基于關(guān)鍵品質(zhì)因素的碭山酥梨氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)*

李 德, 高 超, 孫 義, 楊 健, 范孝玲

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基于關(guān)鍵品質(zhì)因素的碭山酥梨氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)*

李 德1, 高 超2, 孫 義1, 楊 健3, 范孝玲3

(1. 安徽省宿州市氣象局 宿州 234000; 2. 寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系 寧波 315211; 3. 安徽省碭山縣氣象局 碭山 235300)

建立梨果氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)方法是開展氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)工作的技術(shù)基礎(chǔ)。本研究選取1996—2015年原位監(jiān)測(cè)的碭山酥梨(原產(chǎn)地碭山縣)品質(zhì)因素值和同期氣象監(jiān)測(cè)資料, 根據(jù)相關(guān)研究成果和專家知識(shí), 采用相關(guān)分析、經(jīng)驗(yàn)函數(shù)與階梯函數(shù)、層次分析、逐步回歸、概率分位數(shù)和加權(quán)之和等方法, 在厘清關(guān)鍵品質(zhì)因素和影響氣象因子的基礎(chǔ)上, 建立碭山酥梨氣候品質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)方法, 并對(duì)氣候品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明: 決定碭山酥梨氣候品質(zhì)優(yōu)劣的10個(gè)關(guān)鍵品質(zhì)因素為果面完整度、果面銹度、果形指數(shù)、最大單果重、平均單果重、一級(jí)果率、等外果率、果實(shí)酥脆度、含糖率和石細(xì)胞度, 關(guān)鍵氣象影響因子28個(gè)。碭山酥梨氣候品質(zhì)由外觀和內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)加權(quán)之和后的氣候品質(zhì)綜合指數(shù)表征, 并劃分為“特優(yōu)”、“優(yōu)”、“良”、“一般”4個(gè)等級(jí), 相應(yīng)閾值為≥3.5、2.5~3.5、1.5~2.5、<1.5, 外觀與內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)權(quán)重為0.70和0.30。構(gòu)成外觀氣候品質(zhì)指數(shù)的果面完整度、果面銹度、果形指數(shù)、最大單果重、平均單果重、一級(jí)果率、等外果率等7個(gè)因素的權(quán)重分別為0.376 1、0.232 8、0.108 8、0.074 9、0.088 6、0.088 7和0.029 9, 構(gòu)成內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)的酥脆度、含糖率和石細(xì)胞度3個(gè)因素的權(quán)重分別為0.637 6、0.104 6 和0.257 8。各品質(zhì)因素由相應(yīng)關(guān)鍵氣象因子構(gòu)建的量化模型表征。利用實(shí)測(cè)氣象資料確定2016年碭山縣9月下旬采摘的碭山酥梨氣候品質(zhì)綜合指數(shù)為2.58, 判定為“優(yōu)”級(jí), 與實(shí)際相符。本研究建立的評(píng)價(jià)模型可作為碭山酥梨氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)方法。

碭山酥梨; 關(guān)鍵品質(zhì)因素; 氣象因子; 氣候品質(zhì)指數(shù)

碭山酥梨(cv. Dangshansu pear)原產(chǎn)安徽省碭山縣, 是目前中國(guó)栽培面積最大的梨品種和最重要的梨樹資源之一, 在世界水果市場(chǎng)中占據(jù)重要地位[1-2]。截至2016年, 地處黃河故道的碭山縣境內(nèi)碭山酥梨栽培面積已超過(guò)50 000 hm2。然而, 近年來(lái), 隨著消費(fèi)者對(duì)果品質(zhì)量的要求越來(lái)越高, 碭山酥梨果實(shí)品質(zhì)已成為決定其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。研究表明[3-4], 一地長(zhǎng)期栽培的落葉果樹, 在形成果實(shí)品質(zhì)的遺傳特性、環(huán)境氣象條件和栽培技術(shù)三大因素中, 環(huán)境氣象條件是影響年際間品質(zhì)優(yōu)劣的重要因素。基于氣象條件對(duì)年際間的差異進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)或認(rèn)證, 是提升農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑之一。目前, 氣象部門已在優(yōu)質(zhì)茶葉、臍橙(Osbeck)、芒果(L.)等植物中開展了氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)或認(rèn)證, 并取得一定成效, 提升了區(qū)域特色茶葉的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力, 受到?jīng)Q策部門和市場(chǎng)的關(guān)注[5-8]。但是目前針對(duì)碭山酥梨果實(shí)因年際間天氣氣候條件引起品質(zhì)優(yōu)劣差異的評(píng)價(jià)工作至今鮮有報(bào)道。

建立氣象條件與果實(shí)綜合品質(zhì)構(gòu)成因素之間的量化關(guān)系, 研發(fā)氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)方法是開展氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)或認(rèn)證工作的基礎(chǔ)。目前, 許多學(xué)者就不同氣象條件與果實(shí)品質(zhì)因素之間的影響問題進(jìn)行了大量研究。如魏欽平等[9]揭示了影響紅富士蘋果(Borkh. cv. Red Fuji)花青素、果實(shí)含糖率的關(guān)鍵氣象因子。劉小陽(yáng)等[10-11]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度較高條件下, 碭山酥梨的可溶性糖、VC含量、糖酸比高, 有機(jī)酸含量低, 果實(shí)品質(zhì)佳; 同時(shí)揭示幼果期光照強(qiáng)度良好, 能增強(qiáng)碭山酥梨果實(shí)吸收決定石細(xì)胞形成多少的Ca2+、Zn2+的能力等。陳江等[12]揭示庫(kù)爾勒香梨(Rehd.)樹冠內(nèi)光照強(qiáng)度分布與果實(shí)品質(zhì)關(guān)系密切。劉明春等[13]證實(shí)河西地區(qū)‘蘋果梨’[(Burm. f.) Nakai cv. Pingguoli]生育期間≥0 ℃年積溫與可溶性固形物含量呈冪函數(shù)負(fù)相關(guān), 果實(shí)含糖量與年日照時(shí)數(shù)呈冪函數(shù)負(fù)相關(guān)等。這些工作多是側(cè)重于揭示不同氣象因子與單一或多個(gè)主要品質(zhì)因素之間關(guān)系, 但鮮有從氣象條件角度綜合評(píng)價(jià)果實(shí)氣候品質(zhì)。

