مرور سیستماتیک تحقیقات مرتبط با سرمای دیررس بهاره و روش های برآورد آن

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی منابع آب، بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

2 دانشیار، بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

10.30467/nivar.2023.379316.1235

چکیده

خسارت ناشی از سرمای دیررس بهاره یکی از مخاطرات طبیعی اصلی است. سرمازدگی بهاره تهدید مهمی برای محصولات کشاورزی محسوب می‌شود. هدف از این مطالعه، یافتن پاسخ به این سوالات است."یخبندان دیررس بهاره چه تأثیری بر محصولات کشاورزی دارد؟" و "شکاف‌های تحقیقات اخیر چیست؟" مقالات متعددی تا نوامبر 2022 از پایگاه‌های اطلاعاتی Web of Science، Scopus، Science Direct، Pub Med، ResearchGgate, و Google Scholar search engine، SID، Iran Doc، Magiran وSi explore جمع‌آوری شد. جهت دستیابی به نشریات مربوطه از کلیدواژه‌های “Spring Frost”، “ Late Frost”و “Late Spring Frost” استفاده شد. پس از ارزیابی مقالات، 45 مقاله انتخاب شد. تحقیقات اخیر نشان داده است که 22/42 درصد از مقالات مربوط به خسارت ناشی از سرمازدگی دیررس بهاره بوده است. 33/53 درصد از مقالات در آسیا منتشر شده است. بیشترین تعداد مقاله در ایران در سال 1393 و در سایر نقاط جهان در سال 2018 منتشر شده است. واژه‌های“Frost Damage”، “Phenology”، “Climate Change”و“Frost Spring ” به‌عنوان متداول‌ترین کلیدواژه‌ها ظاهر شدند. بعلاوه، نتایج نشان داد که آسیب ناشی ازسرماهای دیررس بهاره بر اندام‌های آسیب پذیر گیاه به طور قابل توجهی تأثیر می گذارد. سرماهای دیررس بهاره که پس از جوانه زنی گیاهان علفی و درختان رخ می‌دهد تأثیر مهمی بر کشاورزی و جنگل‌داری در مناطق مختلف جهان دارد. این رویداد در آسیا، آمریکای شمالی و اروپا بیش از سایر مخاطرات مرتبط با آب و هوا باعث زیان اقتصادی به کشاورزی شده است. با این حال شدت آسیب ناشی از سرمای دیررس بهاره ممکن است با تغییرات اقلیمی تشدید شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Systematic Review of Research on Late Spring Frost and its Estimation Methods

نویسندگان [English]

  • Mobina Abdollahi Fuzi 1
  • Bahram Bakhtiari 2
  • Kourosh Qaderi 2
1 M. Sc. student in Water Resource Engineering, Water Engineering Department, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
2 Water Engineering Department, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
چکیده [English]

The late spring frost damage has been one of the significant natural hazards. Spring frost is considered an important threat to agricultural products. The aim of this study is to find the answers to these questions. "How does a late spring frost affect agricultural crops?" and "What are the gaps in recent research?" Several articles were collected from Web of Science, Scopus, Science Direct, Pub Med, ResearchGate and Google Scholar search engine, SID, Iran Doc, Magiran, and Si explore the databases until November 2022. In order to find relevant publications, “Spring Frost”, “Late Frost” and “Late Spring Frost” were used as the keywords. After evaluating the articles, 45 articles were selected. Recent studies have shown that 42.22% of the articles were related to damage inflicted by late spring frost. 53.33% of that were published in Asia. Most articles were published in Iran and other parts of the world in 2014 and 2018, respectively. The words "Frost Damage", "Phenology", "Climate Change" and "Frost Spring" appeared as the most frequent keywords. In addition, the results showed that the damage caused by the LSFs (Late Spring Frosts) significantly affects vulnerable plant organs markedly affects. Late-spring frosts occurring after the germination of herbaceous plants and trees have an important impact on agriculture and forestry in regions of the world. This event has caused more economic losses to agriculture than any other climatic hazard in Asia, North America, and Europe. However, the severity of damage due to LSF may be amplified by climate change.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cold estimation
  • Frost damage
  • Minimum temperature
  • Phenology
  • Spring frost
  • Systematic review
 1.    آقاشریعتمداری، ز.، بذرافشان، ج.،صفایی، س.ا. 1395. چشم‌انداز زمان وقوع یخبندان‌های زودرس پاییزه و دیررس بهاره تحت شرایط تغییر اقلیم با استفاده از مدل SDSM در چند ایستگاه منتخب در نیمه غربی ایران. نشریه هواشناسی کشاورزی. 4: 31-22. 
