河北酿酒葡萄生育期农业气候资源对气候变化的响应

孙丽华，靳甜甜，刘冰玉，张军，李瑞盈*

（1. 秦皇岛市气象局，河北秦皇岛 066000；2. 昌黎县气象局，河北昌黎 066600）

农业气候资源是指一个地区气候对农业生产所能提供的自然物质和自然能量，是农业生产的基本环境条件和物质能源，直接影响农业生产过程[1-2]。了解气候变化对农业气候资源的影响，从而分析农业生产中可能发生的各种变化及后果，是研究气候变化对农业生产影响的首要问题[3]。酿酒葡萄的品质由其自身的品种特性和环境条件共同决定，适宜的生态条件是保证其优良品质的重要因素，而气候条件具有决定生产方向的主导作用[4]。气候变化对酿酒葡萄种植、品种、产量和品质产生了影响，因此分析其全生育期农业气候资源的演变特征是研究气候变化对酿酒葡萄产业影响的基础。对此，许多学者已开展专题研究并取得一些成果，表明气候变暖对酿酒葡萄生育关键期主要热量资源和冷冻害产生重要影响，进而引起葡萄产量和质量的波动[5-8]。王静等[9]认为，银川地区热量资源增加为晚熟葡萄品种的成熟提供了保证，但霜冻及越冬冻害不容忽视。李华等[10]研究表明，气候变化背景下，我国适宜酿酒葡萄栽培面积不断向北扩大，且葡萄含糖量有上升趋势，而含酸量有下降趋势[11]。以上研究大多针对贺兰山东麓及陕西等地，但农业气候资源在地理分布上具有不平衡性[12]。河北是我国酿酒葡萄种植大省，目前关于河北酿酒葡萄种植区农业气候资源方面的研究少见报道。本文以河北酿酒葡萄种植区中的张家口、秦皇岛地区为代表，分析河北酿酒葡萄生育期气候资源对气候变化的响应，为减轻或避免气候变化对河北酿酒葡萄产业发展的不利影响、保障稳产优质提供参考依据，对于提高河北酿酒葡萄气候资源利用率、优化葡萄产业布局、促进可持续发展具有一定的现实意义。

1 研究区概况

河北省是我国葡萄和葡萄酒重点产区，葡萄种植面积和总产量居全国第2位，现有种植面积5.4万 hm2，产量约75.8万 t，葡萄面积和产量约占全国的20%，其中酿酒葡萄种植面积近2万 hm2，约占葡萄总面积的40%。河北酿酒葡萄种植区域主要集中在张家口的怀涿盆地和秦皇岛的昌黎、卢龙、抚宁等地，两地的酿酒葡萄种植面积、葡萄酒产量、销售收入等占河北省葡萄酒产业90%以上。河北省政府办公厅下发了《关于做强做优葡萄酒产业的实施意见》，到2022年，全省葡萄酒产业发展实现“两扩大、三提升”，增强河北省葡萄酒国际影响力。葡萄酒产业已成为河北省特色产业，在当地经济发展中具有重要地位。

2 资料与方法

2.1 资料来源

气象资料来自河北省气象信息中心，选取研究区代表性强的6个气象台站，张家口产区的怀来、涿鹿、宣化以及秦皇岛产区的昌黎、卢龙、抚宁地面气象台站1961—2020年逐日气象资料，含平均气温、最低气温、最高气温、降水量和日照时数等。酿酒葡萄生育期时段定为4—10月。

2.2 研究方法

2.2.1 ≥10 ℃有效积温计算

葡萄生物学零度为10 ℃，采用5日滑动平均确定日平均气温稳定通过10 ℃界限的起止日期，计算起止日间平均气温高出10 ℃以上有效温度的总和。

2.2.2 水热系数计算

用气温≥10 ℃期间的降水量与同期活动积温的比值来表示水热系数，指示水分条件满足葡萄需要的程度。

2.2.3 气候倾向率计算

采用最小二乘法拟合一元线性方程：

式（1）中Yi为样本量为n的某一气象要素，a为线性回归系数，ti为Yi对应的时间，b为截距。线性回归系数a的10倍即为气候倾向率；a为正值表示呈上升趋势，a为负值表示随时间变化呈下降趋势。

