气候变暖对桂林地区柑桔灾害的影响*

2018-04-12张印平郭昌东邹丽霞龚冬英王婷谢晓燕

灾害学 2018年2期

张印平，郭昌东，邹丽霞，龚冬英，王婷，谢晓燕

(桂林市气象局，广西桂林 541001)

桂林是我国柑桔的最大生产基地，目前全市柑桔种植面积占71.4%，柑桔已成为桂林的主要经济支柱产业。受全球气候变暖的影响，近年来桂林市气候的不稳定性增加，低温阴雨、洪涝、高温、干旱等农业气象灾害频繁发生，制约着桂林柑桔的生产。郭建平等[1-2]进行了气候变化对农业生产影响方面的研究，李淑华等[3-5]进行了气候变化对作物虫害、动植物物候、柑桔种植影响方面的研究，邬舒静[6]研究认为农业气象灾害对粮食生产具有明显的制约作用，干旱和洪涝灾害频繁的交替发生，是导致粮食生产受到严重破坏的两个最主要因素，田贵良等[7]进一步研究认为对粮食生产影响最大的气象灾害是台风，其次是风雹，但气候变化与桂林地区柑桔生长的关系如何，尚未见前人的研究成果。为了进一步了解桂林市近35年来柑桔生长季气候变化规律，本文利用桂林国家基准气候站35年来气温、降水资料，对其气候变化规律作了分析和研究，并利用桂林柑桔研究区21年来物候观测资料，选择21世纪以来对柑桔影响比较严重的异常天气事件进行分析，以期总结经验，研究其发生的特征，揭示气候变化对柑桔生长的不利影响，充分利用好当地的气候资源，对柑桔产业的可持续发展起到一定的积极作用。

1　资料和方法

1.1　资料

①1981-2015年地面气象观测资料，包括月平均气温、月降水量、逐日平均气温≥10℃活动积温(以下简称积温)、年极端最高气温：主要用于柑桔生长季气候条件变化特征和异常天气事件进行分析。

②1995-2015年柑桔物候观测资料：主要用于柑桔物候趋势变化特征和柑桔灾害个例分析。

1.2　方法

①采用线性气候倾向率：主要用于分析气象要素的长期变化趋势。②T检验法：对趋势系数进行显著性检验。③Mann-Kendall(以下简称M-K)：对要素突变进行检测。④所用季和年的数据经过5年滑动平均处理。⑤柑桔品种为宫川早熟温州蜜柑，为便于统计和分析，柑桔物候的日数从立春日开始计算，选取春芽开放、开花、果实膨大、可采成熟始期进行研究。⑥在柑桔研究区东南西北向，选4株果树挂牌分别在柑桔开花始期当日、开花盛期后一个月进行落果率、果径的观测，直到果实成熟为止。

2　气候变化特征

2.1　年平均气温和季节的变化

从线性变化趋势线可以看出(图1)，桂林近35年来气温变率为0.076℃/10年，相关系数Y=0.420(Y0.01=0.340)，呈显著增高的趋势。多年平均气温为19.1℃，最高气温为19.7℃(2007年)，最低气温为18.1℃(1984年)，相差1.6℃。依据5年滑动平均曲线，桂林年平均气温变化趋势大致可以分为3个时期。

(1)全年1981-1984年为降温阶段，由1981年的18.9℃下降到1984年的18.1℃，下降了0.8℃，期间的气温均低于多年平均值。

(2)全年1984-2007年为增温阶段，气温由35年来的最低温上升到了最高温，增幅为1.6℃，期间虽有波动，但总体呈上升的趋势，可见受全球气候变暖的影响，桂林在1980年代后期至21世纪初长期处于增温时期。

(3)全年2007-2015为降温阶段，由2007年的19.7℃下降到2015年的19.4℃，减少了0.3℃。期间气温虽呈下降趋势，但比多年平均值高0.1℃，仍处于暖期。

图2为年平均气温M-K突变趋势图，可以看出，UF曲线和UB曲线在临界线内存在多个交点，说明年平均气温突变现象比较明显，从UF曲线可见，1980-1990年代前期桂林气温基本是下降的趋势，此后，尤为2000年后气温开始急剧上升，超过0.01显著性水平，到2007年为35年来最暖的时期，同时在1997年出现了突变点，说明该区气温在1990年代后期气温出现了突发性上升，由偏冷期转为偏暖期。

