氣候資源變化對(duì)隴東地區(qū)蘋果生產(chǎn)的影響

車向軍， 張?zhí)旆澹?任繼幫， 路學(xué)勤， 張謀草， 張俊林

(甘肅省慶陽市氣象局，甘肅慶陽 745000)

隴東地區(qū)地處甘肅東部，為青藏高原東部黃土高原溝壑區(qū)，地形復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱，氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響非常大[1]。隨著全球氣候變化，隴東地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)氣象條件亦發(fā)生相應(yīng)變化，熱量資源增加，農(nóng)耕期延長，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力增加[2]。隴東地區(qū)地處全國優(yōu)質(zhì)蘋果生產(chǎn)帶，是甘肅省的蘋果栽植基地。蘋果作為隴東地區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)林果，栽植面積逐年增加，尤其是近年來隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及作物布局優(yōu)化，隴東地區(qū)蘋果栽植面積達(dá)36萬hm2。因此，研究氣候資源變化對(duì)隴東地區(qū)蘋果生產(chǎn)的影響，降低蘋果生產(chǎn)的不確定性，配合開展蘋果出口示范區(qū)創(chuàng)建，對(duì)于確保果農(nóng)增產(chǎn)增收、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定及精準(zhǔn)脫貧有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

針對(duì)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，許多學(xué)者作了大量的研究和分析，受全球氣候變化影響，農(nóng)業(yè)氣候資源發(fā)生相應(yīng)變化，糧食作物產(chǎn)量下降，蘋果單位面積產(chǎn)量增加，生育期延長，但種植的脆弱性及因?yàn)?zāi)受損程度擴(kuò)大[3-5]。西北地區(qū)是氣候變暖最明顯的地區(qū)之一，增溫幅度明顯高于全國平均增溫水平，降水年際波動(dòng)增大，西北地區(qū)東部干旱趨于嚴(yán)重，極端天氣事件頻發(fā)，氣候變化對(duì)作物產(chǎn)量的不利影響更為顯著[6-8]。氣候暖干化使西北地區(qū)特色作物返青提前，生長發(fā)育進(jìn)程加快，旱作農(nóng)業(yè)區(qū)特色作物氣候產(chǎn)量下降[9-10]。氣象因子對(duì)蘋果品質(zhì)及產(chǎn)量影響的定量化研究不充分，災(zāi)害天氣增多，種植風(fēng)險(xiǎn)增加[11-12]。氣候變化背景下我國糧食生產(chǎn)安全已受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，2020—2050年我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將受到氣候變化的嚴(yán)重威脅[13-14]。因此，本研究從氣候資源開發(fā)利用方面分析隴東黃土高原氣候變化特征及對(duì)果業(yè)生產(chǎn)的影響，為該地果業(yè)生產(chǎn)應(yīng)對(duì)氣候變化、充分利用氣候資源提供理論決策依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

綜合考慮隴東地區(qū)的地形地貌、氣候特點(diǎn)，選取甘肅省慶陽市西峰區(qū)代表東部平塬溝壑地形、平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)代表西部殘塬山川地形、天水市麥積區(qū)代表南部丘陵河谷地形。以這3個(gè)氣象觀測站的氣象觀測資料為研究對(duì)象。

1.2 方法

隴東地區(qū)為溫帶大陸性氣候，屬半濕潤農(nóng)業(yè)氣候區(qū)，氣溫南部高于北部，降水量南部多于北部，氣候垂直差異明顯。雨季集中，分布不均，雨熱同季，光照資源豐富，氣溫日較差大，適宜大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)林果業(yè)。據(jù)西峰農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站蘋果觀測資料分析，隴東地區(qū)蘋果一般早春3月氣溫通過0 ℃即可萌動(dòng)，10月中旬果實(shí)采收完畢。因此，本研究的時(shí)間范圍為3—10月中旬。

