黃土高原丘陵溝壑區春季溫度變化對蘋果花期凍害的影響

劉志超 孫智輝 雷延鵬

摘要：統計分析黃土高原丘陵溝壑區（以延安為例）12個縣（市、區）2000—2020年的春季溫度資料，結果表明，延安春季溫度變化平緩，但3月溫度上升明顯且年度變化劇烈，導致近年蘋果花期異常，是近年蘋果凍害加重的主要原因。延安春季升溫過程中，從氣候平均情況來看，容易出現3月下旬初、 4月 9—12日、 4月20—26日、 5月上旬末至中旬初等4個降溫時段，形成4—5月蘋果花期凍害的3個主要時段。分時段蘋果花期凍害風險分析結果表明，黃河沿岸延川縣、宜川縣，西北部吳起縣、志丹縣為花期凍害輕風險區;子長市、延長縣、黃陵縣為中風險區;洛川縣、富縣、寶塔區、安塞區為高風險區。

關鍵詞：春季溫度;蘋果凍害;黃土高原丘陵溝壑區;延安

中圖分類號： S426 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0131-05

延安位于陜北黃土高原丘陵溝壑區，由于土層深厚，海拔800～1 100 m，光照充足，晝夜溫差大，有利果實積累糖分，是世界蘋果最佳優生區之一。蘋果個大、色艷、細脆、香甜，耐貯運、無污染。截至2019年底，延安有蘋果面積26.19萬hm2，產量349.8萬t[1]，是農民脫貧奔小康的支柱性產業。2000年以來，蘋果遭受了7次嚴重花期凍害天氣[2]，特別是2013、2018、2020年的凍害，對產量和品質影響巨大。針對蘋果凍害天氣，早期研究比較偏重于凍害指標修訂[3-4]、氣象指數[5-7]、風險區劃和預防試驗[8-14]。本研究擬對延安2000年以來春季溫度變化進行分析，并進行蘋果花期凍害風險分析，提升延安蘋果應對自然災害的能力。

1 資料與方法

氣象資料由延安市各縣（市、區）氣象站提供，延安溫度由12個氣象站數據平均求得，穩定通過溫度界限日期采用5天滑動平均法[15]。蘋果產量由延安市果業服務中心提供，凍害資料來源于文獻和實地調查數據。分析方法采用對比分析等數理統計方法。

按照氣象學關于季節的劃分標準，3—5月為春季。時間段選定從2000年開始，主要考慮一是在20世紀中后期發生了春季增溫突變[15];二是從2000年以來，可查閱到關于蘋果花期凍害的記錄;三是2000年以后延安蘋果種植面積和產量大幅度增加，面積由10萬hm2增加到近27萬hm2，產量由50萬t增加到350萬t，成為我國蘋果的主要產區，延安的主導產業。

2 溫度數據分析

2.1 平均溫度

延安市春季平均溫度（2000—2020年）為 11.6 ℃，3月平均溫度5.5 ℃、4月平均溫度 12.2 ℃、 5月平均溫度17.2 ℃。西北的吳起最冷，為10.2 ℃，黃河沿岸的延安最暖，為13 ℃（圖1）。延安市春季平均最高溫度為20.1 ℃，3月最高溫度14.1 ℃、4月最高溫度20.8 ℃、 5月最高溫度 25.4 ℃。延安市春季平均最低溫度為4.4 ℃，3月最低溫度-1.1 ℃、4月最低溫度4.7 ℃、 5月最低溫度9.7 ℃。春季平均溫差為15.7 ℃，3月平均溫差15.2 ℃、4月平均溫差16.1 ℃、5月平均溫差15.7 ℃，其中4月最大，3月最小。

2.2 溫度年變化

2.2.1 平均溫度 由圖2可見，2000年以來，延安春季溫度變化比較平緩。2009年以前，年春季溫度變幅小，2010年以后，年春季溫度變化劇烈。最低值出現在2011年，為10.2 ℃，最高值出現在2018年，為13 ℃。不同月份變化趨勢不同。3月、4月溫度有緩慢上升趨勢，而5月呈現明顯下降趨勢，下降幅度達到0.8 ℃/10年。2010年以后，3月溫度變化比較劇烈。說明2010年春季溫度劇烈變化主要是由3月溫度變化影響的。

2.2.2 平均最高溫度 由圖3可見，2000年以來，延安春季平均最高溫度有緩慢上升趨勢。與月平均溫度變化相似，3月平均最高溫度上升趨勢最為明顯，幅度達到0.8 ℃/10年，且2010年以后，溫度變化比較劇烈;4月平均最高溫度有較明顯上升趨勢，幅度達到0.6 ℃/10年，而5月呈現下降趨勢，降幅僅為0.4 ℃/10年。

