開(kāi)花期氣象因子對(duì)櫻桃產(chǎn)量的影響分析

劉春濤，郝翠萍，徐曉亮，侯忠新

（1.青島市嶗山區(qū)氣象局，山東青島 266102；2.青島市氣象局，山東青島 266003）

嶗山區(qū)位于山東半島東南部的黃海之濱，地處北緯36。05’～36。19’、東經(jīng)120。24’～120。42’，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，同時(shí)兼有海洋性氣候特點(diǎn)，嶗山區(qū)素有青島水果之鄉(xiāng)的美譽(yù)，櫻桃種植有100多年的歷史，全區(qū)現(xiàn)有櫻桃品種30多個(gè)，40余萬(wàn)株[1]，自1996年舉辦櫻桃節(jié)至今已成功舉辦了23屆，櫻桃節(jié)已經(jīng)成為嶗山區(qū)發(fā)展旅游業(yè)和城市休閑觀光農(nóng)業(yè)的特色品牌。

嶗山櫻桃樹(shù)一年之中，經(jīng)過(guò)萌芽、開(kāi)花、坐果、落葉、休眠等過(guò)程。嶗山櫻桃是喜光、喜溫、喜濕、喜肥而不耐寒的落葉果樹(shù)[2-5]。適宜在土質(zhì)疏松、通透性好pH值為5.6～7.0的沙壤土質(zhì)中栽培。年平均氣溫12.6℃，3月份為櫻桃開(kāi)花期，多年月平均氣溫為5.5℃。年平均降雨量658.5mm，年日照時(shí)數(shù)在2 600～2 800h，≥5℃的積溫平均為4 322℃，當(dāng)氣溫＞5℃時(shí)，櫻桃樹(shù)開(kāi)始萌芽，8～10℃為萌芽的適宜溫度，開(kāi)花期適宜的溫度為10～16℃，幼果期適宜的溫度為10～22℃，著色期到成熟期日較差越大，越有利于著色和糖分積累，日較差為日最高氣溫與日最低氣溫是的差值。

嶗山櫻桃不同發(fā)育期和不同器官遭受低溫的臨界值不同[6]。冬季休眠期的最低氣溫≤-20.0℃時(shí)，櫻桃樹(shù)會(huì)遭受凍害致死。櫻桃在花芽膨大期、花蕾期遭受輕霜凍害的最低氣溫為-1.0～-2.0℃，在初花期遭受輕霜凍害的最低氣溫為-0.5～-1.5℃，在盛花期、初果期遭受輕霜凍害的最低氣溫為0.0～-1.0℃，查閱嶗山區(qū)氣象資料，冬季的最低氣溫低于-20℃及以下的低溫40年不遇，因?yàn)閸魃絽^(qū)瀕臨黃海，受海洋氣候調(diào)節(jié)，冬季嶗山區(qū)櫻桃一般不會(huì)遭受凍害。嶗山櫻桃遭受的主要?dú)庀鬄?zāi)害為開(kāi)花期的霜凍、大風(fēng)和連陰雨，成熟期的大風(fēng)、暴雨、冰雹和干旱等。

多年來(lái)農(nóng)業(yè)專家、果樹(shù)專家、氣象專家對(duì)櫻桃的栽培技術(shù)、管理技術(shù)、櫻桃生長(zhǎng)適宜的氣候條件等做了深入細(xì)致地研究，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，為本研究提供了借鑒[2-5]，但是針對(duì)櫻桃開(kāi)花期氣象因子對(duì)產(chǎn)量的定量研究尚不多見(jiàn)，本文研究了開(kāi)花期的氣象因子對(duì)櫻桃產(chǎn)量的影響，從而確定嶗山櫻桃開(kāi)花期的主要農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)，為開(kāi)展櫻桃氣象服務(wù)提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來(lái)源

2010～2016櫻桃產(chǎn)量資料取自嶗山區(qū)統(tǒng)計(jì)局（單位kg/hm2），用2000～2014年做歷史擬合，2015、2016年預(yù)報(bào)檢驗(yàn)。氣象資料為嶗山區(qū)氣象局李村站的氣象觀測(cè)資料，選取的氣象資料為2000～2016年3月上旬～4月上旬，即從開(kāi)始萌芽～開(kāi)花末期的旬平均氣溫、旬最低氣溫、旬日照時(shí)數(shù)和旬降雨量。嶗山櫻桃通常3月上旬為花芽膨大期、3月中旬為花蕾期、3月下旬為初花期～盛花期、3月下旬～4月5日前后為開(kāi)花末期～初果期。

