葡萄主產區干旱時空分布特征

岳慧欣，何延波，劉崇懷，樊秀彩，張 穎，孫 磊，楊英軍,姜建福

(1.中國農業科學院鄭州果樹研究所，河南 鄭州 450009；2. 河南科技大學園藝與植物保護學院，河南 洛陽 471023；3. 國家氣象中心，北京 100081)

葡萄(VitisL)是世界栽培最廣泛的果樹之一，在國際水果生產中占有重要地位[1-2]，其在我國黑龍江到海南島、東海之濱到西藏高原都有種植。我國地形復雜，氣候類型多樣，近年來全球氣候變暖且極端天氣頻繁發生，導致各種氣象災害呈增多趨勢[3]。干旱是發生頻率最高、持續時間最長、影響面積最廣的氣象災害，對葡萄產量和品質具有較大影響[4]。因此，明晰葡萄產區干旱時空分布特征規律，對于采取有效的預防措施具有重要意義。

農業干旱的評價指標主要包括降雨量、標準化降水指數(SPI)、降水距平百分率(Ipa)、作物水分虧缺指數(CWDI)等。其中，CWDI以蒸散作為參數的水分虧缺指標能夠反映土壤、植物、氣象3個因素的綜合影響，從而真實地反映出水分虧缺狀況，對監測農業干旱狀況且有較強的適用性。黃晚華等[5]選取CWDI對湖南省春玉米的干旱災害進行分析，表明抽雄-吐絲階段及其后的生育階段干旱發生頻率較高，空間分布以湘中衡陽一帶發生頻率最高。李雅善等[6]對寧夏釀酒葡萄干旱時空差異進行了分析，表明在葡萄整個生育期內水分虧缺指數呈現“升高-降低-升高”趨勢，且干旱空間分布由北向南逐漸減輕。我國葡萄栽培范圍廣，但針對葡萄主產區各生育階段的農業干旱時空分布特征及發生規律的研究鮮有報道。因此，本研究以CWDI為葡萄干旱評價指標，探討我國東北中北部產區、西北產區、黃土高原產區等區域內葡萄各生育階段不同干旱等級時間演變和空間分布規律，以期為我國葡萄生產干旱減災防災提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料來源

氣象資料來源于1958—2019年中國氣象局的30個省、市和自治區607個氣象站點數據，包括日最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、降水量等。

1.2 葡萄主產區區域及生育期階段劃分

參考《中國葡萄志》[2]，將全國劃分為7個葡萄產區。由于套袋、起壟、避雨栽培等技術的推廣，南方葡萄產區發展迅速，將云貴川高原半濕潤區替換為西南高山產區，西藏、四川西部、云南劃分為西南高山產區，其他6個葡萄主產區不變[7]，區域劃分結果如圖1所示(204頁)。

圖1 葡萄主產區分布圖Fig.1 Distribution of main grape production areas

葡萄生育期數據來源于不同產區葡萄生育期調研數據以及各產區的實際情況，主要以中熟品種‘巨峰’為主，本研究所涉及主產區葡萄生育期階段劃分情況如表1所示。

表1 不同主產區葡萄生育階段劃分(月-日)Table 1 Division of grape growth stages in different main production areas (m-d)

1.3 研究方法

1.3.1 參考作物蒸散量 采用FAO推薦的Penman-Monteith公式計算[8]。

1.3.2 作物水分虧缺指數計算及葡萄干旱判斷 作物水分虧缺指數參考李雅善等[9]、黃晚華等[5]的方法進行計算。葡萄各旬的水分虧缺指數參考邱美娟等[10]的方法進行計算。

由于葡萄產區實測資料存在缺失情況，同時國內對葡萄作物系數研究也較少，所以采用FAO推薦的葡萄作物系數，即生育初期(萌芽～新梢生長期)、中期(新梢生長～開花坐果期、開花坐果～漿果成熟期)、后期(漿果成熟～落葉期)分別為0.30、0.85、0.45，萌芽前的作物系數為0。

