連陰雨災(zāi)害對(duì)冬棗成熟期不同階段裂果量的影響

孫愛(ài)良，何 璇，董航宇，常志坤，王佳真，孫萌萌，任妙春

(1.河北省黃驊市氣象局，河北 黃驊 061100； 2.河北省滄州市氣象局，河北 滄州 061001； 3.河北省氣象與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 061000)

秋季連陰雨是冬棗成熟期常見(jiàn)的氣象災(zāi)害，會(huì)造成大面積的裂果和落果并誘發(fā)各種病害[1]。近年來(lái)我國(guó)東部棗產(chǎn)區(qū)因連陰雨造成的災(zāi)害有加重趨勢(shì)，1989-2018年，冀東地區(qū)共發(fā)生6次較明顯的連陰雨災(zāi)害，其中1989-2004年僅發(fā)生2次，2004-2018年發(fā)生4次，發(fā)生頻率明顯增加，災(zāi)害損失也在加重，2017年10月上中旬發(fā)生的連陰雨災(zāi)害對(duì)河北、山東等冬棗生產(chǎn)造成毀滅性打擊，平均減產(chǎn)70%以上[2]。因此，做好冬棗連陰雨農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的服務(wù)工作成為特色農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的一個(gè)重要內(nèi)容。近年來(lái)，很多農(nóng)業(yè)科技工作者和氣象專(zhuān)家對(duì)此從不同角度做了大量研究，王振亮等[3]從棗果皮結(jié)構(gòu)特征角度，對(duì)連陰雨造成的裂果機(jī)理進(jìn)行研究，并比較不同品種的抗裂性。楊樸麗[4]從棗發(fā)育過(guò)程中果皮組織結(jié)構(gòu)和水勢(shì)變化的角度，對(duì)引起的棗裂果機(jī)理進(jìn)行研究，從生理學(xué)角度進(jìn)行了詳細(xì)的論述。另外，一些農(nóng)業(yè)氣象專(zhuān)家從氣候變化角度對(duì)連陰雨災(zāi)害對(duì)棗生產(chǎn)造成的影響進(jìn)行了研究[5-6]。但在具體的棗生產(chǎn)過(guò)程中，棗農(nóng)在防御連陰雨災(zāi)害時(shí)，仍缺乏具體的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)作指導(dǎo)，缺乏較為直觀的災(zāi)害防御依據(jù)。因此，為深入探索連陰雨氣象災(zāi)害對(duì)冬棗造成的影響，在接近實(shí)際生產(chǎn)前提下，側(cè)重對(duì)可以人為控制的連陰雨日數(shù)、降雨量、降水時(shí)段、溫濕度等要素進(jìn)行深入研究，針對(duì)冬棗連陰雨氣象災(zāi)害開(kāi)展等級(jí)指標(biāo)試驗(yàn)，旨在探索冬棗成熟期不同階段的連陰雨氣象災(zāi)害對(duì)冬棗生產(chǎn)所造成的損失，并初步論證冬棗連陰雨農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)，為防御連陰雨氣象災(zāi)害提供數(shù)據(jù)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

冬棗樹(shù)：在河北省東部黃驊市聯(lián)惠冬棗合作社的棗園內(nèi)，選取5～8年生、生長(zhǎng)正常、無(wú)明顯病害、結(jié)果盛期的壯年冬棗樹(shù)19株作試驗(yàn)樹(shù)。

