2種莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法的對(duì)比

武強(qiáng)　唐余學(xué)　閆夢(mèng)玲　張悅　孫恩虹　范莉　方麗

摘要：旨在以涪陵莖瘤芥為例，基于氣候適宜度指數(shù)與歷史豐歉氣象影響指數(shù)2種方法建立產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型，比較2種莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法的準(zhǔn)確性。結(jié)果顯示，2種方法均具有較高的單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，在莖瘤芥產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)中，基于氣候適宜度指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法的最低單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為88.7%，最高單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為99.9%;基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法的最低單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為88.9%，最高單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為99.7%，準(zhǔn)確率極值差異較小。對(duì)比不同年份各起報(bào)日期的平均單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率可知，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法得出的單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率優(yōu)于基于氣候適宜度指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法。對(duì)比同一年份不同起報(bào)日期的平均單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率可知，起報(bào)時(shí)間在1月1日及之前的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高。在有限驗(yàn)證年份內(nèi)，對(duì)比單產(chǎn)預(yù)報(bào)結(jié)果與歷年實(shí)際單產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法在產(chǎn)量趨勢(shì)預(yù)報(bào)及大多數(shù)年份的單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率方面，均表現(xiàn)為優(yōu)于基于氣候適宜度指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法的預(yù)報(bào)效果。

關(guān)鍵詞：莖瘤芥;產(chǎn)量預(yù)報(bào);氣候適宜度指數(shù);歷史豐歉氣象影響指數(shù)

中圖分類號(hào)：S165+.27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-4440（2022）02-0486-09

Accuracy comparison of two methods for dynamic yield prediction of Brassica juncea var. tumida

WU Qiang TANG Yu-xue YAN Meng-ling ZHANG Yue SUN En-hong FAN Li FANG Li

Abstract：In this study， the dynamic yield prediction models were established based on the climatic suitability index and the meteorological influence index of historical yield， and the accuracy of the two yield prediction methods was compared. The two methods had high accuracy. In the dynamic prediction based on climatic suitability index， the lowest yield forecast accuracy was 88.7%， and the highest yield forecast accuracy was 99.9%. In the dynamic prediction based on the meteorological influence index of historical yield， the lowest yield forecast accuracy was 88.9%， and the highest yield forecast accuracy was 99.7%. By comparing the average yield per unit area in different years and starting dates， the accuracy of dynamic yield prediction of Brassica juncea var. tumida based on meteorological influence index of historical yield was better than that based on climatic suitability index. By comparing the average yield per unit area in the same year with different starting dates， the accuracy was the highest on and before January 1. Comparing the forecast results of yield per unit area and the actual output value in the limited validation years， the dynamic forecast method of yield of Brassica juncea var. tumida based on the meteorological influence index of historical yield was better in the forecast of yield trend and the accurate forecast value of yield per unit area in most years.

Key words：Brassica juncea var. tumida;yield prediction;climatic suitability index;meteorological influence index of historical yield

