農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證研究
——以海南省瓊海市蓮霧為例①

張明潔 張京紅 張亞杰 黃海靜

(海南省氣候中心/南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 海南?？?70203)

海南屬于熱帶海洋性島嶼季風(fēng)氣候區(qū)，長(zhǎng)夏無(wú)冬，雨量充沛，光熱水同季，氣候生產(chǎn)潛力高，是我國(guó)重要熱帶水果生產(chǎn)基地，擁有熱帶果樹(shù)種類29個(gè)科、53個(gè)屬，為全國(guó)及世界其他地區(qū)所罕見(jiàn)［1]。2017年，全省熱帶水果種植面積16.02萬(wàn)hm2，收獲面積13.70萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量291.53萬(wàn)t。蓮霧是海南重要的熱帶水果，在全島范圍內(nèi)普遍種植，以?？?、瓊海、三亞、文昌等地種植最多，主要品種有黑金剛、黑珍珠、紅寶石等，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

氣候條件不僅關(guān)系到農(nóng)作物的種植范圍、栽培制度和管理方式及生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成等方面，也影響其外觀、香味、口感等品質(zhì)特性的好壞。很多學(xué)者從光、溫、水、氣象災(zāi)害等角度進(jìn)行了相關(guān)研究。如黃曉鈺［2]，黃朝榮［3]，易代勇［4]等分別研究了香蕉的冷害特征及生理指標(biāo)，香蕉不同生育期氣象條件對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響，旱澇災(zāi)害對(duì)香蕉品質(zhì)的影響；王克占等［5]，胡鐘勝等［6]分析了烤煙生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中農(nóng)藝性狀、生理生化特性、化學(xué)成分積累、礦質(zhì)元素等各種外觀和內(nèi)在特性與氣象因子的關(guān)系。關(guān)于蓮霧與氣象條件的關(guān)系研究較少。鄭小琴等［7-8]觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，冬季低溫凍（寒）害、花期低溫陰雨和暴雨等天氣條件對(duì)蓮霧生長(zhǎng)發(fā)育不利，對(duì)其蓮霧凍害低溫指標(biāo)進(jìn)行研究，并利用GIS進(jìn)行長(zhǎng)泰縣蓮霧種植氣候區(qū)劃，為蓮霧凍害監(jiān)測(cè)預(yù)警及種植提供參考。裴開(kāi)程等［9]對(duì)影響臺(tái)灣蓮霧果品質(zhì)量的氣象條件進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的防護(hù)措施。

農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證是指為天氣氣候?qū)r(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)影響的優(yōu)劣等級(jí)做評(píng)定［10]。通過(guò)試驗(yàn)研究結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品種植地域的氣候特點(diǎn)分析，提出農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地氣候評(píng)價(jià)和生育期氣象條件鑒定的標(biāo)準(zhǔn)。目前，主要是浙江省和陜西省進(jìn)行了茶葉［10～12]、臍橙［13]、獼猴桃［14]等的相關(guān)試驗(yàn)研究和推廣。本文以海南省瓊海市‘泰國(guó)黑金剛’蓮霧為例，分析蓮霧不同生育期的氣候條件，結(jié)合蓮霧品質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)，找出每個(gè)生育期的關(guān)鍵氣候因子，建立氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，確定氣候評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，利用同期氣象數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣候條件影響蓮霧品質(zhì)優(yōu)劣等級(jí)的評(píng)定，一方面可以提高海南蓮霧銷售的附加值，為消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)提供參考，另一方面，可為其他熱帶水果氣候品質(zhì)認(rèn)證提供參考依據(jù)，利用海南特有的氣候資源優(yōu)勢(shì)，做大做強(qiáng)熱帶水果產(chǎn)業(yè)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 氣象數(shù)據(jù)

1961～2017年海南島18個(gè)氣象站觀測(cè)資料，包括：日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量、日照時(shí)數(shù)、日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速、年極端最低氣溫等。海南島部分區(qū)域自動(dòng)氣象觀測(cè)站2016～2017年日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量、日照時(shí)數(shù)、日平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速觀測(cè)資料，來(lái)源于海南省氣象局。

1.1.2 地形數(shù)據(jù)

海南省1：50 000地形圖；海南省1：50 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，來(lái)源于海南省測(cè)繪局。

