杜宏娟，魏月娥，趙斯文，高英育，侯興祥，張玉青

（1. 中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川 750002；2. 寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川 750002；3. 吳忠市氣象局，寧夏吳忠 751100）

土壤溫度不僅對(duì)植物根系的活性、生長都有直接影響，還制約著植物與土壤有效養(yǎng)分的交換過程，并且影響著土壤中昆蟲和微生物的活動(dòng)[1]。土壤溫度作為土壤環(huán)境的重要因素之一，對(duì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)有著重要的意義[1]。根系層土壤溫度是葡萄生長發(fā)育和安全越冬的重要環(huán)境因子，因此，研究根系溫度變化特征對(duì)研究葡萄能否安全越冬有重要意義。

獨(dú)特的地理?xiàng)l件和優(yōu)越的氣候資源促進(jìn)寧夏吳忠紅寺堡釀酒葡萄發(fā)展，同時(shí)冬季根系凍害也制約著紅寺堡特色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給果農(nóng)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，特別是釀酒葡萄園區(qū)的風(fēng)沙土地段根系凍害更易發(fā)生[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，本區(qū)釀酒葡萄根系層主要分布在20～40 cm[4-7]，康文英等[8]研究得出衡水氣溫與0～40 cm土壤較淺層地溫的變化具有較好的一致性。由于我區(qū)處于西北地區(qū)，冬季氣溫較低，埋土才能保證葡萄安全越冬，并且埋土厚度在40～60 cm。本文主要分析根系層0～40 cm的地溫達(dá)到凍害指標(biāo)的規(guī)律及地溫與氣溫之間的關(guān)系，擬建立根系層土壤溫度預(yù)報(bào)方程，為釀酒葡萄越冬凍害預(yù)測(cè)預(yù)警提供參考依據(jù)。

1 資料、指標(biāo)和方法

1.1 資料

由于紅寺堡無氣象站，無多年氣象觀測(cè)資料，故選取與紅寺堡土壤類型及氣候相似的同心氣象觀測(cè)站2004—2016年的逐日平均氣溫，最低氣溫，0～40 cm各層地溫資料做相關(guān)分析。氣象觀測(cè)資料序列長、并且較為完整。同時(shí)收集調(diào)查紅寺堡釀酒葡萄冬季根系發(fā)生凍害資料。

1.2 凍害指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)分析

以寧夏地方標(biāo)準(zhǔn)《釀酒葡萄農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)技術(shù)規(guī)程》[9]為依據(jù)（表1）。地溫、氣溫資料用Excel及SPSS統(tǒng)計(jì)軟件做相關(guān)分析和建立預(yù)報(bào)方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅寺堡酒葡萄根系層冬季凍害出現(xiàn)天數(shù)及時(shí)間分析

釀酒葡萄根系凍害指標(biāo)（表1）所示，20 cm土壤溫度≤-5 ℃出現(xiàn)1 d，40 cm土壤溫度≤-5 ℃出現(xiàn)2 d，將對(duì)釀酒葡萄根系產(chǎn)生凍害。通過對(duì)2004—2015年冬季20 cm、40 cm土壤溫度≤-5 ℃出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖1、圖2），結(jié)果顯示：近11年冬季中，有6年（2004、2010—2013、2015）20 cm土壤溫度達(dá)到凍害指標(biāo)，且土壤溫度最小達(dá)-9.3 ℃，出現(xiàn)天數(shù)為3～30 d，達(dá)到凍害指標(biāo)的時(shí)間在12月22日至2月10日；有2年（2010、2015）40 cm達(dá)到凍害指標(biāo)，并且土壤溫度最小值達(dá)-5.9 ℃，出現(xiàn)天數(shù)為7～14 d，出現(xiàn)時(shí)間在1月12日至2月2日，釀酒葡萄根系凍害達(dá)到重度。

表1 寧夏釀酒葡萄根系越冬凍害指標(biāo)Table 1 Freezing damage index of wine grape in Ningxia

圖1 20 cm土壤溫度年份變化曲線Figure 1 Changes of 20 cm ground temperature

圖2 40 cm土壤溫度年份變化曲線Figure 2 Changes of 40 cm ground temperature

2.2 釀酒葡萄根系層冬季土壤溫度與氣溫之間的相關(guān)分析

為了準(zhǔn)確分析冬季釀酒葡萄根系層土壤溫度與氣溫的相關(guān)性，提高建立預(yù)報(bào)方程的預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度及提前預(yù)報(bào)凍害，分析2004—2015年冬季20 cm、40 cm土壤溫度≤-3 ℃出現(xiàn)的初日終日。結(jié)果顯示（表2）：近11年中20 cm土壤溫度≤-3 ℃初日最早出現(xiàn)在12月5日，最晚出現(xiàn)在1月10日，終日最早出現(xiàn)在1月1日，最晚出現(xiàn)在2月20日；40 cm土壤溫度≤-3 ℃初日最早出現(xiàn)在12月27日，最晚出現(xiàn)在2月3日，終日最早出現(xiàn)在1月9日，最晚出現(xiàn)在2月15日。