作物產(chǎn)量的形成與氣象條件密切相關(guān)[1-3]，科學(xué)、準(zhǔn)確地開展產(chǎn)量預(yù)報(bào)工作對(duì)合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源、充分發(fā)揮氣象趨利避害作用、保障作物安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義[4]。20世紀(jì)70年代開始，作物產(chǎn)量預(yù)報(bào)的方法被提出并得到不斷發(fā)展[5-6]，從農(nóng)學(xué)預(yù)報(bào)方法、統(tǒng)計(jì)學(xué)模型預(yù)報(bào)方法逐漸發(fā)展到動(dòng)力學(xué)作物生長(zhǎng)模型預(yù)報(bào)方法、遙感技術(shù)預(yù)報(bào)方法等[7-9]。不同產(chǎn)量預(yù)報(bào)方法在實(shí)際應(yīng)用中具有不同適用性，如農(nóng)學(xué)預(yù)報(bào)方法應(yīng)用簡(jiǎn)單，但容易產(chǎn)生較大誤差;動(dòng)力學(xué)作物生長(zhǎng)模型預(yù)報(bào)方法具有完備的科學(xué)理論基礎(chǔ)，但是需要明確作物生育期氣象條件的影響機(jī)制，并獲取大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息;遙感技術(shù)預(yù)報(bào)方法能夠極大地減少模型對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的依賴，可快速應(yīng)用于不同空間尺度、不同種類作物的估產(chǎn)，但在復(fù)雜地形條件及多云霧天氣場(chǎng)景下具有明顯的應(yīng)用局限性[10-12]。統(tǒng)計(jì)學(xué)模型預(yù)報(bào)方法在歷史資料充分的前提下具有應(yīng)用對(duì)象廣泛、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率良好等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[13-15]。在統(tǒng)計(jì)模型中，歷史豐歉氣象影響指數(shù)方法根據(jù)相關(guān)系數(shù)和相似距離原理對(duì)作物生育期各類氣象影響因子進(jìn)行綜合聚類分析，從而建立診斷指標(biāo)，根據(jù)相似年作物產(chǎn)量氣象影響指數(shù)確定預(yù)報(bào)年作物產(chǎn)量豐歉氣象影響指數(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量預(yù)測(cè)[16]。氣候適宜度指數(shù)方法綜合考慮光、溫、水對(duì)作物不同生育期生理生化過程的影響，建立氣候適宜度指數(shù)模型，基于氣候適宜度指數(shù)與產(chǎn)量氣象影響指數(shù)的相關(guān)關(guān)系建立莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型[17-18]。目前，歷史豐歉氣象影響指數(shù)方法及氣候適宜度指數(shù)方法在水稻、小麥、玉米等糧食作物的產(chǎn)量預(yù)報(bào)中已經(jīng)取得了較好的預(yù)報(bào)效果[19-21]，但是在小宗特色經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量預(yù)報(bào)應(yīng)用中，其適用性及準(zhǔn)確性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

莖瘤芥（Brassica juncea var. tumida Tsen & Lee）是重慶市最具特色的經(jīng)濟(jì)作物之一，屬于莖用芥菜的3個(gè)變種之一[22]，其膨大的肉質(zhì)莖是榨菜加工的主要原料。莖瘤芥的核心產(chǎn)區(qū)位于重慶市涪陵區(qū)，除東南部武陵山系高海拔地區(qū)外，全區(qū)都有種植，截至2019年，涪陵區(qū)莖瘤芥核心產(chǎn)區(qū)種植面積穩(wěn)定在4.8×104 hm2以上。前人對(duì)莖瘤芥的遺傳育種、栽培技術(shù)甚至農(nóng)產(chǎn)品深加工方面有較為深入的研究，基于莖瘤芥的植物生理特性，明確苗期高溫是誘發(fā)莖瘤芥先期抽薹，從而導(dǎo)致減產(chǎn)的重要因素[22]。但是除此之外，關(guān)于莖瘤芥產(chǎn)量形成的氣象影響及莖瘤芥產(chǎn)量預(yù)報(bào)方法等的研究還較少?？茖W(xué)地利用氣象資料分析手段準(zhǔn)確預(yù)判莖瘤芥產(chǎn)量，可為莖瘤芥生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、初產(chǎn)品深加工能力儲(chǔ)備及榨菜商品產(chǎn)值趨勢(shì)預(yù)判等提供依據(jù)。本研究以莖瘤芥為研究對(duì)象，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)方法及氣候適宜度指數(shù)方法開展莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)的比較研究，旨在為重慶市地方特色經(jīng)濟(jì)作物莖瘤芥產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)、定量、精細(xì)化預(yù)報(bào)提供科學(xué)支撐，也可為其他小宗作物的產(chǎn)量預(yù)報(bào)提供技術(shù)參考。