本研究利用隴東地區(qū)1980—2018年西峰區(qū)、崆峒區(qū)、麥積區(qū)的逐月平均氣溫、降水量資料來分析蘋果生長物候期的萌芽期(3月)、開花期(4月)、果實(shí)膨大期(5—9月上旬)、著色期(9月中下旬)及成熟采收期(10月上中旬)[15]的氣候變化情況，通過Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)制圖及統(tǒng)計(jì)分析，研究氣候變化對(duì)蘋果生產(chǎn)的影響。

2 氣候變化對(duì)蘋果生長的影響分析

2.1 氣候變化的總體特征

根據(jù)隴東地區(qū)有蘋果物候觀測(1980年開始)以來氣象資料(表1)分析，平均氣溫呈上升趨勢，其中南部麥積的平均氣溫明顯高于西峰、崆峒1.9 ℃，西峰的平均氣溫較低，但升溫趨勢較快，為0.69 ℃/10年。3地升溫幅度均大于全國年平均升溫幅度[16]，且變化具有趨同性。進(jìn)入20世紀(jì)后，平均氣溫明顯上升，尤其是麥積近年來的平均氣溫屢創(chuàng)新高。

表1 1980年以來西峰、崆峒、麥積的氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)的年代變化情況

在降水量方面，西峰、麥積整體上為微弱增多趨勢，崆峒增多趨勢最為明顯，為13.3 mm/10年，且1990年以來持續(xù)增加。降水量的變化趨勢與西北地區(qū)變化趨勢不一致[17]，表現(xiàn)為地域差異明顯。多年平均降水量以西峰最多，為510.3 mm，崆峒最少，為476.3 mm，各地降水量年際差異較大。

日照時(shí)數(shù)的整體變化特征是崆峒、麥積為增加趨勢，分別為11.0、3.1 h/10年，西峰呈減少趨勢，為-13.3 h/10年。西峰的日照最為充足，麥積的日照時(shí)數(shù)最少。2011年以來，日照均為偏少變化趨勢，與陳少勇等的研究結(jié)論[18-19]一致。

2.2 氣候變化對(duì)蘋果生長的影響

蘋果是甘肅省隴東地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，位居三大支柱產(chǎn)業(yè)之首，是隴東地區(qū)大力發(fā)展的經(jīng)濟(jì)作物。近年來，由于地方政府的重視及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，蘋果栽植面積及產(chǎn)量逐年增加，但農(nóng)戶的收益不很穩(wěn)定，主要是由于蘋果生育期氣候年際變率大、花期凍害、持續(xù)陰雨及膨大期干旱高溫對(duì)蘋果產(chǎn)量及品質(zhì)影響明顯，氣候變化對(duì)蘋果生長發(fā)育有著重要的影響作用[20]。

2.2.1 蘋果萌動(dòng)期(3月)的氣候特征 初春3月，氣溫回升，日平均氣溫穩(wěn)定通過0 ℃，果樹解除休眠期，萌動(dòng)開始，進(jìn)行萌芽。由圖1-a、圖1-b看出，20世紀(jì)80年代蘋果樹萌動(dòng)期3月平均氣溫呈下降趨勢，20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初氣溫呈上升趨勢，近10年來氣溫變率(平均最高氣溫與平均最低氣溫的差)明顯增大，最大變率達(dá)7.1 ℃，且崆峒、西峰2011、2017年2次月平均氣溫﹤3 ℃，蘋果萌動(dòng)期延長，花期推遲。西峰降水量呈偏少趨勢，崆峒、麥積呈偏多趨勢，各地變化不一。初春土壤解凍，失墑迅速，易發(fā)生干旱，降水偏多有利于葉芽、花芽數(shù)量增加，提高坐果率。

