鄂東南枇杷的凍、熱害發生規律及風險分析

魏華兵 陳正洪 李桂紅 汪旭東 羅翔 袁觀強

摘要 為了分析鄂東南枇杷主產區關鍵生育期的枇杷低溫凍害和高溫熱害發生規律，首先對2011—2020年枇杷物候期和氣象災害開展調查，并整理相關數據，確定枇杷花期、幼果期凍害等級指標及果實近成熟期熱害天氣指標;再利用鄰近的通山國家氣象觀測站1959—2020年的逐日氣象資料將主產區鄉鎮區域自動氣象站2011—2020年氣象資料延長至30年以上;最后通過 Gumbel 概率分布擬合及極值推算，揭示枇杷關鍵生育期不同等級凍、熱害的重現期及氣候風險概率。結果表明：枇杷低溫凍害發生在開花-幼果的全生育期，主要時間段為12月下旬至次年2月下旬;枇杷花期重度凍害19～20年一遇，極重凍害50年一遇;幼果期重度凍害10～11年一遇，極重凍害30年一遇;枇杷高溫熱害發生在果實從青果到黃熟的轉色期，主要時間段為4月下旬至5月上旬，輕度熱害4～5年一遇，中度熱害15年一遇，重度熱害超50年一遇，極重熱害超100年一遇。本研究為減輕枇杷花或幼果低溫凍害、果實高溫熱害提供了科學依據。關鍵詞 枇杷;低溫凍害;高溫熱害;氣候風險

中圖分類號 S667.3???? 文獻標識碼 A????? DOI：10.12008/j.issn.1009-2196.2022.03.017

Occurrence and Risk Analysis of Freezing and Heat Injury of Loquat in Southeastern Hubei

WEI Huabing1?? CHEN Zhenghong2?? LI Guihong1?? WANG Xudong1?? LUO Xiang3?? YUAN Guanqiang4

（1. Xianning Meteorological Bureau， Xianning， Hubei 437100， China;2. Hubei Meteorological Administration， Wuhan， Hubei430074， China;3. Tongshan Meteorological Bureau， Tongshan， Hubei 437600， China;4. Tongshan County Association of Loquat，Tongshan， Hubei 437600， China）

Abstract? In order to analyzie the occurrence of freezing and heat injury of loquat during key growth period in the main pro- ducing area of the southeast Hubei， a survey was made of loquat phenophases and meteorological disasters in the past 10 years， and data were collected to determine the freezing injury grade indexes for loquat at the flowering and young fruit periods and? the heat injury weather indices for fruit at the near maturity stage. The 2011—2020 meteorological data of the regional auto- matic weather stations in the main producing areas were extended to more than 30 years by using the 1959-2020 daily mete- orological data from the adjacent Tongshan national meteorological observation stations. The recurrence period and climatic? risk probability of different grades of freezing and heat injury in the key growth period of loquat were revealed by using? Gumbel distribution. The results showed that the freezing injury of loquat occurred during the whole growth period from? flowering to young fruit， mainly from late December to late February. Severe freezing injury of loquat at the flowering stage? occurs once every 19-20 years， extremely severe freezing injury occurs once every 50 years; severe freezing injury of loquat at? the young fruit stage occurs once every 10-11 years， and extremely severe freezing injury occurs once every 30 years. Heat? injury occurred during the turning period of loquat fruit from green to yellow， mainly from late April to early May. The risk? probabilityof mild heat injury occurs once every 4-5 years， moderate heat injury once every 15 years， severe heat injury once? every over 50 years， and extremely severe heat damage once every over 100 years. The results might provide some reference? for reducing the freezing injury of loquat flowers or young fruits and the heat injury of loquat fruit.

