孫朝鋒，林 雯，黃川容，吳 立，陳家金**，王加義，林輝陽

華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)劃與評估*

孫朝鋒1，林 雯2，黃川容1，吳 立1，陳家金1**，王加義1，林輝陽1

（1. 福建省氣象服務(wù)中心，福州 350001；2. 福建省莆田市氣象局，莆田 351100）

利用華南（廣東、廣西、福建）芒果種植區(qū)115個氣象站1961?2016年觀測資料，結(jié)合芒果寒凍害指標(biāo)，采用加權(quán)綜合評價法，確定種植區(qū)各氣象站點(diǎn)的寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)，建立寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)與地理因子之間的多元線性回歸模型，并基于GIS技術(shù)對華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性進(jìn)行區(qū)劃。結(jié)果表明：華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性與地理因子之間關(guān)系密切，總體呈現(xiàn)由沿海到內(nèi)陸，寒凍害危險(xiǎn)性逐漸變大的趨勢，此外，隨著緯度和海拔的增高，從南到北芒果寒凍害危險(xiǎn)性程度也逐漸增大。輕度危險(xiǎn)區(qū)主要分布在華南芒果種植區(qū)南部沿海地帶及部分內(nèi)陸地市的低海拔地區(qū)，占種植區(qū)面積比例為56.85%，該區(qū)域適合大規(guī)模種植芒果；中度寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)域主要分布在華南芒果種植區(qū)內(nèi)陸中低海拔地區(qū)以及北部高緯度沿海地區(qū)，占種植區(qū)面積比例為37.03%；重度以上的寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)域主要分布在華南芒果種植區(qū)內(nèi)陸高海拔地區(qū)，占種植區(qū)面積比例為6.12%。通過歷史災(zāi)情和各縣區(qū)年產(chǎn)量資料驗(yàn)證，區(qū)劃結(jié)果與實(shí)際較為吻合，研究結(jié)果可為華南地區(qū)芒果的優(yōu)化布局和防災(zāi)減災(zāi)提供參考。

芒果；寒凍害；危險(xiǎn)性區(qū)劃；華南芒果種植區(qū)；GIS

芒果原產(chǎn)于印度，被譽(yù)為“熱帶水果之王”，以其果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特、營養(yǎng)豐富，經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，越來越受到人們的青睞[1]。廣東、廣西和福建是中國芒果經(jīng)濟(jì)栽培的主產(chǎn)地，廣東以湛江、吳川、高州、信宜為主產(chǎn)；廣西以南寧、龍州至百色一帶以及邕寧、博白和平南等主產(chǎn)，其中百色田東獲得國家頒發(fā)的“芒果之鄉(xiāng)”稱號[2?3]。近年來，受冬季寒潮入侵所帶來的低溫天氣影響，福建、廣西和廣東芒果生產(chǎn)均造成了不同程度的損失，再加上農(nóng)戶不遵循地形和氣候規(guī)律，在不適宜種植區(qū)盲目引種，時常導(dǎo)致芒果產(chǎn)量和品質(zhì)波動巨大，嚴(yán)重時造成絕收[4?5]。因此，亟需針對芒果種植過程中存在的最主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害即寒凍害開展風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和評估，確定芒果寒凍害各級風(fēng)險(xiǎn)的精細(xì)分布區(qū)域，找到無寒凍害風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)低的適生區(qū)域，把災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避在種植前，對芒果的安全種植至關(guān)重要。

近年來，在全球氣候變化的背景下，經(jīng)濟(jì)林果的寒凍害風(fēng)險(xiǎn)越來越引起國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注[6]，李娜等[7]針對華南地區(qū)香蕉、荔枝開展過寒凍害風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃研究；陳家金等[8?9]針對福建龍眼、枇杷和番木瓜等特色經(jīng)濟(jì)果樹開展了多災(zāi)種綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和評估；趙俊芳等[10]開展了華南地區(qū)龍眼寒害災(zāi)損的風(fēng)險(xiǎn)評估。而對芒果寒凍害方面的研究，國外學(xué)者更多關(guān)注低溫脅迫對芒果品質(zhì)的影響，且以貯藏[11]、生理變化[12?13]和提高抗寒性[14?15]等方面的研究居多，國內(nèi)主要集中在芒果寒凍害等級指標(biāo)、適宜性區(qū)劃等方面，陳惠等[16?17]基于人工氣候箱和地理移放試驗(yàn)的方法，開展了芒果寒凍害低溫指標(biāo)研究；唐力生等[18]基于人工氣候箱和地理移放試驗(yàn)的方法，開展了芒果幼苗寒凍害低溫指標(biāo)研究；吳小波等[19]選取6個氣候因子作為區(qū)劃指標(biāo)，開展了貴州省芒果種植氣候適宜性區(qū)劃研究；而針對芒果寒凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方面的研究則甚少，僅見楊凱等[20]開展了福建芒果種植氣候風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，但未考慮經(jīng)緯度、海拔等地理因子對極端低溫的影響。本研究以華南芒果種植區(qū)為研究區(qū)域，結(jié)合芒果寒凍害致災(zāi)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)分析了不同強(qiáng)度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)，采用多指標(biāo)綜合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，確定華南芒果種植區(qū)各氣象站點(diǎn)的寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)，基于GIS技術(shù)，融合經(jīng)度、緯度、海拔、離海距離等地理因子，制作華南芒果種植區(qū)芒果寒凍害危險(xiǎn)性精細(xì)化區(qū)劃圖，以評估華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性等級，以期為復(fù)雜地形下的華南芒果種植區(qū)芒果優(yōu)化布局和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)及其來源

