田曉婷,李瑞萍,荊肖軍,李夢軍,李樹文
(太原市氣象局,山西 太原 030082)
農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)是由天氣氣候條件決定的初級農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。氣候品質(zhì)評價與認(rèn)證是通過對農(nóng)作物生育期氣候要素進行客觀分析與呈現(xiàn),客觀展現(xiàn)氣候?qū)r(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響。我國國內(nèi)首先由浙江省氣象局金志鳳等[1]開展茶葉氣候品質(zhì)研究。隨后有學(xué)者對浙江省的水蜜桃、早晚稻等農(nóng)產(chǎn)品的氣候品質(zhì)進行系統(tǒng)的研究[2-6];龍余良等[7]探討了贛南臍橙品質(zhì)與氣象條件之間的內(nèi)在聯(lián)系,初步建立了贛南臍橙氣候品質(zhì)評價方法及分級標(biāo)準(zhǔn);劉璐等[8]、屈振江等[9]分析了陜西不同生態(tài)區(qū)蘋果品質(zhì)差異及與氣象因子的關(guān)系,建立了陜西紅富士蘋果氣候品質(zhì)指標(biāo)模型;楊春雷等[10]從菊花種植區(qū)域主要生育期氣候適宜度、生態(tài)環(huán)境適宜度、田間管理水平3 個方面選取了11 個指標(biāo),構(gòu)建了菊花氣候品質(zhì)綜合評價指標(biāo),開展菊花氣候品質(zhì)評價;楊利霞等[11]以影響果品品質(zhì)的氣候適宜性區(qū)劃、生長期氣候資源、氣象災(zāi)害為主要指標(biāo)初步探索了漢中柑橘果品氣候認(rèn)證技術(shù),并用于漢中柑橘果品品質(zhì)氣候認(rèn)證工作。陳耕等[12]對棉花的生物學(xué)特性、品質(zhì)特性與氣象因子的關(guān)系進行了研究。
山西地處黃土高原,多丘陵,屬大陸性溫帶氣候,光照充足,雨熱同季,氣溫日較差大,是水果優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)。酥梨原產(chǎn)于安徽碭山,20 世紀(jì)50 年代起大面積引種山西,成為山西省梨的主栽品種。由于山西省自然條件適合梨樹的生長,生產(chǎn)的酥梨果面光潔,色澤漂亮,皮薄肉細(xì),其外觀和內(nèi)在均受到廣大消費者的喜愛。酥梨的整個生長發(fā)育都受到外界氣象環(huán)境的影響,果品品質(zhì)與氣象條件密不可分[13-16]。黃娟等[17]建立了庫爾勒香梨氣候品質(zhì)評價指標(biāo)及模型;郭黃萍等[18]研究發(fā)現(xiàn),酥梨的抗寒性普遍強于其他品種的梨;劉小陽等[19-20]試驗發(fā)現(xiàn),光照強度較高條件下,碭山酥梨的可溶性糖、Vc 含量、糖酸比高,有機酸含量低,果實品質(zhì)佳;陳久紅等[21]對比研究了香梨各冠層部位的光合特性日變化和冠層結(jié)構(gòu)對果實產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。李德等[22]在厘清碭山酥梨關(guān)鍵品質(zhì)因素和影響氣象因子的基礎(chǔ)上,建立了碭山酥梨氣候品質(zhì)等級評價方法。關(guān)于酥梨品質(zhì)與氣象條件關(guān)系研究,大多停留在成熟酥梨性狀與氣象因子的定性關(guān)系描述上,溫光生態(tài)因子對果品品質(zhì)性狀的量化指標(biāo)研究亦不充分,尤其集中在單一品質(zhì)因子的氣象條件研究,缺乏綜合品質(zhì)與氣象條件關(guān)系方面的研究。針對酥梨氣候品質(zhì)評價方面尚無統(tǒng)一的規(guī)范性技術(shù)要求,無法滿足山西省酥梨氣候品質(zhì)評價與氣候品質(zhì)認(rèn)證等氣象服務(wù)需求。
筆者在田間試驗基礎(chǔ)上,利用2018—2019 年酥梨果品品質(zhì)指標(biāo)、物候觀測資料、氣象觀測資料、歷史氣候資料等,研究酥梨各生育期與氣象因子之間的關(guān)系,建立山西酥梨的氣候品質(zhì)評價指標(biāo),為科學(xué)客觀地開展酥梨氣候品質(zhì)評價與認(rèn)證工作,促進酥梨優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和合理區(qū)劃提供理論依據(jù)。