將計算得到的CWDI作為判斷葡萄是否發生干旱的依據，并參考肖楠舒[11]提出的葡萄不同生育階段干旱等級劃分標準(表2)，以及葡萄水分臨界期為萌芽期及果實生長期，最終確定本研究葡萄水分臨界期生育階段為萌芽～新梢生長期和開花坐果～漿果成熟期，由于萌芽～新梢生長期氣象數據缺失嚴重，無法計算作物水分虧缺指數，所以不對該時期進行計算。

表2 葡萄主產區不同生育階段干旱等級劃分Table 2 Classification of drought grades at different growth stages in main grape production areas

1.3.3 干旱發生頻率計算 參考邱美娟等[10]研究方法計算各個主產區不同葡萄生育階段的干旱發生頻率。

1.3.4 干旱發生強度計算 參考邱美娟等[10]研究方法計算干旱發生的平均強度。

1.3.5 干旱站次比計算 參考周揚等[12]研究方法，計算干旱站次比。

1.3.6 數據處理 采用Excel 2017軟件對基礎數據進行處理，采用Arc GIS 10.2軟件柵格數據空間分析模塊進行空間插值處理，并繪制干旱災害的風險區劃圖。

2 結果與分析

2.1 葡萄主產區不同生育階段各等級干旱頻率空間分布特征

在葡萄新梢生長～開花坐果期階段，無旱發生頻率呈現南高北低的空間分布特征，高值區主要分布在南方產區江西、湖南、福建等部分地區(61%～98%)，而其他產區大部分地區無旱發生頻率小于30%(圖2a)；輕旱、中旱以及重旱發生頻率大于50%情況主要分布在環渤海灣產區的遼寧、河北、北京等部分地區，低值區主要分布在南方產區和西北產區，其發生頻率小于25%(圖2b～d)；特旱發生頻率則呈現南低北高的空間分布特征，發生頻率大于60%情況主要分布在西北產區和西南高山產區，小于30%情況主要分布在南方產區(圖2e)。

圖2 葡萄主產區新梢生長～開花坐果期各干旱等級發生頻率空間分布(1958—2019年)Fig.2 Spatial distribution of occurrence frequency of drought grades at the stage of shoot growth to flowering and fruit setting in main grape production areas (1958-2019)

在葡萄開花坐果～漿果成熟期階段，大部分產區出現無旱的頻率為0～20%，僅有南方產區的廣西靖西、安徽黃山、西南高山產區的云南江城、屏邊地區出現無旱的頻率高于40%(圖3a)；輕旱和中旱發生頻率小于30%主要分布在西北產區、西南高山產區的云南溫泉、四川峨眉山地區，而其他大部分地區發生頻率均高于60%(圖3b～c)；重旱發生頻率高值區在黃河故道產區河南、安徽、江蘇等部分地區、黃土高原產區的陜西、山西等部分地區、東北中北部產區的黑龍江、吉林等部分地區，發生頻率為61%～94%，低值區主要分布在南方產區的貴州、廣西、廣東等部分地區、西北產區的新疆、甘肅、內蒙古等部分地區，發生頻率為0～30%(圖3d)；特旱頻率高值區主要在西北產區和黃土高原產區，發生頻率為61%～100%，低值區主要分布在南方產區，發生頻率小于30%(圖3e)。

圖3 葡萄主產區開花坐果～漿果成熟期各干旱等級發生頻率空間分布特征(1958—2019年)Fig.3 Spatial distribution characteristics of occurrence frequency of various drought grades at flowering fruit setting to berry ripening stage in main grape production areas (1958-2019)

在葡萄漿果成熟期～落葉期階段，無旱發生頻率介于20%～31%地區僅有黃土高原產區的陜西太華山、略陽、留壩地區，其余大部分地區無旱發生頻率小于10%(圖4a)；輕旱、中旱以及重旱發生頻率呈北低南高空間分布特征，大部分地區發生頻率大于60%，低值區主要分布在東北中北產區和西北產區，其發生頻率小于30%(圖4b～d);而發生特旱的頻率相比于其他4個干旱等級較高，大部分產區發生特旱頻率介于61%～100%，在黃土高原產區的陜西、山西等部分地區、西北產區的甘肅合作、岷縣地區、環渤海灣產區的遼寧本溪、寬甸地區發生特旱的頻率小于30%(圖4e)。

