摘 要： 为提升苹果花期冻害气象预警和灾害防御水平, 笔者利用2001年以来延安出现的5次苹果花期冻害天气过程, 通过对比分析温度、花朵受冻率和产量。结果表明:延安市苹果花期冻害有日期提前和影响加重的趋势;严重冻害年具有温度通过0℃初日早、3月温度明显偏高、积温高的特征;不同物候期形成冻害指标不一样, 整个花序受冻指标在中心花开放期和花序分离期, 过程极端最低气温在-3℃左右时, 少量中心花受冻, 最低气温≤-4℃会形成轻度受冻, 最低气温≤-5℃出现中度受冻。盛花期当温度降至-3℃时出现轻度受冻;-4℃时出现中度受冻;-5℃以下时重度受冻。今后花期冻害天气的预报及影响评估, 既要考虑冻害过程最低温度值, 也要重点考虑通过0℃初日、3月温度与活动积温情况, 前期气温是否异常偏高等现象。
关键词： 延安; 苹果花期; 冻害;
Abstract： The paper aims to improve the freeze injury weather warning and disaster prevention level during apple flowering period. Based on the 5 freezing injury weather processes during apple flowering period in Yan'ansince 2001, the authors analyzed the temperature, flower freezing rate and apple yield. The results showed that:the freeze injury during apple flowering period in Yan'an had a tendency of advanced date and aggravatinginfluence; the severe cold injury year had the characteristics of earlier first day passed 0℃, obviously hightemperature in March, and high accumulated temperature; the indicators of the formation of freeze injuryduring different phenological phases were different, the whole inflorescence was frozen in the central floweropening period and inflorescence separation period; a few central flowers were frozen when the extrememinimum temperature was-3℃; mild freeze and moderate freeze happened with the lowest temperature ≤-4℃and ≤-5℃, respectively; at the full-bloom stage, the mild freeze occurred when the temperature dropped to-3℃; moderate freeze occurred at-4℃ and the severe freeze occurred below-5℃. In the future, the predictionand impact assessment of freeze injury weather during the apple flowering period should not only consider theminimum temperature in the process of freeze injury, but also focus on the phenomenon of the first day passed0℃, the temperature in March and the active accumulated temperature, and whether the temperature at the early stage is abnormally high.
Keyword： Yan'an; flowering period of apple; freeze injury;
0、 引言
