南阳地区发展软籽石榴的冻害风险分析

王宇翔,高小峰,雷梦瑶,陶爱丽,李 爽,4,李玉英

(1.南阳市气象局,河南 南阳 473000；2.南阳师范学院 水资源与环境工程学院,河南省软籽石榴工程研究中心,河南 南阳 473061；3.南阳市农业科学院,河南 南阳473000；4.河南仁和康源农业发展有限公司,河南 淅川 474450)

石榴是石榴科石榴属落叶灌木或小乔木,原产地在阿富汗、伊朗等中亚地区,西汉时期经丝绸之路传入我国,在我国已经有2000多年的栽培历史.石榴是一种重要的经济林树种,具有较高的营养价值、药用价值及经济价值.石榴性喜温畏寒,在冬季能耐-16 ℃的低温, -20 ℃时大部分难以成活，软籽石榴的耐寒性更差.突尼斯软籽石榴果形正、色泽艳、籽粒大、成熟早等特点深受广大消费者喜爱,是软籽石榴的优良品种.突尼斯软籽石榴是原林业部考察团于1986年从突尼斯引入我国,同年定植于河南省郑州市[1].2002年12月10日,河南省林业厅发布第3号林木良种公告,正式将该品种定名为突尼斯软籽石榴.自2000年始,河南省黄河以南的郑州市、洛阳市和偃师市等多个地区开始大面积栽植,与此同时,河北、山西、山东、陕西、安徽、江苏、浙江、上海、湖南、湖北、江西、重庆、贵州、四川和云南等省(市、区)广泛引种栽培,甚至新疆、天津、北京和东北等地也引种试栽,特别是2012—2015年,全国每年新栽约1000 hm2软籽石榴,累计发展到接近30 000 hm2,尤以河南、云南、四川、贵州、陕西、湖南和湖北等省发展迅猛.突尼斯软籽石榴引入我国30余年,有成功的经验,由于冻害造成失败的教训以及巨额的经济损失.因缺乏必要的引种试验,秦岭、黄河河南段和苏鲁交界处一线以北,甚至黄淮之间,常因深秋骤然降温、冬季低温和春季倒春寒等气象灾害使软籽石榴遭受冻害,甚至发生整个石榴园冻死1/3幼树的极端情况,使果农多年发展的成果所剩无几,损失惨重[2].

2015年以来,南阳地区软籽石榴发展势头迅猛,全市软籽石榴种植面积已超过4666.67 hm2,南阳地处南北气候过渡带,是石榴的适宜种植区,但个别年份的冬季低温影响软籽石榴的正常生长,部分地方栽植的软籽石榴也曾受到较为严重的冻害.冻害是软籽石榴在南阳地区种植的主要限制因素,在某种程度上制约了南阳地区软籽石榴产业的发展.本文通过分析软籽石榴发生冻害的农业气象指标,结合该区域发生低温的空间分布及历史趋势,对软籽石榴发生冻害的风险进行综合分析,以期为软籽石榴产业健康发展提供技术保障和理论支撑.

1 软籽石榴发生冻害的相关研究

1.1 一年生枝条发生冻害的研究

姚方等2016年结合低温胁迫过程生理生化指标的变化,对项目组引种的5个以色列软籽石榴品种进行抗寒性评价.以1年生枝条为试材,采用人工模拟低温(4 ℃、0 ℃、-5 ℃、-10 ℃和-15 ℃)进行低温处理,对其相对电导率、可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量以及过氧化物歧化酶(SOD)活性进行测定,并结合主成分分析和隶属函数法对8个石榴品种的抗寒性进行综合评价.结果表明,8个石榴品种抗寒性为豫大籽>以色列3号>突尼斯软籽石榴>以色列1号>以色列2号>中农红>以色列M>以色列Y[3].

王新宇等2017年以突尼斯软籽石榴的1年生休眠期扦插苗为材料,置于-6℃低温条件下,进行不同时间(0 h、6 h、12 h、18 h、24 h、30 h、36 h、42 h、48 h和54 h)的低温胁迫处理,测定其根颈部的相对电导率、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)等抗寒性指标,分析突尼斯软籽石榴1年生休眠期扦插苗对低温的忍耐程度.结果表明,突尼斯软籽石榴1年生休眠期苗木由于其根系浅,置于-6 ℃低温条件下只能忍受36 h的处理时间,时间过长会导致死亡[4].

王庆军等2018年结合低温胁迫过程生理生化指标的变化,以1 年生休眠枝条为试材对24个石榴品种进行抗寒性评价.采用人工模拟低温(室温、0 ℃、-4 ℃、-8 ℃、-12 ℃、-16 ℃和-20 ℃)进行24 h低温处理,对其相对电导率(REC)、半致死温度(LT50)、脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量进行测定,对24个石榴品种的抗寒性进行综合评价.结果表明,突尼斯软籽石榴的半致死温度最高,为-7.95 ℃,最不抗寒[5].

1.2 整株发生冻害的研究

二到三年生枝条、主枝和主干的冻害研究目前无相关报道.大多数的研究是在果园田间自然状态下进行整株冻害状况的调查分析.

