鄂东南枇杷的冻、热害发生规律及风险分析

2022-04-29魏华兵陈正洪李桂红汪旭东罗翔袁观强

热带农业科学 2022年3期

关键词：枇杷

魏华兵陈正洪李桂红汪旭东罗翔袁观强

摘要為了分析鄂东南枇杷主产区关键生育期的枇杷低温冻害和高温热害发生规律，首先对2011—2020年枇杷物候期和气象灾害开展调查，并整理相关数据，确定枇杷花期、幼果期冻害等级指标及果实近成熟期热害天气指标;再利用邻近的通山国家气象观测站1959—2020年的逐日气象资料将主产区乡镇区域自动气象站2011—2020年气象资料延长至30年以上;最后通过 Gumbel 概率分布拟合及极值推算，揭示枇杷关键生育期不同等级冻、热害的重现期及气候风险概率。结果表明：枇杷低温冻害发生在开花-幼果的全生育期，主要时间段为12月下旬至次年2月下旬;枇杷花期重度冻害19～20年一遇，极重冻害50年一遇;幼果期重度冻害10～11年一遇，极重冻害30年一遇;枇杷高温热害发生在果实从青果到黄熟的转色期，主要时间段为4月下旬至5月上旬，轻度热害4～5年一遇，中度热害15年一遇，重度热害超50年一遇，极重热害超100年一遇。本研究为减轻枇杷花或幼果低温冻害、果实高温热害提供了科学依据。关键词枇杷;低温冻害;高温热害;气候风险

中图分类号 S667.3 文献标识码 A DOI：10.12008/j.issn.1009-2196.2022.03.017

Occurrence and Risk Analysis of Freezing and Heat Injury of Loquat in Southeastern Hubei

WEI Huabing1 CHEN Zhenghong2 LI Guihong1 WANG Xudong1 LUO Xiang3 YUAN Guanqiang4

（1. Xianning Meteorological Bureau， Xianning， Hubei 437100， China;2. Hubei Meteorological Administration， Wuhan， Hubei430074， China;3. Tongshan Meteorological Bureau， Tongshan， Hubei 437600， China;4. Tongshan County Association of Loquat，Tongshan， Hubei 437600， China）

Abstract In order to analyzie the occurrence of freezing and heat injury of loquat during key growth period in the main pro- ducing area of the southeast Hubei， a survey was made of loquat phenophases and meteorological disasters in the past 10 years， and data were collected to determine the freezing injury grade indexes for loquat at the flowering and young fruit periods and the heat injury weather indices for fruit at the near maturity stage. The 2011—2020 meteorological data of the regional auto- matic weather stations in the main producing areas were extended to more than 30 years by using the 1959-2020 daily mete- orological data from the adjacent Tongshan national meteorological observation stations. The recurrence period and climatic risk probability of different grades of freezing and heat injury in the key growth period of loquat were revealed by using Gumbel distribution. The results showed that the freezing injury of loquat occurred during the whole growth period from flowering to young fruit， mainly from late December to late February. Severe freezing injury of loquat at the flowering stage occurs once every 19-20 years， extremely severe freezing injury occurs once every 50 years; severe freezing injury of loquat at the young fruit stage occurs once every 10-11 years， and extremely severe freezing injury occurs once every 30 years. Heat injury occurred during the turning period of loquat fruit from green to yellow， mainly from late April to early May. The risk probabilityof mild heat injury occurs once every 4-5 years， moderate heat injury once every 15 years， severe heat injury once every over 50 years， and extremely severe heat damage once every over 100 years. The results might provide some reference for reducing the freezing injury of loquat flowers or young fruits and the heat injury of loquat fruit.

