秦州元帅系苹果花期霜冻灾害调查分析

郭旺文,许赟恺,张浩良,吴婷芳

(1.甘肃省天水市气象局,甘肃 天水 741000; 2.天水市人工影响天气服务中心,甘肃 天水 741000;3.甘肃省小陇山林业实验局,甘肃 天水 741020)

天水市秦州区位于甘肃省东南部,介于34°05′N～34°40′N与105°13′E～106°01′E间,东西长52 km,南北宽63 km,面积2 442 km2,属秦巴山区西秦岭北缘,渭河支流和西汉水上游,黄河、长江两大流域分水岭[1],地形复杂,沟壑纵横,相对高差大,气候垂直,区域差异性显著。地势呈西南高东北低,西南部为秦岭山地,海拔1 500～2 700 m,气候湿润;中北部为陇西黄土高原,海拔1 110～1 700 m,气候温暖。年均日照时数1 700～2 400 h,年平均气温7.0～12.1 ℃,年降水量350～950 mm,无霜期150～180 d,蒸发量1 280 mm,光照充足,昼夜温差大,是公认的世界苹果最佳优生地和中国西北部优质苹果生产地[2]。

秦州区现有苹果产地约2 098.3 hm2,总产量约168 900 t,但该区处于温暖半湿润半干旱气候的过渡区域,气象灾害频发,尤以春季晚霜冻害对苹果树的开花座果危害最为明显,年发生频率51%,冻害年份平均减产30%以上[3],是制约果品产量、品质的主要影响因素。2020年4月全区共出现4次晚霜冻天气过程,分别出现在4月7日、12日、21日和25日,是近10年苹果霜冻灾害最严重年份之一,造成区内冻害较重的河谷川道地区及半山地带元帅系苹果几乎绝收。研究主要针对2020年正处元帅系苹果盛花期的4月21日和25日两次霜冻天气过程进行了调查分析,了解掌握霜冻的地域分布特征以及与最低气温、低温持续时间的关系,对有效防范霜冻灾害,促进苹果产业发展具有显著的指导意义。

1 调查点概况及方法

1.1 调查点概况

秦州区主要有温暖半湿润、温和半湿润、温和湿润、温凉湿润4个小型气候区域[4],各区主要气候特征分别为年日照时数2 000～2 200 h、1 800～2 300 h、1 700～2 100 h和1 700～2 300 h;年平均气温9.5～12.0 ℃、8.0～10.0 ℃、7.0～9.5 ℃和<8.0 ℃;年降水量360～950 mm、350～650 mm、500～900 mm和480～800 mm;≥0 ℃积温3 800～4 700 ℃·d、3 200～3 800 ℃·d、3 100～3 700 ℃·d和2 800～3 200 ℃·d。四区调查点依次选取玉泉镇杨何村、玉泉镇刘家村、太京镇庙子村、中梁镇何山村、关子镇朱槽沟村，海拔1 256～1 678 m；天水镇李尧村、华岐镇安集村、华岐镇杨集村，海拔1 560～1 685 m；藉口镇放牛村、藉口镇五十铺村、平南镇何山村、皂郊镇西坡梁村，海拔1 380～1 700 m；齐寿镇柳沟村，海拔1 732 m。调查点均为各区元帅系苹果主要种植区域。

1.2 调查方法及调查时间

各调查点分别选取大田露地和果园覆黑膜2种栽培方式,露地果园采取灌水、熏烟2种防霜措施进行冻害对比调查[5-6];各调查点选取果园中心区域代表性果树在冠层1.5 m处霜前安装温度自记记录仪和干球温度表,进行最低气温和≤0℃低温持续时间的对比监测。苹果花器受冻调查标准为花器雌雄蕊、花托等任何部位受冻均视为花器受冻,受冻率(%)=受冻花器数/调查总花器数×100%[7-8]。由于2020年春季气温偏低,秦州温暖半湿润、温和半湿润、温和湿润、温凉湿润4个小型气候元帅系苹果种植区域苹果花期较历年普遍推迟10～15 d,4个小型气候苹果种植区盛花期分别出现在4月21日—25日、4月23日—27日、4月24日—28日和4月25日—29日。

2 调查结果与分析

2.1 调查结果

调查选取2020年出现在苹果盛花期的两次霜冻过程，2020年4月21日霜冻过程在温暖半湿润气候区玉泉镇杨何村等5个点霜冻结束次日进行冻害调查；2020年4月25日霜冻过程在其他3个气候区天水镇李尧村、藉口镇放牛村、齐寿镇柳沟村等8个调查点霜冻结束次日进行冻害调查，调查结果分别见表1、表2。

表1 秦州区元帅苹果主要种植区2020年4月22日霜冻过程受冻情况

2.2 结果分析

(1) 花器受冻率与最低气温和≤0 ℃持续时间关系分析 利用表1、表2调查资料进行统计分析,建立果树冠层最低气温与花器受冻率统计模型:

表2 秦州区元帅苹果主要种植区2020年4月26日霜冻过程受冻情况

y=3.814-14.654Td,

(1)

