气象灾害对橡胶树的影响及风险评估综述

刘琰琰，韩 冬，杨 菲，杨再强

(1.成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室，四川 成都 610225；2.南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏 南京 210044)

气象灾害对橡胶树的影响及风险评估综述

刘琰琰1，韩 冬2，杨 菲2，杨再强2

(1.成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室，四川 成都 610225；2.南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏 南京 210044)

系统论述了影响我国南方橡胶树生长、发育和产量的3种气象灾害(寒害、台风灾害、旱灾)的致灾指标和致灾机理，并简述了橡胶气象灾害风险评估的研究进展，可为我国橡胶树的栽培管理和防灾减灾提供重要参考。

橡胶树；寒害；台风；旱灾；风险评估

橡胶树(Heveabrasiliensis)为大戟科橡胶树属的一种落叶乔木，原产于南美洲巴西，是非常典型的热带作物，也是橡胶树属11个种中被商业化大规模种植的一个树种[1]。橡胶树生长适宜的气候条件主要为高温、高湿、雨量充沛、昼夜温差小、雨热同期等[2]。目前，橡胶树的种植范围已经扩展到亚洲、非洲、大洋洲的部分地区。全世界有40多个国家和地区种植橡胶树。中国种植面积居全球第三位，产量占全球7.6%(2013年)，主要地区包括海南、云南、广东、广西和福建，其中以海南省橡胶种植面积最大，是中国天然橡胶主产区，橡胶产业已成为促进当地经济发展、农民和农场职工增收的支柱型产业。天然橡胶是中国国防与经济建设不可或缺的战略物资和稀缺资源，直接关系到国家经济发展、政治稳定与国防安全。2015年2月1日颁布的《中共中央国务院关于加大改革创新力度加快农业现代化建设的若干意见》(即“一号文件”)在“围绕建设现代农业，加快转变农业发展方式”标题下，提出“启动实施天然橡胶生产能力建设规划”。因此，研究气象灾害对中国橡胶生长发育和产量的影响及灾害风险评估对科学规划和合理布局具有重要意义。

虽然中国华南地区的气象条件基本满足高温高湿，但由于地处季风区，夏季常受到台风灾害、冬季受到低温影响，橡胶园在遭受气象灾害破坏后，其生长和产量还需要一定的时间才能缓慢恢复。影响橡胶生长发育和产量的因素包括内部因素、栽培措施和环境条件，内部因素包括橡胶树的遗传特性、树木品种、树龄、物候、乳管机能等；栽培措施包括种植密度和管理技术措施；环境条件包括土壤状况、气象因子等[3-4]。其中，气象因子对橡胶树造成的危害面积大、持续时间长，显著影响橡胶树的生长发育和产量[4]。前人研究认为对橡胶树影响较大的气象因子是气温与日照时间，其次是空气相对湿度[5]。前人分别从温度、水分、辐射等方面对橡胶树的产胶量进行研究，但关于气象灾害对橡胶树生长发育及生理等方面的影响还缺乏综合和系统性的综述。本文总结了寒灾、风灾和旱灾对橡胶树的影响，可为各级政府及橡胶种植区域布局提供重要参考，也为橡胶树的栽培管理和气象灾害防御提供依据。

1 寒害对橡胶树的影响

1.1 橡胶树寒害的类型及寒害指标的确定

受寒潮和冷空气等影响，当环境温度降低或低温累积到橡胶树能忍受的温度以下时，会发生寒害[6]。橡胶树发生寒害的原因分为内因和外因，内因包括橡胶树的个体差异、种间差异；外因主要指外界温度对橡胶树的影响。华南热带作物学院项目组研究[7]指出当气温低于18 ℃时会降低橡胶树乳胶的生成。一般认为橡胶树寒害类型分为平流型、辐射型和混合型3种类型[8]。温福光等[9]将平流型寒害的临界温度确定为日平均气温为12 ℃，辐射型寒害的临界温度为日最低温度≤5.0 ℃。

