魏華兵，萬素琴，王芳芳，王會良，宋 哲，謝家旭

（1.咸寧市氣象局，湖北 咸寧 437100；2.武漢區(qū)域氣候中心，武漢 430074；3.湖北省農業(yè)科學院果樹茶葉研究所，武漢 430064；4.孝感市氣象局，湖北 孝感 432000）

湖北省是長江流域桃（Amygdalus persicaLinn.）生產大省，種植面積和產量居全國前五位［1］。孝感市栽種桃樹的歷史悠久，從20 世紀80 年代起，逐漸發(fā)展為全國重要的早熟桃產區(qū)。其中，孝昌血桃以豐富的鐵、有機酸、花青苷含量以及果肉鮮紅、質地脆爽、風味濃甜、食用方便等優(yōu)良品質深受消費者的喜愛［2，3］。2020 年，孝昌血桃獲得了國家地理標志認證，其栽培面積迅速擴大至2 667 hm2，預計產值將超過3.5 億元，成為當地政府促進鄉(xiāng)村振興和農民增收的重點支柱產業(yè)。目前，全國桃產業(yè)正處于數量型向質量型轉變的關鍵時期［1］，提高農產品品質是提升品牌形象、增加產品收益和促進產業(yè)持續(xù)發(fā)展的前提［4］。水果的品質與栽培品種、氣候、土壤等因素有關，氣候條件是諸多因素中最活躍的因素，對品質的變化起主導作用［5］。因此，開展孝昌血桃氣候品質研究和應用對提高其品牌價值、促進桃產業(yè)高質量發(fā)展具有重要意義。

農產品品質一般用抽樣樣本的品質指標測定數據進行綜合評價［6］，桃果實品質評價體系由外觀、營養(yǎng)、風味等多個品質指標構成，需要測定的品質指標項目多且測量程序復雜，品質評價結果容易受到抽樣樣本影響。氣候品質評價是采用評價天氣氣候條件來確定農產品品質等級優(yōu)劣的方法，多采用氣候品質模型進行評價，方法簡潔實用，可以較好地避免抽樣樣本對評價結果的影響。近年來，多地開展了茶葉［7］、水稻［8］、臍橙［9］、蘋果［10］等農產品的氣候品質評價，并構建了相應的氣候品質評價模型。這些模型在關鍵因子的確定上大多側重于氣象要素對單個品質指標的影響分析，單個品質指標往往只反映了果實品質的某個側面，但氣象要素對果實品質的影響多是綜合性的，而且基于單個品質指標分析的氣象因子指標在模型中難于更改，其對品質指標的影響作用驗證困難［11］，制約了模型的推廣應用和進一步完善。本研究利用孝昌縣主產區(qū)（豐山鎮(zhèn)）孝昌血桃的品質數據和同期氣象資料，構建了孝昌血桃氣候品質評價模型，并對模型評估結果進行了驗證和區(qū)劃應用，以期為利用氣候資源優(yōu)勢促進孝昌血桃生態(tài)產業(yè)發(fā)展提供技術支撐。

1 研究區(qū)域概況與數據來源

1.1 研究區(qū)域概況

孝昌縣位于湖北省東北部，地理坐標為31°02′—31°46′N、113°45′—114°15′E，境內地形北高南低，地貌以丘陵山地為主，土壤多為富含鉀、磷等元素的沙質壤土。孝昌縣屬亞熱帶季風性氣候，四季分明，熱量豐富，雨量適中，光照充足，無霜期長，具有光、熱、水同期的特點。孝昌縣年平均氣溫17 ℃，1 月最冷，7 月最熱，極端最高氣溫為39.9 ℃，極端最低氣溫為-8.2 ℃；年降水量1 074.7 mm，夏季降水量占全年的48%以上；年日照時數超1 720 h，夏長冬短。優(yōu)越的生態(tài)氣候條件為孝昌血桃提供了良好的生長環(huán)境，孝昌血桃最早的經濟產區(qū)集中于孝昌縣豐山鎮(zhèn)，2020 以后逐漸擴種至孝昌縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

1.2 數據來源

氣象資料選取了2011—2022 年孝昌國家氣象觀測站（以下簡稱孝昌站）及孝昌縣13 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站（以下簡稱區(qū)域站）的氣象觀測資料，資料來源于湖北省氣象信息保障中心。果實品質資料為2015—2022 年孝昌縣豐山鎮(zhèn)主產區(qū)的孝昌血桃品質數據，數據來源于孝昌縣農業(yè)局。物候資料來自湖北省農業(yè)氣象中心對七仙紅“孝昌血桃”農業(yè)科技園（位于孝昌縣豐山鎮(zhèn)）中熟品種的調查數據，主要物候期：2 月底至3 月上旬進入花芽萌動期，3 月上旬至下旬為開花期，4 月上旬為幼果期，5 月中旬、下旬為果實膨大期，6 月上旬、中旬為果實成熟期。