3 结果与分析

3.1 热量资源

3.1.1 生育期平均气温

葡萄是喜温植物，对热量要求高。热量条件不但决定葡萄物候期长短，同时影响葡萄生长发育、产量和品质形成。1961—2020年河北酿酒葡萄生育期平均气温8.8～25.4 ℃（表1），满足葡萄各阶段对热量的需求。4月中下旬气温回升至10 ℃以上，葡萄萌芽、展叶进入营养生长，此期光温条件对营养生长影响较大。5—6月平均气温17～23 ℃，降水过程少，天气晴好，日照足，枝条生长快，花序和花蕾发育好。7月最热月平均气温23～25 ℃，暖而不热，是葡萄生长的理想气候。8—9月是葡萄果实膨大、转色至成熟期，平均气温16～25 ℃，高温日数少，有利与果实快速膨大及发育。

表1 1961—2020年河北主要酿酒葡萄产地生育期平均气温Table 1 Average temperature during growing period of major wine grape regions in Hebei from 1961 to 2020℃

1961—2020年河北葡萄生育期平均气温18.7 ℃，高值年份出现在2001、2009、2017、2019年，低值年份出现在1969、1976、1979、1980年，2017年为近60年最高值年份。近60年生育期平均气温呈上升趋势，每10年升高0.25 ℃（图1）。年代际看，近60年平均气温变化可分为4个阶段：20世纪60—90年代为相对低值期，平均气温18.2 ℃，比多年平均值低0.5 ℃；20世纪90年代至21世纪20年代为增暖阶段，此期平均气温持续上升，增温显著，每10年升高0.32 ℃；20世纪70年代为偏冷阶段，平均气温18.0 ℃，比多年平均值低0.7 ℃；21世纪以来的20年为近60年温度最高期，平均气温19.4℃，比多年平均值高0.7 ℃。空间分布看，近60年张家口产区平均气温17.8 ℃，秦皇岛产区平均气温19.5 ℃，两地相差1.7 ℃，近60年均呈显著上升趋势，每10年分别升高了0.25 ℃和0.26 ℃。

图1 近60年来河北酿酒葡萄种植区生育期平均气温变化Figure 1 Variation of average temperature during growing period in wine-growing area of Hebei region in recent 60 years

3.1.2 最热月平均气温

影响酿酒葡萄品质形成的关键时期是7—8月（幼果膨大至果实着色期），这一时期的气象条件对葡萄品质有决定作用[13]。研究表明，7月平均气温25 ℃以下，可使酿酒葡萄色素和芳香类物质发育良好[14]。近60年河北酿酒葡萄种植区最热月（7—8月）平均气温21.7～26.8 ℃，均值24.1 ℃（图2），其中7月平均气温24.6 ℃，8月平均气温23.6 ℃。该地区近60年最热月均温呈显著升高趋势，每10年升高0.20 ℃，其中7月升高0.18 ℃，8月升高0.22 ℃。从年代际来看，20世纪60—80年代为相对偏低阶段，年代均值均较常年低，尤其70—80年代为偏冷阶段，年代平均值较常年低0.5～0.6 ℃。20世纪90年代以来为偏暖阶段，尤其2005年至今最热月平均气温是1961年以来最高时段，16年平均气温均在常年值以上。空间分布看，张家口产区7月均温24.0 ℃，8月均温22.4 ℃，近60年均呈升高趋势，每10年分别升高0.18 ℃和0.23 ℃；秦皇岛产区7月均温25.3 ℃，8月均温24.8 ℃，近60年亦呈升高趋势，每10年分别升高0.19 ℃和0.18 ℃。研究表明，最热月平均气温约为20 ℃（白葡萄酒产区）或略高于20 ℃（红葡萄酒产区）是生产葡萄酒的理想气候[15]，因此，最热月平均气温的升高不利于酿酒葡萄优良品质的形成。

图2 河北酿酒葡萄种植区最热月平均气温Figure 2 The warmest monthly mean temperature in winegrowing area of Hebei region