1.1.3 蓮霧品質(zhì)數(shù)據(jù)

根據(jù)蓮霧發(fā)育進(jìn)程和采樣測(cè)定實(shí)驗(yàn)方案，蓮霧試驗(yàn)果取自海南蓮霧主要種植品種之一‘泰國(guó)黑金剛’，取果地點(diǎn)為瓊海市陽(yáng)江鎮(zhèn)利試考村蓮霧種植園，于盛花后5、15、25、30、40、50 d進(jìn)行隨機(jī)采樣，采樣后委托中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院分析測(cè)試中心進(jìn)行檢測(cè)，指標(biāo)主要有果皮花青素、鮮重、VC、有機(jī)酸、可溶性蛋白和可溶性固形物。

1.2 方法

1.2.1 蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證模型構(gòu)建方法

1.2.1.1 蓮霧生長(zhǎng)對(duì)氣象條件的要求

溫度：蓮霧原產(chǎn)于馬來(lái)半島，最適宜生育的氣溫為25～30℃［15]，最適宜果實(shí)發(fā)育的氣溫為15～25℃［16]。從開(kāi)花至成熟期，需滿足＞8℃的有效積溫約1 100℃。當(dāng)氣溫≤8℃，會(huì)造成蓮霧落花、落果［17]；8～15℃時(shí)生長(zhǎng)緩慢；氣溫超過(guò)30℃時(shí)，蓮霧色澤暗淡且甜度較低，容易出現(xiàn)裂果，對(duì)蓮霧的品質(zhì)極為不利。

水分：適合蓮霧生長(zhǎng)的年降水量在1 500～2 500 mm，既不能積水也不能干旱。果實(shí)發(fā)育期若遇干旱或長(zhǎng)時(shí)間陰雨天氣，會(huì)導(dǎo)致果實(shí)偏小，品質(zhì)較差，若是在果實(shí)成熟期則會(huì)導(dǎo)致大量裂果、落果。

光照：長(zhǎng)日照對(duì)蓮霧開(kāi)花有利，年日照時(shí)數(shù)達(dá)到2 000～2 500 h，有利于養(yǎng)分積累，果實(shí)品質(zhì)好。但若高溫天氣持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，日照過(guò)盛，則會(huì)造成蓮霧過(guò)度成熟、裂果［9]。

此外，氣溫日較差對(duì)水果品質(zhì)有很大的影響，在一定溫度范圍內(nèi)，白天氣溫高，日照強(qiáng)，有利于光合作用產(chǎn)生更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；夜間氣溫低，呼吸作用弱，有利于減少能量消耗、貯存糖分［18]。

1.2.1.2 蓮霧生長(zhǎng)氣候適宜性區(qū)劃

根據(jù)前文分析，結(jié)合海南不同地區(qū)發(fā)展蓮霧生產(chǎn)的效應(yīng)，經(jīng)咨詢專家和查閱文獻(xiàn)資料［19-21]后，選取年極端最低氣溫、年高溫日數(shù)、年降水量、年日照時(shí)數(shù)等作為蓮霧氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)（表1），采用加權(quán)指數(shù)求和法構(gòu)建了蓮霧氣候適宜性評(píng)價(jià)模型（式1）：

其中，T1、T2、R、S分別為年極端最低氣溫、年高溫日數(shù)、年降水量、年日照時(shí)數(shù)，用層次分析法計(jì)算權(quán)重系數(shù)a1、a2、a3、a4，均取值0.25。

表1 氣候適宜性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

利用海南1961～2017年18個(gè)氣象觀測(cè)站氣溫、降水、日照等資料，進(jìn)行蓮霧種植氣候適宜性區(qū)劃，得到海南蓮霧氣候適宜性區(qū)劃圖（圖1）。由區(qū)劃結(jié)果可知，除五指山地區(qū)為蓮霧生長(zhǎng)的不適宜和次適宜區(qū)外，海南絕大部分地區(qū)為蓮霧生長(zhǎng)的最適宜區(qū)和適宜區(qū)，其中最適宜區(qū)包括西北的昌江大部，東方、白沙和儋州的部分地區(qū)，瓊海中部，萬(wàn)寧大部，陵水大部以及三亞的部分沿海地區(qū)。