觀測(cè)儀器：仁科Cos-03型USB型溫濕度記錄儀，山東仁科測(cè)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)，測(cè)量精度為溫度±0.1℃、相對(duì)濕度±1%RH，采樣速率為1 s，用于棚室內(nèi)溫濕度測(cè)量；手持式水果測(cè)糖儀PAL-1，日本ATAGO愛(ài)拓公司生產(chǎn)，測(cè)量范圍0～53%，測(cè)量精度為±0.2%，用于冬棗含糖量的測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)當(dāng)?shù)囟瑮椢锖蚱诩吧a(chǎn)實(shí)際，自9月1日進(jìn)入白熟期開(kāi)始，每5 d為1組試驗(yàn)，每組設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)采用試驗(yàn)樹(shù)1株，搭建大小為3.5 m×3.5 m×3.5 m的遮陰棚，罩住整株棗樹(shù)。遮陰棚采用鋼架結(jié)構(gòu)，活動(dòng)裝置，可拆解移動(dòng)，棚頂設(shè)雨水模擬裝置，每天按照設(shè)定的程序自動(dòng)噴淋12～18 h，總噴水量控制在20～25 mm，四周帶遮光簾布，以調(diào)整濕度大小、模擬陰雨天氣狀態(tài)，棚室內(nèi)安裝自動(dòng)溫濕度計(jì)，1次/min自動(dòng)記錄溫度、相對(duì)濕度，并記錄日極值。每組試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行5 d。第6天將試驗(yàn)裝置移至下一株樹(shù)上，為下一組試驗(yàn)作準(zhǔn)備。第8天開(kāi)始進(jìn)行下一組試驗(yàn)，以此類(lèi)推。試驗(yàn)共設(shè)6組(P1～P6)，直至10月10日當(dāng)?shù)囟瑮棽烧Y(jié)束后終止。

另外，在果園內(nèi)選取樹(shù)齡和結(jié)果狀況有代表性的冬棗樹(shù)1株進(jìn)行平行觀測(cè)。

1.2.2 觀測(cè)方法

1) 觀測(cè)時(shí)間：每日下午16:00～18:00。

2) 觀測(cè)方法：在每個(gè)試驗(yàn)樹(shù)上選擇有代表性的枝條進(jìn)行標(biāo)記，并在此枝條上選取有代表性的棗吊，標(biāo)記觀測(cè)50枚果實(shí)，作為原始樣本。每次觀測(cè)時(shí)，記錄裂果數(shù)量、病果數(shù)量、蟲(chóng)害數(shù)量。

落果數(shù)量=本次觀測(cè)樣本數(shù)量-上次觀測(cè)樣本數(shù)量

3) 連陰雨日數(shù)指標(biāo)的確定。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步整理，計(jì)算每個(gè)成熟階段各組試驗(yàn)的總裂果數(shù)與裂果率(K)。

災(zāi)害等級(jí)根據(jù)K值劃分，按010%分為輕度、中度、重度、特重災(zāi)害。

4) 含糖量測(cè)量。在每個(gè)試驗(yàn)果樹(shù)上選取2枚與觀測(cè)枝條果實(shí)成熟度相同的果實(shí)，裝入采集袋，做好標(biāo)記，封口后帶回后，用手持式水果測(cè)糖儀PAL-1分別測(cè)量其含糖量，計(jì)算其平均值。

1.2.3 觀測(cè)數(shù)據(jù)的初步整理 一般情況下，冬棗成熟期可分為3個(gè)發(fā)育階段，即白熟階段、脆熟階段和完熟階段，處在不同發(fā)育階段的冬棗果實(shí)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分和生理狀態(tài)明顯不同，對(duì)連陰雨的反應(yīng)也不同。根據(jù)試驗(yàn)物候觀測(cè)資料，2018年冬棗成熟期內(nèi)，9月1-12日為白熟階段，9月13-27日為脆熟階段，9月28日后進(jìn)入完熟階段。按3個(gè)發(fā)育階段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對(duì)于個(gè)別因觀測(cè)儀器故障造成的疑誤數(shù)據(jù)或人為因素造成明顯異常的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行甄別或剔除，建立相對(duì)完整可用的數(shù)據(jù)序列，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使之盡量接近自然狀態(tài)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 19.0和Excel 2010對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與作圖。采用雙因素可重復(fù)方差分析法，分析連陰雨日數(shù)對(duì)不同發(fā)育階段冬棗裂果情況的影響差異。在分析溫度要素在連陰雨災(zāi)害造成冬棗裂果中的作用時(shí)，采用相關(guān)系數(shù)法，先找出關(guān)鍵影響因子，再根據(jù)生理變化特點(diǎn)逐一進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬棗裂果率與連陰雨日數(shù)的關(guān)系

