隴東南“花牛”蘋果果實生長動態(tài)及其與熱量條件的關(guān)系*

姚小英，馬 杰，李 瞳，袁佰順，王 興，王振國

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隴東南“花牛”蘋果果實生長動態(tài)及其與熱量條件的關(guān)系*

姚小英1，馬 杰1，李 瞳1，袁佰順1，王 興2，王振國1

（1．甘肅省天水市氣象局，天水 741000；2．甘肅省氣象局，蘭州 730000）

運用隴東南“花?！碧O果產(chǎn)地不同海拔高度果園2014-2016年試驗資料及氣象資料，建立蘋果生長動態(tài)模型，并對果實生長動態(tài)變化特征及其與熱量因子的相關(guān)關(guān)系進行分析。結(jié)果表明，蘋果果徑增長及單果重量累積變化均符合Logister曲線，果實生長具有明顯的時間特征、極值變化和增長規(guī)律。幼果生長初期，橫徑大于縱徑，7月上中旬之后，縱徑開始大于橫徑。果徑增長極大值出現(xiàn)在6月中下旬，單果重增長極大值出現(xiàn)在7月上中旬。海拔每增加100m，果實增長極值出現(xiàn)時間推遲4d左右。果實生長4個階段中的第2階段即果肉細胞迅速增大期（花后45～80d即6月中旬-7月中旬）為果徑增長、重量增多的高峰時段。平均氣溫與單果重量增長量相關(guān)關(guān)系顯著，≥10℃積溫與果徑及單果累積重量變化符合S型曲線特征，果徑增長最快時間在6月20日前后，為果樹開花后50d左右；重量增加最快時間在7月6日前后，為果樹開花后66d左右。在果實增長的關(guān)鍵時期加強果園水肥、病蟲害、修剪等各項管理，是提高果品產(chǎn)量及商品等級的重要環(huán)節(jié)。

“花牛”蘋果；動態(tài)生長特征；熱量因子；相關(guān)分析

果樹生長狀況除栽培管理技術(shù)外，還取決于種植區(qū)氣候條件的適宜程度。多項研究證明，在果實生長的不同階段，溫度、水分及光照將直接影響果實的大小、性狀及各種有益物質(zhì)的含量[1-2]。近年來，許多學(xué)者開展了果樹氣候適宜性及氣象災(zāi)害預(yù)報評估方法的研究，取得了一些有價值的研究成果[3-9]。楊小利等[10]通過水分適宜度模型計算，提出隴東地區(qū)蘋果的水分條件較優(yōu)越，蘋果初始生長期及成熟后期的水分適宜性為逐年代下降；柴芊等[11]利用多年蘋果物候監(jiān)測資料，提出蘋果花期凍害指數(shù)及預(yù)報模型，其預(yù)報準確率達66.7%；姚玉璧等[12]通過對隴東黃土高原6縣（區(qū)）40a氣候變化對林果生長的影響進行分析，提出了該區(qū)域適宜栽種發(fā)展的果樹類型。關(guān)于果樹生長動態(tài)及果品品質(zhì)與氣象條件的關(guān)系，一些學(xué)者也進行過相關(guān)研究。馬興詳?shù)萚13]對甘肅河西走廊東部金冠蘋果果實生長動態(tài)進行了數(shù)學(xué)模擬，結(jié)合試驗材料，得到河西蘋果適生溫度和停止生長溫度；張振英等[14]對煙臺地區(qū)“紅露”蘋果果實生長動態(tài)進行觀察分析，提出果實縱橫徑變化特點。而針對元帥系“花?！碧O果生長動態(tài)變化特征及其與氣象條件的關(guān)系方面的試驗研究較少，對不同海拔高度尺度上的研究更是缺乏。甘肅東南部地跨長江、黃河兩大水系，土壤條件、氣候環(huán)境適宜蘋果生長，是全國花牛蘋果的主要生產(chǎn)基地，已成為推動當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但是，近年來，隨著氣候變暖導(dǎo)致的蘋果產(chǎn)量不穩(wěn)及品質(zhì)下降，加之果園缺乏規(guī)范化、精細化的科學(xué)管理，果品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到一定程度制約。本研究通過分析“花?！碧O果果實生長動態(tài)變化特征及其與熱量因子的相關(guān)關(guān)系，揭示果實增長規(guī)律，以期為該地區(qū)果園標準化、精細化管理，果園效益最大化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

