洛川蘋果花期凍害氣候特征及人工防霜可行性探討

孫智輝　馬遠飛　高志斌　王鵬　曹雪梅

摘要：為了科學認識低溫凍害對洛川蘋果的影響，降低蘋果花期凍害損失，提高蘋果種植效益，筆者利用洛川縣1955-2014年的氣候資料，對照蘋果花期凍害指標，分析了洛川蘋果花期凍害氣候特征，對采用的防霜措施進行了探討。結論表明：洛川縣1955-2014年蘋果花期凍害基本上3年1遇，嚴重災害7～8年1遇。出現時段主要集中在4月6日-18日，出現次數占總次數的93%，以影響花蕾為主。輕霜凍出現次數約占霜凍總數2/3，2000年以后，由于氣候變暖，凍害天氣出現次數增多，降溫幅度大加之花期提前，造成的損失較重。在輕凍害天氣過程中，采用單一防霜方法，均能保證不出現凍害，但在嚴重凍害出現時，由于天氣復雜，導致防霜效果降低，宜采用綜合措施進行防霜。

關鍵詞：洛川；蘋果；花期凍害

中圖分類號：P49 文獻標志碼：A 論文編號：cjas15010031

0引言

低溫引起的作物脅迫和災害，是世界性的農業氣象災害，已成為僅次于干旱和洪澇的重要氣象災害。在中國，由于幅員遼闊，氣候類型多樣，凍害影響廣泛，對不同地區、不同種類的經濟作物、農作物均有嚴重影響。陜西是全國蘋果種植大省，花期凍害對蘋果產量、品質有明顯影響，許多學者針對花期凍害進行了風險評價、預測技術等諸多方面的研究，但對人工防霜基地建設，多種方法綜合應用還沒有對比分析。因此，筆者通過分析氣候特征，針對洛川防霜研究基地提出可行方案。

洛川是公認的世界最佳蘋果優生區和中國蘋果優生區的核心地帶，自然資源得天獨厚，平均海拔1100m，土層厚80～200m，年平均氣溫9.2℃，降雨量592mm，無霜期170天，日照時間長，晝夜溫差大，境內無任何工業污染源，是世界公認的完全符合蘋果生產7項氣候指標的最佳優生區之一。2013年，全縣蘋果面積達3.33萬hm²，建成出口示范基地0.067萬hm²，蘋果產量達76萬t，產值30億元。蘋果遭受的自然災害且造成損失的主要為霜凍、冰雹、大風沙塵、干旱。據統計，2006年以來，洛川縣每年蘋果花期都不同程度遭受凍害，發生最嚴重的是2006年4月12-13日和2013年4月6-9日，蘋果園花量減少50%以上，嚴重影響了當年的蘋果產量和質量。花期霜凍已成為影響蘋果高產穩產的重要因素。

霜凍的預防主要有：噴水法、覆蓋法、熏煙法、加熱法、空氣擾動法等方法，在國內外均有試驗。單項方法或技術措施在特定條件下有一定效果，但總伴隨著一定的局限性，經常受可操作性、時效性、空間地域性等條件的制約。一項非常成功的防霜技術，也都是針對一定條件、一定品種、一定的低溫強度而言的，當超出了這些特定的條件，將失去應有的作用和效果。

以往出現霜凍時，由政府組織廣大農民開展大規模熏煙，減輕災害損失，但均未開展對比試驗和效果檢驗。2014年，延安市氣象部門在洛川建成綜合防霜試驗基地，建成空氣擾動、熏煙、噴水等試驗田，為研究提供了良好條件。由于防霜技術受地域、天氣條件制約，有必要對洛川蘋果花期的溫度進行分析，結合凍害指標，探討防霜技術的可行性，制訂試驗方案。

1資料與方法

1.1資料來源

本研究分析所用氣象資料由洛川縣氣象局提供，起止時段為1955-2014年共60年。

1.2研究方法

洛川蘋果花期一般從4月中旬開始，個別年份在4月上旬就進入花期，如在2013年4月6日就出現嚴重凍害天氣，因此把洛川花期一幼果期確定在4月6日-5月10日。

蘋果花期、幼果期凍害的臨界溫度因生育的進程有所不同，花蕾期為-2.8℃，開花期為-1.7世事大抵如此，幼果期為-1.1℃；凍死率50%時的溫度：花蕾期為-6.1℃，開花期為-3.3℃，幼果期為-2.2℃。

