寧夏枸杞生長季氣候資源和主要?dú)庀鬄?zāi)害變化趨勢及影響研究*

徐蕊,楊建玲**,劉靜,閆偉兄,馬國飛,馬珺玢

(1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 銀川 750002;2.寧夏氣象科學(xué)研究所 銀川 750002;3.寧夏氣象信息中心 銀川 750002)

在全球氣候變暖背景下,農(nóng)業(yè)因其生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性受到較大影響[1]。氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響首先表現(xiàn)在對農(nóng)業(yè)氣候資源的數(shù)量和配置上,進(jìn)而對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的影響,隨之農(nóng)業(yè)多樣性[2]、作物物候期[3]、種植制度[4]、布局[5]、品種[6]、病蟲害發(fā)生[7]、氣象災(zāi)害[8]及產(chǎn)量和品質(zhì)[9]等也發(fā)生了改變。寧夏地區(qū)氣候變化也已經(jīng)對糧食作物[10-12]和經(jīng)濟(jì)作物[13-18]的品質(zhì)、產(chǎn)量、水分利用、氣候資源利用與開發(fā)、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

寧夏獨(dú)特的氣候條件造就了枸杞(Lycium barbarumL.)的高端品質(zhì)和道地中藥材優(yōu)勢,目前已形成“一核兩帶”的發(fā)展格局。黨的二十大報(bào)告指出,高質(zhì)量發(fā)展是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的首要任務(wù),寧夏回族自治區(qū)第十三次黨代會把枸杞產(chǎn)業(yè)定為“六特”重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一,提出深入實(shí)施特色農(nóng)業(yè)提質(zhì)計(jì)劃,把“枸杞之鄉(xiāng)”品牌擦得更靚。關(guān)于氣候變化對寧夏枸杞的影響已有一些研究,如枸杞生長季的氣候變化特征[13],枸杞品質(zhì)對氣候變化的響應(yīng),CO2濃度升高對枸杞果實(shí)發(fā)育的影響[19]等。但是對枸杞精細(xì)化的農(nóng)業(yè)氣候資源分析比較少,對氣候變化導(dǎo)致枸杞發(fā)育進(jìn)程和主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生趨勢影響也沒有深入分析。本文選取寧夏枸杞主產(chǎn)區(qū)10 個(gè)國家氣象監(jiān)測站觀測資料,包括7 個(gè)兩季產(chǎn)區(qū)的惠農(nóng)、平羅、銀川、中衛(wèi)、中寧、同心、鹽池氣象站,以及3 個(gè)一季產(chǎn)區(qū)的興仁、海原和固原氣象站,研究1961-2021 年枸杞生育期間的主要?dú)庀笠蜃訉夂蜃兓捻憫?yīng)趨勢,分析氣候變化背景下枸杞發(fā)育進(jìn)程和主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的變化趨勢,以期為決策部門合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源和主動應(yīng)對農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害提供依據(jù),并為氣象部門開展高效的枸杞氣象預(yù)測業(yè)務(wù)服務(wù)及科學(xué)研究提供支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

寧夏回族自治區(qū)位于中國西北地區(qū)東部(35°14′～39°23′N,104°14′～107°39′E),東鄰陜西,西、北接內(nèi)蒙古,南連甘肅,總面積6.64 萬km2[13]。寧夏處于黃土高原、蒙古高原和青藏高原的交匯帶,大陸性氣候十分典型。在我國氣候區(qū)劃中,固原南部屬于中溫帶半濕潤區(qū),原州區(qū)以北至鹽池、同心屬于中溫帶半干旱區(qū),引黃灌區(qū)屬于中溫帶干旱區(qū)?；練夂蛱攸c(diǎn)是干旱少雨、風(fēng)沙大、日照充足、蒸發(fā)強(qiáng)烈、冬寒長、春暖快、夏熱短、秋涼早,氣溫年較差、日較差大,無霜期短而多變,干旱、冰雹、大風(fēng)、霜凍、局地性暴雨洪澇等天氣災(zāi)害較為頻繁。

根據(jù)寧夏枸杞氣候適宜性種植區(qū)劃[20],惠農(nóng)、平羅、銀川(三區(qū)兩縣)、青銅峽、利通區(qū)北部、中寧縣屬于適宜種植區(qū),其他可種植區(qū)大部分屬于次適宜種植區(qū)。根據(jù)枸杞產(chǎn)區(qū)熱量資源和生產(chǎn)實(shí)際,興仁、海原和原州區(qū)的枸杞屬于一季生產(chǎn),沒有夏季休眠和秋果期,其他地區(qū)均可實(shí)現(xiàn)兩季生產(chǎn)。對枸杞生長發(fā)育影響較大的氣象災(zāi)害有干旱、冰雹、大風(fēng)、霜凍、高溫和陰雨寡照等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取寧夏枸杞兩季產(chǎn)區(qū)的惠農(nóng)、平羅、銀川、中衛(wèi)、中寧、同心、鹽池氣象站,一季產(chǎn)區(qū)的興仁、海原和固原氣象站1961-2021 年逐日氣象資料,包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)。數(shù)據(jù)均來源于寧夏氣象信息中心,已通過數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。