隴東南“花?！碧O果種植區(qū)主要位于天水市?！盎ㄅ！碧O果屬于元帥系品種，被中外專家和營銷商認可為與美國蛇果、日本富士齊名的世界三大著名蘋果品牌之一，為中國國家地理標志產(chǎn)品。天水“花?！碧O果最適宜種植區(qū)域為渭河流域谷地，區(qū)內(nèi)為半干旱及半濕潤氣候過渡帶，“花牛”蘋果已為當(dāng)?shù)刂еa(chǎn)業(yè)，截至2016年種植面積達1.31×105hm2，總產(chǎn)量1.13×109kg，產(chǎn)業(yè)鏈總值80多億元，已形成規(guī)模種植和品牌效應(yīng)。試驗地為南山萬畝“花?！碧O果基地，該基地位于麥積區(qū)城郊南山，海拔高度1000-1700m，其中優(yōu)質(zhì)蘋果種植區(qū)海拔高度為1100-1500m，果園總面積9266.7hm2，產(chǎn)值3.2億元，已發(fā)展為甘肅省規(guī)模最大的優(yōu)質(zhì)“花?！碧O果示范性生產(chǎn)基地，是農(nóng)業(yè)部和科技部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范基地。

1.2 試驗觀測

觀測地點：在南山萬畝“花牛”蘋果基地南山坪（海拔1250m）和興旺山（海拔1414m）各選1個果園，果園管理規(guī)范，有灌溉條件，種植花牛蘋果品種為“瓦里”，屬元帥系。

觀測時段：2014-2016年。

觀測項目：果樹物候期、果實縱橫徑、單果重。

觀測方法：蘋果樹物候期主要包括萌芽期、開花期、果實膨大期和果實成熟期；果實發(fā)育時間進程以果樹開花后天數(shù)表示。南山坪與興旺山兩地海拔高度相差164m，兩地果樹物候期相差4d左右。按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》[15]，從蘋果開花結(jié)束，幼果開始形成到成熟每10d測量一次縱橫徑、單果重，選定果園有代表性的3棵果樹，每棵果樹東西南北4個方位選定果品10個，共計40個，編號掛牌實地觀測果品縱橫徑大小，相應(yīng)方位每次取10個樣品共計40個帶回實驗室進行單果重測量。果徑測量使用精度為0.1mm的游標卡尺，單果重測量使用JA5003電子天平（上海，精度為0.001g）；相應(yīng)時段溫度、降水量、光照等氣象資料取自安裝于果園內(nèi)的2套果林環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)（型號為RR-9100F，北京產(chǎn)，精度0.001），與觀測果樹間的直線距離小于1m。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)計算、分析及模式擬合，采用Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實生長動態(tài)變化特征

2.1.1 果徑

蘋果果實生長要經(jīng)過幼果形成期、果實膨大期和成熟期3個主要階段。南山坪果園蘋果觀測起始日期為幼果形成初期的5月5日，結(jié)束日期為果實成熟期的9月25日；興旺山果園觀測起始日期為幼果形成初期的5月9日，結(jié)束日期為果實成熟期的9月30日。根據(jù)2014-2016年觀測資料，分別對兩地果徑變化過程進行擬合，結(jié)果見圖1和表1。

由圖、表可見，兩地果樹花后5～145d即幼果形成初期-成熟期，果實果徑累積生長量變化過程均符合Logister曲線特征，即

式中，t為5月5日-9月30日的旬序數(shù)，即5月5日t=1、5月15日t=2、…、9月30日t=15。W為果徑累積生長量，a、b、D為系數(shù)，兩地各擬合方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)均＞0.98，通過了0.01水平的顯著性檢驗。

從模擬結(jié)果看，兩地果徑生長隨時間均具有明顯的S型變化特征。通過對果徑生長模擬方程的2次求導(dǎo)，得出果徑最大增長速率及其對應(yīng)果實發(fā)育時間，結(jié)果見表1。由表可見，南山坪橫徑增長最快時間出現(xiàn)在果樹花后47d即6月17日，極大值為4.48cm·10d-1；縱徑增長最快時間出現(xiàn)在果樹花后50d即6月20日，極大值為4.53cm·10d-1，橫徑增長最快時間比縱徑提前3d；興旺山橫徑增長最快時間為果樹花后48d即6月22日，極大值為3.94cm·10d-1，縱徑增長最快時間為花后51d即6月26日，極大值為4.28cm，橫徑極大值出現(xiàn)時間比縱徑提前4d。與“富士”蘋果生長初期縱徑大于橫徑的生長特點不同[14]，“花?！碧O果幼果生長初期，果肉細胞的分裂和數(shù)量的增多主要體現(xiàn)在橫徑的增長，7月上中旬之后，縱徑開始大于橫徑，最終形成“花牛”蘋果頂端五棱凸出的外形特點。兩地縱橫徑增長速率極值的出現(xiàn)時間相差4d左右，與物候相差天數(shù)基本一致。果園生長管理環(huán)境調(diào)查分析表明，兩地光照條件相差較小，均有滴灌設(shè)施，果樹品種及水肥等管理條件一致，說明因海拔高度不同導(dǎo)致的溫差是造成果徑生長差異的主要因素。