2.    انصاری، ح.، کوهی، م.، صالح نیا، ن.1391. پیش بینی وقوع یخبندان های تابشی با استفاده از حداقل داده های هواشناسی. آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 26 (1): 114-126. 
3.    اکبری‌مقدم، ن.، علی‌اکبری بیدختی، ع.،  ایران‌نژاد، پ. 1392. به‌‌کارگیری مدل تابشی‌-فرارفتی برای  برآورد سرمایش شبانه در یک حوضه محصور به توپوگرافی (حوضه رفسنجان). فیزیک زمین و فضا. 39(2): 111-126.
4.    انتظاری، ع.، حدادنیـا، ج.، جعفرزاده، م.، کورونـدی، ا.، 1390. ارائه یک شبکـه عصبی MLP به منظور پیش‌بینی یخبندان در استـان کرمانشـاه. مطالعات جغرافیایی مناطق خشک. 2(3): 59-71.
5.    پورنقی، ر. 1396. سرقت علمی در میان دانشجویان دانشگاه‌ها: مطالعه مرور سیستماتیک و متاآنالیز. گزارش طرح پژوهشی. پژوهشگاه علوم و فناوری اطلاعات ایران (ایرانداک).
6.    بازگیر، س.، محمدی، ح.، شریفی، ل.، سلیمانی، ن. 1395. تحلیل مخاطره یخبندان و سرمازدگی محصولات باغی آذربایجان غربی. مدیریت مخاطرات محیطی. 3 (4 ): 365- 378.
7.    تقوی‌گودرزی، س.، امیدزاده، ه. 1394. پیش‌بینی سرمای دیررس بهاره با استفاده از شبکه ی عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) و تاثیر آن در حمل و نقل شهر خرم آباد. فصل نامه آمایش محیط. شماره 28: 111- 124.
8.    جامعی، ج.، مسگری، ا.، عاشری، ا. 1393. پیش‌بینی سرما و یخبندان‌های دیررس بهاره حوضه زاب با استفاده از مدل پرسپترون چندلایه. نشریه جغرافیا و توسعه ناحیه‌ای. 12 (2): 157.
9.    حجازی زاده، ز.، ناصرزاده، م. ۱۳۸۴. محاسبه و تحلیل یخبندان ها توسط برنامه دلفی در استان لرستان. فصلنامه تحقیقات جغرافیایی بهار. ۱۳۹-۱۵۰.
10.    حسین نیا، م.، راحمی، ع.، شهامتی‌فرد، ج. 1384. بررسی درجه حرارت‌های بحرانی از لحاظ سرمازدگی در مراحل مختلف گلدهی درختان میوه مناطق معتدله. مجموعه مقالات همایشی علمی کاربردی راه‌های مقابله با سرمازدگی.
11.    خلجی، م.1380. پیش بینی سرمای دیررس بهاره و یخبندان زودرس پاییزه برای تعدادی از گیاهان زراعی و باغی در استان چهار محال و بختیاری. نهال و بذر. 17(2): 126-139.
12.    خلیلی، ع. 1393. ارزیابی کمی و مدل‌سازی ریسک سرمازدگی بهاره محصولات زراعی و باغی در ایران. نشریه هواشناسی کشاورزی. 2 (1): 17-31.
13.    خلیلی، ع.، رحیمی، ج.، بذرافشان، ج. 1395. پیش‌نگری کمّی اثرات محتمل تغییر اقلیم بر تاریخ و ریسک خسارت رخداد یخبندان دیررس بهاره طی قرن بیست و یکم در ایران. هواشناسی کشاورزی. 4 (2).
