金丝小枣生长期主要气象灾害变化特征及影响权重检验分析

王 琼，姚树然，朱 锐，刘 玲，熊险平，白月明

(1．河北省沧州市气象局，河北 沧州 061001； 2．河北省气象科学研究所，河北 石家庄 050021；3．河北省气象与生态环境重点实验室，河北 石家庄 050021; 4．中国气象科学研究院，北京 100081)

河北沧州是著名的“小枣之乡”，小枣以其皮薄核小、肉厚而韧、含糖量高、掰开后可拉出金黄色糖丝的独特品质享誉国内外市场。目前，沧州金丝小枣种植面积已达16万多hm2，小枣总产量达83万t，居全国首位，畅销20多个国家和地区，其中沧州崔尔庄拥有全国最大的金丝小枣专业批发市场。但金丝小枣丰产、稳产受天气因素影响较大，尤其受冬季低温、春季高温干燥、夏季高温高湿和秋季连续阴雨寡照的影响较大，常出现“丰产不丰收”现象，如2007年秋季连续10 d以上的阴雨天气使丰产的小枣出现严重浆烂、裂果灾害，经济损失率达到80%以上。因此，金丝小枣生长期气象灾害是制约小枣稳产、高产的主要因素。

目前，气象灾害对于农业、经济林果影响方面研究成果较多，吕晓敏等[1]综述了双季稻主要气象灾害(冷害、热害、洪涝、干旱)的变化趋势与规律，以及主要气象灾害的影响、监测预警及其减灾保护技术，并提出双季稻气象灾害在未来研究中需要重点关注灾变过程及其动态监测等方面的科学问题。柏秦凤等[2]对中国果树气象灾害指标进行分类总结和系统阐述，从气象灾害指标构成等多方面讨论了果树气象灾害指标研究存在单因素指标居多，多要素、综合指标较少等多种问题；孔坚文等[3]对陕西省几类主要农业气象灾害实现了定性分析和定量计算相结合，估算出灾害对作物产量的影响程度；于小兵等[4]指出干旱灾害无论从受灾范围还是灾害强度上对山东省农作物的产量影响都是较大的，而低温灾害和台风灾害对山东省农作物的产量影响较小。金丝小枣也是受气候影响较大的经济林果，目前气象灾害对于金丝小枣生长期影响的研究较少，国外对金丝小枣的研究主要集中在金丝小枣的营养成份分析[5-6]，国内诸多学者对金丝小枣的研究主要集中在气候变化对金丝小枣生长的影响[7-8]、金丝小枣抗裂品种选育和栽培[9-11]、浆烂裂果灾害风险评估和防御[12-13]、金丝小枣病虫害的发生与防治方面较多[14-15]，相关研究成果部分已应用于实际生产中，取得了一定的经济和社会效益[16]。但对于金丝小枣春季高温低湿、夏季高温高湿、秋季连阴雨等主要气象灾害发生特点及对金丝小枣生长期影响程度大小方面尚未有研究报道。

本文基于长期气象监测资料和金丝小枣产量数据，从金丝小枣萌芽展叶期高温、开花坐果期高温低湿、果实生长期高温日灼、果实白熟期和成熟收晒期阴雨寡照等主要气象灾害入手进行分析，采用集合论和层次分析方法探讨历史主要气象灾害变化特征及影响权重并进行检验分析，为金丝小枣产业应对气象灾害制定适应性措施提供科学参考。

1 资料与方法

1.1 资料数据

气象资料为沧州站1961—2018年逐日降水量、气温、日照时数和空气相对湿度等数据；金丝小枣发育期资料和1998—2017年产量资料来自沧州市林业局；金丝小枣灾情来自沧州崔尔庄枣园和沧州林业局。

1.2 研究方法

1.2.1 金丝小枣生长期主要气象灾害判定 气象灾害指标是评判灾害的标准，也是开展影响评估的基本工具。因研究目的不同，每一种灾害指标都有其自身的优、缺点和适用领域[17]。本文基于逐日降水、空气相对湿度、气温和日照等气象资料并结合历年枣园灾害特点记录等判别指标，最后确定沧州金丝小枣萌芽展叶期高温(A)、开花坐果期高温低湿(B)、果实膨大期高温日灼(C)、果实白熟期连阴雨(D)、成熟收获期连阴雨(E)共5种主要气象灾害(表1)。

表1 沧州金丝小枣不同生长期主要气象灾害及其判别指标

1.2.2 频率统计方法 气象灾害以年为时间尺度，灾害A～E及其组合出现的频率用公式(1)计算：

(1)

