河北釀酒葡萄生育期農業氣候資源對氣候變化的響應

孫麗華，靳甜甜，劉冰玉，張軍，李瑞盈*

（1. 秦皇島市氣象局，河北秦皇島 066000；2. 昌黎縣氣象局，河北昌黎 066600）

農業氣候資源是指一個地區氣候對農業生產所能提供的自然物質和自然能量，是農業生產的基本環境條件和物質能源，直接影響農業生產過程[1-2]。了解氣候變化對農業氣候資源的影響，從而分析農業生產中可能發生的各種變化及后果，是研究氣候變化對農業生產影響的首要問題[3]。釀酒葡萄的品質由其自身的品種特性和環境條件共同決定，適宜的生態條件是保證其優良品質的重要因素，而氣候條件具有決定生產方向的主導作用[4]。氣候變化對釀酒葡萄種植、品種、產量和品質產生了影響，因此分析其全生育期農業氣候資源的演變特征是研究氣候變化對釀酒葡萄產業影響的基礎。對此，許多學者已開展專題研究并取得一些成果，表明氣候變暖對釀酒葡萄生育關鍵期主要熱量資源和冷凍害產生重要影響，進而引起葡萄產量和質量的波動[5-8]。王靜等[9]認為，銀川地區熱量資源增加為晚熟葡萄品種的成熟提供了保證，但霜凍及越冬凍害不容忽視。李華等[10]研究表明，氣候變化背景下，我國適宜釀酒葡萄栽培面積不斷向北擴大，且葡萄含糖量有上升趨勢，而含酸量有下降趨勢[11]。以上研究大多針對賀蘭山東麓及陜西等地，但農業氣候資源在地理分布上具有不平衡性[12]。河北是我國釀酒葡萄種植大省，目前關于河北釀酒葡萄種植區農業氣候資源方面的研究少見報道。本文以河北釀酒葡萄種植區中的張家口、秦皇島地區為代表，分析河北釀酒葡萄生育期氣候資源對氣候變化的響應，為減輕或避免氣候變化對河北釀酒葡萄產業發展的不利影響、保障穩產優質提供參考依據，對于提高河北釀酒葡萄氣候資源利用率、優化葡萄產業布局、促進可持續發展具有一定的現實意義。

1 研究區概況

河北省是我國葡萄和葡萄酒重點產區，葡萄種植面積和總產量居全國第2位，現有種植面積5.4萬 hm2，產量約75.8萬 t，葡萄面積和產量約占全國的20%，其中釀酒葡萄種植面積近2萬 hm2，約占葡萄總面積的40%。河北釀酒葡萄種植區域主要集中在張家口的懷涿盆地和秦皇島的昌黎、盧龍、撫寧等地，兩地的釀酒葡萄種植面積、葡萄酒產量、銷售收入等占河北省葡萄酒產業90%以上。河北省政府辦公廳下發了《關于做強做優葡萄酒產業的實施意見》，到2022年，全省葡萄酒產業發展實現“兩擴大、三提升”，增強河北省葡萄酒國際影響力。葡萄酒產業已成為河北省特色產業，在當地經濟發展中具有重要地位。

2 資料與方法

2.1 資料來源

氣象資料來自河北省氣象信息中心，選取研究區代表性強的6個氣象臺站，張家口產區的懷來、涿鹿、宣化以及秦皇島產區的昌黎、盧龍、撫寧地面氣象臺站1961—2020年逐日氣象資料，含平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、降水量和日照時數等。釀酒葡萄生育期時段定為4—10月。

2.2 研究方法

2.2.1 ≥10 ℃有效積溫計算

葡萄生物學零度為10 ℃，采用5日滑動平均確定日平均氣溫穩定通過10 ℃界限的起止日期，計算起止日間平均氣溫高出10 ℃以上有效溫度的總和。

2.2.2 水熱系數計算

用氣溫≥10 ℃期間的降水量與同期活動積溫的比值來表示水熱系數，指示水分條件滿足葡萄需要的程度。

2.2.3 氣候傾向率計算

采用最小二乘法擬合一元線性方程：

式（1）中Yi為樣本量為n的某一氣象要素，a為線性回歸系數，ti為Yi對應的時間，b為截距。線性回歸系數a的10倍即為氣候傾向率；a為正值表示呈上升趨勢，a為負值表示隨時間變化呈下降趨勢。