其中:样本数N=52、R=0.997、F=7 976.101>F0.01=7.47、y为受冻率、Td为最低气温。苹果花霜冻程度不仅取决于环境最低气温,气温≤0 ℃持续时间也极为重要,环境最低气温越低,≤0 ℃气温持续时间越长,苹果花受冻率越大。上述52个样本资料的≤0 ℃低温持续时间与受冻率关系模型如下:

y=5.852+9.179H,

(2)

其中:样本数N=52、R=0.991、F=2 679.685>F0.01=7.47、y为受冻率、H为≤0 ℃低温持续时间。

利用式(1)、式(2)模型分别计算出苹果盛花期轻(受冻率≤30%)、中(受冻率31%～60%)、重(受冻率61%～80%)、特重(受冻率≥81%)4级霜冻害最低气温和对应≤0℃低温持续时间,结果见表3。

(2) 霜冻特征分析 为了增强冻害调查的地域性和代表性,苹果盛花期两次霜冻过程分别选取秦州区4个小型气候区域中的7个阴坡和6个阳坡苹果主要种植区,调查分析不同栽培(防霜)方式、不同坡向、不同海拔条件下花器受冻情况,结果见表4。

(a) 不同坡向冻害分析。由表4可见,两次霜冻天气过程阴坡、阳坡果树冠层1.5 m处平均最低气温分别为-1.7 ℃和-4.4 ℃,阴坡较阳坡偏高2.7 ℃;对应≤0 ℃低温持续时间为2.4 h和6.8 h,阴坡较阳坡偏少4.4 h,无论其降温速度,还是低温持续时间阳坡均明显快(长)于阴坡;花器受冻率分别为28%和69%,阴坡较阳坡偏低41%,灾害损失阳坡明显重于阴坡。

表3 秦州区元帅苹果盛花期霜冻灾害指标分布

表4 不同栽培(防霜)方式、不同坡向、不同海拔花器受冻情况对比

(b) 不同海拔冻害分析。虽然两次霜冻过程阴坡最低气温及≤0 ℃低温持续时间随海拔的下降总体呈下降及增多的趋势,冻害率低海拔重于高海拔区域,但中低海拔区域最低气温、低温持续时间随海拔的变化分布规律并不明显,如海拔1 548 m、1 627 m 2个调查点最低气温、低温持续时间明显高(多)于海拔1 256 m种植区域,其主要受地形、环境影响,一是调查点属阴坡凸出山丘,风速较大,冷空气不易累积;二是靠近村庄的遮挡,冷空气不易侵入堆积而霜冻偏轻[9-11]。阳坡地带随海拔的下降降温趋势明显,低温持续时间显著增长,花器受冻程度显著较重。

(c) 不同防霜措施冻害分析。两种栽培方式中地表覆膜栽培体现了较好的防霜效果[12-13],如阴坡地表覆膜和大田露地栽培平均最低气温和≤0 ℃低温持续时间分别为-1.8 ℃、2.6 h和-2.4 ℃、3.5 h,阴坡花器受冻率地表覆膜较大田露地栽培减少9%,阳坡更加明显,花器受冻率减少11%。两种防霜措施中熏烟防霜效果较好,尤以阳坡更加明显,熏烟和果园灌水平均最低气温和≤0 ℃低温持续时间分别为-3.6 ℃、5.5 h和-4.2 ℃、6.3 h,花器受冻率熏烟较果园灌水减少7%。

3 讨论

(1) 苹果盛花期两次霜冻过程调查涵盖渭河及西汉水不同海拔河谷滩地、浅山台地较易遭受霜冻灾害区域,包含半山、高山、沟壑区、川台地等不同坡向,不同海拔、不同防霜(栽培)方式,调查结论与郭旺文等[14]的研究结果基本一致,获得的霜冻害气象等级指标体系弥补了气象行业标准(QX/T 88-2008)作物霜冻害等级[15]中缺乏低温持续时间指标的不足,具有广泛的代表性,可操作性强,对防范晚霜冻害有一定的指导意义。

(2) 不同类型霜冻,果树霜冻害地域分布特征存在较大差异,其冻害强度不仅取决于栽培品种、栽培方式,而且受地形、土壤及管理水平的差异影响也极为明显[16-18]。研究主要利用2020年4月22日和26日两次辐射性霜冻天气过程对正处盛花期的元帅系苹果进行了调查分析,其结论对防范相同类型晚霜冻害有显著的指导意义。但其他类型晚霜冻害的地域分布特征还需要通过广泛调查和大量田间试验[19],以积累更多数据资料进行更进一步研究探讨。

4 结论

基于对秦州4个小气候区两次霜冻过程不同低温强度(以最低气温和≤0 ℃低温持续时间表示)与花器受冻率的调查分析,可获得以下结论:

(1) 秦州元帅苹果盛花期轻、中、重、特重4级霜冻灾害最低气温Td分别为:Td>-1.8 ℃、-3.8 ℃

(2) 以不同坡向、不同海拔、不同栽培(防霜)方式下花器受冻害情况来看,阳坡明显重于阴坡,海拔较低的河谷滩地、浅山台地重于海拔高的半山、高山地。

(3) 栽培方式中地表覆膜优于大田露地栽培,防霜措施中熏烟防霜效果较好。

研究为本地准确发布春季晚霜冻等级预报,提前有效防范不同等级霜冻,降低晚霜冻害损失具有一定指导意义。