寧夏澳洲青蘋光溫生產(chǎn)潛力的計(jì)算與分析

段曉鳳， 張 磊， 馬國飛， 衛(wèi)建國， 曹 寧

（1.中國氣象局 旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川750002；3.寧夏氣象科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750002；4.寧夏氣象信息中心，寧夏 銀川 750002；5.寧夏氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心（寧夏人工影響天氣中心），寧夏 銀川750002）

寧夏澳洲青蘋光溫生產(chǎn)潛力的計(jì)算與分析

段曉鳳1,2,3， 張 磊1,2,3， 馬國飛1,2,3， 衛(wèi)建國1,2,4， 曹 寧1,2,5

（1.中國氣象局 旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川750002；3.寧夏氣象科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750002；4.寧夏氣象信息中心，寧夏 銀川 750002；5.寧夏氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心（寧夏人工影響天氣中心），寧夏 銀川750002）

蘋果Malus domestica生產(chǎn)潛力的主要影響因素為溫度和光照。為計(jì)算寧夏高酸蘋果光溫生產(chǎn)潛力，利用全區(qū)各地1980-2015年的氣象資料及近4 a高酸蘋果中晚熟品種 ‘澳洲青蘋’Malus domestica ‘Granny Smith’的發(fā)育期觀測資料，采用光照、溫度逐級訂正的方法，分不同發(fā)育期（發(fā)芽期-幼果期和幼果期-成熟期）計(jì)算得出寧夏全區(qū)各地高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力及光溫生產(chǎn)潛力。結(jié)果顯示：寧夏高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力為114.0～146.9 t·hm-2，與太陽光合有效輻射空間分布趨勢一致；光溫生產(chǎn)潛力為68.8～142.9 t·hm-2。與鮮食蘋果對比，高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力偏低15.4%～18.4%，而光溫生產(chǎn)潛力比鮮食蘋果高10.9%～30.1%，因此，溫度對鮮食蘋果的限制作用大于對高酸蘋果。另外，高酸蘋果生產(chǎn)潛力空間分布可分為灌區(qū)各地及中部干旱帶東北部、中部干旱帶其他地區(qū)至海原以北、海原以南3個(gè)地區(qū)，基本與寧夏自然地理分區(qū)一致。表5參18

農(nóng)業(yè)氣象學(xué)；果樹學(xué)； ‘澳洲青蘋’；光合生產(chǎn)潛力；光溫生產(chǎn)潛力；寧夏

隨著國內(nèi)外對果汁飲料需求量的增大，國際市場對蘋果Malus domestica榨汁的需求量也隨之增大，目前中國已形成了大小蘋果汁加工廠100多家，所產(chǎn)濃縮蘋果汁90%以上用于出口，出口量占世界的一半以上，成為世界上最大的蘋果汁生產(chǎn)與出口國。高酸蘋果（high acid apple）果實(shí)碩大、豐產(chǎn)性強(qiáng)，高糖、高酸，生長旺盛，抗逆性好，產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)品種，給蘋果栽植戶帶來了比較可觀的效益。對高酸蘋果生產(chǎn)潛力的研究可為其生產(chǎn)布局提供技術(shù)支撐，進(jìn)而對提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。世界各國的有關(guān)學(xué)者從不同學(xué)科、不同角度，對作物生產(chǎn)潛力進(jìn)行了大量的研究。研究方法主要包括公式概算法和作物模型法［1-10］。目前，歐美等國家已經(jīng)開始普遍采用作物生長模型研究作物生產(chǎn)潛力，中國也有一定的研究進(jìn)展，但主要是采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒?。歸納所采用的生產(chǎn)潛力模型可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃臀锢砟Ｐ?，物理模型由于考慮的因素眾多，土壤和生物資料難以獲取，模型的適用性研究和參數(shù)調(diào)整尚未大范圍展開；經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谥袊鴳?yīng)用較為廣泛。蘋果是多年生木本植物，由于其生物學(xué)特性的特殊性，生產(chǎn)力的影響因素比較復(fù)雜，進(jìn)而增加了估算其生產(chǎn)力的難度，因此，對蘋果的生產(chǎn)潛力研究較少。20世紀(jì)90年代初有研究［11］對蘋果氣候土壤生產(chǎn)潛力估算方法進(jìn)行了研究，系統(tǒng)分析了寧夏光、溫、水、肥等環(huán)境因子，提出了估算蘋果氣候土壤生產(chǎn)潛力的方法；之后，楊振偉［12］將昌黎地區(qū)的太陽輻射資源和蘋果樹生產(chǎn)潛力做了分析，探索蘋果的生產(chǎn)潛力與輻射因子之間的相互關(guān)系；楊永岐等［13］從太陽輻射、降水量、霜期和越冬條件等諸多因素，探討了蘋果產(chǎn)量形成的氣候?qū)W基礎(chǔ)。由于寧夏蘋果種植區(qū)一般具備灌溉條件，蘋果生長一般不受水分的影響和限制，因此，筆者研究了高酸蘋果光溫生產(chǎn)潛力，未考慮水分因子對其生產(chǎn)潛力的影響。

