栀子花期低温冷害风险区划研究*——以湖北蕲春为例

刘志雄，王旺来

(1.武汉区域气候中心，湖北武汉 430070； 2蕲春县气象局,湖北黄冈 436300)

0 引言

栀子为我国传统常用中药材，具有泻火除烦，清热利尿，凉血解毒的功效[1]，是生产“安宫牛黄丸”“安宫牛黄散”“龙胆泻肝丸”“牛黄上清丸”等中成药的重要原料[2]，也是天然色素的良好原料[3]，被广泛用于食品、饮料、医药、化妆品等[4]。近年来，国内外市场对栀子的需求量迅速增加[2-3]。

蕲春县位于湖北省东陲，大别山南麓，属低山丘陵县，地跨东经115°12′～115°55′，北纬29°59′～30°41′之间，属亚热带大陆季风气候，四季分明，雨量充沛，气候温和，历年平均无霜期249.1d，降水量1 341.7mm，日照时数2 025.8h，气温16.8℃。蕲春是医圣李时珍故里，素有“华夏中药谷、东方养生城”的美誉[5]。栀子作为蕲春县的优质中药材之一，目前已经形成了蕲州、赤东、管窑、漕河、彭思、横车、刘河、株林等8镇相连的种植板块，种植面积累计达2 000hm2，产量9 000t、产值8 000多万元，对提高蕲春县农业综合生产能力、促进农业结构战略性调整、增强农业发展后劲、建立农民增收的长效机制具有重要的意义[6]。然而，栀子要求温暖湿润的气候环境。蕲春栀子一般3～4月发新叶抽枝， 5月始陆续开花，花期主要为5月上中旬，花谢期有落花落果，果实至8月已经完全膨大， 10～11月成熟。5月进入开花期后对低温特别敏感，低温冷害为栀子生产中的主要气象灾害之一。因此，开展蕲春县栀子花期低温冻害风险分析，对栀子种植有重要的参考价值。

农业气象灾害风险评估作为指导农业防灾减灾的重要依据，越来越多地引起国内学者关注[7-14]，但未见栀子低温冷害指标和风险区划方面的研究。该文利用蕲春栀子历年产量资料确定不同等级冷害指标并开展风险区划，对开展栀子低温冷害预警等气象服务及蕲春栀子种植板块建设具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 资料来源

1959～2011年5月1～20日蕲春气象站逐日平均气温、最低气温，来自湖北省信息与技术保障中心档案馆； 数字高程数据为湖北省1： 25万DEM数据； 1999年以来栀子产量资料来自蕲春县农业局。

1.2 气象数据处理

蕲春县为丘陵山区县，地处大别山南麓，境内海拔高度12～1 244.1m，全县只有一个常规气象观测站，海拔35.1m，其观测资料难以代表全县气候。根据“亚热带东部丘陵山区农业气候资源及其合理利用研究”课题组的观测和研究[15]，大别山南麓5月的最低气温和平均气温随高度呈线性递减规律，递减率分别为0.005 51 ℃/m和0.004 13℃/m。蕲春县每个网格点1959～2011年5月1～20日逐日最低温度和平均气温可用下式计算。

Ti，j=T0-(Hi，j-H0)×γ

(1)

式(1)中，Ti，j为处于 i行 j列的网格点某一天的最低温度或平均气温；Hi，j为该网格点的海拔高度；T0为蕲春站某一天的最低气温或平均气温；H0为蕲春站的海拔高度；γ为每年5月最低气温和平均气温的垂直递减率。网格分辨率与1： 25万的数字地形模型分辨率相同。

1.3 产量数据处理

根据栀子低温冷害指标标准，筛选出低温冷害年，选择其中冷害最轻的年份，以略高于受灾最轻年份的产量为参考产量Y0，计算低温损失率。

(2)

式(2)中，Y为实际产量，Y0取为7 650kg/hm2。

1.4 风险区划方法

首先定义栀子低温冷害风险指数K，风险指数K由低温冷害发生频率及可能造成的损失构建，表达式如下：

(3)

式(3)中，n=1， 2， 3， 4为冷害级数，Pi为第i级冷害发生概率，Qi为第i级冷害对应的平均减产率，分别取5%、10%、30%、50%;风险指数K实为栀子冷害的期望损失。根据推算的蕲春县各网格点平均气温或最低气温，结合栀子花期低温冷害指标，统计不同等级低温冷害概率，计算各网格点K值，以15%、20%、30%为阈值，将K<15%划为轻度风险区，表示期望损失15%以下； K介于15%～20%，为中度风险区，表示期望损失15%～20%； K介于20%～30%为重度风险区，表示期望损失20%～30%； K>30%为严重风险区，表示期望损失30%以上。

2 结果分析

2.1 典型低温冷害年的确定

根据生产调查，栀子花蕾形成期如遇连续3d平均日平均气温<20℃或最低气温小于10℃低温，结实率将受到一定影响。1999～2010年蕲春县栀子花期出现连续3d平均日平均气温<20℃或最低气温小于10℃低温冷害的年份为2002年、2003年、2004年、2006年、2010年。以上典型低温冷害年栀子产量、产量损失率、低温持续日数、低温期间日平均气温<20℃累积危害积温、极端最低气温、最大降温幅度等如表1。由表1分析可知， 2002年低温持续日数最长、日平均气温<20℃累积危害积温最多，产量损失最严重； 2010年低温期间日平均气温<20℃累积危害积温最少，极端最低气温最高，产量损失最轻。产量损失率与低温期间日平均气温<20℃累积危害积温呈线性关系，低温期间日平均气温<20℃累积危害积温越多，产量损失率越大。通过回归分析，可得灾年栀子产量损失率(Y)与低温期间日平均气温<20℃累积危害积温(T<20)呈显著线性关系，回归关系式为Y=1.546 6 ×(T<20)-5.877 8，R2=0.917 4。

