不同海拔高度氣象條件對枇杷凍、熱害與果實品質(zhì)的影響

魏華兵，陳正洪，何華平，王會良，羅 翔，姜 娥，張 鵬

（1.咸寧市氣象局，湖北 咸寧 437100；2.湖北省氣象局，武漢 430074；3.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所/湖北省特色水果工程技術(shù)研究中心，武漢 430064；4.通山縣氣象局，湖北 通山 437600）

枇杷（Eriobotrya japonica（Thunb.）Lindl.）原產(chǎn)于中國，是亞熱帶常綠果樹之一，在中國南方各地廣泛分布［1-3］。鄂東南山區(qū)是長江中下游的枇杷主產(chǎn)區(qū)之一，枇杷種植面積達1 200 hm2，產(chǎn)量1.7萬t。溫度、光照、水分等氣候生態(tài)因子對植物生長和果實品質(zhì)均有一定影響［4］，其中，溫度是制約園藝植物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要環(huán)境因子［5］。李靖等［6］對比研究了大棚內(nèi)外不同微生態(tài)環(huán)境對枇杷果實生長發(fā)育和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，由于大棚溫度比露地高，大棚枇杷果實比露地要提早成熟，單果重比露地重，果實的可溶性固形物含量高。陳正洪［7］對湖北省枇杷花果凍害的觀測試驗研究表明，枇杷花果易受冬季低溫凍害，低溫值及其持續(xù)時間對凍害程度的影響明顯；鄧朝軍等［8］通過田間調(diào)查等方法對枇杷果皮熱傷害的研究表明，枇杷果實在轉(zhuǎn)色期容易受到高溫和強光的熱傷害，當(dāng)果皮表面溫度出現(xiàn)90 min以上的39℃高溫，就會形成熱傷害。關(guān)于不同栽培條件和氣象因子對枇杷生長、產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究較多，但由于海拔高度不同而影響枇杷生長和果實品質(zhì)差異的研究鮮有報道。本研究以通山縣大畈鎮(zhèn)低山丘陵區(qū)的枇杷種植園調(diào)查為基礎(chǔ)，分析不同海拔高度的枇杷凍、熱害情況和果實品質(zhì)的差異，結(jié)合種植地氣象要素的垂直分布特點，對其實質(zhì)性的氣象影響因素進行分析，同時，對典型低山丘陵區(qū)的枇杷凍、熱害低風(fēng)險區(qū)和果實品質(zhì)優(yōu)質(zhì)區(qū)的分布規(guī)律進行了初步探討，以期為枇杷的推廣種植、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和專業(yè)氣象服務(wù)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2020年5月，在湖北省枇杷主產(chǎn)區(qū)通山縣按6個海拔高度（60、100、150、200、250、300 m）選取地勢、坡向、土壤相近的枇杷種植園，從樹齡、長勢相近的大五星枇杷樹上，對枇杷的受凍穗數(shù)和皺果數(shù)進行隨機抽樣調(diào)查，并從樹冠外圍中上部隨機取近9成熟的果實20個，重復(fù)3次，于實驗室內(nèi)測定枇杷果實品質(zhì)。

1.2 試驗方法

果實單果質(zhì)量、種子質(zhì)量、可食率等用百分之一天平測定，果形指數(shù)用游標(biāo)卡尺測定，果實可溶性固形物用DR-103型電子糖量儀測定，可滴定酸含量用酸堿滴定法測定。風(fēng)味、質(zhì)地、果皮果肉顏色等指標(biāo)依據(jù)國家農(nóng)作物種質(zhì)資源平臺——枇杷種質(zhì)資源描述規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行［9］。

1.3 氣象資料

近10年先后在枇杷種植區(qū)及其周邊地區(qū)建立了6個氣象自動觀測站，其觀測站地理信息見表1，取得了大量氣象觀測資料，本研究氣象資料取自這些氣象站2017—2020年的氣溫資料。

表1 區(qū)域自動氣象站基本情況

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)運用Excel 2016軟件進行作圖分析，并結(jié)合SPSS 19.0軟件進行方差分析、Pearson相關(guān)性分析和t檢驗的差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 凍、熱害時空特征

