杨树有效冻融伤害模型构建与应用

杨成超

doi:10.12171/j.1000-1522.20200245

杨树有效冻融伤害模型构建与应用

杨成超

辽宁省杨树研究所，辽宁盖州 115213

基金项目: 辽宁省农业科学院院长基金项目（2020MS0504），辽宁省农业攻关及产业化项目（2015103002）。

详细信息

作者简介:
杨成超，博士，教授级高级工程师。主要研究方向：杨树抗寒育种及越冬防灾减灾。 Email： yangchengchao@sina.com　地址：115213辽宁省盖州市团山镇任屯村辽宁省杨树研究所

中图分类号: S792.11；S761.3
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出版历程
- 收稿日期: 2020-08-12
- 修回日期: 2020-09-13
- 录用日期: 2021-11-08
- 网络出版日期: 2021-11-14
- 发布日期: 2022-01-04

Model construction and application of effective freeze-thaw injury in poplar

Yang Chengchao

Liaoning Provincial Institute of Poplar, Gaizhou 115213, Liaoning, China

摘要

摘要:
目的 2000年以来，辽宁省杨树遭受5次严重的越冬伤害，造成巨大的经济和生态损失，构建有效冻融伤害模型，能够为杨树越冬伤害防控提供依据。
方法本文在阐明杨树越冬伤害机理并提出有效冻融伤害累积效应假说基础上，选择发生有效冻融的天数、发生有效冻融的日最低气温、树木健康指数和无霜期作为参数，构建杨树有效冻融伤害模型，并进行检验。
结果黑杨派速生杨树对无霜期的最低要求天数是170 d。在抗寒锻炼期和脱锻炼期内，当日最低气温 ≤ −3 ℃、日最高气温 > 0 ℃，且日较差 ≥ 12 ℃时，黑杨派速生杨树会发生有效冻融伤害。有效冻融伤害风险指数（RIO）越大，越冬伤害的风险越大。应用构建的模型绘制辽宁省黑杨派速生杨树越冬伤害风险评估图。模型检验结果表明，该模型对黑杨派速生杨树越冬伤害评估的准确率达到75%。
结论杨树有效冻融伤害模型有较大实用价值，为辽宁省等省区的杨树越冬防、减寒灾打下基础，为中国北方地区杨树造林和营林提供参考。
- 杨树 /
- 模型 /
- 有效冻融 /
- 风险评估 /
- 越冬伤害
Abstract:
Objective Since 2000, poplar in Liaoning Province of northeastern China has suffered five serious overwintering injuries, resulting in huge economic and ecological losses. The construction of an effective freeze-thaw injury（EFTI）model can provide a basis for the prevention and control of poplar overwintering injuries.
Method On the basis of clarifying the mechanism of poplar overwintering injury and putting forward the hypothesis of cumulative effect of EFTI, this paper selects the days of effective freeze-thaw, the daily minimum temperature of effective freeze-thaw, tree health index and frost free period as parameters, constructs and tests the EFTI model of poplar.
Result The minimum required days of frost free period for fast-growing poplar of Sect. Aigeiros were 170 d. During the cold resistance exercise period and off exercise period, when the daily minimum temperature was ≤− 3 ℃, the daily maximum temperature was > 0 ℃ and the daily range was ≥ 12 ℃, the fast-growing poplar of Sect. Aigeiros will have effective freeze-thaw injury. The greater the effective freeze-thaw injury risk index (Rio) was, the greater the risk of overwintering injury was. The model was applied to draw the overwintering injury risk assessment map of fast-growing poplar of Sect. Aigeiros in Liaoning Province. The model test results showed that the accuracy of the model for overwintering injury assessment of fast-growing poplar of Sect. Aigeiros was 75%.
Conclusion The model has great practical value. The development of EFTI model of poplar lays a foundation for preventing and reducing overwintering injury of poplar in Liaoning Province and other provinces. It provides reference for poplar afforestation and forest management in northern China.
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- model /
- effective freeze-thaw /
- risk assessment /
- overwintering injury