圖1 不同海拔高度果園蘋果果徑增長變化

注：N為南山坪果園（海拔1250m），X為興旺山果園（海拔1414m）。下同

Note: N is Nanshanping(the altitude is 1250m) orchard, and X is Xingwangshan(the altitude is 1414m) orchard. The same as below

表1 天水花牛蘋果果徑增長的Logister模擬方程

注：Wh為橫徑累積量（cm），Wz為縱徑累積量（cm）。t為5月5日-9月30日的旬序數(shù)，5月5日t =1、5月15日t =2、…、9月30日 t=15。*、**分別表示相關(guān)系數(shù)通過0.05、0.01水平的顯著性檢驗。下同。

Note: Whis horizontal cumulant(cm), Wzis longitudinal cumulant(cm)，t is ordinal 10-day from 5th May to 5th October .*is P＜0.05，**is P＜0.01. The same as below.

2.1.2 單果重

從模擬結(jié)果來看（表2），兩地單果重變化隨果實發(fā)育進程亦呈Logister曲線特征。單果累積重量變化的“S”曲線模擬相關(guān)系數(shù)＞0.99，通過P＜0.01水平的顯著性檢驗。通過對模擬方程的2次求導(dǎo)，得出單果累積重量增長速率極大值及對應(yīng)果實發(fā)育時間，結(jié)果見表2。由表可見，南山坪為果樹花后66d即7月6日，重量增長極大值為147.5g·10d-1；興旺山為果樹花后70d即7月10日，重量增長極大值為140g·10d-1。從圖2可以看出，單果重量的增長速率呈現(xiàn)拋物線狀，擬合曲線方程為y=-0.0601x2+0.9171x-0.5373，R2=0.5768，通過P＜0.01水平的顯著性檢驗。

圖2 兩地蘋果單果重累積變化過程

表2 單果重量累積Logister模擬方程

注：Wg為單果重量（g）。

Note: Wgis single fruit weight (g).

2.2 果實生長階段劃分

天水“花牛”蘋果5月上旬幼果開始形成，9月下旬成熟收獲，果實發(fā)育期為150～160d。為了把觀測及模擬結(jié)果與生產(chǎn)實踐結(jié)合，提高果園管理精細化水平，根據(jù)果實果徑、單果重增長特征，將果實整個膨大生長期劃分為4個階段，如圖3所示。第1個階段為幼果出現(xiàn)至果實迅速膨大前期，在花后5～45d即5月上旬-6月中旬，平均為40d左右，此期為果肉細胞分裂階段，果實縱徑平均增長速率為0.81cm·10d-1，橫徑增長速率為1.36cm·10d-1，單果重平均增長量占總增重量的13%，與實際觀測相對應(yīng)的日期南山坪在5月5日-6月10日，興旺山在5月10日-6月15日。第2個階段為果肉細胞迅速增大期，在花后45～80d即6月中旬-7月中旬，平均為30d左右，此期為果實密度增長的高峰時段，縱徑平均增長速率為1.0cm·10d-1，橫徑增長速率為0.58cm·10d-1，單果重平均增長量占總增重量的54%，與實際觀測相對應(yīng)的日期南山坪在6月12日-7月13日，興旺山在6月15日-7月15日。第3個階段為果肉細胞緩慢增長期，此期果實細胞分裂數(shù)目減少，果實膨大主要依靠細胞體積膨大，同時，果實除正常的光合積累外，還要把之前累積的碳水化合物轉(zhuǎn)化成酸、糖及色素等成分，果實增大相對較緩慢，但時段較長，在果樹花后80～130d即7月下旬-9月上旬，平均在50d左右，果實縱徑平均增長速率為0.38cm·10d-1，橫徑增長速率為0.22cm·10d-1，單果平均增長量占總增重量的31%，與實際觀測相對應(yīng)的日期南山坪在7月25日-9月7日，興旺山在7月29日-9月11日。第4階段為果肉細胞成熟期，在花后130～145d即9月中旬-9月下旬，平均為20d左右，此期蘋果生長量隨氣溫降低明顯減少，果實糖分含量增加，密度減少并趨于穩(wěn)定，果實縱徑及橫徑平均增長速率均＜0.1cm·10d-1，單果平均增長量占總增重量＜1%，果實已成熟，基本停止生長。

