洛川蘋果花期凍害氣候特征及人工防霜可行性探討

孫智輝　馬遠(yuǎn)飛　高志斌　王鵬　曹雪梅

摘要：為了科學(xué)認(rèn)識(shí)低溫凍害對(duì)洛川蘋果的影響，降低蘋果花期凍害損失，提高蘋果種植效益，筆者利用洛川縣1955-2014年的氣候資料，對(duì)照蘋果花期凍害指標(biāo)，分析了洛川蘋果花期凍害氣候特征，對(duì)采用的防霜措施進(jìn)行了探討。結(jié)論表明：洛川縣1955-2014年蘋果花期凍害基本上3年1遇，嚴(yán)重災(zāi)害7～8年1遇。出現(xiàn)時(shí)段主要集中在4月6日-18日，出現(xiàn)次數(shù)占總次數(shù)的93%，以影響花蕾為主。輕霜凍出現(xiàn)次數(shù)約占霜凍總數(shù)2/3，2000年以后，由于氣候變暖，凍害天氣出現(xiàn)次數(shù)增多，降溫幅度大加之花期提前，造成的損失較重。在輕凍害天氣過程中，采用單一防霜方法，均能保證不出現(xiàn)凍害，但在嚴(yán)重凍害出現(xiàn)時(shí)，由于天氣復(fù)雜，導(dǎo)致防霜效果降低，宜采用綜合措施進(jìn)行防霜。

關(guān)鍵詞：洛川；蘋果；花期凍害

中圖分類號(hào)：P49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：cjas15010031

0引言

低溫引起的作物脅迫和災(zāi)害，是世界性的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，已成為僅次于干旱和洪澇的重要?dú)庀鬄?zāi)害。在中國(guó)，由于幅員遼闊，氣候類型多樣，凍害影響廣泛，對(duì)不同地區(qū)、不同種類的經(jīng)濟(jì)作物、農(nóng)作物均有嚴(yán)重影響。陜西是全國(guó)蘋果種植大省，花期凍害對(duì)蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)有明顯影響，許多學(xué)者針對(duì)花期凍害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)技術(shù)等諸多方面的研究，但對(duì)人工防霜基地建設(shè)，多種方法綜合應(yīng)用還沒有對(duì)比分析。因此，筆者通過分析氣候特征，針對(duì)洛川防霜研究基地提出可行方案。

洛川是公認(rèn)的世界最佳蘋果優(yōu)生區(qū)和中國(guó)蘋果優(yōu)生區(qū)的核心地帶，自然資源得天獨(dú)厚，平均海拔1100m，土層厚80～200m，年平均氣溫9.2℃，降雨量592mm，無(wú)霜期170天，日照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大，境內(nèi)無(wú)任何工業(yè)污染源，是世界公認(rèn)的完全符合蘋果生產(chǎn)7項(xiàng)氣候指標(biāo)的最佳優(yōu)生區(qū)之一。2013年，全縣蘋果面積達(dá)3.33萬(wàn)hm²，建成出口示范基地0.067萬(wàn)hm²，蘋果產(chǎn)量達(dá)76萬(wàn)t，產(chǎn)值30億元。蘋果遭受的自然災(zāi)害且造成損失的主要為霜凍、冰雹、大風(fēng)沙塵、干旱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年以來(lái)，洛川縣每年蘋果花期都不同程度遭受凍害，發(fā)生最嚴(yán)重的是2006年4月12-13日和2013年4月6-9日，蘋果園花量減少50%以上，嚴(yán)重影響了當(dāng)年的蘋果產(chǎn)量和質(zhì)量?；ㄆ谒獌鲆殉蔀橛绊懱O果高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要因素。

霜凍的預(yù)防主要有：噴水法、覆蓋法、熏煙法、加熱法、空氣擾動(dòng)法等方法，在國(guó)內(nèi)外均有試驗(yàn)。單項(xiàng)方法或技術(shù)措施在特定條件下有一定效果，但總伴隨著一定的局限性，經(jīng)常受可操作性、時(shí)效性、空間地域性等條件的制約。一項(xiàng)非常成功的防霜技術(shù)，也都是針對(duì)一定條件、一定品種、一定的低溫強(qiáng)度而言的，當(dāng)超出了這些特定的條件，將失去應(yīng)有的作用和效果。

