慶陽(yáng)蘋(píng)果的氣候資源利用分析

■ 張?zhí)旆?，姜惠峰，王位泰，何?shù)州，張秉政

（1.甘肅省慶陽(yáng)市氣象學(xué)會(huì)，甘肅 慶陽(yáng) 745000；2.甘肅省慶陽(yáng)市氣象局，甘肅 慶陽(yáng) 745000）

慶陽(yáng)市的海拔較高，土層深厚，質(zhì)地疏松，透氣蓄水能力強(qiáng)，富含鉀、鈣、鎂、鋅、硒等多種微量元素，擁有種植高品質(zhì)蘋(píng)果得天獨(dú)厚的自然條件，地處世界公認(rèn)蘋(píng)果最佳優(yōu)生區(qū)。

農(nóng)業(yè)氣候資源是決定種植分布的重要基礎(chǔ)，氣候變化也對(duì)全球的種植制度和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大的影響，農(nóng)作物原有的氣候適宜種植區(qū)發(fā)生了變化[1-2]。我國(guó)果樹(shù)和氣象工作者十分重視氣象因子與蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系研究，蘋(píng)果氣候適宜性區(qū)劃研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代，陸秋農(nóng)[3]研究了我國(guó)蘋(píng)果的分布區(qū)劃與生態(tài)因子的關(guān)系，李世奎等[4]對(duì)我國(guó)蘋(píng)果進(jìn)行了種植區(qū)劃研究，魏欽平等[5-7]研究了蘋(píng)果優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的最適氣象因子并進(jìn)行了氣候區(qū)劃，將蘋(píng)果生產(chǎn)分成不同栽培類(lèi)型區(qū)。此后針對(duì)部分重點(diǎn)種植區(qū)域，山東、陜西和遼寧等蘋(píng)果主產(chǎn)省基于統(tǒng)計(jì)方法和地理信息系統(tǒng)分別對(duì)當(dāng)?shù)氐奶O(píng)果氣候適宜性進(jìn)行過(guò)劃分，但在氣候因子的選擇上存在較大差異，也未再開(kāi)展面向全國(guó)范圍的區(qū)劃研究。

屈振江等[8]于2016年基于中國(guó)1981-2010年2 084個(gè)氣象臺(tái)站資料和203個(gè)富士蘋(píng)果種植區(qū)分布的地理數(shù)據(jù)，利用最大熵（MaxEnt）模型和ArcGIS平臺(tái)，從物種分布機(jī)理與品質(zhì)兩方面研究了影響富士蘋(píng)果在中國(guó)分布的主導(dǎo)氣候因子及適宜范圍，并對(duì)其氣候適宜性進(jìn)行區(qū)域劃分和評(píng)價(jià)，結(jié)果表明甘肅省慶陽(yáng)市中南部塬區(qū)是氣候適宜度最高的區(qū)域之一（圖1），這與《全國(guó)蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)區(qū)域發(fā)展規(guī)劃》和其他一些分析區(qū)劃結(jié)論基本是一致的。

氣象因子是蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵因素，影響富士蘋(píng)果種植的潛在氣候影響因子主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是基于物種分布機(jī)理的決定植物地理分布的氣候因子[5]，主要包括其能夠忍受的最低溫度、完成正常生長(zhǎng)所需的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和熱量條件及用于維持自身生長(zhǎng)的水分供應(yīng)；另一類(lèi)是保證其產(chǎn)量和品質(zhì)形成的因子[3-8]，主要包括光照條件、氣溫日較差、果實(shí)膨大期的溫濕度條件等。

本文首次通過(guò)對(duì)已有關(guān)于富士蘋(píng)果及蘋(píng)果區(qū)劃研究成果并結(jié)合自然植被區(qū)劃，結(jié)合吳健君等[9-10]關(guān)于慶陽(yáng)蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)的研究成果和1981年全國(guó)蘋(píng)果區(qū)劃報(bào)告分析提出的優(yōu)質(zhì)蘋(píng)果生產(chǎn)氣象指標(biāo)，篩選出具有明確生物學(xué)意義，可能影響富士蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)的氣象因素，包括蘋(píng)果生長(zhǎng)的基本氣象因子10個(gè)（表1），對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量有明顯影響的氣象因子9個(gè)（表2），對(duì)蘋(píng)果品質(zhì)有明顯影響的氣象因子9個(gè)（表3），綜合評(píng)述慶陽(yáng)市這三類(lèi)氣象因子的優(yōu)勢(shì)和不足，探討如何更好地開(kāi)發(fā)利用本地氣候資源，發(fā)展壯大蘋(píng)果栽植產(chǎn)業(yè)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

