紅富士蘋果果徑及產(chǎn)量與環(huán)境氣象要素的關(guān)系分析

裴秀苗 ，蘇 歡 ，張茜茹 ，裴昭萌

（1.運(yùn)城市氣象局，山西 運(yùn)城 044000；2.山西省氣象科學(xué)研究所，山西 太原 030002；3.臨猗縣氣象局，山西 臨猗 044002；4.運(yùn)城市鹽湖區(qū)氣象局，山西 運(yùn)城 044000）

萬榮縣地處黃土高原，土地肥沃、土壤通透性好，四季分明，光照時(shí)間長，晝夜溫差大，年平均氣溫12.3 ℃，降水量502.7 mm，日照時(shí)數(shù)2 234.7 h，符合優(yōu)質(zhì)蘋果生產(chǎn)的氣象指標(biāo)[1]，是我國乃至世界優(yōu)質(zhì)蘋果產(chǎn)區(qū)，種植蘋果歷史悠久。受益于良好的環(huán)境氣候條件，萬榮縣的蘋果汁多皮薄、香甜味美，素有“萬榮蘋果甲天下”之美譽(yù)。全縣栽植蘋果樹2.2萬hm2，年產(chǎn)量60萬t，以紅富士為主。蘋果是萬榮縣農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)村穩(wěn)定的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，2010、2014年分別獲得了山西省出口加拿大和美國的第一張“綠卡”，2013年被確定為國家出口蘋果質(zhì)量安全示范區(qū)。

蘋果的生長受自身遺傳因素和生態(tài)環(huán)境因素的共同影響，其中環(huán)境氣象條件對其生長起著舉足輕重的作用[2-5]。眾多學(xué)者在蘋果產(chǎn)量定性預(yù)報(bào)、氣候品質(zhì)與氣象因子的相關(guān)關(guān)系以及災(zāi)害防御等方面開展了大量研究，取得了顯著的成效[6-15]，劉璐等[16]利用非線性回歸分析方法研究了陜西省禮泉、鳳翔、白水、洛川和旬邑等縣蘋果單產(chǎn)與氣象因子的相關(guān)關(guān)系，建立了非線性回歸預(yù)測模型，預(yù)測準(zhǔn)確率在64%以上。裴秀苗等[17]研究發(fā)現(xiàn)，8月上旬的日照時(shí)數(shù)、6月和9月的降水量以及9月的相對濕度等與萬榮縣紅富士蘋果果面裂紋等級關(guān)系密切。楊小利等[18]研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化對隴東高原蘋果的影響利弊共存，當(dāng)前氣候向暖干化發(fā)展，造成隴東地區(qū)蘋果開花期提前，花期凍害概率提高，而生長周期的延長有利于營養(yǎng)物質(zhì)和糖分的積累，對提高蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)有著重大的積極意義。魏欽平等[19]應(yīng)用多種計(jì)算方法，對我國不同生態(tài)氣候區(qū)的蘋果品質(zhì)進(jìn)行分析，并根據(jù)生產(chǎn)氣候條件，將我國蘋果種植區(qū)劃分為渤海灣中晚熟和晚熟蘋果種植區(qū)、黃土高原和甘肅隴東早熟蘋果種植區(qū)、黃河故道和秦嶺北麓新興種植區(qū)、西南高原高檔優(yōu)質(zhì)蘋果種植區(qū)、長江以南早熟蘋果種植區(qū)。劉璐等[20]研究發(fā)現(xiàn)，陜西省紅富士蘋果果徑的大小和生長季的平均氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，幼果期的氣溫日較差影響蘋果的硬度，而可溶性固形物和單果質(zhì)量與著色成熟期的日平均最低氣溫以及膨大期的降水量呈顯著正相關(guān)。姚小英等[21]研究發(fā)現(xiàn)，隴東南花牛蘋果單果質(zhì)量和氣溫相關(guān)關(guān)系顯著，而果徑、單果質(zhì)量的變化與≥10 ℃積溫符合S型曲線。總的來說，目前就果徑、單果質(zhì)量與氣象因子相關(guān)關(guān)系的研究相對比較薄弱，而且受地域因素的影響，各地環(huán)境氣象因子對紅富士蘋果的影響程度存在著明顯的差異，因此，有必要就蘋果優(yōu)產(chǎn)區(qū)萬榮縣的環(huán)境氣象因子予以分析研究。

