陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)指標(biāo)及認(rèn)證技術(shù)*

劉 璐，王景紅，張樹譽(yù)，劉新生

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陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)指標(biāo)及認(rèn)證技術(shù)*

劉 璐1，王景紅1，張樹譽(yù)2，劉新生2

（1．陜西省農(nóng)業(yè)遙感與經(jīng)濟(jì)作物氣象服務(wù)中心，西安 710014；2．咸陽市氣象局，咸陽 712000）

利用2016年和2017年陜西紅富士主栽縣11個定點采樣果園物候及品質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，采用多元逐步回歸法和加權(quán)求和法，建立蘋果單項氣候品質(zhì)指標(biāo)模型、果品氣候品質(zhì)分級指標(biāo)及果品氣候品質(zhì)評價指數(shù)，以期為開展陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)認(rèn)證提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明：陜西紅富士蘋果單果重、硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量與膨大期降水量、幼果期日較差、著色成熟期平均最低氣溫及著色成熟期降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），果徑與全生長季平均氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）；特優(yōu)級紅富士蘋果的氣候品質(zhì)指標(biāo)為幼果期日較差＞7.9℃，膨大期降水量≥134.9mm，著色成熟期平均最低氣溫≥6.1℃，著色成熟期降水量≤79mm，全生長季平均氣溫≤17.5℃；陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)評價指數(shù)CQEI的預(yù)測準(zhǔn)確率為86.7%，可用于實際認(rèn)證業(yè)務(wù)。

紅富士蘋果；物候期；氣候品質(zhì)；評價指數(shù)

陜西黃土高原蘋果種植區(qū)是中國乃至世界的優(yōu)質(zhì)蘋果產(chǎn)區(qū)，目前紅富士蘋果種植面積占全省蘋果種植面積80%左右，是陜西蘋果主栽品種。隨著種植面積和產(chǎn)量的增加，陜西蘋果產(chǎn)業(yè)急需從數(shù)量效益型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變，農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證是對作物品質(zhì)和其產(chǎn)地的科學(xué)標(biāo)識，是提升農(nóng)產(chǎn)品市場價值的有效手段，故有必要開展陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)指標(biāo)和認(rèn)證技術(shù)研究，為其氣候品質(zhì)認(rèn)證工作奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

蘋果氣候品質(zhì)指標(biāo)研究是開展氣候品質(zhì)認(rèn)證的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外學(xué)者針對紅富士蘋果品質(zhì)和氣象因子的關(guān)系已進(jìn)行了大量研究[1?8]，并在果樹規(guī)劃種植和指導(dǎo)生產(chǎn)方面取得了一定的應(yīng)用效果[9?10]。然而這些研究多為月尺度，而不同產(chǎn)區(qū)蘋果物候期差異顯著，以月氣候條件評價不同產(chǎn)區(qū)蘋果品質(zhì)將造成較大誤差[11]。此外，目前國內(nèi)開展農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證的技術(shù)尚處于起步階段，金志鳳等依據(jù)氣候品質(zhì)指標(biāo)建立了定量化的浙江省茶葉氣候品質(zhì)認(rèn)證評價模型[12]，其它農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證模型均以定性描述為主，且缺乏對氣候品質(zhì)指標(biāo)的研究和應(yīng)用[13?15]。因此，本研究擬利用氣象、品質(zhì)和物候期觀測資料，通過對紅富士蘋果品質(zhì)和不同生育期氣象條件關(guān)系的研究，建立其氣候品質(zhì)評價指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上建立定量化氣候品質(zhì)認(rèn)證模型，以期為開展陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)認(rèn)證，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和果農(nóng)增收提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