图1　桂林地区年平均气温年际变化

图2　桂林地区年平均气温M-K检验曲线

从图3可以看出，春季平均气温线性倾向率为0.23℃/10年，相关系数Y=0.643(Y0.001=0.426)，增高趋势最显著。从5年滑动平均曲线看，春季气温在1997年后上升趋势明显加速，与年平均气温变化特征基本一致；冬、秋两季增温率为0.134、0.053℃/10年，呈增高的趋势；夏季增温率为-0.16℃/10年，下降趋势极显著(Y=0.449)。

总体上，从线性倾向率看，年平均气温以0.076℃/10年速度上升，春、冬两季为0.23、0.134℃/10年，秋、夏两季为0.053、-0.16℃/10年，春、冬两季上升速度大于年平均气温，说明35年来年平均气温变暖，春、冬两季贡献最大。

2.2　桂林暖冬分析

依据广西气象局的判断标准，如果冬季的平均气温高于历年平均值，就可以界定为“暖冬”。本文采用1987-2010年桂林冬季历年平均值(9.8℃)作为划分暖冬气候标准，则可得到1987、1991、1993、1997、1999、2001-2004、2007、2009-2010、2013、2015年为暖冬年，即35年中共出现14个暖冬。从表1可知，桂林35年来冷冬年呈现减少趋势，主要出现在1980-1990年代，暖冬年呈现增加趋势，主要集中在1990年代后期至2000年代的后15年。从各年代冬季平均气温分布情况看，1980年代是低温期，1980-1990年代增温达0.8℃是近35年增温最剧烈的年代。

图3　桂林地区四季平均气温年际变化

表1　桂林各年代冷暖冬出现次数及冬季平均气温的分布

2.3　桂林活动积温变化特征

考虑日平均气温在10℃以上柑桔进入主要生长期，图4给出了1981-2015年柑桔主要生长期(3-10月)≥10℃积温变化趋势，从5年滑动平均曲线可看出，自1980年代积温呈逐渐下降的趋势，1990年代初呈上升的趋势，进入1990年代后期，积温上升的速度明显加快，在2015年达到最高，创35年来积温的最大值，这与杜春英等[8]研究的结论基本是一致的。从线性变化趋势线看，≥10℃积温线性倾向率为39.859℃·d/10年，在近35年增加很明显(Y=0.447)，说明气候变暖，≥10℃积温及持续的日数增加，这种结果导致了柑桔生长季的延长。

图4　柑桔生长期(3-10月)≥10℃活动积温年际变化

2.4　35℃以上高温日数的变化

对1981-2015年逐年极端最高气温统计发现，桂林年极端最高气温均在35℃以上，一般出现在每年的7-8月份。年极端最高气温增温率为0.285℃/10年，增温趋势显著(相关系数Y=0.345)，最高气温为39.4℃，出现在2003年，最低气温为35.7℃，出现在1993年(图略)。

从表2可见，1980年代35℃以上的高温日数为181d，1990年代为183 d，2000年代为228 d，逐年际增加，尤为1990年代后期明显，表明气候变暖，炎热天气时段延长，是气温变化的又一个特征。

表2　35℃以上的高温日数及最高气温

2.5　年降水量和季节的变化

气候变暖，气温升高，桂林的降水量也发生了变化。从线性变化趋势线看(图5)，近35年降水量增速率为41.612mm/10年，增多趋势不显著(Y=0.257)。年降水量最多为3118.1mm(2015年)，最少为946.4mm(2011年)。由5年滑动平均曲线进一步发现，以1993年为界限，除1981年，1980-1993年降水量低于多年平均水平，为偏少区，1994年至21世纪初多数年份降水量高于多年平均水平，为偏多区，到2015年为35年来最多。夏季降水量以57.692mm/10年速度上升，增多趋势最显著(Y=0.450)；春季以43.218mm/10年速度上升，呈增多趋势；冬、秋两季以-13.73、-7.548 mm /10年速度下降，呈减少趋势，其中冬季最显著(Y =0.447)。