本研究利用碭山縣碭山酥梨果實(shí)品質(zhì)因素與同期氣象因子的長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)資料, 在確定碭山酥梨品質(zhì)綜合表征參量的基礎(chǔ)上, 篩選影響果實(shí)綜合品質(zhì)的關(guān)鍵氣象因子。采用逐步回歸和經(jīng)驗(yàn)函數(shù)法, 建立碭山酥梨果實(shí)氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型, 以期為碭山酥梨果實(shí)氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)或認(rèn)證、區(qū)域優(yōu)勢(shì)氣候資源開發(fā)利用等提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

安徽省碭山縣位于蘇魯豫皖7縣交界處, 境內(nèi)年平均氣溫14.4 ℃, 年日照時(shí)數(shù)2 120.0 h, 年降水量746.7 mm, 全年≥10 ℃有效積溫4 864.4 ℃?d。土壤多系近代黃泛沉積物發(fā)育而成的潮土, 土層深厚, 通透性好, pH 8.2左右, 適宜酥梨栽培。在中國(guó)梨樹氣候區(qū)劃中, 碭山縣屬于種植碭山酥梨的適宜和較適宜氣候區(qū)[4]。

1.2 材料來(lái)源

1)氣象資料: 1996—2015年碭山酥梨逐年萌芽到采摘期間逐日光、溫、水、空氣相對(duì)濕度等氣象數(shù)據(jù), 來(lái)自安徽省碭山縣氣象觀測(cè)站。在對(duì)氣象資料序列進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)時(shí), 部分氣象資料起止時(shí)間為1981—2015年。

2)品質(zhì)因素?cái)?shù)據(jù): 1996—2015年碭山酥梨品質(zhì)因素?cái)?shù)據(jù)來(lái)自碭山縣氣象觀測(cè)站的碭山酥梨長(zhǎng)期原位觀測(cè)地段資料。觀測(cè)地段位于碭山縣氣象觀測(cè)場(chǎng)東南方向2.5 km處的安徽省碭山縣園藝場(chǎng)果園內(nèi), 果園土壤肥力中等。觀測(cè)植株為1966年定植, 栽植密度為241 株?hm-2。觀測(cè)地段與觀測(cè)植株選擇標(biāo)準(zhǔn)和物候期觀測(cè)方法以及最大單果重(g)、單果平均重(g)、一級(jí)果率(%)、含糖率(%)、等外果率(%)、果實(shí)縱橫徑比(即果形指數(shù))測(cè)定方法, 按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范(下卷)》[14]執(zhí)行。一級(jí)果率和等外果百分率確定: 按照當(dāng)?shù)毓肥召?gòu)部門的規(guī)定, 從觀測(cè)植株采收的果實(shí)中任取100 kg, 單果重量≥250 g、<150 g的果實(shí)重量占100 kg樣本果實(shí)重量的百分率, 分別定為一級(jí)果率和等外果率。果實(shí)含糖率為總糖含量, 總糖含量采用斐林試劑滴定法測(cè)定。果形指數(shù)采用卡尺法于每年8月31日果實(shí)成熟期間實(shí)測(cè)果實(shí)的縱徑與橫徑, 由縱徑除以橫徑得到。

1.3 氣候品質(zhì)指標(biāo)篩選

碭山酥梨以果大、色黃亮、皮薄、酥脆汁多、無(wú)渣且核小等著稱。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1191—2006[15], 結(jié)合碭山酥梨固有品質(zhì)特性、消費(fèi)者喜好和專家經(jīng)驗(yàn), 選擇易受氣象條件制約的7個(gè)外觀品質(zhì)因素和3個(gè)內(nèi)在品質(zhì)因素。

1)外觀品質(zhì): 選取果實(shí)表面完整度(1)、果實(shí)表面銹斑度(2)、果形指數(shù)(3)、最大單果重(4)、單果平均重(5)、一級(jí)果率(6)和等外果率(7)7個(gè)因素, 其中果面完整度是指果實(shí)表面從坐果到成熟采摘期間, 由于冰雹、高溫?zé)岷?即逐日最高氣溫≥35 ℃的日數(shù))形成的砸傷、枝葉刮蹭傷或高溫日灼引起果實(shí)表面灼傷斑塊等缺陷, 導(dǎo)致果實(shí)表面平整度與光滑度降低、商品性下降的果面缺陷程度。果實(shí)表面銹斑度, 是指果實(shí)細(xì)胞增大期和著色前的6月下旬—8月底降雨日數(shù)偏多, 誘發(fā)黑星病、炭疽病等導(dǎo)致果實(shí)表面形成銹斑的程度[16-18]。果形指數(shù)即果實(shí)形狀, 碭山酥梨果實(shí)一般果形指數(shù)偏小, 即果實(shí)近似圓形或馬蹄形商品性最好。最大單果重、單果平均重、一級(jí)果率和等外果率4個(gè)品質(zhì)因素, 主要反映果實(shí)重量大小, 是決定果實(shí)外觀品質(zhì)的重要指標(biāo), 也是消費(fèi)者最喜愛指標(biāo)之一。研究表明[19], 在管理措施和品種不變的情況下, 單個(gè)果實(shí)和果實(shí)平均重量主要受每年的氣象條件影響。