圖3 果實不同階段果徑、果重增長率變化過程

注：第1階段為幼果出現(xiàn)至果實迅速膨大前期；第2階段為果肉細胞迅速增大期；第3階段為果肉細胞緩慢增長期；第4階段為果肉細胞成熟期

Note: Stage 1 is period from the young fruit appears to the early stages of fruit expanding growth rapidly; Stage 2 is period for pulp cells increased rapidly; Stage 3 is period for pulp cells to grow slowly; Stage 4 is the ripening stage of the pulp cells

2.3 果實生長與熱量條件的關(guān)系分析

2.3.1 平均氣溫

對2014-2016年3a果實生長階段5月5日-9月30日逐旬熱量因子與果實生長量進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，旬平均氣溫及≥10℃積溫是影響果實膨大生長的主要熱量因子。

果實在4個發(fā)育階段對熱量條件的要求不同。分析南山坪和興旺山平均氣溫及果實增長量，果實第1階段平均溫度為15.6～16.1℃，第2階段為21.8℃，第3階段為23.3～23.6℃，第4階段為16.3～16.7℃。統(tǒng)計分析表明，果實在4個生長階段雖然所需溫度不同，果實增長量差異明顯，但各階段單果重量增長量與旬平均氣溫之間均呈顯著相關(guān)關(guān)系（Rz=0.7586＞R0.05=0.5529; Rg=0.6687＞R0.05=0.5529）。相應(yīng)回歸方程為

分析計算得出不同海拔高度蘋果果實膨大期適生溫度分別為，南山坪適宜下限溫度為14℃，上限溫度為32℃；興旺山適宜下限溫度為13℃，上限溫度為30℃。計算表明，南山坪適宜溫度范圍在1 4～32℃，興旺山在13～30℃，與兩地實測氣溫資料基本相同。綜合考慮認為，兩地果實膨大期的適宜溫度大致在14～30℃。

2.3.2 積溫

果實增大要求一定的積溫。積溫條件對蘋果的生長、發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)都產(chǎn)生重要影響[16-17]。統(tǒng)計分析表明，果實在4個生長階段的果徑和單果重與累積積溫的關(guān)系均符合S型曲線特征。模擬結(jié)果為

式中，Wz為果實縱徑（cm），Wh為果實橫徑（cm），T為果實生長期≥10℃積溫。檢驗表明，方程擬合效果較好，能夠較準確地反映蘋果果實幼果-成熟期間果徑隨積溫變化的增長過程。

式中，Wg為果實單果重（g），T為果實生長期≥10℃積溫。檢驗表明，方程擬合效果較好，能夠較準確地反映蘋果果實幼果-成熟期間重量累積隨積溫變化的增大過程。

對上式進行二次求導(dǎo)，并令dw/d2t=0，得出果實果徑增長最快時所需累積積溫，縱徑為T=-a/b=913.9℃·d，橫徑為T=-a/b=917.4℃·d，此期在6月20日前后，為蘋果花后50d左右；蘋果重量增加最快時所需累積積溫T=-a/b=1221.51℃·d，此期在7月6日前后，為蘋果花后66d左右。所得時間與前面分析的果徑及單果增長極大值時間基本吻合，說明果實生長的第2個階段即果肉細胞迅速增大期是水分、養(yǎng)分需求的最關(guān)鍵時期。

3 結(jié)論與討論

（1）天水“花?！碧O果果徑及單果重增長過程符合Logister曲線，果實生長具有明顯的時間特征、極值變化和增長規(guī)律。幼果生長初期，橫徑大于縱徑，7月上中旬之后，縱徑開始大于橫徑。果徑極大值出現(xiàn)在6月中下旬，單果重極大值出現(xiàn)在7月上中旬。平均氣溫與單果重量增長量相關(guān)關(guān)系顯著；不同生長階段果實增長變化特征以及≥10℃積溫與果徑、單果累積重量的S型曲線擬合結(jié)果均表明，果實生長的4個階段中第2階段為果徑增長、重量增多的高峰時段，果徑增長最快時期為果樹花后50d左右；重量增加最快時期為花后66d左右，時間在6月中旬-7月上旬。據(jù)文獻[2，7]報道，6月蘋果正處于果實的迅速膨大期、花芽分化期和新梢迅速生長發(fā)育期，是果樹養(yǎng)分需求的最大時期，本研究結(jié)果與此吻合。此期加強果園水肥、病蟲害、夏季修剪等果園管理至關(guān)重要。應(yīng)及時追施葉面肥及植物營養(yǎng)液，提高葉片光合效率，促進果實膨大及花芽分化，提高果品產(chǎn)量及品質(zhì)[2]。

