上海市青浦区1968—2018年蓝莓主要生育期气候变化特征

郑泽华，余延略，马忠芬，朱怀卫

（1上海市青浦区气象局，上海 201700；2广东省生态气象中心，广州 510641）

0 引言

蓝莓是杜鹃花科越橘属的多年生小浆果，果实呈现蓝色或红色[1]，其发源地和主栽区均在北美[2]，主要栽培品种有高丛蓝莓、矮丛蓝莓和兔眼蓝莓[3]。中国对蓝莓的研究起步较晚，野生蓝莓资源主要分布在东北大兴安岭、小兴安岭较寒冷的林区[4]。由于蓝莓果肉细腻[5]，富含氨基酸、维生素C等各类营养成分和矿物元素[6]，具有较强的抗氧化[7]、降低血糖[8]和抗癌[9]等保健功能，逐渐受到人们的重视。

蓝莓根系不发达，一般在浅根系土层[10-11]，既怕涝又怕旱[12]。研究表明，适量的降水对株高、枝条粗度等生长指标的增长有促进作用，可以满足其基本的需水要求[10]；若降水过多，淹水时间过长时，会抑制花芽形成，影响坐果率，造成烂根死亡[13]；若经历较长的无雨日，植株生长细弱，生理特性受阻，发展为持续严重的干旱时会造成整株死亡；发芽期若遭受低温连阴雨，易使发芽率和花芽率均降低[14-15]。因此湿润、排水通畅的土壤环境是种植蓝莓的必备条件。

全球变暖趋势显著，季节性旱涝事件时而发生，频发的旱涝灾害无论对农业生产、生态环境，还是对区域经济均造成不利的影响[16-17]。目前研究旱涝特征有多种方法[18]，笔者选取了由Vicente-Serrano等提出的标准化降水蒸散指数(SPEI)[19-21]，能较好地适合多尺度、多空间进行对比分析，可以客观地表征不同时间尺度下的旱涝情况。SPEI的适用性在应用检验中得到了很好的验证。庄少伟等[22]对SPEI指数在中国区域的适用性进行验证时发现，在中国年均降水量大于200 m的区域，SPEI在各种时间尺度均可适用；杨庆等[23]研究指出，在湿润地区SPEI具有较好的适应性。目前已有大量学者基于SPEI研究不同区域的旱涝特征，王米雪等[24]使用SPEI指数对1960—2013年中国东南沿海地区旱涝时空变化特征及其趋势分析进行了研究；郭树龙等[25]利用SPEI指数进行研究，认为1960—2015年间江汉平原向着湿润化发展。此外，不少学者以SPEI为指标对小麦、玉米等作物生育期的旱涝进行研究[26-27]，但目前针对蓝莓生育期旱涝变化的报道较少。笔者以SPEI为旱涝灾害评判指标，对蓝莓主要生育期旱涝的变化趋势进行分析，以期为青浦区蓝莓主要生育期防灾减灾提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

上海市青浦区位于东经 120°53′—121°17′、北纬 30°59′—31°16′之间，地处上海市西南部，面积约668.5 km2。地势平坦，平均海拔高度在2.8～3.5 m之间。属亚热带季风气候，光热充足、雨水丰沛，但降水时空分布不均，春秋两季多低温阴雨，盛夏易出现高温干旱，夏秋季节台风、暴雨等较为频繁[28]。

1.2 数据来源

青浦国家气象站始建于1959年。本研究主要选取了1968—2018年的气象资料，包括逐日平均气温(℃)、最高气温(℃)、最低气温(℃)、平均风速(m/s)、平均水汽压(hPa)、降水量(mm)、日照时数(h)和相对湿度(%)。

1.3 蓝莓生育期

由于目前青浦区栽培的蓝莓品种较多，分别有北高丛的‘布里吉他’、‘都克’、‘蓝丰’等和南高丛‘奥尼尔’、‘薄雾’、‘夏普蓝’等，生育期不统一[29]。为了便于整体研究青浦区蓝莓受旱涝的影响，结合SPEI月尺度时间特性划分出3个主要的生育阶段，分别为花期（4月）、果期（5月）和成熟期（6月）。

1.4 研究方法

1.4.1 SPEI计算 SPEI综合考虑了气温、降水及蒸散作用的影响，通过计算月降水与潜在蒸散量的差值并进行正态标准化处理得到，具体计算过程详见文献[30]。分别用SPEI-1、SPEI-3、SPEI-6和SPEI-12表征1968—2018年青浦区月尺度、季尺度、半年尺度和年尺度的旱涝状况。季节的划分采用气象学标准，利用季尺度数据计算SPEI值，春季以5月的季尺度SPEI表示(Spr-SPEI-3)，夏季以8月的季尺度SPEI表示(Sum-SPEI-3)，秋季以11月的季尺度SPEI表示(Fal-SPEI-3)，冬季以2月的季尺度SPEI表示(Win-SPEI-3)。根据蓝莓主要生育期的选取，利用月尺度数据计算SPEI值，花期以4月的月尺度SPEI表示(Apr-SPEI-1)，果期以5月的月尺度SPEI表示(May-SPEI-1)，成熟期以6月的月尺度SPEI表示(Jun-SPEI-1)，花期至成熟期以6月的季尺度SPEI表示(Jun-SPEI-3)。参考相关文献[31]对青浦区旱涝等级做了划分，见表1。