以往出現(xiàn)霜凍時(shí)，由政府組織廣大農(nóng)民開展大規(guī)模熏煙，減輕災(zāi)害損失，但均未開展對(duì)比試驗(yàn)和效果檢驗(yàn)。2014年，延安市氣象部門在洛川建成綜合防霜試驗(yàn)基地，建成空氣擾動(dòng)、熏煙、噴水等試驗(yàn)田，為研究提供了良好條件。由于防霜技術(shù)受地域、天氣條件制約，有必要對(duì)洛川蘋果花期的溫度進(jìn)行分析，結(jié)合凍害指標(biāo)，探討防霜技術(shù)的可行性，制訂試驗(yàn)方案。

1資料與方法

1.1資料來(lái)源

本研究分析所用氣象資料由洛川縣氣象局提供，起止時(shí)段為1955-2014年共60年。

1.2研究方法

洛川蘋果花期一般從4月中旬開始，個(gè)別年份在4月上旬就進(jìn)入花期，如在2013年4月6日就出現(xiàn)嚴(yán)重凍害天氣，因此把洛川花期一幼果期確定在4月6日-5月10日。

蘋果花期、幼果期凍害的臨界溫度因生育的進(jìn)程有所不同，花蕾期為-2.8℃，開花期為-1.7世事大抵如此，幼果期為-1.1℃；凍死率50%時(shí)的溫度：花蕾期為-6.1℃，開花期為-3.3℃，幼果期為-2.2℃。

氣候特征分析采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法。

2結(jié)果與分析

2.1花期極端最低溫度

洛川花期極端最代溫度為-5.3℃，出現(xiàn)在1972年4月9日。4月11-15日極端最代溫度為-4.8℃，出現(xiàn)在1979年4月12日；4月16-20日極端最代溫度為-3.3℃，出現(xiàn)在1962年4月18日；4月21-25日極端最代溫度為-1.8℃，出現(xiàn)在1959年4月22日；4月26-30日極端最代溫度為-0.3℃，出現(xiàn)在1983年4月29日；5月1-5日極端最代溫度為-0.3℃，出現(xiàn)在1991年5月2日；5月6-10日極端最代溫度為-0.3℃，出現(xiàn)在1960年5月6日。

2.2時(shí)段統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)1955-2014年花期逐日最低溫度<0℃出現(xiàn)次數(shù)（見表1），主要集中在4月6-18日，出現(xiàn)次數(shù)占總次數(shù)的93%，說明凍害影響將主要集中在該時(shí)段。出現(xiàn)最多的日期在4月9日，為13次，其次是4月12、13日，均為10次。4月22日-5月10日，極端最低溫度只有-0.5℃，出現(xiàn)<0℃的次數(shù)只有4次，說明4月22日以后，出現(xiàn)花期凍害的可能性較低。4月6-18日，洛川蘋果處于花蕾一初花期，蘋果凍害以影響花蕾為主。

2.3花期凍害年代分布

統(tǒng)計(jì)1955-2014年花期最低溫度（見圖1），≤0℃出現(xiàn)40年，≤-1.7℃出現(xiàn)18年，≤-2.8℃出現(xiàn)8年，洛川花期凍害基本上3年1遇，嚴(yán)重災(zāi)害7～8年1遇。由圖1還可知，在1955-1979年的25年，凍害天氣出現(xiàn)較多，1980-1999年的20年，只有2年溫度略低于-1.7℃，凍害天氣10年1遇，2000年以后的15年，凍害天氣出現(xiàn)又明顯較多，出現(xiàn)6年，出現(xiàn)凍害天氣時(shí)的最低溫度值偏低，2006、2010、2013年分別達(dá)到-4.6℃、-3.8℃、-3.7℃，由于氣候變暖，花期提前，造成的損失較重。

