柑桔生长期低温灾害指标分析及应用

王 宝，夏纪胜，卢玉娥

（1.玉溪市气象局，云南玉溪653100；2.云南大学资源环境与地球科学学院，云南昆明650091；3.玉溪市农业科学院，云南玉溪653100）

低温灾害是柑桔生长期的主要灾害，每年均有不同程度的低温灾害发生，给柑桔生产造成了巨大的损失。近年来，受环境恶化和气候变化的影响，低温灾害频繁发生，加大了农业生产的不稳定性，直接影响农业的可持续发展，严重威胁着粮食安全和社会稳定。在对2001年至2008年的柑桔生长田间观测资料与温度、降雨量、日照的相关性分析中发现，柑桔生长对温度的反应快速，当出现低温时，能在短时间内对柑桔的生长产生不可逆转的影响，成为柑桔生长的主要限制因子之一，它决定柑桔的生存与分布，同时也影响果实的产量和品质。国内许多学者在低温灾害对柑桔生产的影响方面做了大量的分析研究工作。张锦松［1］研究了低温天气对柑桔的影响。谢远玉［2］提出当日平均气温≤30℃时，柑桔果实增长量与气温呈显著的正相关。董德祥［3］分析了2008年华宁柑桔减产的原因，认为当年春季的低温灾害使柑桔花芽分化受到抑制，导致柑桔果树异常落花，造成当年减产。刘平生［5］分析了低温阴雨寡照对柑桔花期幼果期的危害。叶美德［6］建立了柑桔产量气候异常减产模式。在现有的研究中，主要考虑了气候学意义上的低温灾害，多数低温灾害指示的是低温与作物某一个生育期的关系，与作物各生育期对低温反应的关联度低。同时，也没有考虑低温持续时间对作物的累积危害程度。在分析作物生长的每个生育期的下限温度、生长最适温度及低温灾害指标及应用方面的研究较少。

由于作物在不同发育时段对温度的敏感性差异显著，对低温的反应也不同，因此，本文在研究柑桔每个生育期对温度反应的基础上，确定柑桔每个生育期生长下限温度和生长最适温度，并考虑低温强度和持续时间，设计了累积低温影响指数，建立柑桔每个生育期的累积低温影响指数区间，设计开发柑桔低温冷害预警分析系统，对低温灾害进行实时监测和预警，为预防和减轻低温灾害对柑桔生产的影响，提高柑桔产量和质量，具有实际意义。

1 材料与方法

1.1 材料

玉溪柑桔研究所华宁县牛山柑桔试验基地2001年至2008年柑桔大田发育期观测资料；华宁县气象站1971年至2008年逐旬平均温度、平均最高温度、平均最低温度、极端最高温度、极端最低温度、降雨量、日照时数、蒸发量资料；2001年至2008年逐日平均温度、日最高温度、日最低温度；华宁县农业局1971年至2008年柑桔单产资料；玉溪柑桔研究所2001年至2008年柑桔发育期资料。其中常规气象观测资料根据柑桔种植区实际情况进行了订正。

1.2 方法

1.2.1 柑桔发育期的计算

在华宁县牛山柑桔试验基地设固定观测点，柑桔品种为早熟兴津温州蜜桔。用2001年至2008年田间观测的柑桔发育期计算平均发育期，并根据华宁县柑桔主要种植区的生产实际，对平均发育期进行订正。

1.2.2 气候年景的划分

用1971年至2008年柑桔单产资料和同期的旬平均温度、旬平均最高温度、旬平均最低温度、旬极端最高温度、旬极端最低温度、旬降雨量、旬日照时数、旬蒸发量资料，采用滑动平均方法 （步长为8）计算每年柑桔气象产量，按气象产量变幅，结合柑桔生产的实际年景对1971年至2008年的气候年景进行划分。

1.2.3 发育期温度指标的确定

根据所划分气候年景，用2001年至2008年逐日平均温度、日最高温度、日最低温度，确定丰、平、歉年中柑桔各发育期间的相应温度指标。

1.2.4 累积低温影响指数的建立

累积低温指数Ti按下式计算：

式中，Ti为累积低温指数；tm为实际观测的最低温度；d为低温持续时间；α为低温强度系数；A、B为温度影响系数。α、A、B按以下公式计算：

其中，tl为柑桔生长下限温度；tb为柑桔生长最适温度。

2 结果与分析

2.1 柑桔发育期

根据2001年至2008年田间实际观测的柑桔发育期，计算平均发育期，并根据华宁县柑桔主要种植区的生产实际，采用内插方法对固定观测点柑桔的发育期进行订正 （表1）。