福建芒果種植區(qū)數(shù)據(jù)來源于2018年《福建農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》，廣西芒果種植區(qū)數(shù)據(jù)來源于2014年《廣西農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》，以統(tǒng)計(jì)年鑒中各縣區(qū)芒果種植面積數(shù)據(jù)作為種植區(qū)判斷的依據(jù)，廣東農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒無各縣區(qū)芒果種植面積數(shù)據(jù)，其芒果種植區(qū)的劃分參考相關(guān)文獻(xiàn)[21]。氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象局國家氣象信息中心，采用華南芒果種植區(qū)115個氣象觀測站1961?2016年逐日最低氣溫資料。地理信息資料包括DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)、經(jīng)度、緯度、離海距離和行政區(qū)圖等，其中30m分辨率DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺，行政區(qū)圖來源于福建省地理信息中心，經(jīng)、緯度網(wǎng)格通過ArcGIS軟件中的漁網(wǎng)工具和趨勢面插值生成，離海距離是通過ArcGIS軟件中點(diǎn)到線的歐氏距離計(jì)算得到。華南芒果種植區(qū)及氣象站點(diǎn)分布見圖1。

1.2 研究方法：加權(quán)綜合評價法（WCE）[22]

1.2.1 構(gòu)建危險(xiǎn)性區(qū)劃指標(biāo)

首先，確定華南芒果種植區(qū)寒凍害致災(zāi)因子。其次，華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)劃指標(biāo)由致災(zāi)因子的強(qiáng)度和發(fā)生頻次兩方面決定，根據(jù)芒果寒凍害致災(zāi)因子強(qiáng)度分級指標(biāo)，將芒果寒凍害分為輕度、中度、重度和極重四個等級，計(jì)算各地不同等級寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)，以評估芒果寒凍害的致災(zāi)危險(xiǎn)性。

圖1 華南芒果種植區(qū)及氣象站點(diǎn)分布

1.2.2 各等級指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

（1）使用層次分析法(AHP)[23]計(jì)算芒果寒凍害各等級指標(biāo)的主觀權(quán)重（W1j），j取1～4。AHP是一種對指標(biāo)進(jìn)行定性定量分析的賦權(quán)方法，基本步驟是邀請13位行業(yè)專家按照1～9標(biāo)度法對四個等級指標(biāo)進(jìn)行兩兩相對重要性打分，構(gòu)建判斷矩陣（表1），然后求出判斷矩陣的特征根和特征向量，并將歸一化的特征向量作為四個等級指標(biāo)的主觀權(quán)重。由于在構(gòu)建判斷矩陣時對四個等級指標(biāo)的打分具有一定的主觀性，需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，通過計(jì)算得到隨機(jī)一致性比率為0.065＜0.1，因此，判斷矩陣具有滿意的一致性。

表1 芒果寒凍害等級指標(biāo)判斷矩陣

（2）利用熵權(quán)法計(jì)算芒果寒凍害各等級指標(biāo)的客觀權(quán)重（W2j），j取1～4。熵權(quán)法是一種基于指標(biāo)之間變異程度的客觀賦權(quán)方法?；静襟E為根據(jù)芒果寒凍害等級指標(biāo)，計(jì)算115個氣象站點(diǎn)各等級寒凍害的年平均發(fā)生次數(shù)，并對序列進(jìn)行歸一化處理[24]。

首先計(jì)算所有氣象站點(diǎn)中第j個等級指標(biāo)的熵值（ej），即

式中，pi,j為芒果寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)歸一化序列，取n=115。

再計(jì)算第j個等級指標(biāo)的熵權(quán)（w2j），即

（3）采用組合權(quán)重（wj）綜合反映四個等級指標(biāo)的重要性，顯然組合權(quán)重和主、客觀權(quán)重都應(yīng)盡可能接近，根據(jù)最小相對信息熵原理[25]，取幾何平均數(shù)所需的信息量最少，而其他形式的組合權(quán)重，都會無形增加信息的冗余，因此，采用幾何平均數(shù)法將前文獲得的主、客觀權(quán)重進(jìn)行耦合優(yōu)化，確定組合權(quán)重（wj）。其計(jì)算式為

式中，j為寒凍害等級指標(biāo)，m為寒凍害等級指標(biāo)個數(shù)，且m=4，W1j為第j個寒凍害等級指標(biāo)的主觀權(quán)重，W2j為第j個寒凍害等級指標(biāo)的客觀權(quán)重，Wj為第j個寒凍害等級指標(biāo)的組合權(quán)重。

1.2.3 寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)的計(jì)算

式中，i為各氣象站點(diǎn)，j為寒凍害等級指標(biāo)，Wj為第j個寒凍害等級指標(biāo)的組合權(quán)重，Pij表示第j個寒凍害等級指標(biāo)在第i個氣象站點(diǎn)上年平均發(fā)生次數(shù)的歸一化序列。