圖4 葡萄主產區漿果成熟～落葉期各干旱等級發生頻率空間分布特征(1958—2019年)Fig.4 Spatial distribution characteristics of occurrence frequency of drought grades in berry ripening to defoliation stage in main grape production areas (1958-2019)

2.2 葡萄主產區干旱發生平均強度空間分布特征

新梢生長～開花坐果期階段干旱強度較大的區域集中在西北產區和西南高山產區，平均強度為3.1～4.0；強度較小的區域集中在南方產區的湖北、湖南、福建等地，黃土高原產區的陜西太白、華山、略陽等地以及環渤海灣產區的清原、本溪、撫順等地，平均強度為1.0～2.0；其他地區干旱強度中等，平均強度為2.1～3.0(圖5a)。

開花坐果～漿果成熟期階段干旱強度較大的區域集中在西北產區，平均強度為3.1～4.0；強度較小的區域集中在南方產區貴州、廣東、廣西等地，環渤海灣產區的遼寧、河北以及西南高山產區的云南等部分地區，平均強度為1.0～2.0；強度中等的區域集中分布在黃河故道產區和黃土高原產區，平均強度為2.1～3.0(圖5b)。

漿果成熟～落葉期階段干旱強度較大的區域集中在東北中北部產區和西北產區，平均強度為3.1～4.0；強度小的區域僅分布在黃土高原產區的陜西佛坪、漢中、鎮安等地以及南方產區的海南瓊中、瓊海地區，平均強度為1.0～2.0；其他地區干旱強度中等，平均強度為2.1～3.0(圖5c)。

圖5 葡萄主產區干旱強度的空間分布特征(1958—2019年)Fig.5 Spatial distribution characteristics of drought intensity in main grape production areas (1958-2019)

2.3 葡萄主產區不同生育階段各干旱等級站次比年際變化特征

如圖6所示(見208、209頁)，新梢生長～開花坐果期階段，無旱、輕旱、中旱、重旱和特旱站次比依次為34%～65%、21%～47%、13%～36%、13%～37%和19%～53%，無旱、輕旱、中旱發生范圍整體呈上升趨勢，特旱發生范圍整體呈下降趨勢，中旱發生范圍整體趨勢則較平穩；在開花坐果～漿果成熟期階段，不同干旱等級站次比依次為62%～82%、67%～87%、51%～75%、42%～63%和40%～70%，除重旱、特旱發生范圍呈降低趨勢外，其他干旱等級發生范圍的整體趨勢較平穩；在漿果成熟～落葉期階段，不同干旱等級站次比依次為31%～68%、53%～72%、50%～70%、50%～70%和65%～94%，除重旱發生范圍呈上升趨勢外，其他干旱等級整體趨勢較平穩。

圖6 葡萄主產區各生育階段各干旱等級發生站次比年際變化Fig.6 Inter-annual variation of station frequency ratio in different growth stages and drought grades in main grape production areas

續圖6 葡萄主產區各生育階段各干旱等級發生站次比年際變化Fig.6 Inter-annual variation of station frequency ratio in different growth stages and drought grades in main grape production areas

綜上所述，1958—2019年漿果成熟～落葉期階段特旱發生范圍最大，其他生育階段輕旱發生范圍最大；新梢生長～開花坐果期和開花坐果～漿果成熟期階段重旱均呈下降趨勢，但其在漿果成熟～落葉期階段呈上升趨勢。

2.4 葡萄主產區各生育階段干旱風險分布特征

在葡萄新梢生長～開花坐果期階段，無旱區域主要分布在南方產區的湖南、江西、上海等地；干旱風險高的特旱區域主要分布在西北產區和東北中北部產區(CWDI>65%)；風險性低的輕旱區域主要分在環渤海灣產區的遼寧、黃河故道產區的河南、安徽以及黃土高原產區的陜西等部分地區(30