圖1 海南蓮霧生長(zhǎng)氣候適宜性區(qū)劃

1.2.1.3 蓮霧當(dāng)年生長(zhǎng)季氣候條件

關(guān)于蓮霧當(dāng)年生長(zhǎng)季氣候條件，從當(dāng)年生長(zhǎng)季主要?dú)夂蛸Y源狀況和氣象災(zāi)害情況兩方面選取影響蓮霧品質(zhì)的氣象指標(biāo)，表征主要?dú)夂蛸Y源狀況的指標(biāo)包括，蓮霧生長(zhǎng)季的≥10℃積溫、氣溫日較差、降水量、日照時(shí)數(shù)；表征主要?dú)庀鬄?zāi)害情況的指標(biāo)包括，高溫?zé)岷Α⒏珊?、越冬寒害、冰雹、低溫陰雨?/p>

1.2.2 蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證指標(biāo)選取及模型建立

氣候適宜性區(qū)劃是從氣候角度出發(fā)，根據(jù)作物生長(zhǎng)的最佳光、溫、水條件，劃分出適宜作物生長(zhǎng)的不同地理區(qū)域。氣候適宜性綜合考慮作物生長(zhǎng)的最佳氣候條件以及作物可能遭受的氣象災(zāi)害，其區(qū)劃結(jié)果將對(duì)品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。因此，本研究將蓮霧氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果作為氣候品質(zhì)認(rèn)證的一項(xiàng)指標(biāo)。另一方面，蓮霧當(dāng)年生長(zhǎng)氣候條件對(duì)其品質(zhì)好壞會(huì)產(chǎn)生重要影響，企業(yè)生產(chǎn)管理?xiàng)l件也對(duì)品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。因此，將蓮霧氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果、蓮霧當(dāng)年生長(zhǎng)氣候條件和企業(yè)生產(chǎn)管理?xiàng)l件作為蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證的因子采用加權(quán)指數(shù)求和的方法構(gòu)建了蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)公式，各因子的權(quán)重采用層次分析法獲得（式2）：

其中，W表示認(rèn)證得分：W≥95，特優(yōu)；85≤W＜95，優(yōu)；75≤W＜85，良好；W＜75，一般；X1代表海南蓮霧種植區(qū)氣候適宜性得分；X2代表當(dāng)年果品生長(zhǎng)氣候條件得分，X3代表果品企業(yè)生產(chǎn)管理?xiàng)l件得分。

海南蓮霧種植區(qū)氣候適宜性（X1）。根據(jù)海南蓮霧氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果，以及種植區(qū)域地理位置設(shè)置對(duì)應(yīng)指標(biāo)得分：最適宜區(qū)，X1＝100；適宜區(qū)，X1＝90；次適宜區(qū)，X1＝80；一般區(qū)域，X1＝70。

當(dāng)年果品生長(zhǎng)氣候條件（X2）。X2表示當(dāng)年果品關(guān)鍵生育期生長(zhǎng)氣候條件評(píng)分值，計(jì)算方法見(jiàn)式3。

其中，α表示主要?dú)夂蛸Y源情況，計(jì)算方法見(jiàn)公式4。

α1：≥10 ℃積溫（權(quán)重20%），α2：降水（權(quán)重30%），α3：日照 （權(quán)重20%），α4：日較差 （權(quán)重30%），本生長(zhǎng)季的α1、α2、α3、α4分別與歷史同期值相比較，本生長(zhǎng)季的值與歷史同期值相比在-10%～+10%時(shí)，α1、α2、α3、α4評(píng)分均為100分，本生長(zhǎng)季的值比歷史同期值相比在-20%～-10%或10%～20%時(shí)，α1、α2、α3、α4評(píng)分均為 90分，本生長(zhǎng)季的值比歷史同期值相比在＞20%或＜-20%時(shí)，α1、α2、α3、α4評(píng)分均為80分。

β表示主要?dú)庀鬄?zāi)害的影響，計(jì)算方法見(jiàn)式5。

β＝0.2β1＋0.2β2＋0.2β3＋0.2β4＋0.2β5… （5）

其中，β1：低溫陰雨（權(quán)重20%）；β2：高溫?zé)岷Γ?quán)重20%）；β3：干旱（權(quán)重20%）；β4：越冬寒害（權(quán)重20%）；β5：冰雹（權(quán)重20%）。

