陜西關(guān)中地區(qū)獼猴桃園小氣候特征分析及高溫熱害指標研究

李艷莉，郭 新，符 昱，張 勇

(陜西省農(nóng)業(yè)遙感與經(jīng)濟作物氣象服務(wù)中心，西安 710014)

截止2019年，陜西獼猴桃種植面積達5.85萬hm2，產(chǎn)量達107.24萬t，平均每667 m2經(jīng)營收益4 934.07元[1]，獼猴桃產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為秦巴山區(qū)和秦嶺北麓農(nóng)民脫貧致富的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，是繼蘋果之后陜西水果的第二張名片[2-3]。關(guān)中地區(qū)作為獼猴桃優(yōu)生區(qū)和集中栽培區(qū)，種植面積已占全省種植面積的70%，且種植規(guī)模仍在進一步擴展[4]。而關(guān)中地區(qū)夏季階段性高溫多發(fā)，高溫強度大、持續(xù)時間長，且常伴有伏旱天氣，易引發(fā)果樹高溫熱害，對獼猴桃產(chǎn)量、品質(zhì)等造成一定影響。目前已有文獻中有關(guān)獼猴桃高溫熱害的氣象指標較為粗泛，一般僅以高溫強度單要素作為大致的指標分級依據(jù)，且無品種區(qū)分[5-9]。為探索獼猴桃精細化高溫熱害指標，本研究主要采用小氣候定點觀測、果樹生理特征觀測等，分析果園小氣候的變化特征、不同高溫強度和高溫持續(xù)時間對不同品種果樹產(chǎn)生的差異化影響，并構(gòu)建園內(nèi)高溫推算模型，為有效利用氣象資源、科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)以及氣象影響評估等服務(wù)工作的深入開展，提高陜西獼猴桃氣象服務(wù)的針對性和有效性，指導(dǎo)政府決策和果業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗區(qū)域和資料方法

1.1 試驗區(qū)域

試驗區(qū)位于陜西省眉縣、周至縣，該區(qū)域獼猴桃種植面積占全省種植面積的62.7%，是陜西省主要的獼猴桃種植區(qū)，榮獲“中國獼猴桃之鄉(xiāng)”稱號，在種植分布上具有較強的代表性。該區(qū)南依秦嶺，北跨渭河，屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明、雨熱同季、日照充足、土層深厚肥沃。眉縣多年(1981—2010年)平均氣溫12.8 ℃，無霜期213 d，年平均降水量581.6 mm；周至多年平均氣溫14.1 ℃，無霜期234 d，年平均降水量617.6 mm。氣象條件符合獼猴桃氣候適宜性區(qū)劃指標，屬于優(yōu)生區(qū)之一[10]。

確定寶雞市眉縣環(huán)球園藝公司和西安市周至縣九峰佰瑞獼猴桃研究院2個農(nóng)業(yè)園區(qū)為試驗點，其中以眉縣環(huán)球園藝試驗點為主，并在該園安裝三要素小氣候站，以更好地開展獼猴桃小氣候、果樹生態(tài)觀測以及指標修訂人工試驗研究；周至九峰試驗點為輔助觀測點，主要進行獼猴桃生態(tài)觀測。觀測品種有徐香、華優(yōu)2種，樣本數(shù)共計40株，其中眉縣徐香20株、華優(yōu)10株，5 a樹齡，株行距3 m×4 m，大棚架結(jié)構(gòu)；周至縣徐香10株，株行距3 m×4 m，8 a樹齡，T型架結(jié)構(gòu)。

1.2 觀測資料

2015年3月，在眉縣環(huán)球園藝獼猴桃科技示范園內(nèi)建立區(qū)域小氣候站，設(shè)備采用北京雨根科技有限公司生產(chǎn)的RR-9130三要素移動氣象觀測儀，觀測要素包括空氣溫度、空氣濕度、光合有效輻射，距地高度為1.5 m，觀測數(shù)據(jù)每10 min上傳1 次，并自動存入數(shù)據(jù)庫，本研究主要選用空氣溫度要素。從數(shù)據(jù)庫中獲取2015年7月1日—8月31日每日每小時數(shù)據(jù)，求取氣溫數(shù)據(jù)每小時6個數(shù)據(jù)中的最大值，作為果園小氣候小時最高氣溫。園外對照站為眉縣氣象站，兩站直線距離14.7 km；輔助點為周至九峰鎮(zhèn)獼猴桃研究所園區(qū)，園外對照站為周至氣象站；園外對照站氣象數(shù)據(jù)均來源于陜西省氣象信息中心。

