福建省尤溪县金柑冻害风险分析与区划*

阮锡章，洪维群，郑文君，受苗苗

(福建省尤溪县气象局，三明 365100)

0 引言

金柑又名金桔、绿桔等，果实呈圆形，冬季成熟，连皮带肉均可食用，形美色鲜，酸甜适口，它含有多种维生素和矿物盐，生食理气补中。地处闽中的尤溪县，其金柑栽培已有300多年的历史， 2014年全县种植面积达2 600hm2，年产量达2.5万t，是全国金柑四大产地之一。近几年来，由于气候多变，加之果农大多采取果实留树保鲜，延长鲜果供应时间，该县金柑生产多次遭遇严寒冻害损失。2010年12月～2011年1月，尤溪县出现罕见的降雪、低温和霜冻天气，全县未采摘的金柑挂果约有1/3被冻坏； 管前、八字桥乡海拔在700m以上的金柑果实全部冻坏，部分树枝冻伤，嫁接嫩树枝梢有90%冻死，经济损失数千万元。有关金柑栽培技术和产业发展，林盛洪、吴擢溪等[1-2]进行了分析研究，但在寒害气候风险方面鲜有报道。文章通过调查，以尤溪县为代表分析了闽中地区金柑冻害的气象成因，并应用县气象站、乡镇自动气象站资料和地理信息系统(GIS)软件，对尤溪县金柑冻害气象风险分布进行分析和区划，为金柑冻害防御和农业保险产品设计提供气候依据。

1 资料来源与分析方法

1.1 研究区概况

尤溪县位于福建省中部山区，介于117.8°E～118.6°E，25.8°N～26.4°N之间，属于中亚热带季风气候。境内海拔高差较大，中部沿尤溪河两岸地势较低，多在300m以下； 由此向西北和东北地势逐渐升高，八字桥、汤川等地海拔多在600m以上，属于中亚热带山地气候。根据第三次农业气候区划资料统计[3-4]，历史上曾出现3次极端最低气温低于-7.5℃的日期，分别是1961年1月18日、1963年1月27日和1999年12月23日。各地年极端最低气温的多年平均值介于-2.7～-6.2℃之间，沿河两岸低海拔(300m以下地区)极端最低气温一般高于-4.8℃(保证率80%)； 海拔在500m以上的管前、八字桥、中仙、汤川等乡镇极端最低气温的多年平均值低于-5℃，但都高于-8℃，因此适于亚热带作物的种植，但都有不同程度的冻害发生，高海拔地区冻害的机率较大。若以-7℃作为一般经济作物冻害指标，城关附近等低海拔地区受冻害的机率为7.4%以下，中海拔地区(300～600m)为7.4%～15%，八字桥、汤川等高海拔地区达15%～20%以上。

1.2 数据来源

(1)气象资料

采用尤溪县气象站(以下称县站)1957～2013年共57年趆冬期(11月至翌年2月)极端最低气温序列资料为基础，取县境内各乡镇不同海拔高度的16个乡镇自动气象站(以下称乡镇站)2009～2013年共5年趆冬期逐日最低气温资料作为分析依据。

(2)灾情资料和地理信息

灾情资料采用尤溪县农业局果树站提供的近10年金柑低温冻害资料； 地理信息采用2003年“数字福建”提供的矢量数据。

1.3 分析方法

1.3.1 计算各乡镇站与县站之间极端最低气温差值

将2009～2013年县站极端最低气温5年平均值与同期乡镇站极端最低气温平均值进行比较，得到差值t(表1)。

表1 2009～2013年尤溪县站及乡镇站极端最低气温平均值及其差值t ℃

1.3.2 建立气候风险模式

低温冻害气候风险(M)，是指低温灾害天气对作物的危害强度(即灾损系数用L表示)和发生概率(用P表示)的综合。该文用二者的乘积表示，建立金柑冻害气候风险评估模式如下(n为冻害级别)：

(1)

1.3.3 利用GIS进行金柑冻害气候风险区划

利用公式(1)将各级别冻害发生概率与灾损系数相乘并累加，得到县站、各乡镇站冻害气候风险指数。选用经度、纬度(以112°E， 0°N为原点，转换成以m为单位的笛卡尔坐标系X、Y值，以下称公里网地理经纬度)和海拔高度3个地理因子作为自变量，用多元回归法分别建立各风险指数地理分布推算模式。利用Arcview软件的图形计算功能(Map calculation)[5]，制作金柑冻害气候风险指数的栅格分布图，再进行分级(Reclassify)、打分和叠加、修饰，制作出气候风险指数区划图，分辨率最高可达50m，精度具体到村一级。

