上海市金山區(qū)蟠桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型

孫揚(yáng)越，李 軍，周 濤，高 超，吳秋潔

（1.上海市金山區(qū)氣象局，上海 200540；2.上海市氣候中心，上海 200030；3.上海市蟠桃研究所，上海 200540）

0 引言

金山區(qū)位于上海市的西南部，是農(nóng)業(yè)大區(qū)?；誓阁刺易鳛榻鹕降奶厣r(nóng)產(chǎn)品之一，于2012年獲得了國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品稱(chēng)號(hào)。早前，玉露蟠桃于2002年正式注冊(cè)“皇母牌”商標(biāo)，該品種蟠桃果形扁平、果肉柔軟多汁而味甜，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，是桃子中的珍品［1］。金山區(qū)現(xiàn)有蟠桃種植面積233.33 hm2，其中種植核心區(qū)呂巷鎮(zhèn)的種植面積為181.46 hm2，產(chǎn)量可達(dá)15 t/hm2。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的培育，金山蟠桃已形成了一套優(yōu)質(zhì)、高效的栽培技術(shù)，如田間管理中采用疏花疏果、摘老葉、通風(fēng)、病蟲(chóng)防治和肥水灌溉等一系列措施［2］，并積極向種植戶推廣，以達(dá)到提高果實(shí)的產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益的目的。

農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)是指氣候條件對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)影響優(yōu)劣等級(jí)的評(píng)定，是基于氣象條件對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)差異進(jìn)行的客觀評(píng)價(jià)，是提升農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑之一。果實(shí)品質(zhì)是在當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境背景下長(zhǎng)期栽培而形成的固有品質(zhì)［3］，品質(zhì)的形成受品種、管理措施和氣象環(huán)境條件的共同影響，其中氣象條件是蟠桃生長(zhǎng)和品質(zhì)形成的重要影響因素，受其影響易造成蟠桃產(chǎn)量年際波動(dòng)大、品質(zhì)不穩(wěn)定等現(xiàn)象。目前，針對(duì)果實(shí)品質(zhì)開(kāi)展的氣象條件分析研究比較豐富，如自2012年來(lái)，在氣象部門(mén)推動(dòng)下，已在優(yōu)質(zhì)茶葉、酥梨、蘋(píng)果、臍橙等農(nóng)產(chǎn)品中開(kāi)展了氣候品質(zhì)認(rèn)證工作［3-7］。金志鳳等［3］依據(jù)氣候品質(zhì)指標(biāo)建立了定量化的浙江省茶葉氣候品質(zhì)認(rèn)證評(píng)價(jià)模型；李德等［4］采用相關(guān)分析、經(jīng)驗(yàn)函數(shù)、階梯函數(shù)、層次分析、逐步回歸、概率分位數(shù)和加權(quán)求和等方法，綜合考慮外觀和內(nèi)在品質(zhì)因素，建立了碭山酥梨氣候品質(zhì)綜合指數(shù)模型；劉璐等［6］研究得出，陜西紅富士蘋(píng)果單果重、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量與膨大期降水量、幼果期日較差、著色成熟期平均最低氣溫及著色成熟期降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，果徑與全生長(zhǎng)季平均氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；張志勇等［7］研究表明，6—11月氣溫日較差和10—11月總?cè)照諘r(shí)數(shù)對(duì)贛南臍橙可溶性固形物含量的影響最大，10—11月平均氣溫和降水量對(duì)贛南臍橙總酸含量影響最明顯，并設(shè)計(jì)確定了贛南臍橙氣候品質(zhì)認(rèn)證指標(biāo)。當(dāng)前的研究多采用基于篩選的關(guān)鍵氣象條件與關(guān)鍵品質(zhì)因素之間的量化關(guān)系來(lái)表征天氣氣候條件所決定的氣候品質(zhì)，有效提升了農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，關(guān)于金山特色農(nóng)產(chǎn)品蟠桃的研究多集中于新品種選育、種植模式和田間管理等方面。金山本地形成了一套優(yōu)質(zhì)高效的栽培技術(shù)，如蟠桃所引進(jìn)的金霞系列新品種打破了傳統(tǒng)矮化密植栽培方式，而采用了寬行密植、起壟栽培的模式［11］。因設(shè)施栽培蟠桃在花期和幼果期易遭早春低溫凍害的影響，導(dǎo)致坐果率低、產(chǎn)量下降［9］，所以金山本地蟠桃采用簡(jiǎn)易避雨栽培模式，該模式投入成本較少，經(jīng)濟(jì)效益可觀，能高效推進(jìn)蟠桃標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)［10］。因此，本研究探討了氣象條件對(duì)蟠桃果實(shí)品質(zhì)的影響，建立了其氣候評(píng)價(jià)指標(biāo)，以期為今后金山區(qū)蟠桃產(chǎn)業(yè)氣象服務(wù)保障提供技術(shù)支撐，提升金山都市農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的能力和水平。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究試驗(yàn)地點(diǎn)在上海市蟠桃研究所種植基地，位于金山區(qū)呂巷鎮(zhèn)。上海市金山區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛。1991—2020年，蟠桃從萌芽到采摘期（3月上旬至7月中旬）的平均降雨量為618.2 mm，采摘期7月的平均氣溫為28.4 ℃，生長(zhǎng)期內(nèi)光照充足，常年平均總?cè)照諘r(shí)數(shù)為751.7 h。

