福州地区橄榄低温冻害等级指标初步研究

张美花,赖瑞联,陈偌怡,黄新洲,曹 茜,吴如健,林祥鎏,苏荣瑞

(1 福建省闽侯县气象局,福建闽侯,350100;2 福建省农业科学院果树研究所,福州,350013;3 福州市农业气象试验站,福州,350013)

橄榄Canariumalbum(Lour.) DC.是我国南方特有的热带亚热带果树之一。福州市属亚热带季风气候,一年四季分明,阳光充足,雨水充沛,气候温暖,无霜期长,适宜橄榄生长,是我国鲜食橄榄最主要产区之一。笔者前期实地调查、走访发现,目前福州地区橄榄大部分仍是农户自产自销的个体种植模式,规避自然灾害风险能力差,这严重阻碍了福州橄榄产业的长期稳定可持续发展。2016年1月25—26日福州遭遇强低温冻害过程,该地区橄榄冻害面积超过80%,除闽江沿岸低海拔地区果树轻度受害外,其余果园3～4年生小树和衰老树几乎全部冻死,果农损失惨重,3年后产量才逐渐恢复。

低温冻害是橄榄主要气象灾害之一,是一种随机性强、无特定规律的气象灾害事件。冻害过程日极端最低气温是造成低温冻害的关键因素。目前国内对橄榄冻害方面的研究基础较为薄弱,有学者进行了相关研究[1-4],但这些研究大都是在同一生态气候条件或人工气候室模拟的理想生态条件下进行,研究结果在实际应用中存在一定偏差。采用不同生态气候区、自然条件下自动气象观测站资料进行橄榄低温冻害指标及等级判定鲜见报道。鉴于此,本研究拟采用乡镇自动气象观测站资料开展橄榄低温冻害指标研究,以期为气象部门开展橄榄低温冻害预警服务提供参考,为橄榄产业防灾减灾、增产增收提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

福州市橄榄主要种植区分布在闽清县梅溪镇,闽侯县小箬乡、白沙镇、鸿尾乡等地,这些地点按不同海拔(H≤250 m)选取10个代表性橄榄园供试(见表1)。调查1991—2021年表1中10个橄榄园冻害情况。

表1 1991—2021年福州市橄榄冻害普查果园

气象资料:收集1991—2021年冬季(12月至次年2月)闽侯县、闽清县2个国家气象站逐日极端最低气温,临近10个代表橄榄园的乡镇自动气象站日极端最低气温。

1.2 方法

通过实地调查、查阅文献、咨询专家等方法收集10个橄榄园1991—2021年冻害情况,梳理每次冻害过程日极端最低气温与橄榄冻害关系,建立福州橄榄历史冻害样本集,再用数理统计方法分析橄榄低温冻害过程日极端最低气温和低温冻害等级指标的关系。

2 结果与分析

2.1 资料分析

因果园临近乡镇自动气象观测站历史资料年限短,拟通过闽侯县和闽清县2个国家气象站冬季逐日极端最低气温校正,来获取果园临近乡镇自动气象观测站对应的日极端最低气温,再用海拔订正法(0.6 ℃/100 m),得到果园相对应日极端最低气温。冻害一般是指0 ℃以下低温造成植物体内结冰的现象。统计发现,1991—2021年每年冬季(12月至次年2月)闽侯县、闽清县气象站出现日极端最低气温<0.0 ℃的天数分别为12 d和56 d。若用12 d观测数据来统计闽侯国家气象站与果园临近自动气象站的极端最低气温校正值,会因样本太少造成所得校正值代表性差。据前期冻害调查,福州地区历年橄榄低温冻害都发生在晴冷天气,根据笔者近30年气象工作经验,闽侯县、闽清县日极端最低气温≤4.0 ℃一般都出现在冬季强冷空气影响下的晴冷天气。因此,采用闽侯、闽清国家气象站和果园临近乡镇自动气象观测站日极端最低气温≤4.0 ℃的资料来统计,以增加校正样本数。分别统计国家气象站与乡镇自动气象观测站极端最低气温差,再用平均差值法获得各果园临近气象自动站校正值,即白沙镇自动站-0.7 ℃、小箬乡自动站-0.9 ℃、鸿尾乡自动站-1.1 ℃、竹岐乡自动站+1.0 ℃、梅溪镇自动站+0.9 ℃,得到各果园临近自动气象站1991——2021年冬季极端最低气温。根据前期普查,福州地区1991—2018年共发生8次较明显的橄榄冻害过程,从果园临近气象自动站极端最低气温数据中选取8次冻害过程对应的极端最低气温,通过海拔订正,得到8次冻害过程调查果园日极端最低气温(见表2)。

