上海市青浦區(qū)1968—2018年藍莓主要生育期氣候變化特征

鄭澤華，余延略，馬忠芬，朱懷衛(wèi)

（1上海市青浦區(qū)氣象局，上海 201700；2廣東省生態(tài)氣象中心，廣州 510641）

0 引言

藍莓是杜鵑花科越橘屬的多年生小漿果，果實呈現(xiàn)藍色或紅色[1]，其發(fā)源地和主栽區(qū)均在北美[2]，主要栽培品種有高叢藍莓、矮叢藍莓和兔眼藍莓[3]。中國對藍莓的研究起步較晚，野生藍莓資源主要分布在東北大興安嶺、小興安嶺較寒冷的林區(qū)[4]。由于藍莓果肉細膩[5]，富含氨基酸、維生素C等各類營養(yǎng)成分和礦物元素[6]，具有較強的抗氧化[7]、降低血糖[8]和抗癌[9]等保健功能，逐漸受到人們的重視。

藍莓根系不發(fā)達，一般在淺根系土層[10-11]，既怕澇又怕旱[12]。研究表明，適量的降水對株高、枝條粗度等生長指標(biāo)的增長有促進作用，可以滿足其基本的需水要求[10]；若降水過多，淹水時間過長時，會抑制花芽形成，影響坐果率，造成爛根死亡[13]；若經(jīng)歷較長的無雨日，植株生長細弱，生理特性受阻，發(fā)展為持續(xù)嚴(yán)重的干旱時會造成整株死亡；發(fā)芽期若遭受低溫連陰雨，易使發(fā)芽率和花芽率均降低[14-15]。因此濕潤、排水通暢的土壤環(huán)境是種植藍莓的必備條件。

全球變暖趨勢顯著，季節(jié)性旱澇事件時而發(fā)生，頻發(fā)的旱澇災(zāi)害無論對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境，還是對區(qū)域經(jīng)濟均造成不利的影響[16-17]。目前研究旱澇特征有多種方法[18]，筆者選取了由Vicente-Serrano等提出的標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)[19-21]，能較好地適合多尺度、多空間進行對比分析，可以客觀地表征不同時間尺度下的旱澇情況。SPEI的適用性在應(yīng)用檢驗中得到了很好的驗證。莊少偉等[22]對SPEI指數(shù)在中國區(qū)域的適用性進行驗證時發(fā)現(xiàn)，在中國年均降水量大于200 m的區(qū)域，SPEI在各種時間尺度均可適用；楊慶等[23]研究指出，在濕潤地區(qū)SPEI具有較好的適應(yīng)性。目前已有大量學(xué)者基于SPEI研究不同區(qū)域的旱澇特征，王米雪等[24]使用SPEI指數(shù)對1960—2013年中國東南沿海地區(qū)旱澇時空變化特征及其趨勢分析進行了研究；郭樹龍等[25]利用SPEI指數(shù)進行研究，認(rèn)為1960—2015年間江漢平原向著濕潤化發(fā)展。此外，不少學(xué)者以SPEI為指標(biāo)對小麥、玉米等作物生育期的旱澇進行研究[26-27]，但目前針對藍莓生育期旱澇變化的報道較少。筆者以SPEI為旱澇災(zāi)害評判指標(biāo)，對藍莓主要生育期旱澇的變化趨勢進行分析，以期為青浦區(qū)藍莓主要生育期防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

上海市青浦區(qū)位于東經(jīng) 120°53′—121°17′、北緯 30°59′—31°16′之間，地處上海市西南部，面積約668.5 km2。地勢平坦，平均海拔高度在2.8～3.5 m之間。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，光熱充足、雨水豐沛，但降水時空分布不均，春秋兩季多低溫陰雨，盛夏易出現(xiàn)高溫干旱，夏秋季節(jié)臺風(fēng)、暴雨等較為頻繁[28]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

青浦國家氣象站始建于1959年。本研究主要選取了1968—2018年的氣象資料，包括逐日平均氣溫(℃)、最高氣溫(℃)、最低氣溫(℃)、平均風(fēng)速(m/s)、平均水汽壓(hPa)、降水量(mm)、日照時數(shù)(h)和相對濕度(%)。