在冬季，枇杷花穗遭受凍害后，會導(dǎo)致花器變褐腐爛到后期干枯萎蔫；枇杷成熟前易受高溫?zé)岷π纬砂櫣瑥亩ナ秤脙r值。對2020年通山縣種植區(qū)內(nèi)不同海拔高度枇杷花穗受凍穗數(shù)、果實皺果數(shù)的隨機抽樣調(diào)查結(jié)果見圖1。

圖1 2020年不同海拔高度枇杷凍、熱害分布情況

由圖1可知，枇杷花穗受凍數(shù)在海拔高度300 m處最多，60 m處最少，250 m和150 m處的受凍穗數(shù)相近，為次多區(qū)，100 m和200 m處的受凍穗數(shù)相近，為次少區(qū)。150、250、300 m處的枇杷受凍穗多數(shù)區(qū)和60、100、200 m處的少數(shù)區(qū)間的差異明顯，總體上枇杷花穗受凍數(shù)隨海拔高度上升而增加，在海拔高度60～100 m和150～250 m兩個區(qū)域，花穗受凍數(shù)存在一個明顯的低值區(qū)，枇杷的凍害較輕。

枇杷果實的皺果數(shù)在海拔高度150 m處最多，60 m處最少，200 m處為次多區(qū)，300、250、100 m處的皺果數(shù)差異不明顯，為次少區(qū)，總體上皺果數(shù)隨海拔高度呈現(xiàn)單峰型變化。在海拔高度60～100 m和250 m左右兩個區(qū)域，皺果數(shù)較少，枇杷的熱害程度輕。

2.2 氣象條件對果實品質(zhì)影響

果實品質(zhì)是由多因素構(gòu)成的復(fù)合體，包括外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì)等。本次調(diào)查測定了枇杷3類品質(zhì)評價指標(biāo)中的單果重、最大果重、縱徑、橫徑，可滴定酸含量、可溶性固形物含量、固酸比、可食率，果皮色、果肉色、果肉的酸甜味等。對不同海拔高度的3組枇杷果實的品質(zhì)測定數(shù)據(jù)進行平均值計算，得到不同海拔高度枇杷各類品質(zhì)情況，并將定量品質(zhì)指標(biāo)與海拔高度進行相關(guān)性分析，其結(jié)果見表2。

表2 不同海拔高度枇杷果實品質(zhì)指標(biāo)及相關(guān)系數(shù)

2.2.1 果實單果質(zhì)量 由圖2可知，海拔高度60 m處的枇杷果實單果質(zhì)量最大，250、100、300 m處的單果質(zhì)量依次分列2、3、4位，相互之間的差異不大，150 m和200 m處的單果質(zhì)量接近，排列最后。隨海拔高度的升高總體上呈現(xiàn)兩頭大、中間小的趨勢，最大值與最小值之間的差異明顯。

圖2 不同海拔高度枇杷果實質(zhì)量變化情況

2.2.2 果實縱、橫徑 由圖3可知，海拔高度60 m處的果實縱、橫徑最大，250、100、300 m海拔高度的果實縱、橫徑接近，居于中間位置，150～200 m海拔高度的果實縱、橫徑最小，排列最后。枇杷果實的縱、橫徑隨海拔高度的升高，也呈現(xiàn)兩頭大、中間小的趨勢，但相互間的差異不明顯，果實的縱橫徑比在1.05～1.18之間，均為橢圓形。

圖3 不同海拔高度枇杷果實縱、橫徑變化情況

2.2.3 果實可溶性固形物含量 由圖4可知，果實可溶性固形物含量在海拔高度200 m處最高，60 m處最低，兩者之間相差約20%。100、150、250和300 m位于中間，相互間的差異在10%以內(nèi)?？扇苄怨绦挝锖颗c海拔高度呈正相關(guān)（r=0.71），總體上隨海拔高度的升高而增加，但在海拔200 m以上的高值區(qū)，其可溶性固形物含量雖略有下降，但仍高于150 m以下區(qū)域。

圖4 不同海拔高度枇杷果實可溶性固形物含量變化情況

2.2.4 果實可滴定酸含量 由圖5可知，果實可滴定酸含量在海拔高度60 m處最高，300 m處最低，100、150、200、250 m處隨海拔高度依次降低。果實可滴定酸含量與海拔高度呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.96），總體而言，海拔高度每升高100 m，其可滴定酸含量下降約0.02%，但在海拔250 m以上的低值區(qū)差異變化不明顯。