1.3 枸杞生長季氣候資源變化分析

1.3.1 枸杞生長季的確定

氣候變化對枸杞生育進(jìn)程的影響較為顯著,枸杞生長季提前并延長,近61 年來枸杞芽開放期最早能提前到4 月上旬,秋果成熟期最遲能延長到10 月中下旬,因此以4-10 月為枸杞生長季。

1.3.2 活動積溫計(jì)算

采用5 日滑動日平均氣溫穩(wěn)定通過界限溫度的起止日期來計(jì)算。

1.3.3 氣候傾向率

用xi表示樣本量為n的某一氣候變量,用ti表示xi對應(yīng)的年份,建立xi與ti之間的一元線性回歸方程[15]:

式中: a為回歸常數(shù),b為回歸系數(shù),a 和b可用最小二乘法進(jìn)行估算,b的10 倍表示氣候傾斜率。

1.3.4 M-K 檢驗(yàn)法

M-K 檢驗(yàn)法(Mann-Kendall 檢驗(yàn)法)[21]是一種非參數(shù)方法,優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布,也不受少數(shù)異常值的干擾,更適用于類型變量和順序變量,可以明確突變點(diǎn)的開始時(shí)間和突變區(qū)域。采用M-K 檢驗(yàn)法檢測氣候要素的突變點(diǎn),給出顯著性水平,α=0.05 (u0.05=±1.96),α=0.001 (u0.001=±2.56)。若UF>0 表示序列呈上升趨勢,UF<0 表示呈下降趨勢,當(dāng)它們超過臨界值線時(shí),表明上升或下降趨勢顯著。

1.3.5 枸杞發(fā)育期的光溫積計(jì)算

自1 月1 日起計(jì)算5 日滑動平均氣溫,該值穩(wěn)定通過界限溫度(Tl)的當(dāng)日記為i=1,累計(jì)i≥1的逐日平均溫度與日照時(shí)數(shù)的積(公式2),到達(dá)閾值(T hreshold)的次日計(jì)為該發(fā)育期的日期(表1),Tl為8 ℃。通過此方法計(jì)算的發(fā)育期誤差在3～6 d。

表1 枸杞發(fā)育期的光溫積計(jì)算閾值Table 1 Calculation threshold value of light temperature accumulation during different development stages of Lycium barbarum L.

式中:Threshold為閾值,℃?h;n為達(dá)到閾值時(shí)歷經(jīng)的天數(shù);Ti為日平均氣溫,℃;Hi為日照時(shí)數(shù),h。

1.4 枸杞生長季氣象災(zāi)害變化分析

氣候變化對枸杞生育期主要?dú)庀鬄?zāi)害發(fā)生趨勢也產(chǎn)生了影響。產(chǎn)業(yè)上較為關(guān)注或?qū)﹁坭疥P(guān)鍵發(fā)育階段影響較大的氣象災(zāi)害主要有春季霜凍、夏季高溫、陰雨寡照、冰雹、干旱和洪澇。由于枸杞的旱、澇指標(biāo)尚未研究,暫不分析。

1.4.1 春季霜凍

枸杞萌芽至老眼枝果實(shí)成熟期處于寧夏春季霜凍頻發(fā)時(shí)段,容易遭受霜凍危害[22-23]。由于寧夏下墊面地形復(fù)雜,各枸杞產(chǎn)區(qū)之間小氣候差異較大,發(fā)育進(jìn)程有差異,且枸杞是無限花序植物,邊開花邊結(jié)果,因此統(tǒng)計(jì)逐年枸杞芽開放至老眼枝果實(shí)成熟期間的霜凍發(fā)生頻次。參考段曉鳳等[22]和胡啟瑞等[23]研究,霜凍指標(biāo)為: 輕度,-3.0 ℃

1.4.2 高溫?zé)岷?/p>

夏果期高溫?zé)岷斐设坭铰浠淅?夏季采摘提前結(jié)束,延長夏季休眠,影響產(chǎn)量和樹勢。參考枸杞氣象業(yè)務(wù)服務(wù)中的夏果期熱害指標(biāo),以枸杞單株落花落蕾數(shù)氣象估算模型(式3),結(jié)合枸杞熱害監(jiān)測等級判斷指標(biāo)計(jì)算枸杞夏果生長期間的高溫?zé)岷Πl(fā)生日數(shù)。枸杞熱害監(jiān)測等級發(fā)生條件: 當(dāng)日最高氣溫 ≥32 ℃。指標(biāo)為: 無熱害,P<10;輕度,10≤P<20;中度,20≤P<30;重度,30≤P<40;極重度,P≥40。P為單株落花落蕾數(shù),個(gè)?株-1?d-1;其計(jì)算公式為:

式中:Tmax為日最高氣溫,℃;RH為日平均相對濕度,%。

1.4.3 陰雨寡照

參考烤煙(Nicotiana tabacumL.)陰雨寡照災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合寧夏氣候條件和枸杞生長習(xí)性規(guī)定枸杞陰雨寡照判定條件為陰雨期間降雨量>5 mm,日降雨量>0 mm,平均日照時(shí)數(shù)≤3 h,逐日日照時(shí)數(shù)≤5 h。等級指標(biāo)為: 1 級陰雨寡照災(zāi)害,3 d≤持續(xù)陰雨天數(shù)≤5 d;2 級,6 d≤持續(xù)陰雨天數(shù)≤8 d;3 級,9 d≤持續(xù)陰雨天數(shù)≤11 d;4 級,持續(xù)陰雨天數(shù)>11 d。

2 結(jié)果與分析

2.1 枸杞農(nóng)業(yè)氣候資源變化

2.1.1 氣溫

影響中藥材藥效成分累積的主要因素是遺傳和環(huán)境因素,其中氣溫對枸杞多糖、總糖、甜菜堿和黃酮等成分有較大影響[24-25]。1961-2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)生育期間的平均氣溫呈明顯升高趨勢,增溫速率為0.328 ℃?(10a)-1,近10 年較20 世紀(jì)60 年代升高1.51 ℃?a-1(圖1A),增溫水平明顯高于全國氣溫增長水平,1951-2021 年全國升溫速率為0.26 ℃?(10a)-1[26]。從M-K 檢驗(yàn)來看,平均氣溫從1987 年以后呈上升趨勢,在20 世紀(jì)90 年代末達(dá)到極顯著水平(α=0.001),于1998 年出現(xiàn)突變現(xiàn)象,突變前年平均氣溫為16.04℃?a-1,突變后為17.29 ℃?a-1,增加了1.24 ℃?a-1(圖1B)。

圖1 1961-2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)全生育期平均氣溫逐年演變和趨勢(A)及其Mann-Kendall 檢驗(yàn)(B)Fig.1 Annual evolution and trend of average temperature in the growth period of Lycium barbarum L.in production areas of Ningxia (A) and its’ Mann-Kendall test (B) from 1961 to 2021

1961-2021 年枸杞生育期間的最高氣溫和最低氣溫也呈增加趨勢,增溫速率分別為0.267 ℃?(10a)-1和0.436 ℃?(10a)-1,近10 年較20 世紀(jì)60 年代分別升高1.25 ℃?a-1和2.06 ℃?a-1。從M-K 檢驗(yàn)來看,最高氣溫從1997 年開始呈持續(xù)升高趨勢,到2000 年代初達(dá)到極顯著水平,在2000 年出現(xiàn)突變現(xiàn)象,突變后較之前增加1.01 ℃?a-1。最低氣溫從1964 年開始呈持續(xù)增加趨勢,到1987 年達(dá)到顯著水平(α=0.05),增溫趨勢不存在突變性。最高、最低氣溫的增加趨勢幅度差異導(dǎo)致氣溫年較差也發(fā)生改變,近10 年的氣溫年較差較20 世紀(jì)60 年代減小0.82 ℃?a-1。

2.1.2 高溫日數(shù)

隨著氣溫升高,高溫日數(shù)也呈顯著增多趨勢。寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)的高溫主要發(fā)生在兩季產(chǎn)區(qū),1961-2021 年生育期間≥33 ℃的高溫日數(shù)增加速率為2.44 d?(10a)-1,從20世紀(jì)60 年代的6.9 d?a-1增加到近10 年的 19.1 d?a-1,平均增加了12.2 d?a-1(圖2A)。從M-K 檢驗(yàn)來看,≥33 ℃高溫日數(shù)在1970 年以后基本呈持續(xù)增加趨勢,2000 年左右達(dá)到極顯著水平,2001 年出現(xiàn)突變,突變前的高溫日數(shù)為8.8 d?a-1,突變后達(dá)到18.1 d?a-1,增加了9.3 d?a-1(圖2B)。

圖2 1961——2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)全生育期≥33 ℃的高溫日數(shù)逐年演變和趨勢(A)及其Mann-Kendall 檢驗(yàn)(B)Fig.2 Annual evolution and trend of days with high temperature (≥33 ℃) during the whole growth period of Lycium barbarum L.in prodcution areas of Ningxia (A) and its Mann-Kendall test (B) from 1961 to 2021