陈玉玲等2005年认为在郑州试验区,定植当年的幼树抗寒能力稍差,当冬季气温在-10 ℃以下时,易受冻害,需采取埋土防寒措施,苗木定植第2年以后树体抗寒能力增强,不采用防寒措施即可安全越冬[1].李明婉等2010年用旬平均气温分析2009年11月的石榴冻害,调查发现位于丘陵上部(海拔232～253 m)的突尼斯软籽石榴2年生定植苗冻害指数为10.08%,而位于丘陵底部(海拔105～107 m)平地的冻害指数为80.00%,地上部冻死株率为100%,冻害是由2009年11月上旬暴雪前的骤然降温和中旬融雪低温所致[6].李曦2018年统计出河南省灵宝市,每年1年至3年生的幼树冻害率高达55.00%～83.00%,有的园区甚至全园发生冻害.据观察,软籽石榴在豫西地区-8 ℃即可受到冻害[7].曹尚银等指出突尼斯软籽石榴在冬季低温-8～-10 ℃就会受到一定程度冻害,-10～-12 ℃持续低温,即导致整树死亡[8].

2 南阳地区2018年软籽石榴冻害调查及相关农业气象指标

2.1 南阳地区2018极端最低气温状况

2018年冬季(2017年12月—2018年2月)气温最低出现在2018年1月28日。2018年1月27日22时至28日10时,南阳地区出现一次强冷空气过程,极端最低气温为-8.3～-14.9 ℃(图1),西峡站和淅川站-8～-9 ℃,镇平站和内乡站为-9～-10 ℃,南召站为-10.5 ℃,社旗站和桐柏站-12～-13 ℃,唐河站、方城站、南阳站和邓州站-13～-14 ℃,新野站-14.9 ℃. 各站低于-9 ℃以下的时长分别为：西峡站、淅川站气温无出现-9 ℃以下，镇平站、内乡站-9 ℃以下2 h，南召站-9 ℃以下6 h，-10 ℃以下3 h；南阳站-10 ℃以下6 h，-11 ℃以下3 h；方城站-9 ℃以下11 h，-10 ℃以下10 h，-11 ℃以下8 h，-13 ℃以下2 h；社旗站-9 ℃以下10 h，-10 ℃以下8 h，-11 ℃以下7 h；唐河站-9 ℃以下10 h，-10 ℃以下7 h，-11 ℃以下4 h；邓州站-9 ℃以下12 h，-10 ℃以下6 h，-11 ℃以下5 h，-13 ℃以下2 h；桐柏站-9 ℃以下9 h，-10 ℃以下6 h，-11 ℃以下5 h；新野站-9 ℃以下8 h，-10 ℃以下7 h，-11 ℃以下5 h，-13 ℃以下4 h(表1).

2.2 南阳地区2018年软籽石榴冻害调查分析

2018年极端最低温发生后2天，对南阳地区不同区域软籽石榴园进行了冻害调查.从调查结果可知,软籽石榴冻害因温度、苗情和地形地势而异.对于平地、非嫁接苗,-9 ℃以上无冻害发生,-9～-12 ℃冻害较重,-13～-14 ℃冻害严重;对于山坡地和非嫁接苗,-10～-11 ℃无冻害,-11～-13.5 ℃有轻微冻害.地形地势对冻害的影响为：平地-9 ℃冻害较重的时候,或者平地-10～-11 ℃的时候,相邻朝南向阳的山坡地上的非嫁接苗无冻害发生;而平地上-10～-11 ℃嫁接苗没有冻害时,相邻凹地上的嫁接苗也有轻微冻害(表2).

表1 南阳地区 2018年1月28日逐小时气温值 单位：℃

表2 南阳地区不同区域软籽石榴果园2018年冻害调查表

2.3 软籽石榴发生冻害的农业气象指标

综合国内的研究和南阳地区2018年1月软籽石榴冻害调查分析，在果园整体层面，初步确定以-9 ℃作为软籽石榴非嫁接苗发生冻害的农业气象指标，以-13 ℃作为软籽石榴非嫁接苗发生严重冻害的农业气象指标，以-11 ℃作为软籽石榴嫁接苗发生冻害的农业气象指标.

3 南阳地区极端最低气温状况及软籽石榴冻害风险分析

3.1 南阳地区12个国家气象站极端最低气温空间分布状况

南阳地区12个国家气象站极端最低气温是1967—2000年出现的气温最低值,反映了各地低温最差的情况.南阳地区各气象站极端最低气温空间分布状况为西高东低,范围在-13.2 ℃至-20.3 ℃之间,淅川站最高,为-13.2 ℃,西峡站、内乡站和南召站为-14.2～-14.6 ℃, 镇平站、邓州站和新野站为-16.3～-16.9 ℃, 方城站和南阳站为-17.6～-17.8 ℃,唐河站和社旗站为-19.0～-19.3 ℃, 桐柏站最低,为-20.3 ℃.

