1961～2009年湖北省柑橘凍害等級及其特征分析

2013-12-31 00:00:00馬德栗李蘭鞠英芹

湖北農業(yè)科學 2013年14期

摘要：利用湖北省70個氣象站點1961～2009年冬季氣溫、降水資料，分析了湖北省區(qū)域柑橘（Citrus reticulata Blanco）越冬期極端低溫、低溫最長持續(xù)時間、降水最長持續(xù)時間和降水量的時空變化特征，并以此為基礎提出柑橘綜合凍害指數和凍害等級的對應關系。結果表明，自1961年以來，湖北省冬季極端最低氣溫以每10年0.62 ℃的速率升高，全省一致上升，且鄂東南高于鄂西北；柑橘越冬期間低溫最長持續(xù)時間每10年下降0.8 d，20世紀80年代后減少明顯，但2008年出現歷史次高值，屬于反常年份；柑橘越冬期降水量每10年增加4.6 mm，而降水最長持續(xù)時間變化不大。49年來湖北省柑橘的綜合凍害指數呈下降趨勢，每10年縮短0.36；以20世紀60年代的綜合凍害指數最高，至21世紀的頭9年，綜合凍害指數下降至最低值。在氣候變暖的背景下，柑橘發(fā)生重度凍害以上的幾率明顯下降，但輕度、中度凍害的幾率增加。

關鍵詞：柑橘（Citrus reticulata Blanco）；凍害指數；凍害等級；湖北省

中圖分類號：S666；S42；Q948.112+.2（263）文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）14-3313-07

柑橘（Citrus reticulata Blanco）是典型的亞熱帶多年生喜溫常綠果樹，中國是柑橘原產地之一，已有數千年的栽培歷史。柑橘凍害是指柑橘在越冬期因低溫造成的植株傷害，是柑橘生產上的主要災害；據統(tǒng)計，近500年來，我國有記錄的凍害多達71次[1]，嚴重影響了柑橘的持續(xù)穩(wěn)定生產。柑橘是多年生果樹，遭受嚴重凍害后易導致落葉及結果梢、主枝、主干甚至全樹死亡，且起碼在3年內難以恢復凍害前生產水平[2]，因此柑橘凍害是柑橘區(qū)劃、栽培管理、遺傳育種中必須重視的問題，其凍害指數和凍害等級的研究對柑橘生產趨利避害起著重要的作用。20世紀80年代初，中國農業(yè)科學院完成了全國柑橘生產區(qū)劃[3]，同時對柑橘北緣地區(qū)生態(tài)適宜性進行了調查分析[4，5]。20世紀90年代以來，國內學者結合先進的地理信息系統(tǒng)技術，對全國農業(yè)氣候資源進行了大量的區(qū)劃補充完善工作，大大提高了區(qū)劃的精細程度[6]，其中不乏針對柑橘區(qū)劃的系統(tǒng)研究[7，8]。湖北省地處亞熱帶，適宜柑橘生長，是柑橘原產地之一，全省各地均有柑橘分布，主要集中在長江上中游、清江兩岸和漢江中游地區(qū)，種植面積相當可觀。20世紀60年代以來，湖北省柑橘遭受了多次嚴重凍害，其中2008年初持續(xù)的低溫雨雪災害天氣使柑橘生產蒙受了巨大損失。造成柑橘凍害的原因有氣象因子、生物因子、土地條件和管理水平等方面[9]，但大范圍凍害則是極端最低氣溫等主要極端氣候條件造成的。對此，許多學者對湖北省的柑橘凍害做了相關研究，如陳正洪等[9-11]詳細調查了1991～1992年發(fā)生的柑橘凍害，并確定了凍害等級及范圍；霍治國等[12]認為長江中下游地區(qū)柑橘凍害存在準10年周期；張力田[13]研究了湖北省柑橘凍害周期與太陽黑子活動的關系，認為太陽黑子值與凍害頻率呈負相關；喬盛西等[14]利用10年一遇的最低氣溫，對湖北省柑橘種植的適宜地進行了分區(qū)；周席華等[15]對2008年三峽地區(qū)柑橘不同品種的抗凍性進行了分析評估，提出了預防凍害和凍后應急處置恢復生長的技術措施。但長期以來，柑橘凍害的等級劃分還不明確，評估也不完善，這給生產上凍害的防治帶來了不確定性。為了科學合理利用氣候資源，優(yōu)化柑橘產業(yè)結構和布局，達到趨利避害、防災減災的目的，課題組利用湖北省氣象檔案，分析造成柑橘凍害的氣象因子，確定柑橘綜合凍害指數，并結合實際災情劃分出凍害等級，以期為定量評估柑橘凍害程度、有針對性地制訂柑橘凍害防范措施提供參考。