3.1.3 气温日较差

气温日较差对酿酒葡萄糖分的积累起着重要作用，适度的昼夜温差有利于酿酒葡萄浆果酸度和香气的保持。特别在葡萄成熟期，白天高温有利于光合作用，有机质积累较多；夜间低温，呼吸作用较弱，降低有机物消耗，有利于糖分积累[16]。1961—2020年河北酿酒葡萄生育期气温日较差11.9～15.1 ℃，均值为12.1 ℃。其中张家口产区11.9～15.1 ℃，均值为13.3 ℃；秦皇岛产区9.9～13.0 ℃，均值10.9 ℃。河北酿酒葡萄生育期气温日较差呈减少趋势，每10年减少0.18 ℃（图3），统计生育期逐月气温日较差数据得出：仅张家口8月气温日较差为增加趋势，每10年增加0.03 ℃，其余月份均呈减少趋势，尤其6月显著减少，每10年下降0.28 ℃，其次为5、9、10月（表2）。分析表明，河北酿酒葡萄生育期内气温日较差降低主要是最低气温的升高大于最高气温的升高所致。

表2 1961—2020年河北酿酒葡萄生育期气温日较差（10年均值）Table 2 Daily temperature range in Hebei wine grape growing period from 1961 to 2020 (10 years average)℃

图3 1961—2020年河北酿酒葡萄生育期气温日较差Figure 3 Diurnal temperature range during growing period in wine-growing area of Hebei region from 1961 to 2020

3.1.4 均温稳定通过10 ℃起止日期及持续时间

河北酿酒葡萄需埋土越冬，翌年春季日平均气温稳定通过10 ℃时葡萄开始萌芽[17]，因此，日均温稳定通过10 ℃可以表征葡萄适宜出土放条。1961—2020年河北酿酒葡萄种植区稳定通过10 ℃起始时间平均为4月11日，秦皇岛和张家口产区最早均为3月21日（2014年）；秦皇岛产区最晚4月29日（1979年），张家口产区最晚5月5日（1976年）。近60年河北酿酒葡萄种植区日均温稳定通过10 ℃起始时间表现显著提前，每10年提前3.0 d。

1961—2020年河北酿酒葡萄种植区稳定通过10 ℃结束时间的均值为10月14日，秦皇岛产区最早10月9日（2003年），最晚11月6日（1994年）；张家口产区最早9月15日（1997年），最晚10月24日（2014年）。近60年河北酿酒葡萄种植区日均温稳定通过10 ℃的结束时间呈推迟趋势，每10年延后0.7 d。

近6 0 年日平均气温稳定通过1 0 ℃持续日数142～226 d，均值185.9 d，日平均气温稳定通过10 ℃的持续日数呈显著增加趋势，每10年增加2.1 d（图4）。从年代际看，20世纪70年代持续日数为近60年最短，为181.6 d，比平均值少4.3 d；21世纪10年代持续日数为近60年最长，为193.5 d，比平均值多7.6 d。从空间分布看，张家口产区持续日数均值176.4 d，最短142 d（1980年宣化），最长217 d（2014年涿鹿）；秦皇岛产区持续日数均值195.5 d，最短173 d（1986年抚宁），最长226 d（2014年卢龙）。日均温稳定通过10 ℃起始时间显著提前及结束时间推迟导致其持续日数呈增加趋势，表明河北酿酒葡萄种植区的生长季延长，有利晚熟品种的成熟。

图4 1961—2020年河北酿酒葡萄种植区稳定通过10 ℃持续日数Figure 4 The last days of stable through 10 ℃ during growing period in wine-growing region of Hebei region from 1961 to 2020

3.1.5 ≥10 ℃有效积温

1961—2020年河北酿酒葡萄生育期≥10 ℃有效积温1390.8～2354.6 ℃，均值1920.7 ℃。近60年呈显著增加趋势，每10年增加48.4 ℃，尤其1997年后的24年中仅2010年的1898.5 ℃比平均值低，其余均高于多年均值。其中张家口产区1496.6～2006.8 ℃，秦皇岛产区1768.4～2339.3 ℃，每10年分别增加47.6 ℃和49.3 ℃（图5）。年代际看，1961年以来各年代有效积温均值分别为1855.2、1800.0、1853.4、1943.4、2020.3、2052.0 ℃，较上年代变化幅度为﹣55.2、53.4、90.0、76.9、31.7 ℃，可知仅20世纪70年代较60年代减少，其余均为增加，且20世纪90年代较80年代显著增加。≥10 ℃有效积温增加主要是日均气温稳定通过10 ℃的起始日期显著提前及结束日期推后导致持续日数的增加引起。有效积温的增加提高了晚熟品种的成熟度及果实品质，有助于品种多样化的发展。

