小梁山西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)方法及應(yīng)用

胡春麗，王婉昭，劉東明，黃 巖，高淑新，焦 敏

(1.遼寧省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心，遼寧 沈陽 110016；2.新民市氣象局，遼寧 新民 110300)

西瓜喜溫耐熱、喜光、喜濕、較耐旱、不耐澇，對(duì)土壤的適應(yīng)性較廣，各種土質(zhì)均可栽培，露地栽培為春播夏收，由于西瓜不耐低溫，幼苗出土期或幼苗定植期受當(dāng)?shù)赝硭南拗芠1-4]。新民梁山西瓜以個(gè)大皮薄、果肉細(xì)嫩、甘美爽口、外觀亮麗、商品性好而聞名，所產(chǎn)優(yōu)質(zhì)西瓜銷往東北三省和內(nèi)蒙古各大市場(chǎng)，其余遠(yuǎn)銷京、津、滬等南方市場(chǎng)。新民作物生長(zhǎng)季日照充沛、雨量適中、熱量條件等能夠滿足小梁山西瓜的生長(zhǎng)，西瓜品質(zhì)的年際變化與當(dāng)年氣候條件關(guān)系密切。本文依據(jù)西瓜與氣候的密切關(guān)系，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的采集收集、實(shí)地調(diào)查、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)比分析等技術(shù)手段和方法，設(shè)置西瓜評(píng)價(jià)條件指標(biāo)、建立西瓜評(píng)價(jià)模型，從而綜合評(píng)價(jià)以確定西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)。

近些年，氣象部門針對(duì)本地特色農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)開展了大量研究工作，已在優(yōu)質(zhì)茶葉、蘋果、庫爾勒香梨等作物進(jìn)行了氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)[5-20]，提升了區(qū)域特色農(nóng)作物的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但目前針對(duì)西瓜因氣象條件引起的品質(zhì)優(yōu)劣的定量化評(píng)價(jià)工作尚未開展[18-20]。本研究選取當(dāng)年影響西瓜品質(zhì)的生長(zhǎng)期氣候資源、主要?dú)庀鬄?zāi)害為指標(biāo)，開展了遼寧省新民小梁山西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)研究，并對(duì)2019年沈陽新民小梁山西瓜進(jìn)行實(shí)例分析。以期為遼寧西瓜果實(shí)氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)、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 資料與方法

1.1 資料來源

小梁山西瓜種植基地位于東北遼寧省沈陽市新民市梁山鎮(zhèn)、盧屯鄉(xiāng)、姚堡鄉(xiāng)、柳河溝鎮(zhèn)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。新民市位于遼河平原上，地處遼寧省中部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)122°27′～123°20′，北緯41°42′～42°17′。距離縣城20 km處，距離314省道10 km。3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域面積共657 km2范圍內(nèi)無污染廠礦企業(yè)、空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，交通較為便利。種植區(qū)位于東北遼寧省沈陽市新民市梁山鎮(zhèn)、盧屯鄉(xiāng)、姚堡鄉(xiāng)、柳河溝鎮(zhèn)，4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)共同組成小梁山西瓜種植基地，地勢(shì)平坦為遼河沖積平原、西瓜種植面積1.33萬hm2。

氣象資料來自新民國家基本氣象站1981～2018年氣象觀測(cè)資料，包括日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)數(shù)，歷年平均資料為1981～2010年平均值。2019年新民逐日氣溫、降水量、日照統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為新民國家氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)，土壤墑情數(shù)據(jù)為2019年新民農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站逢3、逢8土壤墑情人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

小梁山西瓜物候資料來自遼寧省沈陽市梁山鎮(zhèn)長(zhǎng)期原位觀測(cè)地段資料。新民西瓜種植采用溫室、大中棚、大拱、雙拱和單膜的種植方式。2019年小梁山西瓜生育期：3月20日下籽，4月2日嫁接，4月22日定植，4月30日?qǐng)F(tuán)棵，5月8日伸蔓，5月18日開第1朵花，5月23日開第2朵，5月28日開第3朵，6月3日坐果，6月20日上市，為大拱棚種植方式。