2 氣候品質指標與評價模型

農產品氣候品質認證從氣象學角度對農產品品質進行分析評價，氣候品質評價的核心是篩選出氣候品質指標、建立農產品氣候品質評價模型和劃分農產品氣候品質等級。

2.1 果實品質指標

果實品質是由多因素構成的復合體，包括外觀品質、營養(yǎng)品質、風味品質等［12］。孝昌血桃屬紅肉桃，依據湖北省紅肉桃標準［13］，本研究選取了風味、果肉色、單果重、可溶性固形物含量等9 項品質指標，參考桃種質資源數據質量規(guī)范［14］，對各品質指標進行了分級（表1），利用加權求和法構建了孝昌血桃的果實綜合品質指數，其公式如式（1）所示。

表1 孝昌血桃果實品質指標分級及權重

式中，V為果實綜合品質指數；Mi為各品質指標等級；Wi為第i個品質指標的權重，用層次分析法（AHP 法）計算（表1）。

2.2 氣候品質指標

受溫度、光照和降水等氣候條件影響，孝昌血桃的有機營養(yǎng)成分具有獨特的地域品質特征。一般來說，較高氣溫對桃生產起促進作用［15］，弱光對桃的外觀品質和內在品質均有顯著影響［16］，虧水則利于桃果實可溶性固形物含量和果實硬度的提高［17］；果實在膨大期至成熟期，隨著降水量減少和日照時間延長，果實中的總糖含量增加，糖酸比提高，甜味增加，風味更濃郁［18］；成熟期較強或過多降水不利于果實著色［19］，果實生長后期的光照對花青苷的形成有顯著影響［20］，溫度也影響著花青苷的累積和分解［21］。這些結論表明，溫度高而干旱的氣候條件有利于桃果實品質的提高，特別是在果實膨大期至成熟期，在氣溫高、日照時間長、降水量偏少時，有利于果實最終形成良好品質。因此，本研究從果實膨大期至成熟期的光、溫、水氣象因子中篩選了果實膨大期前3 候的平均氣溫、氣溫累計日較差、日照時數以及果實成熟期前3 候的日照時數、降水量、平均相對濕度6 個氣象因子。從以上分析可知，氣象因子并不是孤立地影響果實的某個品質指標，而且氣象條件并不能造成果實品質為0 或∞，說明氣象因子是在一定基礎上對果實品質產生影響。假設在一定條件b下，氣象因子對綜合品質的貢獻率為a，則V=aX+b，利用氣象因子數據和式（1）計算果實綜合品質指數，分析各氣象因子對果實綜合品質的貢獻（圖1）。

圖1 氣象因子對孝昌血桃綜合品質的貢獻

從圖1 可以看出，較高的平均氣溫、氣溫累計日較差、日照時數對果實綜合品質指數是正貢獻，而較大的降水量、平均相對濕度對果實綜合品質指數是負貢獻。分析結果與以往研究［15-21］的結論相符，故將果實膨大期至成熟期的這6 個氣象因子選為孝昌血桃的氣候品質指標，并給出了各氣候品質指標的氣候適宜度標準，見表2。

表2 孝昌血桃氣候品質指標適宜度標準及權重

2.3 氣候品質評價模型

2.3.1 氣候品質指數 采用集合方式構建氣候品質指數，其公式如式（2）所示。

式中，ICQ為氣候品質指數；Mi代表第i個氣候品質指標適宜度；Tsi代表各氣候品質指標權重，參考TS評分分析法［22］，其計算式如式（3）所示，結果見表2。

式中，MAE為氣候品質指標對果實綜合品質指數的絕對擬合誤差。

2.3.2 氣候品質等級標準 根據式（1）和式（2）計算并分析了2015—2021 年孝昌血桃的果實綜合品質指數和氣候品質指數，分析二者間的相關性（圖2），其相關系數高達0.944。

圖2 氣候品質指數與孝昌血桃綜合品質的相關性

由圖2 可知，氣候品質指數與果實綜合品質指數的擬合關系式如式（4）所示。

根據2015—2021 年的果實綜合品質指數序列，基 于 百 分 比 方 法［23］，將V≥90%Vmax分 為 特 優(yōu)，90%Vmax>V≥85%Vmax劃分為優(yōu)，其他劃分為良及以下。其中，Vmax是果實綜合品質指數分布的期望值，為4.20（圖3）。依據式（4）計算得到氣候品質等級評價標準（表3）。