表2 1991—2018年福州市橄榄冻害情况

2.2 冻害等级建立

实地走访果农调查橄榄冻害程度,借鉴许长同[3]橄榄冻害分级标准,同时参照蔡文华等[5-6]寒害等级划分方法,本文将橄榄冻害按果实、叶片、枝条、主干等冻害程度进行分级,初步分为5个等级标准,即0级(无冻害),叶片轻微受冻,果实、枝条、主干不受冻;1级(轻度冻害),果实受冻率≤20%,叶片外围受冻,枝条、主干不受冻;2级(中度冻害),果实受冻率≥80%,1/2以上叶片受冻,1～2年生枝条受冻,主干不受冻;3级(重度冻害),果实受冻率100%,叶片全部受冻,3年生枝条受冻,2～3年生小树冻死;4级(严重冻害),果实受冻率100%,叶片全部受冻,4年生枝条受冻,4年生小树、老衰树冻死。

2.3 橄榄低温冻害极端最低气温等级指标

将1991—2018年38个橄榄冻害样本按冻害等级划分标准初步确定等级,将等级X与对应的极端最低气温用多项式、线性和指数等3种方式进行拟合。从图1看出,橄榄冻害程度与日极端最低气温关系密切,即日极端最低气温越低冻害越严重。以多项式拟合效果最好,拟合方程为日极端最低气温T=-0.24-0.61X-0.06X2,(R2=0.804),将冻害等级X=0、1、2、3、4分别代入式中,得出橄榄低温冻害等级对应的日极端最低气温。即0级,日极端最低气温T≥0.0;1级,-1.0≤T<0.0;2级,-2.0≤T<-1.0;3级,-3.0≤T<-2.0;4级,T<-3.0。

注:多项式、线性、指数拟合方程分别为极端最低气温T=-0.24-0.61X-0.06X2,R2=0.804;T=0.065-0.891X,R2=0.798,P=-0.894;T=3.77e(-X/2.95)-4.17,R2=0.576。

2.4 冻害指标分析验证

2.4.1 冻害年份对比验证 2016年是福州地区橄榄严重冻害年,用初步确立的低温指标来判定2016年12个冻害果园等级,结果显示,初步判定等级与实际等级相比,一致率为66.7%。个别果园实际冻害等级与初步判定等级之间相差1级。冻害等级与果园或气象自动站的地理位置密切相关,单一的海拔校正会造成日极端最低气温差异而影响等级判定。如闽侯县白沙镇大目埕村果园处于闽江边,有水源调节,果园实际温度会比校正温度高;闽侯县鸿尾乡久盛农场的参考气象自动站位于水库边上,气象自动站观测数据偏高,故造成订正后果园温度比实际温度偏高,因此冻害症状分级与温度冻害分级不一致。这与李文等提出冬季大水体水温比气温高,选择大水体附近建设果园有利于果树避冻相符[7]。闽侯县白沙镇溪口村和梧桐村果园处于大目溪峡谷底,果园实际温度会比校正温度低,故冻害重(见表3)。这与李文等[7]、唐学余等[8]提出的谷地或低洼地容易冷空气堆积,形成“冷湖”效应,气温偏低相符。

表3 2015—2016年冬福州市橄榄冻害情况分析验证

2.4.2 2020年冬冻害情况分析验证 从2020—2021年冬8个受冻橄榄果园分析,同一果园冻害症状分级与温度冻害分级一致率达到87.5%,冻害症状分级与温度冻害分级不一致的相差1级(见表4)。

表4 2021年1月福州市橄榄冻害情况分析验证

3 结论与讨论

根据历史资料初步确定福州地区橄榄低温冻害5个等级温度指标,并根据实际冻害情况进行验证对比,日极端最低气温指标低温冻害等级与发生冻害等级一致率达66.7%,主要由于果园或临近气象自动观测站地形造成两个等级不一致。再分析2021年1月冻害发生情况,日极端最低气温指标低温冻害等级与发生冻害等级一致率达到87.5%。试验结果表明,低温冻害实际预测预报中,使用低温冻害温度指标应结合果园地形,才能发布更准确的橄榄低温冻害预警以指导生产。

低温过程中,极端最低气温是决定果树冻害是否发生及冻害程度轻重的关键因子,在植物种类相同的条件下,除低温强度外,低温持续时间也是决定灾害是否发生与程度轻重的关键因子。因此,相关研究往往采用极端最低温度、负积温、最冷月平均气温等作为寒冷强度的指标[9-11],或用极端最低温度、最大降温幅度、持续日数和有害积寒值等建立冻(寒)害综合气候指标[12]。橄榄的冻害不但与温度因子有关,同样还与其植物学特征、农事操作、地形地貌等有关[13]。笔者研究中发现,同一低温强度对不同树龄、不同长势、不同海拔、不同坡向橄榄造成的冻害级别不同。本文未研究综合因子指标,只初步揭示日极端最低气温与橄榄冻害级别之间的相关性,建立福州地区橄榄冻害等级综合指标仍需进一步研究。