2 結果與分析

2.1 越冬期極端最低氣溫變化

1961～2009年湖北省各氣象站記錄的極端最低氣溫空間分布匯總情況見圖1。從圖1可見，全省極端最低氣溫呈南高北低的態(tài)勢。以鄂西北北部、鄂東北北部和江漢平原為冬季西路、北路冷空氣南下影響湖北省的通道，同時由于鄂西北地勢高，冷空氣難以翻越，導致冷空氣堆積，致使鄂西北大部、鄂北和江漢平原的極端最低氣溫均在-15～-18 ℃；歷史極端最低氣溫的低值集中出現在鄂西北的谷城縣-遠安縣一線，極端最低氣溫在-18 ℃以下。鄂西南、鄂東大部和三峽河谷的歷史極端最低氣溫在-8～-14 ℃，其中鄂東的低溫區(qū)為東路冷空氣影響所致；三峽河谷由于特殊的地理條件影響，其北面為大巴山脈，有神農架、荊山屹立，神農架海拔在2 000～2 500 m，因高山的阻擋，冷空氣南下受阻，使巴東縣-宜昌市一線歷史極端最低氣溫值相對較高，在-10 ℃以上；江漢平原地勢平坦，系冷空氣通道，加之風速大，致使其歷史極端最低氣溫僅次于鄂西北；鄂西南和鄂東南由于北面山脈的阻擋，同時由于其緯度較低、易受西南暖濕氣流的影響，故極端最低氣溫相對于全省其他地區(qū)要高。

1961～2009年湖北省各氣象站記錄的極端最低氣溫隨時間進程的變化情況見圖2。從圖2可見，湖北省極端最低氣溫歷史變化曲線呈明顯上升的趨勢，每10年增加了0.62 ℃。全省極端最低氣溫49年平均值為-9.82 ℃，歷史最低值為-19.7 ℃，出現在1977年；其次出現在1992年，為-18.7 ℃。極端最低氣溫在20世紀60、70年代位于相對較低的水平，20世紀90年代以后極端最低氣溫明顯上升；在20世紀90年代以前極端最低氣溫低于49年平均值的年份占55%，而20世紀90年代以后這一比例下降至25%，特別是1994～2004年連續(xù)11年高于平均值，至2009年僅有3年極端最低氣溫低于平均值。

1961～2009年湖北省各氣象站記錄的極端最低氣溫變化的空間分布情況見圖3。從圖3可見， 49年來全省極端最低氣溫的變化均呈上升的趨勢，基本是由西北向東南方向遞增。與20世紀90年代以來全國與湖北省冬季氣溫特別是最低氣溫持續(xù)升高相同步。其中鄂西北西部和三峽河谷大部的升溫為每10年升0.2～0.3 ℃，鄂西南、鄂東北和鄂北崗地東部的升溫為每10年升0.4～0.6 ℃，江漢平原和鄂東南大部升溫幅度相對較高，每10年升0.7～1.5 ℃，其中武漢市、京山縣和荊州市等地的升溫均在每10年升0.8 ℃，這與全球氣候變暖的大背景及近年來城市化進程加快、造成城市熱島效應加劇密切相關。

2.2 低溫最長持續(xù)時間

1961～2009年湖北省各氣象站記錄的低溫最長持續(xù)時間隨時間進程的變化情況見圖4。從圖4可見，1961～2009年湖北省柑橘越冬期的低溫最長持續(xù)時間在明顯縮短，差不多每過10年縮短0.8 d，以20世紀60、70年代的低溫最長持續(xù)時間較長，該時段有15年高于平均值，占75%；而在20世紀80年代以后，有21年的低溫最長持續(xù)時間低于平均值，占72%。在20世紀60年代的低溫最長持續(xù)時間為8.5 d，到20世紀80年代時縮短至5.3 d，而20世紀90年代更是縮短到4.5 d；在21世紀的頭9年，低溫最長持續(xù)時間為為4.8 d。與20世紀90年代基本相當；不過在2008年我國南方地區(qū)經歷了嚴重的雨雪冰凍災害后，使2008年的低溫最長持續(xù)時間達到了12.8 d，位居1961～2009年歷史的第二位。

1961～2009年湖北省各氣象站記錄的低溫最長持續(xù)時間變化的空間分布情況見圖5。從圖5可見，49年來全省柑橘越冬期低溫最長持續(xù)時間均呈縮短趨勢，其中鄂西北大部、鄂東東部每10年縮短了1.0 d以上；江漢平原大部、三峽河谷和鄂西南大部每10年縮短了0.8 d，但是三峽河谷和鄂西南南部每10年僅縮短了0.4 d左右。