表1 柑桔发育日期

2.2 气象产量与气候年景分析

气候年景的确定是定量指标域研究的基础，进行历年气候年景分类的实质是表达出柑桔生长发育和产量形成适宜的温度区间，以及受影响或受害的温度区间。作物的产量由社会产量和气象产量二部分组成，气象产量描述的是气候变化对作物产量的影响效应，因此，为了确定气候变化与作物生长发育、产量形成的定量关系，采用滑动平均方法 （步长为8）计算1971年至2008年每年柑桔单产的气象产量 （图1）。

图1 柑桔单产气象产量年际变化

根据气象产量的变幅，将气象产量分为丰年、平年、歉年3个气候年景等级 （表2），以表征温度对柑桔生长发育和产量形成的影响程度。

表2 气象产量 （M）年景等级标准

用柑桔农业生产的实际年景对用气象产量所确定的年景进行验证，验证结果表明，气象产量年景与农业生产的实际年景吻合度较好。

2.3 柑桔各发育期温度指标

在柑桔生长各发育期温度定量指标的分析中，根据气象产量所确定的气候年景，对丰、平、歉年景中柑桔的每一个发育期间的日平均温度、日最高温度、日最低温度进行分析，以丰年温度确定柑桔生长期的最适温度上、下限，以平年温度确定柑桔生长期的适宜温度上、下限，而以歉年温度确定受害温度与死亡温度。同时，通过对华宁柑桔生长发育期与日平均温度、日最低温度、日最高温度的相关性分析表明，柑桔的生物学零度为5℃。因此，在温度指标的分析中，以日平均温度5℃作为基础指标值。在上述分析的基础上，得出柑桔生长期的最适温度上限、最适温度、最适温度下限、受害温度、死亡温度 （表3）。

表3 柑桔各发育期温度指标值

2.4 累积低温指数等级和影响程度

根据累积低温指数公式 （1），计算各温度等级和不同持续时间的累积低温指数Ti值，通过对Ti值的分析，确定柑桔各发育期的累积低温指数区间和影响状况 （表 4）。

3 柑桔生长期低温灾害指标的应用

温度定量指标域的建立，为动态地分析柑桔生长期间温度的影响程度提供了基础。累积低温指数区间和影响程度为判断低温灾害对柑桔生长的影响程度提供了依据。基于主流商用数据库技术，采用asp.net构架，建立柑桔低温灾害预警分析系统，通过动态计算累积低温影响指数 （Ti）指标，结合柑桔物候期、温度指标、累积低温指数区间等数据，既能对柑桔历史受害状况进行分析，又能在作物的每个发育期对低温灾害进行动态的跟踪和预警。

柑桔低温灾害预警分析系统主要功能包括系统设置、用户管理、数据管理、实时预警、历史分析、打印输出等。

表4 柑桔累积低温指数区间和影响程度

以1986年为例，利用预警分析系统对历史低温灾害状况进行分析，结果如图2所示。从图2可以看出，1986年柑桔开花期遭到了强低温危害，花芽分化受到抑制，花期延迟，致使1986年柑桔减产。分析结果与柑桔低温灾害调查数据一致，验证了系统对低温灾害监测和预警的准确性。对历史低温的分析表明，累积低温影响指数能准确地反映低温对柑桔生长的影响，并达到预警的目的，以便提前采取措施，防止或减轻低温灾害对柑桔生产的影响。

4 讨论

（1）通过对柑桔不同发育期温度定量指标的研究，确定了柑桔生长期的最适温度上限、最适温度下限、最适温度上限极值、最适温度下限极值、受害温度、死亡温度，为动态分析柑桔生长期温度的影响程度提供了基础数据。

图2 1986年柑桔低温灾害状况分析

（2）在温度指标分析的基础上，建立了累积低温影响指数，计算了累积低温指数区间和影响程度，为判断低温灾害对柑桔的影响程度提供了依据

（3）研究开发了具有自动分析、预警功能的柑桔低温灾害预警分析系统，实现农业与气象数据的快速分析和曲线化，农业气象学理论和经验及方法程序化，对策措施专业化及分析过程自动化。

（4）柑桔生长期低温灾害指标的研究和应用，可以对柑桔生长各个时期低温灾害进行实时监测和预警，以便提前采取措施，防止或减轻低温灾害对柑桔生产的影响。

（5）柑桔低温灾害定量指标只适用于玉溪柑桔研究所华宁牛山柑桔试验基地，但采用的方法是可行的。同时，柑桔低温灾害影响指标考虑了日平均温度、日最高温度与日最低温度的强度、持续时间和天气背景的影响，并在计算机上实现了自动判断的功能，但指标值还需要根据生产实际做进一步的细化和优化。

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