表1 旱涝等级

1.4.2 旱涝频率 旱涝频率计算如式(1)所示。

式中，P表示旱涝发生频率，n为数据序列中旱涝发生的次数，N为样本容量。

1.4.3 Mann-Kendall(M-K)趋势检验 M-K趋势检验是非参数统计检验方法[32]，运用M-K方法分别对青浦区1968—2018年的SPEI和蓝莓主要生育期的SPEI进行趋势检验。

2 结果与分析

2.1 气温和降水变化

青浦区多年平均气温为16.2℃，平均升温速率为0.475℃/10 a。由图1可以看出，1997年起，气温开始快速上升，2007年达17.8℃。年降水量平均为1116.5 mm，平均变化率为39.475 mm/10 a，有明显的波动变化，上升趋势较微弱。20世纪70年代至21世纪初整体呈现增长的趋势，1999年达到最大值1583.7 mm。进入21世纪，年均降水量基本呈现下降趋势，仅在2012年后有所上升，2015年为1561.9 mm。

图1 气温和降水变化趋势

蓝莓主要生育期内（花期、果期、成熟期），多年平均气温分别为14.9、20.0、23.9℃。其中花期和果期升温趋势明显，成熟期升温趋势较为平缓，最高值分别出现 在 1998 年 (17.6℃ )、1997 年 (22.3℃ )、2005 年(26.1℃)。年均降水量分别为88.2、102.8、173.2 mm，降水量最多的年份分别出现在1977年(190.2 mm)、2002年(225.4 mm)、1999年(683.6 mm)。降水量变化波动幅度较大，仅在果期表现为逐年减少的趋势，其余均保持增加的态势。花期至成熟期的多年平均气温为19.6℃，年均降水量为364.2 mm。

图2 青浦区不同时间尺度旱涝指数变化（1968—2018年）

2.2 青浦区不同时间尺度旱涝变化特征

SPEI数值越大，表明湿润程度越强；数值越小，表明干旱程度越强。从图2可以看出，时间尺度较短的SPEI-1，波动幅度大，且交替频繁，可反映短期内地表干湿程度；时间尺度增加的SPEI-3和SPEI-6，波动频率变小，可反映季节性变化规律；时间尺度最长的SPEI-12，变化最为稳定，旱涝维持时间变长，能很好地反映年际变化规律。

以年尺度为统计标准，月份为单位，分析青浦区各年代不同等级的旱涝发生频次。20世纪70年代，干旱化趋势明显，干旱频率为43.3%，湿润频率仅为19.2%；80年代，干湿转变，湿润频率增至40.8%，干旱频率仅为15.0%；90年代，湿润化程度进一步增强，湿润频率为55.8%，干旱频率为15.8%；21世纪00年代，出现干湿转变，干旱频率增至48.3%，湿润频率则降至20.0%；21世纪10年代，再一次发生干湿转变，湿润频率为45.4%，干旱频率则为13.0%。总体而言，干旱频率为29.3%，湿润频率为 34.6%，其中 1991、1994、1999、2000、2016年出现了极端湿润的月份，1978、1979、2004年出现了极端干旱的月份。

2.3 青浦区旱涝演变趋势M-K检验

由SPEI-12的UF曲线变化趋势（图3）可以看出，20世纪70年代中期前，UF曲线波动频繁，干旱化年份偏多；20世纪70年代后期至21世纪00年代前期，UF曲线基本保持上升趋势，湿润化程度增强；此后至21世纪10年代前期，UF曲线下降，转为干旱化；2013年起，UF曲线回升，湿润化程度增强。

图3 青浦区旱涝指数M-K趋势检验（1968—2018年）

不同季节的旱涝变化呈现出不同阶段性特点。春季，20世纪80年代后期之前，UF曲线在0值线附近波动频繁，呈现干湿交替；90年代初期，较为湿润；90年代中期至21世纪00年代后期，干旱化程度增强；21世纪00年代后期至今，出现干湿交替，总体较湿润。以季尺度为统计标准，月份为单位分析，春季干旱和湿润的频率分别为30.1%和35.9%，1977、1998年有极端湿润的月份。

夏季，20世纪80年代前期，较为干旱；80年代中期至21世纪00年代，干湿交替，总体以湿润化为主；21世纪00年代中期至10年代前期，干旱化程度增强；10年代中期至今转为湿润。夏季干旱和湿润的频率分别为26.1%、34.6%，1999年出现极端湿润的月份。

秋季，20世纪90年代初期，湿润化显著；90年代中期至20世纪00年代前期，干旱化程度增强；00年代中期至10年代初期，出现干湿交替；10年代中期至今，湿润程度略有增强。秋季干旱和湿润的频率分别为28.1%、32.0%，1980、1990、1993、1999年均有极端湿润的月份。