延安位于陕北黄土高原丘陵沟壑区, 由于土层深厚, 海拔800~1100 m, 光照充足, 昼夜温差大, 有利果实积累糖分, 是“世界苹果最佳优生区之一”。苹果个大、色艳、细脆、香甜, 耐贮运、无污染。截至2017年底, 延安全市有苹果面积24.3万hm2, 产量323万t[1], 产值超过100亿元人民币, 是农民脱贫奔小康的支柱性产业。苹果生产面临的气象灾害主要有冰雹、花期冻害和干旱。21世纪以来, 分别在2001、2006、2010、2013、2015、2018年出现严重冻害天气[2,3,4], 其中2015年冻害天气出现在5月12日, 为苹果幼果期, 其他年份在4月7—14日的苹果花期, 造成了苹果产量和品质的下降。针对苹果冻害研究, 王景红等[5,6]通过试验对冻害指标进行了修订;刘映宁等[7,8,9]研究提出花期冻害农业保险风险指数、苹果花期冻害指数及预报方法;屈振江等[10,11,12,13]研究了苹果气候适宜性区划和风险区划;曹雪梅等进行了苹果花期冻害预防试验研究[14,15,16,17]。
苹果花期冻害是一个复杂的过程, 既与苹果物候期、降温幅度、地形、风速等要素有关, 同时果树具有抗逆性, 自身可对霜冻灾害进行一定程度的修复, 以减轻霜冻的影响。本研究拟通过对比分析发生在延安市5次花期冻害天气过程以及对产量的影响, 提出影响产量的苹果冻害指标, 冻害差异的原因以及冻害气象预报着眼点, 以期为提高冻害天气预警水平、提升冻害预防能力提供依据。
1、 资料与方法 (2001—2018年)
气象资料由延安市各县区气象站提供;苹果产量由延安市果业局提供;冻害资料来源于文献和实地调查数据。分析方法采用对比分析等数理统计方法。
2、 结果与分析
2.1、 冻害天气
2.1.1、 过程极端最低
由表1可知, 5次冻害过程中, 以2018、2013、2010年温度最低, 全市平均达到-6.3、-6.0、-6.3℃, 2006年居中, 为-4.3℃, 2001年最高, 为-2.3℃。县区分布, 2018年, 洛川、富县、甘泉、志丹等县在5次过程中最低;2013年, 宝塔、安塞、吴起最低;2010年, 黄龙、延长、子长、黄陵、宜川、延川等6县最低。2013、2018年冻害日期出现在4月6、7日, 花期冻害天气有日期提前和加重的趋势。
对1971年以来宝塔区、洛川4月6—15日逐年最低温度进行对比分析, 宝塔区2010、2013年的温度仅高于1972年的-6.2℃, 是次低值和第三低值;洛川2018年的温度也仅高于1972年的-5.3℃, 是次低值, 这个角度也说明2018年洛川冻害和2013年宝塔区冻害的严重程度。
2.1.2、 花前活动积温
春季树木的展叶开花主要受春季气温波动的影响。平均气温越高, 花期越早[18]。从苹果初花日与前期温度分析, 发现苹果初花日与花前40日的温度呈明显正相关关系[19]。考虑到每年初花日并不相同, 冻害日期也不相同, 统一利用花前3月温度进行分析讨论。表2数据显示, 2018、2013年3月平均温度分别比历年平均偏高4.1、3.9℃, 2006、2001年略偏高1.1、0.9℃, 2010年正常。
延安各县区气温的变化比较一致, 选用洛川、宝塔、安塞等3个县区作为代表分析日平均气温稳定通过0℃的日期和冻害前的活动积温。由表3可知, 2018和2013年, 洛川、宝塔、安塞通过0℃的日期相同, 积温高。2010年日平均气温稳定0℃的日期最迟, 积温也最低。冻害严重年具有初日早、积温高、冻害早的特点。
表1 延安市苹果花期冻害最低气温表
表2 延安市苹果花期冻害年3月平均温度及差值表
2.2、 花朵受冻率
2.2.1、 2018年受冻情况
由表4可知, 2018年延安南部苹果进入盛花期, 北部进入花序分离和中心花开放期。冻害最为严重是洛川、富县、甘泉、子长, 花序冻害率普遍达到80%以上, 中心花达到90%以上;延长、延川、吴起等县最轻, 花序冻害率不到20%, 延长、延川甚至低于10%;黄龙、黄陵、志丹、宝塔区居中, 花序冻害率在30%~50%之间;宜川、安塞花序冻害率略超过50%。
南部苹果普遍进入盛花期, 但富县、洛川、黄陵、宜川冻害程度差异较大, 富县、洛川呈重冻害区、黄陵、宜川为轻中度冻害区。黄陵苹果产区过程最低温度阿党-2.9℃、田庄-3.8℃、太贤-3.8℃、隆坊-4.1℃, 大部地方温度高于-4℃, 该县60%的区域为轻冻害、31%的区域为中度冻害, 只有9%的重冻害区。宜川苹果产区秋林-2.4℃、牛家佃-3.3℃、阁楼-4.2℃、高柏-2.9℃, 大部温度高于-4℃, 该县76%的苹果面积为轻冻害、19%的区域为中度冻害, 只有5%的重冻害区。说明温度在-4℃时左右时以中度冻害为主, -3℃时以轻度为主。
富县冻害最为严重, 63%的苹果面积为重度冻害, 37%为中度冻害, 没有轻度冻害区域, 该县苹果产区最低温度寺仙-4.8℃、交道镇-7.6℃、羊泉镇-5.6℃、北道德-5.7℃、张村驿-7.7℃, 温度以低于-5℃为主, 部分地方达到-7.5℃以下。洛川县过程最低温度京兆-5.1℃、石泉-3.9℃、老庙-4.7℃、杨舒-5.7℃、黄章-7.6℃、槐柏-2.9℃、洛阳-2.5℃、堡子头-6.4℃, 61%的苹果面积为轻度冻害, 28%为中度冻害, 11%为重度冻害。堡子头、京兆、杨舒等沟峁苹果园, 温度明显低于塬区, 温度小于-5℃, 是重度受灾区。当温度低于-5℃时, 苹果花以中重度受灾为主。
