天水市高寒陰濕地區(qū)元帥蘋果花期霜凍指標(biāo)試驗研究

郭旺文 許赟愷 張浩良

摘要 以元帥蘋果為研究對象，低溫強度為主導(dǎo)指標(biāo)、≤0 ?℃溫度持續(xù)時間為輔助指標(biāo)，建立蘋果花期霜凍害指標(biāo)體系。采用大田試驗，結(jié)合霜凍歷史調(diào)查資料分析的方法，得到蘋果花期花器發(fā)生輕霜凍（受凍率≤30%）、中霜凍（受凍率31%～60%）、重霜凍（受凍率61%～80%）和特重霜凍（受凍率≥81%）不同強度霜凍災(zāi)害的溫度指標(biāo)分別為最低氣溫≥-1.8、-3.9～<-1.8、-5.3～<-3.9、<-5.3 ℃，對應(yīng)≤0 ?℃低溫持續(xù)時間≤2.4、>2.4～5.9、>5.9～8.2、>8.2 h。防霜措施以蘋果園樹冠蓋膜、地表覆膜+熏煙、噴藥+熏煙3種措施防霜效果最好。

關(guān)鍵詞 蘋果;花期;霜凍指標(biāo);試驗研究

中圖分類號 S162 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）19-0231-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.060

Abstract Taking the Marshal apple as the research object， the low temperature intensity as the dominant index and the temperature duration of ≤0 °C as the auxiliary index， the frost damage index system of apple flowering period was established.The field test was combined with the analysis of historical frost survey data to obtain light frost （freezing rate ≤30%）， moderate frost （freezing rate 31%-60%）， heavy frost （freezing rate 61%-80%） and extra heavy frost （freezing rate ≥81%）.The temperature indexes of frost disasters with different intensities were the minimum temperature ≥-1.8，-3.9-<1.8，-5.3-<-3.9，<5.3 ℃，corresponding ≤0 ℃ and low temperature duration ≤2.4，>2.4-5.9，>5.9-8.2，>8.2 h. The antifrost measures had the best antifrost effect in apple canopy cover membrane， surface membrane plus smoke， and spray plus smoke.

Key words Apple;Flowering period;Frost index;Experimental study

基金項目 國家自然科學(xué)基金項目（41605090）;公益性行業(yè)（氣象）科研專項（GYHY201206023）。

作者簡介 郭旺文（1981—），男，甘肅天水人，工程師，從事應(yīng)用氣象研究。*通信作者，助理工程師，從事林學(xué)研究。

收稿日期 2020-03-01

天水蘋果主要以元帥系為主要栽培品種，元帥蘋果樹屬耐旱、喜光的落葉小喬木栽培樹種，在年平均氣溫8～12 ℃地區(qū)均可栽種，花期4—5、9—10月果實成熟[1]。雖然其在休眠期一般可耐-27 ℃左右的低溫，但一旦休眠結(jié)束開始萌動，耐寒力就會迅速下降，尤以開花期抗低溫能力最差，開花期溫度越低，持續(xù)時間越長，受害越嚴(yán)重[2]。天水市地處黃土梁峁溝壑區(qū)，屬隴中黃土高原暖溫帶大陸性半濕潤半高寒氣候過渡帶，海拔1 130～2 700 m，年平均氣溫8.0～11.9 ℃，年降水量430～600 mm，平均日照時數(shù)1 800～2 300 h，無霜期154～184 d。由于得天獨厚的自然環(huán)境條件極易于優(yōu)質(zhì)蘋果生產(chǎn)，因而果樹栽培面積大，產(chǎn)量、產(chǎn)值高，成為當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

