金絲小棗生長期主要氣象災害變化特征及影響權重檢驗分析

王 瓊，姚樹然，朱 銳，劉 玲，熊險平，白月明

(1．河北省滄州市氣象局，河北 滄州 061001； 2．河北省氣象科學研究所，河北 石家莊 050021；3．河北省氣象與生態環境重點實驗室，河北 石家莊 050021; 4．中國氣象科學研究院，北京 100081)

河北滄州是著名的“小棗之鄉”，小棗以其皮薄核小、肉厚而韌、含糖量高、掰開后可拉出金黃色糖絲的獨特品質享譽國內外市場。目前，滄州金絲小棗種植面積已達16萬多hm2，小棗總產量達83萬t，居全國首位，暢銷20多個國家和地區，其中滄州崔爾莊擁有全國最大的金絲小棗專業批發市場。但金絲小棗豐產、穩產受天氣因素影響較大，尤其受冬季低溫、春季高溫干燥、夏季高溫高濕和秋季連續陰雨寡照的影響較大，常出現“豐產不豐收”現象，如2007年秋季連續10 d以上的陰雨天氣使豐產的小棗出現嚴重漿爛、裂果災害，經濟損失率達到80%以上。因此，金絲小棗生長期氣象災害是制約小棗穩產、高產的主要因素。

目前，氣象災害對于農業、經濟林果影響方面研究成果較多，呂曉敏等[1]綜述了雙季稻主要氣象災害(冷害、熱害、洪澇、干旱)的變化趨勢與規律，以及主要氣象災害的影響、監測預警及其減災保護技術，并提出雙季稻氣象災害在未來研究中需要重點關注災變過程及其動態監測等方面的科學問題。柏秦鳳等[2]對中國果樹氣象災害指標進行分類總結和系統闡述，從氣象災害指標構成等多方面討論了果樹氣象災害指標研究存在單因素指標居多，多要素、綜合指標較少等多種問題；孔堅文等[3]對陜西省幾類主要農業氣象災害實現了定性分析和定量計算相結合，估算出災害對作物產量的影響程度；于小兵等[4]指出干旱災害無論從受災范圍還是災害強度上對山東省農作物的產量影響都是較大的，而低溫災害和臺風災害對山東省農作物的產量影響較小。金絲小棗也是受氣候影響較大的經濟林果，目前氣象災害對于金絲小棗生長期影響的研究較少，國外對金絲小棗的研究主要集中在金絲小棗的營養成份分析[5-6]，國內諸多學者對金絲小棗的研究主要集中在氣候變化對金絲小棗生長的影響[7-8]、金絲小棗抗裂品種選育和栽培[9-11]、漿爛裂果災害風險評估和防御[12-13]、金絲小棗病蟲害的發生與防治方面較多[14-15]，相關研究成果部分已應用于實際生產中，取得了一定的經濟和社會效益[16]。但對于金絲小棗春季高溫低濕、夏季高溫高濕、秋季連陰雨等主要氣象災害發生特點及對金絲小棗生長期影響程度大小方面尚未有研究報道。

本文基于長期氣象監測資料和金絲小棗產量數據，從金絲小棗萌芽展葉期高溫、開花坐果期高溫低濕、果實生長期高溫日灼、果實白熟期和成熟收曬期陰雨寡照等主要氣象災害入手進行分析，采用集合論和層次分析方法探討歷史主要氣象災害變化特征及影響權重并進行檢驗分析，為金絲小棗產業應對氣象災害制定適應性措施提供科學參考。

1 資料與方法

1.1 資料數據

氣象資料為滄州站1961—2018年逐日降水量、氣溫、日照時數和空氣相對濕度等數據；金絲小棗發育期資料和1998—2017年產量資料來自滄州市林業局；金絲小棗災情來自滄州崔爾莊棗園和滄州林業局。

1.2 研究方法

1.2.1 金絲小棗生長期主要氣象災害判定 氣象災害指標是評判災害的標準，也是開展影響評估的基本工具。因研究目的不同，每一種災害指標都有其自身的優、缺點和適用領域[17]。本文基于逐日降水、空氣相對濕度、氣溫和日照等氣象資料并結合歷年棗園災害特點記錄等判別指標，最后確定滄州金絲小棗萌芽展葉期高溫(A)、開花坐果期高溫低濕(B)、果實膨大期高溫日灼(C)、果實白熟期連陰雨(D)、成熟收獲期連陰雨(E)共5種主要氣象災害(表1)。

表1 滄州金絲小棗不同生長期主要氣象災害及其判別指標

1.2.2 頻率統計方法 氣象災害以年為時間尺度，災害A～E及其組合出現的頻率用公式(1)計算：

(1)