2)內(nèi)在品質(zhì): 選取酥脆度(8)、含糖率(9)和石細(xì)胞度(10)3個(gè)因素, 其中酥脆度指果實(shí)可食用物的口感, 酥脆度高是碭山酥梨果實(shí)固有品質(zhì)特性之一。一般以果實(shí)水分含量多少來(lái)反映。果實(shí)含水率越高、酥脆度越好; 反之, 酥脆度低。生產(chǎn)實(shí)踐表明, 果實(shí)著色至成熟期間, 若發(fā)生干旱缺水, 土壤供水不足, 則果實(shí)水分含量下降, 果實(shí)酥脆度降低, 且干旱越重, 酥脆度越差, 甚至形成干糠果。含糖率高是碭山酥梨作為地理標(biāo)志產(chǎn)品的固有特性之一, 但每年果實(shí)含糖率高低主要受果實(shí)二次膨大期間日照時(shí)數(shù)等氣象條件制約[10,12,20]。石細(xì)胞數(shù)量是決定碭山酥梨內(nèi)在品質(zhì)的重要品質(zhì)因素之一, 據(jù)李疆等[21]、李玲等[22-23]、劉小陽(yáng)等[24]研究揭示, 碭山酥梨果實(shí)細(xì)胞分裂期是形成石細(xì)胞的關(guān)鍵期, 且主要受日照條件影響。若光照充足, 石細(xì)胞數(shù)量少, 梨果口感好、品質(zhì)優(yōu); 反之, 陰雨日數(shù)多, 光照條件差, 石細(xì)胞數(shù)量多, 梨果口感差、品質(zhì)劣。

1.4 氣候品質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

對(duì)于一地長(zhǎng)期栽培的落葉果樹而言, 品種遺傳特性和管理措施相對(duì)變化緩慢或較少變化, 其果實(shí)品質(zhì)年際間波動(dòng)如同單位面積產(chǎn)量一樣主要由天氣氣候條件不同所致[3,25-26]。為此定義:

碭山酥梨果實(shí)氣候品質(zhì)是指年際間天氣氣候條件不同所導(dǎo)致的果實(shí)品質(zhì)優(yōu)劣程度, 它是關(guān)鍵氣象條件對(duì)果實(shí)關(guān)鍵品質(zhì)影響的一個(gè)綜合映射, 可由氣候品質(zhì)綜合指數(shù)表征。而碭山酥梨果實(shí)氣候品質(zhì)綜合指數(shù)()可由易受天氣氣候條件制約的外觀氣候品質(zhì)指數(shù)(1)和內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)(2)加權(quán)之和構(gòu)成, 即式(1):

式中:c是碭山酥梨外觀氣候品質(zhì)指數(shù)和內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)的權(quán)重系數(shù), 由碭山酥梨固有品質(zhì)特性結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)確定。

按照一定規(guī)則對(duì)果實(shí)氣候品質(zhì)綜合指數(shù)進(jìn)行分級(jí), 可確定年際間的氣候品質(zhì)等級(jí)[5-6]。本研究采用概率4分位法[27-28]對(duì)氣候品質(zhì)綜合指數(shù)進(jìn)行4等級(jí)劃分, 依次規(guī)定為“特優(yōu)”、“優(yōu)”、“良”、“一般”4個(gè)等級(jí)。

外觀氣候品質(zhì)指數(shù)(1)和內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)(2)分別由相應(yīng)關(guān)鍵品質(zhì)因素的加權(quán)和構(gòu)成, 即式(2):

式中:a、b分別為構(gòu)成外觀氣候品質(zhì)指數(shù)和內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)的各關(guān)鍵品質(zhì)因素的權(quán)重系數(shù), 本文采取層次分析法(AHP)確定[29-30]。y為構(gòu)成外觀氣候品質(zhì)指數(shù)和內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)的各關(guān)鍵品質(zhì)因素。選取的各關(guān)鍵品質(zhì)因素均易受天氣氣候條件影響, 因此它們又分別是日照、氣溫、降水等氣象條件的函數(shù), 即:

式中,、、分別為采取相關(guān)系數(shù)或經(jīng)驗(yàn)知識(shí)選取的影響關(guān)鍵品質(zhì)因素的不同時(shí)段的日照時(shí)數(shù)(h)、氣溫(℃)和降水量(mm)。

不同品質(zhì)因素與氣象條件之間的函數(shù)關(guān)系, 反映了年際間氣象條件對(duì)各品質(zhì)因素的量化影響, 其各函數(shù)關(guān)系可依據(jù)各關(guān)鍵品質(zhì)因素與氣象條件之間統(tǒng)計(jì)關(guān)系或經(jīng)驗(yàn)確定:

1)根據(jù)1996—2015年連續(xù)測(cè)定的果形指數(shù)、最大單果重、平均單果重、一級(jí)果率、等外果率和含糖率6個(gè)品質(zhì)因素?cái)?shù)據(jù)和同期碭山酥梨盛花坐果(4月上旬)—采摘成熟(9月下旬)期間旬(或跨旬尺度)平均氣溫、降水量與降雨日數(shù)(日降雨量≥0.1 mm的日數(shù))、空氣相對(duì)濕度、氣溫日較差(逐日最高氣溫與最低氣溫的差值)、平均最低氣溫(逐日最低氣溫平均值)、平均最高氣溫(逐日最高氣溫平均值)和高溫日數(shù)等氣象條件, 采用相關(guān)與膨化相關(guān)分析法[28], 分別普查6個(gè)品質(zhì)因素與相應(yīng)時(shí)段氣象條件之間的相關(guān)系數(shù), 并繪制點(diǎn)聚圖(圖略去)排除偽相關(guān), 從而篩選影響各品質(zhì)因素的主要?dú)庀笠蜃?。然? 選取與各品質(zhì)因素之間通過(guò)<0.05顯著性檢驗(yàn)的氣象因子進(jìn)行逐步回歸, 構(gòu)建各品質(zhì)要素與相應(yīng)氣象條件之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型。