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图 1 辽宁省栽培黑杨派速生杨树越冬伤害风险评估

Figure 1. Risk evaluation on overwintering injury for fast-growing poplar of Sect. Aigeiros planted in Liaoning Province

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表 1 杨树单株越冬伤害症状分级标准

Table 1 Symptom classification criteria of overwintering injury in individual poplar

越冬伤害级别 Class of overwintering injury	症状 Symptom	代表值 Representative value
Ⅰ	无伤害 No harm	0
Ⅱ	≤ 1/10枝条干梢或 ≤ 1/10树干周长的韧皮部变黑 Dieback no more than 1/10 seedling height or black phloem no more than 1/10 stem perimeter	1
Ⅲ	1/10 < 枝条干梢 ≤ 1/5或1/10 < 树干周长的韧皮部变黑 ≤ 1/5 Dieback more than 1/10 but no more than 1/5 seedling height or black phloem more than 1/10 but no more than 1/5 stem perimeter	2
Ⅳ Ⅴ	1/5 < 枝条干梢 ≤ 1/2或1/5 < 树干周长的韧皮部变黑≤1/2 Dieback more than 1/5 but no more than 1/2 seedling height or black phloem more than 1/5 but no more than 1/2 stem perimeter > 1/2枝条干梢或 > 1/2树干周长的韧皮部变黑 Dieback greater than 1/2 seedling height or black phloem greater than 1/2 stem perimeter	3 4

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表 2 2005—2017年杨树越冬伤害调查结果

Table 2 Survey results of overwintering injury in poplar from 2005 to 2017

年份 Year	大树越冬伤害指数 Index of overwintering injury（IO）of big tree	1年生苗越冬伤害指数 IO of one-year-old seedling	灾害范围 Disaster range	代表颜色 Representative color
2005—2006	0.62	0.25	辽宁省 Liaoning Province	红色 Red
2006—2007	0	0	无 None	绿色 Green
2007—2008	0	0	无 None	绿色 Green
2008—2009	0.59	0.45	辽宁省 Liaoning Province	红色 Red
2009—2010	0	0	无 None	绿色 Green
2010—2011	0	0.39	凌海市 Linghai City	橙色 Orange
2011—2012	0	0	无 None	绿色 Green
2012—2013	0.55	0.35	辽宁省 Liaoning Province	红色 Red
2013—2014	0	0	无 None	绿色 Green
2014—2015	0	0	无 None	绿色 Green
2015—2016	0	0	无 None	绿色 Green
2016—2017	0	0.28	凌海、黑山 Linghai, Heishan	黄色 Yellow

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表 3 辽宁省各市（县）平均无霜期

Table 3 Average frost-free season of cities in Liaoning Province

市（县） City（county）	无霜期 Frost-free season/d	市（县） City (county)	无霜期 Frost-free season/d	市（县） City (county)	无霜期 Frost-free season/d
建平 Jianping	141	葫芦岛 Huludao	190	盘山 Panshan	173
抚顺 Fushun	150	北票 Beipiao	153	大洼 Dawa	182
喀左 Kazuo	160	义县 Yixian	163	营口 Yingkou	188
建昌 Jianchang	166	凌海 Linghai	182	大石桥 Dashiqiao	170
凌源 Lingyuan	152	阜新 Fuxin	159	盖州 Gaizhou	189
绥中 Suizhong	178	北镇 Beizhen	169	瓦房店 Wafangdian	178
朝阳 Chaoyang	170	黑山 Heishan	173	金州 Jinzhou	192
兴城 Xingcheng	170	台安 Taian	175	大连 Dalian	219
新民 Xinmin	160	海城 Haicheng	158	庄河 Zhuanghe	179
彰武 Zhangwu	159	鞍山 Anshan	182	丹东 Dandong	166
法库 Faku	153	辽阳 Liaoyang	166	岫岩 Xiuyan	151
康平 Kangping	160	沈阳 Shenyang	162	凤城 Fengcheng	156
昌图 Changtu	150	辽中 Liaozhong	167	西丰 Xifeng	130
开原 Kaiyuan	148	铁岭 Tieling	160	清原 Qingyuan	132
桓仁 Huanren	148	宽甸 Kuandian	135	本溪 Benxi	151