1 資料與方法

1.1 資料

寧夏全區(qū)各地4-9月光合有效輻射資料；寧夏全區(qū)各地≥10℃積溫；1981-2015年實(shí)測最冷月最低氣溫資料。2012-2015年高酸蘋果中晚熟品種 ‘澳洲青蘋’Malus domestica ‘Granny Smith’發(fā)育期觀測資料

1.2 方法

考慮了光、溫等自然生態(tài)因子，采用光照、溫度逐級訂正的方法。該方法建立在生理生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)蘋果生產(chǎn)力形成的機(jī)理，分不同發(fā)育期計(jì)算得出寧夏全區(qū)各地高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力及光溫生產(chǎn)潛力。估算數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式（1）中：yt為蘋果光溫生產(chǎn)潛力；yQ為光合生產(chǎn)潛力；Kt為溫度訂正系數(shù)。

1.2.1 光合生產(chǎn)潛力 果樹光合生產(chǎn)潛力是在溫度、水分、土壤、品種及其他農(nóng)業(yè)技術(shù)條件處于最佳狀態(tài)時(shí)，其唯一能源是太陽輻射，完全由光合有效輻射決定的生產(chǎn)潛力［14-15］，是蘋果收獲太陽能可能形成的理想最高產(chǎn)量，是產(chǎn)量的理論上線。有關(guān)高酸蘋果光能利用率和熱量條件評估方面的研究尚少，本研究考慮了果園的群體結(jié)構(gòu)，樹冠的反射、漏光率、生物學(xué)特性因素等對產(chǎn)量的影響，按不同的生長階段估算干物質(zhì)產(chǎn)量，再求其總和。其計(jì)算公式為：

式（2）中：yQ為單位面積光合生產(chǎn)潛力，單位kg·hm-2；n為發(fā)育期排序，取值1,2,…,n；N為形成1 g干物質(zhì)需消耗17 765 J的熱量［11］；Qp為該生長階段的有效光輻射，估算為太陽總輻射的45%，單位為MJ·m-2；D為g·m-2與kg·hm-2量綱換算系數(shù)，為10；k1為經(jīng)濟(jì)系數(shù)，取值0.4；k2為干質(zhì)量折算鮮果的系數(shù)，取值為6.7。其他參數(shù)意義和取值見表1。高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力計(jì)算步驟如下：①根據(jù)高酸蘋果試驗(yàn)點(diǎn)發(fā)育期實(shí)測結(jié)果，其發(fā)育期始期分別為發(fā)芽期3月25日，展葉期4月10日，花期4月17日，抽梢期4月25日，幼果期5月10日，新梢停止生長期5月30日，成熟期10月5日。本研究根據(jù)高酸蘋果樹不同生長階段對太陽的反射率及漏光率等不同，將高酸蘋果發(fā)育過程分為2個(gè)生長階段：①發(fā)芽期-幼果期，3月26日至5月10日，共47 d；②幼果期-成熟期，5月11日至10月5日，共128 d。②根據(jù)董永祥等［16］、 王連喜［17］的研究成果，利用寧夏各地太陽輻射總量，計(jì)算高酸蘋果主要發(fā)育階段太陽有效輻射量。③將各因子值與系數(shù)代入公式，得出高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力。

表1 蘋果光合生產(chǎn)潛力各參數(shù)的意義及取值Table 1 The meaning and value of parameters of photosynthesis potential production of apple

1.2.2 光溫生產(chǎn)潛力 將光合生產(chǎn)潛力進(jìn)行溫度訂正后稱為光溫生產(chǎn)潛力。以溫度或其累積溫度作為作物熱量指標(biāo)，已被廣大的農(nóng)業(yè)科技工作者所認(rèn)可，蘋果在其生長過程中對積溫有一定要求，特別是≥10℃的活動(dòng)積溫尤為重要。另外，寧夏屬大陸性氣候，冬季寒冷且持續(xù)時(shí)間較長，因此，越冬期的低溫為高酸蘋果生產(chǎn)的重要不利影響因素［18］。當(dāng)積溫不足或最冷月日最低氣溫低于適宜最低氣溫上限值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)潛力下降。因此，估算生產(chǎn)潛力時(shí)應(yīng)消除≥10℃的活動(dòng)積溫及最冷月最低氣溫因素的影響，即溫度訂正系數(shù)由≥10℃的活動(dòng)積溫訂正系數(shù)及最冷月最低氣溫訂正系數(shù)組成。溫度訂正系數(shù)估算數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式（3）中：K≥10℃為≥10℃積溫訂正系數(shù)；Ktl為最冷月最低氣溫訂正系數(shù)。

