哈密紅棗物候期和產量與氣候要素的關系初探

胡啟瑞，王 娟，芮建梅，火勛國，姚艷麗，顧雅文

（1.新疆維吾爾自治區農業氣象臺/新疆興農網信息中心，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆哈密市伊州區氣象局，新疆 哈密 839000）

紅棗植株對光照、溫度和干旱的適應性強。自20世紀90年代后期以來，新疆紅棗產業發展迅速。2018年新疆紅棗產量達361萬t，占全國紅棗產量的49%。吐哈盆地是新疆優良制干紅棗的林果生產基地，其中哈密地區已有2000年的紅棗種植歷史。哈密紅棗是中國國家地理標志產品，紅棗生產已成為促進當地農村經濟社會發展、農民增收的支柱產業之一。新疆地域遼闊，地形地貌復雜，氣候類型多樣，近年來極端氣候事件的發生頻率和強度有所增加，制約了瓜果的產量和品質［1-3］。研究分析氣候變暖背景下紅棗生長發育的變化趨勢對于實際生產具有指導意義。

有關全球氣候變化背景下新疆農業氣候資源變化的研究表明，從20世紀80年代中后期開始新疆氣候逐漸向增溫、增濕方向發展［4-6］;氣候變化已對新疆的生態環境［7-8］、水文以及種植結構［9-10］等方面產生了深遠的影響。目前，國內學者在林果生長與氣候變化關系方面做了相關研究，張山清等［11-14］研究發現：在氣候變化背景下，新疆農業的熱量資源得到了明顯改善，杏、核桃、蘋果和釀酒葡萄的適宜種植區有所擴大。吉春容等［15］分析了近40年哈密瓜生長的氣象條件，發現哈密瓜在生長季的熱量資源呈顯著增加趨勢，6、7月的高溫對哈密瓜產量有不利影響。梁軼等［16］基于GIS技術進行研究，預估未來35年在陜晉黃河沿岸北部適宜區可適當擴大適于本地發展的制干紅棗栽植面積。劉璐等［17］研究發現黃土高原蘋果主產地氣候呈暖濕變化特征，受其影響，春季物候期呈提前趨勢，秋季物候期呈推遲趨勢。李香芳等［18］分析了寧夏枸杞近57年生長的氣象條件，發現氣候變化有利于寧夏枸杞單產的提高，同時氣候變暖增加了冬季農田土壤水分蒸發，病蟲害發生有增加趨勢。目前針對影響紅棗產業的研究主要集中在氣候區劃和致災關鍵氣象因子方面，李新崗［19-20］、周麗等［21］歸納總結了我國紅棗種植區的氣候特點，建立了紅棗區劃指標。張玉蘭等［22］通過對歷年紅棗產量與氣象因子的統計分析，明確了紅棗受干熱風影響的關鍵氣象因子和關鍵影響時段。張山清等［23］分析了氣候變化背景下新疆紅棗種植區劃的變化。段曉鳳等［24］通過分析中寧縣的氣象資料和紅棗產量資料，確定了脆熟采收期連陰雨對紅棗產量的影響最大。但有關氣候變暖背景下，新疆紅棗生長發育對氣候變化如何響應，以及氣象條件的差異對各關鍵生長發育期的影響研究尚不多見。本文以哈密紅棗為研究對象，在分析氣候特征的基礎上，探討了紅棗在各生長發育期、各發育期內氣象條件的差異變化以及兩者的相關關系，旨在闡明影響哈密紅棗生長發育期的關鍵氣象因子，為合理利用氣候資源、應對氣候變化提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

哈密市地處天山東段南麓，是新疆通向我國內地的要道，為封閉型盆地，地勢北高南低，平均海拔760 m，屬典型的溫帶大陸性干旱氣候。

1.2 研究資料及方法

選用哈密市國家一般氣象站1981～2021年不同時段的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數等觀測資料，并計算不同界限的積溫；氣象數據來源于新疆氣象信息中心。1991～2021年紅棗發育期數據來自該站的觀測資料；將歷年的發育期日期轉化為距當年1月1日的實際天數，即日序數，得到發育期的時間序列。哈密市紅棗種植面積和產量數據來源于新疆維吾爾自治區統計局。

通過線性回歸方程求出各氣象要素的氣候傾向率，并采用線性回歸法分析發育期、產量的年際變化趨勢及其與各氣候因子的相關性［25］；通過M-K突變檢驗方法進行氣候要素變化的趨勢檢驗［26］。哈密紅棗的氣候產量等于實際產量減去趨勢產量；采用5年滑動平均值方法模擬紅棗的趨勢產量［27］。利用Excel 2010和SPSS 16.0軟件進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 哈密紅棗生長的氣候變化特征

