賀蘭山東麓葡萄園結(jié)露溫度與結(jié)露時間變化特征

馮 蕊，范錦龍，李芳紅，張亞紅，衛(wèi)建國，張曉煜,3

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；3.寧夏氣象科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750002；4.國家衛(wèi)星氣象中心，北京 100081)

引 言

賀蘭山東麓位于105°45′E—106°27′E、37°43′N—39°05′N之間，屬溫帶干旱半干旱氣候區(qū)。氣候干燥、少雨，日照時間長，熱量適中，晝夜溫差大，光熱條件好[1]，是全球釀酒葡萄優(yōu)質(zhì)種植區(qū)。隨著葡萄酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，釀酒葡萄種植面積不斷增加，規(guī)劃到2020年形成總規(guī)模達(dá)6萬多hm2的葡萄產(chǎn)業(yè)帶，建立寧夏賀蘭山東麓百萬畝葡萄文化長廊[2]，陸續(xù)先后引進(jìn)了赤霞珠、美樂、品麗珠、蛇龍珠、西拉、馬瑟蘭、黑比諾、霞多麗、雷司令等國際著名品種。釀酒葡萄正常生長需要水分充足，尤其是生長初期和轉(zhuǎn)色期前要求土壤水分充足，而開花和果實(shí)成熟期則對水分需求少，要求空氣和土壤干燥。我國北方冬季葡萄埋土?xí)r間在5個月以上，持續(xù)到翌年3月[3]，春季4—5月是賀蘭山東麓釀酒葡萄出土放條-春梢生長期，7、8月是葡萄轉(zhuǎn)色期，最易發(fā)生病害，9、10月是葡萄成熟期，收獲期水膜的形成易引發(fā)葡萄病害，導(dǎo)致裂果和爛果，并影響葡萄冬芽的發(fā)育，葡萄藤11月中下旬下架埋土，生長季為6～7個月。病蟲害的發(fā)生導(dǎo)致釀酒葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)下降問題日益突出，其中霜霉病、白粉病、灰霉病等最為普遍，是寧夏釀酒葡萄的主要病害[4]。

露水是葡萄園水分循環(huán)的重要組成部分，對葡萄園微氣候的調(diào)節(jié)具有重要作用，同時也是微生物孢子萌發(fā)的必要條件?？諝庵袣鈶B(tài)水達(dá)到飽和而凝結(jié)成液態(tài)水所需要降至的溫度稱為露點(diǎn)溫度。當(dāng)空氣溫度達(dá)到或低于露點(diǎn)溫度時，空氣中的氣態(tài)水凝結(jié)成液態(tài)水附著在葉片或果實(shí)表面形成水膜，這個過程稱為結(jié)露[5]；當(dāng)空氣溫度大于露點(diǎn)溫度時，則無法形成水膜覆蓋[6]。近年來，隨著我國西北地區(qū)東部降水增多，葡萄園水分微循環(huán)格局發(fā)生明顯變化，結(jié)露時間和規(guī)律等發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。資料顯示，70%的葡萄病蟲害均與環(huán)境高濕有關(guān)[7]，如霜霉病、灰霉病的發(fā)生與流行和環(huán)境濕度密切相關(guān)，在有水膜的情況下更易發(fā)生，相對濕度大，霜霉病流行嚴(yán)重[8]；葡萄黑腐病通常在高濕條件下發(fā)生，僅需要在夜間幾個小時甚至不連續(xù)的高濕環(huán)境下分生孢子就可以侵染植物體[9]；霞多麗、赤霞珠和美樂從開花到收獲期都易遭受苦腐病葡萄球菌的潛在感染，而持續(xù)的高濕環(huán)境有利于苦腐病的發(fā)生[10]；霞多麗、黑比諾、雷司令等緊密簇葡萄易受季末串腐病的影響，漿果與漿果的接觸破壞了保護(hù)性表皮和表皮蠟，在高濕條件下增加了對真菌病原體入侵漿果的風(fēng)險[11]。

4—10月是寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄生長季，結(jié)露為葡萄病蟲害的發(fā)生與流行提供了有利條件，在我國西北地區(qū)東部氣候暖濕化趨勢下葡萄園結(jié)露溫度與結(jié)露時間如何變化？為此，本文利用賀蘭山東麓典型葡萄園及鄰近氣象站氣象觀測數(shù)據(jù)，分析釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)結(jié)露溫度變化和潛在結(jié)露時段及時長變化趨勢，為病蟲害預(yù)報(bào)和防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資 料

