气候变暖对农业的影响已引起人们普遍关注，气候变暖会使农作物生育进程、产量、品质发生变化，进而对作物布局和种植结构产生影响。近年来，气候变化对农业的影响已有大量研究，这些工作主要集中于气候变化对种植制度的影响^[1]，气候变化对作物生长期的影响^[2-3]，气候变率和变化对农作物产量和发育期的影响^[4-5]，CO₂浓度升高、温度升高、降水变化以及极端气候事件对作物生产和产量影响等^[6]。目前，气候变化对苹果生长的影响研究还不多，一些区域性研究^[7]表明，温度升高使苹果主要生长季积温增加, 生长期速度加快, 在一定程度上加快了果树的老化速度，缩短了苹果盛产期的年限。

当前陕西省以苹果为主的果业已成为农村经济发展最快、效益最好的产业之一，2008年全省苹果种植面积已达53.11×10⁴ hm²，产量增至745.5×10⁴ t。果区北缘已由原来的延安以南，北移至安塞至延川及其以北地区。在全球和全国气候变化的大背景下^[8-10]，陕西省气候特别是陕北黄土高原区变化明显^[11-12]，气候变化对陕西苹果种植及品质是否会有影响是政府决策和果业生产者非常关心的问题。近年来，陕西苹果在果业基地县以北的地区也有种植，气候变化对苹果种植区域的北扩会有哪些影响，也是人们关心的问题。本文通过对影响苹果生长期主要气象因子和气象灾害的变化分析，揭示气候变化对陕西苹果产量、品质及适宜种植区域的影响，为当地果业生产应对气候变化提供参考依据。

选取陕西省苹果生产基地县南界以北共47个县 (区) 作为研究区域 (图 1)，包括原有30个苹果生产基地县 (区) 及其以北地区 (文中的果区指原有的30个苹果生产基地县，不包括2009年的新增果区)。所用资料为上述县 (区)1961—2008年年平均气温、年降水量、夏季相对湿度、夏季平均最低气温、高温日数、4月逐日气温等气象资料，2001—2008年延安、洛川、铜川、长武、合阳、礼泉和凤翔苹果物候观测资料。

图 1

图 1. 研究区域及陕西苹果基地县 (阴影) 分布 Fig 1. Study area and distribution of apple planting counties (shaded) in Shaanxi Province

研究认为^[13]，影响陕西苹果产量和质量的主要气象因子为年平均气温、年降水量、6—8月平均相对湿度以及6—8月平均最低气温。

年平均气温综合反映了温度条件对苹果的影响，温度过低，果实不能正常成熟，果实小而酸，硬而不松脆；温度过高，则果肉结构疏松，硬度下降。适宜苹果栽培的年平均气温为8.0~14.0℃，世界苹果高产优质产区多在8.5~12.5℃^[14-15]，陕西苹果基地县年平均气温大都在适宜苹果栽培的年平均气温范围。苹果基地县南缘西部部分地区年平均气温为12.4~13.3℃，中东部则为12.7~13.6℃，明显超出优质范围；而长城沿线以北和白于山区的吴起、志丹则在8.0~8.3℃，略显不足。

选择洛川代表延安果区、合阳代表渭北东部果区、陇县代表渭北西部果区和凤翔代表关中西部果区。从图 2可以看出，果区气温自1961年以来均呈上升趋势，与1971—2000年年平均气温相比，20世纪60—80年代偏低，90年代和2001—2008年偏高。尤其是2001—2008年各果区年平均气温普遍偏高0.5℃以上，其中延安果区偏高0.6~1.0℃，渭北西部果区偏高0.5~0.7℃，渭北东部果区偏高0.6~1.0℃，关中果区偏高0.7℃左右，苹果基地县以北区域偏高0.5~1.0℃。果区年平均气温变化与陕西省年平均气温的变化基本一致^[11-12]。

图 2

图 2. 1961—2008年陕西果区年平均气温变化 (直线为趋势线) Fig 2. Change of mean annual temperature in apple planting area in Shaanxi Province from 1961 to 2008

从1961—1990年、1971—2000年、1979—2008年3个30年平均值的变化来看，研究区域近30年 (1979—2008年) 气温平均值明显高于前两个30年平均值，即T_1979—2008＞T_1971—2000＞T_1961—1990。

