農業氣象災害對甘肅天水蘋果生產的影響

摘要：在參照農業氣象災害觀測調查資料的基礎上，利用蘋果氣候產量動態相對偏差百分率進行了農業氣象災害的統計分析和研究。結果表明，影響蘋果正常生產的主要農業氣象災害是前一年9月干旱、次年蘋果花期(4月下旬)高溫干燥氣候和低溫交替危害造成的，冬季12月至翌年2月暖冬雖然不屬于農業氣象學上定義的農業氣象災害，但隨全球氣候變暖，暖冬危害明顯加重，其危害程度僅次于前一年9月干旱。

關鍵詞：蘋果生產；農業氣象；災害

中圖分類號：S661.1

文獻標識碼：A

文章編號：1009—9980(2009)05—597—06

天水地處西北內陸黃土高原與西秦嶺山地交界處，海拔高度800～4000m，年平均氣溫9～13℃；年降水量430～580mm，年日照時數1900～2200h。境內山多川少，相對落差大，雨熱同季，氣候多樣，極適宜糧、林、果、菜、草等多作物種植生產，屬西北內陸較為典型的干旱半干旱交錯、農林牧復合生產種植區。

近年來，隨農業經濟結構的不斷調整和農業生產水平的快速提高，以蘋果、葡萄、桃、杏為主要品系的天水特色林果業發展迅速。果樹栽培面積、產量由1978年的6473hm²、16747t發展到2007年的73067hm²、541954.5t，其中蘋果占總果品面積的90％以上，成為甘肅省主要蘋果產業發展基地。所產蘋果個大、色艷、硬度強、糖分高、品質佳、耐儲存、貨架期長，深受廣大客商和消費者青睞，譽滿國內外的“花牛蘋果”已被注冊獲得全國知名品牌類注冊證明商標，成為支撐天水市經濟發展的四大支柱產業之一。但是，由于天水獨特的地理地形及氣候特征，干旱、冰雹、洪水、凍害、連陰雨和花期高溫等氣象災害逐年不同程度的發生，果品產量和質量極為不穩，嚴重影響天水蘋果的生產和經濟效益。多年來由于蘋果氣象災害方面的觀測數據極為有限。諸多研究多集中在蘋果凍害、花蕾期氣象條件對坐果率的影響等簡單氣象災害的分析研究，綜合和量化研究報道不多。因此，進行天水主要農業氣象災害對蘋果生產影響的綜合研究，可以為生產和管理部門提供決策服務，最大限度減輕或減免農業損失。

1 材料和方法

1.1 資料來源

蘋果產量資料取白天水市1978—2007年統計年鑒；相關氣象資料取白天水市關山區清水、渭北早旱區秦安和河谷區麥積二縣一區氣象站1978—2007年氣象觀測資料。

1.2 方法

1.2.1 代表點的選取 根據天水農業氣候區劃，選取渭北旱區、關山區和河谷川區蘋果種植面積較大的秦安縣、清水縣和麥積區作為代表點。

1.2.2 研究方法 主要采用統計學原理，將相關農業氣象災害因子進行不同形式配置組合，并將標準化處理后的各氣象災害組合因子與相應的蘋果氣候產量動態相對偏差百分率[(實際產量一趨勢產量)／趨勢產量×100％]進行分類和綜合逐步回歸，建立天水主要農業氣象災害對蘋果產量影響數學模型，綜合分析主要農業氣象災害對天水蘋果產量的影響，為農業防災減災提供科學依據。

1.2.3 蘋果產量資料的處理 蘋果氣候產量資料分解的方法和準確性，會直接影響蘋果綜合農業氣象災害的分析研究。我們在參照僅有的農業氣象災害觀測調查資料的基礎上，將蘋果產量資料按3、5a滑動平均法、線性法、正交多項式法、指數法等多種函數分解方法提取的趨勢產量，與蘋果生長期出現的各種綜合農業氣象災害進行統計分析。得出天水渭北秦安、關山區清水、河谷川區麥積兩縣一區和全市蘋果總產量分布(均以指數法提取的蘋果氣候產量，能夠較為全面的反映出天水主要農業氣象災害對蘋果生產的影響)(圖1)。

趨勢產量提取方程為渭北秦安Y=25.06e^0.098t+13(r=0.58)；關山區清水y=5.38e^0.012t+35(r=0.59)；河谷川區麥積區y=14.07e^0.135t+66；天水市蘋果總產量y=868.22e^0.126t(r=0.55)。

