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标题

甘肃省华亭市核桃生育期气候适宜度分析

范文

周志鹏张亚刚杨万忠

摘要利用1990—2017年《华亭统计年鉴》和华亭市气象站资料，用统计学方法分析华亭市核桃丰收年和歉收年气候特点，普查主要气象要素及灾害天气对核桃种植业的危害，得出华亭核桃种植中的气象问题，分析核桃气候产量与月平均气温、月降水量、月日照时数的相关性，建立核桃气候产量预测模式。结果表明，核桃树是喜温、喜雨、喜光照树种;华亭市东南部神峪、上关、安口、石堡子、东华、砚峡等乡镇气候温暖湿润，光照充足利于核桃生长。核桃种植中主要气象灾害是风雹和晚霜冻;整个生育期气温偏高时华亭市核桃一般是丰产年，在1990—2018年这29年中，受强霜冻危害大幅度减产或绝收的只有2年，仅占总年数的6.9%;华亭市气象灾害对核桃产量影响相对较轻，气候适合核桃生长，适宜大面积种植。2017年华亭市种植核桃树5 419.67 hm2，占耕地面積的20.33%，相对较少，应将栽种面积提高到耕地面积35%以上。核桃树种植对土壤条件要求较低，可以利用退耕还林的山荒地栽植核桃树。10年以上树龄的核桃树，可收入15万元/（hm2·a），经济效益显著，应大力倡导农民种植核桃树。华亭市发展现代农业，应以增加农民收入为主导，抛弃以前的种粮为主的老思路，开发局地小气候资源，大力发展核桃种植业，促进华亭市农业发展，推动农业结构调整。

关键词核桃;生育期;气候适宜性;种植业结构调整;甘肃省华亭市

Abstract Using the data of Huating Statistical Yearbook from 1990 to 2017 and the Huating City meteorological station， the climatic characteristics of the harvest and poor harvest years of walnuts in Huating City were analyzed by statistical methods. The main meteorological factors and the hazards of disaster weather to the walnut planting industry were surveyed， and the meteorological problems in Huating walnut planting were obtained. Correlation between climatic output of walnut and monthly average temperature， monthly precipitation and monthly sunshine hours was analyzed，and a prediction model of walnut climatic output was established. The results showed that walnut trees were the species that likes temperature， rain and light;the climate in the southeast of Huating City， Shenyu， Shangguan， Ankou， Shibuzi， Donghua and Yanxia was warm and humid， and sufficient light was good for walnut growth. The main meteorological disasters in walnut planting were hailstorm and late frost;the walnut in Huating City was generally a highyield year when the temperature was high during the whole growth period. In the 29 years from 1990 to 2018， only two years of walnut production reduction or harvest were severely damaged by strong frost， accounting for 6.9% of the total number of years;the impact of meteorological disasters on walnut production in Huating City was relatively light， and the climate was suitable for walnut growth， which could be largescale accumulated planting.In 2017， 5 419.67 hm2 of walnut trees were planted in Huating City， which accounted for 20.33% of the cultivated land area， which was relatively small. The planting area should be increased to more than 35% of the cultivated land area.The requirements for walnut tree planting were relatively low on soil conditions， and it could be used to plant walnut trees in mountain wasteland of returning farmland to forest. For walnut trees with more than 10 years of age， the annual income per acre was 150 000 yuan/（hm2·a）， and the economic benefits were significant， therefore， farmers should be strongly encouraged to plant walnut trees.The development of modern agriculture in Huating City should be led by increasing farmers' income and abandoning the old ideas of grain cultivation. We should develop local microclimate resources， such as vigorously developing walnut cultivation industry， promoting agricultural development in Huating City， and agricultural structural adjustment.

