阿克蘇地區(qū)蘋(píng)果始花期預(yù)報(bào)模型研究

劉海蓉，馮貝貝，張振軍，梅 闖，吳 芳，閆 鵬*

（1.阿克蘇地區(qū)氣象局，新疆 阿克蘇 843000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091；3.阿克蘇地區(qū)林業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆 阿克蘇 843000）

阿克蘇地區(qū)地處塔克拉瑪干沙漠邊緣，屬溫帶大陸性干旱氣候，是富士蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)，其中紅旗坡具備獨(dú)特的地域優(yōu)勢(shì)和氣候資源，所產(chǎn)的“冰糖心”蘋(píng)果聞名遐邇。近年來(lái)，在全球氣候不斷變暖的背景下，蘋(píng)果花期呈逐年提前趨勢(shì)，花期遭遇災(zāi)害天氣的幾率也隨之加大，給蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展增加了更多風(fēng)險(xiǎn)[1]。阿克蘇蘋(píng)果花期常見(jiàn)氣象災(zāi)害有大風(fēng)浮塵、高溫?zé)岷Α⑼硭獌龊Φ?，花期預(yù)報(bào)是指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)的重要依據(jù)，果農(nóng)可以根據(jù)花期預(yù)報(bào)提前采取果園灌水、噴施激素或樹(shù)干涂白等措施調(diào)整花期，避開(kāi)或減輕不利天氣的影響，確保蘋(píng)果的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。

目前，對(duì)果樹(shù)花期已有大量的研究成果，主要是桂花[3]、桃花[4]、梨花[5]、檸檬花[6]、杏花[7]等，利用氣象因子[8-10]、花期天氣過(guò)程[11-14]、其他果樹(shù)物候期[15-17]等預(yù)報(bào)花期，對(duì)蘋(píng)果花期預(yù)報(bào)研究均有重要參考價(jià)值。由于地理環(huán)境差異、果樹(shù)生長(zhǎng)特性不同，花期預(yù)報(bào)研究具有一定的區(qū)域性。在氣候變暖大背景下，阿克蘇地區(qū)的蘋(píng)果花期也表現(xiàn)出不同程度的提前，因而花期果園管理也面臨著更大的挑戰(zhàn)。利用2000—2022年阿克蘇蘋(píng)果始花期物候資料和同期氣象數(shù)據(jù)，對(duì)蘋(píng)果始花期預(yù)報(bào)進(jìn)行研究，構(gòu)建始花期預(yù)報(bào)模型，旨在更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)阿克蘇蘋(píng)果始花期和花期，為防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

2000—2022年氣象數(shù)據(jù)來(lái)自阿克蘇地區(qū)氣象局，同期蘋(píng)果始花期資料來(lái)自阿克蘇市一桿旗鄉(xiāng)常規(guī)管理蘋(píng)果園觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。蘋(píng)果園距離阿克蘇地區(qū)氣象局300 m，采用氣象數(shù)據(jù)分析該果園蘋(píng)果花期具有一定代表性。

2 數(shù)據(jù)處理

將始花期轉(zhuǎn)換為日序數(shù)（每年1月1日記為1，1月2日記為2，……以此類(lèi)推），得到每年的始花期序列。

蘋(píng)果始花期距平為當(dāng)年值與歷年平均值的差值，其中正值為始花期晚于常年，負(fù)值為始花期早于常年。

采用阿克蘇市2000—2022年氣象資料，包括旬月氣溫（平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫）、相對(duì)濕度、日照和截至3月≥0、3、5、10℃有效積溫等，統(tǒng)計(jì)分析蘋(píng)果花期與氣象要素的相關(guān)性，采用逐步回歸法建立蘋(píng)果始花期預(yù)測(cè)模型，并進(jìn)行檢驗(yàn)及預(yù)測(cè)。其中2000—2019年數(shù)據(jù)用于始花期模型建立，2020—2022年數(shù)據(jù)用于模型效果檢驗(yàn)。采用SPSS22、Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析及繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 蘋(píng)果始花期年際變化分析

2000年以來(lái)，2013和2018年蘋(píng)果開(kāi)花最早，出現(xiàn)在4月4日；2011年始花期最晚，為4月18日，最早與最晚相差14 d（圖1）。

2000—2019年平均始花期為4月11日，基于平均始花期偏早年份有2005—2009、2013—2019年共12 a，偏晚有2000—2004、2010—2012年共8 a。

