長樂市馬鈴薯低溫災害時間分布特征及其預警方法

李 巖,薛凌英,鄭東旗,吳振海

(1.福州市氣象局，福建 福州 350008；2.長樂市氣象局，福建 長樂 350200；3.福州農(nóng)業(yè)氣象試驗站，福建 福州 350014)

長樂市馬鈴薯低溫災害時間分布特征及其預警方法

李 巖1,薛凌英2,鄭東旗1,吳振海3

(1.福州市氣象局，福建 福州 350008；2.長樂市氣象局，福建 長樂 350200；3.福州農(nóng)業(yè)氣象試驗站，福建 福州 350014)

通過設置田間與氣象臺站對比氣象觀測，對長樂市冷空氣過境后的晴冷天氣(易發(fā)生霜凍天氣)的極端最低氣溫進行差值訂正，將田間寒、凍害氣象指標訂正為氣象臺站預警閾值指標，提出預警方法。并采用福建省長樂市氣象站近30年的氣象觀測數(shù)據(jù)(1982-2011年)分析馬鈴薯寒、凍害時間分布特征，總結避凍栽培策略。

馬鈴薯; 低溫災害; 氣候指標; 時間分布特征; 氣象預警

馬鈴薯(SolanumtuberosumL)又名土豆、山藥蛋、洋芋，起源于拉丁美洲秘魯和玻利維亞等國的安第斯山脈高原地區(qū)[1]，性喜冷涼、晝夜溫差大的氣候條件，莖葉生長期喜長日照，塊莖發(fā)育期喜短日照[1]。馬鈴薯芽生長最適溫度為13-18 ℃，播種后在地下10 cm，地溫10-12 ℃時可順利出苗；莖葉生長最適溫度為17-21 ℃，<7 ℃或>42 ℃時停止生長；塊莖形成和生長發(fā)育最適溫度為17-19 ℃，<2 ℃或>29 ℃時停止生長，晝夜溫差越大，對塊莖生長越有利[1]。播種早的馬鈴薯出苗后常遇晚霜，一般氣溫降到-0.8 ℃時幼苗即受寒害，降到-2 ℃時即受凍害，部分莖葉枯死、變黑，但氣溫回升后還能從節(jié)部發(fā)出新的莖葉，繼續(xù)生長。氣溫在-1.5 ℃時莖部受凍害，-3 ℃時莖葉全部枯死[2]。馬鈴薯受凍后，植株長勢不齊，側枝細、多，容易被病菌感染，直接影響產(chǎn)量。

馬鈴薯在閩東南沿海地區(qū)多作為冬種作物栽培，福建省是南方冬作馬鈴薯的優(yōu)勢區(qū)和主產(chǎn)區(qū)[3]。冬季低溫凍害是影響福建省馬鈴薯栽培的主要氣象災害之一。長樂市地處福建東南沿海，馬鈴薯是當?shù)刂饕N作物之一，常年種植面積2500-3000 hm2[4]。個別年份長樂市馬鈴薯在1月份前后會遇到低溫霜凍，造成植株凍傷，甚至凍死，因而要做好防低溫凍害的準備[5]。據(jù)長樂市農(nóng)業(yè)局調查，2004-2005年冬季，長樂市馬鈴薯因凍受災面積達近千公頃，造成極大經(jīng)濟損失。

馬鈴薯幼苗期易遭受霜凍危害，合理安排播種期，調節(jié)出苗期是避凍栽培的主要措施。 統(tǒng)計近3年田間觀測記錄，長樂市馬鈴薯播種至出苗一般為34 d左右。本文研究了長樂市冬種馬鈴薯凍害氣候風險的時間分布特征，總結避凍栽培策略，并提出預警方法，以期為馬鈴薯大田生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

觀測地設在長樂市古槐鎮(zhèn)主要種植基地。該地與長樂市氣象觀測站直線距離約20 km，地勢平坦，地塊約100 hm2，作物以馬鈴薯為主。

小氣候觀測儀器采用美國AVALON公司生產(chǎn)的AR5型自動小氣候觀測儀。為便于與氣象臺站歷史氣候觀測數(shù)據(jù)進行比較，于馬鈴薯種植地塊內安裝標準百葉箱，于百葉箱內安裝空氣溫濕度探頭(距地面1.5 m)，于地表上方30 cm處(馬鈴薯冠層)安裝空氣溫度探頭，每小時(整點)采集次數(shù)據(jù)。