1.2.4 相關氣象資料的處理 根據蘋果生長習性，將前一年9月至當年9月作為蘋果的生長季。按候、旬、月、季、全生長季統計其平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、旬(月)各平均溫度的大氣相對濕度訂正[旬(月)各平均溫度／同期大氣相對濕度(％)、旬(月)各平均溫度×同期大氣相對濕度／100]、日照時數、降水量、張寶塹干燥指數(k′=0.16∑/R)和濕潤指數[k=R／(0.16∑^T≥0℃]、光積溫(≥O℃積溫×日照百分率)、冬季負光積溫(冬季<0℃負積溫×日照百分率)等氣象因子，并將各因子進行標準化處理。

2 結果與分析

統計表明，天水農業氣象災害對果樹生長的影響極為復雜，單因子影響并不明顯，多因子綜合作用的效果更為顯著。其中主要以上年9月秋季干旱、蘋果花期高溫和次年春不低溫危害最為明顯。暖冬雖然不屬于氣象學上定義的氣象災害因子。但隨日益加劇的暖干氣候月。暖冬對蘋果生長影響亦明顯加重，其危害程度僅次于上年9月秋季干旱(表1，2)。

表1中y代表蘋果產量增減率；K′為各區上年9月大氣干燥指數。∑^T≤0℃×Q²、∑^T≤0℃×Q²、∑^T≤0℃×Q¹²：分別表示1月、2月、12月負積溫的光照條件訂正值。Tⁿ⁴Tⁿ⁵分別表示相應代表點4月下旬和5月上旬平均最低氣溫(通過F0.05值檢驗，效果較為顯著)。T^M4／U、T^M5／U分別表示相應代表點4月下旬和5月第一侯平均最高氣溫與大氣相對濕度訂正值。Tⁿ⁴×U、Tⁿ⁵×U分別表示相應代表點4月下旬、5月第一侯平均最低氣溫與大氣相對濕度乘積；yi′為蘋果總產量動態相對偏差百分率；K^′w為渭北秦安上年秋季9月大氣干燥度；∑^T≤0℃×Q^12-2H為河谷區麥積冬季12月至翌年2月負積溫的光照條件訂正值；T^M4/U^H為河谷區麥積4月下旬平均最高氣溫的大氣相對濕度訂正值；T^n4Q為關山區清水4月下旬平均最低氣溫。

2.1 前秋千暖氣候加劇了土壤水分蒸散而導致土壤蓄水嚴重不足。影響次年蘋果正常生長

天水屬干旱半干旱雨養農業區，雨熱同季，年降水量主要集中于夏、秋兩季，是當地土壤主要蓄水季節。蘋果屬多年生果樹作物，樹大根深，生長所需水分主要來源于土壤貯水，但果園蘋果根系分布層土壤水分觀測調查資料極為有限，且降水因子引起的農業氣象災害對蘋果生產、生長的影響與該因子出現、分布時段并不一致，降水單因子對蘋果產量的影響也不顯著，而與上年9月干燥指數(0.16∑^T≥0℃/R，∑T≥0℃為0℃以上積溫，R為同期降水量)存在明顯相關(表1)，說明該期降水量與環境溫度條件配置極為重要，同時亦表明上年9月高溫干旱氣候，對來年蘋果正常生長的嚴重影響。夏季的6—8月降水雖然相對較多。但水、熱同季，大多降水主要用于新梢、果實速生膨大生長和大氣的無效蒸發耗損，果園經常發生伏日土壤干旱；9—11月的降水，又大多集中在9月，占全季總雨量的80％以上，該月降水與氣溫配置的適宜程度將成為前秋土壤有效蓄水，并影響來年蘋果產量的決定因素。20世紀70、80年代，三區9月平均大氣干燥度為1.1—1.5，較歷年略低，氣候相對較為濕潤；90年代以來，高溫少雨年份頻繁出現，至2007年三區9月平均大氣干燥度為1.3，1.8偏高0.2～0.3。果業生產投入雖然逐年劇增，但夏、秋干旱連年發生，特別1993—1998年連續6a的夏秋連旱，極大限制了以蘋果為主的果業生產，蘋果氣候產量增減率連續出現負增長。因此，蘋果產量的形成與上年9月大氣干燥度明顯的負相關性充分說明其顯著的生物學意義。