圖5 不同海拔高度枇杷果實可滴定酸含量變化情況

2.2.5 果實固酸比 由圖6可知，果實固酸比在海拔高度300 m處最高，60 m處最低，100、150、200、250 m處隨海拔高度依次升高。果實固酸比與海拔高度呈顯著正相關(guān)（r=0.99），總體上隨海拔高度呈直線上升趨勢。

圖6 不同海拔高度枇杷果實固酸比變化情況

2.2.6 果實風(fēng)味 枇杷果實的酸甜風(fēng)味一般分為淡甜、清甜、甜、濃甜、酸甜、甜酸、酸7個等級［10］，以甜、濃甜、酸甜風(fēng)味為佳。60～300 m處的果實風(fēng)味在酸甜-→酸甜→甜酸之間交替變化，60、150和250 m左右的枇杷果實風(fēng)味較好。

2.3 不同海拔高度的極端溫度及氣溫相關(guān)特征值

2.3.1 花期極端最低氣溫 由圖7可知，總體上，枇杷花期（11月20日至2月10日）的最低氣溫隨海拔升高而降低，海拔小于140 m左右最低氣溫的降幅最大，在僅40 m海拔高度差（96～138 m）范圍，最低氣溫下降了3℃（從-0.6℃降至-3.6℃），海拔140～300 m左右最低氣溫的降幅最小，在超過150 m海拔高度差范圍（138～290 m），最低氣溫僅下降了0.5℃，在同樣超過150 m海拔高度差范圍（290～453 m），最低氣溫則下降了2.4℃。

圖7 花期不同海拔高度的最低氣溫變化情況

2.3.2 轉(zhuǎn)色期極端最高氣溫 由圖8可知，總體上，枇杷轉(zhuǎn)色期（4月20日至5月20日）的最高氣溫隨海拔高度呈現(xiàn)單峰型變化，但在海拔高度小于120 m左右，最高氣溫隨海拔高度的降低而降低，海拔120～140 m區(qū)域的最高氣溫值均超過了38℃，海拔300 m以上區(qū)域的最高氣溫均低于35℃。

圖8 轉(zhuǎn)色期不同海拔高度的最高氣溫變化情況

2.3.3 氣溫相關(guān)特征值 利用枇杷種植區(qū)周邊山地不同海拔高度的大畈站、慈口站、黃沙站等6個站2020年的逐日氣溫資料，通過點陣描圖和內(nèi)插推算，得到不同海拔高度調(diào)查點枇杷果實膨大期（3月11日至5月20日）的氣溫日較差、果實生長期（2月21日至5月20日）15～25℃的平均氣溫日數(shù)和平均氣溫≥25℃日數(shù)，結(jié)果見表3。從表3可以看出，氣溫日較差呈現(xiàn)單峰型變化，海拔150～250 m區(qū)域的氣溫日較差較大；15～25℃的平均氣溫日數(shù)呈現(xiàn)凹型變化，海拔200 m區(qū)域的日數(shù)最少；平均氣溫≥25℃日數(shù)隨海拔高度呈現(xiàn)遞減趨勢。

表3 枇杷調(diào)查點氣溫相關(guān)特征值

2.4 氣溫相關(guān)特征值與果實品質(zhì)的關(guān)系

2.4.1 15～25℃的平均氣溫日數(shù)與單果重的相關(guān)性 枇杷在15～25℃的氣溫條件下生長迅速。由表3可知，60～300 m海拔高度處果實生長期內(nèi)15～25℃平均氣溫日數(shù)表現(xiàn)為兩頭多、中間少，與單果重（最大單果重）隨海拔高度的分布情況一致，海拔60 m處的15～25℃平均氣溫日數(shù)33 d遠高平均值22 d近50%，其單果重也超過平均值25%以上。對海拔高度（60～300 m）調(diào)查點枇杷單果重間的分析表明，15～25℃的平均氣溫日數(shù)與單果重之間為正相關(guān)，關(guān)系式為y=19.32+0.797x，其中，y為單果重，x為15～25℃的平均氣溫日數(shù)。相關(guān)性系數(shù)0.84，達到極顯著水平。海拔100 m以下的15～25℃的平均氣溫日數(shù)高于平均值10%以上，故海拔高度在60～100 m范圍的枇杷果實單果重更大。