2.2.3 平均最低溫度 由圖4可見，2000年以來，延安春季平均最低溫度有弱的下降趨勢。不同月份，表現明顯不同，3月平均最低溫度為弱的下降，降幅0.2 ℃/10年，4月變化平緩，而5月明顯下降，降幅達到0.8 ℃/10年。

總體看，3月平均最高溫度明顯升高，平均最低溫度略有降低，說明日較差在增大。4月平均最高溫度升高，平均最低溫度不變，日較差也在增大。5月平均最高溫度和平均最低溫度均在下降，但最低溫度降幅略大，日較差也在增大。

2.3 春季升溫

由圖5可見，延安2000—2020年春季平均溫度從3月初的1 ℃升高至5月底的19 ℃，升溫幅度達到18 ℃，日均升溫接近0.2 ℃。3月升溫最大，升溫幅度達到9.5 ℃，日均升溫0.3 ℃;4月升溫 6 ℃，日均升溫0.2 ℃;5月升溫幅度最小，日均升溫0.1 ℃。

延安春季溫度波動上升。從氣候平均情況來看，溫度容易出現幾個降低時段，一是3月21—25日，日平均氣溫下降1.5 ℃。二是4月1—12日，這一時段溫度基本沒有上升，變化平緩;在4月1—2日，日平均氣溫下降1 ℃，出現低谷;4月 9—12日，出現另一個低谷，日平均氣溫也下降了1 ℃。三是4月20—26日，日平均氣溫降低1.2 ℃。四是5月6—13日，日平均氣溫降低2 ℃。5月14日以后，溫度平緩上升。

2.4 界限溫度變化

農業界限溫度又稱指標溫度，表明某些重要物候現象或農事活動開始、終止的溫度。分析界限溫度變化就是分析日平均溫度穩定通過日期的變化及累積量變化。根據蘋果生物學特性，當日平均氣溫上升到 3 ℃以上，蘋果地上部分開始活動，氣溫在 5 ℃以上開始萌芽，8 ℃左右開始生長，15 ℃以上進入活躍期，萌芽適宜溫度為 10～15 ℃[16]。蘋果的產量、品質、花期與≥10 ℃積溫有很大的關系[17]。根據研究，延安蘋果生物學零度值為 2.9 ℃，在花期預報和業務服務中使用通過3 ℃日期和積溫更恰當[18-21]。

2.4.1 界限溫度初日 延安穩定通過3 ℃日期在3月8—16日，全市大部縣出現時間非常接近，包括黃河沿岸的延川縣、延長縣、宜川縣，南部洛川縣、黃陵縣、富縣、黃龍縣，以及寶塔區、安塞區、子長市等地，平均日期在3月8—10日，只有西北部的志丹縣、吳起縣偏晚，吳起縣出現在3月16日，志丹縣是3月13日。

穩定通過10 ℃日期在4月8—19日，與通過 3 ℃ 日期相比，總體來看基本相差1個月。但不同地區有所差異，黃河沿岸延川縣、延長縣、宜川縣和西北部的吳起縣、志丹縣這5個地區二者之間相差1個月，其他地區洛川縣、富縣、甘泉縣、安塞區、子長市、寶塔區等通過10 ℃日期集中在4月13—15日，是由于 4月上旬末中旬初的降溫影響的。黃龍縣雖然在延安南部，但地處林區，受降溫和環境雙重影響，通過10 ℃日期偏晚，在4月17日。

2.4.2 初日變化 受春季升溫的影響，通過3 ℃日期具有明顯提前趨勢，平均5 d/10年。通過10 ℃日期總體呈提前趨勢，但可以分為2個階段，2013年前為明顯提前，2013年后有推遲跡象。溫度升高，界限溫度日期提前，蘋果花芽萌動、花開放等物候提前。統計洛川縣蘋果初花日發現，2001—2005年平均在4月14日，2013—2020年平均在4月11日，提前了3 d。

3 花期凍害風險分析

由于蘋果花前氣溫升高，特別是3月平均最高溫度升高，穩定通過界限溫度日期提前，導致蘋果物候提前，另外，3月溫度年際之間波動加大，有的年份溫度異常偏高，導致花期異常提前，這些因素均提升了遭受凍害風險。分析延安蘋果花期凍害風險是十分必要的。

