蒲城酥梨優(yōu)質(zhì)品質(zhì)區(qū)劃與氣象要素分析

馬耀絨，王紅軍，尹貞鈐，許偉峰

(1.渭南市氣象局，陜西渭南 714000；2.西安市氣象局，西安 710016)

蒲城縣地處陜西關(guān)中平原東部，是我國最大的酥梨種植基地之一。近年來，消費(fèi)者對果品品質(zhì)要求不斷提高，蒲城酥梨面臨升級提優(yōu)的迫切需求。找出優(yōu)質(zhì)品質(zhì)生產(chǎn)區(qū)，進(jìn)行品質(zhì)區(qū)劃是優(yōu)化作物種植環(huán)境的重要依據(jù)。在相似的栽培管理?xiàng)l件下，氣象條件對同一品種的果實(shí)品質(zhì)有顯著影響。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者對作物的品質(zhì)區(qū)劃和果實(shí)品質(zhì)與氣象條件關(guān)系進(jìn)行研究：張光倫[1]指出生態(tài)因子對果實(shí)品質(zhì)的影響；張維敏[2]研究紅富士蘋果膨大期氣象因素對果實(shí)品質(zhì)影響；白燕榮[3]等發(fā)現(xiàn)蘋果斑點(diǎn)落葉病與氣象要素的關(guān)系；李德[4]等研究出碭山酥梨氣候品質(zhì)評價(jià)模型；林春[5]等對潘陽湖區(qū)棉花進(jìn)行種植區(qū)劃。找出蒲城酥梨生長最優(yōu)氣象條件，可帶動全縣農(nóng)業(yè)由高產(chǎn)向高質(zhì)量發(fā)展。對品質(zhì)等級進(jìn)行分區(qū)劃，并對蒲城酥梨不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)間品質(zhì)與氣象條件關(guān)系進(jìn)行研究，顯得尤為重要。

1 資料來源

1.1 氣象資料

氣象資料采用2018—2019年蒲城酥梨萌芽至采摘期期間13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象站的逐日氣象觀測資料，資料來自渭南市氣象局。

1.2 品質(zhì)數(shù)據(jù)

2018—2019年品質(zhì)數(shù)據(jù)來自蒲城酥梨試驗(yàn)站，從主要栽植酥梨的13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)選取同一品種、樹齡相近、管理水平相當(dāng)、緯度和海拔高度接近鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象站的定點(diǎn)果園，每個(gè)果園分別從東、西、南、北、中各部分散選5棵果樹，分別在果樹中層的東、西、南、北、中部5個(gè)方位各采摘一顆果實(shí)，每個(gè)園子選25個(gè)果實(shí)。含糖量使用TD-45數(shù)顯糖度計(jì)測定，果實(shí)硬度使用GY-4型硬度計(jì)測量，使用重量法測量石細(xì)胞含量。

1.3 氣象因子選擇

蒲城酥梨試驗(yàn)站多年物候期觀測資料顯示，酥梨3月下旬萌芽，9月下旬至10月上旬采摘。鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象站為溫、濕、風(fēng)、降水四要素氣象站。觀測資料顯示，同縣域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)間濕度、日照差異較小，考慮風(fēng)對果品品質(zhì)影響較小[6-7]，選取10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)3—9月不同發(fā)育期期間，以及各旬和月平均氣溫、≥0 ℃積溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、氣溫日較差、降水量，以及6—8月兩次膨大期期間高溫(日最高氣溫≥35 ℃)日數(shù)等因子。

2 氣候品質(zhì)綜合評價(jià)與區(qū)劃

2.1 品質(zhì)綜合結(jié)果與分析

主成分分析旨在通過對原變量進(jìn)行線性變換，而后由產(chǎn)生的少數(shù)幾個(gè)新變量來最大限度地反映原來眾多變量的變換關(guān)系和相互作用關(guān)系[8]。選擇對酥梨品質(zhì)貢獻(xiàn)最大的果皮厚度、果實(shí)硬度、含糖率、可滴定酸、單果重、果實(shí)含水率以及石細(xì)胞含量7個(gè)品質(zhì)因素，由標(biāo)準(zhǔn)化后的各品質(zhì)數(shù)據(jù)，利用主成分分析法[9-10]，采用SPSS17.0降維分析，得到3個(gè)品質(zhì)因素相應(yīng)特征值、方差及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率(表1)。