1.3 藍莓生育期

由于目前青浦區(qū)栽培的藍莓品種較多，分別有北高叢的‘布里吉他’、‘都克’、‘藍豐’等和南高叢‘奧尼爾’、‘薄霧’、‘夏普藍’等，生育期不統(tǒng)一[29]。為了便于整體研究青浦區(qū)藍莓受旱澇的影響，結(jié)合SPEI月尺度時間特性劃分出3個主要的生育階段，分別為花期（4月）、果期（5月）和成熟期（6月）。

1.4 研究方法

1.4.1 SPEI計算 SPEI綜合考慮了氣溫、降水及蒸散作用的影響，通過計算月降水與潛在蒸散量的差值并進行正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理得到，具體計算過程詳見文獻[30]。分別用SPEI-1、SPEI-3、SPEI-6和SPEI-12表征1968—2018年青浦區(qū)月尺度、季尺度、半年尺度和年尺度的旱澇狀況。季節(jié)的劃分采用氣象學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，利用季尺度數(shù)據(jù)計算SPEI值，春季以5月的季尺度SPEI表示(Spr-SPEI-3)，夏季以8月的季尺度SPEI表示(Sum-SPEI-3)，秋季以11月的季尺度SPEI表示(Fal-SPEI-3)，冬季以2月的季尺度SPEI表示(Win-SPEI-3)。根據(jù)藍莓主要生育期的選取，利用月尺度數(shù)據(jù)計算SPEI值，花期以4月的月尺度SPEI表示(Apr-SPEI-1)，果期以5月的月尺度SPEI表示(May-SPEI-1)，成熟期以6月的月尺度SPEI表示(Jun-SPEI-1)，花期至成熟期以6月的季尺度SPEI表示(Jun-SPEI-3)。參考相關(guān)文獻[31]對青浦區(qū)旱澇等級做了劃分，見表1。

表1 旱澇等級

1.4.2 旱澇頻率 旱澇頻率計算如式(1)所示。

式中，P表示旱澇發(fā)生頻率，n為數(shù)據(jù)序列中旱澇發(fā)生的次數(shù)，N為樣本容量。

1.4.3 Mann-Kendall(M-K)趨勢檢驗 M-K趨勢檢驗是非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法[32]，運用M-K方法分別對青浦區(qū)1968—2018年的SPEI和藍莓主要生育期的SPEI進行趨勢檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫和降水變化

青浦區(qū)多年平均氣溫為16.2℃，平均升溫速率為0.475℃/10 a。由圖1可以看出，1997年起，氣溫開始快速上升，2007年達17.8℃。年降水量平均為1116.5 mm，平均變化率為39.475 mm/10 a，有明顯的波動變化，上升趨勢較微弱。20世紀(jì)70年代至21世紀(jì)初整體呈現(xiàn)增長的趨勢，1999年達到最大值1583.7 mm。進入21世紀(jì)，年均降水量基本呈現(xiàn)下降趨勢，僅在2012年后有所上升，2015年為1561.9 mm。

圖1 氣溫和降水變化趨勢

藍莓主要生育期內(nèi)（花期、果期、成熟期），多年平均氣溫分別為14.9、20.0、23.9℃。其中花期和果期升溫趨勢明顯，成熟期升溫趨勢較為平緩，最高值分別出現(xiàn) 在 1998 年 (17.6℃ )、1997 年 (22.3℃ )、2005 年(26.1℃)。年均降水量分別為88.2、102.8、173.2 mm，降水量最多的年份分別出現(xiàn)在1977年(190.2 mm)、2002年(225.4 mm)、1999年(683.6 mm)。降水量變化波動幅度較大，僅在果期表現(xiàn)為逐年減少的趨勢，其余均保持增加的態(tài)勢?；ㄆ谥脸墒炱诘亩嗄昶骄鶜鉁貫?9.6℃，年均降水量為364.2 mm。

圖2 青浦區(qū)不同時間尺度旱澇指數(shù)變化（1968—2018年）

2.2 青浦區(qū)不同時間尺度旱澇變化特征

SPEI數(shù)值越大，表明濕潤程度越強；數(shù)值越小，表明干旱程度越強。從圖2可以看出，時間尺度較短的SPEI-1，波動幅度大，且交替頻繁，可反映短期內(nèi)地表干濕程度；時間尺度增加的SPEI-3和SPEI-6，波動頻率變小，可反映季節(jié)性變化規(guī)律；時間尺度最長的SPEI-12，變化最為穩(wěn)定，旱澇維持時間變長，能很好地反映年際變化規(guī)律。