3 結果與分析

3.1 熱量資源

3.1.1 生育期平均氣溫

葡萄是喜溫植物，對熱量要求高。熱量條件不但決定葡萄物候期長短，同時影響葡萄生長發育、產量和品質形成。1961—2020年河北釀酒葡萄生育期平均氣溫8.8～25.4 ℃（表1），滿足葡萄各階段對熱量的需求。4月中下旬氣溫回升至10 ℃以上，葡萄萌芽、展葉進入營養生長，此期光溫條件對營養生長影響較大。5—6月平均氣溫17～23 ℃，降水過程少，天氣晴好，日照足，枝條生長快，花序和花蕾發育好。7月最熱月平均氣溫23～25 ℃，暖而不熱，是葡萄生長的理想氣候。8—9月是葡萄果實膨大、轉色至成熟期，平均氣溫16～25 ℃，高溫日數少，有利與果實快速膨大及發育。

表1 1961—2020年河北主要釀酒葡萄產地生育期平均氣溫Table 1 Average temperature during growing period of major wine grape regions in Hebei from 1961 to 2020℃

1961—2020年河北葡萄生育期平均氣溫18.7 ℃，高值年份出現在2001、2009、2017、2019年，低值年份出現在1969、1976、1979、1980年，2017年為近60年最高值年份。近60年生育期平均氣溫呈上升趨勢，每10年升高0.25 ℃（圖1）。年代際看，近60年平均氣溫變化可分為4個階段：20世紀60—90年代為相對低值期，平均氣溫18.2 ℃，比多年平均值低0.5 ℃；20世紀90年代至21世紀20年代為增暖階段，此期平均氣溫持續上升，增溫顯著，每10年升高0.32 ℃；20世紀70年代為偏冷階段，平均氣溫18.0 ℃，比多年平均值低0.7 ℃；21世紀以來的20年為近60年溫度最高期，平均氣溫19.4℃，比多年平均值高0.7 ℃。空間分布看，近60年張家口產區平均氣溫17.8 ℃，秦皇島產區平均氣溫19.5 ℃，兩地相差1.7 ℃，近60年均呈顯著上升趨勢，每10年分別升高了0.25 ℃和0.26 ℃。

圖1 近60年來河北釀酒葡萄種植區生育期平均氣溫變化Figure 1 Variation of average temperature during growing period in wine-growing area of Hebei region in recent 60 years

3.1.2 最熱月平均氣溫

影響釀酒葡萄品質形成的關鍵時期是7—8月（幼果膨大至果實著色期），這一時期的氣象條件對葡萄品質有決定作用[13]。研究表明，7月平均氣溫25 ℃以下，可使釀酒葡萄色素和芳香類物質發育良好[14]。近60年河北釀酒葡萄種植區最熱月（7—8月）平均氣溫21.7～26.8 ℃，均值24.1 ℃（圖2），其中7月平均氣溫24.6 ℃，8月平均氣溫23.6 ℃。該地區近60年最熱月均溫呈顯著升高趨勢，每10年升高0.20 ℃，其中7月升高0.18 ℃，8月升高0.22 ℃。從年代際來看，20世紀60—80年代為相對偏低階段，年代均值均較常年低，尤其70—80年代為偏冷階段，年代平均值較常年低0.5～0.6 ℃。20世紀90年代以來為偏暖階段，尤其2005年至今最熱月平均氣溫是1961年以來最高時段，16年平均氣溫均在常年值以上。空間分布看，張家口產區7月均溫24.0 ℃，8月均溫22.4 ℃，近60年均呈升高趨勢，每10年分別升高0.18 ℃和0.23 ℃；秦皇島產區7月均溫25.3 ℃，8月均溫24.8 ℃，近60年亦呈升高趨勢，每10年分別升高0.19 ℃和0.18 ℃。研究表明，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[15]，因此，最熱月平均氣溫的升高不利于釀酒葡萄優良品質的形成。

圖2 河北釀酒葡萄種植區最熱月平均氣溫Figure 2 The warmest monthly mean temperature in winegrowing area of Hebei region

