露天栽培冬棗樹休眠期凍害指標的確定

孫愛良

（河北省黃驊市氣象局，河北 黃驊 061100）

冬棗（Ziziphus jujubaMill.cv.Dongzao）是中國主要的鮮食棗品種之一，主要分布在河北、山東、陜西、山西等省，是北方重要的果樹品種之一。近年來冬棗樹種植效益和種植規(guī)模不斷增加，成為當?shù)剞r(nóng)民增收的重要途徑。但隨著一些新型果樹管理技術的推廣應用以及新品種的改良和推出，冬棗樹對氣候的適應性有所改變，出現(xiàn)了抗逆性降低的問題［1，2］，如對極端氣候條件的適應性有所降低，其中冬棗樹休眠期凍害就是其中最為明顯的災害之一。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)氣象理論認為，棗樹休眠期抗寒能力較強，可以抵御-20℃的低溫嚴寒［3］，北方棗樹能在休眠期抵御-30℃的低溫。但近年來一些冬棗樹管理技術人員發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的冬棗樹凍害指標與實際存在偏差，個別指標相對較為模糊。例如，2010年冬棗原產(chǎn)地之一的河北省黃驊市，出現(xiàn)了-16.1℃的低溫寒潮天氣過程，尚未達到冬棗樹耐受的極端低溫-20℃，卻造成了黃驊冬棗樹較為明顯的凍害，大量的冬棗樹凍傷、凍死。這說明冬棗樹經(jīng)過多年的人工栽培和選育，所耐受的極端最低氣溫發(fā)生了明顯的改變，耐受低溫災害的能力有所降低，這些都對農(nóng)業(yè)氣象科研人員開發(fā)具有現(xiàn)實意義的精細化農(nóng)業(yè)氣象服務產(chǎn)品、預警預測、氣候區(qū)劃等造成偏差。因此，根據(jù)冬棗主產(chǎn)區(qū)休眠期凍害的實際發(fā)生情況進行研究，對現(xiàn)有農(nóng)業(yè)氣象指標進行補充和修正，使之更加符合冬棗樹生產(chǎn)的實際情況就顯得格外重要。目前，國內(nèi)外對冬棗樹低溫災害狀況的觀察和研究較多，如肖家彪等［4］對2016年河北省滄州市冬棗樹休眠期凍害從氣象、土壤、管理措施、地理環(huán)境等方面進行了詳細的調(diào)查和論證；宗曉鴻等［5］對沾化冬棗不同品種休眠期凍害的表現(xiàn)差異進行了調(diào)查和研究，這些都為進一步論證冬棗樹凍害指標提供了很好的參考。黃玖君等［6］則利用主分量分析方法對新疆且末縣紅棗樹越冬綜合凍害指數(shù)進行研究，得出了適合本地區(qū)的凍害綜合指標，但該指標只能用于從氣候學角度進行的長期預測，不適合臨近極端天氣過程對紅棗樹造成災害的預警預報，有其應用的局限性。本研究以冬棗主要產(chǎn)地河北省黃驊市為例，對1990—2019年遭受的凍害情況進行全面調(diào)查，采用數(shù)理統(tǒng)計方法進行分析，得出符合實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的冬棗樹休眠期凍害指標，為冬棗樹生產(chǎn)技術及科研人員開發(fā)精細化農(nóng)業(yè)氣象服務產(chǎn)品、氣候區(qū)劃和災害預報預警等提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 冬棗樹休眠期凍害資料調(diào)查

1.1.1 調(diào)查標準 本研究的休眠期凍害是指冬棗樹在當年12月至翌年2月的深度休眠期內(nèi)因極端低溫超過其正常生長所能承受的極限造成的冬棗樹樹枝、樹干凍傷、發(fā)育期推遲、樹勢減弱或整株樹凍死等的災害。例如，1996年冬季凍害是指1996年12月至1997年2月發(fā)生的災害，以此類推。對于春季冬棗樹萌芽后因氣溫下降導致的冷害或晚霜凍災害等不在研究范圍之內(nèi)。

降溫天氣過程是根據(jù)冬棗樹冬季生理特點要求，只統(tǒng)計極端最低氣溫（Tmin）≤-13.0℃的降溫天氣過程，當氣溫回升，日最低氣溫（Td）＞-10.0℃以上的日期作為過程結束時間，其所持續(xù)的一段時間作為天氣過程的持續(xù)時間。

1.1.2 調(diào)查方法 采用文獻查詢、問卷、訪談、資料查詢等方法，對1990—2019年黃驊市冬棗樹遭遇凍害的情況進行調(diào)查，調(diào)查項目主要包括枝條受害情況、樹干受害情況、樹木死亡情況、物候期（萌芽期為主）情況等。調(diào)查時，為了便于對災害程度有更直接明了的界定，結合冬棗樹生長發(fā)育規(guī)律等實際情況，參照對紅棗果樹凍害的分級方法［7，8］，將凍害分為無害、輕度、中度、重度4級，具體分級標準見表1，據(jù)此對每年遭遇的凍害情況進行綜合分析，評定出凍害等級（Yt）。