一、資料和方法

（一）資料來(lái)源

利用西峰國(guó)家基本氣象站1951-2018年地面氣象觀測(cè)資料，西峰國(guó)家一級(jí)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站蘋(píng)果物候1984-2018年觀測(cè)資料，結(jié)合慶陽(yáng)市果業(yè)局提供的蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)分析資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（二）各項(xiàng)氣象因子的物理意義及對(duì)蘋(píng)果生長(zhǎng)的影響

年平均氣溫和年較差作為反映區(qū)域年總熱量資源及其變幅，最冷月平均氣溫反映果樹(shù)是否能夠正常越冬及休眠，降水作為維持果樹(shù)生長(zhǎng)和冠層平衡而需要并納入影響其生理存在的氣象因子，日照是蘋(píng)果進(jìn)行光合作用生長(zhǎng)的基本氣象要素。[11]

（三）計(jì)算方法

基本氣象要素按照《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[12]，對(duì)應(yīng)蘋(píng)果物候期觀測(cè)資料按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范》進(jìn)行觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)[13]。

表1 蘋(píng)果生長(zhǎng)的基本氣象因子一覽表

二、結(jié)果分析

（一）蘋(píng)果生長(zhǎng)的基本氣象因子分析

蘋(píng)果生長(zhǎng)的基本氣象因子是基于物種分布機(jī)理的決定植物地理分布的氣候因子，主要包括其能夠忍受的最低溫度、完成正常生長(zhǎng)所需的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和熱量條件及用于維持自身生長(zhǎng)的水分供應(yīng)，包括年平均氣溫、最冷月平均氣溫、1月中旬平均溫度、年極端最低氣溫、氣溫年較差、≥35℃的高溫日數(shù)、無(wú)霜期、年降水量、年日照時(shí)數(shù)、生長(zhǎng)期日數(shù)等。

表1可知，1月中旬平均溫度、年極端最低氣溫、氣溫年較差、≥35℃高溫日數(shù)等幾項(xiàng)指標(biāo)完全滿足蘋(píng)果種植的需要。

（二）對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量有明顯影響的不利氣象因子分析

與蘋(píng)果產(chǎn)量密切相關(guān)的氣象因子包括生長(zhǎng)季（4～10月）日照時(shí)數(shù)、生長(zhǎng)季平均氣溫、生長(zhǎng)季≥10℃活動(dòng)積溫、生長(zhǎng)季溫量指數(shù)、生長(zhǎng)季降水量、4～8月≥10℃活動(dòng)積溫、4～8月總降水量、4～8月日照時(shí)數(shù)、6～8月降水量等。

由表2可知，生長(zhǎng)季（4～10月）日照時(shí)數(shù)、生長(zhǎng)季（4～10月）平均氣溫、4～8月≥10℃活動(dòng)積溫、4～8月日照時(shí)數(shù)等指標(biāo)完全符合蘋(píng)果產(chǎn)量形成需要。

（三）對(duì)蘋(píng)果品質(zhì)有明顯影響的氣象因子分析

對(duì)蘋(píng)果品質(zhì)有明顯影響的氣象因子包括夏季平均氣溫、夏季最低氣溫、夏季氣溫日較差、夏季空氣相對(duì)濕度、8～9月日照時(shí)數(shù)、9月氣溫日較差、8月降水量、9月最低氣溫、4～10月≥10℃有效積溫等。

由表3可知，夏季平均氣溫及空氣相對(duì)濕度、9月最低氣溫、8～9月日照時(shí)數(shù)四項(xiàng)指標(biāo)基本符合要求，夏季最低氣溫、夏季氣溫日較差大多數(shù)年份能夠保證，9月氣溫日較差、8月降水量、4～10月≥10℃有效積溫大多數(shù)年份不能滿足需求，對(duì)蘋(píng)果品質(zhì)造成嚴(yán)重影響，這種階段性熱量、水分不足是造成慶陽(yáng)市中南部蘋(píng)果品質(zhì)不如北部環(huán)縣和平?jīng)鲮o寧縣蘋(píng)果品質(zhì)的主要原因（慶陽(yáng)現(xiàn)代蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系服務(wù)信息〔2018〕第2期2017年慶陽(yáng)蘋(píng)果品質(zhì)鑒測(cè)結(jié)果分析簡(jiǎn)報(bào)）。

（四）主要?dú)夂蝻L(fēng)險(xiǎn)和氣象災(zāi)害

1.春季花期凍害是富士蘋(píng)果產(chǎn)量形成的最大氣候風(fēng)險(xiǎn)。如圖2所示，2000年以來(lái)蘋(píng)果開(kāi)花期明顯提前，對(duì)應(yīng)時(shí)段的西峰國(guó)家基本氣象站極端最低氣溫卻更低，其間共出現(xiàn)過(guò)4次小于-3.0℃，最低達(dá)-5.2℃，其中3次由于開(kāi)花期與最低氣溫出現(xiàn)時(shí)段錯(cuò)位而未發(fā)生嚴(yán)重凍害。