通過(guò)對(duì)金山區(qū)常年氣候條件的分析（圖1）可知，金山區(qū)1991—2020年平均氣溫為16.7 ℃，氣溫傾向率為0.52 ℃/10 a，上升趨勢(shì)明顯，熱量資源增多；年平均降水量為1251.9 mm，降水量?jī)A向率為116.72 mm/10 a，其中2003、2011年出現(xiàn)極小值，年降雨量在700 mm左右；年平均日照時(shí)數(shù)為1740.7 h，呈下降趨勢(shì)且年際波動(dòng)較大，年日照時(shí)數(shù)傾向率為-17.80 h/10 a，2020年出現(xiàn)極小值，為1600.7 h。

圖1 1991—2020年金山區(qū)光、溫、水資源的變化趨勢(shì)

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

選取蟠桃研究所種植基地的主栽品種玉露為研究對(duì)象，該品種為中晚熟品種?；赝寥婪柿鶆?，配套栽培管理水平一致，4 a生“Y”形樹(shù)體結(jié)構(gòu)，植株行距在1.5 m×5 m。觀察蟠桃物候期并測(cè)量果實(shí)性狀，主要為品質(zhì)因素中的可溶性固形物含量和產(chǎn)量因素中的單果重。研究時(shí)間為2015—2021年，其中2016年缺少觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)際開(kāi)展了6 a的試驗(yàn)。受2021年臺(tái)風(fēng)影響，果園果樹(shù)被淹，均重新種植，2022年觀測(cè)數(shù)據(jù)缺失。

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于金山區(qū)國(guó)家氣象觀測(cè)站，距離呂巷鎮(zhèn)約6.5 km，該站能夠代表種植基地的氣候條件情況。氣象數(shù)據(jù)包括2015—2021年逐日最高溫度、最低溫度、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)和降水量。

1.3 研究方法

1.2.1 關(guān)鍵時(shí)段和主要?dú)庀笠蜃臃治?以各年果實(shí)成熟期（采摘）作為起點(diǎn)，以天為步長(zhǎng)向前滑動(dòng)統(tǒng)計(jì)不同時(shí)段內(nèi)（成熟前1，2，3，…，n天）各氣象因子（最高氣溫、最低氣溫、日較差、降水量、日照時(shí)數(shù)和相對(duì)濕度）與單果重、可溶性固形物含量之間的相關(guān)系數(shù)，篩選出影響單果重和可溶性固形物含量的關(guān)鍵時(shí)段和主要?dú)庀笠蜃印?/p>

1.2.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法 采用相關(guān)分析和回歸等統(tǒng)計(jì)方法［12-13］，篩選對(duì)玉露蟠桃品質(zhì)形成影響的關(guān)鍵氣象因子及時(shí)段，基于此通過(guò)多元逐步回歸方法建立可溶性固形物和單果重氣象模型。利用Excel和Matlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

1.3 玉露蟠桃品質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)《地理標(biāo)志產(chǎn)品 金山蟠桃》（DB31/T 601—2019）［14］和專(zhuān)家實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在果實(shí)達(dá)到適當(dāng)成熟度采摘，以保持果實(shí)完整，果面潔凈。將蟠桃果實(shí)按理化指標(biāo)進(jìn)行選擇，取果實(shí)扁圓形、厚實(shí)，無(wú)壓傷、手指捏傷、刺傷、果柄處破皮、各種傷疤、病蟲(chóng)果及果頂穿孔、畸形果等缺陷，味香，成熟度8分以上。在符合上述基本要求的前提下，按照單果重和可溶性固形物含量將蟠桃分為3個(gè)等級(jí)（表1）。

表1 玉露蟠桃品質(zhì)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 蟠桃生長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)氣候條件

光照、熱量和水資源是影響果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要?dú)夂蛞?。?duì)2011—2020年金山蟠桃生育期內(nèi)的≥10 ℃有效積溫、日照時(shí)數(shù)和降水量做統(tǒng)計(jì)分析，用以研究蟠桃生長(zhǎng)期間的光照、熱量和水資源的變化特征（圖2）。金山區(qū)蟠桃萌芽期在3月上旬，初花期為3月22日，成熟期為7月18日。分析發(fā)現(xiàn)，2018年研究區(qū)≥10 ℃有效積溫、降水量均達(dá)到了研究時(shí)段的極值，且該年的降水量也為最低值。2020年研究區(qū)的降水量猛增，且日照時(shí)數(shù)為研究時(shí)段最低值?？傮w來(lái)看，近10 a金山區(qū)蟠桃生長(zhǎng)期內(nèi)熱量和水分資源均呈增多趨勢(shì)，而光照資源呈減少趨勢(shì)，≥10 ℃有效積溫的增幅為5.77 ℃·d/a，降水量增幅為17.17 mm/a，日照時(shí)數(shù)降幅為29.3 h/a。熱量資源增多通常會(huì)加快果實(shí)生長(zhǎng)速度，縮短果實(shí)生育期，造成果實(shí)產(chǎn)量下降；光照資源減少將會(huì)對(duì)蟠桃光合速率和光合產(chǎn)物產(chǎn)生不利影響，影響果實(shí)風(fēng)味；水資源增多利于果實(shí)膨大，但對(duì)蟠桃生長(zhǎng)后期果實(shí)風(fēng)味形成不利。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需要結(jié)合田間管理措施趨利避害。