Keywords loquat; freezing injury; heat injury; climate risk

枇杷是我国南方特有的常绿果树，果实多汁，酸甜适度，营养丰富，深受消费者喜爱[1-2]。鄂东南是湖北省的枇杷主产区[3]，所辖6个县（市）均有一定规模的枇杷种植园，枇杷种植栽培已有200多年的历史，尤其是通山的“隐水枇杷”，已成为鄂东南种植面积最大的枇杷产区，2019年种植面积达0.2134万 hm2，下树鲜果4.8万 t，产值 2.2亿元，种植规模、产量和产值均居华中之首，2020年还提出了壮大枇杷产业的种植面积倍增计划。成年枇杷耐寒性较强，树干可以耐受‒18℃左右的低温，而枇杷的花和幼果不耐冻，枇杷花器在秋季形成、冬季开放，其抗寒性虽然随着气温的缓慢下降会渐渐增强，但遭遇大幅降温时，幼果在‒3℃、花蕾在低于‒6℃的低温环境中会遭受冻害，直接影响枇杷的开花结果[4-6]。果实日灼伤害是水果种植中的常见生理病害，枇杷果实在采摘前7～15 d 的晴热高温天气里，长时间的直射阳光使果皮温度升高，因果皮细胞组织结构和生理生化代谢遭受破坏而发生褐变，严重的还会导致果实停止生长;日灼伤害不仅降低枇杷果实品质，甚至会使其失去食用价值。鄂东南地处长江中下游南岸，属于亚热带季风湿润气候区，年均气温17.4℃，降水量1640.4 mm，日照时数为1577.2 h，相对湿度为76%，气候温和，降水充沛，光照充足，四季分明，气候条件适宜枇杷种植;但鄂东南冬季与早春多为寒潮低温天气，枇杷的花果易遭受低温冻害，制约了枇杷种植规模的扩大。随着全球气候变暖，鄂东南异常高温天气事件增多[7]，出现在4～5月的高温天气会造成枇杷果实日灼伤害，影响枇杷的品质和产量。因此，开展枇杷种植低温冻害和高温热害的气候风险研究，对枇杷产业健康发展具有重要意义。

有关枇杷低温冻害和高温热害的研究较多[4-17]，如陈正洪[5]对湖北省枇杷的花果冻害进行了实验观测，用电导法研究了枇杷花果冻害的影响因子，结果发现，极端低温值及其持续时间是影响花果冻害的重要因子;谢钟琛等[14]用人工气候室对早钟6号枇杷幼果进行模拟冻害试验，界定幼果冻害的临界温度为‒3℃，并据此指标开展了福建省早钟6号枇杷栽培的适宜性区划;张名福[12]对解放钟枇杷高温热害进行大田观察和分析得出，枇杷果实的高温热害发生在4‒5月的果实转色期，树冠外围的中熟果受害更严重，果实套袋或树冠遮阳等技术方法可以有效减小高温热害影响;邓朝军等[10]采用果实活体诱导结合田间调查的方法研究了枇杷果皮热伤害的影响因子，认为高温和强光照是造成果皮热伤害的主要因子，并确定了多个品种枇杷高温热害的果皮表面温度阈值为39℃或40℃。以上研究从植物微观生理变化上探讨了低温冻害和高温热害对枇杷的影响，并从栽培技术上提出了灾害防御方法;但从气候上分析湖北省枇杷发生低温冻害和高温热害的风险概率的尚不多见。本文在对鄂东南枇杷主产区多年种植情况调查的基础上，利用种植区内的乡镇区域自动气象站和邻近的通山国家气象观测站的气象资料，分析鄂东南枇杷低温冻害和高温热害的发生规律及气候风险概率，以期为枇杷产业健康发展提供技术参考。

1 资料和方法

1.1 资料

1.1.1 气象资料所用的气象资料为枇杷种植区内的通山县大畈镇区域气象观测站（以下简称大畈站）2011—2020年和邻近的通山国家气象观测站（以下简称通山站）1959—2020年的逐日气温数据，数据来源于湖北省气象信息中心和通山县气象局。

1.1.2 枇杷气象灾害资料采用的枇杷气象灾害资料为研究区域内通山县大畈镇枇杷种植区（鄂东南种植面积最大的枇杷产区）枇杷生产实际的调查资料，通过对枇杷种植户进行调查、通山枇杷协会种植专家审核，得到了通山县2011—2020年逐年的枇杷单树产量、品质、年景以及气象灾害损失情况（表1）。

1.2 方法

1.2.1 资料均一性检验通山站和大畈站在

2017年进行了搬迁，迁站前后的资料可能存在显著性变化，气象资料均一性是气候分析的基础。本研究采用滑动 T 检验的办法[18]，分析迁站前后的环境变化对枇杷低温冻害和高温热害发生时段（分别为冬季和4—5月）内气温资料均一性的影响情况。结果显示，通山站和大畈站4—5月的最高气温以及12月至次年2月的最低气温资料均通过了滑动 T检验（信度α为0.05），表明2017年迁站后相应时段的气温资料没有发生显著性变化，可以作为同一序列资料合并使用。

1.2.2 区域站资料延长气候分析研究一般采用

30年以上的资料，由于大畈站资料的年限较短，本研究采用建立回归方程的方法对大畈站的气温资料进行延长处理。按照李小泉[19]的方法，设 X 代表通山站， Y代表大畈站， x、y 分别代表 X、Y 站历年值，Xn、Yn代表 X、Y 站 n 年的平均值， r 代表 X、Y 站之间的相关系数，σx、σy分别代表 X、Y站的均方差，其回归方程式为：

