新疆伽師瓜生長氣象條件及主要氣象災害分析

胡啟瑞，李錦虎，王 森，火勛國*，吉春容

（1.新疆興農網信息中心/新疆維吾爾自治區(qū)農業(yè)氣象臺，新疆 烏魯木齊 830002；2.伽師縣氣象局，新疆 伽師 844300）

0 引言

伽師瓜（Jiashi muskmelon）是葫蘆科（Cutrbitaceae）黃瓜屬（CucumisL.）甜瓜亞屬（MeloJeffrey）的一個甜瓜品種，是新疆甜瓜中的晚熟厚皮脆肉類型的優(yōu)質甜瓜之一，因源于新疆塔克拉瑪干沙漠西沿的伽師縣而得名。經過多年的發(fā)展，伽師瓜以顯著的經濟效益、生態(tài)效益及廣闊的發(fā)展前景，成為喀什地區(qū)具有代表性的優(yōu)勢特色產業(yè)之一。近年來，受全球氣候變暖的影響，新疆極端氣候事件的發(fā)生頻率和強度有所增加，影響了瓜果業(yè)的產量和品質［1-3］。在這種背景下，研究伽師瓜生長氣象條件評價指標及主要氣象災害，可為當地合理利用氣候資源和加強農作物管理提供科學指導。

在新疆特色林果生長氣象條件研究方面，克日木等［4］分析了喀什地區(qū)紅棗種植的生長條件，指出高溫和降水是影響紅棗坐果的主要氣象災害；張慧嵐等［5］分析了庫爾勒香梨生長的適宜氣象條件，發(fā)現(xiàn)花期的霜凍對香梨產量影響較大；黃娟［6］、劉海蓉［7］等分析了阿克蘇蘋果生長的氣象條件，指出休眠期冬季極端氣溫會誘發(fā)果樹凍傷；吉春容等［8］研究了近20年哈密瓜的發(fā)育情況，分析并給出影響哈密瓜不同生育期的主要氣象因子；胡啟瑞等［9］研究發(fā)現(xiàn)，新疆伽師瓜生長期間的氣象條件基本能滿足伽師瓜的需求，但是生長季內日照時數偏少，對伽師瓜的品質產生了不利影響。目前，對伽師瓜的研究主要集中在高產栽培、節(jié)水灌溉、儲藏保鮮、病蟲害防治等方面［10-12］，對伽師瓜生長期間的氣象條件評價指標及主要氣象災害分析的研究較少。

本研究以晚熟伽師瓜為研究對象，利用1981～2020年氣象數據資料、1999～2020年伽師的發(fā)育期資料、1961～2020年歷史災情資料，對伽師瓜不同生育期與氣象條件的關系進行了分析，明確了伽師瓜生長期間的氣象條件及主要氣象災害，旨在為當地科學利用氣候資源及防災減災提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

以晚熟伽師瓜為研究對象，選取1981～2020年伽師縣平均氣溫、降水、日照時數等氣象要素數據，并計算不同界限積溫，數據來源于新疆氣象信息中心。2005～2020年伽師瓜發(fā)育期數據來源于農業(yè)氣象觀測站和新疆農業(yè)科學院。1961～2020年歷史災情資料來源于新疆氣候中心。

1.2 研究方法

采用線性回歸等方法分析發(fā)育期與氣象條件的關系［13-14］，利用最小二乘法計算氣候要素氣候傾向率［15-16］，通過SPSS 16.0和Excel 2010軟件進行數據分析和作圖。

大風災害致災因子及危險性指數計算：選擇發(fā)生大風的年平均次數（頻次，d/a）和極大風速大?。◤姸?，m/s）作為大風災害致災因子的危險性指數（H），大風危險性指數計算公式為：

其中，G為大風強度，P為大風頻次。大風強度為調查時間范圍內的日極大（最大）風速極值年均值，大風頻次指調查時間范圍內的平均年大風發(fā)生次數。wG和wP為各自的權重。

2 結果與分析

2.1 伽師瓜發(fā)育期變化及其與氣象條件的關系

從發(fā)育期變化的趨勢來看，近16年來（2005～2020年）伽師瓜在4月中下旬播種、5月上旬出苗、5月下旬伸蔓、6月上旬坐果、8月上旬成熟收獲，全生育期平均為110 d，且以2.1 d/10 a的氣候傾向率延遲。近16年來，伽師瓜從播種期到坐果期呈現(xiàn)出不同程度的提前趨勢，但變化未通過顯著性檢驗；收獲期呈不顯著延遲趨勢，延遲幅度為1～2 d/10 a。伽師瓜不同生育期間隔日數呈增加趨勢，其中坐果期—收獲期年際間變化率較大（表1）。

