臨滄市甘蔗霜凍害溫度指標的建立與應用

李世成，李斌，董有波，黃丕忠，林文根，周云，唐吉昌，段紹玲

（1.臨滄市氣象局，云南臨滄 677099；2.臨滄市甘蔗技術推廣站，云南臨滄 677099；3.廣西洋浦南華糖業(yè)集團股份有限公司，廣西南寧 530022；4.臨滄南華糖業(yè)有限公司，云南臨滄 677099）

云南是世界甘蔗發(fā)源地之一，甘蔗種植面積約占全國的18.5%，產(chǎn)量約占全國的15.2%，是僅次于廣西的全國最重要食糖生產(chǎn)基地之一［1］。云南蔗區(qū)主要分布在臨滄、德宏、普洱等8個州市。臨滄市是云南省最大的甘蔗產(chǎn)區(qū)，甘蔗產(chǎn)量約占全省的28%［2］。蔗糖產(chǎn)業(yè)已成為臨滄市農(nóng)民增收、支撐地方財政的重要產(chǎn)業(yè)，在當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展中具有舉足輕重的地位和作用。

臨滄甘蔗主要種植于亞熱帶地區(qū)。低溫霜凍是影響甘蔗生產(chǎn)的主要氣象災害之一。它每年都會發(fā)生，不僅影響當季甘蔗產(chǎn)量和糖分含量，而且還影響下一榨季甘蔗的萌發(fā)生長［3］。因其地理環(huán)境和氣候條件與全國多數(shù)蔗區(qū)明顯不同，臨滄市低溫氣候特點和甘蔗霜凍害指標亦有差別。因此，進行甘蔗霜凍害發(fā)生規(guī)律和指標研究，對臨滄甘蔗生產(chǎn)防災減災和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義。

《作物霜凍害等級》（QX／T 88-2008）將甘蔗霜凍害等級分為3級［4］。王鑒明［5］、羅文質(zhì)［6］亦將甘蔗霜凍害程度劃分為3級，即輕度霜凍、中度霜凍、重度霜凍。國內(nèi)甘蔗霜凍害指標如表1所示。觀察和試驗表明，當臨滄市氣溫大于0.0℃時，甘蔗并未出現(xiàn)霜凍害，以上指標不完全符合臨滄市實際情況。因此，有必要對甘蔗霜凍害溫度指標進行進一步研究［7］。

表1 國內(nèi)甘蔗霜凍害的最低氣溫指標℃

1 資料與方法

歷年氣候資料選用臨滄市8個國家級氣象觀測站1961—2020年數(shù)據(jù)，并通過試驗采集田間氣溫和甘蔗霜凍害癥狀數(shù)據(jù)。采用相關分析（顯著性采用t檢驗）［8］、線性回歸分析（顯著性采用F檢驗）等［9］方法，建立臨滄市甘蔗霜凍害的溫度指標并創(chuàng)建甘蔗霜凍害的預警方法。

1.1 試驗田選取

選取耿馬縣四排山鄉(xiāng)農(nóng)文（海拔1 298 m，山坡中下部平地）、耿馬縣勐撒鎮(zhèn)箐門口村忙見（海拔1 340m，小盆地）、滄源縣巖帥鎮(zhèn)團結(jié)村壩嶺（海拔1 523 m，小盆地）、滄源縣巖帥鎮(zhèn)團結(jié)村農(nóng)壩嶺（海拔1 609m，壩區(qū)邊緣坡腳）、滄源縣糯良鄉(xiāng)翁不老村（海拔1 646 m，山坡中下部平地）等5個霜凍害典型易發(fā)地［10］作為試驗點。

1.2 觀測時間、要素和內(nèi)容

在所選5個試驗點甘蔗田（地）中間安裝自動氣象觀測站，主要觀測氣溫要素，觀測頻次為每小時1次。觀測時間為2021年11月至2022年2月，連續(xù)觀測氣溫要素，日最低氣溫從當天每小時最低氣溫中挑取。