本研究擬通過對萬榮縣紅富士蘋果橫徑、縱徑、單果質(zhì)量、平均產(chǎn)量等分別與環(huán)境氣象因子的關(guān)系進(jìn)行分析，建立影響蘋果大小、單果質(zhì)量、產(chǎn)量等的預(yù)測模型，以期提高農(nóng)民抗御氣象災(zāi)害的能力[22]，為實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興保駕護(hù)航。

1 資料和方法

氣象資料來源于運(yùn)城市氣象局，紅富士蘋果發(fā)育期資料來源于萬榮縣氣象局。

選用2011—2020年旬、月平均氣溫、積溫（≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃和≥15 ℃）、氣溫日較差、平均最低（最高）氣溫、降水量、連續(xù)降水日數(shù)、日照時(shí)數(shù)、日照百分率、相對濕度等環(huán)境氣象資料和蘋果生育觀測資料，利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件和Excel表格進(jìn)行資料處理分析，通過逐步回歸，篩選出與萬榮縣紅富士蘋果果徑、單果質(zhì)量、產(chǎn)量關(guān)系密切的環(huán)境氣象因子，建立多元回歸模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境氣象因子與果徑的關(guān)系分析

萬榮紅富士蘋果開花期在4月2—16日，4月10日左右幼果初形成，采摘期在10月中旬至11月上旬。從圖1可以看出，紅富士蘋果從5月上旬至10月上旬橫徑和縱徑持續(xù)增長，幼果時(shí)橫徑和縱徑差別不大，進(jìn)入6月中旬，橫徑的增長速度大于縱徑，橫徑逐漸超過縱徑，外形上初步呈現(xiàn)偏圓或扁圓形的特點(diǎn)；8月20日后，橫徑增長速度達(dá)到高峰，果實(shí)增大最快；至9月中旬橫縱徑比例基本定型，橫徑于10月上旬、縱徑于9月底基本停長，10月中旬開始收獲。從幼果初形成到采摘，生長期為192～205 d。

圖1 萬榮蘋果幼果至成熟期果徑增長變化Fig.1 Increase change of fruit diameter of apples in Wanrong from young apple to maturity

以紅富士蘋果橫、縱徑為目標(biāo)函數(shù)，環(huán)境氣象因子為自變量，應(yīng)用逐步回歸，剔除對目標(biāo)函數(shù)影響較小的因子，得到影響紅富士蘋果橫、縱徑的關(guān)鍵氣象因子和回歸方程。

式中，y為橫徑，x1為8月上旬降水量，x2為8月中旬最低氣溫，x3為8月平均氣溫，x4為8月降水量。相關(guān)系數(shù)為0.19，R2=0.83，通過置信度0.1檢驗(yàn)。

從公式（1）可以看出，萬榮縣紅富士蘋果橫徑的膨大主要受8月氣象因子的影響。影響橫徑大小的主要環(huán)境氣象因子有8月上旬和8月的降水量、8月中旬最低氣溫以及8月的平均氣溫，橫徑的生長速度與整個(gè)8月的降水量和平均氣溫呈正相關(guān)。對萬榮縣紅富士蘋果來說，8月是其第2膨大期，雨熱條件是紅富士蘋果膨大的關(guān)鍵影響因子，降雨多可使細(xì)胞體積膨大，而干旱缺水是影響膨大的重要?dú)庀鬄?zāi)害，此時(shí)應(yīng)保證果園內(nèi)水分供應(yīng)，適時(shí)灌水，促進(jìn)果實(shí)膨大與花芽發(fā)育；熱量條件是橫徑增長的另一關(guān)鍵因子，在適宜的溫度范圍內(nèi)，雨熱充足，橫徑增長快速，果大；相反雨熱條件不足，橫徑生長受阻，果小，商品價(jià)值低，影響果農(nóng)增收。