1.2 研究方法

對(duì)2000～2014年櫻桃產(chǎn)量資料進(jìn)行處理，用分離法[6]把實(shí)際產(chǎn)量資料分為時(shí)間趨勢(shì)產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量和影響產(chǎn)量的噪音項(xiàng)三部分，趨勢(shì)產(chǎn)量主要是由品種特性、耕作措施、土壤肥力等因素決定，是時(shí)間的函數(shù)。實(shí)際產(chǎn)量減去趨勢(shì)產(chǎn)量認(rèn)為是自然因素對(duì)產(chǎn)量的影響（主要是氣象因素）稱為氣象產(chǎn)量，即：

式中Y為實(shí)際產(chǎn)量，Yt為時(shí)間趨勢(shì)產(chǎn)量，YW為氣象產(chǎn)量；△Y為噪音項(xiàng)，即隨機(jī)誤差，通常為了研究問(wèn)題方便而忽略不計(jì)。

處理后的產(chǎn)量資料，都不同程度地消除了農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的影響，可以定量地分析氣象條件與產(chǎn)量的關(guān)系，來(lái)確定農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)。產(chǎn)量與櫻桃各發(fā)育期的氣象條件都有關(guān)系，如果把影響產(chǎn)量的所有氣象因子都考慮進(jìn)去，得到函數(shù)關(guān)系，目前尚難做到。為了研究問(wèn)題方便，農(nóng)業(yè)氣象中通常把作物或果樹(shù)關(guān)鍵發(fā)育期的關(guān)鍵因子作為研究對(duì)象[6]，嶗山區(qū)櫻桃3月上旬～4月上旬正是櫻桃發(fā)芽～開(kāi)花期，這一時(shí)期是櫻桃產(chǎn)量形成的關(guān)鍵發(fā)育期，因此研究櫻桃發(fā)芽～開(kāi)花期氣象因子對(duì)氣象產(chǎn)量影響的函數(shù)關(guān)系，從而確定主要農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)，農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)對(duì)開(kāi)展氣象服務(wù)有指導(dǎo)意義。

利用中國(guó)氣象局研發(fā)的農(nóng)業(yè)氣象產(chǎn)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)（WAPFOS2015.1.0版本）[7]，建立嶗山區(qū)櫻桃產(chǎn)量與開(kāi)花期氣象因子之間的預(yù)報(bào)模型。篩選出櫻桃開(kāi)花期影響產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃?；再利用櫻桃產(chǎn)量的年景資料與氣象因子做膨化相關(guān)分析，進(jìn)一步確定影響櫻桃年景的氣象因子，并對(duì)因子進(jìn)行分析，為開(kāi)展氣象服務(wù)提供技術(shù)支撐。

2 結(jié)果與分析

2.1 嶗山區(qū)櫻桃趨勢(shì)產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量的預(yù)測(cè)模型

利用中國(guó)氣象局研發(fā)的農(nóng)業(yè)氣象產(chǎn)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)（WAPFOS2015.1.0版本）篩選關(guān)鍵時(shí)期的關(guān)健氣象因子，建立預(yù)報(bào)模型、預(yù)測(cè)及檢驗(yàn)。WAPFOS系統(tǒng)設(shè)定的引入因子的臨界值為：?jiǎn)蜗嚓P(guān)系數(shù)0.30，滑動(dòng)方差為0.15，因子引入水平值為2.50，因子剔除水平值為2.5，方程引入的氣象因子為4個(gè)。

對(duì)2000～2014年的嶗山區(qū)櫻桃產(chǎn)量做歷史資料擬合，選取氣象產(chǎn)量模擬采用絕對(duì)差值（Yi-Yt），氣象產(chǎn)量預(yù)測(cè)用逐步回歸，趨勢(shì)產(chǎn)量歷史模擬采用灰色模型平滑，趨勢(shì)產(chǎn)量預(yù)測(cè)采用以上模擬集成，通過(guò)WAPFOS系統(tǒng)分析輸出的嶗山區(qū)櫻桃趨勢(shì)產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型為：

利用建立的預(yù)報(bào)模型將2015年開(kāi)花期3月上旬～4月上旬的氣象資料輸入模型，得到的2015年氣象產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型為：

同理將2016年對(duì)應(yīng)的氣象資料代入預(yù)報(bào)模型得到2016年氣象產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型為：

（3）、（4）式中X1表示3月上中旬的旬最低氣溫，X2表示3月中下旬的降雨量，X3表示4月上旬降雨量，X4表示4月上旬的日照時(shí)數(shù)，氣象因子X(jué)1、X2、X3、X4均通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)。

（3）、（4）式中軟件輸出的方差值為12.475，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.912，剩余方差為σ=137.88

