河北釀酒葡萄生育期農(nóng)業(yè)氣候資源對氣候變化的響應

孫麗華，靳甜甜，劉冰玉，張軍，李瑞盈*

（1. 秦皇島市氣象局，河北秦皇島 066000；2. 昌黎縣氣象局，河北昌黎 066600）

農(nóng)業(yè)氣候資源是指一個地區(qū)氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)所能提供的自然物質(zhì)和自然能量，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本環(huán)境條件和物質(zhì)能源，直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程[1-2]。了解氣候變化對農(nóng)業(yè)氣候資源的影響，從而分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可能發(fā)生的各種變化及后果，是研究氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的首要問題[3]。釀酒葡萄的品質(zhì)由其自身的品種特性和環(huán)境條件共同決定，適宜的生態(tài)條件是保證其優(yōu)良品質(zhì)的重要因素，而氣候條件具有決定生產(chǎn)方向的主導作用[4]。氣候變化對釀酒葡萄種植、品種、產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生了影響，因此分析其全生育期農(nóng)業(yè)氣候資源的演變特征是研究氣候變化對釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)影響的基礎。對此，許多學者已開展專題研究并取得一些成果，表明氣候變暖對釀酒葡萄生育關鍵期主要熱量資源和冷凍害產(chǎn)生重要影響，進而引起葡萄產(chǎn)量和質(zhì)量的波動[5-8]。王靜等[9]認為，銀川地區(qū)熱量資源增加為晚熟葡萄品種的成熟提供了保證，但霜凍及越冬凍害不容忽視。李華等[10]研究表明，氣候變化背景下，我國適宜釀酒葡萄栽培面積不斷向北擴大，且葡萄含糖量有上升趨勢，而含酸量有下降趨勢[11]。以上研究大多針對賀蘭山東麓及陜西等地，但農(nóng)業(yè)氣候資源在地理分布上具有不平衡性[12]。河北是我國釀酒葡萄種植大省，目前關于河北釀酒葡萄種植區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源方面的研究少見報道。本文以河北釀酒葡萄種植區(qū)中的張家口、秦皇島地區(qū)為代表，分析河北釀酒葡萄生育期氣候資源對氣候變化的響應，為減輕或避免氣候變化對河北釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不利影響、保障穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供參考依據(jù)，對于提高河北釀酒葡萄氣候資源利用率、優(yōu)化葡萄產(chǎn)業(yè)布局、促進可持續(xù)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)概況

河北省是我國葡萄和葡萄酒重點產(chǎn)區(qū)，葡萄種植面積和總產(chǎn)量居全國第2位，現(xiàn)有種植面積5.4萬 hm2，產(chǎn)量約75.8萬 t，葡萄面積和產(chǎn)量約占全國的20%，其中釀酒葡萄種植面積近2萬 hm2，約占葡萄總面積的40%。河北釀酒葡萄種植區(qū)域主要集中在張家口的懷涿盆地和秦皇島的昌黎、盧龍、撫寧等地，兩地的釀酒葡萄種植面積、葡萄酒產(chǎn)量、銷售收入等占河北省葡萄酒產(chǎn)業(yè)90%以上。河北省政府辦公廳下發(fā)了《關于做強做優(yōu)葡萄酒產(chǎn)業(yè)的實施意見》，到2022年，全省葡萄酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展實現(xiàn)“兩擴大、三提升”，增強河北省葡萄酒國際影響力。葡萄酒產(chǎn)業(yè)已成為河北省特色產(chǎn)業(yè)，在當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展中具有重要地位。

2 資料與方法

2.1 資料來源

氣象資料來自河北省氣象信息中心，選取研究區(qū)代表性強的6個氣象臺站，張家口產(chǎn)區(qū)的懷來、涿鹿、宣化以及秦皇島產(chǎn)區(qū)的昌黎、盧龍、撫寧地面氣象臺站1961—2020年逐日氣象資料，含平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、降水量和日照時數(shù)等。釀酒葡萄生育期時段定為4—10月。