2.3 降水最長持續(xù)時間

1961～2009年湖北省各氣象站記錄的降水最長持續(xù)時間隨時間進程的變化情況見圖6。從圖6可見，49年來全省柑橘越冬期間降水最長持續(xù)時間平均為5.9 d，其中1993年的降水最長持續(xù)時間最長，達9.5 d，1999年最少，僅有3.0 d?？傮w來看，49年的降水最長持續(xù)時間呈微弱的增長趨勢，每10年縮短了0.16 d，以20世紀60年代的降水最長持續(xù)時間最短，僅有5.6 d，20世紀70～90年代為6.0 d左右，21世紀前9年的降水最長持續(xù)時間延長至6.6 d，比20世紀60年代長1.0 d。

1961～2009年湖北省各氣象站記錄的降水最長持續(xù)時間變化的空間分布情況見圖7。從圖7可見，49年來全省柑橘越冬期降水最長持續(xù)時間呈上升趨勢，但上升趨勢比較弱；如鄂西北、鄂東大部、鄂西南大部每10年僅延長了0.1～0.3 d，鄂東南東部上升的趨勢最強也不過每10年延長了0.6 d左右，而江漢平原南部、三峽河谷西部和鄂北京山縣-廣水市一線49年來的柑橘越冬期降水最長持續(xù)時間基本無變化。

2.4 越冬期降水量

1961～2009年湖北省各氣象站記錄的柑橘越冬期降水量隨時間進程的變化情況見圖8。從圖8可見，49年來全省柑橘越冬期降水量在波動中呈上升趨勢，每10年全省平均降水量增加4.6 mm，其中20世紀60年代全省的平均降水量為56.1 mm，到20世紀70年代下降到48.5 mm，20世紀80年代上升至20世紀60年代的水平，20世紀90年代持續(xù)上升，至21世紀的頭9年上升至70.1 mm。這個變化與氣溫在20世紀60、70年代較低及20世紀80年代較高是相吻合的。顯示出湖北省柑橘越冬期的氣候在20世紀60、70年代呈干冷特征，而在20世紀80年代以后則以暖濕特征為主。

1961～2009年湖北省各氣象站記錄的柑橘越冬期降水量變化的空間分布情況見圖9。從圖9可見，49年來全省柑橘越冬期降水量變化趨勢呈西北向東南遞增的空間分布特征，全省大部分地區(qū)的降水量呈增加趨勢。其中鄂東大部分地區(qū)降水量每10年增加了3 mm以上，鄂東東部的降水量增加最多，49年共增加了9 mm以上，鄂西大部降水量每10年增加了3 mm以下，但鄂西南大部、三峽河谷的降水量基本沒有變化。

2.5 綜合凍害指數

根據1961～2009年湖北省各氣象站的記錄計算出柑橘越冬期綜合凍害指數，進而得到綜合凍害指數隨時間進程的變化，具體見圖10。從圖10可見，49年來全省柑橘越冬期綜合凍害指數呈顯著下降的變化趨勢，總體上每10年下降0.36，49年的湖北省柑橘平均綜合凍害指數為3.1，其中高于平均綜合凍害指數的年份有26年，占53%；低于平均綜合凍害指數的年份有23年，占47%。從年代分布來看，綜合凍害指數隨年代進程而下降，以20世紀60年代的綜合凍害指數最高，達到了4.1，20世紀70年代為3.6，20世紀80、90年代下降至3.0左右，21世紀的頭9年綜合凍害指數下降至最低，只有2.6。綜合凍害指數的下降表明柑橘的凍害程度在減輕。

根據1961～2009年湖北省各氣象站的記錄得到的柑橘越冬期綜合凍害指數空間分布情況見圖11。從圖11可見，49年來全省柑橘越冬期綜合凍害指數均呈下降的變化趨勢，其中鄂中、鄂東大部的綜合凍害指數每10年下降了2～4，江漢平原、鄂東南和鄂北崗地北部每10年下降了2.5以上，武漢市的綜合凍害指數下降最大，這與城市發(fā)展帶來的城市熱島效應增大有關。全省綜合凍害指數下降趨勢最小的地方出現在三峽河谷，每10年僅下降了0.5～1.0，可能與河谷地帶獨特的地形條件有關。

2.6 凍害等級

根據氣象預報與氣象數據分析業(yè)務工作中對柑橘凍害程度的判斷，結合湖北省柑橘凍害表現、凍害等級等因素，劃分出了對應于綜合凍害指數的相關范圍，具體見表3。依據表3對1961～2009年湖北省柑橘凍害發(fā)生次數、等級確認的統(tǒng)計，得到這個時段各年代分布的情況，具體見表4。對比表3、表4，1961～2009年湖北省柑橘的平均綜合凍害指數3.1，對應于中度凍害的上限和重度凍害的下限；以特重凍害發(fā)生最多，達到15次；其次是中度凍害，為14次，分別占凍害總次數49次的30.6%和28.6%；重度凍害發(fā)生最少，僅有5次，占總次數的10.2%。從凍害的年代分布來看，特重凍害發(fā)生的次數隨著年代進程明顯下降，已由20世紀60年代的6次下降至21世紀頭9年的1次；重度凍害和嚴重凍害也有所下降；不過輕度凍害和中度凍害明顯增多。這從側面說明隨著氣候變暖，柑橘發(fā)生重度凍害以上的幾率明顯下降，但輕度凍害、中度凍害的幾率在增加，這提醒柑橘生產管理者在制訂防范柑橘凍害措施時要注意有的放矢。