2 结果与分析

2.1 金柑物候期及生物学特性

金柑一年抽梢3次，春梢4月上旬至6月上旬，夏梢6月下旬至7月上旬，秋梢8月下旬至9月下旬，春、夏、秋梢均可成为结果母枝，但以春梢为主； 一年开花3～4次，分别在6月下旬、7月中下旬、8月中下旬和9月上旬，以前两期花质好、着果率高。11月下旬果实逐渐成熟， 12月中下旬(即冬至前后)进入最佳采果期； 但近年来，果农为提高经济效益多采取留树保鲜、延长应市时间至春节，因此确定12月至1月下旬为金柑采果期。

金柑栽培适应性较广、耐寒、耐旱、病虫害较少，属耐寒性柑桔类，其冻害气象指标日最低气温≤-10℃或连续2天日最低气温≤-8℃[7]，但留树果实在-4℃以下易受到冻害[8]。在尤溪海拔100～850m地带都有栽培，以400～700m种植的产量、品质为佳，以红壤、黄壤、紫色土和砂质壤为好。适宜的气候条件为年平均气温16～17℃，最高气温33～39℃，最低气温-7～-8℃以上，无霜期245～297d，年日照时数1 600～1 800h，年雨量1 500～1 800mm，理想环境是云雾多、湿度大、较阴湿的山垄地。

2.2 金柑冻害指标

根据金柑发生冻害的生物理学特性和果农的生产实践，确定金柑树体冻害指标S1：以-9

2.3 各乡镇的金柑冻害发生风险概率

2.3.1 金柑树体冻害气候风险概率

依据金柑冻害指标，采用概率移植法[9]，依下式：

-9-t

(2)

式(2)中，t为乡镇站与县站最低气温差值(下同)，把各乡镇站金柑冻害临界温度转换成县站的温度值，对照“样本序列”计算，得到轻度、中度、重度金柑冻害气候风险发生概率(表2)。

2.3.2 金柑采果期冻害气候风险概率

同理，依下式：

-6-t

(3)

采用概率移植法，对照“样本序列”计算出金柑采果期轻度、中度、重度冻害气候风险发生概率(表3)。

2.4 各乡镇的冻害风险指数

根据果农实践，借鉴林果越冬期冻害气候风险方面的研究成果[5， 10-12]，确定金柑越冬期冻害轻度、中度、重度等级的灾损系数分别为0.3、0.5、0.7。

利用公式(1)将各级别冻害发生概率与灾损系数相乘并累加，得到县站、各乡镇站冻害气候风险指数M1(表4)，并建立其随海拔高度和公里网地理经纬度的变化模式：

M1=-48.09+0.020 812 5X1+0.000 016 05X2-0.000 002 23X3

(4)

同理，以金柑采果期冻害轻度、中度、重度等级的灾损系数分别为0.3、0.5、0.7，计算县站、各乡镇站金柑采果期冻害气候风险指数M2，并建立其随海拔高度和公里网地理经纬度的变化模式：

表2 尤溪县站及乡镇站金柑树体冻害发生概率 %

表3 尤溪县站及乡镇站金柑采果期冻害发生概率 %

表4 各乡镇的冻害风险指数

地点海拔(m)纬度(m)经度(m)M1M2县站126 728962286149760 02590 1351汤川867 528909656430340 14140 4351拥口94290967763084000 0649联合25429184546217660 01030 0860西城22829039006049140 02590 1158尤溪口72292200564368900 0263台溪22728885646250490 02590 1404新阳20328827635940750 01550 1105管前60129004775919480 04310 2737中仙65028720746382320 12760 4211溪尾19728964106339740 02590 1544八字桥70028982065839660 17410 4702洋中182290874064683500 1梅仙304290520462688800 1351坂面140288179761210000 0614闽湖330286952760218600 0316玉涧243287857262314200 1158

M2=-107.497+0.056 145 81X1+0.000 032 22X2+0.000 021 33X3

(5)

式(5)中,M2为金柑采果期冻害气候风险指数，各因子物理意义同(4)式； 方程复相关系R2=0.920 8，通过信度0.01检验。

2.5 金柑冻害气候风险区划及分区评述

2.5.1 树体冻害气候风险指数分布

根据式(4)应用Arcview软件可划分金柑冻害气候风险分布区域。可划分为基本无冻害区(即安全区，风险指数0～0.078)：主要分布在该县中部尤溪河两岸海拔较低(一般低于300m)的一些乡镇和新阳镇部分地区； 该区为丘陵河谷温暖湿润气候区，海拔高差相对较小，地势较为平坦，冬季冷空气受北面山脉阻挡，强度有所减弱。轻度冻害风险区(风险指数0.078～0.174)：主要分布在该县海拔300～850m的一些乡村，为高丘低山温和湿润气候区； 该区轻度冻害约10～13年一遇。中度冻害风险区(风险指数0.174～0.270)：主要分布汤川乡和中仙乡、管前镇、八字桥乡的部分区域，海拔高度多在850m以上，为中山温凉湿润气候区，海拔相对较高，越冬期低温天气过程强度较大； 该区冻害轻度约5～8年一遇，中度冻害约10～14年一遇。由此看出，中低海拔大部地区金柑树体冻害风险指数低于0.2，中度低温冻害发生机率不到10%，可以安全越冬； 偶有个别年份发生轻、中度树体冻害，但不影响金柑在该地区的推广种植。