2.2 研究方法

2.2.1 ≥10 ℃有效積溫計算

葡萄生物學零度為10 ℃，采用5日滑動平均確定日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃界限的起止日期，計算起止日間平均氣溫高出10 ℃以上有效溫度的總和。

2.2.2 水熱系數(shù)計算

用氣溫≥10 ℃期間的降水量與同期活動積溫的比值來表示水熱系數(shù)，指示水分條件滿足葡萄需要的程度。

2.2.3 氣候傾向率計算

采用最小二乘法擬合一元線性方程：

式（1）中Yi為樣本量為n的某一氣象要素，a為線性回歸系數(shù)，ti為Yi對應的時間，b為截距。線性回歸系數(shù)a的10倍即為氣候傾向率；a為正值表示呈上升趨勢，a為負值表示隨時間變化呈下降趨勢。

3 結(jié)果與分析

3.1 熱量資源

3.1.1 生育期平均氣溫

葡萄是喜溫植物，對熱量要求高。熱量條件不但決定葡萄物候期長短，同時影響葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成。1961—2020年河北釀酒葡萄生育期平均氣溫8.8～25.4 ℃（表1），滿足葡萄各階段對熱量的需求。4月中下旬氣溫回升至10 ℃以上，葡萄萌芽、展葉進入營養(yǎng)生長，此期光溫條件對營養(yǎng)生長影響較大。5—6月平均氣溫17～23 ℃，降水過程少，天氣晴好，日照足，枝條生長快，花序和花蕾發(fā)育好。7月最熱月平均氣溫23～25 ℃，暖而不熱，是葡萄生長的理想氣候。8—9月是葡萄果實膨大、轉(zhuǎn)色至成熟期，平均氣溫16～25 ℃，高溫日數(shù)少，有利與果實快速膨大及發(fā)育。

表1 1961—2020年河北主要釀酒葡萄產(chǎn)地生育期平均氣溫Table 1 Average temperature during growing period of major wine grape regions in Hebei from 1961 to 2020℃

1961—2020年河北葡萄生育期平均氣溫18.7 ℃，高值年份出現(xiàn)在2001、2009、2017、2019年，低值年份出現(xiàn)在1969、1976、1979、1980年，2017年為近60年最高值年份。近60年生育期平均氣溫呈上升趨勢，每10年升高0.25 ℃（圖1）。年代際看，近60年平均氣溫變化可分為4個階段：20世紀60—90年代為相對低值期，平均氣溫18.2 ℃，比多年平均值低0.5 ℃；20世紀90年代至21世紀20年代為增暖階段，此期平均氣溫持續(xù)上升，增溫顯著，每10年升高0.32 ℃；20世紀70年代為偏冷階段，平均氣溫18.0 ℃，比多年平均值低0.7 ℃；21世紀以來的20年為近60年溫度最高期，平均氣溫19.4℃，比多年平均值高0.7 ℃?？臻g分布看，近60年張家口產(chǎn)區(qū)平均氣溫17.8 ℃，秦皇島產(chǎn)區(qū)平均氣溫19.5 ℃，兩地相差1.7 ℃，近60年均呈顯著上升趨勢，每10年分別升高了0.25 ℃和0.26 ℃。

圖1 近60年來河北釀酒葡萄種植區(qū)生育期平均氣溫變化Figure 1 Variation of average temperature during growing period in wine-growing area of Hebei region in recent 60 years