表1 蒲城酥梨品質(zhì)因素特征值、方差及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率

由表1可見，3個(gè)主成份累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為83.558%，總解釋力度已滿足設(shè)定需求，因此生成3個(gè)新的解釋變量，使用成份得分系數(shù)矩陣(公式1)求出新變量F1、F2和F3。

Fp=a1iZX1+a2iZX2+ … +apiZXp。

(1)

其中Fp為主成份生成新解釋變量，p=1,2,3。a1i,a2i, …,api(i=1,2，…,m)為X的協(xié)方差矩陣Σ的特征值所對應(yīng)的特征向量，ZX1,ZX2, …,ZXp是原始變量經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的值。計(jì)算得到

(2)

式(2)中，y1，y2，…，y7分別表示果皮厚度，果實(shí)硬度，石細(xì)胞含量，單果重，總糖含量，可滴定酸，果實(shí)含水率。

。

(3)

公式(3)中：F代表酥梨綜合品質(zhì)，Tj為第j個(gè)主分量對應(yīng)的特征值，j=1,2,…，L。L為主分量累計(jì)方差貢獻(xiàn)率≥80%的特征值個(gè)數(shù)。根據(jù)公式(3)計(jì)算10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)F(表2)。

表2 蒲城主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)酥梨綜合品質(zhì)F得分

2.2 綜合品質(zhì)區(qū)劃

2.2.1 閾值劃分 根據(jù)概率四分位[11]和專家經(jīng)驗(yàn)法，對10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合品質(zhì)F進(jìn)行閾值劃分，按照特優(yōu)、優(yōu)、良、一般，確定蒲城酥梨品質(zhì)區(qū)域劃分標(biāo)準(zhǔn)(表3)，按此標(biāo)準(zhǔn)得到的區(qū)劃結(jié)果與專家多年累積經(jīng)驗(yàn)結(jié)果基本符合。

2.2.2 地理區(qū)劃 采用ArcGIS制圖軟件，利用蒲城鄉(xiāng)鎮(zhèn)精確化矢量地圖和Photoshop軟件摳圖功能，得到蒲城10個(gè)主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)酥梨品質(zhì)區(qū)域劃分(圖1)。結(jié)果顯示：西南部蘇坊、荊姚鎮(zhèn)以及南部黨睦鎮(zhèn)為特優(yōu)區(qū)；中部為優(yōu)質(zhì)栽植區(qū)；由西南向東北品質(zhì)逐漸遞減，最東部永豐鎮(zhèn)品質(zhì)為良好；北部洛濱鎮(zhèn)綜合品質(zhì)F最低，酥梨品質(zhì)為一般。

表3 蒲城酥梨鄉(xiāng)鎮(zhèn)品質(zhì)等級閾值劃分

圖1 蒲城酥梨主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)品質(zhì)區(qū)劃

3 品質(zhì)分析

3.1 主要?dú)庀笠蜃雍Y選

選取的10個(gè)主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象因子分別與果皮厚度、果實(shí)硬度、總糖含量、可滴定酸、單果重、果實(shí)含水率以及石細(xì)胞含量7種品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)分析，挑選出通過P<0.01、P<0.05顯著性檢驗(yàn)的氣象因子，經(jīng)相關(guān)系數(shù)由高到低普查，篩選出影響各品質(zhì)因素的主要?dú)庀笠蜃?表4)。

