长白山人参越冬期气候环境特征研究

袁福香 高 岩，3 穆 佳 刘 伟

（1.吉林省气象科学研究所，吉林长春 130062；2.吉林省农业气象灾害风险评估与防控科技创新中心，吉林长春 130062；3.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

人参为多年生宿根草本植物， 被世界科学界公认为是具有特殊功效的名贵药材。 有文献记载的临床应用就长达2 000 多年历史[1]。 我国是人参的起源地，野生人参主要分布在中国东北地区、朝鲜半岛等地[1]，目前中国东北长白山脉的中山低山丘陵区是闻名世界的人参主产区。 由于人参重茬问题没有彻底解决， 目前种植区已向南扩散至辽宁宽甸一带， 向北扩散至牡丹江甚至是小兴安岭一带。 当前所指长白山人参一般包括本地人参和西洋参两个品种， 本地人参是长白山区原生的本地人参品种， 西洋参是由美洲引入在长白山区多年种植的品种[2-3]。受气候变化影响，各种气象灾害尤其是冻害对人参种植业的影响加大， 给人参种植户造成惨重的经济损失。 2018 年冬季，靖宇隆冬季节几乎未出现降雪天气，地面无积雪覆盖，人参发生冻害，西洋参冻害更为严重。 2020 年初冬出现罕见的暴雨天气，降水过后猛烈降温，通化县等多地人参冻害较重。 长白山区人参越冬冻害严重威胁人参生产， 尤其是外来引进的西洋参抗冻能力较弱[3]，极易发生越冬冻害。

关于人参的研究多集中在其药效[4-5]及其生长生理生态[6-8]方面，且主要研究时段是人参生长季[9-10]。 关于人参越冬期气象条件研究，王刚等[11]、李继宝等[12]、黄瑞贤等[13]、袁福香等[14]分析了个别典型灾害年份冬季的气候特点。防范人参冻害，首先应该了解人参越冬期常年气候特征及其土壤环境特征，掌握人参冻害发生机理。 因此，本文详细分析了长白山人参越冬环境的平均气候特征、越冬期土壤温度特征及其变化规律， 以期为有效防御人参越冬期冻害奠定理论基础。

2 资料来源与计算方法

2.1 研究区概况

我国人参主要分布在长白山脉及小兴安岭东南部，主要集中在长白山中段[15]，其中集安、通化、抚松、长白和敦化是我国人参主要产区，也是当前人参核心种植区。综合考虑种植区产量、地理位置及气候因子的代表性，本文选取集安、通化、抚松和敦化作为代表站点分析长白山人参越冬期环境特征。集安位于长白山脉南部；通化地处长白山主峰西南部；抚松位于长白山腹地，主峰西麓，松花江上游，是野生人参的重要生长地；敦化位于长白山主峰西北麓。

2.2 研究资料

代表站逐日气象资料来源于吉林省气象信息网络中心。最高气温、最低气温、平均气温、降水量和日照资料年限： 集安1954—2021 年， 通化1975—2021 年，抚松1957—2021 年，敦化1953—2021 年。5 cm 地温资料年限为2005—2021 年。积雪深度和积雪覆盖时长资料年限为2012—2021年。 冻土资料年限为1961—2021 年。

2.3 长白山人参越冬期的确定

人参是多年生草本植物， 从播种到收获一般至少要经历4 年以上，野生人参甚至可达百年。人参越冬期指的是深秋人参地上植株枯萎死亡后至翌年春季发芽前，地下根茎越冬休眠期。由于长白山区位于中高纬度高海拔区域，一般进入11 月气温已经下降到0 ℃以下， 土壤开始结冰， 进入冬季；3 月气温已经回升， 但地面尚多处于冻结状态，一些春季温暖的年份，至3 月末个别站土壤会化通，但自然植被尚未复苏生长。因此本文确定长白山人参越冬期为11 月1 日至翌年3 月31 日。

2.4 数据统计

统计各代表站逐年越冬期的气候特征， 包括平均气温、最高气温、最低气温、降水量、日照时数、最大积雪深度和积雪覆盖时长。统计各代表站逐年越冬期的土壤环境特征， 包括最大冻土深度及出现时间、结冻时间和化通时间，以及地温等。各气象要素利用Excel 2016 进行统计分析。