3.1.2 最熱月平均氣溫

影響釀酒葡萄品質(zhì)形成的關鍵時期是7—8月（幼果膨大至果實著色期），這一時期的氣象條件對葡萄品質(zhì)有決定作用[13]。研究表明，7月平均氣溫25 ℃以下，可使釀酒葡萄色素和芳香類物質(zhì)發(fā)育良好[14]。近60年河北釀酒葡萄種植區(qū)最熱月（7—8月）平均氣溫21.7～26.8 ℃，均值24.1 ℃（圖2），其中7月平均氣溫24.6 ℃，8月平均氣溫23.6 ℃。該地區(qū)近60年最熱月均溫呈顯著升高趨勢，每10年升高0.20 ℃，其中7月升高0.18 ℃，8月升高0.22 ℃。從年代際來看，20世紀60—80年代為相對偏低階段，年代均值均較常年低，尤其70—80年代為偏冷階段，年代平均值較常年低0.5～0.6 ℃。20世紀90年代以來為偏暖階段，尤其2005年至今最熱月平均氣溫是1961年以來最高時段，16年平均氣溫均在常年值以上?？臻g分布看，張家口產(chǎn)區(qū)7月均溫24.0 ℃，8月均溫22.4 ℃，近60年均呈升高趨勢，每10年分別升高0.18 ℃和0.23 ℃；秦皇島產(chǎn)區(qū)7月均溫25.3 ℃，8月均溫24.8 ℃，近60年亦呈升高趨勢，每10年分別升高0.19 ℃和0.18 ℃。研究表明，最熱月平均氣溫約為20 ℃（白葡萄酒產(chǎn)區(qū)）或略高于20 ℃（紅葡萄酒產(chǎn)區(qū)）是生產(chǎn)葡萄酒的理想氣候[15]，因此，最熱月平均氣溫的升高不利于釀酒葡萄優(yōu)良品質(zhì)的形成。

圖2 河北釀酒葡萄種植區(qū)最熱月平均氣溫Figure 2 The warmest monthly mean temperature in winegrowing area of Hebei region

3.1.3 氣溫日較差

氣溫日較差對釀酒葡萄糖分的積累起著重要作用，適度的晝夜溫差有利于釀酒葡萄漿果酸度和香氣的保持。特別在葡萄成熟期，白天高溫有利于光合作用，有機質(zhì)積累較多；夜間低溫，呼吸作用較弱，降低有機物消耗，有利于糖分積累[16]。1961—2020年河北釀酒葡萄生育期氣溫日較差11.9～15.1 ℃，均值為12.1 ℃。其中張家口產(chǎn)區(qū)11.9～15.1 ℃，均值為13.3 ℃；秦皇島產(chǎn)區(qū)9.9～13.0 ℃，均值10.9 ℃。河北釀酒葡萄生育期氣溫日較差呈減少趨勢，每10年減少0.18 ℃（圖3），統(tǒng)計生育期逐月氣溫日較差數(shù)據(jù)得出：僅張家口8月氣溫日較差為增加趨勢，每10年增加0.03 ℃，其余月份均呈減少趨勢，尤其6月顯著減少，每10年下降0.28 ℃，其次為5、9、10月（表2）。分析表明，河北釀酒葡萄生育期內(nèi)氣溫日較差降低主要是最低氣溫的升高大于最高氣溫的升高所致。

表2 1961—2020年河北釀酒葡萄生育期氣溫日較差（10年均值）Table 2 Daily temperature range in Hebei wine grape growing period from 1961 to 2020 (10 years average)℃

圖3 1961—2020年河北釀酒葡萄生育期氣溫日較差Figure 3 Diurnal temperature range during growing period in wine-growing area of Hebei region from 1961 to 2020

3.1.4 均溫穩(wěn)定通過10 ℃起止日期及持續(xù)時間

河北釀酒葡萄需埋土越冬，翌年春季日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃時葡萄開始萌芽[17]，因此，日均溫穩(wěn)定通過10 ℃可以表征葡萄適宜出土放條。1961—2020年河北釀酒葡萄種植區(qū)穩(wěn)定通過10 ℃起始時間平均為4月11日，秦皇島和張家口產(chǎn)區(qū)最早均為3月21日（2014年）；秦皇島產(chǎn)區(qū)最晚4月29日（1979年），張家口產(chǎn)區(qū)最晚5月5日（1976年）。近60年河北釀酒葡萄種植區(qū)日均溫穩(wěn)定通過10 ℃起始時間表現(xiàn)顯著提前，每10年提前3.0 d。

1961—2020年河北釀酒葡萄種植區(qū)穩(wěn)定通過10 ℃結(jié)束時間的均值為10月14日，秦皇島產(chǎn)區(qū)最早10月9日（2003年），最晚11月6日（1994年）；張家口產(chǎn)區(qū)最早9月15日（1997年），最晚10月24日（2014年）。近60年河北釀酒葡萄種植區(qū)日均溫穩(wěn)定通過10 ℃的結(jié)束時間呈推遲趨勢，每10年延后0.7 d。