當田間自動站氣溫下降到接近0℃或0℃以下甘蔗可能受到霜凍害時，觀測甘蔗生長狀況和受害癥狀。甘蔗觀測包括經(jīng)度、緯度、海拔高度、甘蔗品種、受害癥狀等。

霜凍害觀測，先在田塊中隨機抽取8根蔗莖，沿蔗莖橫截面直徑線剖開，再拍攝蔗莖垂直剖面照片，觀察生長點和蔗莖形狀、顏色等；最后根據(jù)甘蔗受害特征，依據(jù)《甘蔗霜凍災害調(diào)查規(guī)范》（DB45／T 1253-2015）［11］，結(jié)合《糖料甘蔗收購技術規(guī)程》（DB53／T 763-2016）［12］中的判定標準，評判樣本的霜凍害等級。

2 結(jié)果與分析

2.1 臨滄市低溫霜凍氣候特征

臨滄市地處云南西南部，境內(nèi)地形地貌復雜，全市8個國家級氣象站海拔1 044.1～1 636.1 m，屬低緯高原山地季風氣候區(qū)（有6個氣候帶）。受北部的高原大地形和東北部的哀牢山等山脈阻滯，冬季南侵的冷空氣影響臨滄較小，又因冬春季為干季，其霜凍害幾乎為輻射型低溫造成的［13］。

統(tǒng)計全市8個國家級氣象站1961—2020年最低氣溫≤0.0℃的低溫霜凍頻次（表略）可知，近60年來，全市共出現(xiàn)≤0.0℃的低溫霜凍天氣過程73站次（平均1.22站次／年），其中頻次數(shù)最多的是滄源站（平均0.38次／年），最少是永德站（平均0.03次／年）?！?.0℃的低溫霜凍天氣過程一般持續(xù)1～8 d，全市站點平均為5.63 d，平均0.68 d／年，都出現(xiàn)在冬季3個月；霜凍過程無降水天數(shù)占68%，微量降水天數(shù)占23%，有降水量天數(shù)僅占9%。8個站點歷年極端最低氣溫為-0.5～-4.3℃?！?.0℃的低溫霜凍天氣過程中，各站點歷年平均的日照時數(shù)為4.9～9.2 h／d，全市站點平均為8.3 h／d，以上統(tǒng)計結(jié)果表明，臨滄市霜凍天氣普遍為多點分散的輻射型霜凍，多發(fā)生在多日照的晴天。

事實上，當國家級氣象站最低氣溫≤3.0℃時，田間近地面溫度就可能降低至≤0℃［14］，所以當?shù)馗收崴獌龊Φ念l率遠高于上述氣象站點≤0.0℃的低溫頻率。

試驗期為2021／2022年冬季（12月至2022年2月）。分析該冬季臨滄市氣溫、降水量和日照時數(shù)等（常年數(shù)據(jù)為1991—2020年），結(jié)果顯示全市站點平均值中，冬季平均氣溫比常年同期偏低0.2℃，降水量偏多30%，日照時數(shù)偏少15%。因此，臨滄市2021／2022冬季氣溫略低、降水偏多、日照偏少；但該冬季全市站點平均日照為6.2 h／d、降水量為0.6 mm／d，冬季“多光少雨”氣候特點［15］仍然突出。

2.2 甘蔗霜凍害田間溫度指標

2021／2022年冬季臨滄市試驗點共出現(xiàn)6個較明顯的低溫過程，持續(xù)天數(shù)分別為5、7、3、7、8和3 d，過程最低氣溫0.0～-2.9℃。而臨滄市國家級站點中歷年極端最低氣溫為-4.3℃。結(jié)合前述試驗期氣候背景分析，可判定2021／2022年冬季臨滄市蔗區(qū)低溫霜凍氣候為一般（中等）年型。