Key words Walnut;Growth period;Climate suitability;Planting structure adjustment;Huating City of Gansu Province

华亭市位于甘肃省东部、平凉市的东南部、六盘山东麓，地处关山东侧[1]，地理位置为106°18′～106°53′E、35°01′～35°24′N;东连崇信县，北靠平凉市崆峒区，南接庄浪、张家川回族自治县，南临陕西省陇县;总面积1 200.72 km2，管辖11个乡镇，县城位于东华镇[2]（图1）。华亭市属于冷温带半湿润大陆性季风气候，年平均降水量579.6 mm，年平均气温7.8 ℃，年平均日照时数2 172.3 h。华亭市地势西北高东南低，海拔在1 226～2 848 m，县城海拔1 455 m（图1），关山位于县境西南，呈南北走向，境内全长27.5 km，最高峰为牛心山，海拔2 478 m，山势雄伟，森林较密，植被良好，降水较多，形成比较典型的森林气候。华亭市气温随海拔增高而降低，降水量随海拔增高而增多，气温和降水量东西分布比较明显，受关山影响，沿关山一带为典型森林气候，气候湿润，高寒阴湿，常年雨雾缭绕，适宜中药材生长，而市境东南部气候温暖湿润，光照充足，适宜核桃生长。华亭市大面积种植的农作物主要有冬小麦、玉米、荞麦、马铃薯和蔬菜，由于冬小麦、玉米产量低、单价低影响农民种粮的积极性和农业可持续发展[3]。近年来由于核桃需求量增长，价格也好，所以华亭市大面积种植核桃，成为支柱产业和农民增收的主要渠道。笔者通过普查1989—2018年华亭市气象站气象资料和华亭市核桃的丰收年和歉收年气候特点，计算其生育期气候产量与月平均气温、月降水量和日照时数的相关性，用多元线性回归方法，建立核桃气候产量预测模式，找出核桃生长中的气象问题，分析核桃树种植中存在的气象灾害风险，指出华亭核桃种植业发展前途和调整方向，为农业结构调整和农民增收提出了具体措施。

1 资料与方法

农作物种植状况、播种面积、产量资料主要来自《华亭统计年鉴》（1990—2018年），气象资料主要根据甘肃省华亭市气象站观测的1989—2018年资料。应用统计学方法研究核桃种植业受气候变化和农业气象灾害影响，提出华亭市种植业调整方向，为农业丰产和农民增收提出了具体措施。

2 华亭市核桃种植现状和局地小气候关系

据2017年《华亭统计年鉴》，华亭县耕地面积是27 647.47 hm2，农作物播种面积36 466.00 hm2，粮食作物播种面积22 642.40 hm2，占农作物播种面积的62.09%，核桃种植面积5 619.67 hm2，占耕地面积的20.33%。华亭市核桃种植面积较大的是华亭市东南部的上关、神峪、安口和砚峡，分别占总种植面积的21.69%、21.47%、20.71%和12.50%;華亭市核桃产量较高的是上关、神峪、安口和砚峡，分别占总产量的22.0%、22.1%、20.3%和15.1%。核桃生长适宜于温暖湿润、光照条件好的地区，华亭市东南部年平均气温8.9 ℃，年平均降水量550 mm，所以华亭市东南部的上关、神峪、安口和砚峡核桃产量高、品质好、种植面积大。

3 气候变化对核桃种植业的影响

3.1 华亭市核桃生育期分布

甘肃省华亭市气象站2009—2018年在华亭市安口镇吴家堡北山观测华亭市核桃物候期，观测发现华亭市核桃芽膨大期在3月19日前后，芽开放期在4月5日前后，展叶初期在4月19日前后，花蕾出现始期在4月24日前后，开花期在4月28日前后，果实成熟期在9月14日前后，采摘期在9月17日前后。华亭市核桃种植历史悠久，品质优良，享誉甘肃。2013年以前没有详细的核桃树种植面积记载，《华亭统计年鉴》记载了2013—2017年华亭市核桃树种植总面积。华亭市2017年种植核桃5 619.67 hm2，占耕地面积的20.33%。该研究利用1990—2018年核桃总产量资料分析其特征。