2.5.2 金柑采果期冻害气候风险指数分布

同样根据式(5)可划分金柑采果期冻害气候风险分布区域。基本无冻害区(风险指数0.026～0.221)：主要分布在该县中部尤溪河两岸海拔较低(一般低于300m)的一些乡镇和新阳镇部分地区； 该区为丘陵河谷温暖湿润气候区，海拔高差相对较小，地势较为平坦，冷空气强度较弱，金柑采摘期轻度冻害约5～8年一遇。轻度冻害风险区(风险指数0.221～0.417)：主要分布在该县海拔300～700m的一些乡村，为高丘低山温和湿润气候区； 该区金柑采摘期轻度冻害约3～5年一遇，中度冻害约8～10年一遇。中度冻害风险区(风险指数0.417～0.612)：主要分布在该县海拔700～850m的一些乡村，为中低山温凉湿润气候区，位于管前镇、八字桥乡、西城镇和中仙乡的部分区域； 该区轻度冻害约2～3年一遇，中度冻害约3～7年一遇，重度冻害约10～13年一遇。重度冻害风险区(风险指数0.612～0.808)：主要分布汤川乡和中仙乡、管前镇、八字桥乡的部分区域，海拔高度多在850m以上，为中山温凉湿润气候区，海拔相对较高，低温天气过程强度较大； 该区中度冻害约2～3年一遇，重度冻害约5～7年一遇。因此，在尤溪县最适宜种植金柑的区域(海拔400～700m)，金柑采果期冻害气候风险指数达到0.3～0.5，轻、中度冻害机率达30%～45%，需在低温寒害到来之前及早采收； 若要留树保鲜，则需采取必要的防冻措施。

2.6 历年金柑冻害风险验证

近10年来尤溪金柑主产区(海拔约500～700m)共发生5次冻害(表5)，分别出现在2004年12月下旬末至翌年1月初、2005年12月下旬末、2008年12月上旬、2010年12月16～17日，其中1次树体冻害(嫩枝冻死)，受冻机率约10%； 4次冻害较轻(未采收挂果受冻)，即金柑冻害机率50%左右，这与上述区划结果是吻合的。

表5 尤溪县近10年金柑低温冻害情况(TD为极端最低气温)

日期(月/日/年)县站TD(℃)冻害发生地点TD(℃)灾损情况描述01/01/2005-4 8-9 2∗未采收挂果受冻12/23/2005-4 5-8 5∗未采收挂果受冻12/07/2008-1 4-5 9∗未采收挂果受冻12/17/2010-2 8-9 1未采收挂果全部受冻损失6000T，嫩枝冻死12/31/2012-2 6-8 0未采收挂果受冻损失失2500T 注：∗上标的冻害发生地点是根据县站极端最低气温推算的值

3 小结与讨论

(1)综上分析，福建省尤溪县金柑越冬期树体冻害气候风险分布可划分为尤溪河两岸等低海拔地区所处的安全区、县内中海拔大部分乡镇所处的轻度冻害风险区以及海拔高度在800m以上八字桥、汤川乡和管前、中仙等乡镇部分地区所处的中度冻害风险区。结果表明，尤溪中低海拔大部地区金柑树体冻害风险指数低于0.2，中度冻害发生机率不到10%，可以安全越冬，偶有个别年份发生轻、中度树体冻害，不影响金柑在该地区的推广种植。

(2)该县海拔400～700m地区是金柑种植适宜区，金柑采果期冻害气候风险指数达到0.3～0.5，轻、中度冻害机率达30%～45%，需在低温寒害到来之前及早采收； 若要留树保鲜，则需采取塑料薄膜外加土工布覆盖等防冻措施。

(3)在该县海拔高度750m以上建设金柑果园，应避开北坡，尽量选择南坡和西南坡(背风坡)，利用山体的屏障作用，减轻冻害； 在850m以上种植金柑，其采果期受冻害风险大，经济效益差，一般不宜种植。

(4)该文在应用乡镇自动气象站资料为农服务方面进行了有益的尝试，为金柑冻害防御和开展农业保险产品设计提供气候依据。由于资料年代较短，尚不能取得金柑优质产区较为全面的气象资料； 关于金柑冻害灾损系数的确定，该文采用历史资料反演和专家经验的方法综合确定，未能进行定量统计方面的论证，有待进一步探讨。

感谢：感谢福建省气象服务中心陈家金正研、王加义高工和尤溪县农业局林盛洪教授级高级农艺师提供部分资料和指导。

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