2020, Vol. 36
青枣(Zizyphus mauritiana Lam.), 学名毛叶枣, 为鼠李科枣属植物, 与落叶果树中国枣同科同属不同种, 其营养丰富、早结丰产、适应性强、种植效益高, 被认为是极具开发价值的热带、亚热带经济果树之一[1], 在福建、广西、海南、云南等省区广泛引种。广东光、热、水等农业气候资源丰富, 一直是我国热带、亚热带经济林果的重要种植基地, 青枣作为短、丰、快的新兴果种[2], 自然也受到广东果农的青睐并尝试规模种植, 但在全球气候变化的大背景下, 广东气候资源也在发生变化, 导致作物适宜性有所改变[3]。因此, 研究青枣各生育期和全生育期的气候适宜性, 一方面可避免不适宜地区或适宜度较低地区的盲目引扩种植, 减少种植户损失; 另一方面可引导扩大适宜地区的种植面积, 推动青枣生产的精细化管理, 从而提升气象为农服务水平。
在作物的生长发育过程中, 温度、降水、日照等气候条件的影响最直接, 而气候适宜度是光、温、水等气象条件对作物生长发育适宜程度的综合反映[4], 是研究气候条件影响作物生产的有效方法[5-16], 但未见广东青枣气候适宜度的相关报道。因此, 本文将参考前人研究资料, 构建广东青枣气候适宜度模型, 定量评价广东气候条件对青枣生长发育的适宜程度, 以期为指导广东青枣生产趋利避害、持续发展提供科学依据。
2 资料和方法 2.1 资料来源选用广东86个国家地面气象观测站1961-2019年平均温度、降水和日照时数的日值数据(来源于广东省气候中心)进行分析。因广东尚未有青枣产量的官方数据, 而福建省统计局已有相关资料; 同时考虑到广东梅州、潮州等地青枣种植量大, 故选用2001-2014年与梅州大埔县接壤的福建漳州平和县的青枣单产数据(来源于《福建经济与社会统计年鉴农村篇》)进行模型验证。
2.2 青枣生育期的确定青枣在适宜的生长条件下, 整年均可生长, 但因枝干生长快、易老化, 每年都要进行更新[17]。根据广东近10年的引扩种经验, 青枣在2-3月进行主枝修剪或嫁接苗定植, 4月进入发芽期, 4-5月为抽梢期, 6月开始进入花期, 9-10月为主花期, 10-12月为果实生长期, 果实成熟期多集中在12月-次年2月[18-19]。
2.3 青枣气候适宜度模型的建立为定量分析青枣各生育期(发芽期、抽梢期、花期、果实生长期、果实成熟期)气候条件对生长发育的满足程度, 根据广东已有工作基础和前人的相关研究[6-7, 13], 引入青枣生长发育温度、降水、日照适宜度模型:
| $S(T)=\frac{\left[\left(T-T_{1}\right)\left(T_{2}-T\right)^{B}\right]}{\left[\left(T_{0}-T_{1}\right)\left(T_{2}-T_{0}\right)^{B}\right]}$ | (1) |
| $S(R)=\left\{\begin{array}{ll}\frac{R}{R_{0}} & R<R_{0} \\ \frac{R_{0}}{R} & R \geqslant R_{0}\end{array}\right.$ | (2) |
| $S(S)=\left\{\begin{array}{ll}\frac{S}{S_{0}} & S<S_{0} \\ 1 & S\geqslant S_{0}\end{array}\right.$ | (3) |
式(1)、(2)和(3)中, S(T)、S(R)、S(S)分别为青枣生育期间温度、降水和日照时数的适宜度; T、R、S分别为温度、降水和日照时数的实际观测值; T1、T2、T0分别是青枣在该时段内生长发育的下限温度、上限温度和最适温度(℃); R0表示青枣生理需水量(mm); S0表示适宜日照时数(h);