天水高寒陰濕地區(qū)，蘋果栽培面積大，蘋果面積約0.84萬hm2，占全市總栽培面積的25%，產(chǎn)量約16.89萬t，占35%，產(chǎn)值3億元，占18%左右，且建園面積繼續(xù)逐年增長。由于其無霜期短，霜凍災(zāi)害發(fā)生頻率高，凍害年份果業(yè)損失嚴(yán)重[3-5]。為此，筆者以天水市秦州區(qū)高寒陰濕山區(qū)蘋果樹主要栽培品系——10年生元帥品系為研究對象，采用大田試驗與實況調(diào)查相結(jié)合的方法，在統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)上，研究確定適宜當(dāng)?shù)貧夂蝾愋偷奶O果花期霜凍害溫度指標(biāo)，對實際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的元帥蘋果花期不同等級霜凍采取相應(yīng)的霜凍災(zāi)害防御措施，可方便普通農(nóng)戶在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，達(dá)到既能減輕農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害損失也能合理控制成本的目的。

1 資料與方法

1.1 試驗區(qū)概況 該試驗選取天水市境內(nèi)明顯具有高寒陰濕氣候特征的秦州區(qū)中梁鎮(zhèn)何家村、皂郊鎮(zhèn)西坡梁和華歧鎮(zhèn)安集村蘋果園進(jìn)行。試驗區(qū)內(nèi)年平均降水量500～600 mm，平均氣溫8.0～10.0 ℃，無霜期154～171 d，日照時數(shù)1 800～1 900 h，年極端最低氣溫-18.9 ℃;果園所處坡向為西北向陽坡和向陰坡， 在10°～15°，土壤質(zhì)地為粉壤土，蘋果園分別位于105°37′E、34°42′N，105°43′E、34°24′N和105°31′E、34°21′N，海拔分別為1 645、1 651、1 688 m，試點四周均為大面積元帥蘋果園，供試蘋果樹品種均為元帥系列，面積4.0 hm2，株行距3.0 m×3.5 m。霜凍監(jiān)測調(diào)查點主要選取在天水市秦州區(qū)南部1 400 m以上高寒山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)元帥系蘋果主要種植區(qū)內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗設(shè)計

利用2018年4月7日天水強霜凍過程天氣，在天水市秦州區(qū)高寒陰濕山區(qū)果園進(jìn)行蘋果花期霜凍試驗。供試蘋果品系主要以元帥蘋果品種為主要對象，設(shè)計蘋果花期“不覆膜+噴藥（碧護(hù)）+灌水（B+S）”“不覆膜+灌水（S）”“不覆膜+噴藥（碧護(hù)）（B）”“不覆膜+熏煙（Y）”“不覆膜+噴藥（碧護(hù)）+熏煙（B+Y）”“樹冠蓋膜防霜（G）”“地表覆黑膜（M）”“地表覆黑膜+噴藥（碧護(hù)）（M+B）”“地表覆黑膜+熏煙（M+Y）”9個不同防霜設(shè)施霜凍試驗，各試驗區(qū)一個大田果園對照和海拔1 400 m以上高寒山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)同期霜凍災(zāi)害調(diào)查。

1.3 資料來源和研究方法 使用普通氣象臺站常用的溫度自計記錄儀，霜凍前安裝在蘋果樹冠層距地面1.5 m高度果樹主要掛果層，進(jìn)行霜凍期間果園≤0 ℃低溫持續(xù)時間、≤0 ℃最低氣溫和花器受凍率的觀測。利用SPSS軟件，統(tǒng)計建立花器受凍率與最低氣溫、≤0 ℃低溫持續(xù)時間統(tǒng)計模型，并計算霜凍害不同等級溫度和低溫持續(xù)時間指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2018年4月7日霜凍過程不同處理果樹冠層最低氣溫、≤0 ?℃持續(xù)時間及花器凍害率資料見表1;霜凍監(jiān)測調(diào)查點2018年4月7日霜凍過程調(diào)查資料見表2。