2018—2019 年,在山西省忻州市代縣、原平市,太原市陽曲縣,晉中市祁縣、平遙縣,運城市,晉城市高平縣等7 個主要規(guī)模化酥梨種植區(qū)(圖1)進行田間試驗,每個縣選取4~6 個果園,樹齡在10~15 a,管理水平中等,有灌溉條件(采收前30 d 不澆灌)。酥梨物候觀測從萌芽期到落葉期,由人工觀測并記錄。酥梨果品采樣并進行品質(zhì)檢測。氣象觀測要素包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時數(shù)、降水量等。
圖1 山西省酥梨主要種植區(qū)Fig.1 Major planting areas of crisp pears in Shanxi province
2018—2019 年在每個試驗果園不同位置選取3 棵樹,于果實成熟期在不同方位各摘取5 個果實,送運城農(nóng)業(yè)試驗站實驗室進行品質(zhì)檢測,測定單果質(zhì)量、橫徑、縱徑、可溶性固形物、果實硬度、總酸、總糖含量。
收集整理果品采樣點氣象觀測資料及歷史氣候資料,數(shù)據(jù)來源于山西省氣象信息中心。酥梨物候(生育期)由人工觀測記錄。酥梨生育期劃分為評價期(PG)、開花期(FP)、坐果及果實細(xì)胞分裂期(YS)、果實膨大期(ES)、果實成熟期(MP)5 個主要生育期,其中,開花期為始花期—始花第10 天,坐果及果實細(xì)胞分裂期為始花第11~35 天,果實膨大期為始花第91~140 天,果實成熟期為采收前30 d—采收期,評價期為始花期—采收期。其中,3 個采樣點歷年酥梨各生育期推算結(jié)果如表1 所示。氣象要素包括各時段內(nèi)平均氣溫(Ta)、平均最高氣溫(Tm)、平均最低氣溫(Ti)、平均日較差(Td)、降水量(R)和日照時數(shù)(Sp)。不同生育期氣象要素的表達(dá)方式為生育期_氣象要素,例如,開花期平均氣溫的表達(dá)方式為FP_Ta,其他類推。
表1 2018、2019 年和歷年采樣點酥梨各生育期推算結(jié)果Tab.1 Survey results of various growth periods of crisp pears at sampling points in 2018,2019 and past years 月-日
基于酥梨生物學(xué)特征,利用酥梨果品品質(zhì)和酥梨各生育期氣象資料,運用統(tǒng)計分析方法,篩選出影響酥梨果品品質(zhì)的關(guān)鍵氣象因子,確定酥梨氣候品質(zhì)指標(biāo);利用果品品質(zhì)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)和果品品質(zhì)單項指標(biāo)的氣候模型,結(jié)合歷史氣候資料分析,確定酥梨氣候品質(zhì)評價指標(biāo)與等級劃分;參照QX/T 486—2019 規(guī)范,在評價指標(biāo)及等級劃分基礎(chǔ)上,利用加權(quán)求和法,建立氣候品質(zhì)評價模型,確定酥梨氣候品質(zhì)評價等級劃分。
酥梨果品品質(zhì)指標(biāo)較多,常用的有果形、單果質(zhì)量、可溶性固形物、硬度、總酸度、總糖、固酸比等。現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《鮮梨》(GB/T 10650—2008),農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠色食品鮮梨》(NY/T 423—2000)、以及《碭山酥梨》(NY/T 1191—2006)中酥梨品質(zhì)的劃分與評定標(biāo)準(zhǔn),僅平均單果質(zhì)量、可溶性固形物有明確分級標(biāo)準(zhǔn)。由于果實硬度主要取決于品種自身特性,對環(huán)境條件敏感性較差,分級較困難,不宜采用。另外,總糖的測定方法、變化規(guī)律與可溶性固形物類似,因此,最終采用平均單果質(zhì)量、可溶性固形物、總酸度、固酸比這4 項指標(biāo),代表了酥梨果品的綜合品質(zhì)。