1）第1次低溫過程（2021年12月16—20日）。

滄源縣壩嶺12月16—18日、20日最低氣溫低于0℃，過程最低氣溫-1.7℃，甘蔗受霜凍害程度為輕度；滄源縣翁不老僅17日最低氣溫略低于0℃，甘蔗受霜凍害程度為輕度；農(nóng)文和忙見未出現(xiàn)低于0℃的最低氣溫，甘蔗無受害癥狀。

2）第2次低溫過程（2022年1月5—11日）。

滄源縣壩嶺最低氣溫連續(xù)3 d低于0℃，過程最低氣溫-1.2℃，甘蔗受害程度為輕度；耿馬縣農(nóng)文1月5—7、10—11日最低氣溫≤0℃，過程最低氣溫-1.9℃，甘蔗受霜凍害程度為輕度；滄源縣農(nóng)壩嶺有1 d日最低氣溫低至-0.1℃，甘蔗受害程度為輕度；耿馬縣忙見和滄源縣翁不老未出現(xiàn)≤0℃的低溫，甘蔗無凍害癥狀。

3）第3次低溫過程（2022年1月17—20日）。

滄源縣壩嶺和農(nóng)壩嶺各有1 d日最低氣溫≤0℃，過程最低氣溫分別為-0.1和0.0℃，甘蔗受害程度均為輕度；耿馬縣農(nóng)文、忙見和滄源縣翁不老未出現(xiàn)≤0℃的低溫，甘蔗無凍害癥狀。

4）第4次低溫過程（2022年1月30日—2月5日）。

滄源縣壩嶺最低氣溫有3 d低于0℃，過程最低氣溫-0.6℃，甘蔗受害程度為輕度；耿馬縣農(nóng)文有6 d日最低氣溫≤0℃，過程最低氣溫-1.8℃，甘蔗受害程度為輕度；耿馬縣忙見有1 d日最低氣溫≤0℃，過程最低氣溫-0.4℃，甘蔗受害程度為輕度；滄源縣農(nóng)壩嶺過程最低氣溫-1.6℃，甘蔗受害程度為輕度；滄源縣翁不老過程最低氣溫-0.4℃，甘蔗受害程度為輕度。

5）第5次低溫過程（2022年2月9—16日）。

滄源縣壩嶺最低氣溫有2 d低于0℃，過程最低氣溫-0.8℃，甘蔗受害程度為輕度；耿馬縣農(nóng)文有8 d日最低氣溫≤0℃，過程最低氣溫-2.7℃，甘蔗受害程度為中度；耿馬縣忙見有3 d日最低氣溫≤0℃，過程最低氣溫-1.1℃，甘蔗受害程度為輕度；滄源縣農(nóng)壩嶺過程最低氣溫-2.9℃，甘蔗受害程度為中度；滄源縣翁不老過程最低氣溫-0.8℃，甘蔗受害程度為輕度（表2）。

表2 第5次過程甘蔗試驗點日最低氣溫及霜凍害等級℃

6）第6次低溫過程（2022年2月23—25日）。

滄源縣壩嶺最低氣溫有1 d低于0℃，過程最低氣溫-0.5℃，甘蔗受害程度為輕度；耿馬縣農(nóng)文過程最低氣溫-1.8℃，甘蔗受害程度為輕度；耿馬縣忙見過程最低氣溫-0.4℃，甘蔗受害程度為輕度；滄源縣農(nóng)壩嶺過程最低氣溫-2.5℃，甘蔗受害程度為中度；滄源縣翁不老過程最低氣溫-0.6℃，甘蔗受害程度為輕度。

7）甘蔗霜凍害程度與氣溫的相關性。

將5個試驗點6次霜凍天氣過程共22站次霜凍害觀測結(jié)果構(gòu)成一組樣本序列，使用甘蔗霜凍害程度（致災等級）與對應的過程最低氣溫觀測值作相關分析［16］。受害程度量化：未受害為0、輕度霜凍為1、中度霜凍為2、重度霜凍為3。過程最低氣溫使用原值作計算，計算結(jié)果為，甘蔗霜凍害程度與對應過程最低氣溫的相關系數(shù)為-0.86（相關顯著性P＝0.01），表明最低氣溫可作為判定甘蔗霜凍害等級的指標。

