冀中南極端天氣對(duì)林果凍害的影響及防御對(duì)策

魏麗欣，張良玉*，王蓉蓉，李春強(qiáng)，王 歡

(1.河北省保定市氣象局，河北 保定 071000；2.河北省氣象科學(xué)研究所，河北 石家莊 050021；3.河北省徐水區(qū)氣象局，河北 徐水 072550)

河北省屬溫帶季風(fēng)氣候，適合林果種植。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全省果樹(shù)種植面積和年產(chǎn)量分別居全國(guó)第1位和第2位[1]。近年來(lái)，河北林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展按照推進(jìn)精準(zhǔn)扶貧、服務(wù)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革要求，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快科技創(chuàng)新，全面提升果品產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)水平。十三五規(guī)劃也強(qiáng)調(diào)了水果特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，推進(jìn)果園標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提高果品質(zhì)量水平。隨著全球氣候變暖[2-3]，氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生，果樹(shù)抗寒能力變得越來(lái)越弱，春季低溫凍害發(fā)生幾率越來(lái)越高。李健等[4]研究了陜西果樹(shù)花期低溫凍害特征及防御對(duì)策；王琪珍等[5]研究了2009年冬萊蕪果業(yè)低溫霜凍災(zāi)害的成因及防御對(duì)策；李海燕等[6]對(duì)2000年以來(lái)庫(kù)爾勒市果樹(shù)凍害氣象條件進(jìn)行了綜合分析。果樹(shù)花期越提前，遭遇霜凍危害的可能性就越大[7]。2018年4月3～7日出現(xiàn)了極端寒潮降溫天氣，通過(guò)災(zāi)后實(shí)地踏勘果園，河北省中南部果樹(shù)花期受災(zāi)較重，有的果園幾乎絕收。本文研究了此次極端天氣對(duì)林果生長(zhǎng)季產(chǎn)生凍害的影響和防御對(duì)策，旨在為果樹(shù)生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化、提高果品的產(chǎn)量和品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)，以及對(duì)現(xiàn)代果樹(shù)生產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)、趨利避害提供參考[8]。

1 資料與方法

選取河北省順平縣和武安市氣象站數(shù)據(jù)，分別代表河北省中南部林果生產(chǎn)地區(qū)的資料進(jìn)行分析。歷年同期選取1988～2017年的氣象資料序列。氣象要素包括：氣溫、降水、風(fēng)速、地溫、凍土等。物候花期、災(zāi)情及影響資料來(lái)源于河北農(nóng)大專家、河北省氣象科學(xué)研究所的實(shí)地調(diào)查。

運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析逐旬、日、時(shí)的溫度變化特征。利用Excel 2003軟件制作24 h降溫幅度差值線；利用持續(xù)低溫指數(shù)分析凍害的程度[9]，持續(xù)低溫指數(shù)=最低氣溫×最低溫持續(xù)時(shí)間；對(duì)歷年4月上旬的最低氣溫進(jìn)行了線性氣候傾向趨勢(shì)分析。綜合考慮凍害過(guò)程中各種氣象環(huán)境因子的影響[10],結(jié)合實(shí)地調(diào)查，對(duì)比分析果樹(shù)的受凍情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)況及災(zāi)情