1.1.1 果實采樣及數(shù)據(jù)測定

在陜西蘋果產(chǎn)區(qū)西部的旬邑縣赤道鎮(zhèn)和原底社區(qū)、彬縣新民鎮(zhèn)、長武縣巨家鎮(zhèn)、永壽縣渡馬鄉(xiāng)、淳化縣官莊鎮(zhèn)，東部的白水縣北井頭鄉(xiāng)和史官鄉(xiāng)，以及北部的洛川縣石頭鎮(zhèn)、土基鎮(zhèn)和永鄉(xiāng)鄉(xiāng)，共7個紅富士蘋果主產(chǎn)縣的11個重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)，選取樹齡8～10a、栽植密度3m×4m、管理水平中等偏上且無灌溉條件的定點果園各1個，在每個果園不同位置選定果樹3棵，于2016年和2017年10月果實成熟期，在定點果樹的8個方位和中間摘取果實10個，共獲取樣本果實660個，帶回實驗室對果品品質(zhì)進(jìn)行檢測，以此作為陜西紅富士蘋果品質(zhì)與氣象因子關(guān)系模型的研究數(shù)據(jù)。將陜西省果業(yè)管理局2012年和2013年在上述7個生產(chǎn)縣，且無灌溉條件的15個果園獲取的15組果實品質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)的平均值，作為模型檢驗數(shù)據(jù)。

影響蘋果品質(zhì)指標(biāo)眾多，綜合農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《紅富士蘋果》（NYT 1075-2006）中對果實品質(zhì)的評價指標(biāo)和陜西紅富士蘋果品質(zhì)主要評價指標(biāo)[16?19]，以可分級定量衡量為原則，選取果實單果重、果徑（橫徑）、硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量5個品質(zhì)要素作為研究對象。其中單果重采用JA2103N型電子天平稱重，果徑利用游標(biāo)卡尺測得，硬度采用GY-4型果實硬度計測得，可溶性固形物采用PAL-1型手持?jǐn)?shù)顯折光儀測得，可滴定酸含量采用GMK-835F果實酸度計測得。

1.1.2 氣象資料及其處理

用于品質(zhì)分析和檢驗的氣象資料來源于采樣點所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域氣象站，數(shù)據(jù)來源于陜西省氣象信息中心。

1.2 研究方法

利用多元逐步回歸方法，建立果實品質(zhì)指標(biāo)與氣象因子間回歸方程，得到果實品質(zhì)指標(biāo)的氣候模型[20?21]，利用實測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)間的均方根誤差（RMSE）對模型的準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗；以《紅富士蘋果》（NY-T1075-2006）的特級、一級和二級分級指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，利用果實品質(zhì)指標(biāo)的氣候模型，確定紅富士蘋果氣候品質(zhì)指標(biāo)；利用加權(quán)求和法，建立氣候品質(zhì)評價指數(shù)。

表1 2016年和2017年各樣點蘋果始花期和采收期以及其它生育期推算結(jié)果（月?日）

注：X0為始花期，X1為開花期，X2為幼果期，X3為膨大期，X4為著色成熟期，X5為全生長季，X6為采收期。

Note: X0is initial flowering time，X1is flowering period，X2is young fruit period，X3is expansion period, X4is coloring to maturing period，X5is growing period，X6is harvest time。.

2 結(jié)果與分析

2.1 建立蘋果單項氣候品質(zhì)指標(biāo)模型

利用陜西省果業(yè)管理局2012年和2013年的15組果園果實品質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，對果實品質(zhì)與氣象因子的回歸方程進(jìn)行檢驗，結(jié)果顯示，單果重、果徑、硬度、可溶性固形物、可滴定酸含量的計算值和實測值的RMSE分別為3.793、2.213、0.214、0.353和0.040，回歸模型的擬合度較好。

表2 果實品質(zhì)與氣象因子的回歸方程

2.2 建立蘋果氣候品質(zhì)分級指標(biāo)

因各果實品質(zhì)與氣象因子的回歸模型均為單因子模型，故利用該模型，并參照農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《紅富士蘋果》（NYT 1075-2006）各品質(zhì)特級、一級和二級分級標(biāo)準(zhǔn)，可計算求出各品質(zhì)指標(biāo)不同等級對應(yīng)的氣候要素臨界值，即影響果品品質(zhì)等級的氣候要素分級指標(biāo)，并將其作為陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)指標(biāo)（表3）。由表可見，當(dāng)氣候品質(zhì)指標(biāo)同時滿足幼果期日較差＞7.9℃，膨大期降水量≥134.9mm，著色成熟期平均最低氣溫≥6.1℃，著色成熟期降水量≤79mm，全生長季平均氣溫≤17.5℃時，果品各項品質(zhì)指標(biāo)均達(dá)特級。利用果品氣候指標(biāo)，即可對陜西紅富士蘋果各項品質(zhì)等級進(jìn)行預(yù)測和評價。

2.3 建立蘋果產(chǎn)地氣候品質(zhì)評價指數(shù)