利用通山站和大畈站2011—2020序列的气温资料，利用式（1）分别计算4月20日至5月10日的最高气温以及12、1、2月最低气温资料序列的 r、σx、σy值，得到了4组回归方程，见表2。

1.2.3 枇杷冻、热害气候指标农业气象灾害指标是评判灾害的标准和气象灾害对农业影响的评价依据[20]，通常由单个或多个气象因子组成。枇杷的花果冻害存在低温临界值[5]，不同品种枇杷果实的热伤害也有果皮表面温度阈值[10]。本研究结合文献研究、种植户调查、专家建议及本地气候状况，给出了枇杷开花期（12月21日至2月20日）、幼果期（1月11日至2月28日）冻害等级的低温指标和枇杷果实转色期（4月20日至5月10日）的高温指标（表3）。

枇杷的花果凍害程度与低温持续时间密切相关[5]，果实表皮的热伤害发生于持续的高温环境[10]，这类低温或高温极端值往往出现在持续（≥2 d）的低温冰冻或高温灾害天气过程[21-22]。为了客观评价这类低温或高温灾害天气对枇杷花或果实造成伤害的气候概率，引入枇杷低温冻害指数和高温热害指数来分析枇杷冻、热害的气候风险概率，其指数公式为：

式中，Zi为低温冻害指数或高温热害指数， zi1， zi2分别表示第1天和第2天枇杷冻、热害等级指标值。枇杷低温冻害、高温热害指数的轻度、中度、重度和极重等级的下限值分别为2、4、6、8。 1.2.4 风险概率计算依据历史气象资料推算气象灾害事件的发生概率是气候风险概率评价的基础[23]，理论概率分布是风险概率常用的估算方法。考虑到枇杷冻、热害气候指标采用了气温极值作为气象因子，本研究中风险概率计算采用适于极值极限概率分布的 Gumbel 分布函数[24]，公式为：

式中， A>0，为尺度参数; B 为众数密度。可见，求出 A 与 B 两个参数后， Gumbel 分布函数即可确定。通过矩法变换[25]可得：

式中， x 为样本平均值，Sx为样本标准差， N 为重现期， 1/N 为风险概率。

2 结果与分析

2.1 枇杷低温冻害气候风险分析

2.1.1 低温冻害发生时段通山站历年低于‒3℃的最低气温最早出现在12月3日，为-5.5℃，最迟出现在2月19日，为‒6.1℃;95%以上的年份年极端最低气温出现在12月11日至次年2月20日，其中，低于‒6℃的最低气温有近90%年份出现在12月11日至次年2月10日（图1）。调查得知，枇杷花期在12月下旬至2月中旬，幼果期在1月中旬至2月下旬，说明枇杷的开花-幼果全生育期都存在低温冻害的风险。经调查枇杷种植户调查得知，2018年枇杷的严重冻害，正是由于当年的2月3—6日出现的连续低温天气（<‒3℃）造成的。

2.1.2 冬季各月不同重现期低温利用大畈站1959—2020年的12、1和2月的最低气温延长序列资料，根据公式（4）计算得到大畈站12、1和2月各月不同重现期的最低气温值（表4）。从表4可以看出：低于‒3℃的枇杷低温冻害较为普遍，12、1月每年可出现，2月的重现期约为2～3年一遇;低于‒6℃的枇杷低温冻害重现期，12月约为7年一遇， 1月约为6年一遇，2月为10年一遇;低于‒8℃的枇杷低温冻害重现期， 12月约为18年一遇， 1月为20年一遇，2月约为28年一遇。说明枇杷轻度、中度低温冻害日重现机率是1月>12月>2月，重度及以上低温冻害日的重现机率是12月>1月>2月。

2.1.3 低温冻害指数风险概率根据公式（2），用两日滑动累加并统计得到1959—2020年枇杷花期（12月21日至次年2月20日）、幼果期（1月 11日至次年2月28日）逐年的低温冻害最大等级指数序列，利用 Gumbel 分布函数的推导公式（4），得到枇杷花蕾和幼果低温冻害指数风险概率分布图（图2）。从图2得知，枇杷幼果冻害风险概率高于花蕾，幼果轻度冻害风险概率大于 50%，约每2 年一遇;中度冻害风险概率为20%，即每5 年一遇;重度冻害风险概率接近10%，约每10～11年一遇;极重冻害风险概率小于3.5%，近每30年一遇。而花蕾轻度冻害风险概率接近33%，约每3年一遇;中度冻害风险概率接近17%，约每6年一遇;重度冻害概率接近5%，约每19～20年一遇;极重冻害风险概率小于2%，超50年一遇。