根據(jù)山西酥梨的特點,參考原有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),與農(nóng)業(yè)專家討論,對其中的部分等級做出了一定的調(diào)整,并建立山西酥梨果品品質(zhì)等級標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果如表2 所示。當(dāng)平均單果質(zhì)量在220~280 g,可溶性固形物≥13.0%,總酸度<0.12%,固酸比在120~150 時,酥梨果品品質(zhì)為特級。
表2 酥梨果品品質(zhì)等級劃分Tab.2 Classification of crisp pears fruit quality grades
利用田間試驗取得的酥梨果品品質(zhì)檢測數(shù)據(jù)、酥梨物候(生育期)觀測資料、氣象觀測資料及歷史氣候資料進行統(tǒng)計分析。其中,把酥梨生育期劃分為評價期(始花期—可采成熟期)、開花期、坐果及果實細(xì)胞分裂期、果實膨大期、果實成熟期,分別統(tǒng)計上述各個階段的平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均氣溫、日照時數(shù)、氣溫日較差平均值和降水量共36 個氣象因子,作為待選因子,并運用因子分析、回歸分析等方法,找到影響山西酥梨果品品質(zhì)的主要氣象因子,最后確定成熟期氣溫日較差平均值(MP_Td)、評價期平均氣溫(PG_Ta)、果實膨大期日照時數(shù)(ES_Sp)和成熟期降水量(MP_R)為其對應(yīng)的氣候品質(zhì)指標(biāo)。
運用逐步線性回歸方法,分別以果品品質(zhì)為因變量,各個主要生育期的氣象因子為自變量,建立模型。從表3 可以看出,果品品質(zhì)指標(biāo)和某個生育期的氣象要素密切相關(guān)。平均單果質(zhì)量和成熟期降水量呈顯著正相關(guān),表明在該生育期內(nèi)雨水多對果實質(zhì)量增加有益;可溶性固形物含量和果實膨大期日照時數(shù)也呈顯著正相關(guān),說明果實膨大期日照充足對酥梨糖分積累有利;酸含量和成熟期氣溫日較差呈顯著負(fù)相關(guān),說明成熟期氣溫日較差大不利于酸形成;固酸比和評價期平均氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān),說明評價期平均氣溫低有利于提高固酸比。
表3 酥梨單項氣候品質(zhì)指標(biāo)模型Tab.3 Single climate quality index model of crisp pears
在酥梨果品品質(zhì)等級劃分基礎(chǔ)上,依據(jù)單項氣候品質(zhì)指標(biāo)模型,計算出各品質(zhì)指標(biāo)對應(yīng)的氣象要素臨界值,結(jié)合歷史氣候資料,考慮酥梨生育期的年際變化因素,將評價指標(biāo)分成4 個等級(表4)。
表4 酥梨氣候品質(zhì)評價指標(biāo)等級劃分和分級賦值方法Tab.4 Grading and grading voluation method of climate quality evaluation index of crisp pears
當(dāng)指標(biāo)同時符合成熟期降水量在30.0~90.0 mm,果實膨大期日照時數(shù)≥350 h,成熟期氣溫日較差平均值≥11.0 ℃,評價期平均氣溫在18.5~20.5 ℃時,為特級。由此可見,可以利用酥梨氣候品質(zhì)評價指標(biāo)對山西酥梨進行評價。但是如果參與評價的等級中有一項低于1 級,就不可以進行氣候品質(zhì)評價。
在以上研究基礎(chǔ)上,利用加權(quán)求和法,構(gòu)建酥梨氣候品質(zhì)評價模型。評價模型中,MP_Td、MP_R、PG_Ta、ES_Sp 這4 個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)均取0.25。氣候品質(zhì)評價指數(shù)由各氣候品質(zhì)指標(biāo)的評價等級值與權(quán)重乘積后求和得到[20]。