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表 4 对黑山和凌海的黑杨派速生杨树越冬伤害的评估及模型检验

Table 4 Model test and overwintering injury prediction to fast-growing poplar of Sect. Aigeiros and Linghai of northeastern China

地点和时间 Site and time	EFTI天数 EFTI day number	EFTI的日最低气温之和 Sum of daily minimum temperature of EFTI day/℃	D	d	健康指数 Health index	风险指数 Risk index （RIO）	评估级别和颜色 Evaluation level and color	春季调查结果 Survey result in spring
黑山新兴镇2016.11 Xinxing Town of Heishan, Nov., 2016	13	−108.9	170	173	1	1415.7	Ⅲ （黄色 Yellow）	Ⅲ （黄色 Yellow）
黑山新兴镇2017.03 Xinxing Town of Heishan, Mar., 2017	16	−90.4	170	173	1	1446.4	Ⅲ （黄色 Yellow）	Ⅲ （黄色 Yellow）
凌海监测站2012.11 Monitoring station of Linghai, Nov., 2012	7	−29.9	170	182	3	627.9	Ⅱ （蓝色 Blue）	Ⅴ （红色 Red）
凌海监测站2013.03 Monitoring station of Linghai, Mar., 2013	12	−64.4	170	182	3	2318.4	Ⅳ （橙色 Orange）	Ⅴ （红色 Red）
注：EFTI天数代表一年中日最低温 ≤ −3 ℃,日最高温 > 0 ℃且日较差 ≥ 12 ℃的天数； D为研究目标杨树对无霜期的最低要求天数，d为研究目标地点当年的无霜期（天数）。下同。Notes: ‘EFTI day number’ represents daily minimum temperature ≤ −3 ℃，daily maximum temperature > 0 ℃ and daily temperature range ≥ 12 ℃，D represents required minimum days of frost-free season for research poplar, d represents days of frost-free season of the same year in research region(d). The same below.

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表 5 对3个典型地区栽培黑杨派速生杨树风险评估结果的检验

Table 5 Check results to risk evaluation map as fast-growing poplar of Sect. Aigeirosanted in three typical regions

地点和时间 Site and time	EFTI天数 EFTI day number	EFTI的日最低气温的和 Sum of daily minimum temperature of EFTI day/℃	无霜期（d或ER） Frost-free season （d or ER）/d	健康指数 Health index	风险指数 RIO	评估结果和颜色 Evaluation result and color	春季调查结果 Survey result in spring
黑山县气象台2016.11 Observatory of Heishan, Nov., 2016	9	−66.0	173	1	594.0	Ⅱ （蓝色 Blue）	Ⅲ （黄色 Yellow）
黑山县气象台2017.03 Observatory of Heishan, Mar., 2017	15	−79.0	173	1	1185.0	Ⅲ （黄色 Yellow）	Ⅲ （黄色 Yellow）
彰武气象台2014.10—2014.11 Observatory of Zhangwu, from Oct. to Nov., 2014	21	−145.0	3.3	1	10048.5	Ⅴ （红色 Red）	Ⅴ （红色 Red）
彰武气象台2015.03—2015.04 Observatory of Zhangwu, from Mar. to Apr., 2015	12	−75.0	3.3	1	2970.0	Ⅴ （红色 Red）	Ⅴ （红色 Red）
抚顺气象台2011.10—2011.11 Observatory of Fushun, from Oct. to Nov., 2011	15	−87.0	4.5	1	5872.5	Ⅴ （红色 Red）	Ⅴ （红色 Red）
抚顺气象台2012.03—2012.04 Observatory of Fushun, from Mar. to Apr., 2012	9	−111.0	4.5	1	4495.5	Ⅴ （红色 Red）	Ⅴ （红色 Red）
注：黑山县无霜期数据指d，彰武和抚顺的无霜期数据指ER，即 ${\sqrt{D-d}}$ 。Notes: frost-free season data of Heishan County is indicated as d, frost-free season data of Zhangwu County and Fushun City is indicated as ER，that is ${\sqrt{D-d}}$ .

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