表3 冻害年延安代表县区活动积温表
表4 苹果花受冻率调查表
2.2.2、 2013年受冻情况
2013年冻害出现时, 延安南部苹果已进入花序分离和中心花开放期, 北部在显蕾和花序分离期。受冻较为严重的是黄陵县, 苹果正处于盛花期, 全县大部分果园受害严重:红富士苹果中心花褐变率70%~100%, 边花褐变率20%~80%;洛川县果园大面积受灾, 全县受灾果园面积19866.7 hm2, 沟峁苹果园红富士苹果中心花受冻率68.1%左右, 边花受冻率42.8%, 整花序受冻率38.6%;塬面果园红富士苹果中心花受冻率38.6%, 边花受冻率28.3%, 整花序受冻率18.6%。总体上看, 沟壑区域和中北塬受冻较重, 南部塬区花期受冻较轻。北塬中心花受冻率90%以上, 边花受冻率70%以上, 整花序受冻率40.3%;南塬中心花受冻率5.6%, 边花受冻率1.6%, 整花序未受冻。富县南部交道镇、钳二社区、羊泉镇、寺仙镇果园受害较重, 北部果园受害较轻。宝塔区受灾果园面积较大, 占该区果园总面积的50%以上。苹果中心花冻害率60%~80%, 边花受害率40%~60%, 花序受冻率60%~80%。宜川县受害程度在延安地区相对较轻, 受灾面积占果园总面积的10%~15%。安塞县受灾面积7466.7 hm2, 中心花受冻率达99%, 边花受冻率90%以上, 整花序受冻率70%以上。花序冻害调查, 宝塔、安塞冻害最重。
2013年洛川花期冻害造成沟峁苹果园整花序受冻率38.6%, 为轻度冻害, 塬面果园整花序受冻率18.6%, 其中北塬整花序受冻率40.3%, 南塬整花序未受冻。沟峁苹果园过程最低温度堡子头-4.4℃, 塬面南部果园槐柏-3.3℃、吴家庄-2.3℃、严家庄-3.1℃、北界-3.2℃, 北塬洛阳-4.6℃。从中得出当温度低于-4℃时, 出现轻度冻害, 温度在-3℃左右, 中心花受冻率低, 并且整花序未受冻。富县调查也可以得出这样结论, 如受冻偏重的钳二社区、羊泉镇、寺仙镇果园最低温度分别达到-4.1、-7.3、-4.2℃, 均低于-4℃。
冻害最重的安塞最低温度王窑乡-9.2℃、沿河湾-9.1℃、西河口-9.6℃、坪桥镇-8.9℃, 温度达到-9℃左右时处于花序分离期的果花也会出现严重冻害。
2.2.3、 2010年受冻情况
2010年延安市南部果区果树进入花序分离期和露红期, 北部是显蕾期。据不完全统计全市苹果受灾11866.7 hm2, 较为严重的是安塞、宜川、宝塔、延川、黄龙, 较轻的洛川、黄陵、富县, 延长、吴起、志丹、甘泉无冻害。
2010年, 洛川、黄陵、富县大部苹果主产区过程最低温度在-5~-4℃之间, 洛川沟峁苹果园过程最低温度堡子头-6.3℃。宜川冻害相对严重, 苹果产区之一的客楼温度达到-5.9℃, 说明温度不低于-5℃, 对处于花序分离期和露红期的果花无影响。
2.2.4、 2006年和2001年受冻情况
2006年4月11—14日为强寒潮、大风和沙尘天气过程, 严重冻害区主要发生在延安和渭北西部果区, 中心花受冻率达60%~70%。洛川全县红富士平均中心花受冻率64.66%, 边花受冻率39.25%, 整花序受冻率7.74%;秦冠平均中心花受冻率71.45%, 边花受冻率51.38%, 整花序受冻率18.29%;嘎拉平均中心花受冻率72.80%, 边花受冻率46.30%, 整花序受冻率14.02%。2006年受冻情况很轻。
2001年延安南部洛川最低气温达到-2.9℃, 使苹果树正在萌发的中心花芽、叶芽遭受冻害[20], 但整花序受冻轻。
2.3、 苹果产量影响
根据市果业局提供的数据, 1996年以来, 延安苹果种植面积和产量经历了3个发展过程, 第1个过程是1996—2003年, 面积和产量缓慢增长期, 面积由101333 hm2增加到108666.7 hm2, 产量由27.79万t增加到55.41万t;第2个发展过程是2004—2012年的快速增长期, 面积突破到210000 hm2, 产量达到252.32万t;2013年以来为第3个阶段, 面积持续增加, 达到241266.7 hm2, 产量突破到323万t。
图1可以看出, 1996—2003年全市苹果单产虽然增加了1倍, 但维持在较低水平, 最高只达到5.2 t/hm2, 2004—2012年, 单产水平迅速提高, 达到11.9 t/hm2, 2013—2017年, 受到气候条件影响, 单产有波动变化, 2013—2015年单产偏低, 特别是出现冻害的2013年, 单产下降明显, 是2010年以来单产最低的一年。可以看出2001、2006、2010年的单产比上年有增加, 说明这3年冻害对苹果产量未造成影响。
