伊犁地区酿酒葡萄农业气候特征分析*

杨 凡，刘 园，刘布春，杨兴元，崔 成,3，陈玉宝

伊犁地区酿酒葡萄农业气候特征分析*

杨 凡1,2，刘 园2**，刘布春2，杨兴元1**，崔 成2,3，陈玉宝4

（1.新疆农业大学食品科学与药学学院，乌鲁木齐 830000；2.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/作物高效用水与抗灾减损国家工程实验室/农业农村部农业环境重点实验室，北京 100081；3.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150036； 4.中粮长城葡萄酒（新疆）有限公司，五家渠 831300）

利用新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州酿酒葡萄可种植区10个气象站点逐日气象和酿酒葡萄生育期数据，通过M-K检验、趋势检验等统计方法，结合ArcGIS空间表达，分析了1961−2020年研究区酿酒葡萄气候资源和农业气象灾害的时空变化特征，为高效合理利用当地积雪资源，缓解干旱及冻害，优化酿酒葡萄越冬方式，选择成本较低的积雪覆盖方式提供科学依据。结果表明：（1）1961−2020年伊犁地区除昭苏及尼勒克部分区域外光热资源丰富，年均降水量空间分布不均且低于455mm，全区年均降水量以5.1mm·10a−1趋势增加，总体满足酿酒葡萄生长发育需求；全区酿酒葡萄越冬期（11月−翌年3月）降雪每10a增加7.4mm，且被0−10cm积雪覆盖的概率大于90%；（2）1961−2020年全区越冬期冻害频次、强度均有所下降，潜在生长季（4−10月）中7月和9月旱情较严重。

伊犁地区；酿酒葡萄；农业气候资源；积雪资源；农业气象灾害

新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州酿酒葡萄可种植区（以下简称“伊犁地区，Ili region”）位于中国西部，呈东、南、北三面环山中间夹两河谷的地形地貌[1]，属温带大陆性气候。近年来，因气温上升、降水增多，该地区气候表现出不同程度的“暖湿化”[2]。1960−2010年伊犁地区热量资源增加显著，尤其是冬季[3]，该地区各级冷空气发生频次和日数均有所下降[4]，水资源主要来自夏季降水和冬季积雪消融[5]。1991−2018年伊犁地区年极端降水量、降水强度均有所减少，但频次呈增加趋势[6]；≥0℃期间的降水量显著增加[3, 7]。伊犁地区积雪日数相对稳定[8]，受温度升高影响，超过10cm厚积雪的覆盖时间相对较短[9]，但特大级雪灾发生频次高且强度大[8]，春季融雪型洪水频发[10−12]。伊犁地区的积雪融水是影响当地春季土壤墒情和农业灌溉量的重要因素之一，对区域气候、农田灌溉和作物需水有十分显著的影响[5]，科学分析当地农业气候资源的演变趋势是合理高效利用农业气候资源、优化农业产业种植布局的基础和必要工作。

新疆伊犁地区是中国酿酒葡萄的优势产区之一[13−14]，主要种植以赤霞珠、霞多丽、雷司令等为主的欧亚种酿酒葡萄，丰富的热量资源使得酿酒葡萄可生长期较长，花色苷含量积累较高[15]；7−9月正值当地酿酒葡萄成熟期，充足的日照更适合C6醇类和C6酯类物质积累，为酿制品质、风味俱佳的葡萄酒提供优质的原材料[16]。但伊犁地区冬季气温偏低，春季大风等灾害发生频繁，影响酿酒葡萄生长发育，并间接增加了田间管理成本。国内外专家学者归纳总结出酿酒葡萄安全越冬指标有极端低温、极端低温日数、平均温度、地表温度、冬季降雪量及积雪深度等[17−24]，发现当冬季平均温度≤−10℃左右，无积雪覆盖的地温与积雪覆盖下距离雪面1−15cm的地温相差20℃左右，10cm厚积雪覆盖可显著增加地表温度4～6℃[25]，而冬季积雪覆盖深度与气温、雪面温度及土壤温度均有直接关系[26]。新疆特色林果业尚未纳入当地政策性农业保险范畴，一旦发生低温、大风、雪灾等重大自然灾害，农业生产难以迅速恢复、果农损失严重，不利于酿酒葡萄产业持续稳定发展及果农增收[27]。为此，本文分析1961−2020年伊犁地区酿酒葡萄农业气候资源及农业气象灾害（干旱和越冬期冻害）的时空变化特征，以期为合理评估当地酿酒葡萄栽培气候适宜性，降低栽培成本提供可行性参考。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