式中，p为主要气象灾害发生的频率；n为主要气象灾害出现年数；m为总年数。

1.2.3 采用层次分析法求各种气象灾害影响权重 沧州金丝小枣受多种气象灾害影响，给小枣产业带来潜在危险，影响丰产丰收。由于各种气象灾害常常并发或交替发生，小枣不同发育时段、不同气象灾害对小枣产量影响程度也各不相同，如何较准确地评判各种气象灾害对金丝小枣产量的影响程度，即确定它们的影响权重尤为重要。

层次分析法(analytic hierarchy process ,AHP)是一种将半定性、半定量的决策问题转化为定量问题的多准则决策方法[18-19]。首先它将复杂问题划分成内部具有相关联系的、不同层次问题的集合，层次间具有隶属关系，层内同属一个级别，再请专家对每一层次各因素进行客观判断，相应给出各因素相对重要性的标度，进而建立数学模型，计算出每一层次不同指标相对重要性的权重[20]。

2 结果与分析

根据沧州气候特点和枣树的生物学特性，沧州金丝小枣一年期分为发芽期、抽枝展叶期、开花期、坐果期、果实膨大期、果实白熟期、成熟收获期、休眠期等8个物候期，一般从3月下旬开始发芽，10月下旬开始落叶，年生长周期为240 d左右，主要经历春季、夏季和秋季。

2.1 金丝小枣生长期主要气象灾害变化特征

2.1.1 主要气象灾害年际变化 1961—2018年沧州金丝小枣生长期气象灾害发生频繁，灾害A、B、C每年均有发生，年出现频率为100%；灾害D和灾害E不是每年都发生，58 a间灾害D有22 a出现过，年平均发生频率为37.9%；灾害E有15 a出现过，年平均发生频率为25.9%。从各气象灾害年变化趋势看到，灾害A、B、C在发育期内频率呈现增加趋势，而灾害D和E呈减少趋势(图略)。

2.1.2 主要气象灾害年代际变化 表2统计了1961—2018年不同年代主要气象灾害发生频率，20世纪60年代和21世纪以来灾害A和B发生频率偏高，其中2011—2018年出现频率最高；2011—2018年灾害C最高；20世纪60年代、70年代和21世纪最初10年灾害D和E偏高，而2011—2018年灾害D出现频率最低为2.8%，20世纪80年代没有出现过灾害E。

表2 1961—2018年不同年代金丝小枣生长期主要气象灾害发生频率/%

2.1.3 复合灾害变化特征 1961—2018年没有单一灾害出现的年份，每年至少发生3种及以上灾害。由表3可知，灾害A、B和C 3种灾害每年都发生，只是对金丝小枣影响程度有差别；4种主要灾害同一年均发生频率为41.4%，其中A、B、C和D同时发生的年份最多，频率高达25.9%，另一种情况是A、B、C和E发生频率也达到15.5%；5种主要灾害同一年出现频率为10.3%，虽然出现频率较低，一旦出现，受灾特别严重，甚至绝收，防范小枣5种主要气象灾害同一年均出现仍不能轻视。可见，每年金丝小枣遭受的气象灾种多，复合灾种更是加重了金丝小枣受灾程度，成为金丝小枣稳产高产高品质的制约因素。

表3 1961—2018年各复合灾害年发生频率

2.2 主要气象灾害对金丝小枣产量影响权重的计算分析

首先，请若干名专家对影响金丝小枣产量的主要气象灾害进行诊断，把对主要气象灾害综合分析作为目标层(G)，把金丝小枣各生育期作为准则层(P)，再把各生育期内不同灾害作为指标层(H),即将金丝小枣生长期主要气象灾害体系层次结构分为三层，如图1所示。

其次，构造判断矩阵及一致性检验。在向有关专家问卷咨询后，根据专家打分的结果，相对于总目标“主要气象灾害权重”的各判断准则相对比较，建立金丝小枣生长期气象灾害影响的判断矩阵G-P(表4)，相对于目标层气象灾害影响G进行比较打分。相对重要性程度一般采用1-9比率标度法，若等同重要为1，其次为2-8，强烈重要为9，经过比较填入数值，并排列成对角线积是1的判断矩阵。构造出比较判断矩阵后，通过求判断矩阵的最大特征根λmax及其对应的特征向量WG，计算各因子的权重，并进行一致性检验CR。