Keywords? loquat; freezing injury; heat injury; climate risk

枇杷是我國南方特有的常綠果樹，果實多汁，酸甜適度，營養豐富，深受消費者喜愛[1-2]。鄂東南是湖北省的枇杷主產區[3]，所轄6個縣（市）均有一定規模的枇杷種植園，枇杷種植栽培已有200多年的歷史，尤其是通山的“隱水枇杷”，已成為鄂東南種植面積最大的枇杷產區，2019年種植面積達0.2134萬 hm2，下樹鮮果4.8萬 t，產值 2.2億元，種植規模、產量和產值均居華中之首，2020年還提出了壯大枇杷產業的種植面積倍增計劃。成年枇杷耐寒性較強，樹干可以耐受?18℃左右的低溫，而枇杷的花和幼果不耐凍，枇杷花器在秋季形成、冬季開放，其抗寒性雖然隨著氣溫的緩慢下降會漸漸增強，但遭遇大幅降溫時，幼果在?3℃、花蕾在低于?6℃的低溫環境中會遭受凍害，直接影響枇杷的開花結果[4-6]。果實日灼傷害是水果種植中的常見生理病害，枇杷果實在采摘前7～15 d 的晴熱高溫天氣里，長時間的直射陽光使果皮溫度升高，因果皮細胞組織結構和生理生化代謝遭受破壞而發生褐變，嚴重的還會導致果實停止生長;日灼傷害不僅降低枇杷果實品質，甚至會使其失去食用價值。鄂東南地處長江中下游南岸，屬于亞熱帶季風濕潤氣候區，年均氣溫17.4℃，降水量1640.4 mm，日照時數為1577.2 h，相對濕度為76%，氣候溫和，降水充沛，光照充足，四季分明，氣候條件適宜枇杷種植;但鄂東南冬季與早春多為寒潮低溫天氣，枇杷的花果易遭受低溫凍害，制約了枇杷種植規模的擴大。隨著全球氣候變暖，鄂東南異常高溫天氣事件增多[7]，出現在4～5月的高溫天氣會造成枇杷果實日灼傷害，影響枇杷的品質和產量。因此，開展枇杷種植低溫凍害和高溫熱害的氣候風險研究，對枇杷產業健康發展具有重要意義。

有關枇杷低溫凍害和高溫熱害的研究較多[4-17]，如陳正洪[5]對湖北省枇杷的花果凍害進行了實驗觀測，用電導法研究了枇杷花果凍害的影響因子，結果發現，極端低溫值及其持續時間是影響花果凍害的重要因子;謝鐘琛等[14]用人工氣候室對早鐘6號枇杷幼果進行模擬凍害試驗，界定幼果凍害的臨界溫度為?3℃，并據此指標開展了福建省早鐘6號枇杷栽培的適宜性區劃;張名福[12]對解放鐘枇杷高溫熱害進行大田觀察和分析得出，枇杷果實的高溫熱害發生在4?5月的果實轉色期，樹冠外圍的中熟果受害更嚴重，果實套袋或樹冠遮陽等技術方法可以有效減小高溫熱害影響;鄧朝軍等[10]采用果實活體誘導結合田間調查的方法研究了枇杷果皮熱傷害的影響因子，認為高溫和強光照是造成果皮熱傷害的主要因子，并確定了多個品種枇杷高溫熱害的果皮表面溫度閾值為39℃或40℃。以上研究從植物微觀生理變化上探討了低溫凍害和高溫熱害對枇杷的影響，并從栽培技術上提出了災害防御方法;但從氣候上分析湖北省枇杷發生低溫凍害和高溫熱害的風險概率的尚不多見。本文在對鄂東南枇杷主產區多年種植情況調查的基礎上，利用種植區內的鄉鎮區域自動氣象站和鄰近的通山國家氣象觀測站的氣象資料，分析鄂東南枇杷低溫凍害和高溫熱害的發生規律及氣候風險概率，以期為枇杷產業健康發展提供技術參考。

