根據式(4)應用Arcview軟件可劃分金柑凍害氣候風險分布區域。可劃分為基本無凍害區(即安全區，風險指數0～0.078)：主要分布在該縣中部尤溪河兩岸海拔較低(一般低于300m)的一些鄉鎮和新陽鎮部分地區； 該區為丘陵河谷溫暖濕潤氣候區，海拔高差相對較小，地勢較為平坦，冬季冷空氣受北面山脈阻擋，強度有所減弱。輕度凍害風險區(風險指數0.078～0.174)：主要分布在該縣海拔300～850m的一些鄉村，為高丘低山溫和濕潤氣候區； 該區輕度凍害約10～13年一遇。中度凍害風險區(風險指數0.174～0.270)：主要分布湯川鄉和中仙鄉、管前鎮、八字橋鄉的部分區域，海拔高度多在850m以上，為中山溫涼濕潤氣候區，海拔相對較高，越冬期低溫天氣過程強度較大； 該區凍害輕度約5～8年一遇，中度凍害約10～14年一遇。由此看出，中低海拔大部地區金柑樹體凍害風險指數低于0.2，中度低溫凍害發生機率不到10%，可以安全越冬； 偶有個別年份發生輕、中度樹體凍害，但不影響金柑在該地區的推廣種植。

2.5.2 金柑采果期凍害氣候風險指數分布

同樣根據式(5)可劃分金柑采果期凍害氣候風險分布區域。基本無凍害區(風險指數0.026～0.221)：主要分布在該縣中部尤溪河兩岸海拔較低(一般低于300m)的一些鄉鎮和新陽鎮部分地區； 該區為丘陵河谷溫暖濕潤氣候區，海拔高差相對較小，地勢較為平坦，冷空氣強度較弱，金柑采摘期輕度凍害約5～8年一遇。輕度凍害風險區(風險指數0.221～0.417)：主要分布在該縣海拔300～700m的一些鄉村，為高丘低山溫和濕潤氣候區； 該區金柑采摘期輕度凍害約3～5年一遇，中度凍害約8～10年一遇。中度凍害風險區(風險指數0.417～0.612)：主要分布在該縣海拔700～850m的一些鄉村，為中低山溫涼濕潤氣候區，位于管前鎮、八字橋鄉、西城鎮和中仙鄉的部分區域； 該區輕度凍害約2～3年一遇，中度凍害約3～7年一遇，重度凍害約10～13年一遇。重度凍害風險區(風險指數0.612～0.808)：主要分布湯川鄉和中仙鄉、管前鎮、八字橋鄉的部分區域，海拔高度多在850m以上，為中山溫涼濕潤氣候區，海拔相對較高，低溫天氣過程強度較大； 該區中度凍害約2～3年一遇，重度凍害約5～7年一遇。因此，在尤溪縣最適宜種植金柑的區域(海拔400～700m)，金柑采果期凍害氣候風險指數達到0.3～0.5，輕、中度凍害機率達30%～45%，需在低溫寒害到來之前及早采收； 若要留樹保鮮，則需采取必要的防凍措施。

2.6 歷年金柑凍害風險驗證

近10年來尤溪金柑主產區(海拔約500～700m)共發生5次凍害(表5)，分別出現在2004年12月下旬末至翌年1月初、2005年12月下旬末、2008年12月上旬、2010年12月16～17日，其中1次樹體凍害(嫩枝凍死)，受凍機率約10%； 4次凍害較輕(未采收掛果受凍)，即金柑凍害機率50%左右，這與上述區劃結果是吻合的。

表5 尤溪縣近10年金柑低溫凍害情況(TD為極端最低氣溫)

日期(月/日/年)縣站TD(℃)凍害發生地點TD(℃)災損情況描述01/01/2005-4 8-9 2?未采收掛果受凍12/23/2005-4 5-8 5?未采收掛果受凍12/07/2008-1 4-5 9?未采收掛果受凍12/17/2010-2 8-9 1未采收掛果全部受凍損失6000T，嫩枝凍死12/31/2012-2 6-8 0未采收掛果受凍損失失2500T 注：?上標的凍害發生地點是根據縣站極端最低氣溫推算的值

3 小結與討論

(1)綜上分析，福建省尤溪縣金柑越冬期樹體凍害氣候風險分布可劃分為尤溪河兩岸等低海拔地區所處的安全區、縣內中海拔大部分鄉鎮所處的輕度凍害風險區以及海拔高度在800m以上八字橋、湯川鄉和管前、中仙等鄉鎮部分地區所處的中度凍害風險區。結果表明，尤溪中低海拔大部地區金柑樹體凍害風險指數低于0.2，中度凍害發生機率不到10%，可以安全越冬，偶有個別年份發生輕、中度樹體凍害，不影響金柑在該地區的推廣種植。

(2)該縣海拔400～700m地區是金柑種植適宜區，金柑采果期凍害氣候風險指數達到0.3～0.5，輕、中度凍害機率達30%～45%，需在低溫寒害到來之前及早采收； 若要留樹保鮮，則需采取塑料薄膜外加土工布覆蓋等防凍措施。

(3)在該縣海拔高度750m以上建設金柑果園，應避開北坡，盡量選擇南坡和西南坡(背風坡)，利用山體的屏障作用，減輕凍害； 在850m以上種植金柑，其采果期受凍害風險大，經濟效益差，一般不宜種植。

(4)該文在應用鄉鎮自動氣象站資料為農服務方面進行了有益的嘗試，為金柑凍害防御和開展農業保險產品設計提供氣候依據。由于資料年代較短，尚不能取得金柑優質產區較為全面的氣象資料； 關于金柑凍害災損系數的確定，該文采用歷史資料反演和專家經驗的方法綜合確定，未能進行定量統計方面的論證，有待進一步探討。

感謝：感謝福建省氣象服務中心陳家金正研、王加義高工和尤溪縣農業局林盛洪教授級高級農藝師提供部分資料和指導。

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