表2 2004—2015年冬季20 cm、40 cm土壤溫度≤-3 ℃出現(xiàn)天數(shù)及時(shí)間Table 2 The dates of 20 cm and 40 cm ground temperature≤-3 ℃ during 2004 to 2015

表3 釀酒葡萄根系層冬季土壤溫度與氣溫的相關(guān)系數(shù)Table 3 The correlation coefficient between ground temperature and air temperature in winter

通過對(duì)表2分析，冬季凍害發(fā)生時(shí)段基本包括整個(gè)冬季。通過對(duì)2004—2015年整個(gè)冬季（12月1日至次年2月28日）氣象資料分析，0、5、10、15、20、40 cm土壤溫度與平均氣溫、最低氣溫分別為-3.5、-3.0、-2.5、-2.1、-1.7、-0.5、-4.8、-10.6 ℃。通過對(duì)地溫與氣溫日資料的相關(guān)分析（表3）可知，地溫與氣溫均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.591以上，但隨著深度增加相關(guān)系數(shù)逐漸減小，其中0～10 cm地溫與最低氣溫的相關(guān)系數(shù)小于地溫與平均氣溫的相關(guān)系數(shù)，20～40 cm地溫與最低氣溫的相關(guān)系數(shù)大于地溫與平均氣溫的相關(guān)系數(shù)。

2.3 釀酒葡萄根系層冬季土壤溫度預(yù)報(bào)方程建立

如果把0～20 cm作為統(tǒng)一的土壤層面考慮，其上界面為空氣，下界面為更深的土層，淺層的溫度變化受到太陽輻射和上下兩種不同介質(zhì)的影響[10]。分別用20 cm地溫代表淺層土壤溫度，氣溫與40 cm地溫分別代表上下介質(zhì)的溫度，運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件，用2004—2015年冬季日最低氣溫、40 cm土壤溫度前5日平均地溫作為變量，用線性回歸分析方法建立釀酒葡萄根系層20 cm、40 cm土壤溫度預(yù)報(bào)方程：

Td20cm表示20 cm土壤溫度；Td40cm表示40 cm土壤溫度；tmin表示日最低氣溫；t5d表示40 cm前5日平均地溫。

2.4 釀酒葡萄根系層冬季土壤溫度預(yù)報(bào)方程檢驗(yàn)

將2016年冬季日最低氣溫、前5日40 cm平均地溫值分別帶入20 cm、40 cm地溫預(yù)報(bào)方程模型，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)，方程（1）～（3）絕對(duì)誤差平均值分別為1.2 ℃、0.8 ℃、1.3 ℃，方程（2）的平均絕對(duì)誤差最小，預(yù)測(cè)精度均較高，可用于冬季凍害地溫預(yù)報(bào)服務(wù)。

3 討論與結(jié)論

有學(xué)者針對(duì)釀酒葡萄凍害原因以及應(yīng)對(duì)凍害的措施進(jìn)行研究，利用最低氣溫作為指標(biāo)判斷根系凍害的發(fā)生及程度[11-14]。葡萄的凍害主要有三種，即枝芽凍害、根莖凍害和根系凍害。根系凍害主要發(fā)生在冬季，并且根系分布主要在20～40 cm土壤中，紅寺堡釀酒葡萄都采取埋土方式保障安全越冬。本文選擇紅寺堡釀酒葡萄為研究對(duì)象，利用氣象臺(tái)站2004—2016的逐日氣溫、地溫資料，借鑒前人的研究成果，選取了冬季最低氣溫、平均氣溫和土壤溫度之間關(guān)系及造成釀酒葡萄凍害的氣象指標(biāo)，經(jīng)過分析構(gòu)建了釀酒葡萄冬季根系層土壤溫度預(yù)報(bào)模型，得出以下主要結(jié)論：

（1）近11年冬季中，葡萄根系層20 cm根系凍害發(fā)生頻率大于40 cm，并且出現(xiàn)的時(shí)間段長于40 cm。

（2）地溫與氣溫均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.591以上，但隨著深度增加相關(guān)系數(shù)逐漸減小，其中0～10 cm地溫與最低氣溫的相關(guān)系數(shù)小于地溫與平均氣溫的相關(guān)系數(shù)，最低氣溫與20～40 cm地溫的相關(guān)性要好于平均氣溫的。

（3）用線性回歸分析方法建立釀酒葡萄根系層20、40 cm土壤溫度預(yù)報(bào)方程，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)，平均絕對(duì)誤差為0.8～1.3 ℃；預(yù)測(cè)精度較高。

葡萄根系層距離地表近，根系層地溫預(yù)報(bào)較為復(fù)雜，受太陽輻射、土壤濕度、土壤性質(zhì)等多種因子影響。本研究所提出的土壤溫度預(yù)報(bào)模型僅考慮最低氣溫作為影響因子，未來應(yīng)考慮土壤濕度、土壤性質(zhì)及地溫位相滯后于氣溫等影響的問題，使預(yù)報(bào)模型更加完善。