式中，p為主要氣象災害發生的頻率；n為主要氣象災害出現年數；m為總年數。

1.2.3 采用層次分析法求各種氣象災害影響權重 滄州金絲小棗受多種氣象災害影響，給小棗產業帶來潛在危險，影響豐產豐收。由于各種氣象災害常常并發或交替發生，小棗不同發育時段、不同氣象災害對小棗產量影響程度也各不相同，如何較準確地評判各種氣象災害對金絲小棗產量的影響程度，即確定它們的影響權重尤為重要。

層次分析法(analytic hierarchy process ,AHP)是一種將半定性、半定量的決策問題轉化為定量問題的多準則決策方法[18-19]。首先它將復雜問題劃分成內部具有相關聯系的、不同層次問題的集合，層次間具有隸屬關系，層內同屬一個級別，再請專家對每一層次各因素進行客觀判斷，相應給出各因素相對重要性的標度，進而建立數學模型，計算出每一層次不同指標相對重要性的權重[20]。

2 結果與分析

根據滄州氣候特點和棗樹的生物學特性，滄州金絲小棗一年期分為發芽期、抽枝展葉期、開花期、坐果期、果實膨大期、果實白熟期、成熟收獲期、休眠期等8個物候期，一般從3月下旬開始發芽，10月下旬開始落葉，年生長周期為240 d左右，主要經歷春季、夏季和秋季。

2.1 金絲小棗生長期主要氣象災害變化特征

2.1.1 主要氣象災害年際變化 1961—2018年滄州金絲小棗生長期氣象災害發生頻繁，災害A、B、C每年均有發生，年出現頻率為100%；災害D和災害E不是每年都發生，58 a間災害D有22 a出現過，年平均發生頻率為37.9%；災害E有15 a出現過，年平均發生頻率為25.9%。從各氣象災害年變化趨勢看到，災害A、B、C在發育期內頻率呈現增加趨勢，而災害D和E呈減少趨勢(圖略)。

2.1.2 主要氣象災害年代際變化 表2統計了1961—2018年不同年代主要氣象災害發生頻率，20世紀60年代和21世紀以來災害A和B發生頻率偏高，其中2011—2018年出現頻率最高；2011—2018年災害C最高；20世紀60年代、70年代和21世紀最初10年災害D和E偏高，而2011—2018年災害D出現頻率最低為2.8%，20世紀80年代沒有出現過災害E。

表2 1961—2018年不同年代金絲小棗生長期主要氣象災害發生頻率/%

2.1.3 復合災害變化特征 1961—2018年沒有單一災害出現的年份，每年至少發生3種及以上災害。由表3可知，災害A、B和C 3種災害每年都發生，只是對金絲小棗影響程度有差別；4種主要災害同一年均發生頻率為41.4%，其中A、B、C和D同時發生的年份最多，頻率高達25.9%，另一種情況是A、B、C和E發生頻率也達到15.5%；5種主要災害同一年出現頻率為10.3%，雖然出現頻率較低，一旦出現，受災特別嚴重，甚至絕收，防范小棗5種主要氣象災害同一年均出現仍不能輕視。可見，每年金絲小棗遭受的氣象災種多，復合災種更是加重了金絲小棗受災程度，成為金絲小棗穩產高產高品質的制約因素。

表3 1961—2018年各復合災害年發生頻率

2.2 主要氣象災害對金絲小棗產量影響權重的計算分析

首先，請若干名專家對影響金絲小棗產量的主要氣象災害進行診斷，把對主要氣象災害綜合分析作為目標層(G)，把金絲小棗各生育期作為準則層(P)，再把各生育期內不同災害作為指標層(H),即將金絲小棗生長期主要氣象災害體系層次結構分為三層，如圖1所示。

其次，構造判斷矩陣及一致性檢驗。在向有關專家問卷咨詢后，根據專家打分的結果，相對于總目標“主要氣象災害權重”的各判斷準則相對比較，建立金絲小棗生長期氣象災害影響的判斷矩陣G-P(表4)，相對于目標層氣象災害影響G進行比較打分。相對重要性程度一般采用1-9比率標度法，若等同重要為1，其次為2-8，強烈重要為9，經過比較填入數值，并排列成對角線積是1的判斷矩陣。構造出比較判斷矩陣后，通過求判斷矩陣的最大特征根λmax及其對應的特征向量WG，計算各因子的權重，并進行一致性檢驗CR。