1材料與方法

1.1研究對(duì)象與資料來源

研究區(qū)域?yàn)榍o瘤芥核心產(chǎn)區(qū)重慶市涪陵區(qū)（地理位置為29°21′～30°01′ N、106°56′～107°43′ E，海拔138～1 977 m），地處四川盆地和盆邊山地過渡地帶，境內(nèi)以低山丘陵為主，東南高，西北低;屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，常年平均氣溫18.2 ℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫6 127.5 ℃·d，年均降水量1 098.8 mm，無霜期317 d，日照時(shí)數(shù)1 095.6 h。

氣象數(shù)據(jù)來自涪陵區(qū)國(guó)家基本氣象站、莖瘤芥種植區(qū)區(qū)域氣象站，包括1979-2019年逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)。計(jì)算得到莖瘤芥出苗至產(chǎn)量預(yù)報(bào)起報(bào)日的≥0 ℃積溫、累積降水量、標(biāo)準(zhǔn)化降水量、累積日照時(shí)數(shù)。

研究對(duì)象為莖瘤芥，在涪陵區(qū)其出苗到瘤莖成熟時(shí)間約為160～170 d，幼苗期為9-10月，瘤莖膨大期為11月至次年2月中旬[22]。莖瘤芥產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自重慶市涪陵區(qū)統(tǒng)計(jì)局，對(duì)莖瘤芥瘤莖產(chǎn)量進(jìn)行處理后，得到瘤莖產(chǎn)量氣象影響指數(shù)[23]，計(jì)算公式：

式中，△Yi為產(chǎn)量氣象影響指數(shù);Yi、Yi-1分別為第i年、第（i-1）年瘤莖單產(chǎn)（kg/hm2）?！鱕i為正值代表產(chǎn)量豐，△Yi為負(fù)值代表產(chǎn)量歉。

需要說明的是，由于莖瘤芥在重慶市涪陵區(qū)為跨年度種植作物，即當(dāng)年8-9月播種，次年2月中旬砍收，所測(cè)單產(chǎn)判定為前一年的莖瘤芥產(chǎn)量，即2020年2月收獲測(cè)產(chǎn)數(shù)值，實(shí)際為2019年的莖瘤芥單產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)莖瘤芥產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)，以進(jìn)入瘤莖膨大期直至收獲的每旬初始日為起報(bào)時(shí)間。莖瘤芥一般在每年11月上旬進(jìn)入瘤莖膨大期，但遇到冬季偏暖年份，為避免先期抽薹而適當(dāng)推遲播種，會(huì)導(dǎo)致瘤莖膨大期有所延后。為減少莖瘤芥進(jìn)入瘤莖膨大期時(shí)間的年際差異對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，設(shè)定起報(bào)時(shí)間從每年12月1日開始，即將當(dāng)年12月1日至次年2月21日每旬初始日作為動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)的起報(bào)時(shí)間。

1.2基于氣候適宜度指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法

利用逐年莖瘤芥瘤莖產(chǎn)量氣象影響指數(shù)（△Y）與不同起報(bào)時(shí)間點(diǎn)氣候適宜度指數(shù)（CSI）建立一元線性方程，公式如下：

式中，△Y為莖瘤芥瘤莖產(chǎn)量氣象影響指數(shù);CSI為氣候適宜度指數(shù);a為回歸系數(shù);b為回歸常數(shù);Pi（y）為第i旬綜合氣候適宜度[24-25];PT（yi）、PR（yi）、PS（yi）分別為第i旬溫度、水分、光照適宜度;Ki為各旬權(quán)重系數(shù);Ri為第i旬綜合氣候適宜度與產(chǎn)量豐歉氣象影響指數(shù)的相關(guān)系數(shù);n為生育期總旬?dāng)?shù);PT為溫度適宜度模型;PR為水分適宜度模型;PS為光照適宜度模型;T（℃）為日平均氣溫;T1、T2、T0分別為研究生育期內(nèi)莖瘤芥生長(zhǎng)所需的最低溫度（℃）、最高溫度（℃）、最適溫度（℃），當(dāng)T=T1或T=T2時(shí)，PT=0，當(dāng)T=T0時(shí)，PT=1;P為旬降水量（mm）;Pa為多年旬降水量的平均值（mm）;S為旬日照時(shí)數(shù)（h）;Sa為多年旬平均日照時(shí)數(shù)（h）。