2.2 暖冬造成蘋果越冬不實。影響春季開花坐果

冬季蘋果進入休眠后，對寒冷有嚴格要求，亦稱需冷量。入冬蘋果在經歷一定程度低溫環境，以滿足需冷量，并積累足量的營養及有機物質后才能安全度過休眠，如冬季氣溫過高，則可影響蘋果正常休眠，來春果樹發芽遲緩，花芽發育不良，花期不一致，落花落蕾嚴重。造成減產。天水蘋果品種以紅富士、國光為主。紅富士是一個易受凍害品種，抗寒性略次于國光。天水氣溫相對較低的關山區清水、張川二縣冬季最冷的1月平均氣溫在－3℃～6℃，其他區域均在－2℃～－４℃，均處于全國紅富士、國光系蘋果品種冬季最冷月(1月)平均氣溫10℃等溫線以南區域安全發展區內。統計表明(表1)：天水蘋果氣候產量增減率與冬季12至翌年2月負積溫的光照條件訂正值存在顯著的負相關，說明暖冬及高光照條件成為蘋果安全越冬的主要制約因素。20世紀70、80年代各區冬季平均氣溫－0.8℃-2.9℃，日照百分率46％-49％，冬季負積溫的光照條件訂正值-70-131℃·日；90年代以來冬季氣溫普遍偏高，日照豐富，冬季負積溫的光照條件訂正值52-98℃·日，偏多18～33℃·日。特別是熱量相對較豐的河谷和渭北兩區，初冬降溫較慢，冬末氣溫回升過快，保證蘋果正常休眠的需冷量不足而導致翌春發芽開花不協調，常出現晚萌芽、落蕾、花期不一致等現象，盡而影響來年產量。優以1991、1995、1999年最為明顯，冬季負積溫的光照條件訂正值-28～46℃·日，偏多45～95℃·日。坐果率僅13％～14％，產量明顯不如往年。

2.3 花期高溫干旱影響蘋果正常坐果

花期高溫、干旱危害主要是指花期高溫低濕氣候導致正處開花或授粉受精的花粉不萌發干枯萎縮，失去受精能力，而不能坐果。研究表明，蘋果由授精到完成受精至少需要3～5d時間，盛花期后是蘋果完成授粉受精的關鍵時段。天水3個氣候區以河谷川區熱量最優，渭北旱區次之，關山區最差。全市蘋果大約于4月中旬末至5月上旬為開花期，河谷區最早，渭北旱區偏遲2～3d，關山區偏遲4～6d。但此期天水在干旱頻繁發生的同時，由于其獨特的地理地形特征，春季升溫較快，波動較大。蘋果氣候產量增減率與4月下旬、5月上旬平均最高氣溫的大氣相對濕度訂正值顯著相關(表1)，說明蘋果花期高溫干旱氣候對其正常授粉受精危害很大。大氣相對濕度大，植株蒸騰小，植物忍受高溫的能力較強，高溫危害相對較輕；濕度小，蒸騰大，植物忍受高溫的能力則較差，高溫危害相對較重。氣候變暖對甘肅隴東南地區蘋果適生區坐果率的影響及對策研究表明，盛花期后的1～4d日平均最高氣溫超過26.0℃時，坐果率均低于15％；30.0℃以上，均可導致授粉受精受阻，而不能坐果，結論基本一致。天水花期平均最高氣溫在20世紀70、80年代為21～23℃，大氣相對濕度平均62％～63％，平均最高氣溫的大氣相對濕度訂正值0.3～0.4，花期高溫干旱危害并不明顯。蘋果產量較低的原因主要是農業投入不足，管理水平較低。氣溫明顯轉暖的90年代以來，花期平均最高氣溫23～26℃，偏高2～3℃，平均大氣相對濕度54％～59％，偏低4～8個百分點，平均最高氣溫的大氣相對濕度訂正值0.5～0.6，偏高0.2，花期高溫干旱危害明顯加重。特別是1993—1995年、1997—1999年，花期日平均氣溫均在27.0℃以上，河谷川區以北區域大氣相對濕度平均值均不足50％，高溫干旱危害極為嚴重，1991—2000年10a平均坐果率僅16.7％，較80年代偏低7.1個百分點。