2.2.2 蘋果花期(4月)的氣候特征 蘋果開花期抗寒能力下降，遭受凍害的風(fēng)險(xiǎn)增大，尤其是近年來隨著全球氣候變暖，隴東各地氣溫均呈上升趨勢(圖2-a)，增溫幅度為西峰>崆 峒> 麥積，蘋果開花期呈偏早趨勢，遭遇強(qiáng)降溫寒潮天氣，受災(zāi)嚴(yán)重，如2018年隴東地區(qū)3月份氣溫異常偏高，蘋果花期比歷年提前11 d，且遭受了強(qiáng)降溫天氣，花期出現(xiàn)了嚴(yán)重凍害， 使中心花、頂花喪失活力而干枯，子房凍死，個(gè)別果園減產(chǎn)50%以上，果農(nóng)損失慘重。近10年來，蘋果花期氣溫變幅相對(duì)縮小，但晚霜凍害天氣頻發(fā)。

蘋果花期降水量呈增多趨勢(圖2-b)，增加幅度為麥積>西峰>崆峒。由于隴東地區(qū)是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，春季干旱多發(fā)頻發(fā)，部分年份4月降水量不足10 mm，易造成果花因缺水而脫落及落果，降低坐果率。未來降水量增加，花期干旱程度將有所減輕。

同時(shí)，在降水偏多年份，花期有時(shí)遭遇持續(xù)低溫陰雨天氣，影響蘋果開花授粉，造成有花無果，并易發(fā)生霉心病。果園濕度大時(shí)，易發(fā)生腐爛病、褐斑病、輪紋病、斑點(diǎn)落葉病。

2.2.3 蘋果膨大期(5—9月上旬)的氣候特征 蘋果膨大期是蘋果產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，也是為下一年產(chǎn)量打下基礎(chǔ)的重要時(shí)期。崆峒、西峰、麥積的光熱條件能滿足蘋果膨大的正常生長需求，高溫和降水量是蘋果膨大期生長的主要?dú)夂蛴绊懸蛩亍８鞯靥O果膨大期降水量年際變率大且分布不均(圖3-a)，大多數(shù)年份降水偏少，其中西峰降水偏少年份最多，達(dá)56%，崆峒降水偏少年份最少，為41%。因此，隴東地區(qū)易發(fā)生干旱，有時(shí)春末初夏旱、伏旱、秋旱接連出現(xiàn)，對(duì)蘋果的膨大生長造成極為不利的影響。而且伏旱天氣往往伴隨高溫天氣(圖3-b)，高溫又助推干旱加速發(fā)展，使蘋果膨大生長受阻，果個(gè)偏小或生理落果。高溫天氣還造成蘋果表面灼傷、皸裂等，嚴(yán)重影響當(dāng)年的蘋果品質(zhì)和產(chǎn)量。麥積最高氣溫≥35.0 ℃的日數(shù)出現(xiàn)頻繁，更易造成蘋果表面“灼傷”。未來最高氣溫呈上升趨勢[21]，高溫干旱將同時(shí)影響新梢生長和花芽的形成，制約著來年的花芽數(shù)量及質(zhì)量。

2.2.4 蘋果著色期(9月中下旬)的氣候特征 9月中旬，蘋果解袋后進(jìn)入著色期，充足的光照、較低的溫度及較大的溫差有利于蘋果著色[22]。隴東各地蘋果著色期日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(圖4-a)，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來各地日照時(shí)數(shù)持續(xù)偏少。據(jù)氣象資料分析，日照偏少主要是陰雨霧天氣造成的。陰雨霧使蘋果著色緩慢或不著色，也造成蘋果表面光澤度降低，風(fēng)味變差。

蘋果著色期的平均氣溫以10～20 ℃為宜，平均氣溫低、晝夜溫差大有利于增糖增色。著色期各地平均氣溫均在適宜范圍之內(nèi)，西峰的平均氣溫最低且溫差較大，對(duì)果實(shí)著色最為有利，果實(shí)糖度較大。

2.2.5 蘋果成熟采收期(10月上中旬)的氣候特征 蘋果成熟采收期亦需要充足的光照及晴好的天氣，為適時(shí)采收儲(chǔ)存及上市創(chuàng)造一個(gè)良好的天氣條件。由圖5可知， 蘋果成熟采收期大多數(shù)年份降水較少、光照充足，利于及時(shí)采收。個(gè)別年份采收期出現(xiàn)了持續(xù)陰雨，尤其是2017年西峰區(qū)出現(xiàn)了14 d的陰雨天氣，降水量達(dá)114.5 mm，蘋果著色差，水銹明顯，出現(xiàn)斑點(diǎn)病害，采收期推遲，不利于儲(chǔ)存。