基于前人在莖瘤芥核心產(chǎn)區(qū)重慶市涪陵區(qū)多年的栽培試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，莖瘤芥的生長(zhǎng)季節(jié)在秋冬季，幼苗期的氣溫如高于25 ℃，則容易誘發(fā)先期抽薹，從而導(dǎo)致產(chǎn)量損失。此外，川渝地區(qū)秋冬季多云霧、寡日照的生態(tài)條件也使得莖瘤芥品種在對(duì)環(huán)境的適應(yīng)和選育過程中形成了在較弱光照條件下仍能健壯生長(zhǎng)以確保產(chǎn)量的生理學(xué)特性;相反，光照過強(qiáng)則易促進(jìn)病毒病的發(fā)生，導(dǎo)致減產(chǎn)。川渝地區(qū)冬季的降水量較少，但是由于云霧寡照天氣的蒸發(fā)量較小、水分散失量較少等原因，田間土壤相對(duì)濕度大多能維持在60%以上，可以滿足莖瘤芥生長(zhǎng)的水分供應(yīng)，如偶有冬旱發(fā)生，適當(dāng)?shù)娜斯す喔瓤梢杂行аa(bǔ)充莖瘤芥對(duì)水分的需求，因此水分條件一般不構(gòu)成莖瘤芥產(chǎn)量形成的限制因素[22]。

結(jié)合前人研究得到的莖瘤芥幼苗期、瘤莖膨大期溫度適宜指標(biāo)以及莖瘤芥氣候優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)多年降水、光照特征，本研究制定了莖瘤芥氣候適宜度指數(shù)的模型參數(shù)，具體設(shè)置如下：幼苗期，T1=10 ℃，T2=25 ℃，T0=20 ℃;瘤莖膨大期，T1=0 ℃，T2=15 ℃，T0=10 ℃[22]。Pa、Sa分別以重慶市涪陵區(qū)多年旬平均降水量與日照時(shí)數(shù)作為參考表征。

1.3基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法

相鄰年份間產(chǎn)量的變化可認(rèn)為主要由氣象條件的差異引起，那么如果同一地區(qū)的同一作物在2個(gè)歷史年份的氣象要素變化相近或者相似，則該作物產(chǎn)量的變化也應(yīng)該相似。2個(gè)氣象條件相似年可以基于歐氏距離與相關(guān)系數(shù)的綜合診斷指標(biāo)來判斷[26-27]，相關(guān)公式如下：

式中，k為產(chǎn)量預(yù)報(bào)年;i為任一歷史年;j為氣象要素序號(hào);n為樣本長(zhǎng)度;Cik為任一歷史年（i年）能否判定為預(yù)報(bào)年（k年）氣象條件相似年的綜合診斷指標(biāo)，其值越大，相似程度越高;rik為預(yù)報(bào)年（k年）和任一歷史年（i年）某氣象要素間的相關(guān)系數(shù);dik為預(yù)報(bào)年（k年）和任一歷史年（i年）某氣象要素間的歐氏距離;△Xi為相鄰2年某氣象要素的差值;Xij為任一歷史年（i年）第j個(gè)氣象要素值;Xkj為預(yù)報(bào)年（k年）第j個(gè)氣象要素值;X—k、X—i為預(yù)報(bào)年（k年）或任一歷史年（i年）n個(gè)氣象要素的平均值;Xi、Xi-1為第i年、第（i-1）年的氣象要素值，包括日平均氣溫（℃）、最高氣溫（℃）、最低氣溫（℃）、降水量（mm）、日照時(shí)數(shù)（h）、莖瘤芥苗期至產(chǎn)量預(yù)報(bào)起報(bào)日的≥0 ℃積溫（℃·d）、累積降水量（mm）、標(biāo)準(zhǔn)化降水量、累積日照時(shí)數(shù)（h）等。