1.3 數(shù)據(jù)處理

氣象數(shù)據(jù)的處理、歸一化、權(quán)重的確定采用R語言編程實(shí)現(xiàn)，各等級寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)分布圖、危險(xiǎn)性指數(shù)的分區(qū)統(tǒng)計(jì)、空間插值和危險(xiǎn)性等級區(qū)劃圖的制作采用ArcGIS 10.3軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)分布

2.1.1 寒凍害致災(zāi)因子強(qiáng)度分級指標(biāo)

芒果性喜溫暖，不耐寒霜。中國芒果主要產(chǎn)區(qū)年均溫在19.8～24.1℃，最低月均溫大于15℃，低溫凍害是發(fā)展芒果生產(chǎn)的限制性因素，當(dāng)極端低溫下降到3～5℃時，幼苗、嫩梢和花穗就會發(fā)生輕度寒害[27]；溫度下降至0℃左右時幼苗地上部、成年樹的花穗和嫩梢、樹上未熟的芒果外圍葉片都會受害；溫度下降到?1℃時，幼樹主干的上部，成年樹的頂梢就會出現(xiàn)中度凍害[18]；溫度降至?2℃時，花序、葉片以及結(jié)果母枝2～3cm直徑的側(cè)枝會凍死；?3℃以下幼樹上部全部凍死，大樹嚴(yán)重受凍，成年樹2～3a生枝條也會被凍死[28]。因此，雖然不同的芒果品種、樹齡和栽培小氣候環(huán)境，對抗低溫能力有所差別，但極端最低氣溫低于?2.5℃的地區(qū)不適宜種植芒果[29]。

以冬季極端最低氣溫（Td）作為華南芒果種植區(qū)寒凍害致災(zāi)因子的指標(biāo)，綜合前人研究成果并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際調(diào)查[16–18,29]，對其按影響強(qiáng)度進(jìn)行等級劃分，結(jié)果見表2。

2.1.2 不同等級寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)

圖2為華南芒果種植區(qū)115個氣象站1961?2016年不同等級寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)的空間分布特征。由圖可知，輕度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)介于0～4.45次，華南芒果種植區(qū)90%的站點(diǎn)都有發(fā)生輕度寒凍害的風(fēng)險(xiǎn)，僅福建東山、廣西東興、防城港、馬欄、廣東雷州半島、珠海、南澳輕度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)為0，最大值為福建永泰；輕度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)總體呈現(xiàn)由南向北逐漸增加的趨勢，且內(nèi)陸地區(qū)年平均發(fā)生次數(shù)多于臨近沿海地區(qū)。

中度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)介于0～3.25次，華南芒果種植區(qū)中度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)大于1次的站點(diǎn)均在福建，分別為福建永春、連江、羅源、華安和永泰，其中福建永泰中度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)較多，為3.25次，96%的站點(diǎn)中度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)在1次以下，其中廣西南部沿海、廣東雷州半島、珠三角、潮汕地區(qū)、福建平潭和東山的站點(diǎn)中度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)為0，即沒有發(fā)生中度寒凍害的風(fēng)險(xiǎn)，而中度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)較多的站點(diǎn)主要分布在華南芒果種植區(qū)內(nèi)陸高海拔地區(qū)和北部沿海地區(qū)。

重度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)介于0～1.63次，華南芒果種植區(qū)87%的站點(diǎn)重度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)在0.1次以下，其中58%的站點(diǎn)年平均發(fā)生次數(shù)為0，即沒有發(fā)生重度寒凍害的風(fēng)險(xiǎn)，主要在華南芒果種植區(qū)沿海和內(nèi)陸低海拔地區(qū)；廣西靖西、凌云、廣東新興、福建內(nèi)陸和北部沿海地區(qū)重度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)較多，大于0.1次，福建永泰重度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)最多，達(dá)1.63次。

極重寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)介于0～0.38次，除福建連江（0.11次）、羅源（0.14次）、華安（0.22次）和永泰（0.38次）外，極重寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)低于0.1次，廣西和廣東芒果種植區(qū)除廣東郁南（0.04次）外，其余站點(diǎn)極重寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)均為0次，華南芒果種植區(qū)92%的站點(diǎn)年平均發(fā)生次數(shù)為0次，福建永泰極重寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)最多，達(dá)0.38次。

2.1.3 不同等級寒凍害指標(biāo)權(quán)重

分別采用層次分析法和熵權(quán)系數(shù)法計(jì)算寒凍害各等級指標(biāo)的主、客觀權(quán)重，采用幾何平均數(shù)法將主、客觀權(quán)重綜合為組合權(quán)重（表3）。從表3可以看出，各等級寒凍害指標(biāo)權(quán)重的大小順序與實(shí)際情況相符，隨著寒凍害程度的增大，組合權(quán)重呈現(xiàn)遞增的趨勢。

2.1.4 寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算模型

以華南芒果種植區(qū)115個氣象站為計(jì)算單元，利用1961?2016年各氣象站點(diǎn)輕度、中度、重度和極重度寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)的歸一化序列，及其對應(yīng)的組合權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和，建立華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算模型（表4）。