14.    خسروی، م.، پورنقی، رویا. 1398. ابعاد اثرگذاری پژوهش: مطالعه مرور سیستماتیک. پژوهش نامه علم سنجی. 5 (9): 2.
15.    دژم‌پور، جلیل. 1392. ارزیابی خسارت سرمای بهاره در تیپ‌های مختلف ارقام بادام و زردآلو. علوم باغبانی. 27 (3): 301-309.
16.    دارایی، م.، ساری صراف، ب.،خورشیددوست، ع.م.، محمودی، پ. 1396. شبیه سازی اثر تغییر اقلیم بر جابه جایی زمانی تاریخ وقوع اولین و آخرین یخبندان های پاییزه و بهاره ایران. نشریه جغرافیا و مخاطرات محیطی. 6(24):81-96.
17.    ذوالفقاری، ح.، زاهدی، غ.، سجادی فر، ط. 1391. پیش‎بینی تاریخ آخرین یخبندان‎های بهاری در غرب و شمال غرب ایران. جغرافیا و پایداری محیط. 2 (3): 59-74.
18.    سیدنژاد گل خطمی، ن.، و رضایی پژند، ح. 1394. تحلیل احتمالی یخبندان دیررس و رابطه آن با شاخص های دمایی مطالعه موردی: ایستگاه های همدید خراسان رضوی. آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی).  29(4): 838-849.
19.    طالبی، م. 1385. تحلیل سینوپتیکی سرمای زودرس پاییزه و دیررس بهاره در استان یزد. جغرافیایی سرزمین. 1(3): 90- 97.
20.    قربانی، خ.، ولی‌زاده، ا. 1393. بررسی تاریخ یخبندان‌ها و سرماهای مؤثر در کشاورزی تحت تأثیر تغییر اقلیم (مطالعه موردی: مشهد، تبریز و قزوین). نشریه پژوهش-های حفاظت آب و خاک. 21 (4): 197-214.
21.    کمـالی، غ. ع. 1380. سرماهای زیانبخش به کشاورزی در قالـب معیارهـای احتمـالاتی، مطالعـه‌ی مـوردی: تهران. فصلنامه‌ی تحقیقات جغرافیایی. 63 : 149-165.
22.    مالکی‌فرد، ف.، علی اکبری بیدختی، ع. 1383. اثر انتشار امواج فروسرخ در سرمایش شبانه لایه سطحی و پیش بینی دمای حداقل در منطقه کویری جنوب خراسان. 13(9): ص 331.
23.    مجرد قره‌باغ، فیروز. 1376. تحلیل و پیش‌بینی یخبندان در آذربایجان. دانشگاه تربیت مدرس تهران. رساله دکتری. گروه جغرافیا.
24.    میان‌آبادی، آ.، موسوی بایگی، م.، ثنایی نژاد، ح.، نظامی، ا. 1388. بررسی و پهنه‌بندی یخبندان‌های زودهنگام پاییزه، دیرهنگام بهاره و زمستانه با استفاده از GIS در استان خراسان رضوی. مجله آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 23 (1): 79-90.
25.    محمدی، ح.، گزل‌خو، مجید. 1389. تأثیر یخبندانهای زودرس پاییزه و دیررس بهاره برکشت غلات در شهرستان کرج. جغرافیایی سرزمین، 3 (27) : 93-110.
26.    میرموسوی، س.ح.، حسین‌بابایی. م. 1390. مطالعه توزیع زمانی - مکانی احتمال وقوع یخبندان در استان زنجان. جغرافیا و برنامه ریزی محیطی. 22(3): 167-184.
27.    مسگری، ا.، طاوسی، ت.، محمودی، پ.، امیرجهانشاهی، س.م. 1399. ارزیابی برخی توابع انتقال در شبکه های عصبی مصنوعی جهت پیش بینی کوتاه مدت دمای کمینه (مطالعه موردی: ایستگاه همدیدی سنندج). نشریه هواشناسی کشاورزی. 8 (1): 40-50.