表1 2002～2010年受害年份产量及相关气象要素统计值

年份产量(kg/hm2)损失率(%)持续日数<20℃累积危害积温(℃)极端最低气温(℃)最大降温幅度(℃)2002574524.9518.912.04.0200373803.546.014.02.82004675011.8311.19.54.9200674252.938.812.86.0201075900.832.616.73.3

表2 栀子冷害等级及标准划分

灾害等级轻中重特重损失率(%)<55～1010～30>30累积危害积温(℃)<7.07～1010～25>25

2.2 栀子花期冷害指标确定

根据栀子产量损失率与低温期间日平均气温<20℃累积危害积温(T<20)线性关系，以5%、10%、30%产量损失率为界限，确定栀子各级低温冷害指标如表2。由表2可见，当日平均气温<20℃累积危害积温(T<20)<7.0 ℃ 时为轻度低温冷害； 当7℃≤(T<20)<10℃时，为中度低温冷害； 当10℃≤(T<20)<25℃时，为重度低温冷害； 当(T<20)≥25℃时，为特重低温冷害。

2.3 栀子花期冷害风险区划

栀子花期轻、中、重度低温冷害频率如图1～3。根据1.4风险区划方法，对蕲春县栀子花期低温冷害风险区划结果如图4。对图1～4分析可知，蕲春县栀子花期冷害低风险区、中度风险区、重度风险区和严重风险区不同等级概率及风险区分布规律如下。

(1)低风险区：主要包括彭思、管窑、蕲州、横车、赤东、漕河、浏河海拔高度在110m以下的地区，此区轻度低温冷害出现概率为20%～25%，中度冷害概率为10%～15%，重度冷害概率10%～20%，基本无严重低温冷害，适宜于栀子种植。

(2)中度风险区：主要分布在株林、狮子、张榜、向桥、青石、大同、檀林等乡镇海拔高度110～200m地区，轻度低温冷害出现概率为25%～30%，中度低温冷害概率为5%～10%，重度冷害概率10%～20%，严重低温冷害出现概率<5%，此区坡度在10°以下，有利栀子种植。

(3)重度风险区：主要为狮子、向桥、檀林、大同、张榜等海拔高度在200～300m的丘陵山区，轻度低温冷害出现概率为15%～20%，中度低温冷害5%～10%，重度冷害概率10%～20%。此区易遭受低温冷害，导致结实率降低，种植栀子产量低。

(4)严重风险区：主要为狮子、大同、檀林、张榜、向桥、青石等乡镇海拔高度在400m以上的山区，轻度、中度低温冷害出现概率为<10%，重度低温冷害频率10%～20%，严重低温冷害频率40%～60%。出现重度低温冷害概率大，重度低温冷害易导致结实率低下，栀子只开花、不结果，不适宜栀子种植。

图1 蕲春栀子轻度低温冷害频率 图2 蕲春栀子中度低温冷害频率

图3 蕲春栀子重度低温冷害频率 图4 蕲春栀子低温冷害风险区划图

3 讨论

栀子栽培需要选择适宜的生长环境，在适宜园地选址时一般考虑海拔、相对高度、坡度、年平均气温、年降雨量、年日照时数、全年无霜期等指标[1， 2， 6， 16]。虽然不同研究采用的指标有所差异，但均未考虑特殊的灾害性天气影响。根据已有研究成果[2]，湖北蕲春为适宜区。然而，在实际生产中仍面临花期低温冷害的威胁。花期冷害为生理性灾害，一旦致灾必定减产。因此，开展花期低温冷害风险分析及区划，从灾害的角度提出生产建议，是对适宜性区划[6]的有益补充。另外，低温冷害主要致灾因子为日平均气温、日最低气温，虽然山区日平均气温、日最低气温主要受海拔高度的影响[15]，但坡向、水体等小地形因子仍有一定影响，因此进一步考虑小气候的影响进行风险区划可提高结果准确性。

4 结论

(1)该文利用“亚热带东部丘陵山区农业气候资源及其合理利用研究”课题组研究结论和蕲春数字高程数据，推算了1959～2011年蕲春1： 25万网格点逐日平均气温和最低气温，结合利用产量资料和气象要素统计资料确定的栀子花期低温冷害等级标准，计算了蕲春栀子花期不同等级低温冷害频率，建立风险评估模型，将蕲春划分为低风险区、中风险区、重度风险区和严重风险区，能为开展栀子低温冷害预警服务及蕲春县趋利避害地进行栀子生产布局提供科学依据。

(2)利用不同冷害出现概率及损失乘积之和构建的风险指数，表示期望损失，具有明确的物理意义，风险指数越高表明低温冷害风险越大，不利于栀子稳产高产，在选择栀子种植园地时需避免在低温冷害风险大的区域。

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