表2 華南芒果種植區(qū)寒凍害等級分級標(biāo)準(zhǔn)

圖2 1961?2016年華南芒果種植區(qū)不同等級寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)的空間分布

表3 華南芒果種植區(qū)寒凍害等級權(quán)重

2.1.5 寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)

根據(jù)表4華南種植區(qū)芒果寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算模型，計(jì)算華南芒果種植區(qū)115個氣象站點(diǎn)的寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)，并按離差標(biāo)準(zhǔn)化方法對其歸一化處理（表5）。從表5可以看出，福建東山、廣東南澳、珠海、吳川、湛江、茂名、電白、雷州、徐聞、廣西東興、防城港和馬欄的寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)為0；危險(xiǎn)性指數(shù)在0.01以下的站點(diǎn)主要在華南芒果種植區(qū)中南部地區(qū)；危險(xiǎn)性指數(shù)在0.01～0.1的站點(diǎn)主要分布在華南芒果種植區(qū)北部高緯度地區(qū)和中部高海拔地區(qū)；危險(xiǎn)性指數(shù)大于0.1的站點(diǎn)有福建華安、南靖、平和、仙游、永春、連江、羅源、永泰和廣東郁南，以福建永泰的危險(xiǎn)性指數(shù)最大。

表4 華南芒果種植區(qū)氣象站點(diǎn)寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算模型

注：Pif、Pmf、Pwf和Psf分別代表1961?2016年華南芒果種植區(qū)各氣象站點(diǎn)輕度、中度、重度和極重寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)的歸一化序列，Ih代表寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)。

Note: Pif，Pmf，Pwfand Psfare the normalized series of the average annual frequency of slight, moderate, severe and extra severe cold and freezing injury for each meteorological station in South China mango planting areas from 1961 to 2016, respectively.

表5 華南芒果種植區(qū)寒凍害歸一化危險(xiǎn)性指數(shù)

2.2 華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)劃

2.2.1 危險(xiǎn)性指數(shù)地理推算模型

由于寒凍害與地理因子有關(guān)，其分布與地形特征緊密相連，研究選取經(jīng)度、緯度、海拔、離海距離為自變量，以寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)作為因變量，建立多元回歸線性模型（表6），并在ArcGIS平臺支持下，按照地理推算模型進(jìn)行精細(xì)化網(wǎng)格推算和殘差訂正，得到華南芒果種植區(qū)30m×30m網(wǎng)格的寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)分布圖。

表6 華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)的地理推算模型

注：**表示通過信度為0.01的顯著性水平檢驗(yàn)。Ih代表寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)，X為經(jīng)度公里網(wǎng)坐標(biāo)值（m），Y為緯度公里網(wǎng)坐標(biāo)值（m），H為海拔高度（m），D為離海距離（m）。

Note:**is P＜0.01. Ihis the hazard index of cold and freezing injury, X is longitude coordinate value of kilometer network(m), Y is latitude coordinate value of kilometer network(m), H is altitude(m), D is distance from sea(m).

2.2.2 危險(xiǎn)性指數(shù)分級

為了分析危險(xiǎn)性指數(shù)分布規(guī)律，需對危險(xiǎn)性指數(shù)進(jìn)行分級，采用自然斷點(diǎn)法[30]，結(jié)合華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)的大小和實(shí)際芒果種植受害情況，將華南芒果種植區(qū)30m×30m網(wǎng)格的寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)分布圖劃分為4個等級，并利用ArcGIS柵格統(tǒng)計(jì)工具分別計(jì)算輕度、中度、重度和極重危險(xiǎn)區(qū)占華南芒果種植區(qū)總面積比例，結(jié)果見表7。

表7 華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)分級

2.2.3 區(qū)劃結(jié)果

華南芒果種植區(qū)總面積為22513024hm2，輕度危險(xiǎn)區(qū)、中度危險(xiǎn)區(qū)、重度危險(xiǎn)區(qū)和極重危險(xiǎn)區(qū)發(fā)生地域面積分別為12797520、8338632、1057532和319340hm2，分別占華南芒果種植區(qū)的56.85%、37.03%、4.70%和1.42%。由圖3可見，輕度危險(xiǎn)區(qū)主要分布在華南芒果種植區(qū)南部沿海地帶及部分內(nèi)陸地市的低海拔地區(qū)，包括福建廈門南部、漳州南部、廣東潮州南部、南澳、汕頭、揭陽南部、海豐南部、惠州南部、深圳、東莞、廣州南部、中山、珠海、佛山南部、江門、陽西、茂名南部、湛江、廣西玉林南部、北海、欽州、防城港、南寧南部、憑祥和百色低海拔地區(qū)，該區(qū)域?qū)儆谘睾５秃０蔚貐^(qū)，日最低氣溫高，發(fā)生寒凍害危險(xiǎn)性低，福建東山、廣東雷州半島和廣西南部沿海地區(qū)甚至未發(fā)生過輕度寒凍害，因此，該區(qū)域芒果寒凍害的危險(xiǎn)性為輕度；中度危險(xiǎn)區(qū)主要分布在福建寧德東部、福州東部、平潭、莆田南部、泉州南部、廈門北部、漳州中部、廣東潮州北部、揭陽西部、海豐北部、惠州北部、廣州北部、肇慶、云浮中北部、茂名北部、廣西玉林北部、貴港南部、南寧北部、百色中北部等地，該區(qū)域大部分屬于內(nèi)陸中低海拔地區(qū)以及種植區(qū)北部高緯度沿海地區(qū)，日最低氣溫較高，大部分地區(qū)未發(fā)生過重度以上寒凍害，該區(qū)域芒果寒凍害危險(xiǎn)性為中度；重度危險(xiǎn)區(qū)主要分布在福建寧德西部、福州西北部、莆田西部、泉州西部、漳州西北部、廣西貴港北部、百色北部等中高海拔地區(qū)，該區(qū)域日最低氣溫較低，發(fā)生寒凍害危險(xiǎn)性較高，芒果有重度寒凍害危險(xiǎn)性；極重危險(xiǎn)區(qū)的分布面積相對較小，主要分布在內(nèi)陸高海拔地區(qū)，包括福建寧德西部、福州西北部、莆田西部、泉州西部、廣西貴港北部和百色北部等地，該區(qū)域重度以上寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)較多，且大部分發(fā)生過極重寒凍害，因此，芒果有極重寒凍害危險(xiǎn)性。