2.4.2 氣溫日較差與可溶性固形物含量的相關(guān)性60～300 m海拔高度處果實膨大期內(nèi)的氣溫日較差表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，在海拔200 m處達到最大值，與可溶性固形物含量隨海拔高度的分布情況基本一致，分析表明，60～300 m海拔高度區(qū)域的氣溫日較差與可溶性固形物含量之間為正相關(guān)，關(guān)系式為y=2.2+0.633x，其中，y為可溶性固形物含量，x為氣溫日較差。相關(guān)性系數(shù)0.81，達到極顯著水平。果實可溶性固形物含量在海拔200 m左右達到最高，而氣溫日較差也在海拔200 m左右達到最大值。經(jīng)推算氣溫日較差在最大值±10%的海拔高度范圍為170～220 m，是枇杷可溶性固形物含量最高的種植海拔高度范圍。

2.4.3 平均氣溫≥25℃日數(shù)與可滴定酸含量的相關(guān)性 60～300 m海拔高度處果實生長期內(nèi)平均氣溫≥25℃日數(shù)表現(xiàn)為隨海拔高度依次減少，與可滴定酸含量隨海拔高度的分布情況一致。超過25℃氣溫會促使果實早熟，分析表明，60～300 m海拔高度區(qū)域的平均氣溫≥25℃日數(shù)與可滴定酸含量之間為正相關(guān)，關(guān)系式為y=-0.033+0.1x，其中，y為可滴定酸含量，x為平均氣溫≥25℃日數(shù)。相關(guān)性系數(shù)0.82，達到極顯著水平。在海拔200 m以上的低值區(qū)平均氣溫≥25℃日數(shù)相差不大，故海拔高度在200 m以上的枇杷果實可滴定酸含量更低。

3 討論

3.1 不同海拔高度極端氣溫對枇杷凍、熱害的影響

關(guān)鍵期的極端高（低）溫是造成枇杷凍、熱害的主要原因，同時也是衡量枇杷凍、熱害程度的重要氣象指標(biāo)。調(diào)查結(jié)果表明，枇杷凍、熱害隨海拔高度存在明顯的規(guī)律性變化，總體上與枇杷在花期和轉(zhuǎn)色期時不同海拔高度的極端最高（低）氣溫的規(guī)律性變化相一致。

海拔60～300 m時，枇杷凍害總體上隨海拔升高而加重，但在海拔150～250 m間花穗受凍數(shù)出現(xiàn)下降，這與北亞熱帶丘陵山區(qū)常見的山坡逆溫現(xiàn)象有關(guān)［11］。枇杷花期不同海拔高度的最低氣溫變化圖中，海拔140～300 m間的最低氣溫降幅趨于平緩，間接說明山坡逆溫層的存在。同緯度低山區(qū)對逆溫層的觀測事實表明，低層逆溫出現(xiàn)海拔300 m高度以內(nèi)，其厚度約50～80 m［12］?；糁螄龋?1］研究認(rèn)為，中國北亞熱帶山區(qū)逆溫層的高度約為山體的1/3左右。有關(guān)山坡逆溫層高度和強度的特征，需要結(jié)合山體的垂直觀測數(shù)據(jù)進一步研究。

海拔60～300 m時，枇杷熱害隨海拔高度呈現(xiàn)單峰型變化，這與枇杷轉(zhuǎn)色期最高氣溫隨海拔高度的變化型態(tài)一致。有研究指出，在枇杷果實發(fā)育后期（5月初），陽光照射的果實表面溫度比氣溫高出1.2～6.1℃［8］，日最高氣溫≥35℃為氣象上高溫天氣的預(yù)警指標(biāo)，當(dāng)超過38℃時，枇杷果實受熱害的危險程度激增，故在海拔150 m調(diào)查點的皺果數(shù)達到最高。海拔120 m以下最高氣溫隨高度下降而降低，與調(diào)查點臨近富水湖（相距900 m）水體對溫度的調(diào)節(jié)效應(yīng)相關(guān)，有研究指出，寬度10 km的水體對氣溫影響的水平距離為2～10 km，影響的高度在200 m左右，5 km寬度水體的影響范圍是10 km的90%～95%，1 km寬度水體的影響范圍是10 km的50%［13］。富水湖寬度常年在1 km左右［14］，推算其影響范圍在海拔高度100 m以下、距離水體1 km左右的區(qū)域。極端最高氣溫和果實皺數(shù)在海拔100 m左右均表現(xiàn)出顯著性變化，與推算結(jié)果相印證。有關(guān)水體效應(yīng)的詳細分析，有待今后開展相關(guān)的觀測和研究。