冬季，20世纪80年代，总体较干旱；90年代，干湿交替；21世纪00年代至今，UF曲线波动上升，湿润化程度增强。冬季干旱和湿润的频率均为28.1%，1998、2016年出现极端湿润的月份。

2.4 蓝莓主要生育期旱涝演变趋势M-K检验

从选取的蓝莓生育期整体来看，SPEI指数波动范围在-1.88～1.86之间，没有极端旱涝事件发生（图4）。从多年M-K曲线走向趋势划分出不同时段。1968—1982年(P1)，M-K曲线波动明显，多以干湿交替为主；1983—1995年(P2)，M-K曲线趋于上升，湿润化程度增强；1996—2011年(P3)，M-K曲线整体呈下降趋势，干旱化程度增强；2012—2018年(P4)，M-K曲线转为上升，逐渐向湿润化转变。

图4 青浦区蓝莓主要生育期旱涝指数M-K趋势检验（1968—2018年）

从表2也可以看出，3个生育期在不同时间段的旱涝变化存在差异，花期和果期旱涝频率的变化趋势较为一致。花期，P1～P2段湿润化增强，且湿润频率增加以中度湿润频率增加为主；P3～P4段干旱化趋势明显，干旱频率增加主要因轻度干旱频率增加，P3段干旱频率达62.5%。花期内未出现极端旱涝事件。果期，P1～P2段M-K曲线波动明显，干湿交替，湿润频率多于干旱频率，且在P1段极端湿润为6.7%；与花期类似，P3～P4段干旱化增强，干旱频率分别为43.8%和42.9%。成熟期出现了明显差异，P1段M-K曲线总体下降，干旱化较强；P2～P3段多为干湿交替；P4段湿润化程度增强，湿润频率达42.9%。

表2 青浦区蓝莓主要生育期不同等级旱涝频率（1968—2018年）%

从旱涝发生的频率总和来看，花期、果期和成熟期干旱频率分别为27.5%、25.5%和21.6%，湿润频率分别为29.4%、27.5%和27.5%，花期出现旱涝的频率大于其余2个生育期。总体而言，花期和果期有向干旱化发展的趋势，成熟期则向着湿润化发展，而选取的生育期整体还是湿润化多于干旱化。

3 结论与讨论

青浦区多年平均气温为16.2℃，平均升温速率达0.475℃/10 a。降水量多年平均为1116.5 mm，有明显的波动变化，上升趋势较微弱。蓝莓花期至成熟期气温均呈上升趋势；降水量在果期有减少趋势，在花期和成熟期均为增加趋势。温度是影响蓝莓生长的关键因子，蓝莓属喜凉植物，不同品种适宜生长的温度不同。正常品种可耐高温，但温度过高易也会造成生长不良[33]。不同品种耐寒特性也不尽相同，研究表明，兔眼蓝莓在低于17℃情况下会发生冻害[34]。此外，蓝莓不同时期的水分需求存在差异，营养生长期水分充足可以促进植株强壮[35]，果实发育期水量较多会影响果实获取养分，果实采收后水分充足能促进植株营养生长，植株休眠期水分过多易造成根部腐烂[36-37]。本研究中蓝莓花期至成熟期降水量占全年的32.5%，其中成熟期（6月）降水量占全年的15.3%，这个时期是蓝莓果实成熟采摘的关键时期，若出现暴雨、冰雹、高温干旱等不利天气时，极易造成花朵或果实脱落[14]。此外，研究表明，蓝莓生长对土壤pH和土壤养分要求较高[38]，在有机质丰富、通气性良好和水分充足的酸性沙质土壤中生长良好[39]。

本研究发现，青浦区旱涝年际变化明显，20世纪80年代、90年代和21世纪10年代总体较为湿润，20世纪70年代和21世纪00年代相对偏旱。不同季节的旱涝变化也呈现出阶段性特点，20世纪70年代各季有一定的干湿交替；20世纪80年代，春冬仍呈干湿交替，夏秋总体较为湿润；20世纪90年代至21世纪00年代，春夏秋由湿润化向干旱化转变，冬季则由干旱化向湿润化发展；21世纪10年代，夏秋冬三季呈湿润化趋势，春季多干湿交替。蓝莓花期、果期和成熟期干旱频率分别为27.5%、25.5%和21.6%，湿润频率分别为29.4%、27.5%和27.5%，各生育期湿润频率均大于干旱频率。蓝莓花期和果期有干旱化发展趋势，成熟期有湿润化发展趋势。

上海市青浦区蓝莓种植应结合青浦区的气候特点和栽培用途，选育适宜本地的品种。有研究表明，兔眼蓝莓的抗旱性较强，在持续干旱的条件下也能获得丰产效果；而‘艾朗’耐涝性较强[40]；南高丛蓝莓和兔眼蓝莓在浙江等亚热带季风气候区的适应性较好[41]。青浦区因气候条件影响，目前栽植的蓝莓产量较少，蓝莓种植具有较大的发展前景。