2.1.1 氣候因子的年際變化 哈密市1981～2021年多年平均氣溫為10.5 ℃，年降水量為42.8 mm，年日照時數為3330.9 h，年平均地溫為13.5 ℃，年平均氣溫日較差為15.1 ℃，無霜期為189 d，≥35 ℃的高溫日數年平均為39 d，冬季極端最低氣溫平均為-21.6 ℃（圖1）。近41年來，年平均氣溫、年降水量、年平均地溫、年日照時數、≥35 ℃的高溫日數總體均呈上升趨勢，氣候傾向率分別為0.32 ℃/10 a、1.11 mm/10 a、0.63 ℃/10 a、36.32 h/10 a、6.49 d/10 a；而年降水日數、大風日數、冬季極端最低氣溫、平均相對濕度呈減少趨勢。在各種氣候要素中，年平均氣溫、平均地面溫度、氣溫日較差、大風日數、≥35 ℃的高溫日數的變化（變化速率）達到了極顯著（P＜0.01）水平，年降水量和日照時數的變化未通過顯著性檢驗（表1）。41年來哈密市的年平均氣溫上升了1.3 ℃，平均地面溫度提高了2.5 ℃，日照時數增加了148.9 h。

表1 哈密市1981～2021年氣候因子的變化趨勢

圖1 哈密市1981～2021年氣候因子的年際變化趨勢

M-K趨勢檢驗可以檢驗氣象要素是否發生突變以及突變發生的時間。本文采用通過95%的顯著性檢驗方法（信度線U0.05=±1.96），對溫度、降水、日照時數等氣象要素進行突變檢驗。結果顯示：年平均氣溫突變檢驗中的UF線與UB線于2012年相交（圖2a），年平均地面溫度和年日照時數的UF線與UB線分別在2003和2009年相交于兩條信度線之間；結合上述3個氣象要素的滑動t檢驗均通過了顯著性檢驗，說明年平均氣溫、年平均地面溫度和年日照時數分別在2012、2003和2009年發生了突變；突變后年平均氣溫上升了0.64 ℃，年平均地面溫度提高了1.60 ℃，年日照時數增加了168.10 h。在圖2b中，UF線與UB線在α=0.05顯著水平臨界線內有多個交點，且對降水量均值的t檢驗未通過顯著性檢驗，說明年降水量在1981～2021年期間未發生顯著性的突變。

圖2 1981～2021年哈密市氣候因子的M-K檢驗結果

2.1.2 氣候因子的生長季變化 哈密紅棗在4月份芽開放，9月中下旬果實成熟，10月初開始落葉，其生長季為4月下旬至10月下旬。從表2可以看出：1981～2021年哈密紅棗生長季內月平均氣溫、平均最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫日較差、平均地面（0 cm）溫度和平均地面（5 cm）溫度均呈上升趨勢；而平均相對濕度呈減少趨勢。在氣溫方面，除5月、9月和10月外其他各月平均氣溫的上升趨勢均達到了極顯著水平（P＜0.01），4～10月的升溫幅度為0.46～0.89 ℃/10 a。在降水方面，哈密紅棗在生長季前期（4～7月）的降水量呈增加趨勢，尤其是5月份的降水量明顯增多；而在生長后期（8～10月）的降水量呈減少趨勢。在日照時數方面，除10月份外，其他月份均呈增加趨勢，其中4月份上升極顯著（P＜0.01）。哈密紅棗生長季≥10 ℃的平均積溫為4030 ℃·d；近41年紅棗生長季的積溫明顯增多，增加速率為122.7 ℃·d/10 a（P＜0.01）。M-K趨勢檢驗結果顯示，≥10 ℃的積溫在2007年發生了突變，突變后積溫增加了284.3 ℃·d（圖3）。

表2 1981～2021年紅棗生長季各氣候因子的線性傾向率

2.2 紅棗生長發育期的變化

2.2.1 物候期的變化特征 紅棗全生育期（芽開放期到落葉期）平均為160 d。在1982～2021年期間，1986、1988、1990、1995、1996年的紅棗全生育期分別少于平均值9、11、10、13、12 d；而2005、2009、2013、2016、2017年的紅棗全生育期分別多于平均 值14、12、8、12、11 d；其他年份均接近平均值。

圖3 1981～2021年紅棗生長季≥10 ℃積溫及其M-K檢驗結果

哈密紅棗的展葉期在4月26日～5月13日之間變化，展葉期平均為5月3日。紅棗的開花期平均為5月26日，最早5月20日，最晚6月2日，在1989（5月23日）、1997（5月20日）、2005（5月20日）、2008（5月20日）、2015（5月20日）、2018（5月20日）、2021年（5月20日）早于平均開花期，其余年份均偏晚。紅棗的成熟期平均為9月6日，變化范圍為8月22日～9月16日，其中在1986（8月25日）、1988（8月22日）、2005（8月22日）、2009（8月24日）、2016（8月27日）、2018年（8月25日）早 于平均成熟期，其余年份接近或晚于平均成熟期。在近40年中，2002、2007年紅棗的各發育期均晚于平均發育期，而2021年的各發育期均早于平均發育期（圖4）。