2)酥脆度、石細(xì)胞度、果面銹斑度: 由于目前缺乏酥脆度等3個(gè)品質(zhì)因素的測(cè)定值, 本研究根據(jù)消費(fèi)者喜好和氣象服務(wù)經(jīng)驗(yàn), 分別以著色采摘期間降水量、果實(shí)細(xì)胞分裂期4月中旬—5月下旬日照時(shí)數(shù)和果實(shí)膨大和著色前的6月下旬—8月下旬降雨日數(shù), 對(duì)氣象條件進(jìn)行概率4分位劃分確定不同的閾值, 然后依據(jù)閾值, 采用階梯函數(shù)法間接表征碭山酥梨的酥脆度、石細(xì)胞度和果面銹斑度。

3)果面完整度: 由果實(shí)坐果到著色期間的冰雹、高溫日數(shù)實(shí)際發(fā)生情況, 采用經(jīng)驗(yàn)函數(shù)綜合表征。

另外, 為消除最大單果重、平均單果重、一級(jí)果率、等外果率、果形指數(shù)和含糖率6個(gè)品質(zhì)因素的量級(jí), 便于綜合評(píng)價(jià)其優(yōu)劣, 本研究采用無(wú)量綱化方法, 對(duì)6個(gè)品質(zhì)因素進(jìn)行歸一化, 即先對(duì)最大單果重等6個(gè)品質(zhì)因素1996—2015年逐年測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行峰度、偏度檢驗(yàn)。結(jié)果, 6個(gè)品質(zhì)因素全部滿足正態(tài)性。采用概率4分位法, 對(duì)6個(gè)品質(zhì)因素進(jìn)行4等級(jí)劃分, 分別定義為“特優(yōu)”、“優(yōu)”、“良”、“一般”4個(gè)等級(jí), 參照常規(guī)農(nóng)業(yè)氣象條件定量化等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 將1~4個(gè)等級(jí), 分別賦予4~1的數(shù)值(表1)。

表1 碭山酥梨關(guān)鍵品質(zhì)因素等級(jí)閾值

2 結(jié)果與分析

2.1 碭山酥梨關(guān)鍵品質(zhì)因素與氣象條件的量化關(guān)系

2.1.1 最大單果重等6個(gè)品質(zhì)因素的逐步回歸方程

經(jīng)相關(guān)系數(shù)普查, 篩選出影響各品質(zhì)因素的主要?dú)庀笠蜃印＿x取通過(guò)<0.05顯著性水平檢驗(yàn)的關(guān)鍵氣象因子進(jìn)行逐步回歸, 得到最大單果重等6個(gè)品質(zhì)因素的逐步回歸方程和標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)(表2)。將相應(yīng)氣象因子的實(shí)測(cè)值代入表2各方程, 可確定最大單果重、果形指數(shù)、平均單果重、一級(jí)果率等6個(gè)品質(zhì)因素的當(dāng)年數(shù)值。

表2最后一列為影響各品質(zhì)因素的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù), 由其可以判斷影響果形指數(shù)等6個(gè)品質(zhì)因素的關(guān)鍵氣象條件及其貢獻(xiàn)大小。

1)果形指數(shù): 影響果形指數(shù)的4個(gè)關(guān)鍵氣象因子貢獻(xiàn)大小依次為33>32>31>36, 即對(duì)果形指數(shù)貢獻(xiàn)最大的氣象因子為4月下旬降雨日數(shù), 其次為7月平均最高氣溫、7月上旬日照時(shí)數(shù)與7月平均氣溫的貢獻(xiàn)相對(duì)偏少。4個(gè)關(guān)鍵氣象因子分布在幼果初次膨大期和二次膨大初期, 且都為負(fù)貢獻(xiàn), 即4個(gè)氣象因子增大或偏多, 對(duì)果形指數(shù)增大有一定抑制作用。表明在碭山縣, 正常氣象條件下, 果形指數(shù)偏小, 利于形成扁形果或馬蹄形果[15]。

表2 氣象條件影響碭山酥梨品質(zhì)因素的逐步回歸方程

31: 7月上旬日照時(shí)數(shù)(h);32: 7月平均最高氣溫(℃);33: 4月下旬降雨日數(shù)(d);36: 7月平均氣溫(℃);41: 4月下旬空氣相對(duì)濕度(%);43: 8月—9月上旬氣溫日較差(℃);44: 8月上中旬降雨日數(shù)(d);47: 7月上旬平均最高氣溫(℃);51: 5月中旬—6月中旬平均最低氣溫(℃);53: 4月下旬—6月上旬空氣相對(duì)濕度(%);54: 7月上旬空氣相對(duì)濕度(%);57: 8月—9月上旬氣溫日較差(℃);61: 7月上旬—8月中旬空氣相對(duì)濕度(%);63: 5月中旬—6月下旬平均氣溫(℃);64: 7月上旬降水量(mm);66: 8月上旬降雨日數(shù)(d);71: 5月中旬—6月下旬平均最低氣溫(℃);72: 8月下旬降雨量(mm);74: 4月下旬平均最低氣溫(℃);76: 4月中旬降雨量(mm);91: 7—8月日照時(shí)數(shù)(h);93: 7月中旬空氣相對(duì)濕度(%);94: 9月中旬—下旬平均最低氣溫(℃);96: 9月下旬降雨日數(shù)(d).31: sunshine hours during July 1st to 10th (h);32: mean maximum temperature of July (℃);33:number of rainy day during April 21st to 30th(d);36: average temperature of July (℃);41:mean relative humidity during April 21st to 30th (%);43: diurnal temperature range during August 1st to September 10th (℃);44: number of rainy day during August 1st to 20th (d);47: mean maximum temperatureof July 1st to 10th (℃);51: mean minimum temperature during May 11st to June 20th (℃);53: mean relative humidity during April 21st to June 10th (%);54: mean relative humidity during July 1st to 10th (%);57: diurnal temperature range during August 1st to September 10th (℃);61: mean relative humidity during July 1st to August 20th (%);63: average temperature during May 11st to June 30th (℃);64: precipitation during July 1st to 10th (mm);66: number of rainy day during August 1st to 10th (d);71: mean minimum temperature during May 11st to June 30th (℃);72: precipitation during August 21st to 31st (mm);74: mean minimum temperature during April 21st to 30th (℃);76: precipitation during April 11st to 20th (mm);91: sunshine hours during July to August (h);93: mean relative humidity during July 11st to 20th (%);94: mean minimum temperature during September 11st to 30th (℃);96: number of rainy day during September 21st to 30th (d).