2000年以來，延安出現了7次大面積的花期凍害天氣過程，出現在4月6日至5月12日，其中5次過程出現在4月6—15日，另外2次分別出現在4月21—26日和5月12日。凍害天氣出現的時間段與春季溫度升溫過程中氣候統計的降溫時段是相吻合的，把凍害出現時間段確定在4月6日至5月15日。延安地域大，海拔高度相差也大，黃河沿岸蘋果種植海拔高度在800 m，而西北蘋果種植區海拔達到1 500 m，因此導致了溫度差異大，蘋果物候約相差15 d。以前我們用一個時間段分析蘋果花期凍害風險，忽略了蘋果物候的差異和凍害出現的長時間段范圍，做出的風險區劃與實際調查有差異。前期研究考慮地理范圍大，研究結果普遍把延安西北部的吳起縣、志丹縣作為重度風險區，把洛川縣做為低風險區，與近20年的凍害災情不符。因此有必要在風險分析時，考慮將凍害時段分成若干時間段，結合時段內的不同地方蘋果物候差異，進行風險分析。針對延安實際，在區劃時分別對應春季的3次降溫過程劃分為3個階段，具體是4月6—15日、4月16—30日、5月1日—15日，開展蘋果花期凍害風險分析。

延安蘋果種植地形基本分為2類，延安以南分布在塬區，延安以北以山地為主，蘋果多種植在向陽半山坡或山頂。延安氣象觀測站除洛川縣外其他均建在川道，與蘋果種植區地形、海拔有較大差異，造成溫度有差異，特別是最低溫度蘋果種植園區多高于氣象站觀測數據[22-23]，因此在風險分析前有必要對氣象站溫度數據進行簡單修正，使其能更貼近實際。根據前期在志丹縣、寶塔區的觀測，山頂平均最低溫度約高于谷地2 ℃，在風險分析前將洛川縣以外的其他縣（市、區）最低溫度提高2 ℃。

第一階段，4月6—15日，從平均物候來分析，黃河沿岸的延川縣、延長縣、宜川縣和南部黃陵縣、洛川縣、富縣普遍進入花期，中部寶塔區、安塞區、子長市進行初花期，吳起縣、志丹縣蘋果花芽進入萌動期。由于植物特性，這段降溫對吳起縣、志丹縣基本沒影響。分析溫度，延川縣、宜川縣出現輕度凍害4年，為輕風險區，延長縣、子長市、黃陵縣出現輕度凍害、中度凍害分別為4年、2年，為中風險區，洛川縣、富縣、寶塔區、安塞區出現重度凍害1年，為重風險區。

第二階段，吳起縣、志丹縣進行花芽膨大到開花期，安塞區、子長市進入盛花期，其他縣（市、區）進入開花坐果期。4月下旬降溫普遍較弱，有影響的年份也少。輕風險區黃河沿岸的延川縣、宜川縣、延長縣、子長市等縣，而其他縣（市、區）為中風險區。

第三階段，普遍進入坐果期。降溫天氣非常弱，只有北部吳起縣、志丹縣、安塞區、子長市氣溫可降至0 ℃以下，對蘋果幼果產生影響，劃分為輕風險區，其他縣（市、區）為無風險區。

4 結論

2000年以來，延安春季溫度變化比較平緩。不同月份變化趨勢不同。3月、4月溫度有緩慢上升趨勢，而5月呈現明顯下降趨勢，下降幅度達到 0.8 ℃/10年。

延安春季平均最高溫度有緩慢上升趨勢。3月溫度上升趨勢最為明顯，幅度達到0.8 ℃/10年，且2010年以后，溫度變化比較劇烈。4月溫度有較明顯上升趨勢，幅度達到0.6 ℃/10年。受3月、4月升溫的影響，通過3 ℃日期具有明顯提前趨勢，平均 5 d/10年。通過10 ℃日期總體呈提前趨勢溫度升高，界限溫度日期提前，蘋果花芽萌動、花開放等物候提前。統計洛川縣蘋果初花日發現，2001—2005年平均在4月14日，2013—2020年平均在4月11日，提前了3 d。3月溫度升高且年度之間變化劇烈是近年來蘋果花期凍害的主要原因。

延安春季溫度從1 ℃升高至19 ℃，升溫幅度達到18 ℃，日均升溫接近0.2 ℃。3月升溫最大，4月升溫次之，5月升溫幅度最小。延安春季溫度波動上升。從氣候平均情況來看，容易出現4個降溫時段，3月下旬初、 4月 9—12日、 4月20—26日、 5月上旬末至中旬初，可見4—5月是形成蘋果花期凍害的3個主要時段。

經過分時間段花期凍害風險分析，延安黃河沿岸延川縣、宜川縣，西北部吳起縣、志丹縣為花期凍害輕風險區;子長市、延長縣、黃陵縣為中風險區;洛川縣、富縣、寶塔區、安塞區為高風險區。

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