2019/2020年冬春季长白山区气象条件对人参越冬及幼苗影响分析

2021-07-30袁福香晏晓英

气象灾害防御 2021年2期

袁福香穆佳晏晓英高岩，2

（1.吉林省气象科学研究所，吉林长春 130062；2.长白山气象与气候变化吉林省重点实验室，吉林长春 130062）

1 引言

人参为五加科多年生宿根草本植物，主要分布在中国东北地区、朝鲜半岛、日本北部和俄罗斯远东地区。中国东北长白山脉的低山丘陵区是闻名世界的人参主产区，栽培面积、单产、总产量均居世界首位。野生人参多生长于吉林省境内海拔1 100m以下的山地缓坡、针阔叶混交林或杂木林中，环境湿润，昼夜温差小。由于气象条件不稳定，人参生长期间时有气象灾害发生，在东北长白山区较常见的包括干冻、缓阳冻、高温热害、倒春寒等，灾害会造成一定的经济损失，有时十分严重。

有关学者已开展气象条件对人参生长影响的研究工作。马树庆等[1]研究发现长白山区人参栽培气候生态适宜性差异很大。张其书等[2]研究表明，种植高度700～800m，年降水量700～800mm，年相对湿度70%，最热月温度20～21℃，无霜期155d以上为人参最佳生态气候环境指标。邢云章等[3]研究发现，人参在平均气温10℃以上出苗，12℃以上进入展叶期，16℃以上进入开花期，18℃以上进入结果期，气温降到12℃人参枯萎。毕伯钧[4]研究了人参气候生态及适宜栽培地的选择。李继宝[5]分析了2002/2003年靖宇县人参、西洋参出现冻害的原因，冬季气温异常偏暖，积雪融化，部分阳坡已无积雪覆盖，春季出现倒春寒，导致已经萌发的人参芽苞遭受冻害。在人参病害发生与气象条件关系方面，赵日丰等[6-7]研究了人参黑斑病、人参疫病发生的适宜温度指标。

本文在已有研究的基础上，基于现有的人参生育气象指标，结合人参生长状况，评估了2019/2020年冬春季气象条件对人参越冬、出苗及幼苗的影响，为深入研究气象条件与人参生长发育的关系、修订人参生长发育气象指标和开展人参气象业务服务提供科技支撑，以期提升东北长白山区人参特色气象服务能力。

2 资料来源

2.1 气象资料来源及研究区域

气象资料来源于中国气象cimiss数据系统，气象要素有气温、降水量、土壤温度、冻土化冻深度、积雪深度等。分析研究区域为中国东北长白山区所覆盖的各县（市），主要包括：黑龙江省东部双鸭山市的宝清县、七台河市、鸡西市和牡丹江市各县（市）；吉林省东部的延边州、白山市、吉林市、通化市的各县（市）；以及辽宁省东北部铁岭市的西丰县、抚顺市的清源县和新宾县、丹东市的各县（市）、鞍山市的岫岩县。

2.2 人参生长发育期及灾害资料来源

人参主要发育期为出苗期、展叶期、开花期、绿果期、红果期和枯萎期，各期有不同程度的气象灾害和病害。本文监测时段为2019年11月下旬至2020年6月上旬，监测区域为长白山区人参种植区。3月在气候学意义上属于春季，但在东北长白山区大部区域3月仍处于冰封期，最大冻土深度多出现在3月上旬，人参处于休眠越冬期。因此本文人参越冬期气象条件分析时段为11月1日至翌年3月31日。4月开始长白山区气温开始快速回升，土壤开始化冻，春季气象条件分析时段为4月1日至5月31日。

3 冬季气象条件对人参安全越冬的影响

3.1 2019年人参越冬期气象条件

2019年冬季（2019年11月1日至2020年3月31日），长白山人参主产区气温高，降水多且降水过程频繁。期间冬季平均气温多为-2.0～-10.0℃，由南到北温度递减，多比常年同期高0.8～1.6℃；降水量多在60～170mm，比常年同期多50%～120%。降水呈现西南部多、东北部少的分布特征，与常年同期相比，长白山主峰周边区域降水量比常年多1倍以上，其他大部区域比常年多50%以上。

2019年入冬以来，雨雪天气较多，降雪量大，积雪较深。长白山人参主产区冬季最大积雪深度均在10cm以上（图1），大部在20cm以上，其中长白山主峰周边的白山、临江、长白、抚松和安图较深，为48～68cm。2019年冬季长白山区的积雪覆盖日数，除西南部丹东一带、中部的和龙及北部的林口、勃利以外，大部在100d以上；最长积雪覆盖日数出现在抚松，为140d（图2）。