图5　桂林地区降水量年际变化

以上分析表明：柑桔生长期的气温上升趋势显著，降水量呈弱增多趋势。四季气温春季增高最显著，冬季呈增高趋势；四季降水量夏季增多最显著，春季呈增多趋势。

3　气候变暖对柑桔灾害的影响

3.1　暖冬对柑桔虫害越冬基数的影响

气候变暖，特别是冬季气温升高，将有利于柑桔虫害安全越冬，使来年春季虫源基数增大。2007年冬季平均气温为10.9℃，比历年平均偏高2.0℃，尤其是2月份的平均气温为15.1℃，比历年平均偏高5℃，为近35年来最暖的月份，也是典型的暖冬年。陈炳贵[9]认为柑桔的红蜘蛛5℃时即可取食产卵，8.2℃时卵即可孵化，10 d内虫口增长的倍数15℃时1.5倍，20℃时2.7倍，25℃时4.5倍，气温20～30℃最适宜其发育和繁殖。2007年1月30日开始气温稳定通过8.2℃日数多达31 d，暖冬为红蜘蛛的产卵、孵化提供了有利的条件，为春季早发积累了较高的虫卵基数。春季气温持续升高，3-5月份的平均气温在15.0～24.8℃之间，降水量为近35年最少，导致虫口增长的倍数大幅提高，柑桔红蜘蛛越冬虫口数量及初见时间均比2006年明显增加和提早(表3)。

图6　桂林地区柑桔芽开放、开花及可采成熟期年际变化

王洪祥等[10]研究认为，气候趋暖，1990年代以来，柑桔红蜘蛛危害季节提早，危害程度上升。2007年是桂林近35年来最暖的年份(见图1)，冬季是2000-2015年最暖的季节(见图3)，暖冬接暖春，这种暖冬气候为早春柑桔虫害的繁殖和扩散为害创造了良好的条件，柑桔研究区红蜘蛛在春季高发且提早，这与王洪祥等研究的结论是一致的。

表3　柑桔研究区红蜘蛛虫口发生情况统计表

3.2　气候变暖对柑桔物候期的影响

气候变暖，气温升高，尤其是春季气温的升高，加快了柑桔春季生长发育的速度，柑桔的春季物候(芽开放、开花期)提前；同时气温升高≥10℃积温增加，柑桔生长期内≥10℃积温的持续日数将会增加，柑桔的生长季就延长，导致秋季物候(可采成熟期)推迟。从图6可见，柑桔芽开放、开花期日数均呈下降的趋势，果实膨大期变化平缓，可采成熟期呈上升趋势，表明近21年来柑桔芽开放、开花期在波动中呈提前的趋势，可采成熟期在波动中呈延长的趋势。

3.3　气候变暖对柑桔产量的影响

从水分条件来看，近35年桂林降水量变化趋势并不是很显著，但季节变化以夏、春两季明显，降水在季节分布的不均匀性，导致春、夏两季低温阴雨、洪涝灾害频繁出现，增加了柑桔生长的不稳定性，将会使柑桔产量的波动较大。

气候变暖，并不意味着冬季没有剧烈的降温，相反，有的年份冬末比较温暖，入春后，常因较强的冷空气袭击导致气温骤降，明显低于历年同期的平均值，这种前暖后冷的倒春寒天气带来的低温阴雨，对花芽提前的柑桔遭遇冻害的可能性增大，更使柑桔难以适应短时间内气温的剧烈变化，从而更容易遭受危害。2007年7-8月35℃以上的高温天气持续12 d，9月10日至12月20日连续98 d的干旱，日照强烈，空气干燥，暖冬明显。随后受北方强冷空气南下影响，2008年1月12-15日，全市出现了一次明显的寒潮天气，24 h日平均气温下降9.2～13.9℃，48 h日平均气温下降12.6～17.3℃，15日柑桔研究区观测记录叶片冻伤出现水侵状，冻伤率10%；1月16-26日，受不断补充南下的冷空气影响，寒冷阴雨天气持续，27日柑桔研究区叶片冻伤出现水侵状，冻伤率30%；1月27至2月3日，受两次强冷空气补充南下的影响，雨凇和雨夹雪范围扩大，31日柑桔研究区叶片冻伤出现水侵状，冻伤率60%，幼芽生长受阻，花粉丧失活力，柑桔的芽开放、开花期比历年平均推迟10 d和16 d，2008年柑桔研究区的产量比2007减少了28%。

2008年1月31日至2月2日对灾害调查时发现：桂林北部高寒山区资源镇的脐橙，2～3年生的断枝树高达30%，受灾面积0.27万hm2；中部桂林的早熟温州蜜柑，60%以上的叶片边缘有冻伤，受灾面积1.3万hm2；南部临桂的夏橙，95%以上晚秋梢焦枯、落叶，果实破裂、落果率达到30%以上，受灾面积0.16万hm2[11]。