伊犁地区（42°14’−44°50’N，80°09’−84°56’E）为“三山夹两谷”的地形地貌（图1），属温带大陆性气候，年平均气温8.2℃，年日照时数2794h，年降水量344.7mm，农牧业发展优势显著[28]。截至2020年，该区酿酒葡萄种植面积为1700hm2，集中分布在西部，按地理位置分为3大子产区：霍尔果斯市（新疆生产建设兵团第四师62团，简称“农四师62团”）约有467hm2；伊宁市（农四师70团）约有187hm2；可克达拉市（农四师67团）约有1000hm2，除此之外，霍城县还有约47hm2。酿酒葡萄品种以赤霞珠、美乐、霞多丽、雷司令等为主。

1.2 数据来源

1.2.1 逐日气象数据

选取伊犁地区10个国家气象标准观测站的逐日气象数据，包含站点经度、纬度以及海拔等基本信息（图1）。1961−2020年逐日平均气温、最高气温、最低气温、降水量、日照时数、0cm处平均地温、最高地温和最低地温及2011−2020年积雪深度。以上数据均来自中国气象局。

1.2.2 酿酒葡萄生育期数据

通过查阅文献和资料、实地调研酿酒葡萄种植户和大型试验基地，收集整理2019年和2020年酿酒葡萄关键生育期，部分数据来自新疆维吾尔自治区葡萄酒产业“十四五”规划编制组调研报告和有关公司的调查数据（表1），确定伊犁地区酿酒葡萄春季上架−冬季下架的时间在4月上旬−11月上旬。

参考酿酒葡萄关键生育期的多年平均结果，考虑计算和分析的合理性、方便性，在不区分酿酒葡萄品种情况下，定义伊犁地区4月1日−10月31日为酿酒葡萄生长季，即潜在生长季；11月1日−翌年3月31日（151d）定义为酿酒葡萄非生长季（即越冬期）。生长季内关键生育期分为萌芽−开花期、开花−着色期、着色−成熟期和成熟−落叶期。

1.3 研究方法

1.3.1 气象指标及其计算方法

自20世纪40年代，国内外专家学者针对酿酒葡萄不同品种的生长发育、种植区划、农业气象灾害等方面提出了诸多气象判别指标，如生长季日照时数、≥0℃活动积温、最热月平均温度、不同季节降水量和干燥度等[29]。归纳总结前人研究结果，筛选出适用于伊犁地区酿酒葡萄生长发育的气象指标及计算方法，具体如表2所示。

1.3.2 统计分析

利用Excel2013和R Studio统计软件对研究数据进行分析和显著性统计检验。Mann-Kendall检验法（M-K）是世界气象组织（WMO）推荐并已广泛使用的非参数检验方法[36]，用于分析酿酒葡萄冻害日数的变化及突变检验。

表1 伊犁地区酿酒葡萄物候期日期（月−日）的调查结果

表2 伊犁地区影响酿酒葡萄生长发育的气候资源和农业气象灾害指标及其计算方法

1.3.3 空间表达

利用ArcGIS10.5软件反距离权重插值法（Inverse Distance Weighted, IDW），展示伊犁地区农业气候特征的空间分布。

2 结果与分析

2.1 伊犁地区酿酒葡萄农业气候资源指标时空变化

2.1.1 潜在生长季光热资源

1961−2020年，伊犁地区酿酒葡萄潜在生长季内（4月1日−10月31日）日照数据的空间演变如图2a所示。由图可知，该地区平均日照时数1705.3h，在1523.7～1873.6h波动，高值区出现在西北部霍尔果斯，低值区位于南部昭苏附近，所有站点均达到优质酿酒葡萄1250h的日照时数要求。过去近60a，霍城县站、伊宁市站、新源市站呈显著增加趋势，尤其是伊宁市站每10a上升30.6h；昭苏站和尼勒克站呈显著减少趋势，下降幅度最大为昭苏站，每10a下降18.2h。对于≥10℃活动积温而言，1961−2020年研究区酿酒葡萄潜在生长季内≥10℃活动积温的空间演变如图2b所示，该地区≥10℃活动积温平均为3274.6℃·d，在1935.7～3795.4℃·d波动，高值区在西北部的5个站点，低值区位于南部昭苏附近，全区除昭苏站和尼勒克站外均超过欧亚种酿酒葡萄2500℃·d的积温下限。过去近60a，全区≥10℃活动积温均呈显著增加趋势，平均每10a增加82.7℃·d，尤其霍尔果斯每10a增加101.9℃·d。