近6 0 年日平均氣溫穩(wěn)定通過1 0 ℃持續(xù)日數(shù)142～226 d，均值185.9 d，日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的持續(xù)日數(shù)呈顯著增加趨勢，每10年增加2.1 d（圖4）。從年代際看，20世紀70年代持續(xù)日數(shù)為近60年最短，為181.6 d，比平均值少4.3 d；21世紀10年代持續(xù)日數(shù)為近60年最長，為193.5 d，比平均值多7.6 d。從空間分布看，張家口產(chǎn)區(qū)持續(xù)日數(shù)均值176.4 d，最短142 d（1980年宣化），最長217 d（2014年涿鹿）；秦皇島產(chǎn)區(qū)持續(xù)日數(shù)均值195.5 d，最短173 d（1986年撫寧），最長226 d（2014年盧龍）。日均溫穩(wěn)定通過10 ℃起始時間顯著提前及結(jié)束時間推遲導致其持續(xù)日數(shù)呈增加趨勢，表明河北釀酒葡萄種植區(qū)的生長季延長，有利晚熟品種的成熟。

圖4 1961—2020年河北釀酒葡萄種植區(qū)穩(wěn)定通過10 ℃持續(xù)日數(shù)Figure 4 The last days of stable through 10 ℃ during growing period in wine-growing region of Hebei region from 1961 to 2020

3.1.5 ≥10 ℃有效積溫

1961—2020年河北釀酒葡萄生育期≥10 ℃有效積溫1390.8～2354.6 ℃，均值1920.7 ℃。近60年呈顯著增加趨勢，每10年增加48.4 ℃，尤其1997年后的24年中僅2010年的1898.5 ℃比平均值低，其余均高于多年均值。其中張家口產(chǎn)區(qū)1496.6～2006.8 ℃，秦皇島產(chǎn)區(qū)1768.4～2339.3 ℃，每10年分別增加47.6 ℃和49.3 ℃（圖5）。年代際看，1961年以來各年代有效積溫均值分別為1855.2、1800.0、1853.4、1943.4、2020.3、2052.0 ℃，較上年代變化幅度為﹣55.2、53.4、90.0、76.9、31.7 ℃，可知僅20世紀70年代較60年代減少，其余均為增加，且20世紀90年代較80年代顯著增加?！?0 ℃有效積溫增加主要是日均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的起始日期顯著提前及結(jié)束日期推后導致持續(xù)日數(shù)的增加引起。有效積溫的增加提高了晚熟品種的成熟度及果實品質(zhì)，有助于品種多樣化的發(fā)展。

圖5 1961—2020年河北釀酒葡萄種植區(qū)≥10 ℃有效積溫Figure 5 The effective accumulated temperature ≥10 ℃during growing period in wine-growing region of Hebei region from 1961 to 2020

3.2 降水資源

3.2.1 生育期降水量

葡萄生長需要一定水分供應及合理的季節(jié)分配，適宜的土壤墑情和空氣濕度利于糖分積累及漿果成熟[18]。1961—2020年河北釀酒葡萄生育期降水量183.5～1187.9 mm，均值496.7 mm，最高值1187.9 mm（1969年昌黎），最低值183.5 mm（1965年懷來）。從空間分布看，張家口產(chǎn)區(qū)年平均降水量361.1 mm，秦皇島產(chǎn)區(qū)632.3 mm，兩地相差271 mm。近60年河北釀酒葡萄生育期降水呈顯著減少趨勢，每10年減少11.3 mm，主要表現(xiàn)為張家口呈增加趨勢，每10年增加4.0 mm；秦皇島呈顯著減少趨勢，每10年減少26.7 mm（圖6）。因此，河北釀酒葡萄生育期平均降水量的顯著減少主要是秦皇島產(chǎn)區(qū)降水量降低所致。