所用資料為寧夏銀川農(nóng)業(yè)氣象站2003—2020年葡萄生育期4—10月氣象觀測數(shù)據(jù)以及美域酒莊2019—2020年小氣候監(jiān)測站觀測數(shù)據(jù)，觀測要素包括逐日和逐時平均氣溫、降水量、相對濕度、地面溫度等；與銀川農(nóng)業(yè)氣象站同處一個區(qū)域的立蘭葡萄園2019年6月逐10 min的葉面溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.2 方 法

1.2.1 露點(diǎn)溫度的計(jì)算

通過多種計(jì)算方法[12-16]的比較，本文選用王凌杰等[16]的露點(diǎn)溫度計(jì)算公式，表達(dá)式如下：

(1)

式中：Td(℃)為露點(diǎn)溫度；φ(%)為空氣相對濕度；Ta(℃)為氣溫。

1.2.2 葉面溫度的計(jì)算

通常情況下，環(huán)境溫度(氣溫)與植物組織表面溫度存在差異，氣溫的測量通常暴露在空氣中，而結(jié)露對植物的影響主要存在于葉片及果實(shí)等植物組織表面，通過氣溫可以合理計(jì)算出植物葉面溫度。與露點(diǎn)溫度相比較，基于葉面溫度得到的結(jié)露情況更接近植物組織表面的實(shí)際結(jié)露情況。因此，本文將有結(jié)露情況產(chǎn)生的溫度定義為結(jié)露溫度，并用來監(jiān)測葡萄園結(jié)露情況。

寧夏釀酒葡萄于5月進(jìn)入開花-坐果期，6月果實(shí)與枝葉均處于茂盛時期，因此對立蘭葡萄園2019年6月葉面溫度(簡稱“葉溫”)與同期氣溫作相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)葉溫和氣溫存在顯著差異，二者差值在-1.1～1.9 ℃之間，平均為0.4 ℃，標(biāo)準(zhǔn)差為1.48 ℃(表略)。通常，葡萄園氣溫與葉溫的差值在-2.01～1.65 ℃之間[17]。從圖1看出，立蘭葡萄園葉面最低溫度比最低氣溫低，而葉面最高溫度高于最高氣溫，表明葉溫日波動幅度較氣溫更大。結(jié)露一般發(fā)生在夜間，且在溫度較低情況下結(jié)露后的露水持續(xù)時間長[18]。研究表明，降露水的物體表面溫度須比周圍環(huán)境溫度降得更快，這就需要存在一定的溫度梯度[19]，通常承載著露水的物體表面與周圍大氣之間理想溫差約1～2 ℃，同時滿足負(fù)輻射條件，這樣物體表面溫度才會下降[20]。因此，本文選取1.65 ℃作為銀川市葡萄園氣溫與葉溫的差值，可通過氣溫計(jì)算葉溫，并與露點(diǎn)溫度相比較，當(dāng)葉溫等于或低于露點(diǎn)溫度時(差值△T≤0 ℃)，物體表面開始結(jié)露，此時的露點(diǎn)溫度即為結(jié)露溫度。

圖1 2019年6月立蘭葡萄園氣溫與葉溫分布Fig.1 The distribution of air temperature and leaf temperature in Lilan vineyard in June 2019

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄生育期結(jié)露溫度的月際變化

2003—2020年銀川葡萄生育期內(nèi)最高、最低及平均結(jié)露溫度的月際變化特征基本一致，均呈現(xiàn)“先升后降”的單峰型分布，7月的結(jié)露溫度最高，平均為16.93 ℃，8月次之，10月最低，平均為5.66 ℃(圖2)。另外發(fā)現(xiàn)，4、5月結(jié)露溫度的波動幅度相對較大，表明春季處于大氣環(huán)流轉(zhuǎn)換季節(jié)，氣溫相對不穩(wěn)定，導(dǎo)致結(jié)露溫度波動大。

圖2 銀川站2003—2020年葡萄生育期結(jié)露溫度的均值及極值月際分布Fig.2 The monthly distribution of average value and extreme values of dewing temperature in the growth period of wine grape at Yinchuan station from 2003 to 2020