2.1.1 連陰雨日數(shù)對(duì)冬棗成熟期不同發(fā)育階段裂果量的影響 從表1可知，在冬棗成熟期的3個(gè)階段內(nèi)，各階段隨降水日數(shù)的增加，冬棗裂果數(shù)量的變化幅度表現(xiàn)不同：完熟階段對(duì)降水時(shí)間最敏感，1 d的降水時(shí)間即會(huì)造成明顯裂果，然后隨著降水累積時(shí)間的增加而穩(wěn)步增加；其次是脆熟階段，前期連陰雨3 d后產(chǎn)生明顯裂果，后期則1 d的降水就開(kāi)始有裂果現(xiàn)象出現(xiàn)，以后隨著降水時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；在白熟階段，降水日數(shù)增加造成的裂果量增加不明顯。

表1 連陰雨日數(shù)下冬棗成熟期不同階段的裂果量

Table 1 Number of cracked fruit at different phase of maturity stage in winter jujube under different continuous rainy days

累積降水日數(shù)/d Cumulative rainy days白熟階段/個(gè) White ripening stageP1P2脆熟階段/個(gè)Crisp ripening stageP3P4完熟階段/個(gè)Ripening stageP5P6 1000152 2010313 3000022 4103523 50113922 合計(jì)1216181212

對(duì)發(fā)育階段和降水日數(shù)2個(gè)影響因素的雙因素可重復(fù)方差分析得出，不同的連陰雨日數(shù)間(F=8.638 3)和不同發(fā)育階段間(F=15.958 7)均出現(xiàn)F>Fα(α=0.01)，差異極顯著，兩者的交互影響(F=9.073 2)大于Fα=4.004 5(α=0.01)，也存在極顯著差異。

2.1.2 連陰雨日數(shù)指標(biāo)的確定 從表2～3看出，白熟階段，連續(xù)5 d的降水，僅會(huì)造成冬棗零星裂果，不會(huì)形成中度以上的災(zāi)害。進(jìn)入脆熟階段后，隨著連續(xù)降水日數(shù)的增加，裂果率增加最快，連續(xù)5 d的陰雨天氣造成特重災(zāi)害。在完熟階段，1 d的降水就可造成中度災(zāi)害，之后隨降水日數(shù)的增加而增加，連續(xù)4 d的降水就可造成重度災(zāi)害。

表2 連陰雨日數(shù)冬棗成熟期不同階段的裂果率及災(zāi)害程度

Table 2 Dehiscent fruit rate at different phase of maturity stage in winter jujube and disaster level under different continuous rainy days

累積降水日數(shù)/d Cumulative rainy days白熟階段White ripening stage累計(jì)裂果數(shù)/個(gè)裂果率/%災(zāi)害程度脆熟階段Crisp ripening stage累計(jì)裂果數(shù)/個(gè)裂果率/%災(zāi)害程度完熟階段Ripening stage累計(jì)裂果數(shù)/個(gè)裂果率/%災(zāi)害程度100.0無(wú)10.3輕72.3中210.3輕41.3中113.7中310.3輕41.3中155.0中420.7輕124.0中206.7重531.0輕3411.3特重248.0重

表3 冬棗成熟期連陰雨災(zāi)害等級(jí)的日數(shù)指標(biāo)