通過計算可得，λmax為5.3388，對應的特征向量WG見表4，CR為0.0670<0.1，通過了一次性檢驗。

表4 G-P判斷矩陣

最后，計算各層總排序，即確定影響權重WGH。由于準則層P和指標層H是一一對應關系，歸一化后的權重向量WGH即為權重單排序向量WG。由此可得，滄州市金絲小棗生長期主要氣象災害對小棗產量影響權重分析結果為：成熟收獲期連陰雨E(0.5848)>開花坐果期高溫低濕B(0.1920)>果期膨大期高溫日灼C(0.1081)>果實白熟期連陰雨D(0.0850)>萌芽展葉期高溫A(0.0301)(表5)。

表5 金絲小棗生長期主要氣象災害影響權重

2.3 主要氣象災害對產量影響權重的檢驗分析

2.3.1 1998—2017年滄州金絲小棗單產變化 從圖2可知，1998—2017年滄州金絲小棗單產在波動中呈跳躍性增加趨勢，20年間產量出現下降的年份主要是2003年、2005年、2007年、2013年和2017年。2008年單產出現一個躍增，且前10年(1998—2007年)單產平均在2.4475 t·hm-2左右，后10年(2008-2017)較前10年單產平均上升約2.5倍，平均達到6.2961 t·hm-2。究其原因，主要與近10年來金絲小棗品種更替、無公害科學化管理有關。金絲小棗整個生長期都要受到不同氣象災害影響，并且相同氣象災害對小棗不同生長期影響也不同。

2.3.2 主要氣象災害影響權重檢驗分析 表6為產量出現下降的5年主要氣象災害事件發生情況，2003年沒有出現災害D，另4種災害均有不同程度發生，其中災害B達到24 d，氣溫高于35℃高溫天氣出現在6月18—21日，高溫期間空氣相對濕度40%左右，此時棗樹已處于坐果期，雖然氣象條件略差些，對小棗正常生長產生一定影響，但未構成小棗減產。減產的主要因素為果實成熟收獲期連續陰雨寡照，連陰雨出現在10月9—12日，11日降水量144.9 mm，此期正是小棗收獲晾曬期，由于持續無日照、降水強度大，造成小棗大量裂果和漿爛，產量和品質嚴重下降，減產55%以上。2005年沒有出現災害E，另4種主要氣象災害均有出現，連陰雨出現在9月19—21日，持續時間短，降水量少，對處于成熟期的小棗產量影響不大，6月中旬至下旬出現>35℃高溫12 d，最長持續7 d，6月23日最高氣溫40.3℃，出現嚴重落花和“焦花”，坐果率下降。7—8月果實生長期高溫日數12 d，“日灼”造成裂果也是減產原因之一。2007年是減產最嚴重的一年，經濟損失80%以上，高溫低濕和連陰雨影響較重，2007年9月26日至10月7日斷斷續續出現降雨天氣，其中10月4—7日連續4 d陰雨寡照，沒采摘和采摘的小棗均大量漿裂爛果，損失慘重。2013年單產下降與果實膨大期高溫有很大關系，高溫日數達11 d，高溫后出現明顯降水，日灼后裂果造成產量下降。2017年小棗開花坐果期高溫低濕(B)持續日數達25 d，是近10年出現最多的年份，成熟到收獲期的連陰雨出現在10月7—10日，雖降水量較大，但沒有出現類似2003年和2007年的大幅減產。

表6 金絲小棗產量下降的5 a主要氣象災害發生情況

由以上分析可知，成熟收獲期連陰雨(E)對小棗影響相對最大(2003年和2007年)，其次是開花坐果期高溫低濕(B,2005年和2017年)、果實膨大期高溫日灼(C,2013年)，檢驗分析結果與各主要氣象災害的影響權重大小基本一致。

3 討論與結論

3.1 討 論

河北滄州是金絲小棗的主產區，目前仍是在露天生長結果，受天氣氣候影響較大，特別是受高溫、連陰雨等氣象災害影響較重，其中開花坐果期高溫低濕(B)在棗樹開花盛期和坐果初期對產量影響較大，果實膨大期高溫日灼(C)持續時間長，在糖分積累階段高溫后遇大雨裂果更加嚴重，成熟收獲期連陰雨(E)在小棗采摘和晾曬階段影響大，雨量大導致大量小棗漿裂爛果，出現“豐產不豐收”的現象，可見，同一氣象災害在金絲小棗不同生長期影響大小不同。本文通過層次分析法對金絲小棗生長期各主要氣象災害影響權重進行計算并檢驗得出，成熟收獲期連陰雨(E)影響最大，其次是開花坐果期高溫低濕(B)，果期膨大期高溫日灼(C)和果實白熟期連陰雨(D)影響中等，萌芽展葉期高溫(A)影響最小，各主要災害權重系數均通過一次性檢驗，并對金絲小棗產量下降的5年進行檢驗性分析，結果與各主要災害影響權重大小基本一致，這與劉金玉[21]等和高延青[22]研究的影響金絲小棗產值最嚴重的災害是成熟收獲期連陰雨災害的結論相吻合。