3.1.3 氣溫日較差

氣溫日較差對釀酒葡萄糖分的積累起著重要作用，適度的晝夜溫差有利于釀酒葡萄漿果酸度和香氣的保持。特別在葡萄成熟期，白天高溫有利于光合作用，有機質積累較多；夜間低溫，呼吸作用較弱，降低有機物消耗，有利于糖分積累[16]。1961—2020年河北釀酒葡萄生育期氣溫日較差11.9～15.1 ℃，均值為12.1 ℃。其中張家口產區11.9～15.1 ℃，均值為13.3 ℃；秦皇島產區9.9～13.0 ℃，均值10.9 ℃。河北釀酒葡萄生育期氣溫日較差呈減少趨勢，每10年減少0.18 ℃（圖3），統計生育期逐月氣溫日較差數據得出：僅張家口8月氣溫日較差為增加趨勢，每10年增加0.03 ℃，其余月份均呈減少趨勢，尤其6月顯著減少，每10年下降0.28 ℃，其次為5、9、10月（表2）。分析表明，河北釀酒葡萄生育期內氣溫日較差降低主要是最低氣溫的升高大于最高氣溫的升高所致。

表2 1961—2020年河北釀酒葡萄生育期氣溫日較差（10年均值）Table 2 Daily temperature range in Hebei wine grape growing period from 1961 to 2020 (10 years average)℃

圖3 1961—2020年河北釀酒葡萄生育期氣溫日較差Figure 3 Diurnal temperature range during growing period in wine-growing area of Hebei region from 1961 to 2020

3.1.4 均溫穩定通過10 ℃起止日期及持續時間

河北釀酒葡萄需埋土越冬，翌年春季日平均氣溫穩定通過10 ℃時葡萄開始萌芽[17]，因此，日均溫穩定通過10 ℃可以表征葡萄適宜出土放條。1961—2020年河北釀酒葡萄種植區穩定通過10 ℃起始時間平均為4月11日，秦皇島和張家口產區最早均為3月21日（2014年）；秦皇島產區最晚4月29日（1979年），張家口產區最晚5月5日（1976年）。近60年河北釀酒葡萄種植區日均溫穩定通過10 ℃起始時間表現顯著提前，每10年提前3.0 d。

1961—2020年河北釀酒葡萄種植區穩定通過10 ℃結束時間的均值為10月14日，秦皇島產區最早10月9日（2003年），最晚11月6日（1994年）；張家口產區最早9月15日（1997年），最晚10月24日（2014年）。近60年河北釀酒葡萄種植區日均溫穩定通過10 ℃的結束時間呈推遲趨勢，每10年延后0.7 d。

近6 0 年日平均氣溫穩定通過1 0 ℃持續日數142～226 d，均值185.9 d，日平均氣溫穩定通過10 ℃的持續日數呈顯著增加趨勢，每10年增加2.1 d（圖4）。從年代際看，20世紀70年代持續日數為近60年最短，為181.6 d，比平均值少4.3 d；21世紀10年代持續日數為近60年最長，為193.5 d，比平均值多7.6 d。從空間分布看，張家口產區持續日數均值176.4 d，最短142 d（1980年宣化），最長217 d（2014年涿鹿）；秦皇島產區持續日數均值195.5 d，最短173 d（1986年撫寧），最長226 d（2014年盧龍）。日均溫穩定通過10 ℃起始時間顯著提前及結束時間推遲導致其持續日數呈增加趨勢，表明河北釀酒葡萄種植區的生長季延長，有利晚熟品種的成熟。

圖4 1961—2020年河北釀酒葡萄種植區穩定通過10 ℃持續日數Figure 4 The last days of stable through 10 ℃ during growing period in wine-growing region of Hebei region from 1961 to 2020

3.1.5 ≥10 ℃有效積溫

1961—2020年河北釀酒葡萄生育期≥10 ℃有效積溫1390.8～2354.6 ℃，均值1920.7 ℃。近60年呈顯著增加趨勢，每10年增加48.4 ℃，尤其1997年后的24年中僅2010年的1898.5 ℃比平均值低，其余均高于多年均值。其中張家口產區1496.6～2006.8 ℃，秦皇島產區1768.4～2339.3 ℃，每10年分別增加47.6 ℃和49.3 ℃（圖5）。年代際看，1961年以來各年代有效積溫均值分別為1855.2、1800.0、1853.4、1943.4、2020.3、2052.0 ℃，較上年代變化幅度為﹣55.2、53.4、90.0、76.9、31.7 ℃，可知僅20世紀70年代較60年代減少，其余均為增加，且20世紀90年代較80年代顯著增加。≥10 ℃有效積溫增加主要是日均氣溫穩定通過10 ℃的起始日期顯著提前及結束日期推后導致持續日數的增加引起。有效積溫的增加提高了晚熟品種的成熟度及果實品質，有助于品種多樣化的發展。