式中，y為縱徑，x1為5月降水量，x2為6月中旬最低氣溫，x3為7月上旬相對濕度，x4為8月下旬相對濕度。相關(guān)系數(shù)為0.91，R2=0.83，通過0.1的置信度檢驗(yàn)。

相對于橫徑來說，縱徑的增長進(jìn)度緩慢，受影響的環(huán)境氣象因子從5月持續(xù)到8月，其中，5月的降水量、6月中旬的最低氣溫、7月上旬的相對濕度與縱徑大小呈正相關(guān)，也就是說5—8月是萬榮縣紅富士蘋果“長高”期，其中，5月是幼果第1次膨大期，此時(shí)是果樹需水臨界期，降水充足，有利于幼果“長高”；7—8月進(jìn)入幼果第2次膨大期，也是果樹第2個(gè)需水臨界期，7月上旬環(huán)境濕潤，樹葉吸收水分充足，光物質(zhì)積累較多，有利于紅富士蘋果縱徑增長，缺水時(shí)新梢生長不良、幼果嚴(yán)重脫落、果個(gè)小、產(chǎn)量低、品質(zhì)差；8月下旬果園內(nèi)空氣相對濕度過大反倒不利于縱徑的生長。

總之，萬榮縣紅富士蘋果果徑的大小與氣溫密切相關(guān)，與特定時(shí)期的氣溫呈明顯的正相關(guān)，在一定氣溫范圍內(nèi)，氣溫越高，細(xì)胞分化越快，果徑增長越快，反之果徑增長則慢。8月是萬榮紅富士蘋果第2個(gè)膨大期，降水多，有利于形成大果，而降水少，細(xì)胞分裂受阻，影響果實(shí)膨大，容易形成小果，商品價(jià)值降低。

由圖2可知，8月上旬降水量和橫徑呈較為明顯的正相關(guān)關(guān)系，降水量較多時(shí)，空氣濕潤，滿足果皮和果肉細(xì)胞分裂需要的水分，果皮和果肉細(xì)胞分化充分，利于幼果膨大形成大果；而降水稀少時(shí)，果皮和果肉細(xì)胞分化受阻，皮厚、果小，后期遇降水多時(shí)容易出現(xiàn)果面裂紋甚至裂果。

圖2 橫縱徑與氣象因子的相關(guān)性Fig.2 Correlation between transverse and longitudinal diameter and meteorological

2.2 平均單果質(zhì)量與環(huán)境氣象因子的關(guān)系分析

以紅富士蘋果平均單果質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，環(huán)境氣象因子為自變量，應(yīng)用逐步回歸，剔除對目標(biāo)函數(shù)影響較小的環(huán)境氣象因子，得到影響紅富士蘋果單果質(zhì)量的關(guān)鍵氣象因子和回歸方程。

式中，y為單果質(zhì)量（g），x1為 5月下旬最低氣溫，x2為 6月上旬最高氣溫，x3為 7月最低氣溫，x4為9月平均氣溫。相關(guān)系數(shù)為0.97，R2=0.94，通過0.05的置信度檢驗(yàn)。

由擬合方程及圖3可知，萬榮縣紅富士蘋果單果質(zhì)量與5月下旬的最低氣溫、9月的平均氣溫呈正相關(guān)，與6月上旬的最高氣溫、7月的最低氣溫呈負(fù)相關(guān)。影響萬榮縣紅富士蘋果單果質(zhì)量的主要環(huán)境氣象因子是氣溫，降水量、相對濕度和日照時(shí)數(shù)對單果質(zhì)量的影響均不顯著，這主要是因?yàn)樯a(chǎn)技術(shù)、管理水平、灌溉條件的提高，減弱了自然降水對蘋果產(chǎn)量的影響。