在各枸杞產(chǎn)區(qū)中,中寧核心產(chǎn)區(qū)受高溫影響最大,≥33 ℃高溫日數(shù)增加速率為4.14 d?(10a)-1,從20世紀(jì)60 年代的7.4 d?a-1增加到近10 年的29.7 d?a-1,增加了22.3 d?a-1,變化趨勢和全區(qū)一致,但趨勢傾斜率更大。

2.1.3 ≥10 ℃活動積溫

寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)全生育期間的熱量資源也呈明顯增多趨勢。兩季產(chǎn)區(qū)內(nèi),因?yàn)橄募靖邷貙?dǎo)致枸杞進(jìn)入休眠階段,此時(shí)植株葉片脫落、生長停止,所以夏眠期的熱量資源過高反而不利于枸杞生長發(fā)育。去除夏眠階段,1961-2021 年夏果期(4 月上旬-7 月下旬)和秋果期(8 月中旬-10 月下旬) ≥10 ℃的活動積溫增加速率分別為56.9 ℃·d?(10a)-1和28.6 ℃·d?(10a)-1,近10 年較20 世紀(jì)60 年代分別增加266.1 ℃·d?a-1和132 ℃·d?a-1(圖3A、B)。從M-K 檢驗(yàn)來看,夏果期≥10 ℃的活動積溫從1985 年開始呈持續(xù)增加趨勢,在2000 年代初達(dá)到極顯著水平,1999 年出現(xiàn)突變,突變后的活動積溫達(dá)到2151.8 ℃·d?a-1,較之前增多10.6% (圖 3C)。夏果期熱量資源增加過多導(dǎo)致葉變色期提早,高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)增大。秋果期≥10 ℃的活動積溫在1979 年后也呈持續(xù)增長趨勢,在2000 年達(dá)極顯著水平,1990 年出現(xiàn)突變,突變后較之前增加了94 ℃·d?a-1,增多9.1% (圖3D)。秋果期熱量資源增加延長了秋果生長時(shí)間,增加了采摘批次,有利于秋果增產(chǎn)。

圖3 1961——2021 年寧夏枸杞兩季產(chǎn)區(qū)夏果期(A,C)、秋果期(B,D) ≥10 ℃活動積溫逐年演變和趨勢(A,B)及其Mann-Kendall 檢驗(yàn)(C,D)Fig.3 Annual evolution and trend of the active accumulated temperature (≥10 ℃) at summer (A) and autumn (B) fruit stages of Lycium barbarum L.in the two seasons production areas in Ningxia and their Mann-Kendall tests (C,D) from 1961 to 2021

1961-2021 年一季產(chǎn)區(qū)內(nèi),枸杞全生育期≥10 ℃活動積溫年平均為2745.2 ℃·d,增加速率為75℃·d?(10a)-1,由20 世紀(jì)60 年代的2622.7 ℃·d?a-1增加到近10 年的2942.6 ℃·d?a-1,增加12.2% (圖4A)。從M-K 檢驗(yàn)來看,一季產(chǎn)區(qū)的活動積溫從1992 年開始呈持續(xù)增加趨勢,2000 年代初達(dá)到極顯著水平,1997年出現(xiàn)突變,突變后較之前增加了298.1 ℃·d?a-1,增多11.4% (圖4B)。積溫增加彌補(bǔ)了熱量資源的先天不足,有利于擴(kuò)大適宜種植區(qū)域,延長果實(shí)生長時(shí)間,增加采摘批次和產(chǎn)量。

圖4 1961-2021 年寧夏枸杞一季產(chǎn)區(qū)全生育期≥10 ℃活動積溫逐年演變和趨勢(A)及其Mann-Kendall 檢驗(yàn)(B)Fig.4 Annual evolution and trend of ≥10 ℃ active accumulated temperature during the whole growth period of Lycium barbarum L.in the one seasons production areas in Ningxia (A) and its Mann-Kendall test (B) from 1961 to 2021

2.1.4 降水

寧夏降雨時(shí)段相對集中,夏季是降雨次數(shù)最多、降雨量最大的季節(jié),與夏果采收盛期(6-7 月)重疊。降水過多會引起枸杞裂果、爛果,引發(fā)枸杞炭疽病等喜濕性病害,影響枸杞品質(zhì)和采收產(chǎn)量。1961-2021 年夏果采收期平均降水量為86.4 mm,>5 mm 降水日數(shù)為4.87 d。降水量和降水日數(shù)的年際間變率較大,降水偏多的年份降雨量可達(dá)150 mm 以上,降水日數(shù)達(dá)8 d 以上,對夏果生產(chǎn)嚴(yán)重不利;而偏少的年份雨量低至30 mm 以下,降水日數(shù)為2 d,利于優(yōu)質(zhì)枸杞生產(chǎn)(圖5)。從M-K 檢測看,1984 年以后降水呈增加趨勢,但不顯著。從年代際變化趨勢看,也呈現(xiàn)了明顯波動,20 世紀(jì)90 年代降水量最高,達(dá)到104.76 mm?a-1,較其他年代高22.13 mm?a-1,降水日數(shù)也最高,較其他年代多1.25 d?a-1。

