王 寶，夏紀(jì)勝，盧玉娥

（1.玉溪市氣象局，云南玉溪653100；2.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院，云南昆明650091；3.玉溪市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，云南玉溪653100）

低溫災(zāi)害是柑桔生長期的主要災(zāi)害，每年均有不同程度的低溫災(zāi)害發(fā)生，給柑桔生產(chǎn)造成了巨大的損失。近年來，受環(huán)境惡化和氣候變化的影響，低溫災(zāi)害頻繁發(fā)生，加大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，直接影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，嚴(yán)重威脅著糧食安全和社會穩(wěn)定。在對2001年至2008年的柑桔生長田間觀測資料與溫度、降雨量、日照的相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)，柑桔生長對溫度的反應(yīng)快速，當(dāng)出現(xiàn)低溫時，能在短時間內(nèi)對柑桔的生長產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響，成為柑桔生長的主要限制因子之一，它決定柑桔的生存與分布，同時也影響果實的產(chǎn)量和品質(zhì)。國內(nèi)許多學(xué)者在低溫災(zāi)害對柑桔生產(chǎn)的影響方面做了大量的分析研究工作。張錦松［1］研究了低溫天氣對柑桔的影響。謝遠(yuǎn)玉［2］提出當(dāng)日平均氣溫≤30℃時，柑桔果實增長量與氣溫呈顯著的正相關(guān)。董德祥［3］分析了2008年華寧柑桔減產(chǎn)的原因，認(rèn)為當(dāng)年春季的低溫災(zāi)害使柑桔花芽分化受到抑制，導(dǎo)致柑桔果樹異常落花，造成當(dāng)年減產(chǎn)。劉平生［5］分析了低溫陰雨寡照對柑桔花期幼果期的危害。葉美德［6］建立了柑桔產(chǎn)量氣候異常減產(chǎn)模式。在現(xiàn)有的研究中，主要考慮了氣候?qū)W意義上的低溫災(zāi)害，多數(shù)低溫災(zāi)害指示的是低溫與作物某一個生育期的關(guān)系，與作物各生育期對低溫反應(yīng)的關(guān)聯(lián)度低。同時，也沒有考慮低溫持續(xù)時間對作物的累積危害程度。在分析作物生長的每個生育期的下限溫度、生長最適溫度及低溫災(zāi)害指標(biāo)及應(yīng)用方面的研究較少。

由于作物在不同發(fā)育時段對溫度的敏感性差異顯著，對低溫的反應(yīng)也不同，因此，本文在研究柑桔每個生育期對溫度反應(yīng)的基礎(chǔ)上，確定柑桔每個生育期生長下限溫度和生長最適溫度，并考慮低溫強度和持續(xù)時間，設(shè)計了累積低溫影響指數(shù)，建立柑桔每個生育期的累積低溫影響指數(shù)區(qū)間，設(shè)計開發(fā)柑桔低溫冷害預(yù)警分析系統(tǒng)，對低溫災(zāi)害進(jìn)行實時監(jiān)測和預(yù)警，為預(yù)防和減輕低溫災(zāi)害對柑桔生產(chǎn)的影響，提高柑桔產(chǎn)量和質(zhì)量，具有實際意義。

1 材料與方法

1.1 材料

玉溪柑桔研究所華寧縣牛山柑桔試驗基地2001年至2008年柑桔大田發(fā)育期觀測資料；華寧縣氣象站1971年至2008年逐旬平均溫度、平均最高溫度、平均最低溫度、極端最高溫度、極端最低溫度、降雨量、日照時數(shù)、蒸發(fā)量資料；2001年至2008年逐日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度；華寧縣農(nóng)業(yè)局1971年至2008年柑桔單產(chǎn)資料；玉溪柑桔研究所2001年至2008年柑桔發(fā)育期資料。其中常規(guī)氣象觀測資料根據(jù)柑桔種植區(qū)實際情況進(jìn)行了訂正。

1.2 方法

1.2.1 柑桔發(fā)育期的計算

在華寧縣牛山柑桔試驗基地設(shè)固定觀測點，柑桔品種為早熟興津溫州蜜桔。用2001年至2008年田間觀測的柑桔發(fā)育期計算平均發(fā)育期，并根據(jù)華寧縣柑桔主要種植區(qū)的生產(chǎn)實際，對平均發(fā)育期進(jìn)行訂正。

1.2.2 氣候年景的劃分

用1971年至2008年柑桔單產(chǎn)資料和同期的旬平均溫度、旬平均最高溫度、旬平均最低溫度、旬極端最高溫度、旬極端最低溫度、旬降雨量、旬日照時數(shù)、旬蒸發(fā)量資料，采用滑動平均方法 （步長為8）計算每年柑桔氣象產(chǎn)量，按氣象產(chǎn)量變幅，結(jié)合柑桔生產(chǎn)的實際年景對1971年至2008年的氣候年景進(jìn)行劃分。