28.    نوحی، کیوان.، صحرائیان، فاطمه.، پدرام، مژده.، صداقت کردار، ع. ۱۳۸۷. تعیین طول دوره بدون یخبندان با استفاده از تاریخ‌های آغاز و خاتمه یخبندان فرا رفتی و تابشی در نواحی زنجان، قزوین و تهران، علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی.۴۶ :۴۴۹-۴۶۰.
29.    ورشاویان، و.،  قهرمان، ن.، خلیلی، ع.، حجام، س. 1386. مطالعه روند رخ داد یخ‌بندان دیررس بهاره، زودرس پاییزه، طول دوره بدون یخ‌بندان و تعداد روزهای یخ‌بندان به منظور کاهش خسارت‌های کشاورزی در چند نمونه اقلیمی ایران. پژوهش کشاورزی (آب، خاک و گیاه در کشاورزی). 7 (4): 39-48.
30.    Arpaci, S., Atli, H.S., Tekin, H., Burak, M. 2006. Studies on spring frost resistance of some pistachio (pistasia vera) cultivars. Acta Horticulture. 726:391-396.
31.    Awaya, Y., Tanaka, K., Kodani, E., and Nishizono, T. 2009. Responses of a beech (Fagus crenata 517 Blume) stand to late spring frost damage in Morioka, Japan. Forest Ecology and Management 518 (257): 2359-2369.
32.    Bigler, C., Bugmann, H. 2018. Climate‐induced shifts in leaf unfolding and frost risk of European trees and shrubs. Scientific Reports. 8:9865.
33.    Bagheri, N., and Sepahvand, M. 2023. An intelligent radiation frost forecasting and warning system for agricultural environments.
34.    Cooter, E. J., & Leduc, S. K.1995. Recent frost date trends in the north‐eastern USA. International Journal of Climatology, 15(1), 65-75.
35.    Chen, P.W., Li, P.H. 2002. Membrane stabilization by abscisic acid under cold aids proline in chilling temperatures. Postharvest Biology and Technology. 26: 295-304.
36.    Cipriani, A., Barbui, C., Rizzo, C., Salanti, G. 2012. What is a multiple treatments meta-analysis? Epidemiology and Psychiatric Sciences. 21(2):151-3.
37.    Castañeda-Miranda, A. and  Castaño, V.M. 2017. Smart frost control in greenhouses by neural networks models. Computers and Electronics in Agriculture. 137: 102–114.
38.    Davis, R.L. 1978. A topoclimatic classification to map spring frost risk for six deciduous tree fruit varieties. Atmosphere-Ocean. 16 (2): 169-176.
39.    DaMatta, F. M. and Ramalho, J. D. C. 2006. Impacts of drought and temperature stress on coffee
physiology and production: a review. Brazilian Journal of Plant Physiology. 18(1): 55–81.
40.    Ding, L., Noborio, K., Shibuya, K. 2019. Frost forecast using machine learning-from association to causality. Procedia Computer Science. 159. 1001–1010.
41.    Diniz, E. S., Lorenzon, A. S., de Castro N. L. M. et al. 2021. Forecasting frost risk in forest plantations by the combination of spatial data and machine learning algorithms. Agricultural and Forest Meteorology. 306.
42.    Djaman, K.,  Koudahe, K., Darapuneni, M., & Irmak, S. 2021. Chilling and Heat Accumulation of Fruit and Nut Trees and Flower Bud Vulnerability to Early Spring Low Temperatures in New Mexico: Meteorological Approach. Sustainability, MDPI. 13(5): 1-23.
43.    Drepper, B., Bamps, B., Gobin, A. et al. 2022. Strategies for managing spring frost risks in orchards: effectiveness and conditionality-a systematic review. Environmental Evidence.11 (1): 29.
44.    Eccel, E., Rea, R., Caffarra, A., Crisci, A. 2009. Risk of spring frost to apple production under future climate scenarios: the role of phenological acclimation. International Journal of Biometeorology. 53(3): 273-286.
45.    Ellwood, E., Playfair, S., Polgar, C., Primack, R. 2013. Cranberry flowering times and climate change in southern Massachusetts. International journal of biometeorology. 58: 10.