獼猴桃高溫熱害觀測內(nèi)容：7月21日—8月2日階段性高溫出現(xiàn)時段在眉縣、周至兩處試驗點開展為期13 d的獼猴桃高溫熱害觀測，其中以眉縣為主，周至進行輔助觀測。每日11時、14時和17時共3個時次，除觀測試驗點果園整點小氣候狀況外，同時觀測果樹熱害發(fā)生時葉片、果實等表征特點，并按觀測標準計算各級熱害受害比例(表1)。

表1 關(guān)中地區(qū)獼猴桃高溫熱害分級特征

1.3 研究方法

以2015年7月1日—8月30日的眉縣果園內(nèi)、外逐時氣溫監(jiān)測資料為基礎(chǔ)，統(tǒng)計分析日內(nèi)不同時次園內(nèi)、外氣溫變化特征，以及園內(nèi)、外氣溫差異性變化；同時運用回歸分析法，構(gòu)建基于園外的園內(nèi)最高氣溫推算模型，并用2015年8月1—30日觀測數(shù)據(jù)對模型進行檢驗。

受不同強度高溫脅迫，獼猴桃品種、植株部位間存在差異化反應(yīng)。通過7月21—8月2日對眉縣、周至試驗點果園小氣候、獼猴桃生理變化觀測，研究分析徐香、華優(yōu)獼猴桃品種果實、葉片高溫熱害發(fā)生特征，并以此確定其不同等級高溫熱害指標。

2 結(jié)果與分析

2.1 果園內(nèi)外氣溫日變化特征

果園氣溫受太陽輻射影響明顯，眉縣7—8月果園白天氣溫呈單峰型變化(圖1)， 06—07時為最低，隨著太陽輻射增強，氣溫以1.27 ℃/h速率升溫，至15時達到最高值，隨后緩慢下降，平均日較差11.4 ℃。園外氣溫變化趨勢與園內(nèi)基本一致，高、低溫出現(xiàn)時段一致，11—13時果園內(nèi)、外溫度曲線基本重合。其余時段園外較園內(nèi)偏高0.1～1.3 ℃，平均偏高0.5 ℃，以22—07時偏高顯著，大部偏高1 ℃以上。

圖1 眉縣獼猴桃生長旺盛期(7—8月)果園氣溫日變化

2.2 園內(nèi)最高氣溫推算和檢驗

受小氣候觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量影響，選取2015年7月1—31日眉縣果園小氣候逐時氣溫資料為建模參數(shù)，構(gòu)建基于園外日最高氣溫的園內(nèi)日最高氣溫線性預(yù)測回歸模型，回歸方程決定系數(shù)(R2)為0.859，通過0.001顯著性檢驗。

Y=0.859x+4.201，

(1)

公式(1)中：Y為果園日最高氣溫預(yù)測(℃)；X為當?shù)貧庀笳救兆罡邭鉁?℃)。由于夏季日最高氣溫多出現(xiàn)在14—16時，此模型預(yù)測的園內(nèi)日最高氣溫也以此時段為主。

同時利用2015年8月1—30日試驗點小氣候數(shù)據(jù)進行回代檢驗，平均絕對誤差為1.04 ℃，誤差≤±2 ℃的樣本占比為90%，誤差≤±1 ℃的樣本占60%(表2)。預(yù)測模型基本滿足業(yè)務(wù)需求，對于開展精細化果樹高溫熱害防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)有一定參考意義。

2.3 獼猴桃高溫熱害分析

2.3.1 果實高溫熱害分析 ①徐香 當33 ℃≤日最高氣溫(Tg)<35 ℃出現(xiàn)并持續(xù)5 d，或35 ℃≤Tg<38 ℃高溫持續(xù)2 d，果實出現(xiàn)輕度灼傷；35≤Tg<38 ℃高溫持續(xù)4 d，果實出現(xiàn)中度灼傷；35 ℃≤Tg<38 ℃高溫持續(xù)6 d，或Tg≥38 ℃持續(xù)2 d，果實出現(xiàn)重度灼傷(圖2)。②華優(yōu) 由于華優(yōu)品種較徐香耐熱性強，且多為套袋果，果袋良好的遮陰性大大緩解了陽光直射和高溫對果實的不利影響，觀測實驗階段持續(xù)高溫天氣過程未對華優(yōu)套袋果實產(chǎn)生影響。