1.2 評(píng)價(jià)方法

本研究對(duì)小梁山西瓜氣候品質(zhì)進(jìn)行4個(gè)等級(jí)劃分，規(guī)定為特優(yōu)、優(yōu)、良、一般。氣候條件是西瓜果實(shí)品質(zhì)形成的基礎(chǔ)，綜合考慮影響果品生產(chǎn)和品質(zhì)的生態(tài)適宜性及生育期氣候影響因素，對(duì)不同影響因子給予相應(yīng)的權(quán)重。評(píng)價(jià)得分計(jì)算見式(1)。

p=x1-x2

(1)

式(1)中x1代表當(dāng)年果品生長(zhǎng)的氣候條件評(píng)分，x2代表當(dāng)年氣象災(zāi)害評(píng)分。p代表評(píng)價(jià)最終評(píng)分，p≥90分為“特優(yōu)”等級(jí)，80分≤p<90分為“優(yōu)”等級(jí)，70分≤p<80分為“良”等級(jí)，p<70分為“一般”等級(jí)，p值在70分以下不對(duì)其氣候品質(zhì)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2.1 氣象條件評(píng)判 建立西瓜氣候因子最適宜、適宜、較適宜評(píng)價(jià)指標(biāo)，并分別給予1.0、0.8、0.6的評(píng)分權(quán)重，低于較適宜下限的評(píng)分為0，例如，幼苗時(shí)期因在設(shè)施棚內(nèi)，設(shè)定平均氣溫(℃)在接近歷史平均值最適宜，在歷史平均值1 ℃區(qū)間內(nèi)適宜，在2 ℃區(qū)間內(nèi)較適宜。用同樣方法，可以得到其他氣候因子評(píng)價(jià)指標(biāo)。西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)綜合評(píng)分計(jì)算見公式(2)。

(2)

式(2)中x1為西瓜氣候品質(zhì)綜合評(píng)分，i為氣候因子個(gè)數(shù)，k為某氣候因子內(nèi)發(fā)育期個(gè)數(shù)，a為某一發(fā)育期評(píng)分權(quán)重(1.0、0.8、0.6)，cjk為某一發(fā)育期二級(jí)評(píng)分值。

將影響西瓜的氣候因子氣溫、土壤相對(duì)濕度(空氣相對(duì)濕度)、日較差作為評(píng)價(jià)因子，整個(gè)生育期分為幼苗時(shí)期、伸蔓時(shí)期、開花時(shí)期、果實(shí)結(jié)果時(shí)期4個(gè)生育時(shí)期，每個(gè)評(píng)價(jià)因子又按照不同發(fā)育期共13個(gè)因子分別評(píng)分。其中，氣溫、土壤相對(duì)濕度(空氣相對(duì)濕度)各占20分、日較差占20分、日照時(shí)數(shù)占20分，按百分制評(píng)分，西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)得分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.2.2 氣象災(zāi)害評(píng)判 小梁山西瓜全生育階段主要?dú)庀鬄?zāi)害為寒潮、大風(fēng)、暴雨、干旱等，對(duì)小梁山西瓜品質(zhì)影響明顯的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害為低溫冷害、洪澇、大風(fēng)、冰雹和連陰雨，低溫冷害、洪澇、連陰雨在氣象條件評(píng)價(jià)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定大風(fēng)、冰雹作為氣象災(zāi)害主要影響因子。根據(jù)遼寧省農(nóng)作物種植農(nóng)業(yè)氣象專家打分，建立不同氣象災(zāi)害氣象條件評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(表2、表3)，評(píng)分公式見式(3)。

表2 西瓜氣象災(zāi)害評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表3 西瓜主要?dú)庀鬄?zāi)害指標(biāo)

x2=0.73β3+0.34β4

(3)