氣候特征分析采用數學統計方法。

2結果與分析

2.1花期極端最低溫度

洛川花期極端最代溫度為-5.3℃，出現在1972年4月9日。4月11-15日極端最代溫度為-4.8℃，出現在1979年4月12日；4月16-20日極端最代溫度為-3.3℃，出現在1962年4月18日；4月21-25日極端最代溫度為-1.8℃，出現在1959年4月22日；4月26-30日極端最代溫度為-0.3℃，出現在1983年4月29日；5月1-5日極端最代溫度為-0.3℃，出現在1991年5月2日；5月6-10日極端最代溫度為-0.3℃，出現在1960年5月6日。

2.2時段統計

統計1955-2014年花期逐日最低溫度<0℃出現次數（見表1），主要集中在4月6-18日，出現次數占總次數的93%，說明凍害影響將主要集中在該時段。出現最多的日期在4月9日，為13次，其次是4月12、13日，均為10次。4月22日-5月10日，極端最低溫度只有-0.5℃，出現<0℃的次數只有4次，說明4月22日以后，出現花期凍害的可能性較低。4月6-18日，洛川蘋果處于花蕾一初花期，蘋果凍害以影響花蕾為主。

2.3花期凍害年代分布

統計1955-2014年花期最低溫度（見圖1），≤0℃出現40年，≤-1.7℃出現18年，≤-2.8℃出現8年，洛川花期凍害基本上3年1遇，嚴重災害7～8年1遇。由圖1還可知，在1955-1979年的25年，凍害天氣出現較多，1980-1999年的20年，只有2年溫度略低于-1.7℃，凍害天氣10年1遇，2000年以后的15年，凍害天氣出現又明顯較多，出現6年，出現凍害天氣時的最低溫度值偏低，2006、2010、2013年分別達到-4.6℃、-3.8℃、-3.7℃，由于氣候變暖，花期提前，造成的損失較重。

2.4其他要素分析

多數情況下，在降溫前均有降水產生，統計溫度≤-1.7℃出現的18次過程，有13次同時伴有降水，占72%。把凍害天氣影響中最低溫度小于-3.3℃作為強降溫過程，60年共出現6次，均有降水發生。沒有出現降水的5次過程，降溫幅度較小。在18次過程中，有7次出現積雪產生，基本對應著強降溫過程。分析6次強降溫天氣，在低溫持續期間風速基本上在3m/s以上，有較強的風速。

2.5持續時間

凍害天氣出現后，持續時間最長的一次是2006年4月11日，晚上20時最低溫度低于-1.7℃，一直持續到次日上午11時，持續時間達到16h。其次是2010年的降溫過程，4月13日持續時間達到13h。平均持續時間在5～6h。

2.6防霜效果

噴灌防霜技術在國內外均有試驗。P.J.C.Hamer研究指出，在強輻射損失和低風速的條件下，對于氣溫降到-4℃的霜凍，2.5mm/h的澆水率將能提供防護。也有研究表明，以每小時3.2mm噴灌強度防止-5～6℃的輻射霜凍更為安全。寧夏靈武園藝實驗場在1978-1981年連續4年進行噴灌防霜試驗，噴水強度每小時6mm，起到了維持較高的氣溫和減輕受害程度的效果。對照區最低氣溫比噴灌區最大相差2.1℃，噴灌區溫度維持在-1℃左右。

何石曾1981-1982年在烏審旗納林河果園進行用煙霧劑防霜凍的試驗。2年試驗表明，人工煙霧防霜與不防霜園的氣溫差別很大，煙霧區內低溫平均值為-1.1～2.1℃，普遍高于對照區溫度2.1～2.6℃，試驗區沒有出現凍害。蘭學成利用新型發熱發煙劑作為果樹防霜新型產品進行防霜試驗，在每公頃地安置240塊防霜產品時能，溫度平均提高1.5～2℃；每公頃地安置375塊防霜產品時溫度平均提高2～3℃，煙霧維持時間長達1.5h以上，凍花率分別為6.75%、4.43%，而對照的凍花率為57.66%。

