保山市油菜始花期預(yù)報(bào)模型構(gòu)建及檢驗(yàn)

祁倩 字雪明

摘 要 為研究云南省保山市油菜始花期與氣象條件的相關(guān)性，建立油菜始花期的預(yù)報(bào)模型，利用2016—2023年油菜生育期及同期氣象資料，采用SPSS進(jìn)行相關(guān)性分析，用逐步回歸方法建立基于氣象要素的預(yù)報(bào)模型，并對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明，在一定溫度范圍內(nèi)，氣溫越高，油菜生長速率越快，保山市油菜生長下限溫度為4.9 ℃，當(dāng)溫度低于此下限溫度時(shí)油菜停止發(fā)育；油菜始花期主要與氣溫相關(guān)，與12月的氣溫相關(guān)性顯著，12月氣溫越低，日照時(shí)間越短，始花期越晚；利用旬平均資料建立的預(yù)報(bào)方程模型與實(shí)況擬合程度好，具有較高的參考價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞 油菜；花期預(yù)報(bào)；逐步回歸；云南省保山市

中圖分類號(hào)：S165.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.09.018

油菜花是云南省保山市春季主要自然景觀之一，保山市各縣（市、區(qū)）均有千畝規(guī)模的油菜花田，騰沖市界頭鎮(zhèn)更是因擁有1萬hm2連片的油菜花海而被《中國國家地理》評(píng)為“云南最美的地方”。自2016年起，騰沖市界頭鎮(zhèn)每年春季都會(huì)舉行高黎貢花海節(jié)，吸引國內(nèi)外眾多游客前來欣賞游玩。同時(shí)，油菜作為一種經(jīng)濟(jì)作物，遇氣候異常會(huì)提前開花，并影響其產(chǎn)量。油菜花期的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，能為農(nóng)戶授粉提供參考，并指導(dǎo)開展采摘等一系列生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)。因此，油菜的花期預(yù)報(bào)在旅游、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面有較高的實(shí)用價(jià)值。

油菜生長發(fā)育期經(jīng)歷秋、冬、春三季，受氣象條件影響較大。目前已有學(xué)者研究了氣溫對(duì)油菜的影響，對(duì)于花期的預(yù)報(bào)，目前有逐步回歸方法、芽生長量測量統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)法、積溫物候預(yù)報(bào)法等方法[1-4]。保山市對(duì)于氣象條件與油菜花期的相關(guān)性研究、花期預(yù)報(bào)模型的建立等工作開展滯后，筆者采用逐步回歸分析方法，建立保山市油菜始花期的預(yù)報(bào)模型，以期為今后油菜始花期研究提供參考。

1 ?材料與方法

油菜生育期數(shù)據(jù)來源于保山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所2016—2023年觀測資料，氣象資料來源于保山市氣象局，采用保山國家氣象監(jiān)測站（站號(hào)56748）2015—2023年多年逐日降水、氣溫和日照資料。

油菜是越冬作物，保山市油菜基本于11月播種，次年2月開花，為使預(yù)報(bào)模型有一定提前量，選擇2015—2020年11月上旬至次年1月下旬逐日氣象資料（即氣象資料年份較生育期資料年份提前1年，對(duì)應(yīng)2016—2021年油菜花期），采用SPSS進(jìn)行相關(guān)性分析和逐步回歸分析，建立基于氣象要素的油菜始花期預(yù)報(bào)模型，并使用2022年、2023年油菜生育期資料及同期氣象要素資料對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?下限溫度的確定

有研究指出，當(dāng)環(huán)境溫度在最低和最適宜溫度之間時(shí)，生物的發(fā)育速度會(huì)隨著溫度的升高而加快[5]。統(tǒng)計(jì)油菜從抽薹期到始花期的天數(shù)（n），以1/n作為發(fā)育速率（y）和同期日平均氣溫（x）進(jìn)行回歸分析，得到生長速率與平均氣溫的散點(diǎn)圖及擬合直線，如圖1所示。從擬合趨勢線中可以看出，發(fā)育速率與氣溫成正比，即在一定溫度范圍內(nèi)，氣溫越高，生長速率越快。

發(fā)育速率（y）與同期日平均氣溫（x）的線性回歸方程為y=0.011x-0.053 9，相關(guān)系數(shù)R2=0.411 2，相關(guān)系數(shù)通過了顯著性檢驗(yàn)。當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，油菜停止發(fā)育，即y=0，此時(shí)x=4.9 ℃。由此可得出，保山市油菜發(fā)育的下限溫度為4.9 ℃。

2.2 ?始花期與前期各類氣象因子的關(guān)系

利用逐日資料對(duì)前一年11月至當(dāng)年1月各月、各旬的最低氣溫、最高氣溫、平均氣溫、累計(jì)降水量、總?cè)照諘r(shí)間與始花期日序（以播種當(dāng)天為1）進(jìn)行相關(guān)性分析。如表1所示，油菜始花期與降水量相關(guān)性較小，主要呈正相關(guān)；與氣溫相關(guān)性較大，主要呈負(fù)相關(guān)。在各月氣溫中，油菜始花期與12月上旬最高氣溫、12月最高氣溫、12月中旬平均氣溫、12月平均氣溫、12月下旬日照時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān)，均通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，其中12月中旬平均氣溫通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。說明12月氣溫越低、日照時(shí)間越短，始花期日序值越大，始花期越晚。