2)最大單果重: 影響最大單果重的4個(gè)關(guān)鍵氣象因子的貢獻(xiàn)大小依次為44>41>43>47, 即8月上中旬降雨日數(shù)對(duì)最大單果重影響最大, 其次為幼果初期4月下旬空氣相對(duì)濕度, 而果實(shí)二次膨大至成熟采摘期間8月—9月上旬氣溫日較差和7月上旬平均最高氣溫, 對(duì)最大單果重量影響相對(duì)偏小。同時(shí), 除7月上旬平均最高氣溫為正貢獻(xiàn)外, 其他均為負(fù)貢獻(xiàn)。表明果實(shí)二次膨大期的8月上中旬降雨日數(shù), 對(duì)最大單重量具有重要影響。一般地, 降雨日數(shù)多, 日照時(shí)數(shù)少, 最大單果輕; 反之, 最大單果重。這與Han等[31]揭示的盛花后160 d的日照時(shí)數(shù)與‘Niitaka’梨果實(shí)直徑呈顯著正相關(guān)的結(jié)論近似。

3)平均單果重: 影響平均單果重的4個(gè)關(guān)鍵氣象因子貢獻(xiàn)大小依次為51>54>53>57, 即幼果細(xì)胞減數(shù)分裂期5月中旬—6月中旬平均最低氣溫對(duì)平均單果重量增加貢獻(xiàn)最大, 果實(shí)二次膨大初期7月上旬和幼果期到初次膨大期間4月下旬—6月上旬空氣相對(duì)濕度貢獻(xiàn)次之, 而果實(shí)發(fā)育后期8月—9上旬氣溫日較差對(duì)平均單果重量增加影響相對(duì)較小。

4)一級(jí)果率: 影響一級(jí)果率的4個(gè)關(guān)鍵氣象因子貢獻(xiàn)大小依次為61>63>64>66, 即果實(shí)二次膨大期間7月上旬—8月中旬空氣相對(duì)濕度對(duì)一級(jí)果率影響最大。此時(shí)期空氣濕度大, 果園光照條件差, 直接影響葉片光合作用, 繼而影響一級(jí)果率。其次為5月中旬—6月下旬平均氣溫, 此時(shí)正值幼果果肉細(xì)胞減數(shù)分裂期, 平均氣溫越高, 越利于果實(shí)初次膨大, 并為后期生長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)。果實(shí)二次膨大期間7月上旬降水量與8月上旬降雨日數(shù)對(duì)一級(jí)果率的影響相對(duì)較小。

5)等外果率: 影響等外果率的4個(gè)關(guān)鍵氣象因子貢獻(xiàn)大小依次為71>76>74>72, 且分布在幼果期和果實(shí)二次膨大期2個(gè)時(shí)段。其中, 幼果形成期間5月中旬—6月下旬平均最低氣溫貢獻(xiàn)最大, 其次為4月中旬降雨量, 4月下旬平均最低氣溫和8月下旬降雨量貢獻(xiàn)率相對(duì)較小。表明等外果率會(huì)隨幼果形成期間5月中旬—6月下旬平均最低氣溫的降低和4月中旬降雨量的增多而上升。

6)含糖率: 影響果實(shí)含糖率的4個(gè)關(guān)鍵氣象因子貢獻(xiàn)大小依次為91>94>93>96, 即貢獻(xiàn)最大的為果實(shí)二次膨大到著色期的7月—8月日照時(shí)數(shù)和成熟期間9月中旬—下旬平均最低氣溫, 其次為果實(shí)二次膨大期間7月中旬空氣相對(duì)濕度和成熟期間9月下旬降雨日數(shù)。表明果實(shí)二次膨大到著色和成熟采摘期間日照時(shí)數(shù)多, 低溫偏高, 利于果實(shí)糖分積累。這與劉小陽(yáng)等[10]、劉明春等[13]和丁家鳴等[32]研究的氣象因子對(duì)梨果糖分積累影響的結(jié)論一致。

2.1.2 果面完整度等4個(gè)品質(zhì)因素的經(jīng)驗(yàn)表征方法

1)果面完整度: 根據(jù)相關(guān)研究成果和多年氣象服務(wù)經(jīng)驗(yàn), 結(jié)合專家知識(shí)和影響果面完整度的關(guān)鍵氣象因子, 即幼果膨大到成熟采摘期間冰雹、高溫?zé)岷Πl(fā)生情況, 綜合確定冰雹和高溫?zé)岷?duì)果面完整度的影響程度。參照常規(guī)農(nóng)業(yè)氣象條件定量化等級(jí)評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 將其影響程度劃分為“無(wú)”、“輕微”、“中度”、“重度”4個(gè)等級(jí), 并分別賦予4~1的數(shù)值(表3), 即梨果生長(zhǎng)期間冰雹、高溫日數(shù)越少, 果面完整度越高; 反之, 果面完整度越低, 商品性下降。