3.2 华亭市核桃总产量分析

根据华亭市1990—2018年核桃每5年产量平均值，其中2014—2018年用4年数据平均得到的，由于核桃树龄变大，相应树冠增大，总产增大，还有种植水平提高、土壤肥力增加、品种改良，也引起核桃产量逐年提高（图2），所以用每5年平均值计算核桃总产的距平百分率（如1990—1994年平均单产为313.3 kg/hm2，2014—2018年平均单产为3 242.5 kg/hm2）。设定总产量分级标准（距平百分率）：<-40%为大歉收年，-20%～20%为平年，21%～40%为丰年，>40%为大丰年。29年华亭市核桃产量各型所占百分比如表1所示，华亭市丰年到大丰年占27.6%，歉收年到大歉收年占20.6%，平年占51.8%，可见核桃总产量波动较大，说明核桃产量受气候影响较大。

3.3 大丰年和大歉收年与农业生态气候条件的关系

3.3.1 华亭市核桃产量大丰年和大歉收年农业生态条件对比。

从华亭市核桃总产距平百分率（图3）可以看出，大歉收年为2018、2001和1995年，距平百分率分别为-100.0%、-99.1%和-44.2%，大丰年为2017、 2004和2016年，距平百分率分别为65.1%、63.5%和42.9%。从表2可以看出，大歉收年>0 ℃积温至少要大于2 920.6 ℃·d，而大丰年至少要大于3 024.0 ℃·d，大歉收年比大丰年少103.4 ℃·d，说明华亭市核桃生长发育中温度较高利于核桃丰产;大歉收年总日照时数1 040.7 h，大丰年总日照时数1 127.5 h，变差13.2 h，差别不是很大，说明华亭市核桃生长发育中不存在光照不足问题;大歉收年核桃生育期降水量最少的年份是1995年，为331.7 mm，而大丰年降水量最多的是2016年，为342.8 mm，变差11.1 mm，所以当整个生育期降水量较多时，核桃一般是丰产年。

3.3.2 大歉收年的气候特点。通过普查华亭市核桃大歉收年2018、2001和1995年气象资料（表2），主要气候特点如下：一是晚霜冻严重。2018年4月7日华亭市出现特强晚霜冻，使正在发芽的核桃嫩芽受冻，2018年华亭核桃没有结果，产量为0。2001年共出现晚霜冻13 d，4月11日地面最低温度-9.1 ℃，出现强霜冻，当年核桃大减产，产量仅为4 t。1995年共出现晚霜冻22 d，最强一次晚霜冻出现在4月9日，地面最低温度-5.7 ℃，核桃花受冻，大幅度产量。

二是干旱严重。1995年是近30年干旱最为严重的一年，3月—7月上旬降水量持续偏少，3—5月降水量33.4 mm，较历年同期偏少67%，6月降水量46.3 mm，偏少39%，7月上旬降水量32.0 mm，偏少23%，造成核桃大面积减产。

3.3.3 大丰年的气候特点。

通过普查2004、2016和2017年大丰年气象资料，其特点如下：一是整个生育期降水量丰沛，无明显干旱。二是整个生育期气温偏高，核桃是喜温树木，温度高时核桃皮薄、品质好。三是光照充足。四是9月10—20日是华亭市核桃采摘期，无连阴雨，利于采摘晾晒。五是风雹危害少。

4 华亭市核桃总产量与气象条件的关系

4.1 核桃总产量与降水量的相关性

选用华亭市1990—2018年核桃总产量数据，将核桃单产Yi分解成趋势产量Yti和气候产量Ywi。趋势产量Yti用线性趋势处理比较好，它能反映随生产力水平提高核桃产量逐年增加，用1990—2018年的年份数为自变量，核桃总产量建立一元线性回归方程[4]，方程具体如下：

Yi=Yti +Ywi;Yti=-219 086.722+109.931Xi（R2=0.511），F=28.233，大于F0.01=7.72。由此可见，华亭市冬小麦产量的线性趋势很明显。