1 資料和方法

1.1 資料

1.1.1 氣象資料所用的氣象資料為枇杷種植區內的通山縣大畈鎮區域氣象觀測站（以下簡稱大畈站）2011—2020年和鄰近的通山國家氣象觀測站（以下簡稱通山站）1959—2020年的逐日氣溫數據，數據來源于湖北省氣象信息中心和通山縣氣象局。

1.1.2 枇杷氣象災害資料采用的枇杷氣象災害資料為研究區域內通山縣大畈鎮枇杷種植區（鄂東南種植面積最大的枇杷產區）枇杷生產實際的調查資料，通過對枇杷種植戶進行調查、通山枇杷協會種植專家審核，得到了通山縣2011—2020年逐年的枇杷單樹產量、品質、年景以及氣象災害損失情況（表1）。

1.2 方法

1.2.1? 資料均一性檢驗通山站和大畈站在

2017年進行了搬遷，遷站前后的資料可能存在顯著性變化，氣象資料均一性是氣候分析的基礎。本研究采用滑動 T 檢驗的辦法[18]，分析遷站前后的環境變化對枇杷低溫凍害和高溫熱害發生時段（分別為冬季和4—5月）內氣溫資料均一性的影響情況。結果顯示，通山站和大畈站4—5月的最高氣溫以及12月至次年2月的最低氣溫資料均通過了滑動 T檢驗（信度α為0.05），表明2017年遷站后相應時段的氣溫資料沒有發生顯著性變化，可以作為同一序列資料合并使用。

1.2.2 區域站資料延長氣候分析研究一般采用

30年以上的資料，由于大畈站資料的年限較短，本研究采用建立回歸方程的方法對大畈站的氣溫資料進行延長處理。按照李小泉[19]的方法，設 X 代表通山站， Y代表大畈站， x、y 分別代表 X、Y 站歷年值，Xn、Yn代表 X、Y 站 n 年的平均值， r 代表 X、Y 站之間的相關系數，σx、σy分別代表 X、Y站的均方差，其回歸方程式為：

利用通山站和大畈站2011—2020序列的氣溫資料，利用式（1）分別計算4月20日至5月10日的最高氣溫以及12、1、2月最低氣溫資料序列的 r、σx、σy值，得到了4組回歸方程，見表2。

1.2.3 枇杷凍、熱害氣候指標農業氣象災害指標是評判災害的標準和氣象災害對農業影響的評價依據[20]，通常由單個或多個氣象因子組成。枇杷的花果凍害存在低溫臨界值[5]，不同品種枇杷果實的熱傷害也有果皮表面溫度閾值[10]。本研究結合文獻研究、種植戶調查、專家建議及本地氣候狀況，給出了枇杷開花期（12月21日至2月20日）、幼果期（1月11日至2月28日）凍害等級的低溫指標和枇杷果實轉色期（4月20日至5月10日）的高溫指標（表3）。

枇杷的花果凍害程度與低溫持續時間密切相關[5]，果實表皮的熱傷害發生于持續的高溫環境[10]，這類低溫或高溫極端值往往出現在持續（≥2 d）的低溫冰凍或高溫災害天氣過程[21-22]。為了客觀評價這類低溫或高溫災害天氣對枇杷花或果實造成傷害的氣候概率，引入枇杷低溫凍害指數和高溫熱害指數來分析枇杷凍、熱害的氣候風險概率，其指數公式為：

式中，Zi為低溫凍害指數或高溫熱害指數， zi1， zi2分別表示第1天和第2天枇杷凍、熱害等級指標值。枇杷低溫凍害、高溫熱害指數的輕度、中度、重度和極重等級的下限值分別為2、4、6、8。?? 1.2.4 風險概率計算依據歷史氣象資料推算氣象災害事件的發生概率是氣候風險概率評價的基礎[23]，理論概率分布是風險概率常用的估算方法。考慮到枇杷凍、熱害氣候指標采用了氣溫極值作為氣象因子，本研究中風險概率計算采用適于極值極限概率分布的 Gumbel 分布函數[24]，公式為：