图1 延安市1996—2017年苹果单产图
利用苹果主产县区2012年与2013年苹果产量进一步对比分析 (见图2) , 2013年的冻害对延安南部的洛川、黄陵、宜川、富县几乎无影响, 总产持平或略有增加, 但对北部的宝塔区和安塞影响明显, 宝塔区产量减少11万t, 下降41%, 安塞减少6.4万t, 下降70%。2013年宝塔、安塞花序受冻率达到70%以上, 最低气温低于-5℃是冻害的主要原因。
图2 苹果主产县区产量对比图
分析宝塔区2010年和2013年冻害天气, 最低温度只相差0.1℃, 2010年4月13日, 气温小于-2℃持续时间达到8 h, 小于-4℃持续时间也达到4 h以上, 而2013年, 气温小于-2℃持续时间为5 h, 小于-4℃持续时间不到3 h, 从温度持续时间对比, 2010年明显长于2013年, 应该说冻害天气更严重。但对产量的影响且大不相同, 2010年宝塔区苹果产量26万t, 但2013年只有16万t, 相差10万t, 2013年冻害影响更大。造成这种差异主要是由于前期温度不同, 2013年气温稳定0℃的日期早, 积温高, 苹果物候期偏早, 冻害明显。对比分析宝塔区2018年和2013年冻害, 前期温度2018年略高, 在冻害天气来临前, 苹果均为中心花开放和花序分离期, 2年的冻害影响差异大, 根据市果业部门预计2018产量减产1.3%, 减产0.455万t, 明显低于2013年。这种差异形成主要是极端最低温度不同引起的, 2018年最低气温只有-4.2℃, 比2013年高出1.1℃, 气温小于-2℃持续时间为5 h, 小于-4℃持续时间不到1 h, 2018年冻害天气弱于2013年。
2.4、 洛川对比分析
2013与2018年洛川苹果受冻情况差异很大, 2018年出现重度受冻, 而2013年只在北塬和沟峁苹果出现轻度受冻。据果业部门预计, 2018年受冻害影响预计减产23.5%, 减产21.2万t。造成严重冻害有2个原因:一是最低温度低, 达到-5.1℃, 是苹果花期温度最低的一年;二是前期温度高, 花期提前, 冻害天气影响时苹果已进入盛花期, 苹果花期最早的一年, 2个极端天气迭加影响形成。
2013和2018年, 2年温度通过0℃初日相同, 冻害天气出现日期基本相同, 积温相差只有21℃, 但苹果物候期差异大, 2018年苹果初花比2013年提前1周左右。由表5可知, 从2月22日开始把每10日作为1旬进行温度对比分析, 2013、2018年各旬温度均明显高于历年平均, 差别在于2013年, 第2、3旬的温度偏高明显, 比历年同期平均高出6.6、5.2℃, 而相对第4旬只偏高3.4℃, 与当年第3旬温度一致;2018年冻害出现的前10日平均温度 (第4旬) 达到15.1℃, 进入生长活跃期, 比第3旬高出7.7℃, 有突增现象, 比同期历年平均偏高7.9℃, 在这一阶段, 极端最高气温达到27.4℃, 创历史最高值, 出现4天最高温度大于25℃, 3月26日—4月3日平均最高温度达到24.5℃, 都是有气象记录以来的少见现象, 这个异常高温阶段可能起到了催花作用, 使得初花日提前, 中心花和边花几乎同时开放。
表5 洛川平均温度表
3、 结论与讨论
本研究分析21世纪以来延安5次苹果花期冻害天气过程, 以2013、2018年影响最为严重, 有冻害日期提前和影响加重的趋势。2013、2018年冻害过程均出现在4月上旬, 过程最低温度也是1971年以来的次低值, 造成产量下降。
5 次冻害过程花前积温, 2013、2018年温度通过0℃初日早、3月温度明显偏高, 积温高, 而2010年, 冻害天气过程温度也很低, 但温度稳定通过初日迟, 3月温度正常, 积温低, 冻害对产量影响轻微。2001、2006年冻害天气过程降温幅度小、最低温度略低于花期冻害指标温度, 冻害对产量无影响。本研究分析认为, 是否出现苹果花期冻害既要考虑温度降温幅度、最低温度值, 也要重点考虑通过各界限温度初日、3月温度与活动积温情况, 同时要高度关注始花前气温是否异常偏高及对花期的影响。
本研究从2013、2018年花序受冻率情况分析, 对产量形成影响的冻害指标在不同物候期是有差异的。中心花开放期和花序分离期过程极端最低气温在-3℃左右, 中心花受冻率低, 整花序未受冻;最低气温≤-4℃会形成轻度受冻, 最低气温≤-5℃出现中度受冻。盛花期当温度降至-3℃时出现轻度受冻;-4℃时出现中度受冻;-5℃以下时重度受冻。出现中、重度受冻会造成产量下降。
苹果花期冻害影响比较复杂, 在今后的研究中, 要将霜冻影响精细到果园, 分析黄土高原复杂地形的下霜冻对苹果的影响。
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