圖4 1982～2021年哈密紅棗發育期的年際變化趨勢

從年際間趨勢分析結果看，哈密紅棗從芽開放期到果實成熟期表現出不同程度的提前趨勢，提前幅度為0.08～0.25 d/a。其中果實成熟期提前趨勢顯著，芽開放期、展葉期、開花期提前趨勢不顯著；落葉期和全生育期極顯著延長，延長速率分別為0.34、0.46 d/a（表3）。各發育期的年際間變率在5.2～7.7 d之間，以果實成熟期和落葉期的年際間變率較大，以開花期的年際間變率最小。此外，展葉期～開花期、開花期～果實成熟期呈減少趨勢，果實成熟～葉變色期呈顯著增加趨勢（表4）。

表3 1991～2021年紅棗發育期的氣候傾向率

表4 1991～2021年紅棗不同階段發育歷期的氣候傾向率

2.2.2 產量的變化特征 從圖5可以看出，近26年來（1991～2017年），哈密紅棗的實際單產呈顯著增加趨勢，每年增速為30.86 kg/hm2。用滑動平均方法分離哈密市紅棗的單產資料（圖5），可明顯看到氣候產量的變化較大，說明氣候因子對紅棗產量的影響較大。自20世紀90年代以來，氣候產量波動明顯，2003年達到了1228.0 kg/hm2的最高值，2017年又達到-394.5 kg/hm2的最低值;氣候產量為正值的年份有11年，為負值的年份有9年，平均值為49.30 kg/hm2，傾向率為73.00 （kg/hm2）/10 a，氣候條件總體上有利于哈密紅棗的生長。

圖5 1991～2017年紅棗產量的年際變化趨勢

2.3 氣候因子對紅棗生長和產量的影響

2.3.1 對紅棗發育期的影響 從表5可以看出，哈密紅棗發育期受溫度的影響比較明顯。萌芽期、展葉期、開花期、成熟期與年平均氣溫、年最高氣溫、年最低氣溫、年氣溫日較差、年平均地面溫度均呈負相關關系。在氣溫升高的背景下，紅棗生長前期的發育期會提前。年平均氣溫、年最高氣溫、年最低氣溫、年≥20 ℃積溫、年平均地面溫度、年日照時數對落葉期和全生育期存在顯著正影響（P＜0.05），年內光熱條件好，紅棗的落葉期和全生育期會延長。

哈密瓜生長季內氣象因子對發育期的影響見表6。萌芽期和展葉期與4月平均氣溫、平均最高氣溫、平均地面溫度呈顯著負相關關系，與平均相對濕度呈顯著正相關關系。開花期與4～5月平均氣溫、平均最高氣溫、平均地面溫度呈顯著負相關關系，與平均相對濕度呈顯著正相關關系。成熟期與4月和7月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均地面溫度呈顯著負相關關系，與8月平均氣溫、平均最低氣溫呈顯著負相關關系。落葉期、全生育期與4～8月的氣溫呈正相關，與7月和8月的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均地面溫度呈顯著正相關關系。紅棗生長季氣溫對各發育期的影響最顯著，41年來紅棗生長季內各月氣溫呈增加趨勢，而萌芽至果實成熟各發育期與氣溫呈顯著負相關關系，落葉期及全生育期與氣溫呈顯著正相關關系。氣候變暖會促使紅棗萌芽至果實成熟表現出提前趨勢，落葉期表現出推后趨勢，全生育期將會延長。

表6 紅棗發育期與生長季內氣象因子間的相關系數

2.3.2 對紅棗產量的影響 分別統計分析紅棗的氣象產量與紅棗生長季溫度、降水量、日照時數、積溫間的相關性， 結果（表7）表明，6月份的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均地面溫度對紅棗產量有顯著負面影響。6月份正值紅棗開花期，紅棗在開花坐果期對高溫反應敏感，高溫會造成棗花大量脫落，導致產量下降。6月份的氣溫和地面溫度變化趨勢顯著，這2個要素會引起紅棗氣象產量的波動。紅棗產量與8月份氣溫日較差和日數時數呈顯著正相關，相關系數分別為0.517、0.341。8月份是紅棗果實膨大的關鍵時期，光照充足的條件能夠加速糖分的積累，有利于果實膨大；8月份晝夜溫差大，這有利于果實有機質的積累。生長季各月降水量與紅棗氣象產量相關關系不顯著。紅棗氣象產量與生長季10 ℃以上積溫間的相關性未通過顯著性檢驗，說明哈密市的積溫條件完全能夠滿足紅棗生長的需求。但是紅棗的氣象產量與生長季20 ℃以上積溫存在顯著的負相關關系，說明氣溫過高對哈密紅棗的產量產生了不利影響。