2.2 葡萄生育期結(jié)露天數(shù)與時長的月際及年際變化

圖3是銀川站2003—2020年葡萄生育期4—10月結(jié)露天數(shù)和時長，發(fā)現(xiàn)葡萄生育期結(jié)露天數(shù)和時長均存在明顯的月際及年際變化特征。從月際變化看，2003—2020年葡萄生育期結(jié)露天數(shù)總體上9月最多，10月次之，5、6月次少，4月最少；結(jié)露時長9月最長，10月次之，5月次短，4月最短。另外，葡萄生育期平均結(jié)露天數(shù)和時長大致呈逐月遞增趨勢，9月平均結(jié)露天數(shù)、時長最多，分別為12 d、64.5 h，4月最少，分別為2 d、8.4 h(圖4)。綜合來看，葡萄生育期結(jié)露天數(shù)和時長的月際變化基本一致，春季結(jié)露天數(shù)(時長)較少(短)，秋季結(jié)露天數(shù)(時長)較多(長)。從年際變化來看，結(jié)露天數(shù)最多的年份是2011年，為64 d，最少的年份是2013年，僅21 d，而結(jié)露時長最長的年份是2007年，達(dá)408 h，最短的年份是2012年，短至98 h。

圖3 銀川站2003—2020年葡萄生育期各月結(jié)露天數(shù)(a)和時長(b)Fig.3 The dewing days (a) and hours (b) in each month during the growth period of wine grape at Yinchuan station from 2003 to 2020

圖4 銀川站2003—2020年葡萄生育期各月平均結(jié)露天數(shù)(a，單位：d)與時長(b，單位：h)Fig.4 The average dewing days (a, Unit: d) and durations (b, Unit: h) in each month during the growth period of wine grape at Yinchuan station from 2003 to 2020

2.3 葡萄生育期結(jié)露時段的變化

2003—2020年葡萄生育期結(jié)露時段較為集中。從生育期各月結(jié)露時段來看，4—10月各月結(jié)露差異顯著，其中4、5月結(jié)露次數(shù)很少，結(jié)露時間主要分布在21:00—23:00(北京時，下同)；6、7月結(jié)露次數(shù)增多，結(jié)露時間開始前移，主要分布于18:00—23:00；8月結(jié)露次數(shù)較之前顯著增多，結(jié)露時段有所擴(kuò)大，結(jié)露主要分布在17:00—00:00；9月各時刻結(jié)露次數(shù)均最多(00:00除外)，結(jié)露主要分布在16:00至翌日02:00；10月結(jié)露時段與8月相似，主要分布在17:00—00:00，但主要結(jié)露時段的結(jié)露次數(shù)較9月略微偏少(圖5)。從葡萄生育期各年結(jié)露時段來看，全天均可出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，但結(jié)露主要出現(xiàn)在17:00至翌日01:00，且存在明顯的年際變化，其中2005、2012、2013、2018年結(jié)露時間相對較晚，集中在19:00—00:00；2007、2010、2014年結(jié)露時間相對較早，在13:00結(jié)露就已頻繁出現(xiàn)；2020年結(jié)露次數(shù)較少，結(jié)露時間主要集中在凌晨(表1)。

圖5 銀川站葡萄生育期各月不同時刻結(jié)露次數(shù)Fig.5 The dewing times at different time in each month during the growth period of wine grape at Yinchuan station

表1 銀川站2003—2020年葡萄生育期不同時刻結(jié)露次數(shù)Tab.1 The dewing times at different time during the growth period of wine grape from 2003 to 2020 at Yinchuan station 單位：次

2.4 葡萄園與氣象站露點(diǎn)溫度對比

美御酒莊是賀蘭山東麓一個典型的葡萄園，通過該葡萄園中小氣候站與銀川站的露點(diǎn)溫度比較，發(fā)現(xiàn)兩站露點(diǎn)溫度的月際變化特征相同(圖6)，總體呈“先升后降”的月際變化趨勢，且露點(diǎn)溫度較接近(9月最大露點(diǎn)溫度和平均露點(diǎn)溫度除外)。

圖6 2019年4—10月銀川站與小氣候站露點(diǎn)溫度對比(a)最大露點(diǎn)溫度，(b)平均露點(diǎn)溫度，(c)最小露點(diǎn)溫度Fig.6 Comparison of dew point temperature between Yinchuan station and microclimate station from April to October in 2019(a) the maximum dew point temperature, (b) mean dew point temperature, (c) the minimum dew point temperature

另外，對2019年葡萄生育期4—10月美御酒莊小氣候站與銀川站小時露點(diǎn)溫度(Td)、氣溫(Ta)及日降水量(R)進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)兩站Td、Ta、R均存在顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.494、0.973、0.307，均通過α=0.01及以上的顯著性檢驗(yàn)。因此，銀川站2003—2020年Td、Ta、R一定程度上能夠反映葡萄園的結(jié)露情況。