1.2 寒害对橡胶树的危害

当环境温度低于橡胶树的临界寒害温度会对橡胶树体造成伤害，橡胶幼树的新陈代谢在气温低于10 ℃时会受到显著影响，叶片光合作用停止[10]。寒害对橡胶树的影响为渐显型，随着气温的回升，寒害的后遗症陆续出现[11]，寒害使橡胶树的树冠枯焦、叶片枯死；使橡胶树的茎干出现黑斑、外层树皮受损、整个树皮受害甚至爆皮流胶；对根系的影响表现为主根根皮爆胶，侧根干枯，吸收根和输导根冻死[12]。15 ℃以下的低温明显推迟橡胶树种子萌发[13]。经受过寒害的橡胶树由于割面受损发生小蠹虫灾害的概率增大，通过调查证实橡胶树遭受严重寒害是诱发小蠹虫大发生的直接原因[10，14-15]。低温还使橡胶树叶片含氮量下降，镁含量增加，直接影响当年和第2年叶片光合作用而影响橡胶树的生长及产量[16]。

1.3 寒害对橡胶树的影响机理

目前关于橡胶树的抗寒生理机制有较多研究[17-18]，研究表明植物叶片的蒸腾强度、光化学反应、呼吸作用、细胞膜透性、原生质粘度和抗氧化酶活性常作为反映植物抗寒性的指标。光合作用是植物体内重要的生理过程，低温会造成植物光合速率的下降[19-20]，当温度降至引起寒害的临界温度时，光合作用就会受到抑制且低温会增加冷敏感植物和抗冷植物发生光抑制的可能性[21]，研究发现，在自然条件下，日极端最低温度较高时蒸腾强度高，温度下降时，蒸腾强度也下降[17]。Mai等[22]认为低温处理1～10 h后，橡胶树叶片的净光合速率下降，非光化学淬灭升高，PSⅡ最大光化学量子效率变化不大；当低温处理时间延长到24～96 h，橡胶树叶片的净光合速率持续下降，非光化学淬灭降低，PSⅡ最大光化学量子效率显著降低。这是由于低温降低了激发能的利用效率，使激发能中用于光化学淬灭的部分降低，用于非光化学淬灭的部分升高，从而降低了橡胶树叶片的氮素利用效率[23]。徐其兴[24]指出在橡胶树发生寒害的时期，光照多会减轻寒害的影响。研究证明橡胶树受寒害程度与呼吸强度密切相关，橡胶树受低温影响，体内代谢失调，表现为受害越重呼吸强度越大，橡胶树叶片的呼吸作用随气温的改变而改变，且不同品种、不同生育期的橡胶树呼吸强度差异显著[25]。细胞膜是物质进出细胞的媒介，能维持细胞的稳定性，在低温条件下，细胞膜被破坏，而且这种破坏是不可逆的，因而质膜的透性变化可显示细胞膜结构和功能受损程度[26-27]，何景[28]研究发现橡胶苗的叶片细胞原生质透性随温度的下降而提高，且由常温直接下降到临界温度(10 ℃)时质膜透性是可恢复的，当由常温降至受害温度(-2 ℃)，质膜透性无法恢复到原来的状态。胡德友[29]对橡胶树茎干和叶片的细胞原生质粘度在低温条件下的变化研究发现，橡胶无性系叶片和茎干对低温的适应程度存在差异，但两者均与气温呈负相关。低温还会直接影响橡胶树叶片细胞原生质粘度，何景等[28]研究指出，抗寒性较强的橡胶树拥有高粘度的细胞原生质，抗寒性较低的橡胶树品种细胞原生质粘度受到影响时所经受的温度高于抗寒性强品种。校现周等[30]研究发现，在低温条件下，橡胶树叶片的过氧化物酶活性、丙二醛含量升高，抗坏血酸过氧化物酶活性降低。抗氧化酶是保护性酶，在低温条件下，它们与活体氧和自由基发生反应，保护细胞膜，减轻过氧化氢对细胞的伤害[31]。刘世红等[32]研究了低温对西双版纳30个橡胶树品种的抗氧化系统的影响，发现在低温胁迫下，抗寒性高的品种的超氧阴离子在不同温度下变幅较小，超氧化物歧化酶(SOD)活性随着温度降低迅速提高，过氧化氢酶(CAT)活性随温度降低活性下降。低温还会影响橡胶的物质代谢，包括碳水化合物、氮化合物和氨基酸等[33]。