青枣生育期的不同, 起主导作用的气象因子也不同, 因此, 不同时期的适宜度指标应有所不同。温度是决定植物自然分布的主要因素之一, 它直接影响植物的生存与生长发育的一切生理活动。青枣喜温忌寒, 是典型的阳性热带果树, 对温度适应性较强, 在-4~40℃的温度范围内均能生存, 冬季极端最低温度低于-4℃, 持续2天以上, 致死率超过60%[18]。花期日均温度20~30℃最适宜, 日均温低于15℃, 则极少萌芽抽梢, 低于18℃时花延迟开放; 果实生长发育期适宜温度为20~25℃, 日均温8℃以下超过5 d幼果受冻[20]; 果实成熟期适宜温度为16~22℃, 能耐35℃高温[21], 但在4~6℃的低温下会出现果实僵硬、色转淡黄等冷害症状[22]。由此, 确定了青枣各生育期所需的下限温度T1、上限温度T2和最适温度T0(表 1)。
|
表 1 青枣各生育期温度、降水、日照适宜度模型参数 |
青枣生长和果实发育期对水分要求严格, 水分过多或过少对青枣正常生长、光合生理生态特性、果实品质和产量都有影响。薛沛沛[23]认为青枣不同生育期需水量的多少取决于其生育期的长短和需水强度, 在此引用其青枣树不同生育期生理需水量(R0)的研究成果, 取值见表 1。
青枣对光照的要求有两个方面, 一个是光照强度, 一个是光照时长。在光照充足的地方, 坐果率较高, 果实发育良好; 反之, 坐果率较低, 品质较差。取光补偿点作为光照强度的下限值, 取光饱和点作为光照强度上限值。根据前人研究[24], "脆蜜"枣的光补偿点和光饱和点分别为42.7 μmol/(m2·s)和1 500 μmol/(m2·s), 光照强度为800 μmol/(m2·s)时, 基本达到青枣净光合效率最大值。广东全年最低日照强度约为300 μmol/(m2 · s), 可满足青枣对光照强度的要求, 故仅考虑光照时长。黄璜等[7]研究认为, 当日照百分率达70%时作物生长发育处于适宜状态。本文取日照百分率为70%的日照时数作为青枣光照条件达到适宜状态的日照时数(S0), 并根据广东86个国家气象站1961-2019年日照观测资料分析计算出青枣各生育期的适宜日照时数(表 1)。
2.4 青枣综合气候适宜度模型的构建生态环境因子对青枣生长发育及产量和品质形成的影响十分复杂, 各因子对青枣生长发育的作用是相互的, 可能是相互协同, 也可能是相互拮抗。因此, 采用几何平均和综合乘积的方法构建青枣各生育期和全生育期气候适宜度模型, 以对青枣生长发育的光、温、水气候条件进行综合反映。
| $S_{i}=\sqrt[3]{S_{i}(T) \times S_{i}(R) \times S_{i}(S)}$ | (4) |
| $S=\sqrt[3]{S(T) \times S(R) \times S(S)}$ | (5) |
式(4)和(5)中, Si和S分别为青枣第i个生育期和全生育期的气候适宜度; Si(T)、Si(R)和Si(S)分别为青枣第i个生育期间温度、降水和日照适宜度; S(T)、S(R)和S(S)分别为青枣全生育期的温度、降水和日照适宜度。
如前文所述, 不同生育期光、温、水对青枣生长发育的主导作用不同, 其权重系数也不同, 采用加权平均法计算青枣全生育期的温度、降水和日照适宜度:
| $S(T)=\sum\limits_{i=m_{b}}^{m_{e}} \alpha_{t i} \times S_{i}(T)$ | (6) |
| $S(R)=\sum\limits_{i=m_{b}}^{m_{e}} \alpha_{r i} \times S_{i}(R)$ | (7) |
| $S(S)=\sum\limits_{i=m_{b}}^{m_{e}} \alpha_{s i} \times S_{i}(S)$ | (8) |
式(6)、(7)和(8)中, mb、me分别表示青枣的开始生育期(发芽期)和结束生育期(果实成熟期); αti、αri、αsi分别为第i个生育期温度、降水和日照适宜度的权重系数, 该系数采用因子分析法[10]来确定, 用各生育期光、温、水适宜度指数的公因子方差占总方差的比值来表征。