以年尺度為統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)，月份為單位，分析青浦區(qū)各年代不同等級的旱澇發(fā)生頻次。20世紀(jì)70年代，干旱化趨勢明顯，干旱頻率為43.3%，濕潤頻率僅為19.2%；80年代，干濕轉(zhuǎn)變，濕潤頻率增至40.8%，干旱頻率僅為15.0%；90年代，濕潤化程度進一步增強，濕潤頻率為55.8%，干旱頻率為15.8%；21世紀(jì)00年代，出現(xiàn)干濕轉(zhuǎn)變，干旱頻率增至48.3%，濕潤頻率則降至20.0%；21世紀(jì)10年代，再一次發(fā)生干濕轉(zhuǎn)變，濕潤頻率為45.4%，干旱頻率則為13.0%?？傮w而言，干旱頻率為29.3%，濕潤頻率為 34.6%，其中 1991、1994、1999、2000、2016年出現(xiàn)了極端濕潤的月份，1978、1979、2004年出現(xiàn)了極端干旱的月份。

2.3 青浦區(qū)旱澇演變趨勢M-K檢驗

由SPEI-12的UF曲線變化趨勢（圖3）可以看出，20世紀(jì)70年代中期前，UF曲線波動頻繁，干旱化年份偏多；20世紀(jì)70年代后期至21世紀(jì)00年代前期，UF曲線基本保持上升趨勢，濕潤化程度增強；此后至21世紀(jì)10年代前期，UF曲線下降，轉(zhuǎn)為干旱化；2013年起，UF曲線回升，濕潤化程度增強。

圖3 青浦區(qū)旱澇指數(shù)M-K趨勢檢驗（1968—2018年）

不同季節(jié)的旱澇變化呈現(xiàn)出不同階段性特點。春季，20世紀(jì)80年代后期之前，UF曲線在0值線附近波動頻繁，呈現(xiàn)干濕交替；90年代初期，較為濕潤；90年代中期至21世紀(jì)00年代后期，干旱化程度增強；21世紀(jì)00年代后期至今，出現(xiàn)干濕交替，總體較濕潤。以季尺度為統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)，月份為單位分析，春季干旱和濕潤的頻率分別為30.1%和35.9%，1977、1998年有極端濕潤的月份。

夏季，20世紀(jì)80年代前期，較為干旱；80年代中期至21世紀(jì)00年代，干濕交替，總體以濕潤化為主；21世紀(jì)00年代中期至10年代前期，干旱化程度增強；10年代中期至今轉(zhuǎn)為濕潤。夏季干旱和濕潤的頻率分別為26.1%、34.6%，1999年出現(xiàn)極端濕潤的月份。

秋季，20世紀(jì)90年代初期，濕潤化顯著；90年代中期至20世紀(jì)00年代前期，干旱化程度增強；00年代中期至10年代初期，出現(xiàn)干濕交替；10年代中期至今，濕潤程度略有增強。秋季干旱和濕潤的頻率分別為28.1%、32.0%，1980、1990、1993、1999年均有極端濕潤的月份。

冬季，20世紀(jì)80年代，總體較干旱；90年代，干濕交替；21世紀(jì)00年代至今，UF曲線波動上升，濕潤化程度增強。冬季干旱和濕潤的頻率均為28.1%，1998、2016年出現(xiàn)極端濕潤的月份。

2.4 藍莓主要生育期旱澇演變趨勢M-K檢驗

從選取的藍莓生育期整體來看，SPEI指數(shù)波動范圍在-1.88～1.86之間，沒有極端旱澇事件發(fā)生（圖4）。從多年M-K曲線走向趨勢劃分出不同時段。1968—1982年(P1)，M-K曲線波動明顯，多以干濕交替為主；1983—1995年(P2)，M-K曲線趨于上升，濕潤化程度增強；1996—2011年(P3)，M-K曲線整體呈下降趨勢，干旱化程度增強；2012—2018年(P4)，M-K曲線轉(zhuǎn)為上升，逐漸向濕潤化轉(zhuǎn)變。