表7 紅棗氣象產量與生長季各月氣象要素間的相關系數

3 討論

本研究發現，哈密紅棗種植區年平均氣溫、生長季平均氣溫及各月平均氣溫等氣溫因子呈上升趨勢，在氣候變暖背景下紅棗萌芽期至脆熟采收期呈提前趨勢，葉變色期和落葉期呈延遲趨勢，其中7、8月的平均氣溫及地面溫度增加顯著，導致果實成熟期提前趨勢明顯。這與陜北黃土高原紅棗物候期對氣候變化的響應［28］有差異，但兩地紅棗的全生育期均呈延長趨勢。

夏季是紅棗果實形成的關鍵時期，這一時段的氣象條件也成為影響紅棗產量形成的關鍵因子。在本研究中，哈密紅棗的氣象產量與6月的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均地面溫度、35 ℃高溫日數呈顯著負相關。6月正值紅棗開花期，開花期的適宜溫度為24～26 ℃［29］；而近41年哈密市6月份的最高氣溫平均為37 ℃，6月上旬、中旬、下旬35 ℃以上的高溫日數平均分別為2.5、3.6、3.8 d，因此，6月份的過高氣溫容易導致落花落果，從而對產量造成不利影響。8月份的日照時數和氣溫日較差對紅棗的氣象產量具有顯著正效應，日照時數和氣溫日較差的增加對紅棗產量有促進作用。這與對哈密瓜等林果的研究結論［30］一致。紅棗的生育期需要≥10 ℃積溫3300 ℃·d以上［29］。本研究發現哈密紅棗的氣象產量與10 ℃以上積溫間的相關性不顯著，但與20 ℃以上積溫呈顯著負相關，因此干旱區紅棗主產地應重視氣溫過高對紅棗產量的負面影響。

當冬季極端最低氣溫達-26～-24 ℃時，3年的幼齡棗樹就會遭受凍害。近41年來，哈密紅棗在休眠期間的冬季極端最低氣溫為-28.9～-16.5 ℃，≤-24 ℃的年份有8年，冬季氣溫呈下降趨勢，這對紅棗幼樹的安全越冬構成了潛在威脅，例如2010年1月上旬，哈密地區出現了罕見的持續低溫天氣，極端最低氣溫達-27.2 ℃，致使當地的棗樹普遍遭受了嚴重凍害。除開花期高溫對哈密紅棗的生長和發育造成了不利影響外，哈密紅棗種植區氣候資源的變化趨勢對紅棗產業發展的影響總體上均利大于弊。作為國內知名品牌，在哈密紅棗生產中應加強田間科學管理，以增強應對氣候變化、防御災害的能力。

本研究主要分析了氣候要素對哈密紅棗生長發育和產量的影響，事實上，各項栽培措施也會在一定程度上影響紅棗的生育全過程。本文在分析紅棗的趨勢產量時未考慮栽培管理措施、品種更新演替等其他條件產生的差異，其影響程度有待于與氣候因子相結合建立生長模擬模型進行深入研究。

4 結論

本研究結果表明：近41年來，哈密市年平均氣溫、降水量、日照時數均呈升高趨勢；平均相對濕度和大風日數呈減少趨勢；年平均氣溫和年日照時數分別在2012年和2009年發生了突變；紅棗生長季（4～10月）各月的平均氣溫、氣溫日較差、平均地面溫度均呈升高趨勢，而月平均相對濕度呈減少趨勢；果實成熟前（4月、6月、7月、8月）的平均氣溫和平均地面溫度極顯著升高，而降水量在紅棗生長后期（8～10月）呈減少趨勢。

近40年來，哈密紅棗從萌發期到脆熟采收期均表現出不同程度的提前趨勢，葉變色期和落葉期推遲，全生育期延長。紅棗發育期受氣溫影響明顯，萌芽期至脆熟期的歷期與氣溫呈正相關；脆熟期后的發育歷期與氣溫呈負相關；全生育期與10 ℃積溫呈顯著正相關關系。平均氣溫和地面溫度升高，萌芽期、開花期、果實成熟期提前，落葉休眠期推遲，全生育延長。

近26年來，紅棗實際產量顯著增加；氣候產量年際變化較大，變化趨勢不顯著。開花期的高溫對產量有不利影響。8月的日照時數和氣溫日較差對紅棗產量有顯著正向影響，6～8月的日照時數越多，氣溫日較差越大，越有利于紅棗高產優質的形成。