圖5 1961—2020年河北釀酒葡萄種植區≥10 ℃有效積溫Figure 5 The effective accumulated temperature ≥10 ℃during growing period in wine-growing region of Hebei region from 1961 to 2020

3.2 降水資源

3.2.1 生育期降水量

葡萄生長需要一定水分供應及合理的季節分配，適宜的土壤墑情和空氣濕度利于糖分積累及漿果成熟[18]。1961—2020年河北釀酒葡萄生育期降水量183.5～1187.9 mm，均值496.7 mm，最高值1187.9 mm（1969年昌黎），最低值183.5 mm（1965年懷來）。從空間分布看，張家口產區年平均降水量361.1 mm，秦皇島產區632.3 mm，兩地相差271 mm。近60年河北釀酒葡萄生育期降水呈顯著減少趨勢，每10年減少11.3 mm，主要表現為張家口呈增加趨勢，每10年增加4.0 mm；秦皇島呈顯著減少趨勢，每10年減少26.7 mm（圖6）。因此，河北釀酒葡萄生育期平均降水量的顯著減少主要是秦皇島產區降水量降低所致。

圖6 1961—2020年河北釀酒葡萄生育期降水量Figure 6 The precipitation during growing period in winegrowing region of Hebei region from 1961 to 2020

3.2.2 成熟期降水量及降水日數

成熟期降水是影響釀酒葡萄成熟度和質量的主要因素。降水過多引起裂果和果實病害，對葡萄增糖、著色、風味物質形成也有不利影響，病害風險高，進而影響葡萄和葡萄酒品質[19]。1961—2020年河北釀酒葡萄成熟期降水量1.1～240.1mm，均值52.3 mm，最大值出現在1988年的盧龍，為240.1mm。其中張家口產區4.7～157.0 mm，均值47.7 mm；秦皇島產區1.1～240.0 mm，均值54.5 mm。近60年河北釀酒葡萄成熟期（9月）降水呈增加趨勢，每10年增加3.5 mm，尤其20世紀80年代以來降水量平均值54.7 mm，比60、70年代增加10.7 mm。成熟期降水增加主要表現為張家口產區呈顯著增加趨勢，每10年增加5.2 mm；秦皇島產區增加趨勢不明顯，每10年增加1.9 mm。

1961—2020年河北釀酒葡萄成熟期降水日數1～20 d，均值10 d，最少1 d出現在2019年秦皇島產區，最多20 d出現在1981年的涿鹿。近60年成熟期降水日數呈減少趨勢，每10年減少0.4 d，主要表現為1961—1991年降水日數較多，1992—2020年降水日數較少，尤其21世紀以來降水日數均值8.9 d，比20世紀60—80年代減少1.8 d。

3.2.3 成熟期水熱系數

成熟期水熱系數對釀酒葡萄總酸、總糖有明顯影響。水熱系數＜0.57則可使糖酸比達到釀制優質酒的指標；水熱系數過大，果實總酸含量過高，糖酸比不能很好協調[20]。統計表明，河北葡萄酒品質與成熟期水熱系數呈顯著負相關，如2001、2002、2007年昌黎產區成熟期水熱系數分別為0.24、0.23、0.28，當年的年份酒較好；而2004、2012年成熟期水熱系數分別為1.75、2.22，當年的年份酒較差或很差。1961—2020年河北釀酒葡萄成熟期水熱系數0.02～4.06，均值0.93，最小值0.02出現在1963年的昌黎，最大值4.06出現在1988年的盧龍。近60年河北釀酒葡萄成熟期水熱系數呈顯著增加趨勢，每10年增加0.30，主要表現為張家口產區水熱系數呈顯著增加趨勢，每10年增加0.68，秦皇島產區水熱系數基本無變化。