2 台风灾害对橡胶树产量的影响

2.1 台风灾害对橡胶树的危害

台风是地球上气象灾害破坏性最大的天气系统，台风因其发生频次高、危害程度重、影响范围广而受到我国甚至全世界的广泛关注[34]。台风对农业生产造成十分严重的灾害，不仅因其强度大、速度快，还因其带来的次生灾害包括暴雨、风暴潮、洪水等[35]会给橡胶生产带来不利影响。随着全球气候变暖，影响和登陆我国的台风次数将增多，且在台风少发年份，偶发的一次台风袭击，甚至可以造成比多发年份更为严重的风害[36]。

当台风风力达到树木所能承受的极限，树木的特定部位不能抵抗风压时会发生台风灾害[37]。风的水平作用力和树木本身质量产生的重力是形成台风灾害的主要作用力[38]。风的水平作用力首先在树冠中心形成水平压力使树干倾斜，而树干倾斜则导致树干和树冠的重心偏移，由于重力作用，加剧了树干偏移程度。如果风速进一步加强，将造成掘根、折干、折冠及树干弯曲甚至树干被连根拔起等危害，甚至引发病虫害的发生[39]。台风伴随的大风会直接吹断果树、橡胶林[40]，使树木被连根拔起[41-42]。孙洪刚等[40]总结了导致树木发生风害的因素，主要包括树种特性、树龄、根系深浅、树冠形态、叶面积指数、树高、土壤类型等，橡胶树树体高大，材质脆弱，容易发生风害[36]，但台风在一定程度上也可以缓解橡胶园的旱情。

2.2 台风灾害对橡胶产量的影响机理

关于台风对橡胶树生理的影响，国内外的研究较少，杨少琼等[43]对经受2次强台风袭击表观上无严重受害症状的橡胶树进行生理状况研究发现，风力胁迫后，无论表观排胶相对正常与否的胶树，其产量和排胶状态、胶乳性状、乳管代谢强度(包括R-SH、Pi和Mg2+等)和抗氧化等生理状况均比受害前年度同期的水平低，风害次年树干出现裂口证明风力胁迫使一部分产胶机构受到不可逆的伤害。受害当年胶乳蔗糖含量显著低于受害前的同期水平，因为受损的树冠叶片光合作用减弱且部分筛管受到损伤影响了蔗糖输入乳管，且受灾害次年仍有近四分之一表观无严重受害症状的胶树排胶不正常，显微镜观察到裂口和紧挨裂口附近的乳管中的胶乳已经凝固而失去功能，在切片上呈现膨大的状态[44]。还有研究表明，机械创伤会提高过氧化物活性和诱发酶合成，从而产生大量的应激乙烯，从而增大排胶量，但产胶潜力(贮备糖与酶、核酸和维生素等生理活性物质)会逐渐削弱，因此台风过后橡胶树的排胶量会在短期内骤升后迅速下降[45]。Milford等[46]研究发现，在风灾过后，与排胶流畅有关的堵塞指数持续在较高水平。台风的到来常伴随着强降雨，引起的光照强度减弱和光照时间缩短，会降低光合作用效率，且强降雨条件会严重影响割胶速度[47]。台风带来的大幅降温也将影响橡胶树的光合作用、叶片细胞膜透性、原生质粘度和抗氧化酶活性，从而影响胶乳质量和产量。风害导致林木死亡的过程可持续40 a之久，但年平均死亡率逐渐降低[48]。强风形成的林窗可以加快同龄幼树的世代更新频率[49]。台风还会引起橡胶树土壤环境的改变，Wang等[50]研究表明飓风过后，Puerto Rico地区的土壤有机碳、CO2的释放略有增加，N素矿质化速率明显加快。台风可以增加土壤凋落物的数量，研究发现[51]，通过凋落物转移到地面的N、P、K的比例可以达到20%、17%、13%，而N、P、K等营养元素含量的变化直接影响橡胶树的生长[52]。由于台风导致胶树树木掘根，根丛裸露，表层土壤被扰动，使矿质土层、腐殖质等暴露于地表，粗木残质体的分解增加了土壤养分[53]，但台风带来的降雨也会加速土壤中N、P、K的流失[54]。