华亭市核桃芽膨大期平均在3月19日，采摘期平均日期在9月17日，所以计算核桃总产量与生育期降水量从3—9月统计。从表3可以看出，华亭市核桃气候产量与3月份降水量呈正相关，相关系数为0.474，与7月份降水量呈负相关，相关系数为-0.372，反映春雨重要性，7月降水偏少，光照充足，利于核桃成长;9月降水量与华亭市核桃气候产量呈负相关，反映9月降水偏少，利于核桃成熟和采摘晾晒。

应用逐步回归方法对7个因子X1～X7建立线性回归方程：Yw1 =-682.653+36.425X1（R2=0.244），F=7.809，F0.01=7.64，F>F0.01 ;Yw2=-126.173+38.590X1-4.992X5（R2=0.389），F=8.277，F0.01=5.49，F>F0.01。表明2个回归方程效果显著。

4.2 核桃氣候产量与气温的相关性

从表4可以看出，华亭市核桃气候产量与3月份平均气温呈负相关，相关系数为-0.333，与7月份气温呈正相关，相关系数0.222，反映3月气温低，降水多，春雨重要性，同时3月气温偏低，核桃发育期推迟，避免晚霜冻危害核桃开花;7月气温偏高，光照充足，利于核桃成长。9月气温与核桃气候产量呈正相关，反映9月降水偏少、气温偏高利于核桃成熟和采摘晾晒。

应用逐步回归方法为X1～X7建立线性回归方程：Yw=-4 456.791-200188X1+362.827X7（R2=0.216），F=3.585，F0.05=3.35，F > F0.05，表明回归方程效果显著。

4.3 核桃气候产量与日照时数的相关性

从表5可以看出，华亭市核桃气候产量与3月日照时数呈负相关，反映初春3月气温低，降水多，日照少，利于核桃丰产。7月份日照时数与核桃气候产量呈正相关，反映7月份光照丰富，利于核桃丰产。

应用逐步回归方法对X1～X7建立线性回归方程：Yw=-2 419.810+11.891X5（R2=0.319），F=12.665，F0.01=7.64，F>F0.01，表明回归方程效果显著。

4.4 核桃气候总产量预测模式

从表6可以看出，华亭市核桃气候产量与3月降水量和7月降水量相关显著，与3月平均气温和9月平均气温相关显著，与3月日照时数和7月日照时数相关显著。

应用逐步回归方法对X1～X6建立线性回归方程：

Yw1=-3 018.580+35.132X1+11.598X6（R2=0.528），F=14.530，F0.01=7.64，F>F0.01;

Yw2=-2 419.810+11.891X6（R2=0.319），F=12.664，F0.01=5.49，F>F0.01;表明2个回归方程效果显著。

4.5 华亭市核桃生产中的气象问题

（1）核桃发芽开花期晚霜冻危害严重[5-6]。3月份气温异常偏高，核桃生育期提前发芽，4月份冷空气活动频繁，遭受日最低气温小于-5 ℃低温危害，核桃幼芽和花蕾冻害脱落，当年核桃大面积减产或绝收。所以晚霜冻是核桃生产的“头号杀手”。

（2）严重干旱影响华亭市核桃丰产。核桃生育期3—9月遭受严重干旱影响时，大面积减产。

（3）风雹危害较重。当有强对流天气发生时，常有冰雹和阵性大风，冰雹打落核桃果铃，大风吹落核桃果铃，会造成大面积减产。

（4）采摘期连阴雨影响采摘和晾晒。9月17日是华亭市核桃平均采摘期，当 9月20—30日有连阴雨时，影响采摘和晾晒。连阴雨时间长，不能及时采摘和晾晒，会造成果铃脱落，甚至烂掉，造成损失。9月份气温高，降水少，光照充足，利于核桃丰产。

（5）通过核桃气候产量预测模式看，3月份降水多，气温偏低，光照充足，利于核桃丰产。7月份降水量偏少，光照充足，利于核桃丰产。9月份气温偏高利于核桃丰产。

（6）华亭核桃生育期降水偏多，气温偏高，利于核桃丰产。核桃是喜温果树，华亭市东南部气温偏高，西北部气温偏低，所以华亭市东南部的神峪、上关、安口为华亭市核桃主产区。