圖5 1961——2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)降水量和降水日數(shù)逐年演變和趨勢圖Fig.5 Annual evolution and trend of precipitation and precipitation days in Lycium barbarum L.production areas of Ningxia from 1961 to 2021

2.1.5 日照時(shí)數(shù)

1961-2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)秋果期日照時(shí)數(shù)整體呈減少趨勢,速率為9.6 h?(10a)-1(圖6)。減少趨勢在近年來加劇,近10 年秋果期日照時(shí)數(shù)平均為667.5 h?a-1,減少速率為15 h?a-1,對枸杞生長發(fā)育產(chǎn)生了不利影響,引起了產(chǎn)業(yè)關(guān)注。

圖6 1961——2021 年寧夏枸杞秋果期日照時(shí)數(shù)逐年演變及趨勢圖Fig.6 Annual evolution and trend of sunshine hours during autumn fruit stage of Lycium barbarum L.in Ningxia from 1961 to 2021

2.2 氣候變化對枸杞生育進(jìn)程的影響

氣溫升高、熱量資源增加使寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)生育進(jìn)程明顯提前,全生育期延長。由表2 可知,20 世紀(jì)60 年代寧夏枸杞芽開放至新梢生長期普遍在5月上中旬,近10 年提早至4 月下旬至5 月上旬,提前了13 d 左右;老眼枝開花期至老眼枝果實(shí)成熟期由6 月初至7 月上旬提早至5 月中旬至6 月下旬,提早了11 d 左右。枸杞芽、葉、花生長期的提早使其遭遇春季霜凍的風(fēng)險(xiǎn)增加,老眼枝現(xiàn)蕾至果實(shí)成熟期延長了2～3 d,對果實(shí)生長發(fā)育、增產(chǎn)提質(zhì)有利。夏果現(xiàn)蕾至成熟期由20 世紀(jì)60 年代的6 月中旬至7 月下旬提早至近10 年的5 月末至7 月上旬,葉變色期由8 月末期提早至8 月中旬,均提早了11 d 左右。

表2 1961-2021 年不同年代寧夏枸杞生育進(jìn)程及較20 世紀(jì)60 年代提前日數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Growth process of Lycium barbarum L.in Ningxia and the number of days earlier than that in 1960s

20 世紀(jì)60 年代至70 年代,有9 年秋季熱量條件較差,秋果難以成熟,能成熟的普遍在10 月上中旬;近30 年秋果均能成熟,成熟期在9 月下旬至10 月中旬,平均提早了13 d。秋果成熟期提早,初霜凍推遲,秋季熱量條件增加,延長了秋果生長時(shí)間,對增加秋枸杞產(chǎn)量,提升品質(zhì)十分有利。

2.3 枸杞農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害變化

2.3.1 枸杞春季霜凍災(zāi)害

春季霜凍是威脅寧夏枸杞生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一,由于霜凍頻發(fā)時(shí)間正值枸杞嫩芽及頭茬花果生長發(fā)育階段,容易遭受霜凍危害。據(jù)統(tǒng)計(jì),1961-2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)逐年芽開放期至老眼枝果實(shí)成熟期的霜凍共發(fā)生140 站次,平均每年2.3 站次,氣候傾斜率為0.147 (圖7)。

圖7 1961——2021 年寧夏枸杞霜凍災(zāi)害逐年演變及趨勢圖Fig.7 Annual evolution and trend of frost disaster of Lycium barbarum L.in Ningxia from 1961 to 2021

對枸杞有嚴(yán)重危害的春季霜凍(重度)共發(fā)生了6 站次,均在近10 年,其中同心3 次(均在2013 年)、中衛(wèi)2 次(2013 年、2018 年)、鹽 池1 次(2020 年)。中度霜凍共發(fā)生29 站次,主要分布在興仁和中衛(wèi),占全產(chǎn)區(qū)的48.3%,氣候傾斜率為0.12。從年代際變化趨勢看,中度霜凍呈增加趨勢,2010-2021 年發(fā)生頻次最高,平均每年發(fā)生1.08 站次,較其他年代多0.76站次?a-1。輕度霜凍共發(fā)生105 站次,主要集中在興仁和鹽池,占45.0%,氣候傾斜率為-0.049。從年代際變化趨勢看,輕霜凍呈減少趨勢,尤其是20 世紀(jì)90 年代最低,為0.7 站次?a-1,1990 年以來較之前平均減少0.66 站次?a-1(表3)。