圖6 1961—2020年河北釀酒葡萄生育期降水量Figure 6 The precipitation during growing period in winegrowing region of Hebei region from 1961 to 2020

3.2.2 成熟期降水量及降水日數(shù)

成熟期降水是影響釀酒葡萄成熟度和質(zhì)量的主要因素。降水過多引起裂果和果實病害，對葡萄增糖、著色、風味物質(zhì)形成也有不利影響，病害風險高，進而影響葡萄和葡萄酒品質(zhì)[19]。1961—2020年河北釀酒葡萄成熟期降水量1.1～240.1mm，均值52.3 mm，最大值出現(xiàn)在1988年的盧龍，為240.1mm。其中張家口產(chǎn)區(qū)4.7～157.0 mm，均值47.7 mm；秦皇島產(chǎn)區(qū)1.1～240.0 mm，均值54.5 mm。近60年河北釀酒葡萄成熟期（9月）降水呈增加趨勢，每10年增加3.5 mm，尤其20世紀80年代以來降水量平均值54.7 mm，比60、70年代增加10.7 mm。成熟期降水增加主要表現(xiàn)為張家口產(chǎn)區(qū)呈顯著增加趨勢，每10年增加5.2 mm；秦皇島產(chǎn)區(qū)增加趨勢不明顯，每10年增加1.9 mm。

1961—2020年河北釀酒葡萄成熟期降水日數(shù)1～20 d，均值10 d，最少1 d出現(xiàn)在2019年秦皇島產(chǎn)區(qū)，最多20 d出現(xiàn)在1981年的涿鹿。近60年成熟期降水日數(shù)呈減少趨勢，每10年減少0.4 d，主要表現(xiàn)為1961—1991年降水日數(shù)較多，1992—2020年降水日數(shù)較少，尤其21世紀以來降水日數(shù)均值8.9 d，比20世紀60—80年代減少1.8 d。

3.2.3 成熟期水熱系數(shù)

成熟期水熱系數(shù)對釀酒葡萄總酸、總糖有明顯影響。水熱系數(shù)＜0.57則可使糖酸比達到釀制優(yōu)質(zhì)酒的指標；水熱系數(shù)過大，果實總酸含量過高，糖酸比不能很好協(xié)調(diào)[20]。統(tǒng)計表明，河北葡萄酒品質(zhì)與成熟期水熱系數(shù)呈顯著負相關，如2001、2002、2007年昌黎產(chǎn)區(qū)成熟期水熱系數(shù)分別為0.24、0.23、0.28，當年的年份酒較好；而2004、2012年成熟期水熱系數(shù)分別為1.75、2.22，當年的年份酒較差或很差。1961—2020年河北釀酒葡萄成熟期水熱系數(shù)0.02～4.06，均值0.93，最小值0.02出現(xiàn)在1963年的昌黎，最大值4.06出現(xiàn)在1988年的盧龍。近60年河北釀酒葡萄成熟期水熱系數(shù)呈顯著增加趨勢，每10年增加0.30，主要表現(xiàn)為張家口產(chǎn)區(qū)水熱系數(shù)呈顯著增加趨勢，每10年增加0.68，秦皇島產(chǎn)區(qū)水熱系數(shù)基本無變化。

3.3 生育期日照時數(shù)

光照是葡萄進行光合作用的主要能源，日照時數(shù)長短對其花芽分化、果實著色、品質(zhì)形成有很大影響。1961—2020年河北釀酒葡萄生育期日照時數(shù)1443.1～2045.8 h，均值1759.9 h，高于釀酒葡萄優(yōu)質(zhì)生態(tài)區(qū)生長季日照時數(shù)1250 h的要求。其中張家口產(chǎn)區(qū)均值1811.0 h，秦皇島產(chǎn)區(qū)均值1708.7 h，相差102.3 h，張家口日照時數(shù)較秦皇島更充足（圖7）。近60年生育期日照時數(shù)呈波動減少趨勢，每10年減少15.9 h。年代際來看，20世紀60年代日照時數(shù)最多，平均值1806.4 h；21世紀第一個10年日照時數(shù)最少，平均值1716.6 h；21世紀以來平均日照時數(shù)1725.1 h，比多年平均值減少34.8 h?？臻g分布看，張家口日照時數(shù)呈顯著減少趨勢，每10年減少30.1 h；秦皇島呈增加趨勢，每10年增加0.77 h。因此，河北釀酒葡萄生育期日照時數(shù)減少主要是張家口日照時數(shù)顯著減少占主導。