2.4其他要素分析

多數(shù)情況下，在降溫前均有降水產(chǎn)生，統(tǒng)計(jì)溫度≤-1.7℃出現(xiàn)的18次過程，有13次同時(shí)伴有降水，占72%。把凍害天氣影響中最低溫度小于-3.3℃作為強(qiáng)降溫過程，60年共出現(xiàn)6次，均有降水發(fā)生。沒有出現(xiàn)降水的5次過程，降溫幅度較小。在18次過程中，有7次出現(xiàn)積雪產(chǎn)生，基本對(duì)應(yīng)著強(qiáng)降溫過程。分析6次強(qiáng)降溫天氣，在低溫持續(xù)期間風(fēng)速基本上在3m/s以上，有較強(qiáng)的風(fēng)速。

2.5持續(xù)時(shí)間

凍害天氣出現(xiàn)后，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次是2006年4月11日，晚上20時(shí)最低溫度低于-1.7℃，一直持續(xù)到次日上午11時(shí)，持續(xù)時(shí)間達(dá)到16h。其次是2010年的降溫過程，4月13日持續(xù)時(shí)間達(dá)到13h。平均持續(xù)時(shí)間在5～6h。

2.6防霜效果

噴灌防霜技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均有試驗(yàn)。P.J.C.Hamer研究指出，在強(qiáng)輻射損失和低風(fēng)速的條件下，對(duì)于氣溫降到-4℃的霜凍，2.5mm/h的澆水率將能提供防護(hù)。也有研究表明，以每小時(shí)3.2mm噴灌強(qiáng)度防止-5～6℃的輻射霜凍更為安全。寧夏靈武園藝實(shí)驗(yàn)場(chǎng)在1978-1981年連續(xù)4年進(jìn)行噴灌防霜試驗(yàn)，噴水強(qiáng)度每小時(shí)6mm，起到了維持較高的氣溫和減輕受害程度的效果。對(duì)照區(qū)最低氣溫比噴灌區(qū)最大相差2.1℃，噴灌區(qū)溫度維持在-1℃左右。

何石曾1981-1982年在烏審旗納林河果園進(jìn)行用煙霧劑防霜凍的試驗(yàn)。2年試驗(yàn)表明，人工煙霧防霜與不防霜園的氣溫差別很大，煙霧區(qū)內(nèi)低溫平均值為-1.1～2.1℃，普遍高于對(duì)照區(qū)溫度2.1～2.6℃，試驗(yàn)區(qū)沒有出現(xiàn)凍害。蘭學(xué)成利用新型發(fā)熱發(fā)煙劑作為果樹防霜新型產(chǎn)品進(jìn)行防霜試驗(yàn)，在每公頃地安置240塊防霜產(chǎn)品時(shí)能，溫度平均提高1.5～2℃；每公頃地安置375塊防霜產(chǎn)品時(shí)溫度平均提高2～3℃，煙霧維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1.5h以上，凍花率分別為6.75%、4.43%，而對(duì)照的凍花率為57.66%。

Doesken等和Antuio C等指出，風(fēng)扇防霜效果主要由逆溫強(qiáng)度和最低溫度決定，逆溫強(qiáng)度達(dá)到（1.5～2.0）℃/10m以上時(shí)才有較好的增溫效果。尹憲志等利用一種新型高架長(zhǎng)葉片防霜機(jī)，在甘肅省天水市麥積區(qū)城郊南山進(jìn)行防霜試驗(yàn)，防霜機(jī)開啟后對(duì)果園近地層氣溫有升溫效果，其中近地層1～3m升溫明顯，尤其是近地層1m高度增溫最明顯。胡永光等利用CD-10型小型植保無(wú)人機(jī)進(jìn)行氣流擾動(dòng)防霜，試驗(yàn)得出在飛行高度5.0m、飛行速度6.0m/s和飛行時(shí)間間隔30min的飛行參數(shù)組合下，防霜效果最佳，可提高茶樹冠層溫度3.83℃。