通过计算可得，λmax为5.3388，对应的特征向量WG见表4，CR为0.0670<0.1，通过了一次性检验。

表4 G-P判断矩阵

最后，计算各层总排序，即确定影响权重WGH。由于准则层P和指标层H是一一对应关系，归一化后的权重向量WGH即为权重单排序向量WG。由此可得，沧州市金丝小枣生长期主要气象灾害对小枣产量影响权重分析结果为：成熟收获期连阴雨E(0.5848)>开花坐果期高温低湿B(0.1920)>果期膨大期高温日灼C(0.1081)>果实白熟期连阴雨D(0.0850)>萌芽展叶期高温A(0.0301)(表5)。

表5 金丝小枣生长期主要气象灾害影响权重

2.3 主要气象灾害对产量影响权重的检验分析

2.3.1 1998—2017年沧州金丝小枣单产变化 从图2可知，1998—2017年沧州金丝小枣单产在波动中呈跳跃性增加趋势，20年间产量出现下降的年份主要是2003年、2005年、2007年、2013年和2017年。2008年单产出现一个跃增，且前10年(1998—2007年)单产平均在2.4475 t·hm-2左右，后10年(2008-2017)较前10年单产平均上升约2.5倍，平均达到6.2961 t·hm-2。究其原因，主要与近10年来金丝小枣品种更替、无公害科学化管理有关。金丝小枣整个生长期都要受到不同气象灾害影响，并且相同气象灾害对小枣不同生长期影响也不同。

2.3.2 主要气象灾害影响权重检验分析 表6为产量出现下降的5年主要气象灾害事件发生情况，2003年没有出现灾害D，另4种灾害均有不同程度发生，其中灾害B达到24 d，气温高于35℃高温天气出现在6月18—21日，高温期间空气相对湿度40%左右，此时枣树已处于坐果期，虽然气象条件略差些，对小枣正常生长产生一定影响，但未构成小枣减产。减产的主要因素为果实成熟收获期连续阴雨寡照，连阴雨出现在10月9—12日，11日降水量144.9 mm，此期正是小枣收获晾晒期，由于持续无日照、降水强度大，造成小枣大量裂果和浆烂，产量和品质严重下降，减产55%以上。2005年没有出现灾害E，另4种主要气象灾害均有出现，连阴雨出现在9月19—21日，持续时间短，降水量少，对处于成熟期的小枣产量影响不大，6月中旬至下旬出现>35℃高温12 d，最长持续7 d，6月23日最高气温40.3℃，出现严重落花和“焦花”，坐果率下降。7—8月果实生长期高温日数12 d，“日灼”造成裂果也是减产原因之一。2007年是减产最严重的一年，经济损失80%以上，高温低湿和连阴雨影响较重，2007年9月26日至10月7日断断续续出现降雨天气，其中10月4—7日连续4 d阴雨寡照，没采摘和采摘的小枣均大量浆裂烂果，损失惨重。2013年单产下降与果实膨大期高温有很大关系，高温日数达11 d，高温后出现明显降水，日灼后裂果造成产量下降。2017年小枣开花坐果期高温低湿(B)持续日数达25 d，是近10年出现最多的年份，成熟到收获期的连阴雨出现在10月7—10日，虽降水量较大，但没有出现类似2003年和2007年的大幅减产。

表6 金丝小枣产量下降的5 a主要气象灾害发生情况

由以上分析可知，成熟收获期连阴雨(E)对小枣影响相对最大(2003年和2007年)，其次是开花坐果期高温低湿(B,2005年和2017年)、果实膨大期高温日灼(C,2013年)，检验分析结果与各主要气象灾害的影响权重大小基本一致。

3 讨论与结论

3.1 讨 论

河北沧州是金丝小枣的主产区，目前仍是在露天生长结果，受天气气候影响较大，特别是受高温、连阴雨等气象灾害影响较重，其中开花坐果期高温低湿(B)在枣树开花盛期和坐果初期对产量影响较大，果实膨大期高温日灼(C)持续时间长，在糖分积累阶段高温后遇大雨裂果更加严重，成熟收获期连阴雨(E)在小枣采摘和晾晒阶段影响大，雨量大导致大量小枣浆裂烂果，出现“丰产不丰收”的现象，可见，同一气象灾害在金丝小枣不同生长期影响大小不同。本文通过层次分析法对金丝小枣生长期各主要气象灾害影响权重进行计算并检验得出，成熟收获期连阴雨(E)影响最大，其次是开花坐果期高温低湿(B)，果期膨大期高温日灼(C)和果实白熟期连阴雨(D)影响中等，萌芽展叶期高温(A)影响最小，各主要灾害权重系数均通过一次性检验，并对金丝小枣产量下降的5年进行检验性分析，结果与各主要灾害影响权重大小基本一致，这与刘金玉[21]等和高延青[22]研究的影响金丝小枣产值最严重的灾害是成熟收获期连阴雨灾害的结论相吻合。