根據(jù)《紅富士蘋果》（NYT 1075-2006），目前對蘋果品質(zhì)的評價主要是對單一品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行評價，缺乏對蘋果綜合品質(zhì)評價的技術(shù)和方法。為科學(xué)衡量各品質(zhì)指標(biāo)對果品綜合品質(zhì)的影響，利用表3中陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)分級指標(biāo)，采用加權(quán)求和法，建立氣候品質(zhì)綜合評價模型。因參與評價的品質(zhì)指標(biāo)均為評價果品品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，且無輕重之分，故對認(rèn)證模型中各氣候指標(biāo)的權(quán)重作等權(quán)重處理，同時，對特級、一級和二級，分別賦予數(shù)值1、2、3，作為氣候品質(zhì)分級指標(biāo)的評價等級。計算式為

式中，CQEI為氣候品質(zhì)評價指數(shù)（Climate quality evaluation index），Gi為第i個氣候品質(zhì)分級指標(biāo)的評價等級，Gi=1、2、3。

為客觀反映果品氣候品質(zhì)等級，并與《紅富士蘋果》（NYT 1075-2006）的評價等級具有可比性，以5個氣候品質(zhì)分級指標(biāo)均為特級、一級和二級的CQEI計算結(jié)果，作為劃分依據(jù)，將陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)認(rèn)證等級定為特優(yōu)、優(yōu)、良和一般4個等級，即當(dāng)CQEI=1時，氣候品質(zhì)等級為1級，認(rèn)證等級為特優(yōu)；當(dāng)1＜CQEI≤2時，氣候品質(zhì)等級為2級，認(rèn)證等級為優(yōu)；當(dāng)2＜CQEI＜3時，氣候品質(zhì)等級為3級，認(rèn)證等級為良；當(dāng)CQEI=3時，氣候品質(zhì)等級為4級，認(rèn)證等級為一般（表4）。當(dāng)參與果品氣候品質(zhì)認(rèn)證的任何一項氣候品質(zhì)指標(biāo)等級低于2級時，即表明氣候條件不利于形成優(yōu)質(zhì)果品，不符合氣候品質(zhì)認(rèn)證條件，故不對其進(jìn)行氣候品質(zhì)認(rèn)證。

表3《紅富士蘋果》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中品質(zhì)評價指標(biāo)及其對應(yīng)的陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)指標(biāo)

Table 3 The quality evaluation index in the trade standards of Red Fuji apple (QEI)and their corresponding climate quality index(CQI) suggested in Shaanxi province

注：W為單果重，D為果徑，F(xiàn)為果實硬度，S為可溶性固形物含量，T為可滴定酸含量。

Note：W is weight of an apple，D is diameter，F(xiàn) is firmness，S is soluble solid content，T is titratable acid content.

表4 利用氣候品質(zhì)指數(shù)對陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)的認(rèn)證等級

利用等權(quán)重加權(quán)求和法，計算陜西省果業(yè)管理局2012年和2013年調(diào)查的15個果園果品綜合品質(zhì)評價等級，并利用CQEI對其進(jìn)行檢驗。結(jié)果顯示，有13個果園的果品氣候品質(zhì)認(rèn)證等級與其綜合品質(zhì)評價等級一致，認(rèn)證模型準(zhǔn)確率達(dá)86.7%，說明該模型能夠客觀反映陜西紅富士蘋果品質(zhì)，可用于不同產(chǎn)區(qū)或果園的氣候品質(zhì)認(rèn)證業(yè)務(wù)。