圖3 華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果

2.2.4 區(qū)劃結(jié)果驗(yàn)證

2.2.4.1 歷史個例對比

應(yīng)用ArcGIS空間分析模塊，提取災(zāi)情點(diǎn)所在地芒果寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果，與調(diào)查的災(zāi)情點(diǎn)芒果寒凍害形態(tài)學(xué)受害等級實(shí)測資料進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表8。由表可見，兩者之間存在較強(qiáng)相關(guān)性，發(fā)生輕、中度寒凍害的地區(qū)主要分布在危險(xiǎn)性較低的區(qū)域，發(fā)生重度以上寒凍害的地區(qū)以重度寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)域?yàn)橹鳎瑸?zāi)情點(diǎn)的寒凍害實(shí)測等級與區(qū)劃的危險(xiǎn)性等級相同或只相差1個等級。因此，華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果與實(shí)際寒凍害情況較為吻合。

2.2.4.2 種植區(qū)分布情況

通常寒凍害風(fēng)險(xiǎn)低的地區(qū)，芒果種植多，風(fēng)險(xiǎn)高的地區(qū)種植少，因此，利用芒果現(xiàn)有種植區(qū)的年產(chǎn)量情況來驗(yàn)證寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算結(jié)果。通過ArcGIS空間統(tǒng)計(jì)模塊下分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具對華南芒果種植區(qū)內(nèi)各縣區(qū)的寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，將得到的各縣區(qū)危險(xiǎn)性指數(shù)平均值與其年產(chǎn)量數(shù)據(jù)[31?32]對比分析，從表9可以看出，危險(xiǎn)性指數(shù)平均值越大的地區(qū)，年產(chǎn)量越小，廣西田陽、田東、靈山和欽州的危險(xiǎn)性指數(shù)平均值較小，芒果年產(chǎn)量大，而福建永泰、連江、南安、華安、永春和寧德等地危險(xiǎn)性指數(shù)平均值較大，不利于芒果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)的芒果年產(chǎn)量也較小。因此，芒果寒凍害危險(xiǎn)性程度與實(shí)際種植區(qū)年產(chǎn)量分布情況基本吻合。

表8 華南芒果種植區(qū)歷史寒凍害等級資料與危險(xiǎn)性區(qū)劃等級對比

表9 華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)與年產(chǎn)量對比

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）從華南芒果種植區(qū)寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)空間分布特征來看，華南芒果種植區(qū)大部分站點(diǎn)都有發(fā)生寒凍害的風(fēng)險(xiǎn)，寒凍害分布區(qū)域廣，各等級寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)空間上呈現(xiàn)從南到北、從沿海到內(nèi)陸逐漸遞增的趨勢，福建北部沿海、內(nèi)陸高海拔地區(qū)、廣東和廣西內(nèi)陸地區(qū)寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)多，寒凍害等級高；福建南部沿海、廣東雷州半島、東南部沿海、廣西南部沿海寒凍害年平均發(fā)生次數(shù)少，寒凍害等級低。

（2）華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性與地理因子之間關(guān)系密切，一方面，隨著離海距離的增加，從沿海到內(nèi)陸，寒凍害危險(xiǎn)性呈現(xiàn)逐漸變大的趨勢，這與楊凱等[20]研究的福建芒果寒害種植氣候風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果相一致；另一方面，隨著緯度和海拔的增高，從南到北芒果寒凍害危險(xiǎn)性程度也逐漸增大，內(nèi)陸山區(qū)由于海拔高度影響，冬季極端氣溫低，寒凍害危險(xiǎn)性相對較高；而沿海地區(qū)海拔低，冷空氣受到內(nèi)陸山脈和地形的影響有所減弱，同時受海洋性氣候的影響，氣溫也比內(nèi)陸地區(qū)高，寒凍害發(fā)生概率較小，因此，芒果寒凍害危險(xiǎn)性相對較低。