2.1.2 潜在生长季降水资源

由图3可见，1961−2020年研究区潜在生长季内降水呈西低东高的空间分布，西北部降水偏少，较为干旱，西南及东部地区降水条件较好。过去近60a，研究区酿酒葡萄潜在生育期内降水量平均为246mm，波动范围在137～455mm，高值区出现在南部昭苏，低值区在西部察布查尔。过去近60a，尼勒克站、巩留站和伊宁市站降水量均呈显著增加趋势，尤其是东北尼勒克县站，每10a增加13mm。酿酒葡萄关键生育期对降水量的需求不均[20−21]。由图4各站逐月降水量可知，伊犁地区60%站点在7月和9月降水量呈减少趋势，伊宁县和昭苏地区酿酒葡萄生育关键期5−9月的降水量均呈减少趋势，一定程度上并不利于满足酿酒葡萄成熟对降水的需求。全区仅伊宁市在酿酒葡萄潜在生育期内降水量呈增加趋势。

图3 1961−2020年伊犁地区潜在生长季降水量空间分布及其变化趋势

图4 1961−2020年伊犁地区潜在生长季各站点逐月降水量平均值及变化趋势

2.1.3 越冬期降雪资源

由图5a可见，伊犁地区酿酒葡萄越冬期降雪量呈东高西低的空间分布，与潜在生长季内降水量空间分布相比较，伊宁县为异常点。降雪量高值区出现在东部新源及西北部伊宁县，低值区出现在南部昭苏，全区降雪量平均为95.8mm，在57.1～141.3mm波动。从气候倾向率来看，1961−2020年全区所有站点酿酒葡萄越冬期降雪量呈显著增加趋势（P<0.05），增幅最大为东部新源站（11.1mm·10a−1）。

由图5b和5c可知，该地区积雪日与积雪深度的空间分布相似，呈南北高东西低的分布。区域平均积雪日为99d，波动幅度在85～125d，占越冬期天数（共151d）的56.3%～82.8%。全区积雪日的高值区出现在南部昭苏站，低值区位于西北部察布查尔站和中部巩留站，变化趋势不显著。全区酿酒葡萄越冬期年积雪深度在120.7～288.3cm；高值区位于昭苏、伊宁县和尼勒克附近，其中伊宁县累积积雪深度达288cm，低值区位于巩留和特克斯附近，累积积雪深度平均为193.4cm，变化趋势不显著。

由图6可知，伊犁地区2011−2020年所有站点逐日积雪深度90%概率在10cm左右，但逐日最大积雪深度略有差异，其中巩留县、昭苏县、霍尔果斯和伊宁市最大积雪厚度约为15cm，察布查尔县和霍城县最大积雪深度达20cm左右，尼勒克县和伊宁县可达30cm。

2.2 伊犁地区酿酒葡萄农业气象灾害时空特征

2.2.1 潜在生长季干旱

1961−2020年，研究区酿酒葡萄潜在生长季内酿酒葡萄需水量、有效降水量和作物水分亏缺指数旬变化如图7所示。由图可见，降水主要集中在4月−7月中旬（正处酿酒葡萄开花−着色期即需水旺盛期），酿酒葡萄各生育期需水量均大于降水量，最大需水量出现在8月上旬，达190mm。全区旬有效降水量分布不均且普遍低于20mm，降水与酿酒葡萄生长期需水极不吻合，常年处于水分亏缺状态，即酿酒葡萄生长季内发生干旱风险相对较大。从空间分布上看（图8），酿酒葡萄四个关键生育期均有中旱及以上的旱情（除昭苏县开花−着色期），70%地区萌芽−开花期呈特旱风险等级，无灌溉条件下干旱风险相对严重；随着降水季来临，开花−着色期全区旱情略有缓解，40%地区降为重旱以下风险等级；着色−成熟期酿酒葡萄需水量增加，重旱风险等级面积有所增加；至成熟期后，昭苏、特克斯、新源等地转为中旱等级。

图5 伊犁地区越冬期（11月1日−翌年3月31日）年降雪资源（1961−2020年平均值）及其线性变化趋势空间分布

图6 2011−2020年伊犁地区各站点越冬期积雪深度的概率分布曲线

图7 1961−2020年伊犁地区酿酒葡萄潜在生长季各旬需水量、有效降水量和作物水分亏缺指数（CWDI）

注：E-上表示上旬，M-中表示中旬，L-下表示下旬。

Note:E- is the first ten-day of a month, M- is the middle ten-day of a month, L- is the last ten-day of a month.