2.2 冬棗裂果情況與各溫度要素間的關(guān)系

從表4看出，連陰雨對(duì)冬棗造成的裂果主要集中的脆熟期和完熟期的平均溫度、最高氣溫、最低氣溫均逐漸降低，但溫度日較差值較大，且有所升高。

表4 冬棗成熟期各試驗(yàn)組的溫度要素

從表5看出，在溫度四要素中，連陰雨造成的裂果數(shù)與當(dāng)時(shí)的最高氣溫和日較差分別呈顯著和極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與最低氣溫和日平均氣溫關(guān)系不明顯。說(shuō)明，在秋季冬棗進(jìn)入成熟期后，尤其在進(jìn)入脆熟階段后，溫度的變化對(duì)連陰雨裂果的影響較明顯，最高氣溫下降越快，溫度日較差越小，在同樣的降水時(shí)間和降水量的情況下，造成的裂果增加越明顯。

表5 冬棗脆熟期和完熟期連陰雨裂果與溫度要素的相關(guān)系數(shù)

Table 5 Correlation coefficient between temperature factors and cracked jujube at crisp ripening and ripening stage caused by continuous rainy

項(xiàng)目Item裂果數(shù)Number of cracked fruit平均氣溫Average temperature最高氣溫Max temperature最低氣溫Min temperature日較差Daily range裂果數(shù) Number of cracked fruit1平均氣溫 Average temperature0.010 1最高氣溫 Max temperature-0.499?0.6231最低氣溫 Min temperature0.280 0.8730.2361日較差 Daily range-0.583 ??-0.4100.427-0.7781

注：*和**分別表示通過(guò)α=0.05和α=0.01顯著性檢驗(yàn)。

Note:* and ** indicate significance of difference at α=0.05 and α=0.01 level.

2.3 各處理的冬棗裂果量與含糖量的關(guān)系

經(jīng)相關(guān)性分析，含糖量與裂果率相關(guān)系數(shù)為0.691 1，滿足α=0.1的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明冬棗裂果與含糖量存在相關(guān)關(guān)系。從圖1看出，冬棗進(jìn)入成熟期后，含糖量穩(wěn)步增加，裂果量與含糖量間有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在白熟階段，裂果量隨含糖量的增加變化不明顯；進(jìn)入脆熟階段后，裂果量隨含糖量的增加明顯增加；進(jìn)入完熟階段后，含糖量繼續(xù)增加，由連陰雨造成的裂果反而有所下降，對(duì)連陰雨災(zāi)害的敏感程度有所降低。冬棗進(jìn)入成熟期后，白熟階段冬棗剛剛進(jìn)入糖化階段，總體含糖量不高，果皮果肉生長(zhǎng)均衡，內(nèi)部組織中的原果膠與纖維素緊密結(jié)合，直接吸水性弱，不會(huì)裂果；而在進(jìn)入脆熟期后，隨著含糖量的增加，果肉細(xì)胞間結(jié)合開(kāi)始變松散[7]，遇連陰雨天氣時(shí)，冬棗果肉過(guò)量吸收水分、迅速膨脹，脆弱薄嫩的果皮被撐壓擠破，造成裂果加重。

Fig.1 Variation trend of cracked fruit number and sugar content of jujube under different treatments

2.4 連陰雨對(duì)冬棗病蟲(chóng)害及落果造成的影響

連陰雨天氣，濕度較大，適宜各種病菌的生長(zhǎng)繁殖，尤其是裂果發(fā)生后，果肉組織失去保護(hù)直接暴露在空氣中，容易孳生各種病菌，造成感染、漿爛、落果等現(xiàn)象發(fā)生[8]，此現(xiàn)象在試驗(yàn)中也有明顯表現(xiàn)，6組試驗(yàn)中，有2組出現(xiàn)病果現(xiàn)象：P4處理在裂果后的第2天有2個(gè)病果，P2處理在裂果后的第3天出現(xiàn)1個(gè)病果。