中国是农业大国，大田作物和大部分经济作物和金丝小枣一样，目前都是露天生长，产量和品质受气象灾害影响较大，魏堃等[23]对甘肃省河东地区春玉米干旱灾害进行研究指出，河东地区春玉米干旱风险具有明显的区域性和差异性，低风险区春玉米产量高、品质优，适宜大面积种植。王秋京等[24]对黑龙江省主要农业气象灾害对水稻产量的影响进行研究表明，各类农业气象灾害在作物不同时期的发生和危害不尽相同，指出与水稻产量关联度较大的灾害是干旱、洪涝、冰雹，提出防灾的重点是减少受灾范围。韦金海等[25]提出合理布局百色芒果种植适宜区，降低芒果受低温灾害几率，引进早熟、中熟和晚熟品种或进行品种改良来降低芒果高温干旱灾害的影响。刘海蓉等[26]研究了新疆温宿黑桃生长关键期气象灾害影响，为黑桃防灾减灾提供参考。农业生产中这些应对气象灾害来最大程度保证产量和品质的方法和措施对于金丝小枣的防灾减灾有重要的参考意义。

金丝小枣气象灾害虽然同样受高温、低温、干旱、冰雹、连阴雨灾害影响，但灾害造成的危害和金丝小枣的发育期有很大的关系，正如柏秦风[2]等对中国主要果树气象灾害指标研究进展一文中提到，北方果树的冻害是主要的气象灾害，然而冻害对沧州金丝小枣影响就比较小，几乎没有影响，主要原因是金丝小枣的开花期在5月份以后，这个时期沧州地区出现晚霜冻害几率极低，尚对金丝小枣的生长构不成危害。根据金丝小枣生长特点，萌芽展叶期高温(A)、开花坐果期高温低湿(B)和果实膨大期高温日灼(C)、果实白熟期连阴雨(D)和成熟收获期连阴雨(E)成为影响小枣产量和品质的主要气象灾害。另外，影响沧州金丝小枣丰歉因素很多，如栽培管理方式、病虫害等等，本文仅从金丝小枣生长期主要气象灾害方面进行了分析，尚存在一定的局限性。在未来气候变化大背景下，影响金丝小枣正常生长的气象灾害在种类、发生概率、影响程度等方面也会有所变化，需对未来气象灾害的预估方法进行研究并加以应用，在灾害监测、预警、防御和风险区划、灾害保险方面加强研究应用，在小枣品种方面，尽量选耐高温、耐裂果品种，并进行科学无公害化管理，才能做好金丝小枣防灾减灾，提高小枣产量和品质，保证金丝小枣产业健康、稳定、可持续发展。

3.2 结 论

通过对河北沧州金丝小枣生长期主要气象灾害变化特征和灾害影响权重进行分析和检验，结果表明：

(1)金丝小枣萌芽展叶期高温(A)、开花坐果期高温低湿(B)和果实膨大期高温日灼(C)每年均发生，即发生频率为100%，果实白熟期连阴雨(D)发生频率为37.9%，成熟收获期连阴雨(E)发生频率为25.9%。各个年代气象灾害发生频率也不同，20世纪60年代和21世纪以来萌芽展叶期高温(A)和开花坐果期高温低湿(B)发生频率偏高，2011—2018年果实膨大期高温日灼(C)最高，20世纪60年代、70年代和21世纪最初10年果实白熟期连阴雨(D)和成熟收获期连阴雨(E)偏高。每年至少有3种气象灾害发生，4种灾种同一年均发生频率为41.4%；5种灾害同一年均发生频率为10.3%。

2)金丝小枣生长期5类主要气象灾害对小枣产量和品质影响权重不同，从强到弱依次为果实收获期连阴雨(E,0.5848)、开花坐果期高温低湿(B,0.1920)、果实膨大期高温日灼(C,0.1081)、果实白熟期连阴雨(D,0.0850)、萌芽展叶期高温(A,0.301)，权重系数均通过了一次性检验。

3)对产量出现下降的5年进行检验性分析，进一步验证了金丝小枣生长期的最为严重气象灾害是果实收获期的连阴雨(E)，其次是小枣开花坐果期的高温低湿(B)。研究为金丝小枣品种研发、改良、种植管理、病虫害防治等方面提供参考，以应对金丝小枣生长期主要气象灾害造成的不利影响。