2.5 气候适宜度模型的验证广东农村统计年鉴等资料中未见青枣产量的数据, 福建省统计局公布精细到县级的青枣产量资料, 同时考虑到目前广东梅州、潮州等地青枣种植面积较大, 故从《福建经济与社会统计年鉴农村篇》中收集2001-2014年福建漳州平和县(与梅州大埔县接壤)青枣经济产量数据, 并与大埔县的气候适宜度评估值进行相关分析发现(图 1), 两者的折线图拐点和变化趋势基本一致, 表明本文建立的青枣气候适宜度模型及确定的模型参数能较好地反映青枣气候适宜性水平动态变化和青枣单产增减趋势, 可用作广东气候与青枣产量关系的分析。
|
图 1 青枣气候适宜度与青枣单产的相关性 |
根据青枣全生育期气候适宜度计算结果(图 2), 1961-2019年广东种植青枣全生育期的多年平均气候适宜度为0.59, 历年气候适宜度为0.49~0.66。参考李丽纯等[25]对青枣气候适宜度的适宜(≥0.63)、较适宜(0.53~0.63)和不适宜(< 0.53)3个等级划分, 说明广东的气候总体适宜青枣的种植, 仅1963、1991、2011和2018年的气候适宜度低于0.53。青枣全生育期的温度适宜度最高, 介于0.75~0.93, 并以0.000 9 a-1的年变化速率升高, 2000年以来有17年的温度适宜度高于1961-2019年平均值(0.85), 说明进入21世纪后温度适宜度升高趋势更加明显; 日照适宜度居中, 其评估值介于0.60~0.91, 并以0.001 a-1的速率显著降低, 1980以来有26年的日照适宜度低于1961-2019年平均值(0.77), 表明1980年代后的降低趋势更显著; 降水适宜度最低且年际波动变化大, 其评估值仅为0.16~0.44, 这与广东处于季风气候区天气系统复杂多变有关[26]。近10年来, 温度、日照和降水适宜度波动变化明显, 导致综合气候适宜度也多次变动且变化幅度较大。可见, 全球气候变暖影响下的广东气温变化对青枣生长发育产生的正效应正进一步增强, 但降水变率大且日照负效应持续时间更长, 可能会对青枣生产造成较大影响。
|
图 2 青枣全生育期气候适宜度年际变化 |
从青枣发芽期、抽梢期、花期、果实生长期和果实成熟期的光、温、水适宜度和综合气候适宜度年际变化图可知, 青枣发芽期适宜度年际波动很大(图 3a), 综合气候适宜度介于0.43~0.77, 其中, 温度适宜度最高, 介于0.57~0.97;日照适宜度在0.31~0.98之间, 次于温度适宜度; 降水适宜度最低, 介于0.06~0.63。抽梢期综合气候适宜度(图 3b)年际变化较大, 最大值为0.76(出现在1981年和2012年), 最小值为0.47(出现在1963年), 其中, 降水和日照适宜度的波动幅度相对较大, 分别为0.12~0.57和0.60~0.97;温度适宜度波动幅度相对较小, 其值为0.77~0.97。花期光、温、水适宜度(图 3c)保持平稳态势, 温度、降水和日照适宜度分别在0.89~0.97、0.31~0.48和0.69~0.93之间, 综合气候适宜度波动幅度也很小, 介于0.64~0.72。果实生长期和果实成熟期的综合气候适宜度(图 3d和图 3e)较接近, 分别为0.22~0.52和0.24~0.51;两者的温度适宜度变化幅度也很接近, 分别介于0.69~0.95和0.65~0.89, 但果实成熟期降水和日照适宜度的变化幅度较果实生长期大, 可能与广东秋冬连旱、强寒潮等冬季极端天气气候事件有关, 期间正值青枣结果采果的关键阶段, 要适时采取有效措施以减轻不利影响。
|
图 3 青枣发芽期(a)、抽梢期(b)、花期(c)、果实生长期(d)和果实成熟期(e)适宜度 |