因氣象災(zāi)害影響效果有限，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)估算影響程度最多占20%，災(zāi)害總分20分，各災(zāi)害評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

其中，表2蓮霧關(guān)鍵生育期內(nèi)低溫陰雨、低溫寒害、高溫?zé)岷Α⒈⒌戎笜?biāo)定義見(jiàn)表3。

表2 蓮霧氣象災(zāi)害評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表3 蓮霧氣象災(zāi)害指標(biāo)

2 結(jié)果與分析

2.1 蓮霧品質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)認(rèn)證區(qū)域蓮霧生長(zhǎng)觀測(cè)記錄，本季‘泰國(guó)黑金剛’蓮霧在2016年11月23日達(dá)到花芽萌發(fā)普遍期，2017年3月19日達(dá)到盛花期，普遍坐果期在2017年3月24日，2017年5月5日后普遍成熟。根據(jù)蓮霧發(fā)育進(jìn)程和采樣測(cè)定實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)蓮霧各品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，果皮花青素含量在0.02～0.09mg/kg，Vc含量在17～90mg/kg，可溶性蛋白含量在0.2～0.6mg/g，可溶性固形物含量在4%～7%，隨著果實(shí)的發(fā)育，各品質(zhì)指標(biāo)也隨之增長(zhǎng)，果實(shí)鮮重由35 g增長(zhǎng)到130 g，有機(jī)酸含量由50%下降到19%。

2.2 蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證模型計(jì)算

根據(jù)研究構(gòu)建的蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證模型（式2），綜合考慮蓮霧種植地區(qū)氣候適宜性、當(dāng)年生長(zhǎng)氣候條件兩個(gè)方面對(duì)蓮霧品質(zhì)的影響。

2.2.1 種植區(qū)蓮霧氣候適宜性

瓊海蓮霧種植基地氣候因子與蓮霧原產(chǎn)國(guó)馬來(lái)西亞相似，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，水熱同期。常年平均氣溫為24.6℃，月平均最高氣溫為33.3℃（7月），月平均最低氣溫為16.1℃（1月），月極端最低氣溫為6.3℃；雨量充沛，年平均降水量達(dá)2 000mm；光照資源豐富，年總?cè)照諘r(shí)數(shù)達(dá)1 900 h，冬季各月日照時(shí)數(shù)均達(dá)到100 h。主要?dú)庀鬄?zāi)害為低溫、連陰雨、強(qiáng)對(duì)流、干旱等，其中對(duì)果實(shí)品質(zhì)有較大影響是低溫和連陰雨天氣。根據(jù)海南蓮霧氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果（圖1），認(rèn)證種植基地屬于蓮霧生產(chǎn)最適宜區(qū)，因此，蓮霧氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果得分為100分。

圖2 2016年11月23日至2017年5月5日氣象條件變化

2.2.2 當(dāng)年果品生長(zhǎng)氣候條件

2.2.2.1 主要?dú)夂蛸Y源情況

根據(jù)蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證模型，分析蓮霧果實(shí)發(fā)育關(guān)鍵期氣候條件可知（圖2），蓮霧座果到蓮霧成熟期間（2017年3月24日至于2017年5月5日），≥10℃有效積溫為1 099.3℃·d，較常年同期（1 101.1℃·d）偏少0.16%，能夠充分滿足蓮霧的生長(zhǎng)需要，根據(jù)蓮霧氣候資源評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表可知，α1＝100；降水量127.4 mm，較常年同期（172.0 mm）偏少25.9%，α2＝80；日照時(shí)數(shù)279.4 h，較常年同期（248.0 h）偏多12.67%，α3＝90；平均氣溫日較差6.8℃，較常年同期（7.1℃）偏低4.2%，α4＝100。由模型計(jì)算可知，主要?dú)夂蛸Y源情況α＝92。

2.2.2.2 主要?dú)庀鬄?zāi)害情況

分析生長(zhǎng)季的氣象資料可知：蓮霧花芽萌發(fā)期到盛花（2016年11月23日至2017年3月19日）平均氣溫20.6℃，較常年同期偏高0.6℃，日平均氣溫≤15℃，日照時(shí)數(shù)≤2 h日數(shù)為0，即無(wú)低溫陰雨災(zāi)害發(fā)生，β1＝0；蓮霧座果到果實(shí)成熟期（2017年3月24日至2017年5月5日）平均氣溫25.6℃，最高氣溫36.3℃，日最高氣溫≥35℃日數(shù)為2 d，無(wú)高溫?zé)岷^(guò)程出現(xiàn)，β2＝0；日最低氣溫10.6℃，無(wú)花期低溫寒害出現(xiàn)，β4＝0；整個(gè)生育期內(nèi)無(wú)干旱、冰雹災(zāi)害發(fā)生，β3＝0、β5＝0。主要?dú)庀鬄?zāi)害情況β＝0。