（2）本研究使天水“花牛”蘋果生長隨熱量因子變化的定量化評估成為可能，果實膨大期間平均氣溫及≥10℃積溫情況可用來動態(tài)監(jiān)測果品生長量，結(jié)合氣象部門發(fā)布的短期氣候預(yù)測，進而為蘋果產(chǎn)量及品質(zhì)預(yù)報提供依據(jù)。根據(jù)有關(guān)研究[18-20]，蘋果在不同生長階段對水分的需求不同，且光、溫、水的不同組合均會影響果實的膨大生長。因此，在實際應(yīng)用時，還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛞蜃拥钠ヅ浼肮麍@土壤墑情綜合考量。

（3）熱量條件是影響天水“花?！碧O果生長的主要氣象因子。本試驗研究選定的熱量因子是果實生長期以10d為時長的平均氣溫及積溫。事實上，自20世紀90年代以來，隴東南氣候變暖明顯[6]，蘋果主要生育期遭遇極端天氣氣候事件的概率增大，這些災(zāi)害性天氣過程持續(xù)時間往往很短，對平均溫度或積溫影響較小，但會對蘋果生長造成嚴重影響。受災(zāi)情資料及產(chǎn)量資料獲取難度限制，本研究未涉及寒潮、晚霜凍、冰雹、暴雨等極端天氣氣候事件對果樹生長的影響，在實際應(yīng)用模型定量化評估果實增長隨氣象因子的變化時，應(yīng)根據(jù)所受氣象災(zāi)害的具體情況進行改進和修訂。

（4）氣象條件是影響蘋果產(chǎn)量質(zhì)量的主要因素，但是，也不可忽視土壤、栽培管理技術(shù)、種植模式及投入等綜合因素的影響[7-8]。同時，由于本研究僅在天水地區(qū)進行，試驗收集資料有限，難免有一定局限性。在有條件的情況下，應(yīng)開展多點長時間序列的綜合性試驗研究，對發(fā)展蘋果產(chǎn)業(yè)和建立外銷基地更有指導(dǎo)意義。

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Growth Dynamics of "Hua Niu" Apple and its Relationship with Heat Conditions in Southeast of Gansu Province

YAO Xiao-ying1, MA Jie1, LI Tong1, YUAN Bai-shun1, WANG Xing2, WANG Zhen-guo1

(1．Tianshui Meteorological Bureau, Tianshui 741000, China; 2．Gansu Meteorological Bureau, Lanzhou 730000)

Based on the experiment data and meteorological data from 2014 to 2016 on the different elevation orchard in "Hua Niu" apple producing area in southeast of Gansu province, the dynamic growth model of apple was established, the dynamic change characteristics of "Hua Niu" apple growth and its correlation with heat factor were analyzed. The results showed that the apple diameter growth and single fruit weight may be described with Logister curve, fruit growth had the obvious time characteristic, the extreme value change and growth regular. The horizontal diameter was greater than the longitudinal diameter in early growth of young fruit until early to mid July；the fruit diameter maximum value appeared in the mid to late June, weight of single fruit maximum value appeared in early to mid July. Each additional 100 meters above sea level, the data of the maximum value delayed about 4 days. The fruit diameter and weight reached the maximum in stage 2 during stage 4 of fruit growth，the fruit pulp cells increased rapidly in stage 2 (45-80d after flowering，about from mid June to mid of July). There was an obvious correlation between the average temperature and the growth of fruit weight. The variation relation between fruit diameter, single fruit cumulative weight and ≥10℃ accumulated temperature can be imitatived by S curve. The fastest time of fruit diameter growing was in June 20 or so, for about 50 days after flowering and the fastest time of single fruit weight increasing was in July 6 or so, for about 66 days after flowering. Strengthen the management of water, fertilization, diseases and insect pests, pruning in the critical moment during fruit growth is an important part to improvement the apple yield and commodity level.

"Hua Niu" apple；Dynamic growth characteristics；Heat factor；Correlation analysis

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.12.004

姚小英,馬杰,李瞳,等.隴東南“花?！碧O果果實生長動態(tài)及其與熱量條件的關(guān)系[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2017,38(12):780-786

2017-03-17

甘肅省氣象局科研項目“天水果樹生長環(huán)境精細化監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)”（Gsmazd2016-12）；西北區(qū)域氣候中心“果品氣候品質(zhì)認證”；公益性行業(yè)（氣象）科研專項“中國北方農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險評估技術(shù)與對策”（GYHY201506001-6）

姚小英（1968-），女，碩士，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象試驗研究。E-mail：tsyxy66@163.com