2.2 枇杷高温热害气候风险分析

2.2.1 高温热害发生时段通山站历年4—5月高于34.5℃的高温天气最早出现在4月11日，4月 20日之前的高温天气比较少见，不足5%，超50%的高温天气过程出现在5月15日至31日，5月后高溫天气出现频率随时间呈直线增多趋势（图3）。从枇杷主产区的调查结果得知，其主要品种的枇杷转色期集中在4月下旬至5月上旬，2020年大畈枇杷种植区的高温热害，正是由于5月 2—4日连续3 d 出现超34.5℃的高温天气造成的。此时间段高温出现频率约为35%，说明鄂东南枇杷转色期高温热害风险处于中、低风险时段。

2.2.2 转色期不同重现期高温利用大畈站1959—

2020年4—5月的日最高气温延长序列资料，根据公式（4）计算得到大畈站4月20日至5月10日不同重现期的最高气温值（表5）。由表5可知，高于34.5℃的枇杷高温热害并不多见，其重现期约为6～7年一遇;高于35.5℃的枇杷高温热害重现期为10年一遇，高于36.5℃的枇杷高温热害重现期约为19～20年一遇，高于37.5℃的枇杷高温热害重现期超30年一遇。

2.2.3 高温热害指数等级风险概率根据公式（2），用两日滑动累加并统计得到1959—2020年枇杷果实转色期（4月21日至5月10日）逐年高温热害最大等级指数序列，利用 Gumbel 分布函数的推导公式（4），得到枇杷果实高温热害指数风险概率分布图（图4）。从图4可以看出，枇杷果实转色期轻度高温热害风险概率25%，每4～5年一遇;中度高温热害风险概率为6.7%，每15年一遇;重度高温热害风险概率低于2%，超50年一遇;极重高温热害风险概率极低小于1%，超100年一遇。

3 讨论与结论

本研究以鄂东南枇杷最大主产区的典型种植园为代表，以近10 a 对枇杷产量和品质影响较大的低温冻害和高温热害发生情况的调查资料和构建的长序列气象资料为基础，利用 Gumbel 极值概率分布模型，计算造成枇杷低温冻害和高温热害的气象要素指标及其组合指标的气候重现率，定量分析鄂东南枇杷主产区的低温冻害和高温热害风险，客观描述鄂东南枇杷主产区的低温冻害和高温热害发生规律。

各地枇杷花果期低温冻害等级指标并不一致，浙江、福建等地[4，14]研究认为，日最低气温<‒1.0℃时，枇杷幼果就会出现轻度低温冻害。植物在长期适应各地气候的过程中，其抗逆能力会随气候条件驯化而不同。浙江、福建等地和湖北虽然同属于亚热带季风气候区，但其受海洋影响，冬季的低温持续时间和下降幅度与处于内陆的鄂东南山区明显不同。根据陈正洪[5-6]对湖北省枇杷花果冻害的观测试验和模拟研究结果中冷冻温度和冷冻时间冻害综合贡献的等值线图，对浙江、福建等地枇杷花果期低温冻害等级指标值进行了修正，与鄂东南枇杷种植区调查的实际情况更为接近。

枇杷果实转色期高温热害等级指标采用日最高气温≥34.5℃的阈值有一定的地域性，由于鄂东南枇杷主产区的枇杷果实大多在6 月份前上市，所受高温热害与气候变暖的异常高温有关，其指标的适用范围和等级划分，有待今后进一步研究。

对短序列气象资料进行延长是气候分析中构建长序列气象资料的常用方法，延长资料可以弥补气候风险概率分析中短序列资料的不足;但气候要素的强烈变化会因为序列延长中采用整体变化来模拟单个要素值而变平缓，延长气象资料的局限性对风险分析结果的影响有待进一步印证研究。

鄂东南枇杷的低温冻害和高温热害是影响枇杷产量和品质的重要气象灾害。枇杷开花至幼果期都存在低温冻害的风险，主要发生在12月中旬至次年2月中旬;枇杷果实接近成熟的时期存在高温热害风险，主要发生在枇杷果实转色期的4月下旬至5月上旬。枇杷种植中要进行疏花、疏果，轻度冻害对枇杷的产量影响较小，枇杷花的抗冻性强于幼果的抗冻性，2 月份花果期的低温冻害风险低于12月和1月;5月后异常高温天气日益增多，适当早熟可降低果实遭遇高温天气热害的机率。因此，提高枇杷二花的花量和花质，选择适当的早熟品种，是鄂东南枇杷主产区防范低温冻害和高温热害的重要措施。

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