3.2 不同海拔高度氣象條件對果實品質(zhì)的影響

海拔高度和光、溫、水等氣象因子都會影響果實品質(zhì)，在一定范圍內(nèi)，果實品質(zhì)隨海拔高度呈現(xiàn)規(guī)律性變化。海拔高度對果實品質(zhì)影響的主要原因與溫度有關(guān)，溫度是果實品質(zhì)隨海拔高度變化的實質(zhì)氣象因素，氣溫高低及變化對植物的物候期、生長速度、生長量等產(chǎn)生重要影響。枇杷在15～25℃的氣溫條件下生長迅速，對果實單果重的影響顯著，通常把15～25℃平均氣溫日數(shù)稱為枇杷果實的最佳生長日數(shù)；晝夜溫差對果實可溶性固形物的積累影響較大，一定范圍內(nèi)，溫差越大，果實的可溶性固形物含量就越高。這與彭良志等［15］的研究結(jié)論一致。

有機酸的代謝需要酶的參與［16］，酶的活性高低影響了有機酸的代謝速度，間接影響了果實中酸的含量。姚玉新等［17］對蘋果酸代謝酶活性的研究認(rèn)為，蘋果酸代謝酶在花后90 d開始，其活性隨時間的延長而升高。枇杷果實在平均氣溫≥25℃時易因早熟而停止生長，果實生長期變短，有機酸代謝酶活性不高，造成果實中的酸含量較高，而蘋果酸在枇杷果實有機酸含量中的比例最高，約為62.7%［18］，這是枇杷種植區(qū)果實的可滴定酸含量隨海拔上升而降低的內(nèi)在原因。

果實的風(fēng)味是由有機酸與可溶性固形物中的糖分共同形成，果實在成熟前的15～20 d，其糖分迅速上升，有機酸含量下降，達到最佳風(fēng)味。由于不同風(fēng)味類型的可溶性固形物含量的差異小，所以可滴定酸含量較低的果實風(fēng)味品質(zhì)更優(yōu)。由于海拔較高區(qū)域的氣溫低，平均氣溫≥25℃日數(shù)少，枇杷生長期更長，有機酸的代謝更充分，因此，更能獲得較好的風(fēng)味品質(zhì)。

4 結(jié)論

1）通山縣種植區(qū)枇杷的冷、熱害隨海拔高度存在規(guī)律性變化，總體上凍害隨海拔升高而加重，熱害隨海拔升高而減輕。但在海拔150～250 m的丘陵山坡逆溫區(qū)，凍害程度出現(xiàn)明顯下降；在海拔120 m以下的1 km左右的庫周區(qū)域，熱害程度呈現(xiàn)下降趨勢。山地逆溫和局地水體溫度效應(yīng)影響了不同海拔高度的極端低（高）溫的分布，從而使山地逆溫層的枇杷冷害程度變輕，靠近水體區(qū)域的熱害情況明顯變少。

2）枇杷果實的單果重、縱徑、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和固酸比等品質(zhì)指標(biāo)隨海拔高度的變化存在規(guī)律性變化，其中，單果重與果實生長期15～20℃平均氣溫天數(shù)、可溶性固形物含量平均氣溫≥25℃天數(shù)、可滴定酸含量與果實膨大期的氣溫日較差的相關(guān)性顯著，是果實品質(zhì)隨海拔高度變化的實質(zhì)氣象因子。海拔高度60～100 m時單果重更大，170～220 m范圍的枇杷可溶性固形物含量較高，200 m以上區(qū)域的果實風(fēng)味更佳。