福州地區(qū)橄欖低溫凍害等級指標初步研究

張美花,賴瑞聯(lián),陳偌怡,黃新洲,曹 茜,吳如健,林祥鎏,蘇榮瑞

(1 福建省閩侯縣氣象局,福建閩侯,350100;2 福建省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所,福州,350013;3 福州市農(nóng)業(yè)氣象試驗站,福州,350013)

橄欖Canariumalbum(Lour.) DC.是我國南方特有的熱帶亞熱帶果樹之一。福州市屬亞熱帶季風氣候,一年四季分明,陽光充足,雨水充沛,氣候溫暖,無霜期長,適宜橄欖生長,是我國鮮食橄欖最主要產(chǎn)區(qū)之一。筆者前期實地調(diào)查、走訪發(fā)現(xiàn),目前福州地區(qū)橄欖大部分仍是農(nóng)戶自產(chǎn)自銷的個體種植模式,規(guī)避自然災害風險能力差,這嚴重阻礙了福州橄欖產(chǎn)業(yè)的長期穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。2016年1月25—26日福州遭遇強低溫凍害過程,該地區(qū)橄欖凍害面積超過80%,除閩江沿岸低海拔地區(qū)果樹輕度受害外,其余果園3～4年生小樹和衰老樹幾乎全部凍死,果農(nóng)損失慘重,3年后產(chǎn)量才逐漸恢復。

低溫凍害是橄欖主要氣象災害之一,是一種隨機性強、無特定規(guī)律的氣象災害事件。凍害過程日極端最低氣溫是造成低溫凍害的關鍵因素。目前國內(nèi)對橄欖凍害方面的研究基礎較為薄弱,有學者進行了相關研究[1-4],但這些研究大都是在同一生態(tài)氣候條件或人工氣候室模擬的理想生態(tài)條件下進行,研究結果在實際應用中存在一定偏差。采用不同生態(tài)氣候區(qū)、自然條件下自動氣象觀測站資料進行橄欖低溫凍害指標及等級判定鮮見報道。鑒于此,本研究擬采用鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動氣象觀測站資料開展橄欖低溫凍害指標研究,以期為氣象部門開展橄欖低溫凍害預警服務提供參考,為橄欖產(chǎn)業(yè)防災減災、增產(chǎn)增收提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

福州市橄欖主要種植區(qū)分布在閩清縣梅溪鎮(zhèn),閩侯縣小箬鄉(xiāng)、白沙鎮(zhèn)、鴻尾鄉(xiāng)等地,這些地點按不同海拔(H≤250 m)選取10個代表性橄欖園供試(見表1)。調(diào)查1991—2021年表1中10個橄欖園凍害情況。

表1 1991—2021年福州市橄欖凍害普查果園

氣象資料:收集1991—2021年冬季(12月至次年2月)閩侯縣、閩清縣2個國家氣象站逐日極端最低氣溫,臨近10個代表橄欖園的鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動氣象站日極端最低氣溫。

1.2 方法

通過實地調(diào)查、查閱文獻、咨詢專家等方法收集10個橄欖園1991—2021年凍害情況,梳理每次凍害過程日極端最低氣溫與橄欖凍害關系,建立福州橄欖歷史凍害樣本集,再用數(shù)理統(tǒng)計方法分析橄欖低溫凍害過程日極端最低氣溫和低溫凍害等級指標的關系。

2 結果與分析

2.1 資料分析

因果園臨近鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動氣象觀測站歷史資料年限短,擬通過閩侯縣和閩清縣2個國家氣象站冬季逐日極端最低氣溫校正,來獲取果園臨近鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動氣象觀測站對應的日極端最低氣溫,再用海拔訂正法(0.6 ℃/100 m),得到果園相對應日極端最低氣溫。凍害一般是指0 ℃以下低溫造成植物體內(nèi)結冰的現(xiàn)象。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),1991—2021年每年冬季(12月至次年2月)閩侯縣、閩清縣氣象站出現(xiàn)日極端最低氣溫<0.0 ℃的天數(shù)分別為12 d和56 d。若用12 d觀測數(shù)據(jù)來統(tǒng)計閩侯國家氣象站與果園臨近自動氣象站的極端最低氣溫校正值,會因樣本太少造成所得校正值代表性差。據(jù)前期凍害調(diào)查,福州地區(qū)歷年橄欖低溫凍害都發(fā)生在晴冷天氣,根據(jù)筆者近30年氣象工作經(jīng)驗,閩侯縣、閩清縣日極端最低氣溫≤4.0 ℃一般都出現(xiàn)在冬季強冷空氣影響下的晴冷天氣。因此,采用閩侯、閩清國家氣象站和果園臨近鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動氣象觀測站日極端最低氣溫≤4.0 ℃的資料來統(tǒng)計,以增加校正樣本數(shù)。分別統(tǒng)計國家氣象站與鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動氣象觀測站極端最低氣溫差,再用平均差值法獲得各果園臨近氣象自動站校正值,即白沙鎮(zhèn)自動站-0.7 ℃、小箬鄉(xiāng)自動站-0.9 ℃、鴻尾鄉(xiāng)自動站-1.1 ℃、竹岐鄉(xiāng)自動站+1.0 ℃、梅溪鎮(zhèn)自動站+0.9 ℃,得到各果園臨近自動氣象站1991——2021年冬季極端最低氣溫。根據(jù)前期普查,福州地區(qū)1991—2018年共發(fā)生8次較明顯的橄欖凍害過程,從果園臨近氣象自動站極端最低氣溫數(shù)據(jù)中選取8次凍害過程對應的極端最低氣溫,通過海拔訂正,得到8次凍害過程調(diào)查果園日極端最低氣溫(見表2)。