夏季 (6—8月，下同) 平均最低气温反映果树在旺盛生长季节、果实成熟期间夜温对苹果的影响。夜温低、气温日较差大可提高果实含糖量，有利于着色。

夏季平均最低气温在13~18℃时为苹果夜温的最适宜值。研究区域大部分夏季平均最低气温在适宜范围内，仅基地县南缘的西部、中东部和黄河沿岸的佳县和吴堡为18.0~20.7℃，超出适宜范围。据洛川、合阳、陇县、凤翔夏季平均最低气温的分析，近50年来研究区域夏季平均最低气温呈上升趋势，但其上升幅度明显小于年平均气温的上升幅度，且大部地区并未超出18℃的适宜范围。对于1971—2000年夏季平均最低气温高于适宜范围的渭北东部果区，近30年夏季最低气温的升高，将会对该地区苹果品质产生不利影响。

苹果生长期间适宜的空气湿度能促进同化作用, 并对果实品质、病害的发生产生影响。夏季相对湿度为60%~70%时，对苹果生长最为适宜^[14]。

1971—2000年夏季研究区域相对湿度除关中、渭北西部果区较适宜范围偏高1%~4%，陕北北部和黄河沿岸部分地区较适宜范围偏低1%~4%外，其他各地均在适宜范围内。

时间序列分析表明，夏季相对湿度自20世纪60年代以后逐渐上升，80年代达到最大，渭北西部、关中西部果区相对湿度超出了适宜范围；90年代以后，关中西部果区回到适宜范围，而渭北西部果区仍比适宜范围高3%；2001—2008年平均值与90年代相比变化不大。

各苹果基地县1979—2008年夏季相对湿度平均值与1961—1990年相比变化不大，除关中及渭北部分果区大于70%外，其余仍在60%~70%的适宜范围内。

苹果生长期间年降水量为500~800 mm是最适宜栽培区^[14]。由于陕西黄土高原苹果种植区大部分无灌溉条件，所以年降水量对苹果的产量、品质影响至关重要。

1971—2000年平均年降水量，延安以南地区为500~600 mm，延安以北大部分地区不足500 mm。与1971—2000年平均值相比，20世纪60年代苹果基地县年降水量除渭北东部果区的韩城、白水及关中的礼泉偏少12~32 mm外，其余均偏多10 mm以上；70年代大部分苹果基地县偏多，80年代偏多14~64 mm，90年代偏少16~74 mm，2001—2008年渭北东部及陕北黄河沿岸偏少，其余大部分地区偏多。

从30年平均值变化来看，近30年 (1979—2008年) 各苹果基地县降水量明显少于1961—1970年，减少幅度为10~50 mm；但比1971—2000年值略少，大部分地区减少幅度不到10 mm。苹果基地县以北地区近30年年降水量明显少于1961—1990年，除子洲、绥德、吴堡、清涧、志丹外，其余地区多于1971—2000年。苹果基地县以北地区年降水量不足500 mm，一些地方甚至不到400 mm，如果没有灌溉条件，特别是连续干旱年份苹果生长将受到严重影响。

采用全国苹果种植区划的农业气候指标因子及评分标准^[14](表 1)，结合陕西实际^[13]，以1961—1990年、1971—2000年、1979—2008年3个30年指标因子的平均值，按照表 1的评分标准进行评分，分析近50年来气候变化对其生长适宜性的影响。根据陕西省苹果产量和质量的实际状况，按总评分不低于90分为优质区，80~89分为适宜区，低于80分为次适宜区，对陕西苹果种植进行气候适宜性鉴定。

表 1

表 1 苹果气候区划因子评分标准 Table 1 Score criterion of climatic factors for apple planting demarcation 区划因子 范围 评分 年平均气温 8.5~12.5℃ 35 7.0~8.4℃, 12.6~14.0℃ 25 14.1~15.4℃ 15 ＜7.0℃ 10 年降水量 501~800 mm 25 801~950 mm 20 400~500 mm 15 100~400 mm，＞950 mm 10 6—8月平均相对湿度 61%~70% 20 50%~60%, ＞70% 10 ＜50% 5 6—8月平均最低气温 13.1~18.0℃ 20 50%~60%, ＞70% 10 ≤11.0℃ 0