（3）分別通過華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果與災(zāi)情點(diǎn)實(shí)際寒凍害等級對比，華南芒果種植區(qū)內(nèi)各縣區(qū)的寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)與其芒果年產(chǎn)量對比，致災(zāi)危險(xiǎn)性高低與寒凍害實(shí)際發(fā)生等級及現(xiàn)有種植區(qū)的分布情況具有較高的吻合度，表明芒果寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果具有較高的可靠性。

3.2 討論

在確定寒凍害致災(zāi)因子時，綜合考慮了不同等級致災(zāi)強(qiáng)度發(fā)生頻次對果樹寒凍害的影響，但芒果寒凍害發(fā)生及受災(zāi)程度除了災(zāi)害發(fā)生頻次和強(qiáng)度外，還與低溫持續(xù)時間密切相關(guān)，因此，如何結(jié)合低溫持續(xù)時間確定寒凍害致災(zāi)因子，以進(jìn)一步提高危險(xiǎn)性區(qū)劃和評估的準(zhǔn)確性，還有待今后進(jìn)一步研究。

綜合考慮了氣象站點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、海拔和離海距離等地理因子，與其危險(xiǎn)性指數(shù)建立多項(xiàng)式插值模型，能夠較客觀地反映地理因子對芒果寒凍害危險(xiǎn)性的影響，但由于多項(xiàng)式插值屬于非確定性插值[33]，插值后的表面不能經(jīng)過所有采樣點(diǎn)，所以會導(dǎo)致氣象站點(diǎn)上空間插值前后的危險(xiǎn)性指數(shù)值存在一定偏差，同時，沒有氣象觀測站點(diǎn)的高海拔地區(qū)芒果寒凍害危險(xiǎn)性指數(shù)值會一定程度被夸大，因此，今后可以考慮綜合應(yīng)用多種空間插值算法對比應(yīng)用，進(jìn)一步提高危險(xiǎn)性指數(shù)的地理推算精度。

應(yīng)當(dāng)指出的是，寒凍害風(fēng)險(xiǎn)由危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和當(dāng)?shù)胤篮箖瞿芰C合作用，但由于缺乏歷史災(zāi)情、社會經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)，目前只考慮起決定性作用的致災(zāi)危險(xiǎn)性，未來可進(jìn)一步結(jié)合承災(zāi)體的暴露性、脆弱性及當(dāng)?shù)胤罏?zāi)減災(zāi)能力，綜合考量芒果寒凍害的綜合風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 李日旺,黃國弟,蘇美花,等.我國芒果產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展策略[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,44(5):875-878.

Li R W,Huang G D,Su M H,et al.Status and developmental strategies of mango industry in China[J].Journal of Southern Agriculture,2013,44(5):875-878.(in Chinese)

[2] 胡祎,張德生,劉康德.中國芒果產(chǎn)業(yè)發(fā)展變遷及影響因素研究[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2015,36(6):53-59.

Hu Y,Zhang D S,Liu K D.Developing history and influence factors of the mango industry in China[J].Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning,2015, 36(6):53-59.(in Chinese)

[3] 蘇永秀,李政.GIS支持下的芒果種植農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃[J].廣西氣象,2002,23(1):46-48.

Su Y S,Li Z.Agricultural climatic regionalization supported by GIS for mango planting[J].Journal of Guangxi Meteorology, 2002,23(1):46-48.(in Chinese)

[4] 莫蕤,韋芳,蘇春芹,等.廣西右江河谷2008年芒果低溫寒害調(diào)查分析[J].氣象研究與應(yīng)用,2009,30(1):52-54.

Mo G,Wei F,Su C Q,et al.Investigation on chilling injury of mango industry on Youjiang river valley[J].Journal of Meteorological Research and Application,2009,30(1): 52- 54.(in Chinese)

[5]徐宗煥,陳家金,張容焱,等.引種臺灣愛文芒果的低溫災(zāi)害評估及GIS應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2006,15(6):260-264.

Xu Z H,Chen J J,Zhang R Y,et al.Low temperature disaster evaluation and GIS application to adventitious planting of Aiwen mango from Taiwan[J].Journal of Natural Disasters,2006,15(6):260-264.(in Chinese)

[6] 王春乙,張繼權(quán),霍治國,等.農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估研究進(jìn)展與展望[J].氣象學(xué)報(bào),2015,73(1):1-19.

Wang C Y,Zhang J Q,Huo Z G,et al.Prospects and progresses in the research of risk assessment of agro- meteorological disasters[J].Acta Meteorologica Sinica, 2015,73(1):1-19.(in Chinese)

[7] 李娜,霍治國,賀楠,等.華南地區(qū)香蕉、荔枝寒害的氣候風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2010,21(5):1244-1251.

Li N, Huo Z G,He N,et al.Climatic risk zoning for banana and litchi's chilling injury in South China[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2010,21(5):1244-1251.(in Chinese)

[8] 陳家金,李麗純,王加義,等.福建省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與評估[M].北京:氣象出版社,2017:11-36.

Chen J J,Li L C,Wang J Y,et al.Characteristic agricultural meteorological disaster risk zoning and assessment in Fujian Province[M].Beijing:China Meteorological Press, 2017:11-36.(in Chinese)

[9] 黃川容,陳家金,鄭東旗,等.福建番木瓜引種的寒凍害風(fēng)險(xiǎn)評估[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2014,35(1):85-90.