表1 黃驊市1990—2019年冬棗樹休眠期凍害調(diào)查分級

1.2 氣象資料的初步整理

按照前述降溫天氣過程的標準，統(tǒng)計1990—2019年冬季（當年12月至翌年2月）符合標準的天氣過程的極端最低氣溫（Tmin）、過程的持續(xù)總日數(shù)分別定為因素X1和X2。另外，由于黃驊市歷年冬季最低平均氣溫為-12.9℃，絕大多數(shù)年份冬棗樹都可以安全過冬，因此可以認為當每次天氣過程的Tmin≥-12.9℃時，不會對冬棗樹產(chǎn)生凍害。為了進一步對冬棗樹造成凍害的天氣過程進行研究，以-13.0℃為起點，以-2.0℃為步長，增加了Tmin≤-13.0℃持續(xù)日數(shù)、Tmin≤-15.0℃持續(xù)日數(shù)、Tmin≤-17.0℃的持續(xù)日數(shù)3個要素的調(diào)查與統(tǒng)計，并將其分別定為因素X3、X4、X5。

按照上述要求，結合凍害發(fā)生情況對氣象數(shù)據(jù)進行整理發(fā)現(xiàn)，30年間冬季休眠期內(nèi)共發(fā)生Tmin≤-13.0℃天氣過程的年份有15年，期間發(fā)生凍災的年份共8年，詳見表2。

表2 1990—2019年黃驊市冬棗樹遭遇凍害情況

1.3 分析方法及數(shù)據(jù)處理

將調(diào)查得到的冬棗樹歷年遭受凍害的等級Yt作為因變量，將強降溫天氣過程各要素（X1、X2、X3、X4、X5）作為自變量進行逐步回歸分析，逐步引入對Yt影響顯著的因子，剔除不顯著因子，建立函數(shù)方程，再對引入的因子對照實際凍害發(fā)生情況進行逐個分析，確定凍害指標。

數(shù)據(jù)的分析及函數(shù)方程的建立采用SPSS 19.0和Excel 2010軟件；冬棗樹休眠期低溫凍害等級指標的研究采用歸納分析和對比印證等方法。

2 結果與分析

2.1 回歸方程的建立

以表2中凍害級別Yt為因變量，以X1、X2、X3、X4、X5為自變量進行逐步回歸分析，結果見表3和表4。在所選的5個對冬棗樹休眠期凍害影響較大的因子中，X2即天氣過程的持續(xù)日數(shù)與冬棗樹凍害關系不顯著，予以剔除，而X1、X3、X4、X5即天氣過程的 Tmin、Tmin≤-13.0℃的持續(xù)日數(shù)、Tmin≤-15.0℃的持續(xù)日數(shù)、Tmin≤-17.0℃的持續(xù)日數(shù)4個要素對凍害程度影響顯著，予以保留，并建立凍害程度與天氣過程各因素的回歸方程：Yt=-8.859 49-0.595 18X1+0.692 15X3-0.669 90X4-1.262 39X5?；貧w方程的復相關系數(shù)為0.9398，可決定系數(shù)R2=0.8832，方差分析F=18.89884，P=0.000 117 87，方程擬合達極顯著水平。

表3 冬棗樹休眠期凍害程度與天氣過程各因素總的方差分析

表4 冬棗樹休眠期凍害程度與天氣過程各因素方差分析

2.2 冬棗樹凍害指標的確定

進一步分析回歸方程可知，極端天氣過程對凍害等級的影響因素除了Tmin顯著外，還分別與Tmin≤-13.0℃、Tmin≤-15.0℃、Tmin≤-17.0℃的持續(xù)日數(shù)有顯著關系，說明這3個溫度值是重要的溫度節(jié)點，綜合分析可以得出，當強降溫天氣過程的Tmin＞-13.0℃時，一般不會對冬棗樹正常生長造成太大影響，當-15.0℃≤Tmin≤-13.0℃時，就會對冬棗生長造成較大影響，但短時間內(nèi)不會形成凍害；Tmin≤-15.0℃時，就會對冬棗樹的正常生長形成永久性傷害，如果溫度得不到及時回升，則凍害就會開始形成；當Tmin≤-17.0℃時，在很短的時間內(nèi)就會形成較為嚴重的凍害，低溫持續(xù)時間越長，凍害越嚴重。