圖7 1961—2020年河北釀酒葡萄生育期日照時數(shù)Figure 7 The sunshine hours during growing period in winegrowing region of Hebei region from 1961 to 2020

4 討論與結(jié)論

氣候變化對河北釀酒葡萄生育期氣候資源產(chǎn)生了一定影響，釀酒葡萄生產(chǎn)需主動適應氣候變化，合理利用氣候資源。

（1）近60年河北釀酒葡萄生育期平均氣溫、最熱月平均氣溫均呈升高趨勢，尤其2005年以來最熱月平均氣溫為近60年最高時段；氣溫日較差呈不顯著減少趨勢，主要由于最低氣溫升高趨勢大于最高氣溫升高趨勢所致?！?0 ℃有效積溫顯著增加，1997年后增加明顯。充足的熱量條件在一定程度上利于釀酒葡萄酶活性的提高，同時也利于糖分積累及品質(zhì)提升。但最熱月氣溫升高，可能使果酸含量低，果香不足，對品質(zhì)形成不利。尤其氣溫達35 ℃以上時，葡萄的生理活動就會減緩，容易發(fā)生日灼和氣灼等生理性病害，導致果實褐變壞死影響葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)。

（2）近60年河北釀酒葡萄種植區(qū)日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃起始時間顯著提前，結(jié)束時間推后，起止間日數(shù)顯著增加。穩(wěn)定通過10 ℃起始時間顯著提前及結(jié)束時間推遲導致其持續(xù)日數(shù)呈增加趨勢，表明河北釀酒葡萄種植區(qū)的生長季延長，但遭受晚霜凍的可能風險隨之增加。實際生產(chǎn)中可根據(jù)當?shù)匦夂驐l件種植不同熟性品種，增加品種的多樣性。同時不同葡萄品種對氣候適宜性不同，精細化霜凍指標仍需進一步研究。

（3）近60年河北釀酒葡萄生育期降水呈顯著減少趨勢，但成熟期降水呈增加趨勢，20世紀80年代以來增加明顯。成熟期降水日數(shù)呈減少趨勢，21世紀以來降水日數(shù)顯著減少。成熟期降水量增加但降水日數(shù)減少，表明降水量級呈加大趨勢，釀酒葡萄成熟期遭受降水災害的可能風險加大，尤其極端降水會大幅降低釀酒葡萄的品質(zhì)，葡萄園日常管理中應注重極端降水的防范工作。

（4）近60年河北釀酒葡萄生育期日照時數(shù)波動減少，主要表現(xiàn)為張家口產(chǎn)區(qū)顯著減少。生育期日照時數(shù)減少但仍在適宜范圍，對葡萄優(yōu)良品質(zhì)形成無不利影響。

（5）農(nóng)業(yè)氣候資源的變化已經(jīng)給釀酒葡萄布局及品種選擇帶來一定影響，需積極應對氣候變化，合理利用氣候資源，以促進釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。不同釀酒葡萄品種對氣候變化的適應性不同，因此，在葡萄的各生育期，仍需加強極端天氣氣候事件和氣象災害的監(jiān)測和防范，減輕或避免氣候資源變化對釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不利影響。同時，開展農(nóng)業(yè)氣候資源對葡萄品質(zhì)的影響研究，促進釀酒葡萄提質(zhì)增效?，F(xiàn)有研究中，大多采用統(tǒng)計方法判定農(nóng)業(yè)氣候資源的變化趨勢，對指導生產(chǎn)具有局限性，未來可綜合利用小氣候站實時資料、數(shù)值預報產(chǎn)品及生育期影像監(jiān)控等，從多維尺度上探究小氣候變化對釀酒葡萄種植的影響。