46.    Fuentes, M., Campos, C., García-Loyola, S. 2018. Application of artificial neural networks to frost detection in central Chile using the next day minimum air temperature forecast. Chilean journal of agricultural research. 77: 327-338.
47.    Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome. 2: 1-72.
48.    Henderson, L.K., Craig, J.C., Willis, N.S., Tovey, D., Webster, A.C. How to write a Cochrane systematic review. Nephrology. 2010.15(6):617-24.
49.    Hokmabadi, H., Zakynthinos, G.E. 2010. Pistachio frost damage in Iran and new methods of frost protection. XIV GREMPA Meeting on Pistachios and Almonds. 71-78.
50.    Higgins, J., Sally G. 2011. Cochrane Handbook for Systematic Reviews of Interventions Version 5.1.0 [updated March 2011]. Edited by Julian PT Higgins and Sally Green: The Cochrane Collaboration.
51.    Giardina,J.A., Digonzelli, P., Romero, E., Duarte, D. 2013. Frost severity effect on sprouting and seedling emergece of high quality seed cane in tucuman, Argentina. International Society of Sugar Cane Technologists. 28.
52.    Graczyk, D., Szwed, M., 2020 Changes in the Occurrence of Late Spring Frost in Poland. Agronomy. 10 (11): 1835.
53.    Guo, Y., Wang, L., He, J., Liu, T., Zhang, Y., Yang, X. Monitoring and estimation of late spring frost and its impact on winter wheat through multi-temporal GF-1 remotely sensed imagery.2021. 9th International Conference on Agro-Geoinformatics (Agro-Geoinformatics). 1-5.
54.    Kim, H., Kim, J.M., Kim, S. 2022. Frost Forecasting considering Geographical Characteristics. Advances in Meteorology. 2022: 12p.
55.    Michalska, B. Suggested terms of Corn sowing in the main yield in Poland dependet on soiil temperature and frosts. 1986. Agrotechniczna (Poland). 106 :97- 102.
56.    Madelin, M., Beltrando, G. 2005. Spatial Interpolation – Based Mapping of the Spring Frost Hazard in the Champagne Vineyards. Meteorological applications. 12:51-56.
57.    Menzel, A., Helm, R., Zang, Ch. 2015. Patterns of late spring frost leaf damage and recovery in a European beech (Fagus sylvatica L.) stand in south-eastern Germany based on repeated digital photographs. Frontiers in Plant Science. 6: 110.
58.    Ma, Q., Huang, J-G., Hänninen, H., Berninger, F. Divergent trends in the risk of spring frost damage to trees in Europe with recent warming. Global Change Biology. 2019. 25: 351– 360.
59.    Miranda, C., Bilavcik, A., Chaloupka, R., Dreisiebner-Lanz, S., Gastol, M., Luedeling, E et al. 2019. Phenology and critical temperatures Focus Group Protecting fruit production from frost damage. EPI-AGRI Focus Group, Minipaper 5, Phenology and critical temperature.
60.    Nolè, A., Rita, A., Ferrara, A.M.S. et al. 2018. Effects of a large-scale late spring frost on a beech (Fagus sylvatica L.) dominated Mediterranean mountain forest derived from the spatio-temporal variations of NDVI. Annals of Forest Science. 75: 83.
61.    Noh, I., Doh, H. W., Kim, S. O. S. H., Kim, S., Shin, Lee, S. J. 2021. Machine learning-based hourly frost-prediction system optimized for orchards using automatic weather station and digital camera image data. Atmosphere. 12(7): 846.
62.    Lee, H., Chun J. A., Han, H. H., Kim, S. 2016. Prediction of frost occurrences using
statistical modeling approaches. Advances in Meteorology.16: 9.
63.    Leolini, L., Moriondo, M., Fila, G., Costafreda-Aumedes, S., Ferrise, R., Bindi, M. 2017. Late spring frost impacts on future grapevine distribution in Europe. Field Crops Research. 222.