图8 1961−2020年伊犁地区酿酒葡萄各生育期旱情（基于CWDI指数）的空间分布

2.2.2 越冬期冻害

1961−2020年，研究区酿酒葡萄越冬期极端低温及冻害日数的空间分布如图9所示。由图可见，全区1月极端低温平均为−19.4℃，在−15.9～−21.6℃波动，极端低温高值区在东部新源站，低值区位于察布查尔站和尼勒克站，除昭苏站外均呈显著增加趋势，增幅相对较大是霍尔果斯站（1.4℃·10a−1，P<0.05）。全区冻害日数平均为17d（4～27d），冻害日数高值区分布在察布查尔站（−6d·10a−1，P<0.05），低值区在新源站附近，所有站点均呈显著下降趋势。进一步检验分析表明，自1981年冻害日数减少，1999年后显著下降；至2003年下降趋势通过了99.9%显著性检验，冻害日数在1997年和1998年发生两次突变。

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）1961−2020年，伊犁地区除特克斯和昭苏部分区域不满足酿酒葡萄生长的积温需求外，其余地区光热资源丰富，具有适宜酿酒葡萄生产的气候环境。潜在生长季内降水资源略有不足，降水量均低于455mm且空间分布不均，但从时间尺度来看，全区以5.1mm·10a−1趋势显著增长，同时光热资源也在不断增加，一定程度上这些变化有利于酿酒葡萄的生长发育，且为当地选择更适宜的酿酒葡萄栽培品种提供了可能性。在积雪资源方面，研究区酿酒葡萄越冬期降雪资源相对丰富，每10a增长7.4mm，全区被0−10cm积雪深度覆盖的概率为90%。

（2）酿酒葡萄生长关键期的7月、9月旱情较为严重，需适当灌溉量和灌溉次数来缓解旱情；越冬期冻害发生频次和强度有所下降。

3.2 讨论

本研究对伊犁地区1961−2020年酿酒葡萄潜在生长季和越冬期的气候资源及干旱和冻害的演变特征进行分析，从降雪量、积雪天数和积雪深度等角度，明确了伊犁地区酿酒葡萄积雪资源的变化及其敏感因子，为下一步合理高效利用该区农业气候资源和积雪资源、评估酿酒葡萄越冬期积雪保温蓄温的效果奠定理论基础。

近60a来，全区光、热、水资源在时间变化上均呈不同程度增加趋势。这一空间变化与徐娇媚等[3,37−38]研究结果基本一致。该区西北部光热资源相对丰富，降水资源相对偏少；南部昭苏光热资源虽较低，但降水资源较其他站点偏多。总体而言，全区除特克斯和昭苏部分区域外，光热资源基本满足了酿酒葡萄的生长发育所需，这对于扩大当地酿酒葡萄品种的选择范围，提高酿酒葡萄糖分和芳香类物质累积是有利的[15−16]。全区越冬期内降雪量、积雪深度和积雪日数的空间分布略有不同，中东部降雪量较多、积雪日数较长，中部伊宁县和南部昭苏的积雪深度相对最深，与李彦华等[9, 39]结果基本一致。全区降雪量和年积雪深度均呈增加趋势、积雪日减少，90%以上站点均超过10cm积雪覆盖，这与赵勇等[40]认为1961−2009年伊犁地区持续性降水量增加，非持续性降水减少的研究结果一致。全区各站点均呈不同程度的积温和降水增加的“暖湿化”特征（除特克斯站），有利于增加酿酒葡萄花果风味，减少葡萄果实中不成熟的生青气味[15−16]，理论上，当地积雪覆盖的厚度和持续时间在一定的温度下可为替代伊犁地区酿酒葡萄冬季埋土防寒提供可能性。