式（4）和式（5）中，T≥10℃為實(shí)測≥10℃積溫；t1為實(shí)測最冷月最低氣溫，為1980-2015年最冷月的最低氣溫平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合生產(chǎn)潛力

2.1.1 太陽有效輻射的計(jì)算 有效太陽輻射量約占太陽總輻射量的45%，由此計(jì)算高酸蘋果主要發(fā)育階段的太陽有效輻射量（表2）?？梢?，寧夏全區(qū)高酸蘋果主要發(fā)育階段太陽有效輻射為1 409.8～1 809.2 MJ·m-2，由北向南呈逐漸遞減趨勢。其中，灌區(qū)的陶樂、靈武光合有效輻射最豐富，在1 800 MJ·m-2以上；灌區(qū)其他地區(qū)及同心以北為1 600～1 800 MJ·m-2；海原及以南地區(qū)由于云霧日數(shù)較多，干擾了太陽的直接輻射，影響了到達(dá)地面的總輻射量，進(jìn)而影響了有效輻射量，其有效輻射均在1 600 MJ·m-2以下；涇源光合有效輻射相對最少，為1 409.8 MJ·m-2。按不同發(fā)育階段分析，高酸蘋果發(fā)芽～幼果期所需太陽有效光合輻射占整個(gè)發(fā)育期的23%～25%；幼果期～成熟期有效光合輻射占整個(gè)發(fā)育期的四分之三以上，是高酸蘋果產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期。

表2 高酸蘋果主要發(fā)育階段有效太陽輻射Table 2 The effective radiation of main growing stages of high acid apples

2.1.2 光合生產(chǎn)潛力的計(jì)算 根據(jù)式（2），通過計(jì)算高酸蘋果主要發(fā)育階段光合生產(chǎn)潛力，得出高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力（表3）。高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力為114.0～146.9 t·hm-2，其中，灌區(qū)各地及鹽池均在141.0 t·hm-2以上；中部干旱帶的韋州到海原以北，光合生產(chǎn)潛力為130.0～140.0 t·hm-2；海原及以南均在130.0 t·hm-2以下，明顯小于灌區(qū)及中部干旱帶高酸蘋果光和生產(chǎn)潛力。高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力由北向南呈逐漸遞減趨勢，空間分布與太陽有效輻射一致。

表3 高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力Table 3 Photosynthesis potential production of high acid apple

2.2 光溫生產(chǎn)潛力

2.2.1 ≥10℃活動(dòng)積溫及最冷月最低氣溫訂正系數(shù)的計(jì)算 利用寧夏信息中心所提供的≥10℃活動(dòng)積溫及最冷月最低氣溫資料，根據(jù)式（4）和式（5）計(jì)算≥10℃積溫訂正系數(shù)及最冷月最低氣溫訂正系數(shù)。結(jié)果如表4。

2.2.2 光溫生產(chǎn)潛力的計(jì)算 利用上述計(jì)算結(jié)果，根據(jù)式（3），計(jì)算得出溫度訂正系數(shù)；再利用式（1），得高酸蘋果光溫生產(chǎn)潛力（表5）。寧夏全區(qū)各地光溫生產(chǎn)潛力為68.8～142.9 t·hm-2，其中，灌區(qū)各地及同心、韋州大于120.0 t·hm2；中部干旱帶其他地區(qū)至海原北部光溫生產(chǎn)潛力在100.0～120.0 t·hm-2；海原及以南地區(qū)的陰濕地區(qū)光溫生產(chǎn)潛力較低，為68.8～98.4 t·hm-2，較光合生產(chǎn)潛力有較大幅度減少，說明南部山區(qū)高酸蘋果的生產(chǎn)潛力明顯受到氣溫的影響，氣溫是影響其生產(chǎn)潛力的又一重要因素。

表4 ≥10℃積溫訂正系數(shù)及最冷月最低氣溫訂正系數(shù)Table 4 Correction coefficient of accumulated temperature of≥10℃and the lowest temperature of lowest month

表5 溫度訂正系數(shù)及光溫生產(chǎn)潛力Table 5 Correction coefficient of temperature and light and temperature potential productivity