3 旱灾对橡胶树的影响

水对植物的生长发育起着至关重要的作用，水参与植物的光合作用、蒸腾作用、养分运输，还维持细胞内渗透压且在调节温度过程中起着重要作用。橡胶树原产于南美热带雨林气候，对水分要求较高，干旱胁迫会减缓橡胶树的生长，使橡胶树萌抽新叶减慢，非生产期延长，缩短可割胶时间[55-58]，还会导致过冬落叶和开花提早，导致开花时间延长[59]。干旱胁迫也会影响干胶产量，阻塞排胶并加速死皮的发生[60-61]，严重干旱甚至会导致植株枯死。此外，高温干旱季节还容易导致橡胶树害虫红蜘蛛(六点始叶螨)的发生，红蜘蛛吸取橡胶叶片细胞的细胞液和叶绿素，使叶片变红甚至枯黄，导致橡胶产量降低[62]。水分胁迫对橡胶树根系水力学导度、根系活力和叶片水分饱和亏缺产生明显影响[63]。同时，干旱胁迫作为原生灾害，由此可能引发火灾、虫害，王树明等[64]研究发现滇东南植胶区长期旱灾以后引起植胶区火灾6起，虫害提前出现。

国内外关于干旱胁迫对橡胶树光合和生理方面的影响进行了广泛研究，表明干旱胁迫通过对橡胶树的光合特性、叶绿素荧光参数、蒸腾强度、胶树叶片相对含水量和细胞膜透性、叶片色素、抗氧化酶活性、根系活力等一系列指标的影响，进而影响胶树的生长、胶乳生理参数和干胶产量。姚庆群[65]对1年生橡胶苗在不同土壤环境下进行干旱处理，发现在干旱处理1～10 d，各处理的净光合速率和气孔导度均开始下降，但下降的速率比较缓慢；从第11天开始，下降速度加快，胞间CO2浓度随着干旱胁迫时间的延长先缓慢下降，然后开始上升，最后直线下降，在干旱胁迫后的前20 d，各处理的PSII最大光化学效率(Fv/Fm)和非光化学淬灭系数qN变化不大；而20 d后迅速下降，第28天接近为0，表明橡胶树苗完全失去了光合能力。Jacob等[66]研究表明，印度康坎北部地区每年有150～180 d经历干旱，并伴随着高温和强太阳辐射，导致该地橡胶苗的CO2饱和光合速率和羧化效率均受到抑制，而干旱胁迫诱导的光抑制被认为是该地区橡胶减产的主要因素。刘金河[2]认为橡胶树的蒸腾强度和水分代谢速度在土壤水分不足时受植物本身的生理调控而下降。Wang[67]研究表明橡胶树的叶片相对含水量随着干旱胁迫严重下降，随干旱胁迫时间的增加叶绿素总量先增加再降低，丙二醛和脯氨酸含量持续增加，过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性明显增强，可溶性糖含量基本不变，与清除活性氧相关的基因的表达先增加后降低。王纪坤等[68]的研究也发现了类似的结论，而叶片相对含水量、超氧化物歧化酶活性、可溶性蛋白含量、丙二醛含量、叶片相对电导率和可溶性糖含量也被认为是与橡胶树抗旱性最密切的生理指标[69]。宫丽丹等[63]认为随着水分胁迫时间的延长，根系水力学导度逐渐下降，根系活力呈现先增加后下降，不同橡胶树品种对水分胁迫的抵抗与适应能力不同。水分条件影响胶乳中的生长素(IAA)和细胞分裂素(iPA)含量，Etienne等[70]发现无胚胎愈伤组织中积累的高浓度脱落酸(ABA)，证实了“没有胚胎发生的橡胶愈伤组织是水分胁迫”的说法，但关于水分胁迫对橡胶树内源激素的影响国内外研究较少。空气的相对湿度影响橡胶树的生理特性，旱灾发生时常伴随空气湿度较低，通过影响橡胶树叶片的气孔导度和蒸腾速率来抑制橡胶树的光合作用[71-72]。干旱条件下植物的水势下降，水分运输通道张力增加，导致橡胶树木质部的栓塞，Ranasinghe等[73]的研究发现橡胶树叶片相对含水量降低到85%时，叶柄处木质部开始出现栓塞，木质部栓塞会损失橡胶苗50%以上的导水率[74]。但关于橡胶树木质部栓塞在干旱期间是否可恢复，学者的研究存在争议[75-77]。