2000—2013年始花期日序數(shù)呈減少趨勢(shì)，即始花期提前，2013年以后始花期均偏早（圖1），傾向率為每10 a減少4.47 d，共減少8.9 d，即提前約9 d。

圖1 阿克蘇蘋(píng)果始花期年際變化

3.2 氣象條件對(duì)始花期的影響分析

蘋(píng)果始花期與氣溫、相對(duì)濕度、日照、積溫等關(guān)系密切（表1），其中各界限溫度有效積溫因子均達(dá)到顯著水平。

表1 蘋(píng)果始花期與氣象因子相關(guān)性

3.2.1 氣溫對(duì)始花期的影響

始花期與3月各旬和3月的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫有明顯的相關(guān)性（圖2）。1—3月各旬氣溫因子與始花期的相關(guān)系數(shù)變化趨勢(shì)基本一致，始花期與1月上旬和2月上、中旬平均氣溫呈正相關(guān)，但不顯著。始花期與3月上、下旬平均氣溫和旬平均最高氣溫及3月下旬平均最低氣溫、3月旬平均氣溫、旬最高氣溫、旬最低氣溫均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），氣溫越高，開(kāi)花越早。

圖2 阿克蘇蘋(píng)果始花期與氣溫的相關(guān)性分析

3.2.2 相對(duì)濕度對(duì)始花期的影響

由圖3可知，3月上旬、下旬和3月蘋(píng)果始花期與相對(duì)濕度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相對(duì)濕度越大，花期越延遲。

圖3 阿克蘇蘋(píng)果始花期與平均相對(duì)濕度的相關(guān)性分析

3.2.3 日照時(shí)數(shù)對(duì)始花期的影響

蘋(píng)果始花期與3月下旬和3月日照時(shí)數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），其余時(shí)段差異不顯著（圖4）。主要原因可能是花芽先于葉芽萌發(fā)，而植物主要通過(guò)葉片進(jìn)行光合作用，花期前日照影響不大。

圖4 阿克蘇蘋(píng)果始花期與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性分析

3.2.4 各界限溫度有效積溫與始花期分析

≥0、3、5、10℃有效積溫均與始花期呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），花前積溫越高，開(kāi)花期提前越明顯（圖5）。

圖5 阿克蘇蘋(píng)果始花期與各界限溫度有效積溫相關(guān)性分析

3.3 蘋(píng)果始花期預(yù)報(bào)模型的建立

將表1影響蘋(píng)果花期的氣象因子分為平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、有效積溫等6類(lèi)，選取各類(lèi)因子相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的因子建立預(yù)報(bào)模型。分別為3月平均氣溫、3月平均最高氣溫、3月下旬最低氣溫、3月相對(duì)濕度、3月下旬日照時(shí)數(shù)、≥5℃有效積溫。

由表2可知，各因子之間存在很強(qiáng)的共線(xiàn)性，有信息重疊，可通過(guò)因子的主成分分析[17]，構(gòu)建成一個(gè)綜合的因子。利用SPSS22統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)選取的6個(gè)因子進(jìn)行主成分分析，聚合成一個(gè)綜合自變量因子，建立回歸模型：

表2 各氣象因子之間相關(guān)系數(shù)

式中，Y表示始花期日序數(shù)，x為6個(gè)因子通過(guò)主成分分析提取的綜合因子。

表3為蘋(píng)果始花期預(yù)報(bào)模型的回歸方差分析，其中df為自由度。差異性檢驗(yàn)值Sig為0.000，小于顯著性水平0.01，說(shuō)明因子差異顯著；方程F顯著性統(tǒng)計(jì)量的P值為0，小于顯著性水平0.01，說(shuō)明回歸方程回歸效果顯著，回歸系數(shù)不為0，即方程有效。

表3 蘋(píng)果始花期預(yù)報(bào)回歸方差

3.4 花期預(yù)測(cè)模型的檢驗(yàn)

利用花期預(yù)報(bào)模型對(duì)2000—2019年始花期進(jìn)行擬合回代檢驗(yàn)（圖6）。結(jié)果表明，始花期預(yù)報(bào)值與實(shí)際值相差0～2 d的準(zhǔn)確率達(dá)到80%，相差3 d的準(zhǔn)確率為15%，其中2016和2018年的誤差為0 d；絕對(duì)誤差為1 d的有9 a，誤差為2 d的有5 a。

圖6 2000—2019年蘋(píng)果始花期預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值差異

3.5 蘋(píng)果花期試報(bào)檢驗(yàn)

