長白山人參越冬期氣候環境特征研究

袁福香 高 巖，3 穆 佳 劉 偉

（1.吉林省氣象科學研究所，吉林長春 130062；2.吉林省農業氣象災害風險評估與防控科技創新中心，吉林長春 130062；3.長白山氣象與氣候變化吉林省重點實驗室，吉林長春 130062）

1 引言

人參為多年生宿根草本植物， 被世界科學界公認為是具有特殊功效的名貴藥材。 有文獻記載的臨床應用就長達2 000 多年歷史[1]。 我國是人參的起源地，野生人參主要分布在中國東北地區、朝鮮半島等地[1]，目前中國東北長白山脈的中山低山丘陵區是聞名世界的人參主產區。 由于人參重茬問題沒有徹底解決， 目前種植區已向南擴散至遼寧寬甸一帶， 向北擴散至牡丹江甚至是小興安嶺一帶。 當前所指長白山人參一般包括本地人參和西洋參兩個品種， 本地人參是長白山區原生的本地人參品種， 西洋參是由美洲引入在長白山區多年種植的品種[2-3]。受氣候變化影響，各種氣象災害尤其是凍害對人參種植業的影響加大， 給人參種植戶造成慘重的經濟損失。 2018 年冬季，靖宇隆冬季節幾乎未出現降雪天氣，地面無積雪覆蓋，人參發生凍害，西洋參凍害更為嚴重。 2020 年初冬出現罕見的暴雨天氣，降水過后猛烈降溫，通化縣等多地人參凍害較重。 長白山區人參越冬凍害嚴重威脅人參生產， 尤其是外來引進的西洋參抗凍能力較弱[3]，極易發生越冬凍害。

關于人參的研究多集中在其藥效[4-5]及其生長生理生態[6-8]方面，且主要研究時段是人參生長季[9-10]。 關于人參越冬期氣象條件研究，王剛等[11]、李繼寶等[12]、黃瑞賢等[13]、袁福香等[14]分析了個別典型災害年份冬季的氣候特點。防范人參凍害，首先應該了解人參越冬期常年氣候特征及其土壤環境特征，掌握人參凍害發生機理。 因此，本文詳細分析了長白山人參越冬環境的平均氣候特征、越冬期土壤溫度特征及其變化規律， 以期為有效防御人參越冬期凍害奠定理論基礎。

2 資料來源與計算方法

2.1 研究區概況

我國人參主要分布在長白山脈及小興安嶺東南部，主要集中在長白山中段[15]，其中集安、通化、撫松、長白和敦化是我國人參主要產區，也是當前人參核心種植區。綜合考慮種植區產量、地理位置及氣候因子的代表性，本文選取集安、通化、撫松和敦化作為代表站點分析長白山人參越冬期環境特征。集安位于長白山脈南部；通化地處長白山主峰西南部；撫松位于長白山腹地，主峰西麓，松花江上游，是野生人參的重要生長地；敦化位于長白山主峰西北麓。

2.2 研究資料

代表站逐日氣象資料來源于吉林省氣象信息網絡中心。最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、降水量和日照資料年限： 集安1954—2021 年， 通化1975—2021 年，撫松1957—2021 年，敦化1953—2021 年。5 cm 地溫資料年限為2005—2021 年。積雪深度和積雪覆蓋時長資料年限為2012—2021年。 凍土資料年限為1961—2021 年。

2.3 長白山人參越冬期的確定

人參是多年生草本植物， 從播種到收獲一般至少要經歷4 年以上，野生人參甚至可達百年。人參越冬期指的是深秋人參地上植株枯萎死亡后至翌年春季發芽前，地下根莖越冬休眠期。由于長白山區位于中高緯度高海拔區域，一般進入11 月氣溫已經下降到0 ℃以下， 土壤開始結冰， 進入冬季；3 月氣溫已經回升， 但地面尚多處于凍結狀態，一些春季溫暖的年份，至3 月末個別站土壤會化通，但自然植被尚未復蘇生長。因此本文確定長白山人參越冬期為11 月1 日至翌年3 月31 日。

2.4 數據統計

統計各代表站逐年越冬期的氣候特征， 包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數、最大積雪深度和積雪覆蓋時長。統計各代表站逐年越冬期的土壤環境特征， 包括最大凍土深度及出現時間、結凍時間和化通時間，以及地溫等。各氣象要素利用Excel 2016 進行統計分析。