图1 长白山区2019年冬季最大积雪深度（cm）

图2 长白山区2019年冬季积雪覆盖日数（d）

长白山区冬季冻土深度通常在3月上旬达到最大值。2019年冬季长白山东北部冻土较深（图3），最大冻土深度多在120cm以上；东南部冻土深度相对较浅，最大冻土深度多在90cm以下，其中长白山主峰西侧和南侧冻土最浅，多在50cm以下，临江仅为13cm。

图3 长白山区2019年冬季最大冻土深度（cm）

3.2 冬季气象条件对人参安全越冬的影响

冬季气温、降水量对人参安全越冬有较大影响，尤其是降雪量和积雪覆盖时间的长短影响很大。人参的根部一般位于土壤5～15cm处，越冬芽一般处于5cm左右，因此5cm、10cm、15cm地温对人参安全越冬影响很大。入冬后气温逐渐降低，地温自上而下也随之降低，但地温的降温幅度受积雪覆盖深度的影响更大，前冬（11—12月）无积雪或积雪较浅，土壤温度降低幅度大，降雪后地温会上升。以延吉为例，2019年前期积雪浅，多在1～3cm；12月5日地温达到最低（图4），地面温度为-14.6℃，5cm、10cm、15cm地温分别为-12.8℃、-11.6℃、-10.0℃；之后随着气温上下波动，直至2月15日出现14.1mm降雪，地面积雪超过10cm之后，5cm地温在-2～-5℃波动。此时冻土层仍在继续加深，但积雪覆盖下的人参越冬层土壤温度比无积雪覆盖时偏高，且土壤温度相对稳定。

图4 延吉积雪深度与5cm地温变化

2019/2020年冬季东北长白山人参主产区总体气温偏高，降水偏多，积雪较深，且积雪覆盖时间长，人参休眠土层地温波动越小，对人参安全越冬有利。

3.3 冬季气象条件对人参菌核病的影响

人参菌核病是危害参根的一种病害，也可危害茎基部和芦头，主要危害3年生以上参根，发生在春、秋两季，低温高湿容易发病，发病温度范围0～30℃，42℃菌丝死亡，47℃菌核死亡[8]。

2019年冬季长白山大部地区降雪早、积雪深。以抚松为例，11月14日后地面持续有积雪存在，直到2020年3月3日积雪融化，积雪覆盖时长140d，积雪深度最深达52cm，整个冬季地面温度、5cm地温、10cm地温最低都在-2.3℃以上。11月14日地面积雪深度为9cm，此后积雪多在10cm以上，此时5cm、10cm和15cm地温分别为0.8℃、1.4℃和2.1℃。5cm地温直到12月4日才降到0℃以下（此时冻土深度为6cm）；10cm地温12月7日降到0℃（此时冻土深度为11cm）。此温度条件下，人参已经休眠，但耐低温的人参菌核病病菌（0～30℃生长），从大雪封地到土壤温度降到0℃以下的20多天里仍可以侵染人参根部，造成危害或使病菌数量增加。据观测，抚松、通化、延边等地部分地块人参有菌核病发生。

4 春季气象条件对人参出苗的影响

4.1 2020年春季人参出苗期气象条件

2020年春季（4月1日至5月31日）平均气温多在7～11℃，比常年同期略低0.1～0.9℃；降水量多为80～130mm，分布不均，大部分地区偏少10%～40%；日照时数多为400～630h，多数地区偏多150h左右。4月中旬气温异常偏高，大部分地区偏高2.0～4.5℃。4月20—26日出现明显的低温雨雪时段。5月16—24日出现低温多雨寡照时段。

4.2 2020年4月20—26日低温雨雪及其影响

2020年4月中旬气温异常偏高，但从4月19日开始，东北地区大部出现较明显雨转雪天气，并伴有较强寒潮、大风天气，大部地方降水量均超过10mm，多以雪的形态出现，积雪在地面存留1～3d。21日吉林省日平均气温和最高气温均创历史同期新低。本次降雪过程为2006年以来历史同期最强。4月中下旬出现大范围降雪历史较为罕见，吉林省平均终雪日较常年晚5d，为近10a最晚。

此次降温过程大部地区气温于4月21日降到最低。分析21日长白山区最低气温及地温可知，长白山区珲春一带、集安、宽甸以南区域，日最低气温在0℃以上，其他区域均在0℃以下，其中，长白山主峰周边区域多在-4℃以下，最低为-5.8℃，出现在抚松。21日长白山区大部地面最低温度在0℃以下（图5），其中白山市和通化市大部较低，最低出现在抚松，为-3.8℃。5cm地温多在2℃以上（图6），牡丹江、延边一带和集安等地多在5℃以上。本次降温过程中5cm地温最低值出现在22日，均在0℃以上。