對(duì)2020—2022年阿克蘇市蘋(píng)果始花期預(yù)報(bào)模型進(jìn)行試報(bào)檢驗(yàn)，2020—2022年蘋(píng)果始花期預(yù)測(cè)分別為4月8日、4月10日和4月10日，與實(shí)際相差分別為0、-2、-1 d，預(yù)報(bào)值基本吻合，該模型具有較高的精度。

4 討論

蘋(píng)果樹(shù)春季萌芽、開(kāi)花和坐果與早春氣象條件關(guān)系密切。已有研究成果表明，植物的花期會(huì)隨著年平均溫度的上升而提前，每上升3～5℃，花期提前2周[1]。開(kāi)花期是果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中一個(gè)非常關(guān)鍵的物候期，開(kāi)花早晚、長(zhǎng)短、集中程度都對(duì)果樹(shù)生產(chǎn)有重要影響[19]?；ㄆ谂c春季溫度間存在顯著負(fù)相關(guān)。濕度、降水、日照等因子對(duì)桂花花期都有明顯影響[3]。對(duì)黃桃始花期的影響，溫度因子影響大、日照因子影響次之，降水及其他氣象因子影響較小[4]。影響香梨盛花期的顯著氣象因子是3月平均最高氣溫、4月—始花期日照時(shí)數(shù)等，同樣是溫度、日照因子影響大，降水因子影響??；同時(shí)越冬期溫度高，光照充足，梨樹(shù)始花期偏早，反之始花期偏晚[5，15]，使積溫更能體現(xiàn)其與桃花、檸檬花期的內(nèi)在關(guān)系[6，17]。涇川縣蘋(píng)果開(kāi)花提前或推遲與3月—4月上旬≥0℃積溫、3月下旬—4月上旬平均最高氣溫有很大的關(guān)系[20]。運(yùn)用蘋(píng)果梨開(kāi)花期日序數(shù)與1—4月旬均溫、降水、日照時(shí)數(shù)、20和40 cm的地溫?cái)M合出蘋(píng)果梨始花期預(yù)報(bào)模型[21]；穩(wěn)定通過(guò)3、10℃日期和積溫比較適合預(yù)報(bào)洛川縣和安塞區(qū)蘋(píng)果花期[22]。

積溫和氣象因子回歸預(yù)報(bào)法是當(dāng)前用于花期預(yù)報(bào)的主要方法。本研究對(duì)阿克蘇蘋(píng)果花期的預(yù)報(bào)研究表明，始花期前的氣溫、相對(duì)濕度、日照、積溫等對(duì)始花期有明顯影響，與桂花、黃桃、香梨、杏花等大部分研究結(jié)果基本一致；蘋(píng)果花期還可能與冬季氣溫、界限溫度初日、開(kāi)春期等因素有關(guān)。

除氣象因子外，蘋(píng)果開(kāi)花期還受生長(zhǎng)環(huán)境、栽培管理、地理位置等其他條件的影響。本研究只選擇了氣溫、日照、相對(duì)濕度、積溫等氣象要素，其他因子如冬季氣溫、界限溫度初日、開(kāi)春期等相關(guān)因素的影響，有待于進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)阿克蘇地區(qū)2000—2019年氣象資料分析，蘋(píng)果始花期平均為4月11日，最早出現(xiàn)在4月4日，最晚為4月18日，最早和最晚相差14 d；始花期年代際變化趨勢(shì)呈提前趨勢(shì)，20 a提前約9 d。

（2）開(kāi)花前氣溫、相對(duì)濕度、積溫等氣象因子對(duì)蘋(píng)果始花期存在影響。3月、3月各旬的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫與蘋(píng)果始花期呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），3月、3月各旬的相對(duì)濕度與蘋(píng)果始花期呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），3月≥0、3、5、10℃有效積溫均與蘋(píng)果始花期呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），氣溫越高、相對(duì)濕度越低、積溫越高，蘋(píng)果始花期越早。

（3）選擇關(guān)鍵影響因子建立蘋(píng)果始花期預(yù)測(cè)模型，2000—2019年的回代檢驗(yàn)中始花期預(yù)報(bào)值與實(shí)際值相差0～2 d的準(zhǔn)確率達(dá)到80%，相差3 d的準(zhǔn)確率為15%；2020—2022年試報(bào)檢驗(yàn)預(yù)報(bào)值與實(shí)際值分別相差0、-2和-1 d，模型預(yù)報(bào)效果較好。