表 1 苹果气候区划因子评分标准 Table 1 Score criterion of climatic factors for apple planting demarcation

从3个时段苹果气候区划适宜性总评分结果来看 (表 2)，大部分苹果基地县评分值没有变化，个别地点总评分值增加或减少，也都在原来所属级别范围内。仅在延安北部的靖边、南部的耀县和关中西部的扶风评分值偏离原有等级。其中靖边由于年平均气温升高，使总分值升至85分变为适宜区；耀县和扶风因为年平均气温超过优质范围，分别由原来的优质区和适宜区变成适宜区和次适宜区。苹果基地县以北地区，由于年平均气温上升，使苹果种植适宜性提高。如果对每年苹果生长期的气候因子作评分，然后再计算1961—1990年、1971—2000年、1979—2008年的评分平均值，则苹果基地县中各县的评分都有所下降；其中延安果区变化不大，渭北西部果区下降2~5分，渭北东部和关中果区下降3~8分，这说明气候变化对果业基地县的平均状况影响不大，但值得注意的是，20世纪90年代以来气象条件不在苹果生长的最适宜范围内的年份有所增加。

表 2

表 2 不同时段苹果气候适宜性区划评分结果 Table 2 The demarcation grade of climatic suitability of apple planting in different periods 站名 时段 年平均气温/℃ 年降水量/mm 6—8月平均相对湿度/% 6—8月平均最低气温/℃ 评分 洛川 1961—1990年 9.1 626.0 70.4 15.8 90 1971—2000年 9.5 590.1 70.5 16.1 90 1979—2008年 9.8 590.4 70.6 16.3 90 延川 1961—1990年 10.5 478.8 63.4 17.6 90 1971—2000年 10.6 458.3 63.0 17.8 90 1979—2008年 10.7 470.3 63.5 17.9 90 陇县 1961—1990年 10.7 604.8 73.5 16.6 90 1971—2000年 10.8 562.0 74.4 16.8 90 1979—2008年 11.0 567.5 74.7 17.0 90 长武 1961—1990年 9.0 603.1 71.6 15.3 90 1971—2000年 9.2 566.3 72.7 15.4 90 1979—2008年 9.3 569.8 73.7 15.4 90 合阳 1961—1990年 11.5 556.2 66.5 18.6 90 1971—2000年 11.8 533.3 68.3 18.8 90 1979—2008年 12.1 532.4 69.2 18.9 90 铜川 1961—1990年 10.5 601.2 69.6 17.2 100 1971—2000年 10.6 582.5 70.5 17.2 90 1979—2008年 10.8 583.5 71.0 17.2 90 凤翔 1961—1990年 11.4 629.4 70.8 17.7 90 1971—2000年 11.5 606.5 72.6 17.9 90 1979—2008年 11.7 603.9 72.7 18.0 90 礼泉 1961—1990年 12.6 550.6 69.0 19.6 80 1971—2000年 12.7 527.7 72.0 19.5 70 1979—2008年 12.8 531.9 74.0 19.4 70

表 2 不同时段苹果气候适宜性区划评分结果 Table 2 The demarcation grade of climatic suitability of apple planting in different periods

选择洛川、延川代表延安果区，陇县、长武代表渭北西部果区、合阳、铜川、代表渭北东部果区，凤翔、礼泉代表关中果区，分析各指标因子的变化对苹果生长适宜性的影响。

● 年平均气温 气温升高对苹果生长适宜性影响最明显的是渭北东部果区的合阳，1991年以来的18年中有10年气温的评分属于次高分，关中果区的凤翔有3年评分为次高分，其余苹果基地县气温虽有变化，但仍在最适宜范围内。

● 夏季平均最低气温 变化最明显的是黄河沿岸和关中果区。1991年以来延川、合阳夏季平均最低气温高于18℃的年份比1961—1990年偏多27%和20%，凤翔偏多34%。陕北和渭北的苹果基地县几乎都在最适宜范围内。

● 夏季平均相对湿度 1991年以来，除陇县变化不大外，其余地方相对湿度不在最适宜范围内的比率，比1961—1990年不在最适宜范围内的比率偏多11%~39%，使该项苹果适宜性气象条件的评分降低。