从青枣气候适宜度1961-2019年平均值(以下简称平均值)来看, 花期和抽梢期气候适宜度较高(0.68和0.67), 发芽期次之(0.60), 果实生长期和果实成熟期最低(均为0.40)。从温度和日照适宜度平均值来看, 花期温度和日照适宜度均最高(温度和日照适宜度分别为0.93和0.85, 下同), 抽梢期次之(0.89和0.82), 果实生长期中等(0.85和0.80), 发芽期较低(0.82和0.74), 果实成熟期最低(0.80和0.61)。而降水适宜度平均值方面, 则是抽梢期最高(0.42), 花期和发芽期次之(0.39和0.38), 果实成熟期和果实生长期极低(0.14和0.10)。因此, 青枣各生育期光、温、水适宜度中, 温度适宜度都是最高的, 其次是日照适宜度, 降水适宜度为最低值, 与全生育期光、温、水适宜度结果一致, 说明广东地区的温度和日照条件对青枣种植较有利, 但降水条件对青枣种植不利影响的发生程度较高。广东多雨时段主要集中在4-9月, 10月-次年3月的降水量较少导致期间的青枣降水适宜度最低, 而青枣果实生长期和果实成熟期的综合气候适宜度也是最低的, 说明水分是影响青枣生长发育的关键限制因子。另外, 青枣各生育期中的降水适宜度年际变化幅度最大, 且与综合气候适宜度变化过程较一致, 也验证了降水条件的重要性。
3.2 青枣气候适宜度空间分布特征从青枣气候适宜度空间分布图来看(图 4), 韶关乐昌市、清远三连地区(连州市、连山壮族瑶族自治县和连南瑶族自治县)、汕头南澳县和湛江徐闻县南部的青枣气候适宜度在0.53~0.56之间, 韶关北部、清远北部、汕头东部、河源和平县、湛江徐闻县北部以及潮州饶平县南部沿海地区介于0.56~0.58, 其余大部分地区不低于0.58。也就是说, 广东大部地区的光、温、水综合气候条件适宜青枣种植, 但韶关、清远等北部山区容易遭受冬季低温寒害的影响[19], 湛江徐闻、汕头南澳等地的降水量处于全省最低水平可能导致青枣的水分供应受限, 这些地区气候适宜度相对较低。
|
图 4 青枣气候适宜度空间分布图 |
(1) 基于青枣生长发育对气候条件的要求, 分别分析了青枣各个生育期的三基点温度、作物需水量和临界点日照时数, 建立了光、温、水适宜度模型, 并采用因子分析法确定不同生育期光、温、水适宜度的权重系数, 从而构建了广东青枣综合气候适宜度模型。通过2001-2014年福建平和县青枣产量与梅州大埔县气候适宜度的相关检验发现, 此模型能够客观反映青枣气候适宜度及其产量的动态变化。值得说明的是, 作者也尝试对梅州丰顺县青枣种植散户的产量数据与气候适宜度评估值进行检验分析, 但由于种植管理技术不到位, 丰顺县青枣产量数据波动很大, 检验效果不如平和县, 表明青枣的生产管理措施对青枣产量高低也有较大影响。今后将在广东青枣主产区开展青枣种植的实验观测, 以对青枣气候适宜度模型进行验证, 并逐步开展与青枣相关的深入研究。总的来说, 本文确定的模型参数并基于此构建的气候适宜度模型在具有成熟种植规模的青枣气候适宜度评价方面有较好的应用价值, 可为广东地区青枣产业的规划布局和精细化生产管理提供科学参考。
(2) 广东青枣种植综合气候适宜度较高。在各个发育期中, 花期和抽梢期的气候适宜度最高, 发芽期次之, 果实生长期和果实成熟期受限于降水条件, 其气候适宜度最低。在单因子气候适宜度方面, 温度适宜度最高, 日照适宜度次之, 降水适宜度最低而且明显低于温度和日照适宜度, 这与广东降水季节分配不均且年际波动变化大不无关系。