3 結果分析

3.1 人參越冬期氣候特征

3.1.1 氣溫

越冬期氣溫是影響凍土深度和人參越冬所在土壤層溫度的重要因素。 長白山區冬季較長，尤其是高海拔地區，人參在氣溫降到12 ℃時萎蔫落葉[16]；在氣溫穩定降至0 ℃以下，正式開始越冬。長白山區各地氣溫差異較大（圖1）。 人參越冬期平均氣溫多在-10.3～-6.1 ℃，集安較高，為-6.1 ℃；敦化較低，為-10.3 ℃。 越冬期平均氣溫歷史最高值為-3.5 ℃，出現在1997 年的集安；歷史最低值為-15.2 ℃，出現在1956 年的敦化。各站歷年越冬期平均氣溫均呈上升趨勢， 集安平均氣溫增速最大（0.504 ℃/10 a），通化增速相對較?。?.203 ℃/10 a）， 盡管不同站點增溫速度有所不同，但都呈現升溫趨勢，反映了長白山人參種植區越冬期氣候呈增暖趨勢。

圖1 長白山人參核心種植區越冬期平均氣溫變化

人參越冬期平均最高氣溫反映了人參越冬期間白天的冷暖程度。 集安較高（0.5 ℃），敦化較低（-3.7 ℃）。 越冬期平均最高氣溫歷年最高值為3.0 ℃，出現在1997 年的集安；最低值為-7.4 ℃，出現在1956 年的敦化。研究時段內各站人參越冬期平均最高氣溫均呈上升趨勢， 敦化上升趨勢較為明顯， 為0.489 ℃/10 a； 撫松上升幅度相對較小，為0.202 ℃/10 a。

平均最低氣溫是人參越冬期間夜間氣溫冷暖的反映，集安較高（-11.3 ℃），敦化較低（-16.1 ℃）。人參越冬期平均最低氣溫歷年最高值為-8.2 ℃，出現在1989 年的集安；最低值為-21.7 ℃，出現在1956 年的敦化。 長白山區極端最低氣溫南部高北部低，集安多數年份在-30 ℃以上，其他站多數年份在-30 ℃左右或以下。 極端最低氣溫極值為-42.3 ℃，出現在2001 年的通化。 平均最低氣溫呈現波動上升趨勢， 上升幅度敦化最大，為0.695 ℃/10 a；通化最小，為0.107 ℃/10 a。

3.1.2 降水量

人參越冬期降水量決定積雪覆蓋厚度和越冬期積雪覆蓋時長。分析有氣象記錄以來至2020 年越冬期降水量：撫松縣位于長白山腹地，距離長白山主峰較近，人參越冬期平均降水量明顯偏多，達146.8 mm；敦化較少，為49.4 mm；集安、通化的降水量介于兩地之間。 人參越冬期最大降水量為276.4 mm，2009 年出現在撫松； 最小降水量僅為14.5 mm，1973 年出現在敦化。 各地降水量年際變化較大，總體呈略增多趨勢（圖2）。

圖2 長白山人參核心種植區越冬期降水量變化

3.1.3 日照時數

長白山人參越冬期平均日照時數多在840～895 h，最大值為1 241.6 h，2019 年出現在撫松；最小值為1 050.6 h，1983 年出現在通化。長白山人參越冬期日照時數年際變化較大， 總體呈現減少趨勢，其中通化減少趨勢最為明顯。以敦化為例：1981年以前越冬期日照時數多在900 h 以上；1982 年之后，日照時數明顯變少，多在860 h 以下。

3.1.4 積雪深度和積雪覆蓋時長

積雪深度和積雪覆蓋時長對人參安全越冬具有重要影響。地面有積雪覆蓋，土壤溫度受到外界空氣溫度的影響就會較小， 積雪越深保溫效果越好；積雪覆蓋時間越長，土壤溫度越穩定，越有利于人參安全越冬。

初冬由于氣溫冷暖變化較為劇烈， 降雪多不能在地面保存便融化，隨著氣溫下降至0 ℃以下，降雪在地面存留。積雪深度和積雪在地面的留存時間主要與降雪量大小和降雪頻率有關。剛剛降雪后積雪較深， 然后逐步融化或升華而變淺，直至地面無積雪覆蓋，最大積雪深度是整個人參越冬期積雪深度的最大值。 2012—2020 年各觀測站越冬期積雪情況如表1 所示，最大積雪深度為52 cm， 出現在撫松； 敦化最大積雪深度最淺，為27 cm。 最長積雪覆蓋時間是135 d，出現在撫松，整個越冬期基本都存在積雪； 最短積雪覆蓋時間出現在集安，最長覆蓋時間為110 d。 無論最大積雪深度還是積雪覆蓋時間，不同地方、不同年份差異都比較大。