圖3 果實綜合品質指數概率密度分布

表3 孝昌血桃氣候品質等級評價標準

3 結果與應用

3.1 模型評價結果及驗證

利用主產區(qū)附近的豐山區(qū)域站2011—2022 年的氣溫資料和孝昌站的日照時數和相對濕度資料對主產區(qū)豐山鎮(zhèn)的孝昌血桃氣候品質進行了評價，12年中有5 年為“特優(yōu)”，5 年為“優(yōu)”，2 年為“良及以下”（表4）。其中，2020 年果實品質一般的主要原因是果實進入成熟前出現(xiàn)了強降水和多雨多濕天氣，造成果實可溶性固形物含量降低、可滴定酸含量增高、風味變酸、果肉色不紅、果實硬度變軟等，影響了果實綜合品質。

表4 主產區(qū)孝昌血桃氣候品質評價等級及檢驗結果

將氣候品質評價結果與主產區(qū)2011—2022 年孝昌血桃的果實品質調查結果進行對比發(fā)現(xiàn)（表4），12 年中有11 年評價等級與大田調查的果實品質等級相符，僅2015 年雖然氣候品質等級為“優(yōu)”，但大田的果實品質等級略差為“良”，總體評價準確率達91.7%。

3.2 模型區(qū)劃應用

利用13 個區(qū)域站的氣象資料，基于氣候品質評價模型計算了各站2018—2022 年的氣候品質指數。根據氣候品質分級標準，借助ArcGIS 軟件，通過對氣候品質指數進行內插和分類，得到孝昌縣近5 年孝昌血桃的氣候品質等級區(qū)劃，見圖4。

圖4 孝昌縣孝昌血桃氣候品質等級區(qū)劃

從圖4 可以看出，近5 年中，除了2020 年孝昌縣與主產區(qū)的氣候品質一樣為良及以下，2018 年、2019 年、2021 年和2022 年孝昌縣的氣候品質為“優(yōu)”或“特優(yōu)”的面積占比達85%以上。其中，2018 年、2019 年和2022 年大部區(qū)域為“特優(yōu)”，僅在北部和東部中高山地區(qū)氣候品質等級有所降低；2021 年的氣候品質等級區(qū)域分布差異明顯，氣候品質等級“特優(yōu)”區(qū)域集中于孝昌縣西南部，面積約占1/3，其余除東部中高山區(qū)域的氣候品質等級為“良及以下”外，其他大部區(qū)域的氣候品質等級為“優(yōu)”?？傮w來看，孝昌縣種植的孝昌血桃氣候品質等級為“優(yōu)”以上，受氣候變化的影響年際之間氣候品質等級存在差異，東部和北部區(qū)域的氣候品質等級受氣候變化的影響更大。

4 小結與討論

4.1 關鍵氣候因子的探討

孝昌血桃是湖北省少有的地方特色桃品種［3］，獨具的“早、紅、甜”優(yōu)勢與孝昌縣特有的氣候生態(tài)環(huán)境密切相關，果實迅速膨大期至成熟期是影響其品質形成的關鍵期。影響孝昌血桃品質的關鍵氣候因子是溫度、光照、降水量和濕度，氣候品質指標包括果實膨大期前3 候的平均氣溫、氣溫累計日較差、日照時數以及果實成熟期前3 候的日照時數、降水量、相對濕度。其中，果實成熟前期的強降水或連續(xù)降水對果實綜合品質的影響最大，這與果實進入成熟期后果實細胞生長特性趨緩對水分的調節(jié)能力變差有關［24］。湖北省地處長江中游地區(qū)，梅雨是其特有的降水氣候特征，湖北省平均入梅雨日期為6 月18日，梅雨期是一年之中降水期和強降水最為集中的時段［25］。因此，孝昌縣應以中早熟的孝昌血桃為主要發(fā)展品種，充分利用入梅雨前的集中晴好天氣，保障孝昌血桃穩(wěn)定的氣候品質優(yōu)勢。

4.2 氣候品質模型的應用與完善

模型中氣候品質指數與果實綜合品質指數間的相關系數高達0.944，模型對主產區(qū)2011—2022 年的氣候品質評價結果與田間調查的果實綜合品質等級相符比例高達90%以上，表明定量化模型能夠較好地解釋孝昌縣氣候對果實品質的影響，適用于田間孝昌血桃的果實品質評價。模型對孝昌縣近5 年的孝昌血桃氣候品質等級區(qū)劃結果中，有4 年氣候品質為“優(yōu)”和“特優(yōu)”的面積超過了85%，表明孝昌血桃產業(yè)的地域發(fā)展空間大。但模型中關鍵氣候因子對各品質指標的具體影響程度還有待進一步研究，氣候品質模型中各因子權重、適宜度指標范圍等參數還需要在今后的應用中進一步校驗和完善。