3 结果分析

3.1 人参越冬期气候特征

3.1.1 气温

越冬期气温是影响冻土深度和人参越冬所在土壤层温度的重要因素。 长白山区冬季较长，尤其是高海拔地区，人参在气温降到12 ℃时萎蔫落叶[16]；在气温稳定降至0 ℃以下，正式开始越冬。长白山区各地气温差异较大（图1）。 人参越冬期平均气温多在-10.3～-6.1 ℃，集安较高，为-6.1 ℃；敦化较低，为-10.3 ℃。 越冬期平均气温历史最高值为-3.5 ℃，出现在1997 年的集安；历史最低值为-15.2 ℃，出现在1956 年的敦化。各站历年越冬期平均气温均呈上升趋势， 集安平均气温增速最大（0.504 ℃/10 a），通化增速相对较小（0.203 ℃/10 a）， 尽管不同站点增温速度有所不同，但都呈现升温趋势，反映了长白山人参种植区越冬期气候呈增暖趋势。

图1 长白山人参核心种植区越冬期平均气温变化

人参越冬期平均最高气温反映了人参越冬期间白天的冷暖程度。 集安较高（0.5 ℃），敦化较低（-3.7 ℃）。 越冬期平均最高气温历年最高值为3.0 ℃，出现在1997 年的集安；最低值为-7.4 ℃，出现在1956 年的敦化。研究时段内各站人参越冬期平均最高气温均呈上升趋势， 敦化上升趋势较为明显， 为0.489 ℃/10 a； 抚松上升幅度相对较小，为0.202 ℃/10 a。

平均最低气温是人参越冬期间夜间气温冷暖的反映，集安较高（-11.3 ℃），敦化较低（-16.1 ℃）。人参越冬期平均最低气温历年最高值为-8.2 ℃，出现在1989 年的集安；最低值为-21.7 ℃，出现在1956 年的敦化。 长白山区极端最低气温南部高北部低，集安多数年份在-30 ℃以上，其他站多数年份在-30 ℃左右或以下。 极端最低气温极值为-42.3 ℃，出现在2001 年的通化。 平均最低气温呈现波动上升趋势， 上升幅度敦化最大，为0.695 ℃/10 a；通化最小，为0.107 ℃/10 a。

3.1.2 降水量

人参越冬期降水量决定积雪覆盖厚度和越冬期积雪覆盖时长。分析有气象记录以来至2020 年越冬期降水量：抚松县位于长白山腹地，距离长白山主峰较近，人参越冬期平均降水量明显偏多，达146.8 mm；敦化较少，为49.4 mm；集安、通化的降水量介于两地之间。 人参越冬期最大降水量为276.4 mm，2009 年出现在抚松； 最小降水量仅为14.5 mm，1973 年出现在敦化。 各地降水量年际变化较大，总体呈略增多趋势（图2）。

图2 长白山人参核心种植区越冬期降水量变化

3.1.3 日照时数

长白山人参越冬期平均日照时数多在840～895 h，最大值为1 241.6 h，2019 年出现在抚松；最小值为1 050.6 h，1983 年出现在通化。长白山人参越冬期日照时数年际变化较大， 总体呈现减少趋势，其中通化减少趋势最为明显。以敦化为例：1981年以前越冬期日照时数多在900 h 以上；1982 年之后，日照时数明显变少，多在860 h 以下。

3.1.4 积雪深度和积雪覆盖时长

积雪深度和积雪覆盖时长对人参安全越冬具有重要影响。地面有积雪覆盖，土壤温度受到外界空气温度的影响就会较小， 积雪越深保温效果越好；积雪覆盖时间越长，土壤温度越稳定，越有利于人参安全越冬。

初冬由于气温冷暖变化较为剧烈， 降雪多不能在地面保存便融化，随着气温下降至0 ℃以下，降雪在地面存留。积雪深度和积雪在地面的留存时间主要与降雪量大小和降雪频率有关。刚刚降雪后积雪较深， 然后逐步融化或升华而变浅，直至地面无积雪覆盖，最大积雪深度是整个人参越冬期积雪深度的最大值。 2012—2020 年各观测站越冬期积雪情况如表1 所示，最大积雪深度为52 cm， 出现在抚松； 敦化最大积雪深度最浅，为27 cm。 最长积雪覆盖时间是135 d，出现在抚松，整个越冬期基本都存在积雪； 最短积雪覆盖时间出现在集安，最长覆盖时间为110 d。 无论最大积雪深度还是积雪覆盖时间，不同地方、不同年份差异都比较大。