3 討論與結(jié)論

隴東地區(qū)蘋果生長發(fā)育期內(nèi)平均氣溫呈上升趨勢，麥積的平均氣溫最高，西峰的升溫趨勢最為明顯，且各地的增溫幅度均大于全國平均增溫幅度，熱量資源增加。在降水量方面，崆峒呈增多趨勢，西峰、麥積為微弱增多趨勢，大體與翟盤茂等分析的西北地區(qū)降水量增加結(jié)果[23]相一致，但小于西北地區(qū)平均增加幅度，且各地差異明顯。在日照時(shí)數(shù)方面，崆峒、麥積為增加趨勢，西峰為減少趨勢，近10年來各地日照時(shí)數(shù)均偏少。

氣象條件的變化對(duì)蘋果各個(gè)生長發(fā)育階段的影響不同，影響最大的是花期和膨大期生長。蘋果花期各地氣溫均呈上升趨勢，氣溫偏高年份花期提前。降水量呈增多趨勢，未來降水量增加，干旱程度將有所減輕?；ㄆ诔掷m(xù)陰雨天氣影響果花授粉，易產(chǎn)生霉心病；蘋果膨大期是需水的關(guān)鍵時(shí)期，其中5—6月是需水臨界期，雨水不足制約新梢生長和花芽的形成，影響著來年的花芽數(shù)量及質(zhì)量。大多數(shù)年份降水能滿足蘋果膨大生長需水要求，光照充足，利于果肉細(xì)胞裂變，果實(shí)加速生長。但降水年際變率大，分布不均，是影響果品質(zhì)量的主要因素。麥積易出現(xiàn)≥35.0 ℃的高溫天氣，使果實(shí)呼吸加劇，光合作用效率降低，并使果實(shí)“灼傷”。

氣候變化對(duì)隴東地區(qū)蘋果生長的利大于弊，氣候溫和，雨量適中，光照充足，晝夜溫差大，有利于蘋果的生產(chǎn)，果農(nóng)收益好，但部分年份降水量分布不均、災(zāi)害頻繁發(fā)生，尤其是花期遭受凍害、膨大期的高溫干旱對(duì)蘋果的產(chǎn)量、品質(zhì)及商品率影響很大，災(zāi)害重的年份果農(nóng)損失較大，個(gè)別年份管理不當(dāng)可造成損失過半。

通過近年當(dāng)?shù)卣闹Υ蛟旒靶麄?，隴東蘋果的品牌效應(yīng)及市場地位在全國逐年提升，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值逐年攀升，為促進(jìn)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生產(chǎn)穩(wěn)定及精準(zhǔn)脫貧起到了重要作用。盡管受全球氣候變化及氣象災(zāi)害影響，隴東地區(qū)仍是全國蘋果生產(chǎn)的優(yōu)生區(qū)，要適應(yīng)氣候變化，根據(jù)地域、地形、地貌及氣候特點(diǎn)，繼續(xù)鞏固和擴(kuò)大蘋果栽植。在生產(chǎn)中要調(diào)整布局，引進(jìn)優(yōu)化品種，在南部丘陵河谷地發(fā)展中、晚熟耐寒抗高溫品種，在東部平原溝壑區(qū)及西部殘塬山川區(qū)發(fā)展早、中、晚熟抗低溫凍害品種，并合理搭配。在生產(chǎn)管理上，加強(qiáng)科技創(chuàng)新，科學(xué)、有效地試驗(yàn)新技術(shù)、新方法[24]，提升應(yīng)對(duì)氣候變化能力[25]，有效防御春季低溫凍害、冰雹及伏期高溫干旱的危害，促進(jìn)隴東地區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)的發(fā)展。