因此，根據(jù)模型計(jì)算出當(dāng)年果品生長(zhǎng)氣候條件得分為92分。

2.2.3 果品企業(yè)生產(chǎn)管理?xiàng)l件

通過(guò)實(shí)地調(diào)研，瓊海市陽(yáng)江鎮(zhèn)利試考村蓮霧種植園是海南蓮霧重要生產(chǎn)基地，果園生產(chǎn)管理實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，綜合評(píng)價(jià)為二級(jí)，γ1=90；具有蓮霧標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范，綜合評(píng)價(jià)為二級(jí)，γ2=90；果品質(zhì)量安全技術(shù)規(guī)范健全，綜合評(píng)價(jià)為一級(jí)，γ3=100；蓮霧生產(chǎn)具有嚴(yán)格的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)我中心抽樣檢測(cè)申請(qǐng)?jiān)撆焚|(zhì)認(rèn)證的蓮霧樣品，其可溶性固形物、總酸和可溶性糖均符合瓊海蓮霧理化指標(biāo)，γ4=100。因此，果品企業(yè)生產(chǎn)管理?xiàng)l件得分為95分。

2.2.4 認(rèn)證結(jié)論

氣象條件是蓮霧果實(shí)品質(zhì)形成的關(guān)鍵因素。蓮霧的果皮花青素、可溶性固形物、Vc、可溶性蛋白等主要品質(zhì)指標(biāo)與發(fā)育期的積溫、氣溫日較差、光照等氣象條件關(guān)系密切。通過(guò)蓮霧種植地區(qū)氣候適宜性分析、生長(zhǎng)季氣象條件分析、果企現(xiàn)場(chǎng)勘查、果品品質(zhì)抽樣檢測(cè)等，利用蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證模型進(jìn)行計(jì)算得到認(rèn)證評(píng)分為94.2分，根據(jù)評(píng)分等級(jí)，認(rèn)定海南瓊海市陽(yáng)江鎮(zhèn)利試考村蓮霧種植基地在2017年5月5日至5月30日期間成熟采摘的蓮霧氣候品質(zhì)等級(jí)為“優(yōu)”。此次認(rèn)證僅適用于認(rèn)證區(qū)域在2017年論證時(shí)段生產(chǎn)的‘泰國(guó)黑金剛’蓮霧。

3 討論與結(jié)論

農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)形成與氣象條件密切相關(guān)，本文以蓮霧為例，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)定的蓮霧果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)和同期的氣象數(shù)據(jù)、認(rèn)證區(qū)域的歷史氣象數(shù)據(jù)，從歷史氣候背景和蓮霧當(dāng)年生長(zhǎng)的氣候條件兩方面提出了蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證的指標(biāo)，構(gòu)建了蓮霧氣候品質(zhì)認(rèn)證模型，對(duì)其進(jìn)行氣候品質(zhì)認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)了從氣象學(xué)角度對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。氣象部門(mén)是與蓮霧生產(chǎn)者、經(jīng)銷商和消費(fèi)者無(wú)關(guān)的第3方，用客觀真實(shí)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)容易被接受和認(rèn)可，有助于提高產(chǎn)品銷售的附加值，創(chuàng)造品牌效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。

蓮霧氣候品質(zhì)還受到果園生產(chǎn)管理?xiàng)l件、土壤狀況等因素的影響，因此，認(rèn)證指標(biāo)和模型在今后的實(shí)際應(yīng)用中仍需不斷的修改和完善。本文探索的氣候品質(zhì)認(rèn)證方法在進(jìn)行推廣時(shí)，針對(duì)不同品種的蓮霧、不同種類的農(nóng)產(chǎn)品，品質(zhì)指標(biāo)是不同的，對(duì)應(yīng)的氣象指標(biāo)也不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析設(shè)計(jì)和完善。