3 結(jié)論與討論

寧夏高酸蘋果主要發(fā)育期內(nèi)太陽有效輻射為1 409.8～1 809.2 MJ·m-2，由北向南呈逐漸遞減趨勢。高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力為114.0～146.9 t·hm-2，與太陽光合有效輻射空間分布趨勢一致；光溫生產(chǎn)潛力為68.8～142.9 t·hm-2。光照和溫度為南部山區(qū)高酸蘋果生產(chǎn)潛力的主要限制因子。通過與趙建國等［11］對寧夏灌區(qū)鮮食蘋果生產(chǎn)潛力計(jì)算結(jié)果對比可知，高酸蘋果光合生產(chǎn)潛力比鮮食蘋果低15.4%～18.4%，而光溫生產(chǎn)潛力比鮮食蘋果高10.9%～30.1%，說明溫度對鮮食蘋果的限制作用大于對高酸蘋果，高酸蘋果對溫度的要求低于鮮食蘋果。高酸蘋果生產(chǎn)潛力空間分布可分為灌區(qū)各地及中部干旱帶東北部、中部干旱帶其他地區(qū)至海原以北、海原以南3個(gè)地區(qū)，基本與寧夏自然地理分區(qū)一致。

已有的部分研究在估產(chǎn)時(shí)認(rèn)為，蘋果樹在主要生長階段中光能利用總是持續(xù)在一個(gè)水平上，但由于果樹在不同生長階段光能利用率是不同的，發(fā)芽-幼果期遠(yuǎn)比幼果-成熟期低得多，因此，本研究考慮了高酸蘋果的不同生長階段，利用光能的差異，進(jìn)一步提高了估產(chǎn)精度，但未考慮降水、土壤及田間管理等因素對光溫生產(chǎn)潛力的影響。今后將進(jìn)一步研究。

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Calculation and analysis of light and temperature potential productivity of Malus domestica ‘Granny Smith’

DUAN Xiaofeng1,2,3,ZHANG Lei1,2,3,MA Guofei1,2,3,WEI Jianguo1,2,4,CAO Ning1,2,5
（1.Key Laboratory for Meteorogical Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic in Arid Regions,China Meteorlogical Administration,Yinchuan 750002,Ningxia,China;2.Ningxia Key Laboratory for Meteorological Disaster Prevention and Reduction,Yinchuan 750002,Ningxia,China;3.Ningxia Institute of Meteorological Sciences,Yinchuan 750002,Ningxia,China;4.Ningxia Meteorological Information Center,Yinchuan 750002,Ningxia,China;5.Ningxia Meteorological Disaster Provention Technology Center （Ningxia Weather Modification Center）,Yinchuan 750002,Ningxia,China）

The main factors for productivity of highly acidic apples have shown to be temperature and illumination.To calculate light and temperature potential productivity of Ningxia highly acidic apples,making a contribution to increase actual yield,meteorological data（1980-2015）from the surrounding region and observational data of a late-maturing cultivar of nearly four-year-old ‘Granny Smith’apples were used.Illumination and temperature were revised step by step.The productivity of highly acidic apples was accumulated at different developmental stages（germination period to young fruit period and young fruit period to mature fruit period）in the Ningxia region（AHP）.Results showed that the photosynthetic potential production of highly acidic apples was 114.0-146.9 t·hm-2,which was consistent with the distribution of solar photosynthetically active radiation.Light and temperature potential productivity was 68.8-142.9 t·hm-2.Compared with fresh apples,photosynthetic potential production of‘Granny Smith’apples was 15.4%-18.4%lower with light and temperature potential productivity being 10.9%-30.1%higher than fresh apples.Also,the restrictive action of temperature on fresh apples was greater than on the highly acidic apples.In addition,the spatial distribution of potential productivity for highly acidic apples was consistent with natural geographical subdivisions in Ningxia and was divided into three areas：1）north areas of Ningxia,2）central arid zones of Ningxia,and 3）south areas of Ningxia.［Ch,5 tab.18 ref.］

agricultural meteorology;pomology;Malus domestica ‘Granny Smith’;photosynthetic potential production;light and temperature potential productivity;Ningxia

S661.1；S162.5

A

2095-0756（2017）03-0443-06

浙 江 農(nóng) 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)，2017，34（3）：443-448

Journal of Zhejiang A＆F University

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.03.009

2016-06-20；

2016-08-01

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31160249）

段曉鳳，高級工程師，從事應(yīng)用氣象與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究。E-mail：dxl_1127@163.com。通信作者：張磊，高級工程師，從事應(yīng)用氣象與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究。E-mail：zhle.131@163.com