Doesken等和Antuio C等指出，風扇防霜效果主要由逆溫強度和最低溫度決定，逆溫強度達到（1.5～2.0）℃/10m以上時才有較好的增溫效果。尹憲志等利用一種新型高架長葉片防霜機，在甘肅省天水市麥積區城郊南山進行防霜試驗，防霜機開啟后對果園近地層氣溫有升溫效果，其中近地層1～3m升溫明顯，尤其是近地層1m高度增溫最明顯。胡永光等利用CD-10型小型植保無人機進行氣流擾動防霜，試驗得出在飛行高度5.0m、飛行速度6.0m/s和飛行時間間隔30min的飛行參數組合下，防霜效果最佳，可提高茶樹冠層溫度3.83℃。

Smyth和Skates利用太陽能熱水應用于葡萄園防霜，系統主要由黑色聚合物材料的薄膜密封而成，其中充滿一定量的水，如被子一樣攤鋪于葡萄園內地面上，利用其很強的太陽能吸收能力，在2個葡萄園進行了加熱效果的試驗，該系統每天可蓄積3500MJ/hm²的熱量，提高空氣溫度1℃。

加熱法更多的是采用液體燃料爐的形式，通過爐體金屬吸熱放熱，或者使用管路，將熱風送至遠處，以回風煙囪加熱爐效果較好，一般每公頃放30個，可使果園內離地1.5m的氣溫比果園外可高出2℃。在加熱爐的設計和使用中注意避免發生煙害。加熱防霜適合于無風、逆溫明顯的夜間，通常與氣流擾動法（風機）配合使用。

3防霜可行性分析

洛川縣1955-2014年60年中有18年出現花期凍害，在18年當中只有6年溫度低于-3.3℃，占1/3，出現嚴重凍害，其余凍害年份凍害均較輕。世界各地研究表明，不管是噴灌防霜、煙霧防霜、擾動防霜、加熱防霜均能增溫2℃以上，在洛川進行防霜試驗，當最低溫度高于-3.3℃時，也就是出現輕霜凍時，采用單一防霜方法，均能將溫度提高到-1.7℃以上，避免出現凍害。

出現嚴重凍害時，由于持續時間長、溫度低，采用單一方法進行防霜就不能完全保證將溫度提高到-1.7℃以上，必須進行2種方法組合進行防霜。嚴重凍害時對應的天氣復雜，有較強的風速、降雪，限制了煙霧防霜、擾動防霜的應用，防霜效果降低，宜采用噴灌防霜、加熱防霜技術方法。

4結論與討論

（1）洛川縣1955-2014年花期最低溫度，≤0℃出現40年，≤-1.7℃出現18年，≤-2.8℃出現8年，花期凍害基本上3年1遇，嚴重災害7～8年1遇。在1955-1979年的25年，凍害天氣出現較多，1980-1999年的20年，凍害天氣10年1遇，2000年以后，凍害天氣出現又明顯較多，出現凍害天氣時的最低溫度值偏低，由于氣候變暖，花期提前，造成的損失較重。蘋果花期凍害主要集中在4月6-18日，出現次數占總次數的93%，蘋果凍害以影響花蕾為主。最低溫度小于-3.3℃的6次降溫過程，對應出現了降水、積雪和大的風速，說明有強的冷空氣入侵。

（2）對比分析表明，洛川縣2/3的凍害天氣過程中，采用噴灌防霜、煙霧防霜、擾動防霜等單一的防霜技術方法，均能保證不出現凍害，但在嚴重凍害出現時，由于天氣復雜，導致防霜效果降低，要采用綜合措施進行防霜。

（3）由于防霜效果多來源于文獻資料，空氣擾動法在國內試驗還很少，分析結果可能有偏差，防霜技術檢驗和效果分析還有待在今后的試驗中不斷完善。