3 結(jié)論與討論

通過分析陜西紅富士蘋果果實品質(zhì)與氣象條件的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)單果重和可溶性固形物與膨大期降水量和著色成熟期平均最低氣溫呈顯著正相關(guān)關(guān)系，果徑與全生長季平均氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與周純等研究結(jié)論一致[4,6,10,22]；硬度與幼果期日較差呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，這在前人相關(guān)研究中未見報道，但符合幼果期是果實細(xì)胞分裂的關(guān)鍵期，日較差越大，細(xì)胞結(jié)構(gòu)越密，果實硬度越大的生理特性[23]；可滴定酸含量與著色成熟期降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與郭碧云的研究結(jié)果一致[24]，但《紅富士蘋果》（NY-T1075-2006）中規(guī)定，優(yōu)質(zhì)果可滴定酸含量不宜超過0.4%，適口含酸量為0.2%～0.25%[25]，而劉璐等研究發(fā)現(xiàn)，陜西蘋果果區(qū)9?10月連陰雨過程降水量呈增多發(fā)生趨勢[26]，這對陜西紅富士蘋果風(fēng)味和貯運將產(chǎn)生一定影響。此外，研究發(fā)現(xiàn)著色成熟期的平均最低氣溫及降水量分別影響蘋果可溶性固形物和可滴定酸含量，著色成熟期是各生育期中對蘋果品質(zhì)，尤其是對果實風(fēng)味影響最大的生育期。研究結(jié)果明確了陜西紅富士蘋果品質(zhì)與不同生育期和不同氣象條件的關(guān)系，可為指導(dǎo)陜西省蘋果種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，改善果園小氣候環(huán)境，促進(jìn)果實品質(zhì)提升，提供理論依據(jù)。

研究建立的蘋果單項氣候品質(zhì)指標(biāo)模型擬合度較好，可用于氣候條件對蘋果果實單項品質(zhì)影響的預(yù)測和評價。該模型中各品質(zhì)指標(biāo)的回歸模型均為單因子要素，為計算果品氣候品質(zhì)分級指標(biāo)提供了條件，但與前人建立的多因子回歸模型的研究結(jié)果有較大差異，這可能與研究品種、地區(qū)及分析時段的不同有關(guān)，后期可通過調(diào)查數(shù)據(jù)積累，對模型進(jìn)行深入優(yōu)化。

以果品氣候品質(zhì)分級指標(biāo)為基礎(chǔ)建立的果品氣候品質(zhì)評價指數(shù)CQEI，在技術(shù)思路上對金志鳳等提出的茶葉氣候品質(zhì)等級評價模型進(jìn)行了較好的承接與應(yīng)用[12]，并在果品氣候品質(zhì)認(rèn)證技術(shù)，尤其是對以往認(rèn)證模型中缺乏氣候品質(zhì)指標(biāo)和綜合品質(zhì)評價方法的問題進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新。該評價模型在陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)認(rèn)證評價的應(yīng)用效果較好，可進(jìn)行業(yè)務(wù)化應(yīng)用，同時可為建立其它農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證模型提供參考。

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Climate Quality Index and Climate Quality Certification Model of Red Fuji Apple in Shaanxi Province

LIU Lu1, WANG Jing-hong1, ZHANG Shu-yu2, LIU Xin-sheng2

(1. Shaanxi Meteorological Service Station for Agricultural Remote Sensing and Economic Crops, Xi’an 710014, China; 2. Xianyang Meteorological Bureau, Xianyang 712000)

The phenology and fruit quality data from 11 Fuji apple orchards of the main production counties in Shaanxi province were collected between 2016 and 2017. Multiple stepwise regression and weighted sum method were used to establish the climate quality index and the climate quality certification model，which could provide scientific supports for the quality assessments of Fuji apple in Shaanxi. Results indicated that the average fruit weight, firmness, soluble solid and titratable acid content were all significantly positive related with the precipitation during the fruit expanding stage, the daily temperature ranges during the young fruit period, as well as the mean minimum temperature and precipitation during the ripe period (P<0.05). However, significant negative correlation was found between fruit horizontal diameterand the average temperature during the growing season (P<0.05). In order to yield better Fuji apples, the relevant climatic conditions listed below should be satisfied, such asthe daily temperature ranges during the young fruit period larger than 7.9℃, the precipitation during the fruit expanding stage≥134.9mm, the mean minimum temperatureand precipitation during the ripe period≥6.1℃ and ≤79mm, respectively, as well as the average temperature during the growing season≤17.5℃. The prediction accuracy of CQEI was 86.7%, which implied that the quality evaluation index in this study could be used to assess the quality of Fuji apples in Shaanxi.

Red Fuji apple; Phenological phase; Climate quality; Climate quality evaluation index

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.09.007

2018?03?05

中國氣象局關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與集成項目（CMAGJ2015M60）

劉璐（1981?），女，碩士，高級工程師，主要從事蘋果氣象服務(wù)工作。E-mail：liululu128@163.com

劉璐,王景紅,張樹譽(yù),等.陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)指標(biāo)及認(rèn)證技術(shù)[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(9):611?617