表3 1961——2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)春季霜凍災(zāi)害發(fā)生頻次的年代變化Table 3 Interdecadal change of spring frost disaster frequency in Lycium barbarum L.production areas of Ningxia from 1961 to 2021 (station?time)?a-1

綜合來看,寧夏產(chǎn)區(qū)枸杞春季霜凍危害風(fēng)險(xiǎn)整體加重,2010 年以來重度霜凍和中度霜凍發(fā)生次數(shù)明顯增多,輕霜凍呈降低趨勢。從空間分布來看,興仁、中衛(wèi)、鹽池枸杞產(chǎn)區(qū)霜凍最嚴(yán)重,對枸杞春季生長發(fā)育有不利影響。

2.3.2 枸杞高溫?zé)岷?/p>

高溫?zé)岷杉井a(chǎn)區(qū)夏果影響較大,常造成夏果落花落蕾,減少夏果枝花蕾分化數(shù),夏果采摘提前結(jié)束,延長夏眠期。1961-2021 年寧夏兩季枸杞產(chǎn)區(qū)5-9 月的高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)整體呈顯著增加趨勢,熱害日數(shù)由20 世紀(jì)60 年代的14.1 d?a-1增加到近10年的30 d?a-1,增加速率為3.2 d?(10a)-1(圖8A)。從MK 檢驗(yàn)來看,增加趨勢在2000 年代初達(dá)到極顯著水平,2001 年出現(xiàn)突變,突變后的時(shí)期較之前平均增加了12.2 d?a-1(圖8B)。

圖8 1961——2021 年寧夏枸杞高溫?zé)岷θ諗?shù)逐年演變和趨勢(A)及其Mann-Kendall 檢驗(yàn)(B)Fig.8 Annual evolution and trend of days of high-temperature damage of Lycium barbarum L.in Ningxia (A) and its Mann-Kendall test (B) from 1961 to 2021

在不同等級的枸杞高溫?zé)岷θ諗?shù)中(表4),極重度熱害日數(shù)在1997 年以后明顯增加,平均為1.19 d?a-1,較之前增加0.95 d?a-1。重度熱害日數(shù)整體也呈增加趨勢,從20 世紀(jì)60 年代的1.4 d?a-1增加到近10 年的6 d?a-1,速率為0.908 d?(10a)-1。從M-K 檢驗(yàn)來看,增加趨勢在2000 年代達(dá)到極顯著水平,2004年出現(xiàn)突變現(xiàn)象,突變后較之前平均增加3.91 d?a-1。中度熱害日數(shù)增加趨勢和總熱害日數(shù)變化趨勢相同,速率為1.568 d?(10a)-1,近10 年較20 世紀(jì)60 年代增加7.6 d?a-1,突變后較之前平均增加6.03 d?a-1。輕度熱害日數(shù)整體也呈增加趨勢,但不顯著。

表4 1961——2021 年寧夏枸杞高溫?zé)岷θ諗?shù)發(fā)生趨勢及其Mann-Kendall 檢驗(yàn)Table 4 Occurrence trend and its Mann-Kendall test of high-temperature damage days of Lycium barbarum L.in Ningxia from 1961 to 2021

從各產(chǎn)區(qū)熱害情況看,中寧核心產(chǎn)區(qū)夏果期高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)加劇最顯著,速率為4.889 d?(10a)-1,中度及以上高溫?zé)岷θ諗?shù)由20 世紀(jì)60 年代的6.5 d?a-1增加到近10 年的33.2 d?a-1,平均增加26.7 d,增長4.1 倍。

2.3.3 枸杞陰雨寡照災(zāi)害

枸杞生育期間出現(xiàn)長時(shí)間陰雨寡照天氣對其產(chǎn)量形成和品質(zhì)優(yōu)劣有較大影響。寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)陰雨寡照災(zāi)害的分布相對集中,1961 年以來主要發(fā)生在8-10 月,占全生育期的56.0%;區(qū)域在固原和海原相對集中,占全產(chǎn)區(qū)的37.3%,在固原和海原產(chǎn)區(qū)也集中發(fā)生在8-10 月,占全生育期的54.3%。