選取熱量、水分、光照等3類氣象要素，分別作為參與計(jì)算的氣象要素（X）。利用氣象條件相似年綜合診斷指標(biāo)（Cik），計(jì)算得到各氣象要素相似程度最高的年型（豐收年型/歉收年型），并在根據(jù)熱量、水分、光照3類氣象要素得到的相似年中，各篩選出3個(gè)相似程度最高的年型（共9個(gè)相似年型），以相似豐歉年型氣象影響指數(shù)（△Yi）作為預(yù)報(bào)年產(chǎn)量豐歉情況的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)集。

根據(jù)氣象條件相似年綜合診斷指標(biāo)，在篩選出的預(yù)報(bào)年與歷史年的9個(gè)歷史氣象要素相似年中，根據(jù)豐歉年型頻率綜合計(jì)算得到單產(chǎn)豐歉預(yù)報(bào)值。對(duì)于計(jì)算得到的歷史氣象要素相似年產(chǎn)量豐歉的可能性進(jìn)行無差別綜合分析，將9個(gè)歷史氣象要素相似年均作為代表性歷史年份作進(jìn)一步類比分析。相關(guān)公式如下：

式中，△Yk為單產(chǎn)豐歉預(yù)報(bào)值;△Yi（+）為9個(gè)歷史氣象要素相似年中，產(chǎn)量豐收年型的產(chǎn)量氣象影響指數(shù);△Yi（-）為9個(gè)歷史氣象要素相似年中，產(chǎn)量歉收年型的產(chǎn)量氣象影響指數(shù);l為產(chǎn)量為豐的年型數(shù)量;m為產(chǎn)量為歉的年型數(shù)量;a（+）、a（-）分別為預(yù)報(bào)試驗(yàn)結(jié)果為正值、負(fù)值的概率。

1.4預(yù)報(bào)產(chǎn)量的計(jì)算及產(chǎn)量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的判斷

根據(jù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算預(yù)報(bào)產(chǎn)量，公式如下：

產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型的準(zhǔn)確率利用豐歉趨勢(shì)準(zhǔn)確率和單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行判斷。豐歉趨勢(shì)準(zhǔn)確率用預(yù)報(bào)值與實(shí)際值計(jì)算得到的產(chǎn)量氣象影響指數(shù)（△Yi）的正負(fù)性來判斷，二者正負(fù)性一致表示豐歉趨勢(shì)準(zhǔn)確，否則表示不準(zhǔn)確。

單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率由單產(chǎn)預(yù)報(bào)值與實(shí)際值計(jì)算得到，公式如下：

式中，Y1、Y0分別為預(yù)報(bào)單產(chǎn)（kg/hm2）、實(shí)際單產(chǎn)（kg/hm2）。

2結(jié)果與分析

2.1基于氣候適宜度指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)

以1985-2015年莖瘤芥幼苗期至瘤莖膨大期（9月上旬至次年2月中旬）的氣象數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù)集，用預(yù)報(bào)日前所有生育周期的綜合氣候適宜度指數(shù)與產(chǎn)量氣象影響指數(shù)建立一元回歸方程，得到莖瘤芥瘤莖產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型，并以進(jìn)入瘤莖膨大期后的每旬初始日為起報(bào)時(shí)間。如表1所示，在不同起報(bào)時(shí)間建立的預(yù)報(bào)模型方程均通過了0.05水平的有效性檢驗(yàn)。