2.1 不同防霜措施對比

由表1可見，2018年4月7日霜凍天氣過程9種防霜措施均具有不同程度的防霜效果。就單一措施看，以樹冠蓋膜效果最好，因其能有效減緩地面輻射熱的散發(fā)和冷空氣沉降[6]，從而使果樹冠層的降溫速度減緩，所以蘋果花器受凍率最小，受凍率比對照低49.0百分點，比其他防霜措施低19.0～35.0百分點;其次為熏煙措施，霜前在上風(fēng)向堆放潮濕的柴草，點燃后地面滿布濃煙，借助濃煙的熱量不僅能提高氣溫，同時還可阻擋地面熱量的散失，減少霜的形成，此措施比對照低26.0百分點;灌水措施也能較好地保墑增溫，霜前灌水，使地溫、近地面氣溫以及作物體溫略有升高，并使果園空氣濕度增加，達(dá)到減輕霜害的目的，但由于該試驗屬高山區(qū)，果園灌水成本高且試點面積相對較小，加之此次霜凍屬大面積平流輻射霜凍過程，對灌水受凍率結(jié)果有所影響，比對照低24.0百分點。組合防霜措施從效果看依次為地表覆膜+熏煙法和噴藥+煙熏措施法防霜凍效果較好，蘋果花器受凍率比對照減小較多，受凍率比對照均減小30.0百分點;噴藥+灌水次之，蘋果花受凍率比對照減小24.0百分點，防霜凍效果也較好;地表覆膜+噴藥措施，在此次霜凍過程中蘋果花受凍率比對照減小10.0百分點。

綜合此次霜凍天氣過程，9種防霜措施試驗設(shè)計各3個重復(fù)和1個對照共30個樣本資料進(jìn)行了比對分析，以上防霜措施都具備不同程度防霜效果，當(dāng)中以蘋果園樹冠蓋膜、地表覆膜+熏煙、噴藥+熏煙3種措施防霜效果最好。

2.2 花期霜凍指標(biāo)研究

由于試驗所設(shè)計的樹體噴藥及相關(guān)組合試驗，其噴藥作用主要是增加花體細(xì)胞的抗凍和花器受凍細(xì)胞的恢復(fù)再生能力，并不能直接反映低溫與花器凍害率的關(guān)系[7]。因此，統(tǒng)計分析過程剔除其相關(guān)資料，并與天水市高寒陰濕地區(qū)2018年4月7日各鄉(xiāng)鎮(zhèn)蘋果17個凍害調(diào)查資料（表2），共35個樣本資料進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2.2.1 最低氣溫與受凍率關(guān)系。利用霜凍期間蘋果樹冠層最低氣溫與花器受凍率建立統(tǒng)計模型如下：

y=3.972-14.275Td（1）

式（1）中，N=35，r=-0.948，F(xiàn)=284.598>F0.01=7.47;y為受凍率，Td為最低氣溫。式（1）表明，環(huán)境最低氣溫與蘋果花器受凍率呈顯著的線性關(guān)系，最低氣溫每下降1 ℃，蘋果花受凍率將增加14.3百分點。受害率方程擬合值與實際值相比，平均絕對誤差為6.5%，絕對誤差百分率10%，擬合效果顯著。按照當(dāng)?shù)氐胤剿獌鰹?zāi)害調(diào)查評價標(biāo)準(zhǔn)：花器受凍率≤30%為輕霜凍、>30%～60%為中霜凍、>60%～80%為重霜凍、>80%為特重霜凍標(biāo)準(zhǔn)[8]，按式（1）計算結(jié)果，則對應(yīng)最低氣溫指標(biāo)分別為≥-1.8、-3.9～<-1.8、-5.3～<-3.9、<-5.3 ℃。