表1 極端最大積雪深度及極端最長積雪覆蓋時間

3.2 人參越冬期土壤環境特征

3.2.1 最大凍土深度

入冬氣溫降至0 ℃以下后， 土壤由地表逐步向下開始凍結，隨著氣溫降低，凍土層越來越厚，逐漸達到一年中最大的凍土深度； 之后受氣溫回升影響，凍土開始融化，凍土層逐漸變薄，直至全部化通。 受氣候波動影響，每年結凍時間、最大凍土深度和凍土完全化通時間各不相同， 不同區域也各不相同。通過分析，敦化平均最大凍土深度最深，達145.8 cm；撫松最淺，僅為66.1 cm（表2）。長白山區凍土深度的歷史極大值為184 cm，1984年3 月底出現在敦化； 歷史極小值僅為13 cm，1994 年3 月上旬出現在撫松。 各地凍土達最深值的平均時間亦不相同， 集安最早，2 月19 日凍土達最深；敦化最晚，3 月19 日達到最大凍土深度。各地平均結凍時間敦化最早，為10 月14 日；集安最晚， 為11 月16 日。 土壤平均化通時間集安最早， 為4 月7 日； 敦化最晚，5 月24 日才完全化通。 歷史最早化通時間出現在集安，1961 年3 月18 日就完全化通； 最晚化通時間為6 月22 日，1969 年出現在敦化。 各地土壤平均封凍期（從初冬土壤開始結凍至春季土壤完全化通的天數）敦化最長，達221 d；集安最短，僅為143 d。

表2 長白山區土壤結凍及化凍情況

3.2.2 地溫

人參是多年生宿根草本植物， 人參蘆頭一般位于土壤5～10 cm 深處， 蘆頭于來年春天發芽長出莖葉，人參根的主體一般位于土壤10～20 cm 深處。因此，越冬期5～20 cm 土壤溫度是決定人參能否安全越冬的關鍵。地溫與氣溫有明顯相關性，越冬期從地面向地下溫度逐漸升高， 土層越深溫度相對越穩定。土壤溫度還與積雪覆蓋有關，積雪覆蓋深的區域或年份，地溫相對偏高。一般情況下越冬期極端最低氣溫多出現在12 月下旬—1 月下旬，以1 月中旬出現低溫的頻率最高，在一年中最低氣溫出現的過程中，地溫也相應降低，人參越冬期5 cm 深的土壤溫度多在-13～0 ℃，越深土壤溫度越高。 人參越冬期最冷時段（12 月10 日—2 月10 日）5 cm 地溫多在-13～-1 ℃，10 cm 地溫多在-12～-1 ℃，15 cm 地溫多在-11～-1 ℃，20 cm 地溫多在-10～0 ℃。

不同深度土壤極端最低溫度表現為土壤越深溫度越高 （表3），5 cm 土壤極端最低溫度多在-17.1～-12.4 ℃， 不同區域表現為撫松較高，敦化較低，10～20 cm 地溫有相同的分布規律。

表3 長白山各地人參越冬期不同土壤深度極端最低溫度

4 結語

（1） 從長白山人參越冬環境氣候特征分析可知，氣候條件和人參越冬層土壤環境差異很大，越冬期平均氣溫在-10.3～-6.1 ℃，平均極端最低氣溫在-33.2～-27.5 ℃。 人參越冬層土壤最冷時段5 cm地溫多在-13～-1 ℃，5 cm 土壤極端最低溫度多在-17.1～-12.4 ℃， 極端最低地溫比氣溫高15 ℃以上，10 cm 及20 cm 土壤高的更多。

（2） 影響人參越冬的另一個重要因素是降雪量，越冬期降雪量越大，積雪越厚，覆蓋時間越長，土壤溫度就越高，人參凍害發生的可能性就越小。造成人參越冬凍害的因素是越冬層土壤溫度是否能保障人參安全越冬。冬季氣溫低是常態，降雪多且分布均勻或做好覆蓋防寒可以使土壤保溫使越冬人參免受凍害， 若未防寒覆蓋或防寒效果不好又遭遇降雪量偏少或降雪時空分布不均就易導致越冬凍害發生。

（3）日照對人參越冬雖無直接影響，但日照時數多可使積雪融化或升華造成積雪厚度變淺，對人參越冬有間接影響。不同品種（人參和西洋參及細分品種） 不同參齡抗凍能力不同， 不同土壤濕度、低溫持續時間、低溫出現的時段都對人參是否發生凍害和凍害發生的程度都不相同， 需通過田間試驗進一步深入研究。

（4）長白山溝壑縱橫，小氣候條件明顯，長白山南北跨度較大， 本文僅用4 個站點的資料進行分析， 雖在一定程度上可代表長白山人參區氣候特征，但會有極端的氣候事件出現，應具體問題具體分析。