● 年降水量 1991年以来，年降水量不在最适宜范围内的年份，苹果基地县东部和关中果区的部分地方比1991年以前有所增加，而延安果区的洛川、渭北西部的长武、关中果区的凤翔变化不大。

气候变化使苹果春季花期霜冻害和夏季高温热害的出现频率也发生了相应变化^[16]。

高温热害常导致果实灼伤、萎缩及畸形果等, 对苹果产量、品质产生显著影响^[16]。根据1971—2000年30年平均，研究区域6—8月气温不低于35℃日数，除关中西部的宝鸡、岐山和扶风，渭北中东部的礼泉、富平、蒲城、合阳、韩城，以及黄河沿岸的佳县、吴堡、延川和延长高温日数为7~18 d外，其他各地夏季高温日数均不足5 d。1961年以来，果区高温日数的变化具有较好的一致性 (图 3)：20世纪60年代较多，70年代开始减少，80年代达到了近50年来的最少期，90年代开始上升，到2001—2008年关中果区和渭北西部果区的高温日数超过了20世纪90年代。随着气候变暖，高温热害已成为陕西苹果生产中必须关注的问题。

图 3

图 3. 1961—2008年果区各地高温日数变化 Fig 3. Change of high temperature days in apple planting areas in Shaanxi Province from 1961 to 2008

苹果花蕾期、开花期、坐果及幼果期，若遇到晚霜冻，会对其产量、质量产生严重影响。研究表明，20世纪80年代以来，全国平均终霜冻日期和初霜冻日期已发生了明显变化^[17]。

在影响苹果开花期早晚的气象条件中，气温影响最大^[18]，气温愈高，开花越早，反之亦然。以2001—2008年苹果物候观测和气象资料，分析发现苹果开花时间与3月上旬、中旬、下旬和月平均气温均呈显著负相关，相关系数分别为-0.55，-0.59，-0.35和-0.765(样本数为40), 均通过0.01的显著性检验 (3月下旬通过0.005的显著性检验)，这表明，3月气温越高，开花期越早。

对1961—2008年逐年3月平均气温分析表明，近50年来苹果基地县3月平均气温呈明显上升趋势，其变化的气候倾向率为0.3~0.5℃/10 a, 其中延安和渭北东部果区可达0.4℃/10 a以上。1961—1990年与1971—2000年3月平均气温相比差异不大，但1979—2008年与1971—2000年相比，各地均升高了0.5℃左右；尤其是近10年与1971—2000年相比，增加了2℃左右。3月平均气温的升高，使果树花期明显提前，渭北东部、关中果区苹果花期已由20世纪80年代的4月中旬提前至4月上旬，个别地方个别年份甚至提前至3月底；延安和渭北西部果区则由4月下旬提前至4月中旬^[18-19]，各地花期较80年代提前7~10 d。

苹果花期耐低温能力差，苹果花蕾出现以后，若气象观测站气温降至0℃以下，就有可能发生霜冻害^[15]。由于各地开花期主要出现在4月，分析各代表站1961—2008年不同时段4月各旬日最低气温低于0℃及不超过-2℃出现的频数 (表 3)，4月上旬各级冻害频数总体呈递减趋势, 但渭北西部果区的耀县 (低于0℃)、长武 (低于0℃)、彬县 (不超过-2℃)、陇县 (不超过-2℃) 及关中果区的凤翔近10年 (2001—2008年) 冻害频率多于近30年 (1979—2008年)；4月中旬不同强度等级霜冻出现次数总体呈增加趋势, 尤其是近10年冻害频率多于近30年，有的甚至多于前30年。这表明，受气温升高影响，花期提前的延安和渭北西部果区遭遇花期冻害的可能性增大。