(3) 从时间变化特征来看, 青枣温度适宜度有升高趋势, 广东热量条件对青枣种植有利; 光照适宜度自1980年代开始趋于降低, 对青枣开花结果不利, 建议通过人工补光或品种改良等方式保证青枣高产稳产; 降水适宜度年际变化大, 其变化趋势与青枣各生育期综合气候适宜度变化趋势有诸多相似之处, 与前人研究结果[10]类似, 表明降水量的变化对综合气候适宜度的变化影响很大, 水分条件是广东青枣种植的主要限制因子, 广东各个季节的降水情况复杂, 果农要及时根据降雨情况进行水分调控。另外, 近10年来广东青枣种植的气候适宜度波动变化明显, 与极端天气气候事件的频发不无关系, 例如广东在2010年10月-2011年4月末出现严重的秋冬春连旱导致青枣果实生长、结果的水分条件极差而引起落花、落果, 2016年1月强寒潮和冬季暴雨引发青枣果实严重受冻而产量骤减, 导致丰顺的青枣种植户出现引种以来最低产量。广东台风、暴雨、干旱等气象灾害重, 低温寒(冻)害对青枣的危害也很大[2, 19], 全球气候变暖背景下极端天气气候事件趋于频发[27], 未来要特别关注气候变化对青枣种植的影响。
(4) 从空间分布特征来看, 除粤北偏北地区因严寒、粤西的西南部因降水不足而导致青枣种植气候适宜度较低外, 广东其余大部地区气候条件适宜青枣种植。值得一提的是, 清远和韶关北部山区因地势高、气温较低且易受冬季极端低温影响导致气候适宜度相对较低, 而根据目前青枣种植地调查结果, 因青枣种植效益高, 北部经济相对落后的山区有意持续扩大青枣种植规模[19], 在种植过程中要注意应对冬季寒害风险。
| [1] |
黄雪莲. 一种有开发价值的热带珍稀果树--毛叶枣[J]. 云南热作科技, 2000, 23(2): 41-42. |
| [2] |
陈家金, 王加义, 黄川容, 等. 福建省引种台湾青枣的寒冻害风险分析与区划[J]. 中国生态农业学报, 2013, 21(12): 1537-1544. |
| [3] |
杜尧东, 宋丽莉, 毛慧琴, 等. 广东地区的气候变暖及其对农业的影响与对策[J]. 热带气象学报, 2004, 20(3): 302-310. DOI:10.3969/j.issn.1004-4965.2004.03.008 |
| [4] |
魏瑞江, 王鑫. 气候适宜度国内外研究进展及展望[J]. 地球科学进展, 2019, 34(6): 584-595. |
| [5] |
HOLZKÄMPER A, CALANCA P, FUHRER J. Identifying climatic limitations to grain maize yield potentials using a suitability evaluation approach[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2013, 168(1): 149-159. |
| [6] |
魏瑞江, 宋迎波, 王鑫. 基于气候适宜度的玉米产量动态预报方法[J]. 应用气象学报, 2009, 20(5): 622-627. DOI:10.3969/j.issn.1001-7313.2009.05.014 |
| [7] |
黄璜. 中国红黄壤地区作物生产的气候生态适宜性研究[J]. 自然资源学报, 1996, 11(4): 340-346. DOI:10.3321/j.issn:1000-3037.1996.04.007 |
| [8] |
ROWHANI P, LOBELL D B, LINDERMAN M, et al. Climate variability and crop production in Tanzania[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2011, 151(4): 449-460. DOI:10.1016/j.agrformet.2010.12.002 |
| [9] |
徐敏, 吴洪颜, 张佩, 等. 基于气候适宜度的江苏水稻气候年景预测方法[J]. 气象, 2018, 44(9): 1200-1207. |
| [10] |
千怀遂, 焦士兴, 赵峰. 河南省冬小麦气候适宜性变化研究[J]. 生态学杂志, 2005, 24(5): 503-507. DOI:10.3321/j.issn:1000-4890.2005.05.008 |
| [11] |