圖4 青浦區(qū)藍莓主要生育期旱澇指數(shù)M-K趨勢檢驗（1968—2018年）

從表2也可以看出，3個生育期在不同時間段的旱澇變化存在差異，花期和果期旱澇頻率的變化趨勢較為一致?；ㄆ冢琍1～P2段濕潤化增強，且濕潤頻率增加以中度濕潤頻率增加為主；P3～P4段干旱化趨勢明顯，干旱頻率增加主要因輕度干旱頻率增加，P3段干旱頻率達62.5%。花期內(nèi)未出現(xiàn)極端旱澇事件。果期，P1～P2段M-K曲線波動明顯，干濕交替，濕潤頻率多于干旱頻率，且在P1段極端濕潤為6.7%；與花期類似，P3～P4段干旱化增強，干旱頻率分別為43.8%和42.9%。成熟期出現(xiàn)了明顯差異，P1段M-K曲線總體下降，干旱化較強；P2～P3段多為干濕交替；P4段濕潤化程度增強，濕潤頻率達42.9%。

表2 青浦區(qū)藍莓主要生育期不同等級旱澇頻率（1968—2018年）%

從旱澇發(fā)生的頻率總和來看，花期、果期和成熟期干旱頻率分別為27.5%、25.5%和21.6%，濕潤頻率分別為29.4%、27.5%和27.5%，花期出現(xiàn)旱澇的頻率大于其余2個生育期?？傮w而言，花期和果期有向干旱化發(fā)展的趨勢，成熟期則向著濕潤化發(fā)展，而選取的生育期整體還是濕潤化多于干旱化。

3 結(jié)論與討論

青浦區(qū)多年平均氣溫為16.2℃，平均升溫速率達0.475℃/10 a。降水量多年平均為1116.5 mm，有明顯的波動變化，上升趨勢較微弱。藍莓花期至成熟期氣溫均呈上升趨勢；降水量在果期有減少趨勢，在花期和成熟期均為增加趨勢。溫度是影響藍莓生長的關(guān)鍵因子，藍莓屬喜涼植物，不同品種適宜生長的溫度不同。正常品種可耐高溫，但溫度過高易也會造成生長不良[33]。不同品種耐寒特性也不盡相同，研究表明，兔眼藍莓在低于17℃情況下會發(fā)生凍害[34]。此外，藍莓不同時期的水分需求存在差異，營養(yǎng)生長期水分充足可以促進植株強壯[35]，果實發(fā)育期水量較多會影響果實獲取養(yǎng)分，果實采收后水分充足能促進植株營養(yǎng)生長，植株休眠期水分過多易造成根部腐爛[36-37]。本研究中藍莓花期至成熟期降水量占全年的32.5%，其中成熟期（6月）降水量占全年的15.3%，這個時期是藍莓果實成熟采摘的關(guān)鍵時期，若出現(xiàn)暴雨、冰雹、高溫干旱等不利天氣時，極易造成花朵或果實脫落[14]。此外，研究表明，藍莓生長對土壤pH和土壤養(yǎng)分要求較高[38]，在有機質(zhì)豐富、通氣性良好和水分充足的酸性沙質(zhì)土壤中生長良好[39]。

本研究發(fā)現(xiàn)，青浦區(qū)旱澇年際變化明顯，20世紀(jì)80年代、90年代和21世紀(jì)10年代總體較為濕潤，20世紀(jì)70年代和21世紀(jì)00年代相對偏旱。不同季節(jié)的旱澇變化也呈現(xiàn)出階段性特點，20世紀(jì)70年代各季有一定的干濕交替；20世紀(jì)80年代，春冬仍呈干濕交替，夏秋總體較為濕潤；20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代，春夏秋由濕潤化向干旱化轉(zhuǎn)變，冬季則由干旱化向濕潤化發(fā)展；21世紀(jì)10年代，夏秋冬三季呈濕潤化趨勢，春季多干濕交替。藍莓花期、果期和成熟期干旱頻率分別為27.5%、25.5%和21.6%，濕潤頻率分別為29.4%、27.5%和27.5%，各生育期濕潤頻率均大于干旱頻率。藍莓花期和果期有干旱化發(fā)展趨勢，成熟期有濕潤化發(fā)展趨勢。

上海市青浦區(qū)藍莓種植應(yīng)結(jié)合青浦區(qū)的氣候特點和栽培用途，選育適宜本地的品種。有研究表明，兔眼藍莓的抗旱性較強，在持續(xù)干旱的條件下也能獲得豐產(chǎn)效果；而‘艾朗’耐澇性較強[40]；南高叢藍莓和兔眼藍莓在浙江等亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的適應(yīng)性較好[41]。青浦區(qū)因氣候條件影響，目前栽植的藍莓產(chǎn)量較少，藍莓種植具有較大的發(fā)展前景。