2.7 綜合凍害指數檢驗

根據前人對柑橘凍害的研究結果[9-16]，發(fā)現1963、1964、1967、1969、1976、1977、1991、1992和2008年為湖北省柑橘受凍程度特重的年份，相應的綜合凍害指數均在4.0以上，與實際情況相符合。其中l(wèi)991、1992年湖北省柑橘凍害面積達7.33萬hm2，占當時全省柑橘栽植面積的80%，這不僅導致1992年全省柑橘產量減產了25萬t以上，而且還影響了部分產區(qū)此后3～5年的柑橘生產。

3 小結與討論

1）在1961～2009年，湖北省各氣象站記錄的極端最低氣溫顯示為南高北低；總體上全省極端最低氣溫明顯上升，在空間的變化上基本是由西北向東南方向遞增；在時間的變化上以20世紀60、70年代處在相對較低的水平，20世紀90年代以后極端最低氣溫明顯上升；特別是1994～2004年連續(xù)11年高于平均值。其中武漢市、京山縣和荊州市等地由于城市化進程加快、造成城市熱島效應加大，使極端最低氣溫高溫尤為明顯。

2）在1961～2009年，湖北省柑橘越冬期低溫最長持續(xù)時間呈明顯縮短的變化趨勢，每10年縮短了0.8 d；其中20世紀60年代低溫最長持續(xù)時間為8.5 d，20世紀90年代以來低溫最長持續(xù)時間縮短到4.5 d左右。不過在2008年由于南方地區(qū)遭受了嚴重的雨雪冰凍災害，使低溫最長持續(xù)時間達到了12.8 d，位居統(tǒng)計時段歷史的第二位。

3）在1961～2009年，湖北省柑橘越冬期降水最長持續(xù)時間為5.9 d，其中1993年的降水最長持續(xù)時間最長，達9.5 d，1999年最短，僅有3.0 d。總體來看，49年的降水最長持續(xù)時間變化呈微弱的增長趨勢，每10年延長了0.16 d。以20世紀60年代的降水最長持續(xù)時間最短，僅有5.6 d，20世紀70～90年代為6.0 d左右，21世紀頭9年的降水最長持續(xù)時間延長至6.6 d，比20世紀60年代多1 d。而越冬期降水量明顯上升，每10年全省平均降水量增加4.6 mm，這個變化與氣溫在20世紀60、70年代較低及20世紀80年代較高是相吻合的。可以看出，湖北省柑橘越冬期的氣候在20世紀60、70年代呈干冷特征，而在20世紀80年代以后則以暖濕特征為主。

4）本研究根據湖北省70個氣象站在1961～2009年的氣象檔案歷史資料，提出了柑橘綜合凍害指數概念，并劃分出了凍害等級與綜合凍害指數的對應關系，得到49年的湖北省柑橘平均綜合凍害指數為3.1，對應于中度凍害的上限和重度凍害的下限，且綜合凍害指數隨年代進程而下降，以20世紀60年代的綜合凍害指數最高，達到了4.1，20世紀70年代為3.6，20世紀80、90年代下降至3.0左右，21世紀的頭9年，凍害指數下降至最低，只有2.6，表明柑橘凍害程度在減輕。雖然特重凍害發(fā)生次數明顯下降、重度凍害和嚴重凍害也有所下降；但輕度凍害、中度凍害的幾率在增加，這說明隨著氣候變暖，柑橘發(fā)生重度凍害以上的幾率明顯下降，但輕度凍害、中度凍害發(fā)生頻繁，這提醒柑橘生產管理者在制訂防范柑橘凍害措施時要有針對性。

將研究結果與湖北省柑橘凍害研究資料進行對比評估，結果表明柑橘凍害氣象條件的選取對科學定量評估柑橘凍害程度具有一定的指導意義，評估結果基本符合湖北省發(fā)生的柑橘凍害實際情況，為定量評估柑橘凍害提供了有說服力的依據，這將大大方便柑橘凍害防范措施的制訂。需要指出的是柑橘種類多、品種繁雜，因此在預防柑橘凍害上不能一概而論。尤其是課題組依據的是對柑橘生長較敏感的氣象因子實施的柑橘凍害等級劃分，但對于具體地域、具體柑橘種類（品種）則需要在此基礎上按照實際情況進一步細化。

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