2.4 春季低溫危害影響蘋果正常開花和花粉發芽

天水蘋果大多于4月中下旬自河谷川區向南向北陸續進入開花期，完成授粉受精以后，陸續坐果。逐步回歸統計分析表明(表1)：在影響天水蘋果生產的4種農業氣象災害中，以春季低溫最小，說明隨全球氣候的轉暖，春季低溫晚霜凍害出現頻率和危害程度正在逐步減小。究其原因，一是隨20世紀90年代以來暖干氣候的加劇，低溫和晚霜凍害出現頻率雖然減小，但此期正值當地晚霜凍害結束時段內。一但出現低溫和晚霜凍災害，仍可影響蘋果正常開花和花粉發芽；二是始花至盛花期是蘋果雌、雄蕊生長發育關鍵期，抗寒、抗凍能力較差之故。分析表明：天水春季低溫危害主要出現在蘋果花期的低溫干燥天氣條件下，并以關山區最重，渭北旱區次之，河谷區最輕；以20世紀90年代最多，關山區清水、渭北旱區秦安和河谷區麥積花期4月下旬平均最低氣溫與同期相對濕度的乘積分別僅為2.8、4.0和4.1，分別較歷年偏低0.6、0.5和0.6個百分點；90年代以后明顯減輕，三區4月下旬平均最低氣溫與同期相對濕度的乘積分別達3.9、5.0和5.2，均較歷年平均值偏高0.5個百分點。氣候變暖對甘肅隴東南地區蘋果坐果率的影響表明：在始花期后的10d內日平均最低氣溫不足5.0℃時，花粉母細胞活性下降，影響花粉發芽；受精后的花粉母細胞不能正常坐果，造成后期大量落果。3℃以下時，花藥不能開裂，花粉發育受阻，或受精后的花粉母細胞不能坐果，結論基本一致。在本區20世紀80年代低溫和晚霜凍災害較重的10a，花期平均最低氣溫6.9℃，有近1／2年份花期最低氣溫不足3.0℃，低溫冷害較頻繁。90年代以來，雖然氣溫明顯轉暖，日平均最低氣溫9.2℃，較80年代偏高2.3℃，但作物對低溫的抗逆能力則明顯減弱，偶遇低溫或晚霜凍天氣，便可造成大面積減產。如2004年5月3—4日的寒潮天氣，2d日平均最低氣溫1.4℃，4日最低氣溫0.5℃，24h降溫8.3～10.7℃，造成后期蘋果大量落花落果而嚴重減產。

3 討論

1 影響天水蘋果生產的主要農業氣象災害是初秋9月干旱、暖冬、花期高溫干燥氣候和低溫的交替危害，其主要氣象災害因子中單因子作用并不顯著，大多屬多個氣象因子綜合作用的結果，這與天水獨特的地理、地形及氣候特征不無關系。天水地處黃土高原與西秦嶺山地交錯區的干旱半干旱農林過渡區域，冬季干而不冷，暖冬年份常導致果樹休眠不實；春季干燥少雨，升溫快，氣溫波動大，高、低溫交替出現年份影響果樹正常開花坐果；主要雨季多集中于7—9月，但該期溫度高，蒸發大，大多年份土壤貯水不能滿足來年果樹生長需求，這與近年來蘋果氣象災害調查實況基本吻合。

2 蘋果氣象災害研究雖然引起眾多學者高度關注，但大多以蘋果花期凍害調查和春季氣象條件對蘋果坐果率影響研究居多，全生育期農業氣象災害綜合分析及其多種氣象災害因子綜合影響方面的研究并不多見。本文將蘋果全生育期多種相關氣象災害因子進行不同形式配置組合，分析研究了多個氣象災害因子綜合作用對蘋果生產的影響，深入全面揭示了農業氣象災害對甘肅天水蘋果生產的綜合影響。在多因子綜合作用中，大氣干燥度揭示了降水與氣溫配置的重要性；冬季負積溫的光照條件訂正則反映了暖冬對果樹類作物正常越冬的影響程度；平均最高氣溫與大氣相對濕度的比值和平均最低氣溫與大氣相對濕度的乘積則更確切的揭示了蘋果花期大氣干熱程度和低溫低濕條件對多年生果樹作物產量形成的影響，各災害因子均具有較為明顯的生物學意義。

3 由于蘋果農業氣象災害觀測調查資料極為有限，利用災害實況資料進行分析研究尚存在較大難度。為此本文主要在參照有限農業氣象災害觀測調查資料的基礎上，綜合各產區蘋果氣候產量提取方法中能有效反映農業氣象災害影響的氣候產量提取方法，并根據其蘋果氣候產量動態相對偏差百分率進行統計分析研究，其研究結論雖然存在一定的局限性，但可作為多年生果樹作物氣象災害研究的一種參考方法，對農業防災減災可能有一定指導意義。

4 結論

研究得出影響蘋果正常生長的主要農業氣象災害是上年初秋干旱、溫暖冬季、花期高溫干燥氣候和低溫的交替危害。但20世紀90年代以來，隨全球氣候轉暖的加劇，春季低溫出現頻率和危害程度正在逐步減輕。