從圖2看出，連陰雨造成的落果規(guī)律明顯，在白熟和脆熟階段，連陰雨造成的落果不明顯，進(jìn)入完熟期后，連陰雨造成的裂果迅速增加，越接近采摘末期，連陰雨造成的落果越嚴(yán)重。冬棗在接近成熟時(shí)，會(huì)發(fā)生系列生理生化反應(yīng)：如RNA含量增加，細(xì)胞呼吸代謝活動(dòng)增強(qiáng)，纖維素酶和果膠酶等細(xì)胞壁降解酶被分泌到細(xì)胞壁和中膠層，引起離層細(xì)胞壁和中膠層的降解并膨大而彼此分離，在連陰雨、風(fēng)力、重力等外力作用下，果柄從離層處斷離而脫落[9]。另外，長(zhǎng)時(shí)間的陰雨天氣也會(huì)影響冬棗樹(shù)內(nèi)源激素水平，促進(jìn)器官脫落。因而冬棗越接近采摘末期，連陰雨災(zāi)害所造成的落果現(xiàn)象越嚴(yán)重。

Fig.2 Number of fruit dropping of winter jujube under different continuous rainy treatment

3 結(jié)論與討論

連陰雨災(zāi)害是河北東部冬棗主產(chǎn)區(qū)常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，對(duì)冬棗生產(chǎn)可造成重大損失。通過(guò)試驗(yàn)可知，在冬棗成熟期的不同發(fā)育階段，降水日數(shù)的變化對(duì)冬棗裂果造成的影響不同，白熟階段內(nèi)冬棗對(duì)連陰雨災(zāi)害反應(yīng)不明顯，隨降水日數(shù)的增加，裂果增加不明顯，連續(xù)5 d的陰雨天氣，僅造成輕度災(zāi)害；進(jìn)入脆熟階段后，1 d的降水就可形成輕度災(zāi)害，其后隨降水日數(shù)的增加，災(zāi)害迅速發(fā)展，5 d的降水就會(huì)形成特重的災(zāi)害；在完熟階段，降水日數(shù)對(duì)裂果的影響與脆熟期相近，后期由于果實(shí)內(nèi)部細(xì)胞間生理組織的變化，降水日數(shù)的增加，裂果增加緩慢。

除降水時(shí)間外，溫度和含糖量也是連陰雨冬棗裂果的重要影響因素，在最高氣溫、平均氣溫、最低氣溫、溫度日較差4個(gè)溫度要素中，裂果量與最高氣溫和溫度日較差間的關(guān)系最密切，分別呈顯著和極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，最高氣溫降低越明顯，溫度日較差越小，連陰雨造成的裂果災(zāi)害越嚴(yán)重。裂果量與含糖量有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在白熟階段，裂果量隨含糖量的增加變化不明顯;進(jìn)入脆熟階段，裂果量隨含糖量的增加而明顯增加;進(jìn)入完熟階段，含糖量繼續(xù)增加，對(duì)連陰雨災(zāi)害的敏感程度有所降低。另外，連陰雨災(zāi)害除了對(duì)裂果造成影響外，還會(huì)造成落果，越接近成熟末期，由于其細(xì)胞結(jié)構(gòu)[10]和內(nèi)部生理演化和棗樹(shù)內(nèi)源激素水平的變化，受重力和風(fēng)力的作用，加之連陰雨災(zāi)害，會(huì)造成嚴(yán)重落果。

在實(shí)際生產(chǎn)中，連陰雨造成裂果，是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，除與降水時(shí)間、溫度條件、風(fēng)等外在因素有關(guān)外，還與冬棗成熟階段內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化情況[11]和激素水平的變化等內(nèi)在因素有關(guān)。另外，還與生長(zhǎng)環(huán)境[12]和管理者的管理水平和方法[13-14]相關(guān)，需要在實(shí)際生產(chǎn)中不斷改進(jìn)，多方面、多角度加以研究。試驗(yàn)得出的冬棗成熟期各階段隨降水日數(shù)變化的裂果指標(biāo)，棗農(nóng)在生產(chǎn)中可用作參考，以便采取相應(yīng)的措施，趨利避害，使連陰雨對(duì)冬棗產(chǎn)生的災(zāi)害得以解決。