3.2 品質(zhì)預(yù)報(bào)建模

遵循氣象因子正交原則[12]，利用相關(guān)系數(shù)高的氣象因子，采用多元線性回歸方法，設(shè)品質(zhì)因素為因變量，氣象因子為自變量，分別建立品質(zhì)與氣象因子數(shù)值預(yù)報(bào)模型(表5)。表5中：Y1為梨果皮厚度，X66為3月下旬平均最高氣溫，X86為5月平均最高氣溫，X88為7月平均最高氣溫，X121為5月中旬降水量。Y2為果實(shí)硬度，X61為7月>0 ℃積溫，X141為8月降水量，X142為9月降水量。Y3為石細(xì)胞含量，X122為5月下旬降水量，X131為8月下旬降水量，X138為5月降水量。Y4為單果重，X123為6月上旬降水量，X27為7月上旬氣溫日較差。Y5為含糖率，X132為9月上旬降水量，X138為5月降水量，X10為7月上旬平均氣溫，X22為6月上旬至7月上旬高溫日數(shù)。Y6為可滴定酸，X39為3月下旬>0 ℃積溫，X58為4月>0 ℃積溫，X106為8月下旬平均最低氣溫，X59為5月>0 ℃積溫。Y7為果實(shí)含水量，X2為4月中旬平均氣溫，X64為 3月下旬—4月上旬≥10 ℃積溫。

3.3 預(yù)報(bào)模型檢驗(yàn)

利用品質(zhì)預(yù)測模型，對2019年蒲城10個(gè)主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)酥梨的7種品質(zhì)進(jìn)行回代檢驗(yàn)(表6)，結(jié)果顯示：2019 年酥梨實(shí)際品質(zhì)值與擬合值平均誤差絕對值為0.7%～8.7%，檢驗(yàn)情況較好。利用品質(zhì)預(yù)測模型，另對2019年蒲城南、中、北部的龍陽、城關(guān)和上王3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的酥梨品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(表6)，結(jié)果顯示：預(yù)測平均誤差絕對值為0.6%～8.5%,模型預(yù)報(bào)效果良好。

表4 蒲城酥梨品質(zhì)與主要?dú)庀笠蜃酉嚓P(guān)系數(shù)

注:*表示通過P<0.05顯著性檢驗(yàn),**表示通過P<0.01顯著性檢驗(yàn)。

表5 蒲城酥梨品質(zhì)因素與氣象因子回歸方程

表6 預(yù)測方程檢驗(yàn)結(jié)果 %

品質(zhì)果皮厚度硬度石細(xì)胞含量單果重含糖率可滴定酸含水量回代誤差1.46.88.28.74.27.10.7預(yù)報(bào)誤差0.67.27.98.53.16.61.5

4 結(jié)論與討論

(1)酥梨特優(yōu)種植區(qū)分布在蒲城西南部蘇坊、荊姚鎮(zhèn)以及南部黨睦鎮(zhèn)。此地海拔介于380～450 m，酥梨生育期總降水量>330 mm，生育期總積溫>3 900 ℃·d。

(2)氣象因子是影響酥梨品質(zhì)的關(guān)鍵因子之一，以降水和溫度為指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)：降水量和平均氣溫以及平均最高氣溫與果皮厚度、果實(shí)硬度、石細(xì)胞含量以及含糖率呈負(fù)相關(guān)；平均氣溫和積溫與果實(shí)含水量呈正相關(guān)。幼果至成熟期內(nèi)高溫高濕的果園環(huán)境利于病蟲害滋生和蔓延，對果實(shí)品質(zhì)形成不利，降水多不利于糖份的累積，但可抑制石細(xì)胞的形成，乳熟到成熟期降水量多果皮厚度小?！? ℃的積溫和8月下旬平均最低氣溫與可滴定酸呈負(fù)相關(guān)，有機(jī)酸的形成與果實(shí)呼吸作用有關(guān)，較高溫度下含酸量低，較低溫度下含酸量高。

(3)本研究主要針對酥梨內(nèi)在品質(zhì)，分析外觀品質(zhì)與氣象要素關(guān)系并納入綜合品質(zhì)評價(jià)是需要繼續(xù)研究的課題。酥梨內(nèi)在品質(zhì)預(yù)報(bào)模型效果良好，可在農(nóng)業(yè)服務(wù)業(yè)務(wù)推廣應(yīng)用，通過改善酥梨種植區(qū)小氣候，優(yōu)化果實(shí)品質(zhì)，振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。