2.2.2 ?0 ℃以下低溫持續(xù)時間與受凍率關(guān)系。

蘋果花受霜凍程度不僅取決于環(huán)境最低氣溫，氣溫≤0 ℃持續(xù)時間也極為重要，環(huán)境最低氣溫越低，≤0 ℃氣溫持續(xù)時間越長，蘋果花受凍率越大。上述35個樣本資料的≤0 ?℃以下低溫持續(xù)時間與受凍率關(guān)系模型如下：

y=8.872+8.726H（2）

式（2）中，N=35，r=0.974，F(xiàn)=620.962>F0.01=7.47;y為受凍率，H 為≤0 ℃低溫持續(xù)時間。式（2）表明，≤0 ℃低溫持續(xù)時間與蘋果花受凍率呈線性關(guān)系，≤0 ℃低溫持續(xù)時間每增加1 h，蘋果花受凍率將增加8.7百分點。受害率方程擬合值與實際值相比，平均絕對誤差為7.1%，絕對誤差百分率11%，統(tǒng)計誤差雖較最低溫度稍大，但擬合效果仍然比較理想。按式（2）計算結(jié)果，則對應(yīng)蘋果花器輕、中、重和特重霜凍，其≤0 ℃低溫持續(xù)時間指標(biāo)分別為≤2.4、>2.4～5.9、>5.9～8.2、>8.2 h。

2.2.3 霜凍期間最低氣溫與持續(xù)時間關(guān)系。最低氣溫與≤0 ℃以下低溫持續(xù)時間關(guān)系模型如下：

Td=-0.574-1.644 H（3）

式（3）中，N=35，r=0.982，F(xiàn)=844.668>F0.01=7.47;H為≤0 ℃低溫持續(xù)時間，Td為極端最低氣溫。式（3）表明，最低氣溫每下降1 ℃，其≤0 ℃低溫持續(xù)時間延長1.6 h。

2.2.4 霜凍指標(biāo)的確定。

上述分析表明，模型計算所得的最低溫度和≤0 ℃溫度持續(xù)時間指標(biāo)體系，可以作為霜凍害指標(biāo)在災(zāi)害監(jiān)測評估中使用，-1.8 ℃是低溫霜凍害比較重要的界限溫度指標(biāo)，程度較輕的霜凍在生產(chǎn)中可起到間接疏花作用，利弊兼有，但是<-1.8 ℃后蘋果花受凍率將達(dá)到30%以上，會對產(chǎn)量形成造成較大影響，而≤-5.3 ℃或≤0 ℃溫度持續(xù)時間>8.2 h后，受凍率將達(dá)到80%以上。極端最低氣溫≤-6.7 ℃或≤0 ℃低溫持續(xù)時間10.5 h可導(dǎo)致受害率達(dá)100%。由此，可將極端最低氣溫≤6.7 ℃、≤0 ℃低溫持續(xù)時間10.5 h定為蘋果花能忍受的最低溫度和低溫最長持續(xù)時間，低于最低氣溫或超過最長時間后，受害率均達(dá)到100%，不再存在統(tǒng)計關(guān)系，研究結(jié)果與實況基本一致。因此，可將蘋果盛花期最低氣溫≥-1.8、-3.9～<-1.8、-5.3～<-3.9、<-5.3 ℃，對應(yīng)≤0 ℃低溫持續(xù)時間≤2.4、>2.4～5.9、>5.9～8.2、>8.2 h作為輕、中、重、特重4級霜凍災(zāi)害等級指標(biāo)。