图5 1961—2020年河北酿酒葡萄种植区≥10 ℃有效积温Figure 5 The effective accumulated temperature ≥10 ℃during growing period in wine-growing region of Hebei region from 1961 to 2020

3.2 降水资源

3.2.1 生育期降水量

葡萄生长需要一定水分供应及合理的季节分配，适宜的土壤墒情和空气湿度利于糖分积累及浆果成熟[18]。1961—2020年河北酿酒葡萄生育期降水量183.5～1187.9 mm，均值496.7 mm，最高值1187.9 mm（1969年昌黎），最低值183.5 mm（1965年怀来）。从空间分布看，张家口产区年平均降水量361.1 mm，秦皇岛产区632.3 mm，两地相差271 mm。近60年河北酿酒葡萄生育期降水呈显著减少趋势，每10年减少11.3 mm，主要表现为张家口呈增加趋势，每10年增加4.0 mm；秦皇岛呈显著减少趋势，每10年减少26.7 mm（图6）。因此，河北酿酒葡萄生育期平均降水量的显著减少主要是秦皇岛产区降水量降低所致。

图6 1961—2020年河北酿酒葡萄生育期降水量Figure 6 The precipitation during growing period in winegrowing region of Hebei region from 1961 to 2020

3.2.2 成熟期降水量及降水日数

成熟期降水是影响酿酒葡萄成熟度和质量的主要因素。降水过多引起裂果和果实病害，对葡萄增糖、着色、风味物质形成也有不利影响，病害风险高，进而影响葡萄和葡萄酒品质[19]。1961—2020年河北酿酒葡萄成熟期降水量1.1～240.1mm，均值52.3 mm，最大值出现在1988年的卢龙，为240.1mm。其中张家口产区4.7～157.0 mm，均值47.7 mm；秦皇岛产区1.1～240.0 mm，均值54.5 mm。近60年河北酿酒葡萄成熟期（9月）降水呈增加趋势，每10年增加3.5 mm，尤其20世纪80年代以来降水量平均值54.7 mm，比60、70年代增加10.7 mm。成熟期降水增加主要表现为张家口产区呈显著增加趋势，每10年增加5.2 mm；秦皇岛产区增加趋势不明显，每10年增加1.9 mm。

1961—2020年河北酿酒葡萄成熟期降水日数1～20 d，均值10 d，最少1 d出现在2019年秦皇岛产区，最多20 d出现在1981年的涿鹿。近60年成熟期降水日数呈减少趋势，每10年减少0.4 d，主要表现为1961—1991年降水日数较多，1992—2020年降水日数较少，尤其21世纪以来降水日数均值8.9 d，比20世纪60—80年代减少1.8 d。

3.2.3 成熟期水热系数

成熟期水热系数对酿酒葡萄总酸、总糖有明显影响。水热系数＜0.57则可使糖酸比达到酿制优质酒的指标；水热系数过大，果实总酸含量过高，糖酸比不能很好协调[20]。统计表明，河北葡萄酒品质与成熟期水热系数呈显著负相关，如2001、2002、2007年昌黎产区成熟期水热系数分别为0.24、0.23、0.28，当年的年份酒较好；而2004、2012年成熟期水热系数分别为1.75、2.22，当年的年份酒较差或很差。1961—2020年河北酿酒葡萄成熟期水热系数0.02～4.06，均值0.93，最小值0.02出现在1963年的昌黎，最大值4.06出现在1988年的卢龙。近60年河北酿酒葡萄成熟期水热系数呈显著增加趋势，每10年增加0.30，主要表现为张家口产区水热系数呈显著增加趋势，每10年增加0.68，秦皇岛产区水热系数基本无变化。