5 主要农业气象灾害对华亭市核桃的危害

根据华亭市核桃种植实践，主要农业气象灾害有干旱、冰雹、晚霜冻和采摘期连阴[5，7-8]。由于核桃树根深2 m多，华亭地下水位高，9月中旬连阴雨相对也少，所以华亭市核桃种植中主要农业气象灾害是冰雹和晚霜冻危害，在此重点分析冰雹和晚霜冻危害。

5.1 冰雹

华亭市冰雹年际变化比较大，最多年份达5 d，出现在1990、1993、2002和2011年，2003年没有降雹，平均每年降雹2.53 d[9]。从图4可以看出，冰雹日数年际变化线性趋势比较平稳，平均每年维持2 d降雹。1989—1999年冰雹较少，2000—2012年冰雹较多，2002和2011年是华亭冰雹的高发期。2013—2018年是冰雹发生的较少时段。

每年4—10月是华亭县的降雹时段，全县大部分乡镇4月份开始降雹，最早出现在4月1日（1990年），最晚出现在10月19日（2010年）。从图5可以看出，1989—2018年华亭县冰雹有5个高峰期，依次是6月下旬、7月上旬、7月中旬、6月上旬、8月中旬。

华亭市冰雹主要影响关山附近地区，上关、西华、马峡、山寨、策底、河西、砚峡危害较重，东部地区神峪、安口、石堡子、东华较轻。

5.2 晚霜冻

5.2.1 华亭市晚霜冻强度分类和结束日期。

根据甘肃省气象局灾害天气强度分类，华亭市晚霜冻分类标准如下：轻霜冻最低地面温度-3.0～0 ℃，中霜冻-5.0～-3.1 ℃，强霜冻小于-5.0 ℃。从表7可以看出，华亭市晚霜冻主要出现在4月，占总数的86.5%，5月份出现晚霜冻较少，占总数的13.5%。4月份轻霜冻占当月总数的72.0%，中霜冻占当月总数的191%，强霜冻占当月总数的8.9%。5月份以轻霜冻为主，占当月总数的79.5%，中霜冻占当月总数的9.1%，强霜冻占当月总数的11.4%。

从图6可以看出，华亭市晚霜冻平均结束日期在5月4日，最早在4月13日结束，出现在2012年，最晚在5月30日，出现在1997年，5月4日以后结束的年份有15年，占总数的51.7%。核桃在3月19日芽彭大期，4月5日芽开放期，4月25日花蕾出现期，4月28日开花期。所以从4月1日开始，晚霜冻就会对核桃造成危害，从4月1日起统计晚霜冻对核桃的危害。下面重点讨论晚霜冻对核桃的危害。

5.2.2 晚霜冻与核桃气候产量的相关性。

分析1990—2018年核桃气候产量与晚霜冻相关关系（表8）发现，华亭市核桃气候产量与4月霜冻日数呈负相关，与最强一次晚霜冻最低地面温度呈正相关，表明4月份晚霜冻越少，核桃产量越高，最强一次晚霜冻最低地面温度越低，当年核桃产量越低。华亭市最强一次晚霜冻最低地面温度与核桃气候产量相关性较大，建立华亭市核桃气候产量预测回归方程：

Yw=757.635+159.792X7（R2=0.136），F=4.257，F0.05=4.21，F > F0.05;表明回归方程效果显著。

因此决定华亭市核桃产量丰产的关键因子是最强一次晚霜冻的最低地面温度，2018、2001和1995年是华亭市核桃大歉收年，主要因素是强晚霜冻次数多。2017和2016年是核桃大丰年，2017年轻霜冻仅有7 d，无中霜冻和强霜冻，2016年轻霜冻仅有4 d，无中霜冻和强霜冻。