表1 极端最大积雪深度及极端最长积雪覆盖时间

3.2 人参越冬期土壤环境特征

3.2.1 最大冻土深度

入冬气温降至0 ℃以下后， 土壤由地表逐步向下开始冻结，随着气温降低，冻土层越来越厚，逐渐达到一年中最大的冻土深度； 之后受气温回升影响，冻土开始融化，冻土层逐渐变薄，直至全部化通。 受气候波动影响，每年结冻时间、最大冻土深度和冻土完全化通时间各不相同， 不同区域也各不相同。通过分析，敦化平均最大冻土深度最深，达145.8 cm；抚松最浅，仅为66.1 cm（表2）。长白山区冻土深度的历史极大值为184 cm，1984年3 月底出现在敦化； 历史极小值仅为13 cm，1994 年3 月上旬出现在抚松。 各地冻土达最深值的平均时间亦不相同， 集安最早，2 月19 日冻土达最深；敦化最晚，3 月19 日达到最大冻土深度。各地平均结冻时间敦化最早，为10 月14 日；集安最晚， 为11 月16 日。 土壤平均化通时间集安最早， 为4 月7 日； 敦化最晚，5 月24 日才完全化通。 历史最早化通时间出现在集安，1961 年3 月18 日就完全化通； 最晚化通时间为6 月22 日，1969 年出现在敦化。 各地土壤平均封冻期（从初冬土壤开始结冻至春季土壤完全化通的天数）敦化最长，达221 d；集安最短，仅为143 d。

表2 长白山区土壤结冻及化冻情况

3.2.2 地温

人参是多年生宿根草本植物， 人参芦头一般位于土壤5～10 cm 深处， 芦头于来年春天发芽长出茎叶，人参根的主体一般位于土壤10～20 cm 深处。因此，越冬期5～20 cm 土壤温度是决定人参能否安全越冬的关键。地温与气温有明显相关性，越冬期从地面向地下温度逐渐升高， 土层越深温度相对越稳定。土壤温度还与积雪覆盖有关，积雪覆盖深的区域或年份，地温相对偏高。一般情况下越冬期极端最低气温多出现在12 月下旬—1 月下旬，以1 月中旬出现低温的频率最高，在一年中最低气温出现的过程中，地温也相应降低，人参越冬期5 cm 深的土壤温度多在-13～0 ℃，越深土壤温度越高。 人参越冬期最冷时段（12 月10 日—2 月10 日）5 cm 地温多在-13～-1 ℃，10 cm 地温多在-12～-1 ℃，15 cm 地温多在-11～-1 ℃，20 cm 地温多在-10～0 ℃。

不同深度土壤极端最低温度表现为土壤越深温度越高 （表3），5 cm 土壤极端最低温度多在-17.1～-12.4 ℃， 不同区域表现为抚松较高，敦化较低，10～20 cm 地温有相同的分布规律。

表3 长白山各地人参越冬期不同土壤深度极端最低温度

4 结语

（1） 从长白山人参越冬环境气候特征分析可知，气候条件和人参越冬层土壤环境差异很大，越冬期平均气温在-10.3～-6.1 ℃，平均极端最低气温在-33.2～-27.5 ℃。 人参越冬层土壤最冷时段5 cm地温多在-13～-1 ℃，5 cm 土壤极端最低温度多在-17.1～-12.4 ℃， 极端最低地温比气温高15 ℃以上，10 cm 及20 cm 土壤高的更多。

（2） 影响人参越冬的另一个重要因素是降雪量，越冬期降雪量越大，积雪越厚，覆盖时间越长，土壤温度就越高，人参冻害发生的可能性就越小。造成人参越冬冻害的因素是越冬层土壤温度是否能保障人参安全越冬。冬季气温低是常态，降雪多且分布均匀或做好覆盖防寒可以使土壤保温使越冬人参免受冻害， 若未防寒覆盖或防寒效果不好又遭遇降雪量偏少或降雪时空分布不均就易导致越冬冻害发生。

（3）日照对人参越冬虽无直接影响，但日照时数多可使积雪融化或升华造成积雪厚度变浅，对人参越冬有间接影响。不同品种（人参和西洋参及细分品种） 不同参龄抗冻能力不同， 不同土壤湿度、低温持续时间、低温出现的时段都对人参是否发生冻害和冻害发生的程度都不相同， 需通过田间试验进一步深入研究。

（4）长白山沟壑纵横，小气候条件明显，长白山南北跨度较大， 本文仅用4 个站点的资料进行分析， 虽在一定程度上可代表长白山人参区气候特征，但会有极端的气候事件出现，应具体问题具体分析。