表2 果園內(nèi)最高氣溫預(yù)測誤差檢驗

圖2 2015年7月21—8月2日眉縣徐香獼猴桃果實高溫熱害發(fā)生情況

2.3.2 葉片熱害分析 ①徐香 當33 ℃≤Tg<35 ℃出現(xiàn)并持續(xù)3 d，20%左右葉片出現(xiàn)卷曲；33 ℃≤Tg<35 ℃高溫持續(xù)5 d，或35 ℃≤Tg<38 ℃高溫持續(xù)2 d，50%左右葉片出現(xiàn)卷曲；35 ℃≤Tg<38 ℃高溫持續(xù)4 d，90%以上葉片出現(xiàn)卷曲(圖3)。②華優(yōu) 35 ℃≤Tg<38 ℃高溫持續(xù)4 d，40%左右葉片出現(xiàn)卷曲；Tg≥38 ℃持續(xù)2 d，60%以上葉片出現(xiàn)卷曲(圖3)。

在7月21—8月2日階段性高溫天氣過程中，徐香、華優(yōu)獼猴桃葉片熱害的表現(xiàn)僅為輕度熱害和葉片不同卷曲程度的差異，未出現(xiàn)葉片邊緣失綠發(fā)黃甚至干枯脫落等更嚴重熱害現(xiàn)象。另外，因試驗園區(qū)采取正常生產(chǎn)管理，實驗數(shù)據(jù)受人工干擾影響較大，眉縣華優(yōu)、徐香果園分別在7月29日、8月1日采取了灌溉措施以緩解高溫干旱影響，葉片熱害百分率隨之下降明顯。

2.3.3 不同品種及樹齡間的耐熱差異 ①品種差異 由于華優(yōu)葉片蠟質(zhì)層厚，且多為套袋果。因此，無論是葉片還是果實，華優(yōu)均較徐香有更強的耐熱性。整個觀測過程中，華優(yōu)果實未出現(xiàn)日灼現(xiàn)象，葉片輕度熱害發(fā)生率也較徐香偏低20%～30%。②樹齡差異 周至徐香獼猴桃樹齡為8 a，眉縣華優(yōu)、徐香樹齡均為5 a。周至徐香獼猴桃架面遮蔽度較高，樹體抗逆性也較強。整個觀測過程中，周至徐香未出現(xiàn)果實日灼現(xiàn)象，且葉片輕度熱害明顯少于眉縣獼猴桃，發(fā)生率不超過10%，較眉縣偏低60%～80%。

圖3 2015年7月21—8月2日眉縣、周至獼猴桃葉片高溫熱害發(fā)生情況

3 結(jié)論與討論

(1)7—8月果園氣溫呈單峰型變化，日出前06—07時最低，午后15時達到極高值，平均日較差11.4 ℃；園內(nèi)外變化趨勢基本一致，大部時段園外較園內(nèi)偏高0.1～1.3 ℃。

(2)果園最高氣溫與園外最高氣溫存在顯著的正相關(guān)性，構(gòu)建的基于園外逐日最高氣溫的園內(nèi)高溫線性預(yù)測回歸模型，平均絕對誤差為1.04 ℃，基本滿足精細化農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)需求。

(3)獼猴桃果樹高溫熱害與高溫強度和持續(xù)時間均有較高的相關(guān)性，不同樹齡、品種間果樹耐熱性存在一定差異。當氣溫高于33 ℃并持續(xù)3 d以上，徐香葉片、果面即出現(xiàn)不同程度的熱害癥狀，而華優(yōu)較徐香具有更強的耐熱性，整個觀測過程中未出現(xiàn)果面灼傷，葉片熱害發(fā)生率也較徐香偏低20%～30%。

(4)鑒于實驗條件以及技術(shù)水平等限制，獼猴桃熱害氣象指標分析僅考慮了高溫的強度和持續(xù)時間，未能充分考慮如濕度、日照強度、風速等更多的氣象因子，指標的適用性在其它區(qū)域的生產(chǎn)實踐中應(yīng)給予注意，這也是該項研究后期的努力方向。