表3 冰雹、高溫日數(shù)對(duì)碭山酥梨果面完整度的影響

2)果面銹斑度: 選取易誘發(fā)黑斑病、炭疽病的關(guān)鍵氣象因子, 即1981—2015年果實(shí)膨大初期(6月下旬)到轉(zhuǎn)色成熟期(8月下旬)的降雨日數(shù), 采用峰度、偏度法[28]對(duì)其進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明, 峰度和偏度系數(shù)分別為-0.783 8、-0.169 2, 均小于理論峰度和理論偏度, 即35年間6月下旬—8月下旬降雨日數(shù)資料滿足正態(tài)性。

采用概率4分位數(shù)法, 將6月下旬—8月下旬累計(jì)降雨日數(shù)對(duì)果面銹斑度的影響程度, 劃分為“無(wú)”、“輕微”、“中度”、“重度”4個(gè)等級(jí), 分別賦予4~1的數(shù)值(表4)。

表4 降雨日數(shù)對(duì)碭山酥梨果面銹病斑度的影響

3)果實(shí)石細(xì)胞度: 選取決定果實(shí)石細(xì)胞數(shù)量的關(guān)鍵氣象因子, 即1981—2015年4月中旬—5月下旬的累計(jì)日照時(shí)數(shù), 進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。結(jié)果其峰度和偏度值分別為0.611 4和-0.617 3, 均小于理論峰度和理論偏度, 即資料序列滿足正態(tài)性。

采用概率4分位數(shù)法, 將4月中旬—5月下旬日照時(shí)數(shù)對(duì)石細(xì)胞度的影響程度, 劃分為“重度”、“中度”、“輕微”、“無(wú)”4個(gè)等級(jí), 分別賦予1~4的數(shù)值(表5)。

表5 日照時(shí)數(shù)對(duì)碭山酥梨石細(xì)胞的影響

4)果實(shí)酥脆度: 鑒于碭山酥梨自9月上旬開始采摘, 到9月下旬采摘結(jié)束, 為滿足對(duì)不同采摘時(shí)期的果實(shí)酥脆度進(jìn)行評(píng)價(jià)需要, 分別選取自8月中旬開始, 到9月上旬、9月中旬和9月下旬3個(gè)采摘期的3組降雨量資料對(duì)酥脆度進(jìn)行表征。經(jīng)峰度、偏度檢驗(yàn), 1981—2015年8月中旬—9月上旬、8月中旬—9月中旬和8月中旬—9月下旬3個(gè)時(shí)段的累計(jì)降雨量均滿足正態(tài)性。

根據(jù)碭山酥梨生產(chǎn)實(shí)踐和氣象服務(wù)經(jīng)驗(yàn), 果實(shí)轉(zhuǎn)色成熟期間降雨量過(guò)多或過(guò)少, 果實(shí)酥脆度均會(huì)降低。一般來(lái)說(shuō), 經(jīng)過(guò)多年栽培馴化, 碭山酥梨對(duì)當(dāng)?shù)亟涤陾l件已經(jīng)有較高的適應(yīng)性, 多年平均降雨量形成了碭山酥梨的酥脆特性。當(dāng)降雨量處于常年值附近時(shí), 果實(shí)酥脆度最高, 隨著降雨量偏離常年降雨量的程度, 果實(shí)酥脆度會(huì)逐漸降低。為此, 對(duì)轉(zhuǎn)色成熟采摘期間降雨量采用20%、30%、45%、55%、70%和80%概率分位點(diǎn)進(jìn)行等級(jí)劃分, 確定降雨量對(duì)酥脆度的影響程度, 分別賦予1~4的數(shù)值(表6)。

表6 降雨量對(duì)碭山酥梨酥脆度的影響

2.2 碭山酥梨氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型

2.2.1 品質(zhì)因素權(quán)重系數(shù)

1)氣候品質(zhì)綜合指數(shù)的權(quán)重系數(shù)

根據(jù)碭山酥梨固有特點(diǎn)和消費(fèi)者喜好, 即外觀品質(zhì)越好, 越受消費(fèi)者青睞, 再結(jié)合專家知識(shí), 確定外觀氣候品質(zhì)指數(shù)和內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)的權(quán)重分別為0.7和0.3, 即式(4):

c=[0.70 0.30] (4)

2)外觀與內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)構(gòu)成因素的權(quán)重系數(shù)

根據(jù)碭山酥梨外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)特點(diǎn)和消費(fèi)者喜好程度, 結(jié)合專家知識(shí), 采用五級(jí)標(biāo)度法, 對(duì)果面完整度、果面銹度、果形指數(shù)、最大單果重、平均單果重、一級(jí)果率和等外果率7個(gè)品質(zhì)因素構(gòu)造判斷矩陣。

經(jīng)檢驗(yàn), 判斷矩陣的一致性比率CI=0.079 7, CR=0.058 6, <0.10, 判斷矩陣符合一致性要求。

經(jīng)計(jì)算, [果面完整度果面銹度果形指數(shù)最大單果重平均單果重一級(jí)果率等外果率]的權(quán)重向量如式(5), 即:

a=[0.376 1 0.232 8 0.108 8 0.074 9 0.088 6 0.088 7 0.029 9] (5)

同理, 構(gòu)造內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)3個(gè)構(gòu)成因素酥脆度、石細(xì)胞度和含糖率的判斷矩陣。其CI=0.016 5, CR=0.031 8, <0.10, 判斷矩陣滿足一致性要求。[酥脆度含糖率石細(xì)胞度]的權(quán)重向量如式(6), 即:

b=[0.637 6 0.104 6 0.257 8] (6)