1.2 方法

1.2.1 寒、凍害指標的訂正 受地形因素影響，田間氣象要素與附近氣象臺站間存在一定差異，無法直接從氣象臺站獲取氣象觀測資料。福建省多山且地形復雜多樣，無常年氣象觀測地區(qū)的氣象資料無法象平原地區(qū)采用簡單的內插、外延法推算。一般在一年中的某些月份或季節(jié)進行一段短時期的觀測，并根據(jù)觀測數(shù)列設法延長為“正?！睌?shù)列，得出小氣候的“正常”特征[6]。極端最低溫度多出現(xiàn)在冬季強寒潮過境后高氣壓控制下的平穩(wěn)晴天。根據(jù)冬季觀測資料尋找在平穩(wěn)(風小)晴天野外測點最低溫度與附近氣象站最低溫度的回歸關系或相關曲線，并結合氣象站的極端最低溫度推出觀測點的極端最低溫度。因田間與氣象站地形、海拔高度基本相近，加之田間觀測時間短、樣本數(shù)少，本文僅采用簡單的差值訂正法對凍害指標進行訂正。具體方法為：挑選冷空氣過境后的晴冷天氣(易發(fā)生霜凍天氣)，計算田間與氣象臺站最低氣溫的差值，因在凍害預警工作中，最大差值更值得關注，故選取3次最大差值取平均為近似差值訂正數(shù)據(jù)[7]。由此，將田間寒、凍害氣象指標訂正為氣象臺站預警閾值指標。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析及處理 福州冬種馬鈴薯主要生長季在11月到次年5月，而馬鈴薯凍害一般發(fā)生在12月到次年3月。因此，本研究重點考察和分析這一階段的凍害發(fā)生規(guī)律。采用長樂市氣象站氣象觀測數(shù)據(jù)為基準數(shù)據(jù)。寒、凍害風險頻率的計算方法為自考察時間點之后出現(xiàn)次數(shù)與考察年份數(shù)之比。

式中，Pi表示第i旬寒、凍害風險頻率；i=1表示12月上旬，i=2表示12月中旬，i=3表示12月下旬，以此類推，i=12表示次年3月下旬；j=1表示1982年，j=2表示1983年，以此類推，j=30表示2011年；Tij=0表示旬內未出現(xiàn)極端最低氣溫小于閾值氣溫，Tij=1表示旬內出現(xiàn)極端最低氣溫小于或等于閾值氣溫。

寒、凍害結束時間指在80%保證率下，寒、凍害最后出現(xiàn)的時間，即在此時間點之后有80%的年份不會發(fā)生寒、凍害。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯寒、凍害氣象預警閾值指標的確定

分析觀測數(shù)據(jù)可知，在冬季強寒潮過境后高氣壓控制下平穩(wěn)的晴冷天氣條件，長樂氣象站百葉箱與田間馬鈴薯冠層日最低氣溫近似差值為3.0 ℃。根據(jù)文獻[2]，并結合田間調查，擬定田間冠層氣溫降到-0.8 ℃作為寒害指標，-1.5 ℃作為輕度凍害指標，-2.0 ℃作為中度凍害指標，-3.0 ℃作為嚴重凍害指標。由此推定，臺站馬鈴薯寒害預報閾值指標為2.2 ℃，考慮到實際誤差因素擬定馬鈴薯寒害預報閾值指標為2.5 ℃，輕度、中度、嚴重凍害預報閾值指標分別為1.5、1.0 、0.0 ℃。

2.2 馬鈴薯寒害風險的時間分布特征

分析長樂市氣象站1982-2011年氣象觀測數(shù)據(jù)，以2.5 ℃(臺站日最低氣溫)為馬鈴薯寒害預報閾值指標，其寒害風險由12月上旬至次年3月中旬遞減(圖1)。播種過早，將遭遇高寒害風險。12月上、中旬出苗，其寒害風險頻率高達每年1.00次；1月下旬出苗，寒害風險頻率每年0.40次以上；2月中旬以后出苗，寒害風險頻率降至每年0.20次以下。

圖1 馬鈴薯寒害風險的時間分布特征Fig.1 Temporal characteristics of freezing hazards in potato

2.3 馬鈴薯輕度凍害風險的時間分布特征

分析長樂市氣象站1982-2011年氣象觀測數(shù)據(jù)，以1.5 ℃(臺站最低氣溫)為馬鈴薯輕度凍害預報閾值指標，其輕度凍害風險由12月上旬至次年3月中旬遞減(圖2)。播種過早，將遭遇高凍害風險。于12月上、中旬出苗，其凍害風險頻率高達每年0.45次；1月中旬出苗，凍害風險頻率仍達每年0.20次；1月下旬以后出苗，凍害風險頻率降至每年0.20次以下；2月上旬以后出苗，凍害風險頻率可降至每年0.10次以下。

圖2 馬鈴薯輕度凍害風險的時間分布特征Fig.2 Temporal characteristics of mild freezing hazards in potato