在7月和9月，伊犁地区60%的站点降水量减少，伊宁县和昭苏地区5−9月（酿酒葡萄关键生长期）降水量均呈减少趋势，一定程度上加大了酿酒葡萄对灌溉的需求，前人研究结果中尚未对此有重点报道。区内降水时间和空间分布不均，导致酿酒葡萄生长季内旱情较为严重，仅东部新源和南部的昭苏地区旱情相对较轻，空间分布结果与刘鹏[41]基于温度植被干旱指数得出的结果一致，即干旱频发地集中在伊犁地区中部和西北部附近；降水季节分配的研究结果与赵勇等[42]认为春旱较夏旱频繁的结论一致。适当的干旱对优质酿酒葡萄的生产也是十分必要的，尤其是幼果期干旱，不仅能提高葡萄酒酿造质量，也能抑制高温高湿环境下病虫害的发生[34]，但是全区60%站点7−9月降水减少，加重了干旱对酿酒葡萄生长发育的影响。对于冻害而言，全区1月极端低温与年冻害日数的空间分布相似，中东部发生冻害较轻、年冻害日数较少，南部地区则与之相反。气候变暖背景下，全区冻害发生趋势逐年减轻，但巴哈古力等[43−44]认为，21世纪后新疆南部秋季极端降温降雪现象愈发频繁，果树冻害发生次数增多。这可能是因为本研究仅选取日最低温度作为冻害指标，未考虑冻害发生时的空气湿度以及实际生产中果树品种、树龄等生产指标。防范冻害的主要措施就是防寒，伊犁地区积雪贮量及其季节变化非常有利于冬季积雪储备，不仅能适当保证土层温度，而且可缓解春季土壤墒情[5]。国际上，专家学者对积雪覆盖越冬的效果持两种相反的观点，一是蓄温保暖的促进作用[45−46]，二是加速冻害发生的不利作用[43−44]。但目前对此仍无统一定论。在酿酒葡萄栽培中，专家学者尝试在中国西北地区用积雪覆盖代替埋土越冬或其他覆盖材料越冬，郭绍杰等[25]认为＞10cm的积雪覆盖提高了地表温度5℃左右。本研究发现，过去60a伊犁地区90%地区逐日积雪深度处于10cm及以下，即全区采用自然积雪覆盖越冬的风险较大，尤其是在冻害最为严重的西北部察布查尔，降雪量最少，积雪日最短，积雪深度偏低，积雪覆盖的越冬方式对酿酒葡萄安全越冬风险最大。但在伊宁县年累计积雪深，积雪日长，逐日最大积雪深度可达30cm，同时冻害日短，最冷月极端低温高，自然积雪覆盖为酿酒葡萄安全越冬提供了可能性。而其他站选择自然积雪覆盖越冬方式均存在不同程度的风险，需充分考虑当地其他气候资源的配置。

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Analysis of Agroclimatic Characteristics of Wine Grape in Ili Region

YANG Fan1,2, LIU Yuan2, LIU Bu-chun2, YANG Xing-yuan1, CUI Cheng2,3, CHEN Yu-bao4

（1. College of Food Science and Pharmacy of Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830000,China; 2. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Efficient Water Use and Disaster Reduction for Crops/Key Laboratory for Agricultural Environment, Ministry of Agriculture and Rural, Beijing 100081; 3. College of Resources and Environment of Northeastern Agricultural University, Harbin 150036; 4. Cereal Great Wall Wine (Xinjiang) Co., Ltd., Wujiaqu 831300)

Based on the daily climate and wine grape growth data of 10 meteorological stations in wine grape cultivable area of Ili Kazak Autonomous Prefecture, Xinjiang Uygur Autonomous Region, spatial distribution and variation of wine grape climate resources and agricultural meteorological disasters in the study area from 1961 to 2020 were analyzed. Those were calculated by M-K test, trend test and other statistical methods, combined with ArcGIS spatial expression. It can be provided a scientific basis for more efficient and reasonable use of local snow resources to alleviate drought and freezing injury and optimize wine grape overwintering methods. The results showed that: (1) the light and heat resources in Ili region were rich except Zhaosu and Nilke, while the spatial distribution of precipitation was uneven and less than 455mm. The precipitation in the whole area increased by 5.1mm·10y−1from 1961 to 2020, which generally met the climatic requirements for the wine grapes growth and development. The snowfall during the wine grapes overwinter period in the whole region increased by 7.4mm·10y−1, while the probability of snow cover in 0−10cm was greater than 90%. (2) The frequency and intensity of frost damage decreased during the overwintering period in the whole region from 1961 to 2020, while drought was more serious in July and September in the potential growing season.

Ili region; Wine grapes; Agricultural climate resources; Snow resources; Agricultural meteorological disasters

10.3969/j.issn.1000-6362.2023.04.001

杨凡,刘园,刘布春,等.伊犁地区酿酒葡萄农业气候特征分析[J].中国农业气象,2023,44(4):261-273

2022−04−07

国家重点研发计划“重大自然灾害监测预警与防范”重点专项（2017YFC1502803）；中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-2014-IEDA）

刘园，副研究员，博士，主要从事农业气象灾害风险评估研究，E-mail：liuyuan@caas.cn；杨兴元，研究员，博士，主要从事葡萄与葡萄酒工程研究，E-mail：402114241@qq.com

杨凡，E-mail：914818105@qq.com