表1 伽師瓜2005～2020年發(fā)育變化趨勢

對伽師瓜發(fā)育期與不同尺度氣象要素的關系進行分析，結果表明，伽師瓜發(fā)育期主要受溫度影響，降水量和日照時數主要影響夏季發(fā)育期。伽師瓜播種期與4月上旬平均氣溫和4月中旬平均氣溫、最低氣溫相關。出苗期和伸蔓期分別與5月平均最低氣溫和5月上、中旬日平均氣溫顯著相關。成熟期與7月上旬平均氣溫、7月中旬日照時數和8月上旬平均氣溫相關性顯著（表2）。

表2 伽師瓜發(fā)育期與氣象要素的關系

2.2 不同發(fā)育期主要氣象因子分析

2.2.1 播種期生長氣象條件的分析 近16年來伽師瓜生長期間，4月上旬、中旬日平均氣溫和中旬最低氣溫均呈不顯著上升趨勢。其中，4月上旬平均氣溫為15.1 ℃，變化范圍為11.0～17.0 ℃；4月中旬氣溫平均為17.1 ℃，變化范圍為11.7～22.4 ℃；4月中旬日最低氣溫在2.3～8.9 ℃之間變化，平均最低氣溫為5.9 ℃（圖1）。

圖1 伽師瓜播種期生長氣象條件的變化

2.2.2 出苗期生長氣象條件的變化 由圖2可知：近16年來出苗期主要集中在5月上旬，變化范圍為5月2日～10日。5月上旬平均氣溫為平均20.1℃，變化范圍為17.3～24.0 ℃；5月上旬最低氣溫平均為20.7 ℃，變化范圍為1.3～12.5 ℃；5月平均最低氣溫為13.8 ℃，變化范圍為11.6～15.5℃。

圖2 伽師瓜出苗期生長氣象條件的變化

2.2.3 伸蔓期生長氣象條件的變化 由圖3可知：近16年來伸蔓期平均為5月26日，變化范圍為5月24日～29日。5月上旬平均氣溫為20.7 ℃，在17.3～24.0 ℃之間變化；5月中旬平均氣溫為21.4℃，在16.9～25.0 ℃之間變化；5月中旬日最高氣溫在29.2～36.6 ℃，35 ℃以上高溫發(fā)生在2006、2008、2009和2011年，其余年份均在35 ℃以下。

圖3 伽師瓜伸蔓期生長氣象條件的變化

2.2.4 坐果期生長氣象條件的變化 由圖4可以看出：近16年來坐果期平均為6月10日，變化范圍為6月7日～14日。坐果期間5月平均最低氣溫為13.8 ℃，變化范圍為11.6～15.5 ℃；6月上旬平均氣溫平均為23.8 ℃，在22.5～26.6 ℃之間變化；6月中旬日較差平均為15.4 ℃，在14.0～17.0 ℃之間變化；6月日照時數平均為322.1 h，空氣濕度平均為39.6%，降水量呈減少趨勢。

圖4 伽師瓜坐果期生長氣象條件的變化

2.2.5 成熟期生長氣象條件的變化 由圖5可知：近16年來伽師瓜平均成熟期為8月8日，變化范圍為8月1日～15日。成熟期間，5月平均氣溫為21.1℃，6月日照時數平均達318.0 h；7月上旬平均氣溫為25.5 ℃，7月日照時數平均為326.6 h，7月中旬降水量最高達17 mm（2016年）；8月上旬日平均氣溫為25.8 ℃，在22.8～28.6℃之間變化。

圖5 伽師瓜成熟期生長氣象條件的變化

2.3 伽師瓜生長氣象條件定量評價指標

通過綜合分析氣候因子、生長季內氣象要素與發(fā)育期的影響，從不同發(fā)育期給出伽師瓜生長氣象條件定量評價指標（表3）：當春季日平均氣溫在15～18 ℃或膜內平均5 cm地溫為20～25 ℃時適宜播種；苗期適宜生長溫度為18～25 ℃，日最高溫度高于35 ℃或日最低溫度低于13 ℃，不利于苗期的生長；伸蔓期適宜溫度為20～25 ℃，日最低氣溫要求在15 ℃以上。日平均氣溫在22～30 ℃、平均氣溫日較差在10～13 ℃時，適宜伽師瓜坐果；果實膨大和成熟期，日平均氣溫在25～30 ℃、旬日照時數為不低于100 h、平均氣溫日較差在13～15 ℃時，有利于伽師瓜有機質的積累；果實生長發(fā)育期間38 ℃以上高溫或持續(xù)降水對伽師瓜坐果、膨大及成熟有不利影響。

表3 伽師瓜生長氣象條件定量評價指標

2.4 伽師瓜生長期間主要氣象災害分析

通過分析伽師縣1961～2020年歷史災情資料發(fā)現(xiàn)，伽師瓜生長季中造成伽師瓜生長受到影響的災情共計69次，暴雨洪澇、冰雹災害主要集中在1990～1999、2010～2015年，大風災害主要集中在2010年以后。其中大風災害6次，占總災害次數的8.7%，大風災害造成了伽師瓜幼苗干枯、幼果脫落等。低溫霜凍災害僅發(fā)生了1次，占總災害次數的1.45%。冰雹、暴雨洪澇致災原因較為復雜，且與地形地勢、生產管理水平等關系較大（圖6）。結合實地調研情況，重點研究大風災害對伽師瓜苗期生長的影響。