2018年4月3～7日，正值果樹(shù)開(kāi)花的生長(zhǎng)季節(jié)，河北省出現(xiàn)了大范圍雨雪、大風(fēng)寒潮極端天氣，河北省中南部受災(zāi)較重。雨雪出現(xiàn)在4月4～5日，氣溫劇烈下降；6日出現(xiàn)大風(fēng)，氣溫有所回升，7日又有所下降；中南部降水量均在10 mm以下；7～9級(jí)大風(fēng)主要出現(xiàn)在4月3日和6日。據(jù)農(nóng)情調(diào)查，4月9日至11日，河北省林業(yè)廳組織果樹(shù)專家赴河北中南部調(diào)查雨雪寒潮降溫天氣的重災(zāi)區(qū)。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，河北中南部沿太行山部分地區(qū)梨、核桃、蘋(píng)果、花椒等林果正處于開(kāi)花期，均遭受了不同程度的凍害。受災(zāi)輕的新芽、花瓣凍傷；重的嫩芽、花器全部?jī)鏊溃瑖?yán)重影響了正常開(kāi)花授粉和坐果，造成嚴(yán)重減產(chǎn)甚至絕收。根據(jù)受凍情況，4月13日至18日，河北省部門(mén)聯(lián)合開(kāi)展了核桃低溫凍害指標(biāo)修訂試驗(yàn)工作。表1為幾種林果花期凍害的臨界溫度[11]。

表1 幾種林果凍害的臨界溫度℃

2.2 溫度對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)的影響

2.2.1 極端天氣前期旬、積溫變化與物候期的關(guān)系 由圖1看出，中南部前期氣溫變化趨勢(shì)基本一致，南部比中部地區(qū)各旬氣溫上升較快。中、南部地區(qū)旬距平最大值(5.6 ℃、7.4 ℃)均出現(xiàn)在3月下旬，3月下旬日最高氣溫分別為31.6 ℃、33.0 ℃。其中，2018年南部地區(qū)有7個(gè)旬氣溫偏高，其中2～3月有連續(xù)5個(gè)旬氣溫偏高1.2～7.4 ℃，溫度異常偏高，反常的高溫使果樹(shù)迅速生長(zhǎng)。許多研究表明，開(kāi)花前一定時(shí)期內(nèi)溫度高則開(kāi)花早[11]。氣溫距平最小值(-3.2 ℃、-1.9 ℃)出現(xiàn)在1月下旬，其次是2月上旬，溫度偏低，有利于滿足果樹(shù)需冷量，鍛煉果樹(shù)越冬抗寒能力，提前解除休眠期。

圖1 2018年1～3月旬氣溫距平的變化

花期的早晚與溫度條件關(guān)系密切。由表2看出，2018年花期前≥0 ℃、≥3 ℃積溫與歷史同期對(duì)比，均偏多；與2017年同期對(duì)比，中部地區(qū)偏少?！? ℃積溫比歷年偏高，造成了果樹(shù)花期提前。據(jù)調(diào)查，2018年果樹(shù)花期比歷年同期偏早2～4 d。由于河北省中南部終霜日在4月上中旬，此次極端天氣正發(fā)生在4月上旬，花期的提前和春季變暖增加了果樹(shù)凍害的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 4月上旬逐日溫度變化 從圖2、圖3可以看出，中、南部地區(qū)各氣溫的變化趨勢(shì)基本一致，日平均氣溫均在0 ℃以上，最低氣溫在4月4～7日期間波動(dòng)較大。中、南部地區(qū)最高氣溫(30.7 ℃、34.1 ℃)均在4月2日達(dá)到頂峰；中部地區(qū)最低氣溫(-2.3 ℃)在7日達(dá)到最低點(diǎn)，其次是5日(0.2 ℃)。南部地區(qū)最低氣溫(-0.5 ℃)在5日達(dá)最低點(diǎn)，其次是7日(1.3 ℃)。晚霜凍致使果樹(shù)花期受凍。果樹(shù)休眠期解除后所遭遇的凍害，主要表現(xiàn)為花期凍害或冷害，其與果樹(shù)的發(fā)育期和極端最低氣溫密切相關(guān)。當(dāng)日最低氣溫≤0 ℃時(shí)，會(huì)發(fā)生低溫凍害；≤-2 ℃時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重低溫凍害。果樹(shù)花期凍害在河北中南部沿太行山發(fā)生較多。