4 橡胶树气象灾害风险评估的研究进展

4.1 橡胶树寒害风险评估研究进展

自然灾害风险评估是指通过风险分析的手段或外表观察法，对尚未发生的自然灾害之致灾因子强度、潜在受灾程度进行评定和估计，是风险分析技术在自然灾害学中的应用。农业气象灾害风险是指在历年的农业生产过程中，由于孕灾环境的气象要素年际之间的差异引起某些致灾因子发生变异，承灾体发生相应的响应，使最终的承灾体产量或品质与预期目标发生偏离，影响农业生产的稳定性和持续性，并可能引发一系列严重的社会问题和经济问题[78]。关于寒害，国外的研究多集中于分析机理，比较抗寒性，而对于寒害的风险区划研究较少[79-81]，且研究更多侧重于经济领域，包括经济风险、环境风险、潜在风险和综合风险等[82]。国内关于橡胶寒害的研究开始较早，但对区域橡胶寒害的风险评估的研究还不够成熟，孟丹[83]从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力4个方面，结合统计学方法、灾害风险评估模型，利用GIS对滇南地区进行橡胶寒害风险区划的研究。邱志荣等[84]利用海南省各气象站的气象数据，选取与寒害有关的3个因子进行主成分分析，得到橡胶寒害气温综合指标，以此为基础描述了海南橡胶树寒害空间分布特征，为海南橡胶树风险区划和评估提供参考。

4.2 橡胶树台风灾害风险评估的研究进展

台风灾害是世界范围内的灾害，美国、英国和日本是较早开始研究自然灾害的国家[85-88]。国外的研究也多集中于热带气旋的发生发展及预报，在农业上的影响则多侧重于台风对作物产量的影响，而对台风灾害风险评估研究较少，Lou等[89-90]基于GIS技术和BP神经网络模型对浙江省热带气旋灾害进行了评估。国内对台风灾害风险评估模型的研究较充分，丁燕等[91]对台风暴雨和台风大风致灾因子时、空、强度和承载体易损性2个角度，建立了台风灾害的模糊风险评估模型。台风灾害风险由致灾因子、承灾体易损性和防灾减灾能力3个方面共同决定。因而，灾害的风险区划评估模型为：R=H×V×(1-Cd)，式中：R为台风灾害风险评估值；H、V、Cd分别为致灾因子、承灾体易损性及防灾减灾能力的评估值。利用研究区域内的历史调查和观测资料，检验和修正模型；利用区划模型进行灾害风险区划和评估，划分研究区域内灾害风险等级。李春梅等[92]将层次分析法和专家打分法应用于广东省热带气旋灾害影响评估模式。应用GIS技术，以县市行政区为单位，选用多年平均台风灾害过程中的综合灾度、风速和降水因子，利用台风灾害危险性指数法对海南岛台风灾害危险性进行评估。张京红等[93]运用可拓理论建立海南岛橡胶风害评估可拓模型，利用GIS技术设计开发了评估系统，就“纳沙”台风对海南岛橡胶园风害进行了评估。张忠伟[94]利用RS和GIS技术综合考虑台风的降水、大风和地形等因素，并结合统计学方法、自然灾害风险评估方法，进行海南岛橡胶种植台风灾害风险评价与区划。