2.4 馬鈴薯中度凍害風險的時間分布特征

分析長樂市氣象站1982-2011年氣象觀測數(shù)據(jù)，以1.0 ℃(臺站最低氣溫)為馬鈴薯中度凍害預報閾值指標，其凍害風險由12月上旬至次年3月中旬遞減(圖3)。播種過早，遭遇凍害風險越高。12月上、中旬出苗，其凍害風險頻率接近每年0.17次(約6年1遇)；1月中旬以后出苗，遭遇中度凍害風險頻率低于每年0.10次(即10年1遇)。說明長樂市發(fā)生馬鈴薯中度凍害風險較小。

圖3 馬鈴薯中度凍害風險的時間分布特征Fig.3 Temporal characteristics of moderate freezing hazards in potato

2.5 馬鈴薯嚴重凍害風險的時間分布特征

分析長樂市氣象站1982-2011年氣象觀測數(shù)據(jù)，以0.0 ℃(臺站最低氣溫)為馬鈴薯嚴重凍害預報閾值指標，其嚴重凍害風險由12月上旬至次年3月中旬，近30年間僅出現(xiàn)1次，為小概率事件，說明長樂市冬種期間基本不會發(fā)生馬鈴薯嚴重凍害。

3 小結

以長樂市氣象站觀測數(shù)據(jù)為基準，馬鈴薯寒害閾值指標為2.5 ℃(日最低氣溫)，輕度、中度、嚴重凍害閾值指標分別為1.5、1.0、0.0 ℃?？紤]到氣象業(yè)務服務的實際控制精度，建議氣象預警閾值指標定位為：寒害低于3.0 ℃，輕度、中度、嚴重凍害分別低于2.0、1.0、0.0 ℃。本研究表明，長樂市馬鈴薯種植區(qū)存在較高的寒害和輕度凍害風險，中度凍害風險較低(一般低于6年1遇)，嚴重凍害基本不出現(xiàn)，即冬季馬鈴薯寒、凍害僅造成一定程度減產(chǎn)，不至于絕收。馬鈴薯播種至出苗一般需30-35 d。為避寒害，應于1月上旬以后播種，1月下旬以后出苗，其輕度凍害風險頻率可降至每年0.20次以下，2月上旬以后出苗，其風險頻率可降至每年0.10次以下。因此，為避輕度凍害，應于12月下旬以后播種。為搶早上市，于雙季節(jié)晚稻收割后的11月下旬至12月上旬播種的，苗期應采取防凍措施。

由于田間小氣候觀測時間短、樣本數(shù)少，本文僅采用簡單的差值訂正法對寒、凍害氣象預警指標進行訂正，可能存在一定誤差。建議在今后業(yè)務服務工作中，應適當修正，或開展進一步研究。

[1]中國農(nóng)業(yè)科學研究院蔬菜花卉研究所.中國蔬菜栽培學[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2010:319-322.

[2]程天慶.馬鈴薯栽培技術[M].北京:金盾出版社,2007:16.

[3]湯浩.福建省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢及發(fā)展對策[J].中國馬鈴薯,2010,24(6):376-378.

[4]陳明芳.稻草覆蓋并腐熟還田對馬鈴薯產(chǎn)量和品質的影響[J].福建農(nóng)業(yè)科技,2013(9):67-68.

[5]陳瑞錦.長樂市冬種馬鈴薯栽培技術要點[J].福建農(nóng)業(yè)科技,2007(4):23-24.

[6]傅抱璞.關于山地氣候資料的推算問題[M]∥山地氣候文集編委會.山地氣候文集.北京：氣象出版社，1984：23-34.

[7]蔡文華，吳玉雪.極端最低氣溫的二種推算法[M]∥ 山地氣候文集編委會.山地氣候文集.北京：氣象出版社，1984：45.

(責任編輯:張云燕)

TemporalcharacteristicsandwarningmethodoffreezinghazardsinpotatoinChangleCity

LI Yan1,XUE Ling-ying2,ZHENG Dong-qi1,WU Zhen-hai3

(1.Fuzhou Meteorological Bureau,Fuzhou,Fujian 350008,China; 2.Changle City Meteorological Bureau,Changle,Fujian 350200,China; 3.Fuzhou Agricultural Meteorology Experiment Station,Fuzhou,Fujian 350014,China)

The difference of the extreme minimum temperature was revised by setting the field meteorological observation contrasted with the meteorological station in sunny cold weather (frost-prone) following the cold air. The meteorological indicators of freezing observed in the field was revised into the early warning thresholds of meteorological stations,the warning method was accordingly proposed. The meteorological observation data in three decades from 1982 to 2011 in Changle City Meteorological Station,Fuzhou were taken to analyze the temporal characteristics of freezing hazards in potato,so as to work out the measures to avoid the freezing hazards.

potato; cold disasters; climate indicators; temporal characteristics; weather warning

2014-02-12

李巖(1965-)，男，工程師。研究方向：應用氣象。

S162； S532

A

1673-0925(2014)02-0116-04