2.2.5 與試驗區(qū)2009—2018年4月晚霜凍調(diào)查實況對比。

從2009—2018年秦州區(qū)中梁鎮(zhèn)何家村、皂郊鎮(zhèn)西坡梁和華歧鎮(zhèn)安集村不同海拔（1 600～1 700 m）蘋果園花期凍害調(diào)查結(jié)果（表3）可以看出，在出現(xiàn)霜凍天氣的5年中，2009年4月8日，極端最低氣溫-0.4 ℃、≤0 ℃低溫持續(xù)時間1h，花器受凍率9%;2010年4月8日分別是-1.5 ℃和4 h，受凍率43%，實況等級分別為輕、中霜凍;2013年4月10日、2014年4月26日，極端最低氣溫分別為-3.6和-0.3 ℃，花器受凍率分別為63%和6%，低溫持續(xù)時間分別為5.5和2.0 h，實況等級分別為重、輕霜凍，除低溫持續(xù)時間略有差異外，霜凍等級與指標(biāo)體系基本一致。2018年4月7日極端最低氣溫-5.2 ℃、≤0 ℃低溫持續(xù)時間10 h，花器受凍率96%，實況等級為特重霜凍，也與指標(biāo)體系一致，模型計算所得的最低溫度和≤0 ℃溫度持續(xù)時間指標(biāo)體系，可以作為霜凍害指標(biāo)在災(zāi)害監(jiān)測評估中使用。其中相同低溫強度、不同持續(xù)時間與花器霜凍害程度的關(guān)系需要在積累更多資料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論與討論

通過蘋果花期霜凍天氣過程不同低溫強度（用最低氣溫和≤0 ℃低溫持續(xù)時間表示）與花器受凍率觀測試驗，得出蘋果盛花期輕、中、重、特重4級霜凍災(zāi)害等級指標(biāo)為最低氣溫≥-1.8、-3.9～<-1.8、-5.3～<-3.9、<-5.3 ℃，對應(yīng)≤0 ℃低溫持續(xù)時間≤2.4、>2.4～5.9、>5.9～8.2、>8.2 h。防霜措施以蘋果園樹冠蓋膜、地表覆膜+熏煙、噴藥+熏煙3種措施防霜效果最好。

天水市高寒陰濕山區(qū)蘋果晚霜凍害以秦州區(qū)中梁鎮(zhèn)何家村、皂郊鎮(zhèn)西坡梁、華歧鎮(zhèn)安集村蘋果園最易遭受霜凍害的“元帥”系蘋果為試驗對象，具有一定代表性。根據(jù)此次試驗資料并結(jié)合果業(yè)局的霜凍歷史調(diào)查資料，研究建立了晚霜凍過程中蘋果花期最低氣溫與受凍率的溫度預(yù)報模型及蘋果花期≤0 ℃低溫持續(xù)時間與受凍率的預(yù)報模型，其中模型的研建以低溫強度為主導(dǎo)指標(biāo)，氣象預(yù)報實用性及指導(dǎo)當(dāng)?shù)毓麡I(yè)大戶防范晚霜凍災(zāi)害的適用性均有良好效果;≤0 ℃低溫持續(xù)時間為輔助指標(biāo)，對于特定地域、特定海拔地區(qū)具有較強的適用性。各地使用需要靈活科學(xué)地根據(jù)地形、地貌、海拔等環(huán)境條件，選擇使用。

該研究的指標(biāo)彌補了氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QX/T 88—2008）作物霜凍害等級中缺乏低溫持續(xù)時間指標(biāo)之不足[9-10]。另外，實際生產(chǎn)中果樹花期霜凍的預(yù)防，不僅要考慮不同防霜措施帶來的預(yù)期防霜效果，還要考慮是否經(jīng)濟(jì)可行，成本效益比高[4，11-12]。從天水當(dāng)?shù)靥O果建園總體布局來看，其主要栽培區(qū)多分布在1 400～1 750 m區(qū)域的半干旱山區(qū)，灌水成本高，栽培區(qū)在1 350 m以上基本無法灌水。所以其他各地在預(yù)防晚霜凍害時可根據(jù)預(yù)報，科學(xué)靈活地選擇與霜凍強度相適宜的防霜措施[6，13-14]。

試驗地的地形主要以坡地為主，地形對小氣候的影響很大。為了克服地形影響，設(shè)計同一處理措施不同重復(fù)的坡向和海拔基本一致;不同處理間海拔略有差異，其結(jié)果對防霜措施評價有一定影響，但是指標(biāo)研究僅涉及到最低氣溫、持續(xù)時間、受凍率，受其影響較小。

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