2.3 ?預(yù)報(bào)模型的建立

分別選擇前一年11月至當(dāng)年1月各月、各旬的氣溫、降水、日照與始花期日序（y，以播種當(dāng)天為1）進(jìn)行逐步回歸分析。由于月平均資料與旬平均資料有很大的共線性，所以月平均資料與旬平均資料分開建模，并檢驗(yàn)選出最優(yōu)模型。

1）利用月平均資料得到方程（1）。

[y1=114.765-0.854x1] （1）

式中：y1為始花期日序，d；x1為12月平均最高氣溫，℃。

對(duì)擬合的模型方程及系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，模型的R2為0.751，調(diào)整后R2為0.689，方程擬合度良好。方程系數(shù)顯著性為0.025。因?yàn)閮H有1個(gè)系數(shù)，其共線性不做討論。

2）利用旬平均資料得到方程（2）。

[y2=110.549-1.176x2+0.347x3] （2）

式中：y2為始花期日序，d；x2為12月中旬平均氣溫，℃；x3為12月中旬最低氣溫，℃。

對(duì)擬合的模型方程系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，模型r2達(dá)到0.996，調(diào)整后的r2為0.993，方程擬合程度優(yōu)。系數(shù)顯著性分別為0.002、0.006，均在0.01以下，共線性檢驗(yàn)中vif值為5.876，在10以下，表明相關(guān)系數(shù)之間不存在共線性，方程具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.4 ?模型檢驗(yàn)

將2021年、2022年12月的月平均資料與旬平均資料分別代入建立的預(yù)報(bào)模型，計(jì)算出2022年、2023年花期日序擬合值，并將擬合值與實(shí)際觀測值相比較。如表2所示，2種預(yù)報(bào)模型的擬合值與實(shí)際觀測值均有誤差，y1在2022年有1 d的誤差，在2023年誤差達(dá)到6 d；y2在2022年有2 d的誤差，在2023年有4 d的誤差?？傮w來說，兩種預(yù)報(bào)模型的誤差均在6 d以內(nèi)，方程擬合程度較好，且y2的誤差范圍要小于y1。

2.5 ?兩種模型的比較評(píng)價(jià)

從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度分析，雖然y1與y2兩種模型的方程擬合程度都比較好，但y2的r2比y1的r2更接近1，說明方程y2擬合程度優(yōu)于y1。從方程系數(shù)上說，x1通過0.05顯著性水平檢驗(yàn)，x2、x3通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)，x2、x3更顯著，利用x2、x3建立的線性方程具有極顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此y2優(yōu)于y1。從預(yù)報(bào)的角度分析，y1利用12月的平均最高氣溫，最快在1月才能得出結(jié)果，但y2僅需12月中旬氣溫即可，預(yù)報(bào)的時(shí)間相較y1提前10 d。同時(shí)從模型檢驗(yàn)結(jié)果來看，y2的誤差范圍要小于y1。因此綜合各項(xiàng)指標(biāo)分析認(rèn)為，利用旬資料得到的模型優(yōu)于利用月資料得到的模型。

3 ?結(jié)論與討論

本文利用2016—2021年連續(xù)6年的油菜生育期資料及同期氣象資料，對(duì)保山市油菜始花期與各氣象要素的相關(guān)性進(jìn)行了分析，建立了油菜始花期預(yù)報(bào)模型，并利用2022年、2023年油菜生育期資料及同期氣象要素資料對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。主要得出以下3點(diǎn)結(jié)論：1）在一定溫度范圍內(nèi)，油菜發(fā)育速率與氣溫成正比，即氣溫越高，生長速率越快。保山市油菜生長下限溫度為4.9 ℃，當(dāng)溫度低于此下限溫度時(shí)油菜停止發(fā)育。2）油菜始花期與主要與氣溫相關(guān)，降水相關(guān)性較小。在各月氣溫中，油菜始花期與12月的氣溫相關(guān)性最顯著，與12月各旬最高氣溫、12月最高氣溫、12月中旬平均氣溫、12月平均氣溫、12月下旬日照時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān)。12月氣溫越低，日照時(shí)間越短，始花期日序值越大，始花期越晚。3）利用月資料與旬資料建立的預(yù)報(bào)方程在檢驗(yàn)時(shí)與實(shí)測值均有6 d以內(nèi)的誤差，但利用旬資料建立的預(yù)報(bào)方程擬合程度更好，提前量更高，擬合值誤差范圍更小，具有較高的參考和應(yīng)用價(jià)值。

在分析油菜始花期與氣象因子相關(guān)系數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，始花期與12月最低氣溫、11月平均氣溫呈正相關(guān)，這可能與休眠期需要的冷量累計(jì)有關(guān)[2]。筆者所采用的數(shù)據(jù)樣本數(shù)較少，所得結(jié)論還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

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（責(zé)任編輯：張春雨 ?丁志祥）