表 3

表 3 各地不同时段出现冻害的平均日数 (单位：d/a) Table 3 Mean days of freezing injury to apple trees in different periods in various regions (unit:d/a) 站名 时段 4月上旬 4月中旬 4月下旬 ＜0℃ ≤-2.0℃ ＜0℃ ≤-2.0℃ ＜0℃ ≤-2.0℃ 延安 1961—1990年 2.20 1.13 1.07 0.30 0.13 0.00 1971—2000年 1.80 0.83 0.87 0.13 0.10 0.00 1979—2008年 1.40 0.47 0.80 0.20↑ 0.07 0.00 2001—2008年 1.13 0.25 0.75 0.25↑ 0.00 0.00 耀县 1961—1990年 0.50 0.14 0.04 0.00 0.00 0.00 1971—2000年 0.37 0.03 0.03 0.00 0.00 0.00 1979—2008年 0.23 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 2001—2008年 0.25↑ 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 长武 1961—1990年 1.73 0.63 0.90 0.27 0.30 0.10 1971—2000年 1.63 0.43 0.93 0.23 0.20 0.10 1979—2008年 1.37 0.40 1.13↑ 0.33↑ 0.23 0.03 2001—2008年 1.50↑ 0.63↑ 1.63↑ 0.50↑ 0.50 0.00 彬县 1961—1990年 0.77 0.33 0.27 0.07 0.03 0.00 1971—2000年 0.50 0.17 0.17 0.07 0.03 0.00 1979—2008年 0.40 0.10 0.27↑ 0.13↑ 0.00 0.00 2001—2008年 0.63↑ 0.25↑ 0.50↑ 0.25↑ 0.00 0.00 合阳 1961—1990年 1.00 0.52 0.55 0.14 0.03 0.00 1971—2000年 0.77 0.30 0.37 0.07 0.03 0.00 1979—2008年 0.53 0.13 0.43↑ 0.03 0.00 0.00 2001—2008年 0.38 0.00 0.50↑ 0.00 0.00 0.00 洛川 1961—1990年 1.70 0.87 0.93 0.20 0.13 0.00 1971—2000年 1.40 0.60 0.70 0.10 0.17 0.00 1979—2008年 1.10 0.30 0.67 0.10 0.13 0.00 2001—2008年 1.13↑ 0.38↑ 0.75↑ 0.25↑ 0.00 0.00 凤翔 1961—1990年 0.73 0.37 0.30 0.07 0.03 0.00 1971—2000年 0.57 0.20 0.30 0.03 0.03 0.00 1979—2008年 0.47 0.10 0.43↑ 0.07↑ 0.00 0.00 2001—2008年 0.50↑ 0.13↑ 0.50↑ 0.13↑ 0.00 0.00 陇县 1961—1990年 0.93 0.43 0.43 0.13 0.03 0.00 1971—2000年 0.73 0.23 0.40 0.10 0.03 0.00 1979—2008年 0.50 0.10 0.47↑ 0.13↑ 0.00 0.00 2001—2008年 0.38 0.13↑ 0.50↑ 0.13 0.00 0.00 注：↑表示该数据比邻近的前段数据增大。

表 3 各地不同时段出现冻害的平均日数 (单位：d/a) Table 3 Mean days of freezing injury to apple trees in different periods in various regions (unit:d/a)

1) 陕西苹果主产区影响苹果生长的气候因子中，年平均气温自1961年以来是上升的，上升幅度延安及其以北地区为0.23~0.37℃/10 a，关中及渭北果区为0.14~0.24℃/10 a。夏季平均最低气温的上升幅度小于年平均气温。夏季相对湿度平均值变化不大，但1991年以来，相对湿度不在适宜范围内的比率有所增加。年降水总体呈减少趋势，近30年年平均降水量明显少于1961—1990年平均值。

2) 采用全国苹果种植区划的农业气候指标因子及评分标准，对1961—1990年、1971—2000年、1979—2008年3个30年苹果生长的气候适应性分析表明，近30年研究区大部分苹果基地县苹果生长的气候适宜性评分值都在原来所属级别范围内。对评分因子的分析表明，年平均气温升高，使关中西部果区评分值降低，而苹果基地县以北地区评分值升高；夏季平均最低气温的上升，使黄河沿岸果区和关中果区该项评分不在最适宜范围内的年份略有增多；夏季平均相对湿度的变化，使果区该项评分不在最适宜范围内的年份有所增加；年降水量变化使果区东部和关中果区的适宜性评分降低。

3) 气温升高使果树花期明显提前，各地花期较20世纪80年代提前7~10 d。由于1961年以来4月中旬冻害频率的增加，尤其是近10年冻害频率的增加，使花期提前的延安和渭北西部果区遭遇花期冻害的可能性增大。20世纪90年代以来，果区夏季高温日数增加，高温热害已成为陕西苹果生产中必须关注的问题。