2.2.2 碭山酥梨氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型

綜合式(4)、(5)、(6), 得到碭山酥梨氣候品質(zhì)指數(shù)()評(píng)價(jià)模型, 即:

=0.70′1+0.30′2(7)

式中:

1=0.376 110.232 82+0.108 83+0.074 94+

0.088 65+0.088 76+0.029 97(8)

2=0.637 68+0.104 69+0.257 810(9)

根據(jù)常規(guī)農(nóng)業(yè)氣象條件評(píng)價(jià)量化等級(jí)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范, 采用概率4分位數(shù)法, 對(duì)碭山酥梨氣候品質(zhì)指數(shù)()進(jìn)行“特優(yōu)”、“優(yōu)”、“良”和“一般”4等級(jí)劃分(表7)。

表7 碭山酥梨氣候品質(zhì)指數(shù)等級(jí)閾值

2.3 2016年氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型在碭山縣的應(yīng)用

利用2016年碭山酥梨開花到成熟采摘期間的氣象資料, 驅(qū)動(dòng)碭山酥梨氣候品質(zhì)指數(shù)評(píng)價(jià)模型, 得到2016年碭山酥梨9月下旬采摘果實(shí)的綜合氣候品質(zhì)指數(shù)為2.58。對(duì)照表7, 可確定2016年度碭山酥梨綜合氣候品質(zhì)為“優(yōu)”級(jí)。

采用本文方法的評(píng)定結(jié)果, 與2016年10月9日安徽省農(nóng)業(yè)氣象中心組織召開的碭山酥梨氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)專家論證會(huì)的結(jié)論相比較, 結(jié)果兩者結(jié)論一致。表明本研究建立的氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型可以作為評(píng)價(jià)工作的技術(shù)方法使用。

3 討論與結(jié)論

1)農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)是近年發(fā)展起來(lái)的從氣象學(xué)角度量化評(píng)價(jià)天氣氣候?qū)r(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)劣影響的一種探索性研究, 雖然在茶葉[5-6]、臍橙[7]、芒果[8]等氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)上取得了一些進(jìn)展, 但至今對(duì)什么是氣候品質(zhì)尚沒有相對(duì)統(tǒng)一的定義, 也沒有成熟的量化評(píng)價(jià)技術(shù)。本文依據(jù)在一定遺傳基礎(chǔ)上, 農(nóng)作物品質(zhì)的形成主要受環(huán)境氣象因子決定的理論[3-4,25-26], 將農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)定義為: 一個(gè)區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)期栽培形成的特色初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)由于天氣氣候條件不同所引起的年際間的優(yōu)劣差異, 可由氣候品質(zhì)綜合指數(shù)表征。其中, 氣候品質(zhì)綜合指數(shù)由易受天氣氣候條件影響的外觀氣候品質(zhì)指數(shù)和內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)加權(quán)和構(gòu)成; 內(nèi)、外氣候品質(zhì)指數(shù)采取關(guān)鍵氣象條件與關(guān)鍵品質(zhì)因素之間的函數(shù)來(lái)量化。這為從氣象學(xué)角度開展農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)工作提供了理論支撐。

2)本文對(duì)農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)的定義限定了氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)的對(duì)象即農(nóng)產(chǎn)品的“區(qū)域性”和“時(shí)間性”, 表明只有在一定區(qū)域內(nèi)經(jīng)過(guò)一定時(shí)期栽培方能形成一地特色農(nóng)產(chǎn)品的固有品質(zhì)。“區(qū)域性”和“時(shí)間性”是為從農(nóng)產(chǎn)品綜合品質(zhì)中剔除土壤類型、遺傳特性以及管理措施不同對(duì)品質(zhì)的影響, 如有研究揭示碭山酥梨引種移栽到黃河故道之外的區(qū)域其品質(zhì)明顯較原產(chǎn)地下降[25]。這與有的研究建議增加土壤因子[33]以提高評(píng)價(jià)方法的全面性有所不同, 因?yàn)橥寥酪蜃拥挠绊懖粚偬鞖鈿夂蛞蜃? 引入土壤因子后的評(píng)價(jià)結(jié)果超出了農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)的范圍, 應(yīng)屬于品種優(yōu)選和引進(jìn)的評(píng)價(jià)范疇[30]。

3)如何在氣候品質(zhì)指數(shù)中剔除或量化遺傳特性和土壤因子的影響, 至今尚無(wú)成熟的方法。本文采取目前多數(shù)研究所采用的方法[5-8], 即基于篩選的關(guān)鍵氣象條件與關(guān)鍵品質(zhì)因素之間的量化關(guān)系來(lái)表征天氣氣候條件所決定的氣候品質(zhì)。由氣象條件驅(qū)動(dòng)量化關(guān)系模型反演得到的品質(zhì)因素值與實(shí)際值之間所存在的誤差, 正是由土壤條件、管理措施等非氣象條件所構(gòu)成的。當(dāng)然, 這種處理非氣象條件對(duì)品質(zhì)影響的方法仍過(guò)于簡(jiǎn)單, 是未來(lái)需要深入探討的課題。