圖3 氣象因子與單果質(zhì)量的相關(guān)性Fig.3 Correlation between meteorological factors and single fruit weight

2.3 產(chǎn)量與環(huán)境氣象因子的關(guān)系分析

蘋果產(chǎn)量的形成除了受氣象條件影響外，還和管理水平、灌溉條件等密切相關(guān)。近年來，隨著市場變化，果農(nóng)越來越重視蘋果生產(chǎn)，在技術(shù)、資金等方面不斷增加投入，再加上水利設(shè)施的不斷完善，大大改善了靠天吃飯的被動(dòng)局面，因此，降水量和蘋果產(chǎn)量的關(guān)系逐漸淡化，但在降水特少的情況下，灌溉只能滿足根系生長需水，樹冠層的濕度條件難以改善，空氣的相對濕度顯著地影響到葉片氣孔的開放度，而氣孔開放度影響葉片與環(huán)境氣體的交換和水汽擴(kuò)散，所以，空氣濕度與光合作用有著密切的關(guān)系。當(dāng)相對濕度降到38%以下時(shí)，氣孔關(guān)閉，光合作用也隨著停止。

以紅富士蘋果產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)，環(huán)境氣象因子為自變量函數(shù)，采用逐步回歸分析法，剔除對目標(biāo)函數(shù)影響較小的環(huán)境氣象因子，得到影響紅富士蘋果產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子和回歸方程。

式中，y為產(chǎn)量（kg/hm2），x1為4月上旬相對濕度，x2為 4月降水量，x3為 4—8月日照時(shí)數(shù)，x4為8月上旬相對濕度。相關(guān)系數(shù)為0.96，R2=0.93，通過0.05的置信度檢驗(yàn)。

萬榮縣紅富士蘋果產(chǎn)量與4月降水量、4—8月日照時(shí)數(shù)、8月上旬相對濕度呈正相關(guān)，與4月上旬的相對濕度呈負(fù)相關(guān)（圖4）。4月上旬是萬榮縣紅富士蘋果開花期，降水多、濕度大，影響果花正常授粉，授粉率下降，影響產(chǎn)量；8月是果實(shí)第2膨大期，8月上旬相對濕度大，有利于細(xì)胞分裂，易于形成大果，提高產(chǎn)量；4—8月是萬榮縣紅富士蘋果生長的主要時(shí)期，期間日照充足，有利于光合產(chǎn)物的積累，具備高產(chǎn)的有利條件。

圖4 氣象因子與單產(chǎn)的相關(guān)性Fig.4 Correlation between meteorological factors and yield per unit

3 結(jié)論與討論

相比以往關(guān)于紅富士產(chǎn)量及果徑的相關(guān)研究，本研究系統(tǒng)分析了運(yùn)城市萬榮縣紅富士蘋果橫徑、縱徑及單果質(zhì)量、產(chǎn)量與氣象環(huán)境要素的關(guān)系，得到了影響該地紅富士蘋果果徑及產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子，并建立了橫徑、縱徑、單果質(zhì)量及單產(chǎn)與氣象環(huán)境要素的關(guān)系模型，在研究對象上更加系統(tǒng)全面，要素選擇上更加貼近實(shí)際，為當(dāng)?shù)靥O果品質(zhì)和產(chǎn)量提升提供了有力的科學(xué)依據(jù)。