Huang C R,Chen J J,Zheng D Q,et al.Risk assessment of cold and freezing injury on papaya introduction in Fujian province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2014,35 (1):85-90.(in Chinese)

[10] 趙俊芳,余會康.華南地區(qū)龍眼寒害災(zāi)損風(fēng)險(xiǎn)評估[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2016,27(2):559-566.

Zhao J F,Yu H K.Assessment on the yield loss risk of longan caused by cold damage in South China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2016,27(2):559-566.(in Chinese)

[11] Zhang Z,Zhu Q,Hu M,et al.Low-temperature conditioning induces chilling tolerance in stored mango fruit[J].Food Chemistry,2017,219:76-84.

[12] Diaz-Corona D A,Lopez-Lopez M E,Ayon-Reyna L E,et al.Impact of hot water-calcium on the activity of cell wall degrading and antioxidant system enzymes in mango stored at chilling temperature[J].Journal of Food Biochemistry,2020,44(8):e13286.

[13] Vithana M D K,Singh Z,Johnson S K.Cold storage temperatures and durations affect the concentrations of lupeol, mangiferin, phenolic acids and other health- promoting compounds in the pulp and peel of ripe mango fruit[J].Postharvest Biology and Technology, 2018,139: 91-98.

[14] Edith Lopez-Lopez M,Angel Lopez-Valenzuela J,Delgado- Vargas F,et al.A treatment combining hot water with calcium lactate improves the chilling injury tolerance of mango fruit[J].Hortscience,2018,53(2):217-223.

[15] Sudheeran P K,Feygenberg O,Maurer D,et al.Improved cold tolerance of mango fruit with enhanced anthocyanin and flavonoid contents[J].Molecules,2018,23(7):1832.

[16] 陳惠,楊凱,李政,等.3種熱帶特色果樹寒凍害低溫等級指標(biāo)的確定[J].果樹學(xué)報(bào),2018,35(1):82-93.

Chen H,Yang K,Li Z,et al.Determination of cold and freezing injury grade indexes for three tropical characteristic fruit trees[J].Journal of Fruit Science,2018, 35(1):82-93.(in Chinese)

[17] 李政,蘇永秀,王瑩,等.芒果寒(凍)害等級劃分及低溫指標(biāo)確定[J].災(zāi)害學(xué),2017,32(3):18-22.

Li Z,Su Y X,Wang Y,et al.Determination of cold(freezing) injury classification and indicator of low temperature on mango[J].Journal of Catastrophology,2017,32(3):18-22.(in Chinese)

[18] 唐力生,王華,胡飛,等.低溫脅迫下芒果苗的受害癥狀及生理響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2016,35(10):2627-2636.

Tang L S,Wang H,Hu F,et al.Cold injury symptoms and physiological responses of mango seedlings under low temperature stress[J].Chinese Journal of Ecology,2016, 35(10):2627-2636.(in Chinese)

[19] 吳小波,韓樹全,黃海,等.基于GIS與RS的貴州省芒果種植氣候區(qū)劃[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,45(20):268-271.

Wu X B,Han S Q,Huang H,et al.Climate zoning of mango cultivation in Guizhou province based on GIS and RS[J]. Jiangsu Agricultural Sciences,2017,45(20):268-271.(in Chinese)

[20] 楊凱,陳彬彬,陳惠,等.基于寒害過程的福建芒果種植氣候風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2019,40(11):723-732.

Yang K,Chen B B,Chen H,et al.Climatic risk regionalization of mango planting in Fujian province based on cold injury process[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2019,40(11):723-732.(in Chinese)

[21] 劉錦鑾.廣東芒果生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃及合理布局[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),1996(5):21-23.

Liu J L.Agro-climatic zoning and rational layout of mango production in Guangdong[J].Guangdong Agricultural Sciences, 1996(5):21-23.(in Chinese)

[22] 張繼權(quán),李寧.主要?dú)庀鬄?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價與管理的數(shù)量化方法及其應(yīng)用[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2007: 123- 263.

Zhang J Q,Li N.Quantitative methods and applications of risk assessment and management on main meteorological disasters[M].Beijing:Beijing Normal University Publishing Group,2007:123-263.(in Chinese)

[23] 陳家金,黃川容,孫朝鋒,等.基于GIS的福建省烤煙氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2016,37(6):711-719.

Chen J J,Huang C R,Sun C F,et al.Comprehensive risk division of meteorological disasters for tobacco based on GIS in Fujian Province[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2016,37(6):711-719.( in Chinese)

[24] 史繼清,德吉,旺杰,等.基于干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的冬小麥保險(xiǎn)費(fèi)率厘定[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2014,35(6):663-668.

Shi J Q,Deji,Wangjie,et al.Insurance ratemaking for winter wheat based on comprehensive indicator of drought risk[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2014,35(6): 663-668.(in Chinese)

[25] 吳開亞,金菊良.區(qū)域生態(tài)安全評價的熵組合權(quán)重屬性識別模型[J].地理科學(xué),2008,28(6):754-758.