表2 2018年林果花前不同積溫與歷史同期積溫距平對(duì)比℃·d

近年來(lái)，春季氣溫多變，特別是高低溫出現(xiàn)異常，會(huì)對(duì)植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育有較明顯的影響[12]，此次極端天氣自4月3日冷空氣逐漸侵入，氣溫稍有下降，4～5日出現(xiàn)雨雪天氣，4～7日最高氣溫出現(xiàn)了低-高-低-高趨勢(shì)，日最低氣溫出現(xiàn)高-低-高-低，趨勢(shì)正好相反。氣溫日較差大，天氣忽冷忽熱，從24 h變溫差值線看出，均在4日和7日下降幅度明顯。次日白天氣溫升溫快，又會(huì)加重果樹(shù)的凍害。

圖2 中部地區(qū)的氣溫日變化

圖3 南部地區(qū)的氣溫日變化

由表3得出，中、南部地區(qū)在4月4日均達(dá)到了氣象標(biāo)準(zhǔn)的寒潮降溫天氣。中、南部地區(qū)24 h降溫幅度基本持平，48 h降溫幅度較大。氣溫的驟降嚴(yán)重破壞了果樹(shù)的生理規(guī)律[13]。強(qiáng)寒潮發(fā)生在春季，會(huì)造成大面積的農(nóng)作物受凍，災(zāi)害程度會(huì)因冷空氣入侵范圍不同而有較大差異。

2.2.3 逐時(shí)溫度、最低溫度、最低溫度持續(xù)時(shí)間的變化分析 由圖4可知，中部地區(qū)≤0 ℃的溫度出現(xiàn)在7日凌晨3：00～7：00，長(zhǎng)達(dá)5 h。其中≤-2 ℃的溫度達(dá)2 h；南部地區(qū)≤0 ℃的溫度出現(xiàn)在5日凌晨2：00～8：00，長(zhǎng)達(dá)7 h，但未出現(xiàn)≤-2 ℃的溫度。據(jù)農(nóng)情調(diào)查，中部地區(qū)的梨樹(shù)正處于盛花期，南部地區(qū)的核桃和蘋(píng)果、花椒正處于盛花期。春季開(kāi)始果樹(shù)的耐冷性逐漸減弱，開(kāi)花至果實(shí)成熟前耐冷性最低。不同的果樹(shù)花蕾期、開(kāi)花期對(duì)冷凍的承受力各異，花期受凍會(huì)導(dǎo)致坐果率低、較多畸形果，降低果品的品質(zhì)和產(chǎn)量。此次雨雪過(guò)后出現(xiàn)持續(xù)降溫，處于盛花期的果樹(shù)都受到了嚴(yán)重傷害。

圖4 各地區(qū)的逐時(shí)溫度變化對(duì)比

項(xiàng)目日最低氣溫/℃24 h降溫幅度/℃48 h降溫幅度/℃達(dá)標(biāo)日期/(月/日)寒潮降溫標(biāo)準(zhǔn)≤4.0>8.0>10.0/中部地區(qū)-2.38.015.94/4南部地區(qū)-0.58.122.34/4

不同地區(qū)的果樹(shù)受凍程度不僅與最低溫度有關(guān)，還與最低溫度持續(xù)時(shí)間有關(guān)，最低溫度與最低溫度持續(xù)時(shí)間具有相乘的疊加效應(yīng)。由表4可知，中部持續(xù)低溫指數(shù)比南部低，據(jù)受凍情況的調(diào)查，中部比南部受凍程度嚴(yán)重。

表4 不同地區(qū)的最低氣溫及林果的受凍情況

2.2.4 歷年4月上旬最低氣溫變化特征 由圖5可知，歷年4月上旬最低氣溫出現(xiàn)在1991年，達(dá)-3.5 ℃，最高出現(xiàn)在2014年，達(dá)6.7 ℃。最低氣溫呈明顯的上升趨勢(shì)[14]，上升速率為1.3 ℃/10 a,并通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)。20世紀(jì)80～90年代最低氣溫偏低；21世紀(jì)以來(lái)上升趨勢(shì)更加明顯。2018年4月上旬最低氣溫在近20年出現(xiàn)了最低點(diǎn)。氣候變暖，春季低溫的出現(xiàn)極易發(fā)生凍害。