以2015-2020年的氣象數(shù)據(jù)與莖瘤芥瘤莖實(shí)際產(chǎn)量作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)集，對(duì)表1建立的莖瘤芥瘤莖產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。由表2可以看出2015-2019年莖瘤芥產(chǎn)量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率及豐歉趨勢(shì)，各起報(bào)時(shí)間的平均單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率維持在93.0%～98.8%的較高水平;從不同起報(bào)時(shí)間上看，12月1日-次年1月1日的平均單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率維持在96.0%～96.6%的較高水平，且隨著起報(bào)時(shí)間延后，單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率整體表現(xiàn)為逐漸提高的趨勢(shì);1月1日后起報(bào)的單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率整體較1月1日之前起報(bào)的有所降低。此外還可以看出，單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最低為88.7%（2017年2月21日起報(bào)），最高為99.9%（2016年2月11日、2020年1月1日起報(bào)）。趨勢(shì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性則呈現(xiàn)一定的不確定性，結(jié)果表現(xiàn)為2016年、2017年莖瘤芥產(chǎn)量的預(yù)報(bào)單產(chǎn)對(duì)應(yīng)的△Y與實(shí)際單產(chǎn)對(duì)應(yīng)的△Y均為正值，說明產(chǎn)量豐歉的預(yù)報(bào)趨勢(shì)準(zhǔn)確，均為增產(chǎn)趨勢(shì)。2015年、2019年莖瘤芥產(chǎn)量的實(shí)際單產(chǎn)對(duì)應(yīng)的△Y為正值，但絕對(duì)值較小，即單產(chǎn)表現(xiàn)為略增趨勢(shì)，但預(yù)報(bào)值的趨勢(shì)為略減，雖然預(yù)報(bào)的趨勢(shì)不準(zhǔn)確，但是與實(shí)際值間的絕對(duì)差異較小，且在動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)后期（2月11日、2月21日），預(yù)報(bào)的單產(chǎn)趨勢(shì)則開始偏向正確。在2018年，莖瘤芥產(chǎn)量的豐歉趨勢(shì)預(yù)報(bào)在不同起報(bào)時(shí)間均有偏差，說明基于氣候適宜度指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法具有較高的單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，且在進(jìn)入瘤莖膨大期以后，1月1日及以前的起報(bào)時(shí)間的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高，反映在莖瘤芥瘤莖形成初期，氣象條件對(duì)產(chǎn)量形成的決定作用更為明顯，進(jìn)入1月后，瘤莖已經(jīng)穩(wěn)定形成，對(duì)環(huán)境氣象條件也有較強(qiáng)的抗性，氣象條件對(duì)產(chǎn)量形成的影響相對(duì)較小。而在趨勢(shì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性方面，存在一定的不確定性，在有限預(yù)報(bào)年份的準(zhǔn)確率較低。

2.2基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)

采用1985-2015年莖瘤芥幼苗期至瘤莖膨大期（9月上旬至次年2月中旬）的氣象數(shù)據(jù)與瘤莖產(chǎn)量數(shù)據(jù)作為氣象要素相似年比較的樣本集，利用歷史豐歉氣象影響指數(shù)加權(quán)平均分析法計(jì)算預(yù)報(bào)年產(chǎn)量。

以2015-2020年氣象數(shù)據(jù)與莖瘤芥瘤莖實(shí)際產(chǎn)量作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)集。如表3所示，不同年份、不同起報(bào)時(shí)間的平均單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率維持在94.1%～98.8%的較高水平;起報(bào)時(shí)間為12月1日-次年1月1日的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率維持在96.8%～98.9%的較高水平，其中1月1日起報(bào)的單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，1月1日以后單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率有所降低;單次預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的最低值為88.9%（2016年2月11日起報(bào)），最高值為99.7%（2015年12月1日、2015年12月11日、2015年12月21日、2016年1月1日、2017年12月1日、2017年12月11日起報(bào)）。由表3還可以看出，2018年莖瘤芥產(chǎn)量的實(shí)際△Y為負(fù)值，即單產(chǎn)趨勢(shì)為略減，而預(yù)報(bào)單產(chǎn)趨勢(shì)表現(xiàn)為略增，但△Y絕對(duì)誤差較小，其余年份除個(gè)別起報(bào)時(shí)間的預(yù)報(bào)值與實(shí)際值有一定偏差外，趨勢(shì)預(yù)報(bào)均一致。說明基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法具有較高的單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率及趨勢(shì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。在進(jìn)入瘤莖膨大期以后，1月1日及以前起報(bào)的單產(chǎn)準(zhǔn)確率更高，符合莖瘤芥生育特點(diǎn)與生育期條件的變化規(guī)律?？傮w上看，趨勢(shì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高，個(gè)別單產(chǎn)接近平年的年份具有較小的預(yù)報(bào)偏差。