式(3)中，x2為氣候?yàn)?zāi)害評(píng)分，β3、β4分別為冰雹、大風(fēng)。

2 結(jié)果與分析

遼寧省新民市屬于溫帶半濕潤(rùn)區(qū)內(nèi),種植梁山西瓜生產(chǎn)歷史悠久，這里土壤可分為草甸土、水稻土、棕壤土、沼澤土、風(fēng)沙土等5類，以草甸土為主，日照充足，水質(zhì)好，具有發(fā)展優(yōu)質(zhì)西瓜的自然條件。無霜期達(dá)到160 d，初霜日平均出現(xiàn)在10月7日，最早在9月16日，最遲為10月16日。終霜日平均出現(xiàn)在4月22日，最早在3月24日，最遲為5月16日。4～9月平均氣溫為19.3 ℃，平均降水量為507.3 mm，平均日照時(shí)數(shù)為2562.8 h，日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃在4月10日，終日在10月3日。在西瓜生長(zhǎng)發(fā)育過程中，土壤、水源、周邊環(huán)境、企業(yè)生產(chǎn)管理等因子是相對(duì)穩(wěn)定的，而氣象條件是動(dòng)態(tài)的。因此，當(dāng)年西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)優(yōu)劣與氣象條件利弊息息相關(guān)，也可以說是西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)形成重要的考量指標(biāo)。氣候評(píng)價(jià)是根據(jù)各生育期內(nèi)溫、光、水氣象因子的適宜和匹配程度對(duì)西瓜生長(zhǎng)關(guān)鍵期小氣候條件進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。

2.1 氣候條件評(píng)分

當(dāng)溫度達(dá)到5～40 ℃，西瓜的生長(zhǎng)環(huán)境最佳，低于10 ℃則停止生長(zhǎng)。新民西瓜幼苗期生長(zhǎng)在大棚里，幼苗期棚外平均氣溫為9.9 ℃，較常年偏高0.5 ℃；伸蔓期棚外溫度為19.5 ℃，較常年偏高3.1 ℃；開花期溫度為20.1 ℃，較常年偏高1.2 ℃；果實(shí)發(fā)育期溫度為20.6 ℃，較常年偏低0.6 ℃。西瓜根系發(fā)育良好，具有較強(qiáng)的吸水和抗旱能力，一般來說，耐旱不耐澇，苗期土壤濕度65%～70%，對(duì)根系生長(zhǎng)有利，但在果實(shí)期需水量更為敏感，土壤濕度為75%～80%。在西瓜的主要生育期淺層土壤墑情基本維持在60%～80%,5月下旬土壤墑情飽和。6月1日～6月20日平均空氣濕度為73%。西瓜成熟期日較差大，為8～10 ℃，西瓜增重快，產(chǎn)量高，有利于糖分積累，果味甘甜爽口。新民西瓜果實(shí)膨大期平均日較差為9.5 ℃，利于糖分的積累。西瓜對(duì)光照條件要求較高。苗期光照充足，植株生長(zhǎng)健壯，節(jié)間短，葉片厚實(shí)，葉色濃綠。西瓜靠昆蟲授花粉，昆蟲自然授粉，開花期間遇陰雨天氣，影響正常授粉，結(jié)果少，果實(shí)膨大期和成熟期日照不足，發(fā)育慢，含糖低。新民西瓜苗期日照時(shí)數(shù)偏多8.8 h，伸蔓期偏多5.9 h，開花期日照時(shí)數(shù)接近常年，果實(shí)膨大期日照時(shí)數(shù)偏少36 h，基本能滿足西瓜生長(zhǎng)對(duì)日照的需求。

根據(jù)2019年3月20日～6月20日西瓜生長(zhǎng)發(fā)育氣候?qū)崨r，結(jié)合西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分(表4)和西瓜氣候品質(zhì)指標(biāo)，給出2019年梁山西瓜氣候品質(zhì)得分81.8分。