3.3 生育期日照時數

光照是葡萄進行光合作用的主要能源，日照時數長短對其花芽分化、果實著色、品質形成有很大影響。1961—2020年河北釀酒葡萄生育期日照時數1443.1～2045.8 h，均值1759.9 h，高于釀酒葡萄優質生態區生長季日照時數1250 h的要求。其中張家口產區均值1811.0 h，秦皇島產區均值1708.7 h，相差102.3 h，張家口日照時數較秦皇島更充足（圖7）。近60年生育期日照時數呈波動減少趨勢，每10年減少15.9 h。年代際來看，20世紀60年代日照時數最多，平均值1806.4 h；21世紀第一個10年日照時數最少，平均值1716.6 h；21世紀以來平均日照時數1725.1 h，比多年平均值減少34.8 h。空間分布看，張家口日照時數呈顯著減少趨勢，每10年減少30.1 h；秦皇島呈增加趨勢，每10年增加0.77 h。因此，河北釀酒葡萄生育期日照時數減少主要是張家口日照時數顯著減少占主導。

圖7 1961—2020年河北釀酒葡萄生育期日照時數Figure 7 The sunshine hours during growing period in winegrowing region of Hebei region from 1961 to 2020

4 討論與結論

氣候變化對河北釀酒葡萄生育期氣候資源產生了一定影響，釀酒葡萄生產需主動適應氣候變化，合理利用氣候資源。

（1）近60年河北釀酒葡萄生育期平均氣溫、最熱月平均氣溫均呈升高趨勢，尤其2005年以來最熱月平均氣溫為近60年最高時段；氣溫日較差呈不顯著減少趨勢，主要由于最低氣溫升高趨勢大于最高氣溫升高趨勢所致。≥10 ℃有效積溫顯著增加，1997年后增加明顯。充足的熱量條件在一定程度上利于釀酒葡萄酶活性的提高，同時也利于糖分積累及品質提升。但最熱月氣溫升高，可能使果酸含量低，果香不足，對品質形成不利。尤其氣溫達35 ℃以上時，葡萄的生理活動就會減緩，容易發生日灼和氣灼等生理性病害，導致果實褐變壞死影響葡萄產量和品質。

（2）近60年河北釀酒葡萄種植區日平均氣溫穩定通過10 ℃起始時間顯著提前，結束時間推后，起止間日數顯著增加。穩定通過10 ℃起始時間顯著提前及結束時間推遲導致其持續日數呈增加趨勢，表明河北釀酒葡萄種植區的生長季延長，但遭受晚霜凍的可能風險隨之增加。實際生產中可根據當地小氣候條件種植不同熟性品種，增加品種的多樣性。同時不同葡萄品種對氣候適宜性不同，精細化霜凍指標仍需進一步研究。

（3）近60年河北釀酒葡萄生育期降水呈顯著減少趨勢，但成熟期降水呈增加趨勢，20世紀80年代以來增加明顯。成熟期降水日數呈減少趨勢，21世紀以來降水日數顯著減少。成熟期降水量增加但降水日數減少，表明降水量級呈加大趨勢，釀酒葡萄成熟期遭受降水災害的可能風險加大，尤其極端降水會大幅降低釀酒葡萄的品質，葡萄園日常管理中應注重極端降水的防范工作。

（4）近60年河北釀酒葡萄生育期日照時數波動減少，主要表現為張家口產區顯著減少。生育期日照時數減少但仍在適宜范圍，對葡萄優良品質形成無不利影響。

（5）農業氣候資源的變化已經給釀酒葡萄布局及品種選擇帶來一定影響，需積極應對氣候變化，合理利用氣候資源，以促進釀酒葡萄產業健康發展。不同釀酒葡萄品種對氣候變化的適應性不同，因此，在葡萄的各生育期，仍需加強極端天氣氣候事件和氣象災害的監測和防范，減輕或避免氣候資源變化對釀酒葡萄產業發展的不利影響。同時，開展農業氣候資源對葡萄品質的影響研究，促進釀酒葡萄提質增效。現有研究中，大多采用統計方法判定農業氣候資源的變化趨勢，對指導生產具有局限性，未來可綜合利用小氣候站實時資料、數值預報產品及生育期影像監控等，從多維尺度上探究小氣候變化對釀酒葡萄種植的影響。