圖6 伽師瓜生長期間主要氣象災害

基于研究伽師縣大風危險性指數值，計算區(qū)域內非0危險性指標值均值及其標準差，構建了伽師瓜春季大風災害監(jiān)測等級指標（表4）。當大風危險指數Hwind小于0.18時，發(fā)生輕度風災；當Hwind在0.18～0.36之間時，發(fā)生中度風災；當Hwind在0.36～0.66之間時，發(fā)生重度風災；當Hwind大于0.66時，發(fā)生特重度風災。

表4 伽師瓜春季大風災害監(jiān)測等級指標

圖7是伽師縣1991～2020年伽師瓜生長季大風災害等級指數的變化，由圖7可以看出，隨著時間的變化，伽師縣大風災害等級指數呈逐漸升高的趨勢，自2000年以來高危險大風災害逐漸增加。從大風災害類型來看，大部分年份以輕度災害為主，其次是重度大風災害，特重和中度災害發(fā)生次數較低。

圖7 伽師瓜生長季大風災害等級指數變化（a）及大風災害類型（b）

3 討論

優(yōu)質的農產品需要良好的氣候環(huán)境，農產品產地氣候條件是影響其產量和品質的重要因素之一。本研究通過分析伽師瓜生長發(fā)育期間，不同發(fā)育期與氣象條件的相關關系，結合各發(fā)育期生長期間的氣象條件，確定了伽師瓜生長氣象條件評價指標，此方法與哈密瓜、蘋果、板栗等研究的氣象條件評價指標相一致［17-18］。近15年來，伽師瓜從播種期到坐果期呈現(xiàn)出了提前的趨勢，但收獲期呈不顯著延遲趨勢，這與春小麥、水稻、棉花、玉米等其他作物變化趨勢的研究結論有差異［19-22］。6～7月是伽師瓜坐果與果實膨大的關鍵時期，這一時期的平均氣溫、日較差、日照時數等氣象條件成為影響伽師瓜產量的關鍵氣象因子。這一結果與吉春容等［8］認為6～7月的日較差是影響甜瓜優(yōu)質高產的主要氣候因子之一的觀點相一致。

在大尺度的氣候變化背景下，新疆高溫日數從20世紀90年代后期，呈增加趨勢。7月是新疆高溫天氣發(fā)生的集中時段［23-24］，高溫烈日易造成嚴重裂瓜，尤其是夏季偶遇陣雨和暴雨會引起伽師瓜白粉病、霜霉病的發(fā)生。因此，要注意加強田間管理，合理控制水肥，做好伽師瓜的避暑防曬工作，減少高溫天氣造成的不利影響。

4 結論

（1）近15年來，伽師瓜4月中下旬播種、5月上旬出苗、5月下旬伸蔓、6月上旬坐果、8月上旬收獲。全生育期平均110 d，且以2.1 d/10 a的氣候傾向率延遲。生長期間播種期、出苗期、伸蔓期和坐果期呈不同程度的提前趨勢，但未通過顯著性檢驗，收獲期呈不顯著延遲趨勢，延遲幅度為1～2 d/10 a。

（2）伽師瓜全生育期主要受溫度影響，降水量和日照時數會影響夏季發(fā)育期。伽師瓜播種期與4月上旬平均氣溫和4月中旬平均氣溫、最低氣溫相關。出苗期和伸蔓期分別與5月平均最低氣溫和5月上、中旬日平均氣溫顯著相關。成熟期受7月上旬平均氣溫、7月中旬日照時數和8月上旬平均氣溫影響較大。

（3）當春季日平均氣溫在15～18 ℃或膜內平均5 cm地溫為20～25 ℃時，適宜伽師瓜的播種；苗期適宜生長溫度為17～25 ℃，日最高溫度高于35℃度或日最低溫度低于10℃時，不利于苗期的生長；伸蔓期適宜溫度為20～25 ℃，日最低氣溫要求在15 ℃以上。日平均氣溫在22～30 ℃、平均氣溫日較差為10～13 ℃時，適宜伽師瓜坐果；果實膨大和成熟期，日平均氣溫在25～30 ℃、旬日照時數為不低于100 h、平均氣溫日較差13～15 ℃時，有利于有機物質的積累。

（4）伽師瓜生長期間的氣象災害按照災害發(fā)生的頻率，依次為冰雹、暴雨洪澇、大風、低溫霜凍和高溫。從大風災害類型來看，大部分年份以輕度災害為主，其次是重度大風災害，特重和中度災害發(fā)生次數較低。