圖5 歷年4月上旬最低氣溫的變化趨勢(shì)

2.3 降水、大風(fēng)對(duì)林果生長(zhǎng)的影響

4月4～5日出現(xiàn)了雨雪天氣，中部降水量為0.7～7.5 mm，最大出現(xiàn)在平山；南部地區(qū)的降水量為1.8～5.0 mm，最大出現(xiàn)在內(nèi)丘。在果樹(shù)生長(zhǎng)期，春季出現(xiàn)的低溫凍害多表現(xiàn)為由冷平流引起的“平流霜凍”，俗稱“風(fēng)霜”[15]，常伴隨強(qiáng)風(fēng)和陰雨天氣過(guò)程，雨雪天氣增加了空氣濕冷，果樹(shù)花期在濕冷的環(huán)境里耐冷性弱，濕冷會(huì)加重凍害。據(jù)調(diào)查，有的雪堆積在花朵上，溫度低，不易融化，對(duì)花朵有直接的傷害，凍害程度進(jìn)一步加重。受害果樹(shù)樹(shù)冠上部受害較輕，下部較重，自上而下發(fā)展，迎風(fēng)坡面和暴露的丘陵上部受害最重。

寒潮降溫期間，4月3日和6日均出現(xiàn)7～9級(jí)大風(fēng)天氣。中部地區(qū)在6日0：00～20:00連續(xù)出現(xiàn)大風(fēng)天氣，最大風(fēng)速為24.4 m/s；南部地區(qū)在6日8：00～20:00連續(xù)出現(xiàn)大風(fēng)天氣，最大風(fēng)速為23.6 m/s。中部比南部地區(qū)的大風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)速大，造成的凍害較嚴(yán)重。在果樹(shù)開(kāi)花期，遇到大風(fēng)，還會(huì)影響昆蟲(chóng)活動(dòng)、傳粉。風(fēng)不直接造成冷凍害，但在低溫條件下會(huì)影響冷凍害的發(fā)生和發(fā)展。在低溫強(qiáng)度相似的條件下，風(fēng)速越大凍害越嚴(yán)重。

2.4 土壤環(huán)境對(duì)林果生長(zhǎng)季的影響

在雨雪、大風(fēng)天氣之后，7日氣溫下降，中、南部地區(qū)地面溫度下降到0 ℃以下。地面最低溫度分別達(dá)到了-6.3～-6.6 ℃，部分縣出現(xiàn)了淺層凍土。5 cm地溫接近0 ℃，土壤溫度較低，阻礙了根系吸收水分，并使根系呼吸速率降低，代謝減弱，生長(zhǎng)緩慢，然后影響根系生長(zhǎng)，從而影響果樹(shù)的生長(zhǎng)。

3 防御對(duì)策

3.1 凍害防御

提高防范意識(shí)[16]。北方春季寒潮天氣頻繁，不同地區(qū)程度差別較大，根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于可能造成災(zāi)害的強(qiáng)寒流要提高防患意識(shí)，不能存在僥幸心理，應(yīng)多渠道獲取氣象臺(tái)發(fā)布的預(yù)報(bào)、預(yù)警信息和針對(duì)強(qiáng)寒潮天氣對(duì)果樹(shù)影響的服務(wù)產(chǎn)品，及時(shí)采取防低溫凍害的應(yīng)對(duì)措施。