3.3 生育期日照时数

光照是葡萄进行光合作用的主要能源，日照时数长短对其花芽分化、果实着色、品质形成有很大影响。1961—2020年河北酿酒葡萄生育期日照时数1443.1～2045.8 h，均值1759.9 h，高于酿酒葡萄优质生态区生长季日照时数1250 h的要求。其中张家口产区均值1811.0 h，秦皇岛产区均值1708.7 h，相差102.3 h，张家口日照时数较秦皇岛更充足（图7）。近60年生育期日照时数呈波动减少趋势，每10年减少15.9 h。年代际来看，20世纪60年代日照时数最多，平均值1806.4 h；21世纪第一个10年日照时数最少，平均值1716.6 h；21世纪以来平均日照时数1725.1 h，比多年平均值减少34.8 h。空间分布看，张家口日照时数呈显著减少趋势，每10年减少30.1 h；秦皇岛呈增加趋势，每10年增加0.77 h。因此，河北酿酒葡萄生育期日照时数减少主要是张家口日照时数显著减少占主导。

图7 1961—2020年河北酿酒葡萄生育期日照时数Figure 7 The sunshine hours during growing period in winegrowing region of Hebei region from 1961 to 2020

4 讨论与结论

气候变化对河北酿酒葡萄生育期气候资源产生了一定影响，酿酒葡萄生产需主动适应气候变化，合理利用气候资源。

（1）近60年河北酿酒葡萄生育期平均气温、最热月平均气温均呈升高趋势，尤其2005年以来最热月平均气温为近60年最高时段；气温日较差呈不显著减少趋势，主要由于最低气温升高趋势大于最高气温升高趋势所致。≥10 ℃有效积温显著增加，1997年后增加明显。充足的热量条件在一定程度上利于酿酒葡萄酶活性的提高，同时也利于糖分积累及品质提升。但最热月气温升高，可能使果酸含量低，果香不足，对品质形成不利。尤其气温达35 ℃以上时，葡萄的生理活动就会减缓，容易发生日灼和气灼等生理性病害，导致果实褐变坏死影响葡萄产量和品质。

（2）近60年河北酿酒葡萄种植区日平均气温稳定通过10 ℃起始时间显著提前，结束时间推后，起止间日数显著增加。稳定通过10 ℃起始时间显著提前及结束时间推迟导致其持续日数呈增加趋势，表明河北酿酒葡萄种植区的生长季延长，但遭受晚霜冻的可能风险随之增加。实际生产中可根据当地小气候条件种植不同熟性品种，增加品种的多样性。同时不同葡萄品种对气候适宜性不同，精细化霜冻指标仍需进一步研究。

（3）近60年河北酿酒葡萄生育期降水呈显著减少趋势，但成熟期降水呈增加趋势，20世纪80年代以来增加明显。成熟期降水日数呈减少趋势，21世纪以来降水日数显著减少。成熟期降水量增加但降水日数减少，表明降水量级呈加大趋势，酿酒葡萄成熟期遭受降水灾害的可能风险加大，尤其极端降水会大幅降低酿酒葡萄的品质，葡萄园日常管理中应注重极端降水的防范工作。

（4）近60年河北酿酒葡萄生育期日照时数波动减少，主要表现为张家口产区显著减少。生育期日照时数减少但仍在适宜范围，对葡萄优良品质形成无不利影响。

（5）农业气候资源的变化已经给酿酒葡萄布局及品种选择带来一定影响，需积极应对气候变化，合理利用气候资源，以促进酿酒葡萄产业健康发展。不同酿酒葡萄品种对气候变化的适应性不同，因此，在葡萄的各生育期，仍需加强极端天气气候事件和气象灾害的监测和防范，减轻或避免气候资源变化对酿酒葡萄产业发展的不利影响。同时，开展农业气候资源对葡萄品质的影响研究，促进酿酒葡萄提质增效。现有研究中，大多采用统计方法判定农业气候资源的变化趋势，对指导生产具有局限性，未来可综合利用小气候站实时资料、数值预报产品及生育期影像监控等，从多维尺度上探究小气候变化对酿酒葡萄种植的影响。