2.32種預(yù)報(bào)方法的結(jié)果驗(yàn)證比較

在上述研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步比較基于氣候適宜度指數(shù)與基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法，由表2、表3可以看出，2種方法均具有較高的單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，在動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)中，基于氣候適宜度指數(shù)的產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法的最低單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為88.7%，最高單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為99.9%;基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法的最低單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為88.9%，最高單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為99.7%，可見2種方法預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率極值差異較小。對(duì)比不同年份各起報(bào)日期的平均單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率可知，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型的單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率優(yōu)于基于氣候適宜度指數(shù)的方法。對(duì)比同一年份不同起報(bào)日期的平均單產(chǎn)準(zhǔn)確率可知，在5個(gè)驗(yàn)證年份內(nèi)，3年歷史豐歉氣象影響指數(shù)方法的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高，2年氣候適宜度指數(shù)方法的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高。對(duì)比2種方法的豐歉趨勢(shì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率可知，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法準(zhǔn)確率更高。

如圖1a所示，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法于2016年1月1日前起報(bào)得到的2015年莖瘤芥產(chǎn)量預(yù)報(bào)值接近實(shí)際值，隨著起報(bào)時(shí)間延后，預(yù)報(bào)結(jié)果偏差增大，較實(shí)際產(chǎn)量偏高，而基于氣候適宜度指數(shù)的產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法在2016年2月1日前起報(bào)得到的莖瘤產(chǎn)量均較實(shí)際值明顯偏低。如圖1b所示，在2016年，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果在各起報(bào)時(shí)間均接近實(shí)際值，而基于氣候適宜度指數(shù)的產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果在各起報(bào)時(shí)間均偏高。如圖1c所示，在2017年的大多數(shù)起報(bào)時(shí)間，2種方法的預(yù)報(bào)結(jié)果均較實(shí)際值偏低，但是基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法的偏差更小。如圖1d所示，在2018年，基于氣候適宜度指數(shù)的產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果較實(shí)際值持續(xù)偏高，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際值存在一定偏差，并在一定范圍內(nèi)隨起報(bào)時(shí)間推后而有所波動(dòng)，但偏差總體小于基于氣候適宜度指數(shù)的產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法。如圖1e所示，在2019年，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果在不同起報(bào)時(shí)間較實(shí)際產(chǎn)量偏高，而基于氣候適宜度指數(shù)的產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果在各起報(bào)時(shí)間的準(zhǔn)確率較高。

綜上所述，相較于基于氣候適宜度指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)法，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)法在預(yù)報(bào)莖瘤芥產(chǎn)量趨勢(shì)及預(yù)報(bào)大多數(shù)年份的單產(chǎn)準(zhǔn)確率的效果均更好。