2018年3月平均气温7.2 ℃，较历年同期偏高4.4 ℃，核桃提前发芽，受强冷空气影响，4月4—6日华亭市出现特强晚霜冻，4月7日地面最低温度-6.3 ℃，日最低气温-7.7 ℃，使正在发芽的核桃嫩芽受冻，当年核桃绝收，产量为0。2001年3月平均气温4.3 ℃，较历年同期偏高1.5 ℃，核桃生育期提前，4月1日开始到5月份共出现晚霜冻13 d，其中4月11日地面最低温度-9.1 ℃，日最低气温-7.8 ℃，2001年晚霜冻次数多且强度大，当年核桃大减产，产量仅为4 t。1995年3月平均气温2.3 ℃，较历年同期正常略低0.5 ℃，1995年4月1日到5月份共出现晚霜冻22 d;最强一次晚霜冻出现在4月9日，地面最低温度-5.7 ℃，日最低气温-4.5 ℃。所以3月气温特高，核桃芽提早发芽，4月份遇强霜冻危害，当年核桃大面积减产甚至绝收。

6 华亭市核桃种植气候适宜性总体评价

华亭市种植核桃气候条件比较适宜，核桃喜温、喜雨、喜光照，干旱、连阴雨危害轻[5]，有些年份冰雹天气较多，但冰雹是小范围的、局地性的，危害也不是很大，华亭市核桃气候产量主要与晚霜冻危害有关[6，9]，当整个生育期气温偏高时华亭核桃一般是豐产年，在1990—2018年的29年中，2018年由于核桃幼芽被霜杀坏，当年核桃绝收。2001年由于霜杀坏核桃幼芽，当年核桃仅有4 t，大面积减产，但这种情况仅占总年数的6.9%。所以华亭市种植核桃气候条件比较适宜。华亭市中东部适宜大面积种植，已成为农民增收的主要渠道。

据调查，核桃老品种15年挂果，20年以后出现盛果期，生产周期太长，影响农民种植的积极性，最近3年采用嫁接新技术，核桃3～5年开始挂果，6～8年出现盛果期，出果期大大减小，群众种植的积极性很高，在神峪乡袁庄建立了嫁接核桃新种植基地。这种新嫁接的核桃树在10年后出现盛果期，可创造15万元/hm2以上收入。在核桃未达盛果期，可以间作套种玉米、马铃薯、蔬菜等作物，加大经济收入。所以新兴种植业核桃在华亭市东南部上关、神峪、安口、石堡子、东华、砚峡已大面积种植，已成为农民增收的主要渠道[10-11]。

7 小结

（1）核桃喜温、喜雨、喜光照。华亭市东南部气候温暖湿润，光照充足，适宜核桃生长，所以在华亭市东南部神峪、上关、安口、石堡子、东华、砚峡应大力种植核桃。

（2）核桃种植中主要气象灾害是风雹和晚霜冻危害。华亭市核桃气候产量主要与晚霜冻危害有关，当整个生育期气温偏高时华亭核桃一般是丰产年，在1990—2018年的29年中，2018年由于核桃幼芽被霜杀坏，当年核桃绝收。2001年由于霜杀坏核桃幼芽，当年核桃仅有4 t，大面积减产，但这种情况仅占总年数的6.9%。所以华亭气候适宜核桃生长，气象灾害相对较少。

（3）10年树龄的核桃，可收入15万元/（hm2·a），经济效益显著，应大力倡导农民种植核桃，成为提高农民收入的主渠道。

（4）2017年华亭市核桃种植面积5 619.67 hm2，占耕地面积的20.33%，相对较少，应将种植面积提高到耕地面积35%以上。

（5）由于核桃种植要求土壤条件比较低，可以利用退耕还林的山荒地栽植核桃，增加农民收入。

（6）华亭市发展现代农业，开发局地小气候资源，应以增加农民收入为主导，抛弃以前的种粮为主的老思路，大力发展核桃种植业，为华亭市农业发展绘成美丽的蓝图。

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