采取防御措施。每個(gè)果園應(yīng)在樹(shù)體加掛溫度計(jì)，及時(shí)了解凍害的臨界溫度，并采取應(yīng)對(duì)措施；冬春應(yīng)加強(qiáng)水肥管理，增強(qiáng)樹(shù)勢(shì)，提高樹(shù)體自身的防凍能力；花期灌水和噴水，延遲花期，土壤降溫慢，預(yù)防凍害；樹(shù)冠噴白，減少對(duì)太陽(yáng)光能的吸收，延遲開(kāi)花日期；降溫夜間對(duì)果園進(jìn)行熏煙提高果園溫度，降低災(zāi)害的程度[17]；根據(jù)果樹(shù)的受凍情況，考慮地形，對(duì)果樹(shù)品種進(jìn)行更新?lián)Q代，選取抗凍性強(qiáng)的果樹(shù)。

3.2 凍害補(bǔ)救

摘除殘花凍枝，延遲疏花疏果：通過(guò)摘除受凍殘花、剪除受凍樹(shù)枝、噴施生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、推遲疏花疏果時(shí)間等措施減輕災(zāi)害損失。加強(qiáng)輔助授粉：對(duì)處于初花和盛花的果園，適時(shí)開(kāi)展果園放蜂、人工輔助授粉。追肥促樹(shù)勢(shì)：加強(qiáng)果園肥水管理，通過(guò)地面和樹(shù)上噴施相結(jié)合的方法補(bǔ)施肥料，利于樹(shù)勢(shì)恢復(fù)，促進(jìn)樹(shù)體生長(zhǎng)和幼果發(fā)育。加強(qiáng)病蟲(chóng)監(jiān)測(cè)防治：受凍果樹(shù)抗逆能力差，易發(fā)生病蟲(chóng)害，應(yīng)及時(shí)噴灑農(nóng)藥，加強(qiáng)病蟲(chóng)害綜合監(jiān)測(cè)防治。

4 結(jié)論

通過(guò)分析河北中南部春季極端天氣變化特征和果樹(shù)生長(zhǎng)季物候期的關(guān)系，得出中部比南部地區(qū)受凍嚴(yán)重。針對(duì)實(shí)地調(diào)查凍害發(fā)生情況，影響凍害發(fā)生的因素存在交互和疊加效應(yīng)。凍害程度是由多個(gè)因素相互作用。2018年春季極端天氣對(duì)果樹(shù)的主要影響因素包括最高氣溫、最低氣溫、持續(xù)低溫指數(shù)、風(fēng)速、降水量、地溫、凍土等。具體表現(xiàn)如下。

(1)3月氣溫異常偏高，花前≥5 ℃積溫均比歷史偏高，氣溫持續(xù)偏高，2018年花期提前2～4 d，花期提前增加了果樹(shù)凍害的風(fēng)險(xiǎn)。(2)4月上旬最低氣溫波動(dòng)較大，降溫劇烈，4月4～7日氣溫日較差大，天氣忽冷忽熱，加重了果樹(shù)的凍害。(3)逐時(shí)溫度分析得出，最低溫度與最低溫度持續(xù)時(shí)間具有相乘的疊加效應(yīng)，計(jì)算值和實(shí)地災(zāi)情調(diào)查相吻合，中部地區(qū)的災(zāi)情偏重。(4)歷年4月上旬最低氣溫呈上升趨勢(shì)，氣候變暖，2018年春季氣溫明顯下降易發(fā)生凍害。(5)4月4～5日中南部地區(qū)的降水量均在10 mm以下，雨雪天氣增加了空氣濕冷，雪對(duì)花朵造成了直接的凍害；3日和6日出現(xiàn)了7～9級(jí)大風(fēng)，中部大風(fēng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，極大風(fēng)速較大，影響了果樹(shù)花期的授粉和坐果。7日地面溫度最低下降到了0 ℃以下，部分縣出現(xiàn)了淺層凍土，土壤的低溫影響了果樹(shù)根部的生長(zhǎng)。

根據(jù)以上研究，果樹(shù)在發(fā)生低溫凍害時(shí)應(yīng)采取必要的措施，減小凍害的損失。在氣候變暖背景下，春季天氣多變，需關(guān)注由于氣溫回升快、果樹(shù)花期提前，遇到劇烈降溫后易發(fā)凍害。