王胜, 田红, 党修伍, 等. 安徽淮北平原冬小麦气候适宜度分析及作物年景评估[J]. 气候变化研究进展, 2017, 13(3): 253-261. |
| [12] |
柳芳, 薛庆禹, 黎贞发. 天津棉花气候适宜度变化特征及其产量动态预报[J]. 中国农业气象, 2014, 35(1): 48-54. DOI:10.3969/j.issn.1000-6362.2014.01.007 |
| [13] |
杜尧东, 段海来, 唐力生. 全球气候变化下中国亚热带地区柑桔气候适宜性[J]. 生态学杂志, 2010, 29(5): 833-839. |
| [14] |
王莉, 殷益明, 沈林章, 等. 浙江优质葡萄二次果生产的气候适宜度研究[J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2016(5): 25-29. |
| [15] |
金志凤, 叶建刚, 杨再强, 等. 浙江省茶叶生长的气候适宜性[J]. 应用生态学报, 2014, 25(4): 967-973. |
| [16] |
何永坤, 张建平. 渝东地区烤烟气候适宜度及其变化特征研究[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2014, 36(9): 140-146. |
| [17] |
薛沛沛, 王克勤, 郭逢春, 等. 金沙江干热河谷土壤含水量对台湾青枣生长和产量的影响[J]. 生态学杂志, 2007, 26(2): 192-196. DOI:10.3321/j.issn:1000-4890.2007.02.009 |
| [18] |
唐力生, 胡飞, 王华. 低温对台湾青枣(Zizyphus mauritiana Lam.)苗期形态的影响[J]. 生态学杂志, 2016, 35(4): 864-870. |
| [19] |
王华, 唐力生, 张晨辉, 等. 我国东南部地区青枣种植的热量条件分析[J]. 热带气象学报, 2017, 33(4): 540-547. |
| [20] |
孙浩元, 续九如, 王玉柱, 等. 应用灰色聚类和灰色关联分析对台湾青枣引种适宜区的选择[J]. 中国农学通报, 2006, 22(4): 143-146. DOI:10.3969/j.issn.1000-6850.2006.04.037 |
| [21] |
林品贵. 台湾青枣矮密丰产栽培技术[J]. 福建果树, 2002(z1): 54-55. DOI:10.3969/j.issn.1004-6089.2002.z1.034 |
| [22] |
庄文彬, 兰允明. 台湾青枣果实套袋试验[J]. 中国南方果树, 2005, 34(1): 57. DOI:10.3969/j.issn.1007-1431.2005.01.038 |
| [23] |
薛沛沛.金沙江干热河谷节水灌溉及台湾青枣需水量研究[D].昆明: 西南林学院, 2007.
|
| [24] |
梁开明, 曹洪麟, 徐志防, 等. 台湾青枣及野生种的光合作用日变化及光响应特征[J]. 园艺学报, 2008, 35(6): 793-798. DOI:10.3321/j.issn:0513-353X.2008.06.003 |
| [25] |
李丽纯, 周广胜, 陈惠, 等.台湾青枣在福建主产区的气候适宜度[J/OL].应用生态学报: 1-10[2020-04-16].https://doi.org/10.13287/j.1001-9332.202004.017.
|
| [26] |
秦鹏.广东省近40多年来极端温度和降水的变化规律分析[D].南京: 南京信息工程大学, 2006.
|
| [27] |
翟盘茂, 刘静. 气候变暖背景下的极端天气气候事件与防灾减灾[J]. 中国工程科学, 2012, 14(9): 55-63, 84. |