1961-2021 年全產(chǎn)區(qū)8-10 月陰雨寡照災(zāi)害整體呈增加趨勢,氣候傾斜率為0.286,且年際變率較大(圖9)。從年代際變化看(表5),20 世紀(jì)70 年代中后期發(fā)生較頻繁,90 年代發(fā)生頻次最低,較其他年代偏少了7.23 站次?a-1。2007 年9 月下旬至10 月上旬發(fā)生了全產(chǎn)區(qū)范圍的4 級陰雨寡照,創(chuàng)61 年來最高,也使該年所在年代明顯高于其他年代。3 級陰雨寡照從2000 年以來明顯增加,較之前平均增加0.57 站次?a-1。2 級陰雨寡照的年代際變化呈降低趨勢,20世紀(jì)90 年代最低,平均每年發(fā)生1.8 站次?？傮w來說,陰雨寡照災(zāi)害發(fā)生的時(shí)空特征及年代際變化趨勢對寧夏枸杞秋條、秋果生長發(fā)育有不利影響風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 1961-2021 年寧夏枸杞陰雨寡照災(zāi)害逐年演變及趨勢圖Fig.9 Annual evolution and trend of rainy days with less sunshine hours of Lycium barbarum L.in Ningxia from 1961 to 2021

表5 1961-2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)陰雨寡照發(fā)生頻次的年代際變化Table 5 Interdecadal change of frequency of rainy days with less sunshine hours of Lycium barbarum L.in Ningxia from 1961 to 2021(station?time)?a-1

2.3.4 枸杞冰雹災(zāi)害

寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)關(guān)鍵發(fā)育期與冰雹多發(fā)期高度重疊,多條冰雹移動路徑經(jīng)過種植區(qū)。當(dāng)冰雹大或密集時(shí)往往造成枸杞枝條斷裂,主枝主干砸傷,葉片、果實(shí)被砸亂砸傷造成大量落葉、落花、落果,影響樹勢和產(chǎn)量。1961-2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)冰雹災(zāi)害呈減少趨勢,速率為1.612 站次?(10a)-1,由20 世紀(jì)60年代9.56 站次?a-1減少到近10 年的3.6 站次?a-1,平均每年減少6 站次(圖10A)。從M-K 檢驗(yàn)看,這種降低趨勢在20 世紀(jì)90 年代末達(dá)到極顯著水平,在1995 年開始出現(xiàn)突變現(xiàn)象,突變后較之前平均每年減少6.2 站次(圖10B)。

圖10 1961-2021 年寧夏枸杞冰雹災(zāi)害逐年演變和趨勢(A)及其Mann-Kendall 檢驗(yàn)(B)Fig.10 Annual evolution and trend of hailstorm disaster of Lycium barbarum L.in Ningxia (A) and its Mann-Kendall test (B) from 1961 to 2021

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

寧夏枸杞貴在道地,適宜道地藥材生長的生態(tài)環(huán)境是中藥材可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。氣候變暖對枸杞藥用成分的累積產(chǎn)生了一定影響,通過分析寧夏枸杞農(nóng)業(yè)氣候資源的變化有利于形成優(yōu)質(zhì)中藥材資源。一定程度上枸杞多糖隨平均氣溫升高而增加,但與7 月的平均氣溫和最高氣溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,甜菜堿和百粒重與溫差呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[24-25],因此寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)的氣溫及高溫日數(shù)變化趨勢整體不利于優(yōu)質(zhì)枸杞品質(zhì)的形成,建議加強(qiáng)抗高溫枸杞品種的選育,補(bǔ)充氣候變化對枸杞生產(chǎn)影響的短板。

在全球氣候變暖背景下,如何適應(yīng)氣候變化是寧夏枸杞產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需要關(guān)注的重點(diǎn)。有研究表明氣候暖干化是寧夏枸杞生育期氣候變化的主要特征,氣溫升高為枸杞開花結(jié)果提供了充足的熱量條件,且充分利用優(yōu)勢氣候生態(tài)種植帶熱量資源利于增產(chǎn)增收,因此氣候變暖對生產(chǎn)利多弊少[13]。本文分析了寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)平均、最高、最低氣溫及氣溫日較差的變化趨勢,兩季產(chǎn)區(qū)夏、秋果期和一季產(chǎn)區(qū)全生育期熱量資源的增加情況,以及夏果期高溫日數(shù)對枸杞關(guān)鍵發(fā)育階段的影響,得出氣候變暖對兩季產(chǎn)區(qū),尤其是中寧產(chǎn)區(qū)的夏果開花、結(jié)實(shí)有不利影響;有利的一面是其促進(jìn)了秋果生長期延長,且熱量資源前景趨好,一季產(chǎn)區(qū)熱量資源的增加有利于擴(kuò)大適宜種植區(qū)域。應(yīng)考慮到充分挖掘光熱資源優(yōu)勢,加強(qiáng)枸杞新品系適宜種植的精細(xì)化氣候區(qū)劃研究,適當(dāng)擴(kuò)大到海拔相對較高、降水少的區(qū)域建園。