3.1.1 南阳地区12个国家气象站年最低气温-9 ℃以下出现比率的空间分布状况

以-9 ℃作为软籽石榴非嫁接苗发生冻害的气温标准,统计南阳地区12个国家气象站1967—2000年年最低气温低于-9 ℃出现的年数,计算出现的比率,空间分布表现为西部小东部大.西峡站和淅川站在10%左右,邓州站接近30%,内乡站、南召站、南阳站和新野站为30%～40%,桐柏站和唐河站为40%～50%,镇平、方城站和社旗站为60%～70%.

3.1.2 南阳地区12个国家气象站年最低气温-11 ℃以下出现比率的空间分布状况

以-11 ℃作为软籽石榴嫁接苗发生冻害的气温标准,统计南阳地区12个国家气象站1967—2000年年最低气温低于-11 ℃出现的年数,计算出现的比率,空间分布表现为西部小东部大.西峡站、淅川站和邓州站在10%以下,内乡站、南召站、南阳站和新野站为10%～20%,镇平站、方城站、社旗站、唐河站和桐柏站为20%～30%.

3.1.3 南阳地区12个国家气象站极端最低气温-13 ℃以下出现比率的空间分布状况

以-13 ℃作为软籽石榴非嫁接苗发生严重冻害的气温标准,统计南阳地区12个国家气象站1967—2000年年最低气温低于-13 ℃出现的年数,计算出现的比率,空间分布表现为西部小东部大.西峡站、淅川站和南召站低于5%,内乡站、镇平站、邓州站、新野站、社旗站和桐柏站为5%～10%,方城站、南阳站和唐河站为10%～15%.

3.2 南阳地区12个国家气象站年最低气温历史变化趋势

3.2.1 南阳地区12个国家气象站年最低气温最大值的历史变化趋势

南阳地区12个国家气象站每年年最低气温的最大值,反映了当年全市低温的最好情况.1967—2020年年最低气温最大值随时间的变化为逐步升高的趋势,倾向率为0.465 ℃/10年,达到信度0.01极显著的统计检验.在1967年、1969年、1977年和1992年出现所有气象站仍然在-9.0 ℃以下的情况,1993年之后就再没有出现这些情况(图1).

3.2.2 南阳地区12个国家气象站年最低气温最小值的历史变化趋势

南阳地区12个国家气象站每年年最低气温的最小值,反映了当年全市低温的最差情况.1967—2020年年最低气温最小值随时间的变化也为逐步升高的趋势,倾向率为0.463 ℃/10年,达到信度0.01极显著的统计检验.1967年、1977年和1992年曾达到-18 ℃以下,1993年之后没有低于-18 ℃的年份;在1975年、1988年、1991年、1996年、2002年、2007年、2017年和2020年出现过所有气象站都在高于-9 ℃的情况(图2).

3.3 南阳地区发展软籽石榴的冻害风险分析

从南阳地区12个国家气象站1967—2020年极端最低气温和年最低气温-9.0 ℃、年最低气温-11.0 ℃、年最低气温-13.0 ℃等指标出现的比率可知,西部的西峡和淅川种植软籽石榴受到冻害的风险相对比较低,中部的内乡、南召、镇平、南阳、邓州和新野种植软籽石榴受到冻害的风险相对较高,方城、社旗、唐河和桐柏种植软籽石榴受到冻害的风险最高.

从南阳地区12个国家气象站1967—2020年极端最低气温最大值和最小值等随时间变化分析可知,南阳地区种植软籽石榴受到冻害的风险有逐步降低的趋势.

图1 南阳地区12个国家气象站年最低气温最大值年际变化图

图2 南阳地区12个国家气象站年最低气温最小值年际变化图

4 分析及结论

软籽石榴发生冻害既有其品种性状的内部因素,也有气温、地形等外部因素.通过分析软籽石榴发生冻害的气象指标,笔者认为,软籽石榴冻害农业气象指标为一年生扦插苗在-6 ℃时就有可能发生冻害,非嫁接苗在低于-9 ℃时冻害较重,低于-13 ℃时冻害严重;嫁接苗在-11 ℃时有轻微冻害.通过调查南阳地区2018年不同区域石榴园的冻害发生情况,软籽石榴种植在山坡地阳坡有利于减轻冻害,种植在低凹地容易发生和加重冻害,另外,有病害的植株更容易发生和加重冻害.通过分析南阳地区极端低温空间分布及历史变化趋势,南阳地区软籽石榴发生低温冻害风险的空间分布由西向东逐渐增高,从气温历史变化来看,冻害风险有逐步降低的趋势.

综上所述,在南阳地区发展软籽石榴,需要全面考察品种、地形和所处区域等众多因素.品种方面,要选择耐寒性较强的软籽石榴品种,能耐受的最低气温最好在-10 ℃以下;同时,选择嫁接苗,同一品种的嫁接苗比扦插苗更耐寒;地形方面,尽量选择在山坡地阳坡或平地种植,避免在凹地种植,凹地更易受冷空气侵害;所处区域方面,南阳地区西部发生低温的程度和频率要低于东部,软籽石榴在南阳西部种植发生冻害的风险要小于东部.条件允许的情况下,选择在南阳西部种植软籽石榴.