式中， A>0，為尺度參數; B 為眾數密度。可見，求出 A 與 B 兩個參數后， Gumbel 分布函數即可確定。通過矩法變換[25]可得：

式中， x 為樣本平均值，Sx為樣本標準差， N 為重現期， 1/N 為風險概率。

2 結果與分析

2.1 枇杷低溫凍害氣候風險分析

2.1.1? 低溫凍害發生時段通山站歷年低于?3℃的最低氣溫最早出現在12月3日，為-5.5℃，最遲出現在2月19日，為?6.1℃;95%以上的年份年極端最低氣溫出現在12月11日至次年2月20日，其中，低于?6℃的最低氣溫有近90%年份出現在12月11日至次年2月10日（圖1）。調查得知，枇杷花期在12月下旬至2月中旬，幼果期在1月中旬至2月下旬，說明枇杷的開花-幼果全生育期都存在低溫凍害的風險。經調查枇杷種植戶調查得知，2018年枇杷的嚴重凍害，正是由于當年的2月3—6日出現的連續低溫天氣（<?3℃）造成的。

2.1.2? 冬季各月不同重現期低溫利用大畈站1959—2020年的12、1和2月的最低氣溫延長序列資料，根據公式（4）計算得到大畈站12、1和2月各月不同重現期的最低氣溫值（表4）。從表4可以看出：低于?3℃的枇杷低溫凍害較為普遍，12、1月每年可出現，2月的重現期約為2～3年一遇;低于?6℃的枇杷低溫凍害重現期，12月約為7年一遇， 1月約為6年一遇，2月為10年一遇;低于?8℃的枇杷低溫凍害重現期， 12月約為18年一遇， 1月為20年一遇，2月約為28年一遇。說明枇杷輕度、中度低溫凍害日重現機率是1月>12月>2月，重度及以上低溫凍害日的重現機率是12月>1月>2月。

2.1.3 低溫凍害指數風險概率根據公式（2），用兩日滑動累加并統計得到1959—2020年枇杷花期（12月21日至次年2月20日）、幼果期（1月 11日至次年2月28日）逐年的低溫凍害最大等級指數序列，利用 Gumbel 分布函數的推導公式（4），得到枇杷花蕾和幼果低溫凍害指數風險概率分布圖（圖2）。從圖2得知，枇杷幼果凍害風險概率高于花蕾，幼果輕度凍害風險概率大于 50%，約每2 年一遇;中度凍害風險概率為20%，即每5 年一遇;重度凍害風險概率接近10%，約每10～11年一遇;極重凍害風險概率小于3.5%，近每30年一遇。而花蕾輕度凍害風險概率接近33%，約每3年一遇;中度凍害風險概率接近17%，約每6年一遇;重度凍害概率接近5%，約每19～20年一遇;極重凍害風險概率小于2%，超50年一遇。

2.2 枇杷高溫熱害氣候風險分析

2.2.1 高溫熱害發生時段通山站歷年4—5月高于34.5℃的高溫天氣最早出現在4月11日，4月 20日之前的高溫天氣比較少見，不足5%，超50%的高溫天氣過程出現在5月15日至31日，5月后高溫天氣出現頻率隨時間呈直線增多趨勢（圖3）。從枇杷主產區的調查結果得知，其主要品種的枇杷轉色期集中在4月下旬至5月上旬，2020年大畈枇杷種植區的高溫熱害，正是由于5月 2—4日連續3 d 出現超34.5℃的高溫天氣造成的。此時間段高溫出現頻率約為35%，說明鄂東南枇杷轉色期高溫熱害風險處于中、低風險時段。