图5 长白山区4月21日地面最低温度（℃）

图6 长白山区4月21日5cm地温（℃）

据邢云章等[3]研究，人参出苗后气温接近0℃，叶片卷缩抱成球状，瞬间气温降至-4℃，植株还能恢复生长机能，持续低于-4℃，小苗就会被冻死。

集安市清河镇（长白山区西南部）和靖宇县龙泉镇（长白山区中部）均为人参主产区，两地4月中下旬气温变化过程见图7。从4月15—30日逐日最高、平均和最低气温变化可知，受局地小气候影响，两地日平均气温于22日达到最低，分别为0.4℃和-2.5℃。清河镇的日最低气温最低值出现在4月23日，为-3.5℃，26日为-3.2℃，地温都在0℃以上。靖宇县龙泉镇的日最低气温最低值出现在4月24日，为-7.7℃。此时两地的平均气温均未稳定通过10℃。清河镇处于长白山西南部，气温偏高，人参越冬芽已经萌动或刚刚露出地面，气温最低值为-3.5℃，未达到人参冻害指标，对人参出苗基本未造成影响。靖宇县龙泉镇位于长白山腹地，海拔较高，气温较低，虽然最低气温达到-7.7℃，但土壤温度在0℃以上，且此时人参尚处于休眠期，抗低温能力较强。5月7—9日对两地实际考察发现，清河人参长势良好，有的已经展叶；龙泉人参大部尚未出苗，有出苗的长势也较好。此次降温虽然猛烈，但低温雨雪基本未造成人参冻害的发生，对人参出苗未造成较大的影响，但加重了已经染病人参的病情。抚松、通化、延边部分地块人参幼苗长势较弱，部分植株在未出苗时即感染病菌，染病的人参越冬芽孢鳞片受损严重，严重的造成茎杆感染病菌而腐烂无法出苗，不严重的造成叶片局部黄化、褶皱。

图7 4月15—30日集安市清河镇（a）、靖宇县龙泉镇（b）逐日最高、平均、最低气温分布

4.3 5月中下旬低温多雨寡照对人参生长的影响

受冷涡影响，5月16—24日出现低温多雨寡照时段，长白山区平均气温在9.5～14.5℃，比常年低1.8～4.5℃。5月19日气温和地温同时降至阶段最低点，长白山区中部（主峰周边）气温偏低，日气温多在4.5～8.0℃，长白山区东南部和西北部偏高，日气温多在10.0～14.0℃；19日最低气温以中部和东北部偏低，西南部偏高；地温也以长白山区中部偏低。5月16—24日降水量多为30～70mm，比常年同期多100%～180%；日照时数比常年少20.0h左右。

长白山区因纬度、海拔、地块朝向等地理条件不同，出苗期也有差异。高海拔、北朝向地块5月上中旬正是人参陆续出苗期，此次降温对人参幼苗影响以高海拔的抚松为例进行分析。抚松5月1日稳定通过10℃，5月1—24日，平均气温多在15℃以下波动，3次降至10℃以下；最低气温多在10℃以下波动；地面、5cm地温也随着气温波动，但地面温度和5cm地温均高于日最低气温，多数时段高于日平均气温低于日最高气温，土壤温度相对稳定。据邢云章[3]等研究，一般平均气温在10℃以上、土壤温度平均稳定上升到10℃左右，人参开始出苗，此阶段白天气温在14～18℃，地温12～14℃最为适宜，经过10d左右时间，可达到出苗的盛期。但2020年人参出苗期气温波动较大，地面温度、5cm地温波动幅度较气温小，多在10℃以上，由于出现低温多雨寡照时段，造成部分地块地温高于气温现象，虽然土壤疏松但由于气温低人参不出土，出现出苗缓慢或假性憋芽（幼芽不出土）等现象。

低温多雨寡照还易引发各种病害。人参疫病在土壤中的适宜发病温度为20～25℃，低于5℃和高于30℃疫病停止发展[7]。造成疫病大发生的主要因素是湿度，大雨后土壤和空气湿度增高，病菌易产生孢子囊引起侵染及蔓延。温度高，潜育期短，再次侵染，短期内造成毁灭性为害。5月8日至6月4日长白山区大部出现多雨时段，参田土壤湿度较大，地温多在10℃以上，有利于人参疫病病菌的繁殖及蔓延，长白山西南部柳河、集安、桓仁等地部分地方出现人参疫病。

人参立枯病菌在5℃以上开始生长，22～26℃菌落生长迅速且茂盛，温度低于5℃或高于35℃，人参立枯病菌即停止生长及发育；土壤湿度大，5cm地温12～16.7℃时，立枯病在土壤中蔓延、发生及危害最适宜。长白山区大部时段5月中下旬5cm地温在11～17.5℃，温度适宜、土壤湿度大，导致抚松、长白、靖宇、汪清等地部分地块发生立枯病。

人参黑斑病原菌生长发育温度幅度是5～30℃，最适温度为20～25℃，25℃生长最快[6]。温度骤变、冷雨对人参的生理过程影响很大，容易造成茎斑病。调查发现，通化县西江镇、柳河县三源浦镇等地不同程度发生黑斑病。