64.    Potop, V., Zahraniček, P., Türkott, L., Štěpánek, P., Soukup, J. 2014. Risk occurrences of damaging frosts during the growing season of vegetables in the Elbe River lowland, the Czech Republic. Natural Hazards, 71(1), 1-19.
65.    Rodrigo, J. 2000. Spring Frosts in Deciduous Fruit Trees- Morphological Damage and Flower Hardiness. Scientia Horticulturae. 85: 155-173.
66.    Rahimi M., Hajjam, S., Khalili, A. and Kamali, G. A. 2007. Risk analysis of first and last frost occurrences in the
central Alborz region, Iran. International Journal of climatology, 27(3): 349–356.
67.    Rigby, J. R., Porporato, A. 2008. Spring frost risk in a changing climate. Geophysical Research Letters. 35(12): 12703.
68.    Rozante, J. R., Gutierrez, E. R., Silva Dias, P. L., Almeida Fernandes, A. Alvim, D. S., Silva, V. M. Development of an index for frost prediction: technique and validation. Meteorological Applications. 27(1): 1807- 2020.
69.    Ru, X., Jiang, Y., Luo, Q., Wang, R., Feng, X et al. 2022. Evaluating late spring frost risks of apple in the Loess Plateau of China under future climate change with phenological modeling approach. Scientia Horticulturae. 308.
70.    Samie, M., Asgari, Kh. Bastani, 1988. Start and End of Frost in Iran. 1988. I.R. of Iran Meteorology Organization (IRIMO).
71.    Scheifinger, H., Menzel, A., Koch, E., Peter, C. 2003. Trends of spring time frost events and 703 phenological dates in central Europe. Theoretical and Applied Climatology. 74: 41–51.
72.    Snyder, R. L., de Melo-Abreu, J.P. 2005. Frost Protection: Fundamentals, Practice and Economics.
73.    Sallis, P., Jarur, M., Trujillo, M. 2008. Frost prediction characteristics and classification using computational neural networks. International Conference on Neural Information Processing. 1211–1220.
74.     Snyder, R. L., de Melo-Abreu, J.P. 2005. Frost Protection: Fundamentals, Practice and Economics. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome. 2: 1-72.
75.    Simons M. Guidelines for writing systematic reviews2011 : Available from: www.library. mq.edu.au/Guidelines.
76.    Strech D, Sofaer N. 2012.How to write a systematic review of reasons. Journal of Medical Ethics. 38(2):121-6.
77.    Tsipouridis C., Thomidis T., Xatzicharisis I. 2006. Effect of sprinkler irrigation system on air temperatures and use of chemicals to protect cherry and peach trees from early spring frost. Australian Journal of Experimental Agriculture. 46: 697-700.
78.    Talsma, CJ., Solander, KC., Mudunuru, MK., Crawford, B. Powell, MR. 2023. Frost prediction using machine learning and deep. Frontiers in Artificial Intelligence. 16p. neural network models.
79.    Vitra, A., Lenz, A., Vitasse, Y. 2017. Frost hardening and dehard‐ ening potential in temperate trees from winter to budburst. New Phytologist. 216:113–123.
80.    Unterberger, C., Brunner, L., Nabernegg, S., Steininger, K.W., Steiner, AK., Stabentheiner, E et al. 2018. Spring frost risk for regional apple production under a warmer climate. PLoS ONE 13(7): e0200201.
81.    witasse, Y., Rebetez, M. 2018. Unprecedented risk of spring frost damage in Switzerland and Germany in 2017. Climate Chang.  149: 233–246.
82.    Xin, Z., Browse, J. 2000. Cold comfort farm: the acclimation of plants to freezing temperatures. Journal of Plant Cell. 23: 893-902.
83.    Xiao, L., Liu, L., Asseng, S., Xia, Y., Tang, L., Liu, B., Cao, W., & Zhu, Y. 2018. Estimating spring frost and its impact on yield across winter wheat in China. Agricultural and Forest Meteorology. 260:154-164.
84.    Zohner, CM., Mo, L., Renner, SS., Svenning, JC., Vitasse, Y et al. 2020. Late-spring frost risk between 1959 and 2017 de