結合1990—2019年8次凍害的實際發(fā)生情況，這期間發(fā)生輕度災害3次，Tmin為-15.2～-15.4℃，Tmin≤-15.0℃日數(shù)為1～2 d，Tmin≤-17.0℃日數(shù)為0 d；發(fā)生中度災害 3次，Tmin為-15.8～-17.1 ℃，Tmin≤-15.0 ℃日數(shù)為1～2 d，Tmin≤-17.0日數(shù)為0 d；發(fā)生重度災害2次，Tmin分別為-16.1℃和-21.6℃，Tmin≤-15.0日數(shù)為2～3 d，Tmin≤-17.0日數(shù)為1～2 d。對此進行進一步整理，可以得出修正后的指標，具體指標見表5。

表5 冬棗樹休眠期等級指標

2.3 新指標的歷史檢驗

將黃驊市歷史上8次凍害過程對照凍害指標進行檢驗發(fā)現(xiàn)，2009年、2012年、2017年3年與劃定的指標存在差別，經(jīng)查閱相關氣象資料發(fā)現(xiàn)，在2009年，盡管其最強降溫過程極端氣溫≤-15.0℃持續(xù)時間比上述標準少1 d，但統(tǒng)計其1月平均氣溫為-4.1℃，較歷年偏低2.8℃，整個冬季平均偏低0.9℃，說明整個冬季極低氣溫對其凍害的形成存在很大的作用。為進一步檢驗指標的適用性，又通過文獻查詢［9-11］和書面調(diào)查的方式，調(diào)查了華北平原區(qū)其他冬棗樹主產(chǎn)區(qū)歷年來較為明顯的凍害發(fā)生情況，結果見表6。由表6可以看出，在天津市大港區(qū)和靜?？h、山東省沾化縣、河北省青縣4個冬棗產(chǎn)量較為集中的縣、區(qū)，調(diào)查到1990—2019年發(fā)生較為明顯的凍害事件共6次，其中沾化縣2次、天津市的靜海縣1次、大港區(qū)2次、河北省青縣1次，與得出的指標全部擬合，2次綜合擬合率為78.5%，說明華北地區(qū)的幾個主要冬棗產(chǎn)區(qū)內(nèi)，該指標有其普適性，具有實用價值。

表6 其他冬棗產(chǎn)區(qū)冬棗樹休眠期凍害發(fā)生情況調(diào)查

3 小結與討論

果樹農(nóng)業(yè)氣象指標是定量評價果樹農(nóng)業(yè)氣象條件優(yōu)劣和發(fā)布災害預警預報的基礎，更是農(nóng)業(yè)氣象服務的基礎［12］。多年來，農(nóng)業(yè)氣象科研工作者對此進行了深入的研究和探索，建立了系列果樹農(nóng)業(yè)氣象指標體系。但近年來，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術的突飛猛進，使得一些果樹新品種大量涌現(xiàn)出來，原有果樹品種大量被替代，加之人們生產(chǎn)管理技術水平的迅速提高，產(chǎn)量和品質(zhì)也有了質(zhì)的飛躍，但同時也造成果樹對環(huán)境的要求發(fā)生了改變，原有的一些果樹農(nóng)業(yè)氣象指標已經(jīng)不能滿足人們進行生產(chǎn)管理、氣候區(qū)劃、精細化農(nóng)業(yè)氣象服務的要求，冬棗樹就是其中很明顯的一個例子。

通過對1990—2019年冬棗樹休眠期凍害發(fā)生情況的研究，發(fā)現(xiàn)-13.0、-15.0、-17.0℃ 3個溫度節(jié)點對冬棗樹休眠期凍害的形成影響較大，即當天氣過程的極端最低溫度＞-13.0℃時，一般不會形成凍害；當極端最低溫度≤-15.0℃的時間大于1 d時，就會對冬棗樹正常生長造成傷害，且隨著時間的延長而加重；同樣當極端最低溫度≤-17.0℃時，對冬棗樹的危害更大，1 d的時間就會形成較為嚴重的災害。經(jīng)過進一步研究對比印證，確定了冬棗樹休眠期的凍害指標，該指標也與武文安等［13］對沾化縣冬棗樹凍害的調(diào)查與分析結果相契合。

由于本研究采用回溯性調(diào)查，時間跨度較大，無法獲得災害發(fā)生時的詳細數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)的采集是以華北北部濱海平原區(qū)的災害數(shù)據(jù)為主，使得所得出的指標具有一定的地域局限性，主要適用于以華北平原及其周邊地區(qū)為主的露天栽培冬棗樹的管理應用。另外，本次得出的災害指標的擬合率為78.5%，也說明凍害指標除了與某一次強降溫天氣過程密切關聯(lián)外，還應與其他因素有關，例如整個冬季的氣候狀況、冬棗品種間抗逆性差異、耐受低溫能力、天氣過程的降溫速率、地域環(huán)境以及管理措施等要素，這些都為后續(xù)相關研究提供了空間。