表2 1991—2018年福州市橄欖凍害情況

2.2 凍害等級建立

實地走訪果農(nóng)調(diào)查橄欖凍害程度,借鑒許長同[3]橄欖凍害分級標準,同時參照蔡文華等[5-6]寒害等級劃分方法,本文將橄欖凍害按果實、葉片、枝條、主干等凍害程度進行分級,初步分為5個等級標準,即0級(無凍害),葉片輕微受凍,果實、枝條、主干不受凍;1級(輕度凍害),果實受凍率≤20%,葉片外圍受凍,枝條、主干不受凍;2級(中度凍害),果實受凍率≥80%,1/2以上葉片受凍,1～2年生枝條受凍,主干不受凍;3級(重度凍害),果實受凍率100%,葉片全部受凍,3年生枝條受凍,2～3年生小樹凍死;4級(嚴重凍害),果實受凍率100%,葉片全部受凍,4年生枝條受凍,4年生小樹、老衰樹凍死。

2.3 橄欖低溫凍害極端最低氣溫等級指標

將1991—2018年38個橄欖凍害樣本按凍害等級劃分標準初步確定等級,將等級X與對應的極端最低氣溫用多項式、線性和指數(shù)等3種方式進行擬合。從圖1看出,橄欖凍害程度與日極端最低氣溫關系密切,即日極端最低氣溫越低凍害越嚴重。以多項式擬合效果最好,擬合方程為日極端最低氣溫T=-0.24-0.61X-0.06X2,(R2=0.804),將凍害等級X=0、1、2、3、4分別代入式中,得出橄欖低溫凍害等級對應的日極端最低氣溫。即0級,日極端最低氣溫T≥0.0;1級,-1.0≤T<0.0;2級,-2.0≤T<-1.0;3級,-3.0≤T<-2.0;4級,T<-3.0。

注:多項式、線性、指數(shù)擬合方程分別為極端最低氣溫T=-0.24-0.61X-0.06X2,R2=0.804;T=0.065-0.891X,R2=0.798,P=-0.894;T=3.77e(-X/2.95)-4.17,R2=0.576。

2.4 凍害指標分析驗證

2.4.1 凍害年份對比驗證 2016年是福州地區(qū)橄欖嚴重凍害年,用初步確立的低溫指標來判定2016年12個凍害果園等級,結果顯示,初步判定等級與實際等級相比,一致率為66.7%。個別果園實際凍害等級與初步判定等級之間相差1級。凍害等級與果園或氣象自動站的地理位置密切相關,單一的海拔校正會造成日極端最低氣溫差異而影響等級判定。如閩侯縣白沙鎮(zhèn)大目埕村果園處于閩江邊,有水源調(diào)節(jié),果園實際溫度會比校正溫度高;閩侯縣鴻尾鄉(xiāng)久盛農(nóng)場的參考氣象自動站位于水庫邊上,氣象自動站觀測數(shù)據(jù)偏高,故造成訂正后果園溫度比實際溫度偏高,因此凍害癥狀分級與溫度凍害分級不一致。這與李文等提出冬季大水體水溫比氣溫高,選擇大水體附近建設果園有利于果樹避凍相符[7]。閩侯縣白沙鎮(zhèn)溪口村和梧桐村果園處于大目溪峽谷底,果園實際溫度會比校正溫度低,故凍害重(見表3)。這與李文等[7]、唐學余等[8]提出的谷地或低洼地容易冷空氣堆積,形成“冷湖”效應,氣溫偏低相符。

表3 2015—2016年冬福州市橄欖凍害情況分析驗證

2.4.2 2020年冬凍害情況分析驗證 從2020—2021年冬8個受凍橄欖果園分析,同一果園凍害癥狀分級與溫度凍害分級一致率達到87.5%,凍害癥狀分級與溫度凍害分級不一致的相差1級(見表4)。

表4 2021年1月福州市橄欖凍害情況分析驗證

3 結論與討論

根據(jù)歷史資料初步確定福州地區(qū)橄欖低溫凍害5個等級溫度指標,并根據(jù)實際凍害情況進行驗證對比,日極端最低氣溫指標低溫凍害等級與發(fā)生凍害等級一致率達66.7%,主要由于果園或臨近氣象自動觀測站地形造成兩個等級不一致。再分析2021年1月凍害發(fā)生情況,日極端最低氣溫指標低溫凍害等級與發(fā)生凍害等級一致率達到87.5%。試驗結果表明,低溫凍害實際預測預報中,使用低溫凍害溫度指標應結合果園地形,才能發(fā)布更準確的橄欖低溫凍害預警以指導生產(chǎn)。

低溫過程中,極端最低氣溫是決定果樹凍害是否發(fā)生及凍害程度輕重的關鍵因子,在植物種類相同的條件下,除低溫強度外,低溫持續(xù)時間也是決定災害是否發(fā)生與程度輕重的關鍵因子。因此,相關研究往往采用極端最低溫度、負積溫、最冷月平均氣溫等作為寒冷強度的指標[9-11],或用極端最低溫度、最大降溫幅度、持續(xù)日數(shù)和有害積寒值等建立凍(寒)害綜合氣候指標[12]。橄欖的凍害不但與溫度因子有關,同樣還與其植物學特征、農(nóng)事操作、地形地貌等有關[13]。筆者研究中發(fā)現(xiàn),同一低溫強度對不同樹齡、不同長勢、不同海拔、不同坡向橄欖造成的凍害級別不同。本文未研究綜合因子指標,只初步揭示日極端最低氣溫與橄欖凍害級別之間的相關性,建立福州地區(qū)橄欖凍害等級綜合指標仍需進一步研究。