2.5 結(jié)露溫度與最低氣溫和降水量的關(guān)系

從圖7看出，2019年葡萄生育期結(jié)露集中在降雨前后，降雨密集的日期結(jié)露情況較多，個別無降雨天氣形成的結(jié)露可能是灌水所致；結(jié)露溫度的變化與最低氣溫相似，無降水時，溫度較低的情況下容易結(jié)露。

圖7 銀川站2019年葡萄生育期結(jié)露溫度、最低氣溫及降水量逐日變化Fig.7 The daily changes of dewing temperature, the minimum air temperature and precipitation during the growth period of wine grape at Yinchuan station in 2019

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2003—2020年銀川站結(jié)露溫度和最低氣溫的變化趨勢基本一致，葡萄生育期4—10月日最高結(jié)露溫度與日降水量、日最低氣溫均存在顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.234、0.922(通過α=0.01及以上的顯著性檢驗(yàn))，即降水越頻繁，結(jié)露情況越多，且最低氣溫較低情況下易結(jié)露。

3 結(jié)論與討論

(1)銀川站葡萄生育期4—10月結(jié)露溫度呈“單峰型”月際分布，結(jié)露溫度7月最高，10月最低，春季4、5月波動較大。

(2)2003—2020年，賀蘭山東麓葡萄生長季(4—10月)結(jié)露日數(shù)和時長大致呈逐月遞增趨勢，4月結(jié)露日數(shù)(時長)最少(短)，9月結(jié)露日數(shù)(時長)最多(長)；葡萄生育期結(jié)露天數(shù)和時長存在明顯的年際變化，結(jié)露天數(shù)2011年最多為64 d，2013年最少為21 d，而結(jié)露時長2007年最長為408 h，2012年最短為98 h。

(3)葡萄生育期結(jié)露主要發(fā)生在18:00之后，但不同月份差異顯著，且存在明顯的年際變化，整體上結(jié)露時段隨著結(jié)露日數(shù)和時長的增加逐漸擴(kuò)大，9月結(jié)露時段最寬，主要分布在16:00至翌日02:00，而4月結(jié)露時段最窄，主要分布在21:00—23:00。

(4)美域酒莊小氣候站與銀川站2019年葡萄生育期4—10月氣溫、降水量及露點(diǎn)溫度均具有高度相關(guān)性，故而銀川站2003—2020年的結(jié)露情況一定程度上能夠反映葡萄園實(shí)際結(jié)露情況。另外，結(jié)露與降水量、最低氣溫均呈顯著正相關(guān)，降水量越大、最低氣溫越低，相鄰日期結(jié)露情況越多。

據(jù)調(diào)查，賀蘭山東麓葡萄園釀酒葡萄病害有14種，其中7種病害較為嚴(yán)重，分別是白粉病、霜霉病、黑痘病、灰霉病、卷葉病、酸腐病和穗軸褐枯?。幌x害有9種，較為嚴(yán)重的有4種，分別是紅蜘蛛、綠盲蝽、毛氈病和二斑葉蟬[21]。本文研究發(fā)現(xiàn)，葡萄生育期4—10月的結(jié)露天數(shù)與時長呈逐月遞增趨勢，結(jié)露溫度在7月達(dá)到峰值，而4月葡萄處于萌發(fā)期，從5月開始各種病蟲害相繼發(fā)生，7、8月是病蟲害的高發(fā)期?？梢?，葡萄園的病蟲害與結(jié)露狀況存在一定的聯(lián)系。綠盲蝽喜歡陰冷潮濕的環(huán)境，4月結(jié)露時段太短，而5月開始結(jié)露時段延長且主要在18:00之后，葡萄園夜晚溫度較低且潮濕，適宜其成蟲活動，易發(fā)生綠盲蝽病害[22]；6月中下旬，隨著溫度升高、降水增多，結(jié)露天數(shù)和時長增加，白粉病零星發(fā)生，高濕環(huán)境利于其生長[23]；7月結(jié)露主要集中在中下旬，喜高溫高濕的霜霉病、灰霉病開始發(fā)生[24]；8—9月結(jié)露天數(shù)及時長明顯增多，溫度較高，霜霉病、灰霉病[25-26]、酸腐病和紅蜘蛛等在潮濕環(huán)境下大量繁殖。近年來，隨著寧夏氣溫的不斷升高，結(jié)露起始時間逐漸推遲，結(jié)露最多的9、10月應(yīng)注意晚上干燥通風(fēng)，以減少病蟲害的發(fā)生。