3結(jié)論與討論

作物產(chǎn)量預(yù)報(bào)工作的開展對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工產(chǎn)能及政府決策等諸多方面都具有重要意義[6-7]。而作物產(chǎn)量的形成除了受品種、生產(chǎn)力水平等影響外，與當(dāng)年的氣象條件有著密切關(guān)系?；陂L(zhǎng)期氣象條件與作物產(chǎn)量之間的關(guān)系，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立的產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型已經(jīng)在水稻、玉米等大宗糧油的產(chǎn)量預(yù)報(bào)中有較為廣泛的應(yīng)用[14-20]。而對(duì)于一些地方特色經(jīng)濟(jì)作物，由于歷史資料匱乏或者種植規(guī)模有限等因素，關(guān)于其產(chǎn)量預(yù)報(bào)的研究還較少。涪陵莖瘤芥是川渝、江浙一帶的特色經(jīng)濟(jì)作物，重慶市涪陵區(qū)更是莖瘤芥的核心優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，有悠久的種植歷史。研究者從栽培學(xué)的角度對(duì)播期、育苗方式、土壤肥力等方面對(duì)莖瘤芥產(chǎn)量形成的影響已有較為深入的研究[28-32]，關(guān)于生態(tài)環(huán)境因素對(duì)莖瘤芥產(chǎn)量形成影響的研究多從病蟲害發(fā)生、瘤莖空心、先期抽薹等不利因素對(duì)產(chǎn)量形成的影響方面進(jìn)行定性討論[22，33-35]，而基于氣象條件特征的莖瘤芥產(chǎn)量定量、動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的研究尚顯不足。

本研究以重慶市特色作物莖瘤芥為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)分析莖瘤芥核心產(chǎn)區(qū)多年的氣象資料與產(chǎn)量資料，基于氣候適宜度指數(shù)與歷史豐歉氣象影響指數(shù)2種方法建立莖瘤芥產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型，通過對(duì)比2種方法的產(chǎn)量預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確性得出，將基于氣候適宜度指數(shù)與基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法應(yīng)用于莖瘤芥產(chǎn)量預(yù)報(bào)中，均取得了較好的預(yù)報(bào)結(jié)果，且準(zhǔn)確率的極值差異較小。通過比較得出，這2種方法均表現(xiàn)出進(jìn)入瘤莖膨大期以后，1月1日及之前起報(bào)時(shí)間的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高，說明這段時(shí)期是莖瘤芥瘤莖產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期，受氣象條件的影響較大。在不同年份，各起報(bào)日期的基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)單產(chǎn)準(zhǔn)確率優(yōu)于基于氣候適宜度指數(shù)的預(yù)報(bào)。在有限驗(yàn)證年份內(nèi)，在產(chǎn)量趨勢(shì)預(yù)報(bào)方面，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高;在單產(chǎn)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率方面，大多數(shù)年份的基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高。綜合判斷，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的莖瘤芥產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法在實(shí)際應(yīng)用中具有更好的準(zhǔn)確性與適用性。

本研究對(duì)比分析了2種統(tǒng)計(jì)學(xué)建模方法對(duì)莖瘤芥產(chǎn)量預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，但是在預(yù)報(bào)模型的建立過程中，還存在一定不足。使用基于氣候適宜度指數(shù)的作物產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法時(shí)，作物生長(zhǎng)相關(guān)氣象指標(biāo)的確定及在同一生育期不同階段的細(xì)化尤為重要，隨著莖瘤芥植物生理與栽培學(xué)方面研究的深入，不同生育期氣象指標(biāo)的細(xì)化可以使得基于氣候適宜度指數(shù)的作物產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型準(zhǔn)確性得到提升。使用基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法時(shí)，不同的相似年判定方法也會(huì)影響預(yù)報(bào)結(jié)果，并且隨著歷史資料的積累，校正樣本量增加，基于歷史豐歉氣象影響指數(shù)的產(chǎn)量豐歉動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法的準(zhǔn)確性也可得到進(jìn)一步提升。

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（責(zé)任編輯：徐艷）

收稿日期：2021-06-09

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（42175193）;重慶市技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目（cstc2020jscx-msxmX0111）;中國(guó)氣象局創(chuàng)新發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目（CXFZ2021J073）;重慶市氣象部門智慧氣象技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（ZHCXTD-202016）;重慶市氣象部門業(yè)務(wù)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目（YWJSGG-201905）;重慶市氣象局科技計(jì)劃項(xiàng)目（QNJJ-201703）

作者簡(jiǎn)介：武強(qiáng)（1989-），男，山西忻州人，碩士，工程師，主要從事農(nóng)田小氣候與氣象儀器方面的研究。（E-mail）theodorus@yeah.net

通訊作者：方麗，（E-mail）67833756@qq.com