中國是農業大國，大田作物和大部分經濟作物和金絲小棗一樣，目前都是露天生長，產量和品質受氣象災害影響較大，魏堃等[23]對甘肅省河東地區春玉米干旱災害進行研究指出，河東地區春玉米干旱風險具有明顯的區域性和差異性，低風險區春玉米產量高、品質優，適宜大面積種植。王秋京等[24]對黑龍江省主要農業氣象災害對水稻產量的影響進行研究表明，各類農業氣象災害在作物不同時期的發生和危害不盡相同，指出與水稻產量關聯度較大的災害是干旱、洪澇、冰雹，提出防災的重點是減少受災范圍。韋金海等[25]提出合理布局百色芒果種植適宜區，降低芒果受低溫災害幾率，引進早熟、中熟和晚熟品種或進行品種改良來降低芒果高溫干旱災害的影響。劉海蓉等[26]研究了新疆溫宿黑桃生長關鍵期氣象災害影響，為黑桃防災減災提供參考。農業生產中這些應對氣象災害來最大程度保證產量和品質的方法和措施對于金絲小棗的防災減災有重要的參考意義。

金絲小棗氣象災害雖然同樣受高溫、低溫、干旱、冰雹、連陰雨災害影響，但災害造成的危害和金絲小棗的發育期有很大的關系，正如柏秦風[2]等對中國主要果樹氣象災害指標研究進展一文中提到，北方果樹的凍害是主要的氣象災害，然而凍害對滄州金絲小棗影響就比較小，幾乎沒有影響，主要原因是金絲小棗的開花期在5月份以后，這個時期滄州地區出現晚霜凍害幾率極低，尚對金絲小棗的生長構不成危害。根據金絲小棗生長特點，萌芽展葉期高溫(A)、開花坐果期高溫低濕(B)和果實膨大期高溫日灼(C)、果實白熟期連陰雨(D)和成熟收獲期連陰雨(E)成為影響小棗產量和品質的主要氣象災害。另外，影響滄州金絲小棗豐歉因素很多，如栽培管理方式、病蟲害等等，本文僅從金絲小棗生長期主要氣象災害方面進行了分析，尚存在一定的局限性。在未來氣候變化大背景下，影響金絲小棗正常生長的氣象災害在種類、發生概率、影響程度等方面也會有所變化，需對未來氣象災害的預估方法進行研究并加以應用，在災害監測、預警、防御和風險區劃、災害保險方面加強研究應用，在小棗品種方面，盡量選耐高溫、耐裂果品種，并進行科學無公害化管理，才能做好金絲小棗防災減災，提高小棗產量和品質，保證金絲小棗產業健康、穩定、可持續發展。

3.2 結 論

通過對河北滄州金絲小棗生長期主要氣象災害變化特征和災害影響權重進行分析和檢驗，結果表明：

(1)金絲小棗萌芽展葉期高溫(A)、開花坐果期高溫低濕(B)和果實膨大期高溫日灼(C)每年均發生，即發生頻率為100%，果實白熟期連陰雨(D)發生頻率為37.9%，成熟收獲期連陰雨(E)發生頻率為25.9%。各個年代氣象災害發生頻率也不同，20世紀60年代和21世紀以來萌芽展葉期高溫(A)和開花坐果期高溫低濕(B)發生頻率偏高，2011—2018年果實膨大期高溫日灼(C)最高，20世紀60年代、70年代和21世紀最初10年果實白熟期連陰雨(D)和成熟收獲期連陰雨(E)偏高。每年至少有3種氣象災害發生，4種災種同一年均發生頻率為41.4%；5種災害同一年均發生頻率為10.3%。

2)金絲小棗生長期5類主要氣象災害對小棗產量和品質影響權重不同，從強到弱依次為果實收獲期連陰雨(E,0.5848)、開花坐果期高溫低濕(B,0.1920)、果實膨大期高溫日灼(C,0.1081)、果實白熟期連陰雨(D,0.0850)、萌芽展葉期高溫(A,0.301)，權重系數均通過了一次性檢驗。

3)對產量出現下降的5年進行檢驗性分析，進一步驗證了金絲小棗生長期的最為嚴重氣象災害是果實收獲期的連陰雨(E)，其次是小棗開花坐果期的高溫低濕(B)。研究為金絲小棗品種研發、改良、種植管理、病蟲害防治等方面提供參考，以應對金絲小棗生長期主要氣象災害造成的不利影響。