对柑桔产量影响最大的另一个原因则是洪涝灾害。洪涝主要来自暴雨，一般以5、6月较为频繁[12]，而此时正是柑桔果实膨大、夏梢抽发、生理落果期，若前期经过长时间的连续高温干旱，雨水突然增多致使果树根部吸收养分能力下降，幼果与夏梢在争夺养分中处于劣势，果树保果能力也随之降低，因此出现了落果现象。2015年柑桔研究区4月份有23 d无降水，中上旬正是柑桔开花期，长期高温干旱，特别是花器受连续5 d 30℃以上的高温、低湿的影响；而5月暴雨天气依次为：4日降水51.0 mm，11日降水112.4 mm，15日降水213.0 mm，20日降水227.1mm；全月总降水量为903.6 mm，月最大日降水量为227.1 mm，均创历年同期最多。测得5月10日、20日、30日落果率依次为69.6、86.3、93.8%。此次高温干旱后的大暴雨是造成落果、裂果的直接原因，使整个产量损失38.6%。

3.4　气候变暖对对柑桔果实品质的影响

气候变暖，35℃以上高温天气增多，尤其是2000年代以来，高温发生的机率明显升高。

根据气象资料统计，1981-2015年的35年中，桂林发生较明显的夏季高温干旱年份有12年，出现频率为28%，其中以2003年夏季高温干旱为历年之最。夏季正是柑桔果实快速增长期，气候条件直接影响其产量和品质。2003年6月底至8月初，桂林出现持续高温少雨天气，7月14日至8月12日35℃以上的高温持续时间长达30 d，日极端最高气温达39.4℃，最高气温破历史极值，而此时段降雨量仅为31.7 mm，高温和干旱引起柑桔树体光合作用受阻，营养失调，座果率明显下降，果径增长缓慢，由于水分亏缺明显，加上高温蒸发量又大，甚至出现缩果、日灼果现象。由表4可见，柑桔研究区观测记录7月10日至8月10日果实横、纵经缩小0.3、0.4 cm，落果率增多20.6%，单果重减小11.3 g，当年柑桔果实成熟后，测得三级果所占的比例为43.6%。表明气温超过35℃将会抑制果实膨大，并持续影响整个果实膨大的发展进程，导致品质低劣，当年减产48.5%。

表4　柑桔研究区7月10日-8月10日果实纵径、横径、落果率及单果重

4　结语

(1)近35年以来，桂林柑桔生长期的气温上升趋势显著，4季气温春季增高最显著，冬、秋2季呈增多趋势，夏季下降的趋势最显著。气温在1997年出现了突发性上升，直接导致暖冬、35℃以上高温日数、≥10℃活动积温在1990年代后期增多趋势显著。而生长期的降水量呈弱增多趋势，4季降水量夏季增多最显著，春季呈增多趋势，冬、秋2季呈减少趋势，其中冬季减少的趋势最显著。

(2)气候变暖有利于柑桔虫害安全越冬，危害期延长；有利于柑桔春季物候提早，加大了花芽遭遇冻害的可能性；有利于低温阴雨、洪涝、高温、干旱等气象灾害的频率升高，强度加大，对柑桔的产量和品质造成危害，果农损失严重，将不利于桂林柑桔产业的可持续发展。

(3)气候变暖柑桔潜伏灾害的可能性增大，由于品种不同，柑桔遭受危害的程度不同，本文研究的柑桔品种为宫川早熟温州蜜柑，对其它柑桔品种的影响程度可否适用，有待进一步研究。

参考文献：

[1]郭建平.气候变化对中国农业生产的影响研究进展[J].应用气象学报,2015,26(1):1-11.

[2]赵春雨,王颖,张玉书,等.近50年辽宁省作物生长季气候条件变化及对农业生产的影响[J].灾害学, 2009,24 (4) :102-106.

[3]李淑华.气候变化对水稻虫害的影响[J].灾害学,1995 (2) :43-47.

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[5]尹先龙,朱寿燕.气候变暖对涌泉镇柑桔种植的影响及应对措施[J].中国南方果树,2013,42(4):65-67.

[6]邬舒静.农业气象灾害对粮食产量的影响分析—基于安徽省16个地级市的面板数据[J].灾害学,2016, 31(4):65-69.

[7]田贵良,林志宇.气象灾害对粮食生产的影响研究—以福建省为例[J].灾害学,2016,31(1):148-152.

[8]杜春英,姜丽霞,朱海霞,等.基于积温距平的玉米冷害动态评估及其与玉米产量的关系[J].灾害学,2016 (4):42-48.

[9]陈炳贵.气候因素对柑桔红蜘蛛大发生的影响[J].福建果树,2007,(4):15-16.