2.2.2 轉色期不同重現期高溫利用大畈站1959—

2020年4—5月的日最高氣溫延長序列資料，根據公式（4）計算得到大畈站4月20日至5月10日不同重現期的最高氣溫值（表5）。由表5可知，高于34.5℃的枇杷高溫熱害并不多見，其重現期約為6～7年一遇;高于35.5℃的枇杷高溫熱害重現期為10年一遇，高于36.5℃的枇杷高溫熱害重現期約為19～20年一遇，高于37.5℃的枇杷高溫熱害重現期超30年一遇。

2.2.3? 高溫熱害指數等級風險概率根據公式（2），用兩日滑動累加并統計得到1959—2020年枇杷果實轉色期（4月21日至5月10日）逐年高溫熱害最大等級指數序列，利用 Gumbel 分布函數的推導公式（4），得到枇杷果實高溫熱害指數風險概率分布圖（圖4）。從圖4可以看出，枇杷果實轉色期輕度高溫熱害風險概率25%，每4～5年一遇;中度高溫熱害風險概率為6.7%，每15年一遇;重度高溫熱害風險概率低于2%，超50年一遇;極重高溫熱害風險概率極低小于1%，超100年一遇。

3 討論與結論

本研究以鄂東南枇杷最大主產區的典型種植園為代表，以近10 a 對枇杷產量和品質影響較大的低溫凍害和高溫熱害發生情況的調查資料和構建的長序列氣象資料為基礎，利用 Gumbel 極值概率分布模型，計算造成枇杷低溫凍害和高溫熱害的氣象要素指標及其組合指標的氣候重現率，定量分析鄂東南枇杷主產區的低溫凍害和高溫熱害風險，客觀描述鄂東南枇杷主產區的低溫凍害和高溫熱害發生規律。

各地枇杷花果期低溫凍害等級指標并不一致，浙江、福建等地[4，14]研究認為，日最低氣溫<?1.0℃時，枇杷幼果就會出現輕度低溫凍害。植物在長期適應各地氣候的過程中，其抗逆能力會隨氣候條件馴化而不同。浙江、福建等地和湖北雖然同屬于亞熱帶季風氣候區，但其受海洋影響，冬季的低溫持續時間和下降幅度與處于內陸的鄂東南山區明顯不同。根據陳正洪[5-6]對湖北省枇杷花果凍害的觀測試驗和模擬研究結果中冷凍溫度和冷凍時間凍害綜合貢獻的等值線圖，對浙江、福建等地枇杷花果期低溫凍害等級指標值進行了修正，與鄂東南枇杷種植區調查的實際情況更為接近。

枇杷果實轉色期高溫熱害等級指標采用日最高氣溫≥34.5℃的閾值有一定的地域性，由于鄂東南枇杷主產區的枇杷果實大多在6 月份前上市，所受高溫熱害與氣候變暖的異常高溫有關，其指標的適用范圍和等級劃分，有待今后進一步研究。

對短序列氣象資料進行延長是氣候分析中構建長序列氣象資料的常用方法，延長資料可以彌補氣候風險概率分析中短序列資料的不足;但氣候要素的強烈變化會因為序列延長中采用整體變化來模擬單個要素值而變平緩，延長氣象資料的局限性對風險分析結果的影響有待進一步印證研究。

鄂東南枇杷的低溫凍害和高溫熱害是影響枇杷產量和品質的重要氣象災害。枇杷開花至幼果期都存在低溫凍害的風險，主要發生在12月中旬至次年2月中旬;枇杷果實接近成熟的時期存在高溫熱害風險，主要發生在枇杷果實轉色期的4月下旬至5月上旬。枇杷種植中要進行疏花、疏果，輕度凍害對枇杷的產量影響較小，枇杷花的抗凍性強于幼果的抗凍性，2 月份花果期的低溫凍害風險低于12月和1月;5月后異常高溫天氣日益增多，適當早熟可降低果實遭遇高溫天氣熱害的機率。因此，提高枇杷二花的花量和花質，選擇適當的早熟品種，是鄂東南枇杷主產區防范低溫凍害和高溫熱害的重要措施。

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（責任編輯 林海妹）