2.2 嶗山區(qū)櫻桃產(chǎn)量歷史擬合

對(duì)2000～2014年嶗山區(qū)櫻桃產(chǎn)量的輸出結(jié)果見(jiàn)表1，表1中實(shí)際產(chǎn)量擬合為實(shí)際產(chǎn)量的估算值，氣象擬合產(chǎn)量為氣象產(chǎn)量的估算值，殘差為實(shí)際產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量擬合的差值，殘差%為殘差與實(shí)際產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)，由下表可知最小誤差為0.18%，最大誤差：10.27%，誤差＞10%個(gè)數(shù)為1（N），誤差＞5%個(gè)數(shù)為3（N）。

2.3 對(duì)模型進(jìn)行歷史擬合與預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

由表1經(jīng)計(jì)算，2000～2014年歷史產(chǎn)量的平均擬合率[8]

對(duì)建立的氣象產(chǎn)量回歸模型進(jìn)行F檢驗(yàn)[9]：本例中樣本容量為15，即n=15，氣象因子為4個(gè)，即p=4根據(jù)計(jì)算公式：Syy=U+Q（3）（式中Syy表示總的離差平方和，U表示回歸平方和，Q表示剩余平方和）

表1 嶗山區(qū)櫻桃產(chǎn)量歷史擬合輸出結(jié)果（kg/hm2）

因?yàn)榉肿幼杂啥萬(wàn)1=4，分母自由度f(wàn)2=10，在信度α=0.05時(shí)，查F分布表可知，F(xiàn)α=3.48

F＞Fα，因此建立的逐步回歸方程效果顯著。

分別2015、2016年氣象資料代入（2）（3）式和（2）（4）式，得到：

2015年預(yù)報(bào)產(chǎn)量為5 460.05（kg/hm2），實(shí)際產(chǎn)量5 086.50（kg/hm2），誤差7.34%

2016年預(yù)報(bào)產(chǎn)量4 834.04（kg/hm2），實(shí)際產(chǎn)量 4 935.00（kg/hm2），誤差2.04%

因此以上回歸模型選取的4氣象因子是影響嶗山櫻桃開(kāi)花期產(chǎn)量的主要因子。即X1表示3月上中旬的最低氣溫，X2表示3月中下旬的降雨量，X3表示4月上旬降雨量，X4表示4月上旬的日照時(shí)數(shù)。

3 結(jié)論與討論

3.1 開(kāi)花期影響嶗山區(qū)櫻桃產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃佑?個(gè)：即3月上中旬的最低氣溫、3月中下旬的降雨量、4月上旬降雨量和4月上旬的日照時(shí)數(shù)。開(kāi)花期影響嶗山區(qū)櫻桃年景的氣象因子有1個(gè)即歷年3月上旬的最低氣溫。

3.2 氣象產(chǎn)量與3月上中旬的最低氣溫呈正相關(guān)，3月上旬～中旬嶗山區(qū)櫻桃處于花芽膨大期～花蕾期，最低氣溫越高越有利于櫻桃發(fā)芽，最低氣溫越低越不利于花芽生長(zhǎng)；3月中下旬的降雨量與氣象產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，3月中下旬櫻桃處于花蕾期～開(kāi)花期，此時(shí)遇到強(qiáng)降雨或連續(xù)性降雨天氣，會(huì)影響櫻桃正常開(kāi)花與傳粉，從而影響產(chǎn)量[5]；氣象產(chǎn)量與4月上旬降雨量呈正相關(guān)，4月上旬櫻桃處在坐果期，正是櫻桃需水的關(guān)鍵期，降雨量愈多愈有利于果實(shí)膨大增長(zhǎng)、有利于產(chǎn)量的增加；4月上旬的日照時(shí)數(shù)與氣象產(chǎn)量正相關(guān)，此時(shí)櫻桃處在盛花期～初果期，日照充足，光合作用增強(qiáng)會(huì)有利于櫻桃產(chǎn)量的形成。

3.3 根據(jù)嶗山區(qū)櫻桃歷史產(chǎn)量資料與氣象資料對(duì)比分析，2007年、2009年減產(chǎn)的主要原因是3月上中旬櫻桃處于花芽膨大期～花蕾期，最低氣溫均小于-5.0℃，遭受了嚴(yán)重凍害；3月中下旬櫻桃處于花蕾期～開(kāi)花期，溫度適宜、日照充足降雨量小于5mm，有利于處于開(kāi)花期的櫻桃受精與傳粉，如2002年、2006年，4月上旬的降雨量均大于15.0mm為豐收年，如2008年、2011年。

3.4 由于嶗山地區(qū)靠近黃海，受海洋氣候影響顯著，春季氣溫回升較晚，櫻桃的發(fā)育期較內(nèi)陸同緯度地區(qū)推遲約1個(gè)月左右，氣象因子對(duì)櫻桃產(chǎn)量的影響程度較輕，具體氣象指標(biāo)的影響時(shí)段也不同。又由于櫻桃產(chǎn)量資料的時(shí)間序列比較短，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果有待在今后的實(shí)際工作中進(jìn)一步驗(yàn)證。