Smyth和Skates利用太陽(yáng)能熱水應(yīng)用于葡萄園防霜，系統(tǒng)主要由黑色聚合物材料的薄膜密封而成，其中充滿一定量的水，如被子一樣攤鋪于葡萄園內(nèi)地面上，利用其很強(qiáng)的太陽(yáng)能吸收能力，在2個(gè)葡萄園進(jìn)行了加熱效果的試驗(yàn)，該系統(tǒng)每天可蓄積3500MJ/hm²的熱量，提高空氣溫度1℃。

加熱法更多的是采用液體燃料爐的形式，通過爐體金屬吸熱放熱，或者使用管路，將熱風(fēng)送至遠(yuǎn)處，以回風(fēng)煙囪加熱爐效果較好，一般每公頃放30個(gè)，可使果園內(nèi)離地1.5m的氣溫比果園外可高出2℃。在加熱爐的設(shè)計(jì)和使用中注意避免發(fā)生煙害。加熱防霜適合于無(wú)風(fēng)、逆溫明顯的夜間，通常與氣流擾動(dòng)法（風(fēng)機(jī)）配合使用。

3防霜可行性分析

洛川縣1955-2014年60年中有18年出現(xiàn)花期凍害，在18年當(dāng)中只有6年溫度低于-3.3℃，占1/3，出現(xiàn)嚴(yán)重凍害，其余凍害年份凍害均較輕。世界各地研究表明，不管是噴灌防霜、煙霧防霜、擾動(dòng)防霜、加熱防霜均能增溫2℃以上，在洛川進(jìn)行防霜試驗(yàn)，當(dāng)最低溫度高于-3.3℃時(shí)，也就是出現(xiàn)輕霜凍時(shí)，采用單一防霜方法，均能將溫度提高到-1.7℃以上，避免出現(xiàn)凍害。

出現(xiàn)嚴(yán)重凍害時(shí)，由于持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、溫度低，采用單一方法進(jìn)行防霜就不能完全保證將溫度提高到-1.7℃以上，必須進(jìn)行2種方法組合進(jìn)行防霜。嚴(yán)重凍害時(shí)對(duì)應(yīng)的天氣復(fù)雜，有較強(qiáng)的風(fēng)速、降雪，限制了煙霧防霜、擾動(dòng)防霜的應(yīng)用，防霜效果降低，宜采用噴灌防霜、加熱防霜技術(shù)方法。

4結(jié)論與討論

（1）洛川縣1955-2014年花期最低溫度，≤0℃出現(xiàn)40年，≤-1.7℃出現(xiàn)18年，≤-2.8℃出現(xiàn)8年，花期凍害基本上3年1遇，嚴(yán)重災(zāi)害7～8年1遇。在1955-1979年的25年，凍害天氣出現(xiàn)較多，1980-1999年的20年，凍害天氣10年1遇，2000年以后，凍害天氣出現(xiàn)又明顯較多，出現(xiàn)凍害天氣時(shí)的最低溫度值偏低，由于氣候變暖，花期提前，造成的損失較重。蘋果花期凍害主要集中在4月6-18日，出現(xiàn)次數(shù)占總次數(shù)的93%，蘋果凍害以影響花蕾為主。最低溫度小于-3.3℃的6次降溫過程，對(duì)應(yīng)出現(xiàn)了降水、積雪和大的風(fēng)速，說明有強(qiáng)的冷空氣入侵。

（2）對(duì)比分析表明，洛川縣2/3的凍害天氣過程中，采用噴灌防霜、煙霧防霜、擾動(dòng)防霜等單一的防霜技術(shù)方法，均能保證不出現(xiàn)凍害，但在嚴(yán)重凍害出現(xiàn)時(shí)，由于天氣復(fù)雜，導(dǎo)致防霜效果降低，要采用綜合措施進(jìn)行防霜。

（3）由于防霜效果多來(lái)源于文獻(xiàn)資料，空氣擾動(dòng)法在國(guó)內(nèi)試驗(yàn)還很少，分析結(jié)果可能有偏差，防霜技術(shù)檢驗(yàn)和效果分析還有待在今后的試驗(yàn)中不斷完善。