式中,ICQE為氣候品質(zhì)評價指數(shù);n為指標(biāo)個數(shù);ai為第i個指標(biāo)的 權(quán) 重系數(shù);Mi為 第i個指標(biāo) 對應(yīng)等級值。
把各個指標(biāo)對應(yīng)的等級值代入公式(1)計算出評價指數(shù),最終得到評價等級(表5)。當(dāng)ICQE≥2.5 時,評價等級為特優(yōu);當(dāng)1.5≤ICQE<2.5 時,評價等級為優(yōu);當(dāng)0.5≤ICQE<1.5 時,評價等級為良;當(dāng)ICQE<0.5 時,評價等級為一般。
表5 酥梨氣候品質(zhì)評價等級劃分Tab.5 Classification of climatic quality evaluation grades of crisp pears
利用2018、2019 年的3 個果園酥梨果品品質(zhì)檢測數(shù)據(jù),對氣候品質(zhì)指標(biāo)及評價模型進行檢驗,準(zhǔn)確率在80%以上,說明該模型能夠客觀反映山西酥梨品質(zhì),下一步可以用于不同果園或產(chǎn)區(qū)的氣候品質(zhì)認(rèn)證業(yè)務(wù)。
經(jīng)過山西省7 個主要規(guī)?;掷嫔a(chǎn)縣2 a 田間試驗,利用生育期物候、酥梨果品品質(zhì)和酥梨各生育期氣象數(shù)據(jù),結(jié)合歷史資料進行統(tǒng)計分析,研究酥梨果品品質(zhì)與氣象條件的關(guān)系,結(jié)果表明,平均單果質(zhì)量與成熟期降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系,成熟期正是梨樹果實著色和糖分積累的關(guān)鍵期,降水多有利于果實增質(zhì)量、提升品質(zhì),與李德等[22]關(guān)于碭山酥梨氣候品質(zhì)的研究結(jié)論一致;可溶性固形物含量與果實膨大期日照時數(shù)呈顯著正相關(guān),果實膨大期日照充足對酥梨糖分積累有利,與劉小陽等[20]研究結(jié)論相近;酸含量與成熟期氣溫日較差呈顯著負(fù)相關(guān),成熟期是各生育期中對果品品質(zhì),特別是對果實風(fēng)味影響最大的生育期,成熟期晝夜溫差大,有利于糖分積累,同時抑制酸的形成;固酸比與評價期平均氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān),在酥梨全生育期內(nèi),平均氣溫低有利于糖分積累,同時降低酸含量,從而有利于提高固酸比。
以酥梨果品氣候品質(zhì)分級指標(biāo)為基礎(chǔ)建立的果品氣候品質(zhì)評價指數(shù)CQEI,在技術(shù)思路上對金志鳳等[1]提出的茶葉氣候品質(zhì)等級評價模型進行了較好的承接與應(yīng)用,并進行了改進與創(chuàng)新。該評價模型在山西酥梨氣候品質(zhì)認(rèn)證評價的應(yīng)用效果較好,可進行業(yè)務(wù)化運用,同時為其他農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證研究提供參考。
本技術(shù)研究側(cè)重于光、溫、水等氣象因子對酥梨果品品質(zhì)的影響,根據(jù)山西省氣候條件與酥梨生產(chǎn)實際情況進行。確立由平均單果質(zhì)量、可溶性固形物、總酸度、固酸比指標(biāo)代表酥梨果品綜合品質(zhì),在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1191—2006 碭山酥梨的品質(zhì)分級基礎(chǔ)上,根據(jù)山西生產(chǎn)實際對部分果品品質(zhì)等級進行了適當(dāng)調(diào)整,形成山西酥梨果品品質(zhì)等級標(biāo)準(zhǔn),使本標(biāo)準(zhǔn)更具有實際指導(dǎo)意義。
考慮到不同地形、土壤、氣候等環(huán)境因素對酥梨品質(zhì)形成有著綜合的影響,本次田間試驗選取了7 個主要規(guī)模化酥梨生產(chǎn)縣,但選取的檢驗樣本較少,時間較短,因此,酥梨氣候品質(zhì)評價指標(biāo)和評價模型還需要在實際應(yīng)用中不斷修正和完善。