1.2.3 發(fā)育期溫度指標(biāo)的確定

根據(jù)所劃分氣候年景，用2001年至2008年逐日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度，確定豐、平、歉年中柑桔各發(fā)育期間的相應(yīng)溫度指標(biāo)。

1.2.4 累積低溫影響指數(shù)的建立

累積低溫指數(shù)Ti按下式計算：

式中，Ti為累積低溫指數(shù)；tm為實際觀測的最低溫度；d為低溫持續(xù)時間；α為低溫強度系數(shù)；A、B為溫度影響系數(shù)。α、A、B按以下公式計算：

其中，tl為柑桔生長下限溫度；tb為柑桔生長最適溫度。

2 結(jié)果與分析

2.1 柑桔發(fā)育期

根據(jù)2001年至2008年田間實際觀測的柑桔發(fā)育期，計算平均發(fā)育期，并根據(jù)華寧縣柑桔主要種植區(qū)的生產(chǎn)實際，采用內(nèi)插方法對固定觀測點柑桔的發(fā)育期進(jìn)行訂正 （表1）。

表1 柑桔發(fā)育日期

2.2 氣象產(chǎn)量與氣候年景分析

氣候年景的確定是定量指標(biāo)域研究的基礎(chǔ)，進(jìn)行歷年氣候年景分類的實質(zhì)是表達(dá)出柑桔生長發(fā)育和產(chǎn)量形成適宜的溫度區(qū)間，以及受影響或受害的溫度區(qū)間。作物的產(chǎn)量由社會產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量二部分組成，氣象產(chǎn)量描述的是氣候變化對作物產(chǎn)量的影響效應(yīng)，因此，為了確定氣候變化與作物生長發(fā)育、產(chǎn)量形成的定量關(guān)系，采用滑動平均方法 （步長為8）計算1971年至2008年每年柑桔單產(chǎn)的氣象產(chǎn)量 （圖1）。

圖1 柑桔單產(chǎn)氣象產(chǎn)量年際變化

根據(jù)氣象產(chǎn)量的變幅，將氣象產(chǎn)量分為豐年、平年、歉年3個氣候年景等級 （表2），以表征溫度對柑桔生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響程度。

表2 氣象產(chǎn)量 （M）年景等級標(biāo)準(zhǔn)

用柑桔農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際年景對用氣象產(chǎn)量所確定的年景進(jìn)行驗證，驗證結(jié)果表明，氣象產(chǎn)量年景與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際年景吻合度較好。

2.3 柑桔各發(fā)育期溫度指標(biāo)

在柑桔生長各發(fā)育期溫度定量指標(biāo)的分析中，根據(jù)氣象產(chǎn)量所確定的氣候年景，對豐、平、歉年景中柑桔的每一個發(fā)育期間的日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度進(jìn)行分析，以豐年溫度確定柑桔生長期的最適溫度上、下限，以平年溫度確定柑桔生長期的適宜溫度上、下限，而以歉年溫度確定受害溫度與死亡溫度。同時，通過對華寧柑桔生長發(fā)育期與日平均溫度、日最低溫度、日最高溫度的相關(guān)性分析表明，柑桔的生物學(xué)零度為5℃。因此，在溫度指標(biāo)的分析中，以日平均溫度5℃作為基礎(chǔ)指標(biāo)值。在上述分析的基礎(chǔ)上，得出柑桔生長期的最適溫度上限、最適溫度、最適溫度下限、受害溫度、死亡溫度 （表3）。

表3 柑桔各發(fā)育期溫度指標(biāo)值

2.4 累積低溫指數(shù)等級和影響程度

根據(jù)累積低溫指數(shù)公式 （1），計算各溫度等級和不同持續(xù)時間的累積低溫指數(shù)Ti值，通過對Ti值的分析，確定柑桔各發(fā)育期的累積低溫指數(shù)區(qū)間和影響狀況 （表 4）。

3 柑桔生長期低溫災(zāi)害指標(biāo)的應(yīng)用

溫度定量指標(biāo)域的建立，為動態(tài)地分析柑桔生長期間溫度的影響程度提供了基礎(chǔ)。累積低溫指數(shù)區(qū)間和影響程度為判斷低溫災(zāi)害對柑桔生長的影響程度提供了依據(jù)?；谥髁魃逃脭?shù)據(jù)庫技術(shù)，采用asp.net構(gòu)架，建立柑桔低溫災(zāi)害預(yù)警分析系統(tǒng)，通過動態(tài)計算累積低溫影響指數(shù) （Ti）指標(biāo)，結(jié)合柑桔物候期、溫度指標(biāo)、累積低溫指數(shù)區(qū)間等數(shù)據(jù)，既能對柑桔歷史受害狀況進(jìn)行分析，又能在作物的每個發(fā)育期對低溫災(zāi)害進(jìn)行動態(tài)的跟蹤和預(yù)警。

柑桔低溫災(zāi)害預(yù)警分析系統(tǒng)主要功能包括系統(tǒng)設(shè)置、用戶管理、數(shù)據(jù)管理、實時預(yù)警、歷史分析、打印輸出等。