8）臨滄市甘蔗霜凍害等級指標。

根據(jù)試驗結(jié)果：最低氣溫忙見為0.2℃、翁不老為0.1℃（2次）時甘蔗無霜凍癥狀；農(nóng)壩嶺0.0℃、壩嶺-0.1℃時甘蔗輕度受害，據(jù)此確定甘蔗霜凍害發(fā)生的臨界溫度為0.0℃。壩嶺第1次過程最低氣溫為-1.7℃，第2次過程最低氣溫為-1.2℃，兩次受霜凍害程度都為輕度；農(nóng)文第2次低溫過程最低氣溫為-1.9℃，甘蔗受霜凍害程度都仍為輕度；農(nóng)文最低氣溫-2.7℃、農(nóng)壩嶺-2.9℃、農(nóng)壩嶺-2.5℃時，甘蔗受害程度都為中度，據(jù)此確定甘蔗輕度霜凍害下限溫度指標為-2.0℃，發(fā)生中度霜凍害的臨界溫度＜-2.0℃。

在本試驗中，未觀測到甘蔗重度霜凍害發(fā)生，因此，中度霜凍害的下限指標和重度霜凍害指標采用文獻指標（表1）代替，從而得到臨滄市甘蔗霜凍害最低氣溫指標如表3所示。

表3 臨滄市甘蔗霜凍害最低氣溫指標℃

2.3 臨滄市甘蔗霜凍害的預警指標

使用距離蔗區(qū)最近的國家級氣象站或區(qū)域自動站作為參考站（海拔有差別），與各試驗點田間自動站數(shù)據(jù)進行對比分析，確立勐省站為滄源縣壩嶺和農(nóng)壩嶺的參考站；依此類推可確定霜凍害易發(fā)區(qū)各代表點的參考站。計算各試驗點臨時田間觀測站與對應參考站最低氣溫的相關系數(shù)，均達到顯著性水平P＝0.01，如圖1所示。

使用四排山站作為農(nóng)文的參考站，當四排山站12月某日最低氣溫即將接近1.0℃、1月接近4.1℃、2月接近5.2℃時可考慮發(fā)布農(nóng)文蔗區(qū)輕度霜凍預警；2月最低氣溫接近3.7℃時可考慮發(fā)布中度霜凍預警。依此類推，蔗區(qū)各代表點甘蔗霜凍害預警指標結(jié)果見表4。

表4 臨滄市各蔗區(qū)代表點低溫霜凍害的預警指標℃

3 結(jié)論

1）臨滄市甘蔗霜凍災害主要發(fā)生在12月至次年2月，絕大多數(shù)為冬季輻射型低溫天氣造成。冬季夜間多晴，盆地上空常有逆溫，山間盆地和谷地冷空氣容易堆集，霜凍發(fā)生頻率高，坡地少見發(fā)生。

2）霜凍害典型易發(fā)區(qū)5個試驗點甘蔗霜凍害癥狀等級與其田間最低氣溫觀測值呈高度負相關。據(jù)此確立臨滄市甘蔗霜凍害等級指標（日最低氣溫）：輕度0.0～-2.0℃、中度-2.1～-5.0℃、重度＜-5.0℃。

3）低溫霜凍過程中常年霜凍易發(fā)區(qū)的田間觀測氣溫與距離其較近的參考站（區(qū)域自動站，海拔不同）的氣溫值呈高度正相關。基于這樣的關系，依據(jù)確立的甘蔗霜凍害等級溫度指標，建立了臨滄市霜凍易發(fā)區(qū)甘蔗霜凍害的預警指標，有重要應用價值。