表4 2019年梁山西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)得分

2.2 氣象災(zāi)害評(píng)分

西瓜種子發(fā)芽的下限溫度是12 ℃，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段氣溫10 ℃停止生長(zhǎng)，5 ℃即受凍害影響，根毛發(fā)生的最低溫度為13～14 ℃，在連陰雨天，日照不足的情況下，西瓜植株葉色變淡，葉片黃化，莖節(jié)間長(zhǎng)而細(xì)，組織結(jié)構(gòu)松軟，容易感病，花期光照不足，植株出現(xiàn)徒長(zhǎng)，不易坐果，膨大期光照不足則出現(xiàn)果實(shí)發(fā)育不良，果形不整齊，皮厚空心，甜度顯著下降。西瓜具有耐旱不耐澇的特征，要求空氣干燥，土壤墑情適宜，多雨、冰雹、大風(fēng)等天氣條件，西瓜易發(fā)生病蟲害，西瓜不易坐果，果實(shí)膨大受阻，生成小瓜、病瓜、畸形瓜和裂瓜，甚至絕收，不利的天氣條件對(duì)西瓜品質(zhì)和產(chǎn)量的形成具有重要影響。

2019年終霜日期較常年略偏晚，在沈陽新民逐日0 cm地面溫度時(shí)間演變見圖1，苗期出現(xiàn)短暫低溫，通過熏煙加溫、簡(jiǎn)易火爐等加溫方式，低溫未對(duì)西瓜造成影響。西瓜全生育期最大日降水量為40 mm,未發(fā)生對(duì)西瓜品質(zhì)不利影響的干旱、洪澇(圖2)。未發(fā)生連續(xù)陰雨寡照天氣，發(fā)育期平均風(fēng)速3.9 m/s，未出現(xiàn)明顯大風(fēng)天氣。氣象條件雖不利于病蟲害發(fā)生，氣象災(zāi)害評(píng)分為0分。

總體來講，2019年新民梁山鎮(zhèn)西瓜主要生育期內(nèi)(2019年3月20日～6月20日)平均氣溫為14.9 ℃，較常年偏高0.7 ℃；總降水量為173.3 mm，較常年偏多30%；日照時(shí)數(shù)為753.3 h，較常年偏少5.7 h。苗期未出現(xiàn)低溫冷害事件，開花期未出現(xiàn)連陰雨，未出現(xiàn)影響和危害西瓜的開花、授粉和受精的不利天氣。綜合西瓜各發(fā)育階段氣象影響因子評(píng)價(jià)結(jié)果，同時(shí)考慮農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)西瓜品質(zhì)的影響，根據(jù)西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，判定2019年沈陽新民氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)得分為81.8分，為“優(yōu)”等級(jí)。

3 結(jié)論與討論

(1)針對(duì)目前遼寧省西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)空白，以東北最大西瓜生產(chǎn)基地生產(chǎn)的小梁山西瓜為例，建立了包括氣溫、日照時(shí)數(shù)、日較差、土壤相對(duì)濕度(空氣相對(duì)濕度)在西瓜苗期、伸蔓期、開花期、成熟期評(píng)價(jià)指數(shù)，冰雹、大風(fēng)2種氣象災(zāi)害災(zāi)損度，共15個(gè)因子的遼寧省沈陽市新民小梁山西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型。該模型不僅分不同發(fā)育期評(píng)價(jià)了氣候資源對(duì)西瓜品質(zhì)的影響，同時(shí)將氣象災(zāi)害納入模型中，模型客觀地反映了氣象條件對(duì)西瓜品質(zhì)的影響。

(2)西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為特優(yōu)、優(yōu)、良好、一般4個(gè)等級(jí)，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，等級(jí)劃分符合遼寧西瓜生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)于果農(nóng)提高果品的商品價(jià)值，具有重要意義。經(jīng)評(píng)判，2019年遼寧省沈陽市新民小梁山西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)得分為81.8分，為“優(yōu)”等級(jí)。

(3)因缺乏西瓜品質(zhì)歷史數(shù)據(jù)，尚未建立西瓜品質(zhì)與氣象要素的定量化關(guān)系，后續(xù)將收集整理西瓜品質(zhì)歷史數(shù)據(jù)，建立品質(zhì)與各發(fā)育期氣象要素定量化評(píng)估模型，從而提高西瓜氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)的科學(xué)性。