Wu K Y,Jin J L.Attribute recognition method of regional ecological security evaluation based on combined weight on principle of relative entropy[J].Scientia Geographica Sinica,2008,28(6):754-758.(in Chinese)

[26]胡小楓,王冬利,趙安周,等.基于深度學(xué)習(xí)算法的京津冀地區(qū)綜合干旱評估模型構(gòu)建[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2021,42(9): 775-787.

Hu X F,Wang D L,Zhao A Z,et al.A comprehensive drought evaluation model in Beijing-Tianjin-Hebei region based on deep learning algorithm[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2021,42(9):775-787.(in Chinese)

[27] 鄧彪,馬振峰,杜成勛,等.攀枝花芒果種植氣象致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評價[J].高原山地氣象研究,2018,38(1):91-95.

Deng B,Ma Z F,Du C X,et al.Risk assessment of the mango meteorological disaster factors in Panzhihua[J].Plateau and Mountain Meteorology Research,2018,38(1): 91-95.(in Chinese)

[28] 黃云,劉斌,杜邦,等.2013年攀枝花芒果凍害調(diào)查報(bào)告[J].中國熱帶農(nóng)業(yè),2014(2):51-54.

Huang Y,Liu B,Du B,et al.2013 survey report of mango freezing injury in Panzhihua[J].China Tropical Agriculture, 2014(2):51-54.(in Chinese)

[29] 李阜檣,陳永瓊,杜成勛.攀枝花氣候條件對芒果生長的影響[J].高原山地氣象研究,2010,30(4):68-71.

Li F Q,Chen Y Q,Du C X.Impact of the climatic condition to the growth of mango in Panzhihua[J].Plateau and Mountain Meteorology Research,2010,30(4):68-71.(in Chinese)

[30] 劉瑞娜,陳金華,陳曦,等.安徽茶樹春霜凍害的風(fēng)險(xiǎn)評估[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2021,42(10):870-879.

Liu R N,Chen J H,Chen X,et al.Risk assessment of spring frost damage to tea plant in Anhui Province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2021,42(10):870-879.(in Chinese)

[31] 福建省統(tǒng)計(jì)局.福建統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社,2019.

Fujian Bureau of Statistics.Fujian statistical yearbook[M]. Beijing:China Statistics Press,2019.(in Chinese)

[32] 廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局.廣西統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社,2015.

Statistics Bureau of Guangxi Zhuang Autonomous Region. Guangxi statistical yearbook[M].Beijing:China Statistics Press,2015.(in Chinese)

[33] 張宏,溫永寧,劉愛利.地理信息系統(tǒng)算法基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2006:159-161.

Zhang H,Wen Y N,Liu A L.Fundamentals of GIS algorithms[M].Beijing:Science Press,2006:159-161.(in Chinese)

GIS-based Risk Zoning and Assessment of Mongo Cold and Freezing Injury in South China

SUN Chao-feng1, LIN Wen2, HUANG Chuan-rong1, WU Li1, CHEN Jia-jin1, WANG Jia-yi1, LIN Hui-yang1

(1. Fujian Meteorological Service Center, Fuzhou 350001, China; 2. Meteorological Bureau of Putian City, Putian 351100)

Based on the observationdata of 115 weather stations of mango planting areas in South China (Guangdong, Guangxi and Fujian) from 1961 to 2016, combined with mango cold and freezing injury index, the weighted comprehensive evaluation method was used to determine the cold and freezing injury hazard index of each meteorological station in the planting area, and then established a multiple linear regression model between the cold and freezing injury hazard index and geographical factors. Finally, the regionalization of cold and freezing injury to mango in South China was made based on GIS technology. The results showed that there was a close relationship between the risk of cold and freezing injury and geographical factors in South China mango planting areas, and an overall trend was that the risk of mango cold and freezing injury gradually increased from coast to inland. In addition, with the increase of latitude and altitude, the risk of cold and freezing injury gradually increased from south to north. The slight risk areas were mainly distributed in the southern coastal areas and the low altitude areas of some inland cities of South China mango planting areas, accounting for 56.85% of the planting area, which was suitable for large-scale mango planting. The moderate risk areas were mainly distributed in the inland low and middle altitude areas of the mango planting area in South China, and the high latitude coastal areas in the north, accounting for 37.03% of the planting area. Furthermore, the severe and over severe hazard areas were mainly distributed in the inland high altitude areas of mango planting areas in South China,accounting for 6.12% of the planting area. Through the verification of historical disaster and annual production information of each county, the zoning result was consistent well with the actual situation. The results of this study could provide reference for the optimal layout and disaster prevention and mitigation of mango in South China mango planting area.

Mango; Cold and freezing injury; Risk zoning; South China; Geographical Information System

10.3969/j.issn.1000-6362.2022.07.005

孫朝鋒,林雯,黃川容,等.華南芒果種植區(qū)寒凍害危險(xiǎn)性區(qū)劃與評估[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2022,43(7):563-575

2021?09?29

公性行業(yè)益（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY201406027）；福建省氣象局開放式研究基金項(xiàng)目（2019KH05）

陳家金，教授級高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究，E-mail：cjj8284@163.com

孫朝鋒，E-mail：scfeng1989@163.com