寧夏地區(qū)光照資源豐富,為促進(jìn)枸杞生長發(fā)育提供了有利基礎(chǔ),但從2017 年起秋季日照時(shí)數(shù)減少,其中2020 年和2021 年僅有600 h 左右,這對秋果生長發(fā)育產(chǎn)生了較明顯的不利影響,引起了產(chǎn)業(yè)關(guān)注。此外,寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)夏果采收期的降水量和降水日數(shù)年際變率較大,降水多的年份易引起枸杞裂果、爛果,引發(fā)枸杞炭疽病等喜濕性病害,影響品質(zhì)和采收產(chǎn)量。光、水的不穩(wěn)定性對枸杞產(chǎn)量和優(yōu)質(zhì)品質(zhì)形成的影響較為明顯,可能是由于多年來枸杞未形成有效的應(yīng)對機(jī)制,產(chǎn)業(yè)上也未形成應(yīng)對不利影響天氣的管理方式。

受氣候變化的影響,寧夏枸杞發(fā)育期提前、全生育期延長[13],與本文研究結(jié)果相符。枸杞發(fā)育期提早使相應(yīng)的水肥管理、采摘等主要農(nóng)事活動期延長,建議根據(jù)氣候變化對枸杞的影響調(diào)整枸杞農(nóng)事管理方案,最大程度利用好農(nóng)業(yè)氣候資源優(yōu)勢。另一方面,氣候變化導(dǎo)致極端天氣事件增多,霜凍發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增大。有研究表明[27]1961-2017 年寧夏枸杞春季(4月21 日至5 月31 日)霜凍發(fā)生終日以2.1 d?(10a)-1的速率提前,而枸杞萌芽提早使其受災(zāi)時(shí)段提前,氣候波動加劇導(dǎo)致危害較大的霜凍發(fā)生頻次增加,對品質(zhì)最優(yōu)的頭茬果危害風(fēng)險(xiǎn)較大,所以產(chǎn)業(yè)上需注意及時(shí)在枸杞萌芽展葉至開花期發(fā)展灌溉、人工防霜和災(zāi)后補(bǔ)救技術(shù),減輕霜凍危害。

氣溫升高、高溫日數(shù)增加加劇了枸杞高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn),主要影響兩季產(chǎn)區(qū)夏果的生長發(fā)育,尤其是中寧枸杞熱害風(fēng)險(xiǎn)最大,增加了落花落蕾,減少了果枝花蕾分化數(shù),夏果采摘提前結(jié)束,延長夏眠期,不利于夏果生產(chǎn)。此外,寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)陰雨寡照災(zāi)害相對集中在8-10 月,區(qū)域相對集中在固原和海原,對枸杞秋條、秋果生長發(fā)育有不利影響,但整體危害程度有限;好的一面是冰雹災(zāi)害呈顯著減少趨勢,因其多發(fā)期與枸杞關(guān)鍵發(fā)育期重疊,多條冰雹移動路徑經(jīng)過種植區(qū),也需要保持防范。

3.2 結(jié)論

1961-2021 年寧夏枸杞產(chǎn)區(qū)生育期間的氣溫、高溫日數(shù)呈顯著升高趨勢,均在20 世紀(jì)90 年代末至21 世紀(jì)00 年代初發(fā)生突變,平均氣溫和≥33 ℃的高溫日數(shù)突變后較之前增加了1.24 ℃?a-1和9.2 d?a-1,中寧核心產(chǎn)區(qū)受高溫影響最大。隨氣溫升高,產(chǎn)區(qū)的熱量資源也呈顯著增多趨勢,兩季產(chǎn)區(qū)的夏、秋果期和一季產(chǎn)區(qū)全生育期≥10 ℃活動積溫均在20 世紀(jì)90 年代發(fā)生了趨勢突變,突變后較之前分別增多10.6%、9.1%和11.4%。

氣候變化導(dǎo)致枸杞發(fā)育進(jìn)程整體提前11～13 d,全生育期延長。對枸杞主要?dú)庀鬄?zāi)害的影響有: 危害較大的春季霜凍風(fēng)險(xiǎn)整體加重,夏季高溫?zé)岷︼@著加劇,熱害日數(shù)增加趨勢在2001 年出現(xiàn)突變,突變后較之前平均增加12.2 d?a-1,中寧核心產(chǎn)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)最大;陰雨寡照災(zāi)害分布相對集中,主要發(fā)生在8-10月,區(qū)域上集中在固原和海原產(chǎn)區(qū);冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)顯著下降。建議充分認(rèn)識氣候變化導(dǎo)致的枸杞重大氣象災(zāi)害加劇,將研究成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用,加強(qiáng)氣象災(zāi)害早期預(yù)警、監(jiān)測與災(zāi)后評估技術(shù)研究與業(yè)務(wù)服務(wù)。