紅富士蘋果的果徑大小、平均單果質(zhì)量及產(chǎn)量受環(huán)境氣候條件、栽培技術(shù)、生產(chǎn)水平、灌溉條件等的綜合影響，在不考慮栽培技術(shù)、生產(chǎn)水平、灌溉技術(shù)發(fā)展的前提下，萬榮縣紅富士蘋果果徑的大小、平均單果質(zhì)量及平均產(chǎn)量主要受氣溫和日照的影響，其次是特定時(shí)期的相對濕度，受降水量的影響較小。

萬榮縣紅富士蘋果橫徑與縱徑的生長速度在不同發(fā)育時(shí)期受不同氣象要素的影響，橫徑的生長速度與8月的降水總量、平均氣溫呈正相關(guān)。8月是萬榮縣紅富士蘋果橫徑增大的關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)充足的雨熱條件有利于橫徑的增長，形成大果；反之，雨熱條件不足時(shí)，橫徑生長受阻，果小。縱徑的生長速度與5月的降水總量、6月中旬的最低氣溫、7月上旬的相對濕度呈正相關(guān)。相對于橫徑來說，縱徑的增長進(jìn)度緩慢，受影響的環(huán)境氣象因子從5月持續(xù)到8月，其中,5月的降水量、6月中旬的最低氣溫、7月上旬的相對濕度與縱徑呈正相關(guān)關(guān)系。5—8月是萬榮縣紅富士蘋果“長高”時(shí)期，其中，5月是幼果第1次膨大期，此時(shí)果樹處于需水臨界期，降水充足有利于幼果縱經(jīng)的增加；7—8月是幼果第2次膨大期，也是果樹第2個(gè)需水臨界期，7月上旬環(huán)境濕潤，樹葉吸收水分充足，光物質(zhì)積累較多，有利于紅富士蘋果縱徑增長；相反，生長環(huán)境水分不足時(shí)果樹新梢生長不良、幼果嚴(yán)重脫落、果個(gè)小、產(chǎn)量低、品質(zhì)差。6月中旬的最低氣溫則是通過影響干物質(zhì)的積累而影響縱徑的生長速度。

萬榮縣紅富士蘋果單果質(zhì)量受降水量的影響不顯著，這可能是因?yàn)楫?dāng)?shù)靥O果種植區(qū)具備良好的灌溉條件，基本可以滿足蘋果生長對水分的需求。萬榮縣紅富士蘋果單果質(zhì)量主要受氣溫高低的影響，而且不同生育期影響程度不同。分析發(fā)現(xiàn)，5月下旬的最低氣溫、7月的最低氣溫、6月上旬的最高氣溫和9月的平均氣溫和單果質(zhì)量關(guān)系密切。產(chǎn)量與4月降水量、4—8月日照時(shí)數(shù)、8月上旬相對濕度呈正相關(guān)，與4月上旬的相對濕度呈負(fù)相關(guān)。4—8月是萬榮縣紅富士蘋果產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，期間日照充足，有利于光合產(chǎn)物的積累，從而提高單產(chǎn)，8月是果實(shí)第2次膨大期，8月上旬相對濕度大，有利于細(xì)胞分裂，易于形成大果，是形成高產(chǎn)的必備條件；而4月上旬是萬榮縣紅富士蘋果開花時(shí)期，降水多、濕度大，影響果花正常授粉，授粉率下降，從而使產(chǎn)量減少。

總體來看，4—8月的氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)及9月平均氣溫對萬榮縣紅富士蘋果產(chǎn)量因子的影響較大；果徑的大小與氣溫、降水密切相關(guān)，在一定溫度范圍內(nèi)，氣溫越高，細(xì)胞分化越快，果徑增長越快，反之果徑增長則慢；單果質(zhì)量與5月下旬的最低氣溫、9月的平均氣溫呈正相關(guān)，與6月上旬的最高氣溫、7月的最低氣溫呈負(fù)相關(guān)；產(chǎn)量與4月降水量、4—8月日照時(shí)數(shù)、8月上旬相對濕度呈正相關(guān)，與4月上旬的相對濕度呈負(fù)相關(guān)。