如圖3所示，隨著氣候變暖生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)比無(wú)霜期更加明顯，生長(zhǎng)期延長(zhǎng)3.55天/10a，無(wú)霜期增加僅有0.79天/10a，二者速率相差3倍多，這些都表明在氣候變暖的背景下，蘋(píng)果生長(zhǎng)期延長(zhǎng)有利于光熱資源的利用，但是霜凍災(zāi)害的氣候風(fēng)險(xiǎn)明顯增加。

2.冰雹災(zāi)害對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)具有毀滅性損害。冰雹可能造成蘋(píng)果脫落、砸落葉片、損傷枝條。

3.果實(shí)成熟期的連陰雨，嚴(yán)重阻礙蘋(píng)果的糖分積累，影響果實(shí)的著色和正常成熟，品質(zhì)降低。

4.氣象因素引起的病蟲(chóng)害發(fā)生發(fā)展是造成富士蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一。李金章等[17]分析，腐爛病、落葉病、銹病等病害和蚜蟲(chóng)、葉螨等害蟲(chóng)與天氣氣候條件緊密相關(guān)，原因比較復(fù)雜，本文不做進(jìn)一步討論。

三、結(jié)論與討論

總體來(lái)看，慶陽(yáng)市熱量資源、光照資源總量充足，時(shí)空分布較為均勻，但存在階段性不能滿足需求的問(wèn)題。隨著氣候變暖，生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，可利用熱量、光照資源呈增多趨勢(shì)。我國(guó)果樹(shù)的光能利用率僅在1.0%左右，據(jù)估算，光能利用率提高0.1%，蘋(píng)果畝產(chǎn)量可增加300kg[18]。

水分資源總量基本滿足，生長(zhǎng)季保證率達(dá)到76%，但時(shí)空分布極為不均，階段性供給不足成為蘋(píng)果生長(zhǎng)的主要限制因素，可通過(guò)加強(qiáng)水利工程建設(shè)，灌溉補(bǔ)給能夠解決水分資源的分配不均和總量不足。

熱量、光照、水分資源充足且相互配置合理，時(shí)空分布均勻，是蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)形成的基本氣象條件。

蘋(píng)果生長(zhǎng)期隨著氣候變暖逐步延長(zhǎng)，春季果樹(shù)萌發(fā)花期提早，有利于提高果品品質(zhì)，但是寒潮霜凍強(qiáng)度和頻次風(fēng)險(xiǎn)增加，對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量帶來(lái)了明顯影響，這是慶陽(yáng)市果業(yè)生產(chǎn)的最大氣候風(fēng)險(xiǎn)。

國(guó)內(nèi)外在氣象因子對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量、品質(zhì)的影響方面已有較多研究，但大都處于定性分析的水平，個(gè)別針對(duì)光、熱、水等氣象條件對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量的影響進(jìn)行了定量化分析，但研究尚不充分。

四、對(duì)策建議

第一，人工及時(shí)補(bǔ)給土壤水分是提高熱量、光照、水分資源利用率最為有效的途徑之一，也是干旱地區(qū)提高果品產(chǎn)量和品質(zhì)的有效途徑。

表2 對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量有明顯影響的氣象因子一覽表

第二，可通過(guò)加強(qiáng)水利工程建設(shè)，灌溉補(bǔ)給能夠解決水分資源的分配不均和總量不足。

第三，加強(qiáng)氣象災(zāi)害防御和病蟲(chóng)害防治，研究強(qiáng)晚霜凍、冰雹、干旱、連陰雨等災(zāi)害性天氣和病蟲(chóng)害的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，采用有效應(yīng)對(duì)措施，盡量減輕災(zāi)害性天氣和病蟲(chóng)害造成的影響。

第四，建議各級(jí)政府和社會(huì)各界大力支持、形成合力，提高慶陽(yáng)市蘋(píng)果的生產(chǎn)集約化水平，著力提高蘋(píng)果品質(zhì)，使蘋(píng)果成為貧困落后地區(qū)利用比較優(yōu)勢(shì)發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)的最佳途徑，可以精準(zhǔn)穩(wěn)定脫貧。

第五，慶陽(yáng)市通過(guò)多年蘋(píng)果栽植，培養(yǎng)了許多蘋(píng)果栽植科技工作者，積累了大量擁有技能的廣大果農(nóng)，通過(guò)政府大力支持，發(fā)揮人力資源優(yōu)勢(shì)，綜合應(yīng)用市場(chǎng)力量，壯大果品產(chǎn)業(yè)。

表3 對(duì)蘋(píng)果品質(zhì)有明顯影響的氣象因子一覽表

圖2 1984-2018年4月6-25日最低氣溫與開(kāi)花期日期對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

圖3 1951-2017年慶陽(yáng)市生長(zhǎng)期與無(wú)霜期變化圖

表4 關(guān)鍵影響因子不同時(shí)段降水量及相關(guān)因素一覽表（單位：mm）