表4 柑桔累積低溫指數(shù)區(qū)間和影響程度

以1986年為例，利用預(yù)警分析系統(tǒng)對歷史低溫災(zāi)害狀況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，1986年柑桔開花期遭到了強低溫危害，花芽分化受到抑制，花期延遲，致使1986年柑桔減產(chǎn)。分析結(jié)果與柑桔低溫災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)一致，驗證了系統(tǒng)對低溫災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警的準(zhǔn)確性。對歷史低溫的分析表明，累積低溫影響指數(shù)能準(zhǔn)確地反映低溫對柑桔生長的影響，并達(dá)到預(yù)警的目的，以便提前采取措施，防止或減輕低溫災(zāi)害對柑桔生產(chǎn)的影響。

4 討論

（1）通過對柑桔不同發(fā)育期溫度定量指標(biāo)的研究，確定了柑桔生長期的最適溫度上限、最適溫度下限、最適溫度上限極值、最適溫度下限極值、受害溫度、死亡溫度，為動態(tài)分析柑桔生長期溫度的影響程度提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖2 1986年柑桔低溫災(zāi)害狀況分析

（2）在溫度指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，建立了累積低溫影響指數(shù)，計算了累積低溫指數(shù)區(qū)間和影響程度，為判斷低溫災(zāi)害對柑桔的影響程度提供了依據(jù)

（3）研究開發(fā)了具有自動分析、預(yù)警功能的柑桔低溫災(zāi)害預(yù)警分析系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)與氣象數(shù)據(jù)的快速分析和曲線化，農(nóng)業(yè)氣象學(xué)理論和經(jīng)驗及方法程序化，對策措施專業(yè)化及分析過程自動化。

（4）柑桔生長期低溫災(zāi)害指標(biāo)的研究和應(yīng)用，可以對柑桔生長各個時期低溫災(zāi)害進(jìn)行實時監(jiān)測和預(yù)警，以便提前采取措施，防止或減輕低溫災(zāi)害對柑桔生產(chǎn)的影響。

（5）柑桔低溫災(zāi)害定量指標(biāo)只適用于玉溪柑桔研究所華寧牛山柑桔試驗基地，但采用的方法是可行的。同時，柑桔低溫災(zāi)害影響指標(biāo)考慮了日平均溫度、日最高溫度與日最低溫度的強度、持續(xù)時間和天氣背景的影響，并在計算機上實現(xiàn)了自動判斷的功能，但指標(biāo)值還需要根據(jù)生產(chǎn)實際做進(jìn)一步的細(xì)化和優(yōu)化。

[1]張錦松，羅禮鳳，莫健生.廣西柑桔研究所果園歷年低溫天氣分析[J].廣西園藝，2008，19（3）：27～30.

[2]謝遠(yuǎn)玉，賴曉樺，朱凌金，等.氣象條件對柑桔果實膨大速度的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2007，28（4）：406～407.

[3]董德祥，朱學(xué)斌，李麗，等.低溫冷凍對華寧柑桔產(chǎn)業(yè)的影響與應(yīng)對措施[J].中國果業(yè)信息，2008，25（12）：26～27.

[4]夏小曼，王海英，蔣運志.2008年初罕見低溫雨雪天氣對柑橘的影響及補救措施[J].氣象研究與應(yīng)用，2008，29（2）：55～56.

[5]劉平生.柑桔花期幼果期低溫陰雨寡照的危害及防治措施[J].中國南方果業(yè)，2003，32（1）：21～22.

[6]葉美德，汪鐸.柑桔產(chǎn)量氣候異常減產(chǎn)模式的初步研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，1993，14（2）：22～24.

[7]劉愛容.GIS支持下的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].科技資訊，2007（6）：99.

[8]田紅，陸維松，吳必文.基于GIS的氣象災(zāi)害監(jiān)測與評估集成系統(tǒng)[J].氣象科學(xué)，2002，22（4）：482～489.

[9]莊立偉，劉庚山，王石立.基于WEBGIS的農(nóng)業(yè)氣象信息共享與發(fā)布技術(shù)應(yīng)用研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2004，15（6）：745～753.

[10]高陽華，賈捷，王躍飛，等.氣象條件對柑桔果實生長的影響[J].中國柑桔，1995，24（2）：l7～l9.

[11]蔣高明，常杰，高玉葆，等.植物生理生態(tài)學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004，150～154.

[12]Burrough P A，F(xiàn)rank A U.Geographic Objects with Indeterminate Boundaries[M].London：Taylor&Francis，1996.

[13]Huang C F，Shi Y.Towards Efficient Fuzzy Information Processing—Using the Principle of Information Diffusion〔M〕 .Heidel-berg：Physica-Verlag，2002.

[14]Giampiero M，Valerio C，Anna D M，et al.Weather and climatemonitoring for food risk management[J].Meteorol Appl.，2006.

[15]王孟宇.云南農(nóng)業(yè)氣候資源的現(xiàn)狀及綜合利用對策[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，23（2）：598～601.