4.3 橡胶树旱灾风险评估的研究进展

干旱风险是干旱危险强度、频度及承灾体脆弱性综合作用产生的潜在负面影响，是某一地区一段时间降水短缺和该地区脆弱性和暴露性共同作用的产物[95-96]，旱灾风险研究是农业灾害风险里一个起步较晚的领域，Ayman等[97]基于多年发生在尼罗河的干旱事件对埃及俄比亚高原干旱灾害进行了风险评估，结果显示的干旱风险循环模式，证实了径流的非平稳性流动是赫斯特现象的可能解释之一。国内干旱风险评估一般使用的方法包括：可变模糊算法、自然灾害系统理论、多变量概率分析、GIS等[98-101]，研究的农作物包括冬小麦、玉米等[99，101]，但关于橡胶树旱灾的风险评估，国内外研究很少。

5 小结

农业气象灾害在自然灾害中占据70%的比例，其中干旱、涝渍、寒害是最主要的农业气象灾害[78]。对于热带作物橡胶来说，寒害、台风灾害和旱灾是制约其生长和产量的主要气象灾害，随着全球气候的变化，气象灾害发生的频次逐渐增多，加之其带来的次生灾害，严重制约了我国橡胶产业的发展，我国有关部门积极采取措施，有效地开展橡胶气象服务，建立了气象灾害及病虫害的监测和预警系统，在最大程度上减少气象灾害对橡胶产量的影响；通过遥感技术手段监测天然橡胶园的寒害、台风灾害的研究也取得了一定进展；关于橡胶树气象灾害风险评估研究工作的持续推进和保险产业的发展，都更好地服务于橡胶产业。但由于台风灾害的特殊性，我国关于台风灾害对橡胶树的影响多集中于产量方面，而较少关注对其生理影响机制的研究；旱灾的风险评估研究在我国起步较晚，研究多集中于我国中部地区的粮食作物，对橡胶旱灾的风险评估研究还处于探索阶段。今后可进一步研究确定橡胶树抗性指标，培育抗性强的品种，建立和完善橡树的气象灾害预警防御系统。

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Studies for Impact of Meteorological Disasters onHeveabrasiliensisand Risk Assessment

LIU Yan-yan1，HAN Dong2，YANG Fei2，YANG Zai-qiang2

(1.CollegeofAtmosphericSciences，PlateauAtmosphereandEnvironmentKeyLaboratoryofSichuanProvince，ChengduUniversityofInformationTechnology，Chengdu610225，Sichuan，China；2.CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters，NanjingUniversityofInformationScience&Technology，Nanjing210044，Jiangsu，China)

This paper discussed indexes and causing mechanism of three kinds of meteorological disasters (chilling injury，typhoon and drought) which influencedHeveabrasiliensisgrowth and yield in south China，as well as resumed research progress of meteorological disaster risk assessment about rubber，the aim was to provide an important reference for the cultivation management and disaster prevention and reduction.

Heveabrasiliensis；chilling injury；typhoon；drought；risk assessment

2015-11-26；

2016-01-14

四川省科技支撑计划项目(2015NZ0035)；公益性(气象)行业科研专项(GYHY201306037)

刘琰琰(1982—)，女，河南南阳人，成都信息工程大学讲师，博士，从事气候变化影响评估及农业防灾减灾研究工作。E-mail：liuyy@cuit.edu.cn。

杨再强(1967—)，男，南京信息工程大学教授，博士生导师，从事农业生物环境调控研究工作。E-mail：yzq@nuist.edu.cn。

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.03.050

S794.1

A

1002-7351(2016)03-0244-09