4)在氣候品質(zhì)量化上, 本文采取易于獲取資料的氣象條件與關(guān)鍵品質(zhì)因素之間的加權(quán)和方法; 內(nèi)、外氣候品質(zhì)指數(shù)構(gòu)建上采用關(guān)鍵品質(zhì)因素與關(guān)鍵氣象條件之間的函數(shù)或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來(lái)表達(dá), 實(shí)現(xiàn)了氣候品質(zhì)指數(shù)構(gòu)建的客觀性、科學(xué)性, 是對(duì)以往僅揭示氣象因子對(duì)單一或多個(gè)品質(zhì)因素之間關(guān)系工作的承接和創(chuàng)新。但是限于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不足, 本研究對(duì)果實(shí)酥脆度、果實(shí)表面完整度、果實(shí)表面銹斑度和果實(shí)內(nèi)部石細(xì)胞數(shù)量等部分品質(zhì)因素, 依據(jù)生物現(xiàn)象的連續(xù)性變量或間斷性變量多遵從正態(tài)分布的原理[25,34], 結(jié)合相關(guān)研究成果和多年氣象服務(wù)經(jīng)驗(yàn), 采用經(jīng)驗(yàn)函數(shù)或階梯函數(shù)法, 由其影響的關(guān)鍵氣象因子進(jìn)行表征, 這是研究的局限所在。以后隨著監(jiān)測(cè)資料的不斷豐富, 需對(duì)這些品質(zhì)因素與氣象條件之間的量化關(guān)系進(jìn)行深入研究, 進(jìn)一步提升氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型的客觀性。

5)利用本文所定義的氣候品質(zhì)概念, 通過(guò)對(duì)地處黃河故道的特色農(nóng)產(chǎn)品——碭山酥梨果實(shí)氣候品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)應(yīng)用, 分別構(gòu)建由7個(gè)外觀品質(zhì)因素集成的外觀氣候品質(zhì)指數(shù)模型和3個(gè)內(nèi)在品質(zhì)因素集成的內(nèi)在氣候品質(zhì)指數(shù)模型, 采用加權(quán)之和法構(gòu)建碭山酥梨氣候品質(zhì)綜合指數(shù)模型, 并將其指數(shù)劃分為“特優(yōu)”、“優(yōu)”、“良”、“一般”4個(gè)等級(jí), 相應(yīng)閾值為≥3.5、2.5~3.5、1.5~2.5、<1.5。利用實(shí)測(cè)氣象資料, 對(duì)2016年碭山縣9月下旬采摘的碭山酥梨進(jìn)行了氣候品質(zhì)評(píng)價(jià), 氣候品質(zhì)綜合指數(shù)為2.58, 判定為“優(yōu)”級(jí), 評(píng)價(jià)結(jié)果與專家論證結(jié)論一致, 表明本研究建立的評(píng)價(jià)模型, 可作為碭山酥梨氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)方法使用, 實(shí)現(xiàn)了由氣象條件對(duì)梨果果實(shí)氣候品質(zhì)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià), 為落葉果樹果實(shí)氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)工作提供了一個(gè)樣例。

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A method for evaluating climate quality of Dangshansu pear using key quality factors*

LI De1, GAO Chao2, SUN Yi1, YANG Jian3, FAN Xiaoling3

(1. Suzhou Meteorological Bureau of Anhui, Suzhou 234000, China; 2. Department of Geography & Spatial Information Techniques, Ningbo University, Ningbo 315211,China; 3. Dangshan Meteorological Office of Anhui, Dangshan 235300, China)

Establishing methods for the evaluation of effects of climate on quality of pear fruit is the technical basis for assessing climate quality of fruits. This study used selected quality factors of Dangshansu pea formonitoring and contemporaneous meteorological data in Dangshansu pear planting area for the period 1996–2015, and clarified the key quality factors of Dangshansu pear and the driving meteorological factors. Based on relevant research and expert knowledge, the correlation analyses, empirical functions and stepwise functions, ranked analyses, stepwise regressions, probability quantiles and weighted sums were used to establish the evaluating method of climatic effect on Dangshansu pear quality. The quality of Dangshansu pear was assessed by using the established method. The results showed that the ten key quality factors that reflected the climate quality of Dangshansu pear were fruit surface integrity, fruit surface rust, fruit shape index, maximum single fruit weight, average fruit weight, first-fruit rate, substandard fruit rate, fruit crispness, fruit sugar content and fruit stone cell degree. The 28 key meteorological factors determined the quality of Dangshansu pear. The climate quality of Dangshansu pear was characterized by composite index of climate quality which was the weighted sum of apparent climate quality index and intrinsic climate quality index. Climate quality was divided into four levels: extra excellent, excellent, good and general. The corresponding thresholds of comprehensive index of climate quality were ≥3.5, 2.5-3.5, 1.5-2.5 and <1.5. The weights of apparent climate quality index and intrinsic climate quality index were 0.70 and 0.30, respectively. The weights of fruit surface integrity, fruit surface rust, fruit shape index, maximum single fruit weight, average fruit weight, first-fruit rate and substandard fruit rate that constituted the apparent quality index of climate quality index were 0.376 1, 0.232 8, 0.108 8, 0.074 9, 0.088 6, 0.088 7 and 0.029 9, respectively. The weights of crunchiness, sugar content and stone cell degree of fruits that comprised intrinsic climatic quality index were 0.637 6, 0.104 6 and 0.257 8, respectively. Each quality factor was described by a quantitative model constructed with corresponding key meteorological factors. The comprehensive index of climate quality of Dangshansu pear picked in late September in Dangshan County in 2016 was 2.58 — which was judged as “excellent” and consistent with actual conditions. The evaluation model established in this study was practicable for evaluating climate quality of Dangshansu pear.

Dangshansu pear; Key quality factor; Meteorological factor; Climate quality index

, LI De, E-mail: szlide@sohu.com

Apr. 13, 2018;

Jul. 9, 2018

S162.5

A

1671-3990(2018)12-1836-10

10.13930/j.cnki.cjea.180378

2018-04-13

2018-07-09

* 安徽省氣象科技發(fā)展基金項(xiàng)目(KM201607)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571018)資助

* This study was supported by the Meteorological Development Fund in Anhui Province (KM201607) and the National Natural Science Foundation of China (41571018).

李德, 主要從事農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)與科研工作。E-mail: szlide@sohu.com

李德, 高超, 孫義, 楊健, 范孝玲. 基于關(guān)鍵品質(zhì)因素的碭山酥梨氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2018, 26(12): 1836-1845

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