隨著夏季降雨增加，開花坐果～漿果成熟期階段旱情得以緩解(圖7b，見210頁)，此時風險高的特旱區域有所減少，主要分布于西北產區，大部分地區主要以輕旱為主；風險較高的重旱區域分布在黃河故道產區的河南安陽、新鄉、三門峽等地以及黃土高原產區的陜西、山西等部分地區(50

在漿果成熟～落葉期階段，旱情較前兩個生育階段有所加重(圖7c)，風險高的特旱區域再次出現在西北產區和東北中北部產區，大部分地區以中旱為主；風險低的輕旱區域分布于環渤海灣產區的遼寧、黃土高原產區的陜西以及南方產區的四川、重慶等地區(30

圖7 葡萄主產區不同生育階段旱情等級空間分布Fig.7 Spatial distribution of drought grades at different growth stages in main grape production areas

3 討 論

干旱脅迫對葡萄生長和品質具有明顯影響，嚴重時將阻礙植株養分吸收，造成黃葉、落葉、落果，甚至死樹。本研究表明，不同生育階段各等級干旱發生頻率空間分布呈現自北向南逐漸減少的特征，這與吳乾慧[13]、王素艷[14]、張存杰等[15]對我國北方地區冬小麥干旱情況研究結果相吻合。程雪等[16]對我國北方地區蘋果干旱時空特征進行分析發現，我國北方地區蘋果在盛花～成熟期階段重旱發生范圍最大，而其他生育階段輕旱發生范圍最大，這與本研究結果基本一致。薛昌穎等[17]對我國北方地區冬小麥產量進行災損評估，發現山西黃土高原地區屬于高風險地區，與本文研究結果基本一致。

本研究表明在葡萄漿果成熟～落葉期階段，各干旱等級發生頻率的空間分布特征呈現南低北高的特征，這與該生育期內天氣情況有關，南方產區為12月下旬，而西北產區、東北中北部產區為10月下旬，因而造成不同產區葡萄生育期內空間分布特征差異，這與吳乾慧[13]的北方冬小麥分蘗期干旱風險呈現南高北低分布特征研究結果一致。

我國葡萄主產區包含了30個省、市和自治區，不同地區氣候差異較大，本研究采用的各產區生育階段的起止日期為各產區并集的結果，在今后研究中，可細化各產區的不同生育階段數據，以更為準確地了解各產區干旱災害時空分布規律及風險區劃。

水分虧缺指數已應用在小麥、玉米、水稻等作物，在葡萄上則應用較少，本研究在進行葡萄需水量計算時，未對各產區不同生育階段葡萄生長系數進行修正，但葡萄各生育階段干旱空間分布特征仍具有可比性。本研究選用作物水分虧缺指數作為干旱指標，得到我國葡萄主產區干旱時空分布特征規律，但未考慮灌溉等因素對干旱指標的影響，在以后的研究中需要進一步考慮不同因素的影響，從而提高所選干旱指標的精確性。此外，由于《中國氣象災害年鑒》災情資料對作物干旱的記載沒有明確作物分類，并且有關葡萄的歷年災情數據有限，本研究并未對干旱分析結果進行驗證，在今后研究中，需要充實葡萄實際的災情數據，以對葡萄生產進行更準確的干旱監測和預警。

本研究結果表明我國葡萄主產區干旱發生頻率高和強度大的地區主要分布在西北產區和東北中北部產區，在未來工作中，需針對干旱發生頻率高、葡萄種植面積大和產量高的地區進行更深入分析，提出有針對性的防災減災對策。

4 結 論

我國葡萄主產區新梢～開花坐果期階段中無旱、輕旱、中旱與漿果成熟～落葉期階段中重旱發生范圍年際變化呈上升趨勢，開花坐果～漿果成熟期階段重旱和特旱發生范圍呈降低趨勢，其他生育階段干旱等級年際變化趨勢整體比較平穩。

我國葡萄主產區干旱發生頻率、平均強度以及各干旱等級的空間分布基本表現為北高南低，而漿果成熟～落葉期階段各干旱等級發生頻率與之規律相反，空間分布則呈北低南高特征。