2.2 影響蟠桃產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵期和氣象因子

利用2015、2017—2020年共5 a的氣象數(shù)據(jù)和同期蟠桃品質(zhì)數(shù)據(jù)，計(jì)算和分析了蟠桃單果重和可溶性固形物含量與多個(gè)時(shí)段氣象因子之間的相關(guān)系數(shù)，通過(guò)相關(guān)系數(shù)(r)普查，篩選出影響單果重和可溶性固形物含量的主要?dú)庀笠蜃雍蜁r(shí)段，結(jié)果見(jiàn)表2。在影響玉露蟠桃品質(zhì)和產(chǎn)量的氣象要素中，降水量、最低氣溫和氣溫日較差對(duì)蟠桃品質(zhì)影響較大；從影響時(shí)段上來(lái)看，膨大期和著色成熟期是蟠桃品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)期。

表2 玉露蟠桃關(guān)鍵品質(zhì)與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

氣溫條件不僅會(huì)影響果樹(shù)的生育進(jìn)程，還通過(guò)影響果樹(shù)的物質(zhì)積累分配進(jìn)而影響到果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量的形成。有研究表明，熱量高地區(qū)的果實(shí)含糖量比熱量低地區(qū)的高［15］，氣溫日較差與全糖含量、糖酸比、維生素C含量等均存在明顯正相關(guān)［16］。本研究分析發(fā)現(xiàn)，玉露蟠桃最高溫度、最低溫度、日較差、日照時(shí)長(zhǎng)、相對(duì)濕度與單果重均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。果實(shí)成長(zhǎng)后期（7月中下旬）的最高溫度、日較差、日照時(shí)長(zhǎng)、相對(duì)濕度與可溶性固形物含量均呈正相關(guān)關(guān)系。降水量是影響蟠桃品質(zhì)和產(chǎn)量的最重要?dú)庀笠蜃又唬謼l件會(huì)影響果實(shí)大小、風(fēng)味、果汁量和質(zhì)地。在果實(shí)膨大期（6月下旬）降水量對(duì)蟠桃增重明顯，而在著色成熟期（7月上中旬）的降水量與可溶性固形物含量呈顯著負(fù)相關(guān)，不利于蟠桃果實(shí)風(fēng)味的形成。

2.3 建立蟠桃氣候品質(zhì)指標(biāo)模型——可溶性固形物含量和單果重模型

可溶性固形物含量是蟠桃最主要的內(nèi)質(zhì)品質(zhì)之一，可溶性固形物含量越高，果實(shí)風(fēng)味越佳，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也越高。選取通過(guò)P＜0.05顯著性水平檢驗(yàn)的關(guān)鍵氣象因子進(jìn)行逐步回歸，得到可溶性固形物含量的多元回歸模型以及標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)（表3），通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)可以判斷影響蟠桃品質(zhì)的氣象因子及其貢獻(xiàn)大小。由表3可知，影響可溶性固形物含量的氣象因子貢獻(xiàn)大小依次為采摘前11 d，即著色期內(nèi)的降水量、采摘前43 d內(nèi)的平均日最低氣溫和采摘前19 d內(nèi)的日較差。日較差大有利于糖酸的轉(zhuǎn)化，夜間溫度較低，植物呼吸作用減弱，能量消耗少利于糖分的儲(chǔ)存，而著色成熟期降水多會(huì)導(dǎo)致果實(shí)風(fēng)味變淡和腐爛。因此，果實(shí)二次膨大期到著色成熟期間低溫偏低、日較差大有利于可溶物固形物含量的提高。單果重是衡量果實(shí)產(chǎn)量的重要指標(biāo)，影響單果重的最關(guān)鍵氣象因子為采摘前28 d內(nèi)（即快速膨大期內(nèi)）的降水量，表明該時(shí)段內(nèi)降水量對(duì)蟠桃果實(shí)增重影響明顯。

表3 氣象條件影響蟠桃可溶性固形物含量的逐步回歸模型和單果重的統(tǒng)計(jì)模型

2.4 模型檢驗(yàn)

將2021年氣象要素值代入模型，計(jì)算得到可溶性固形物含量為13.6%、單果重為180.7 g，實(shí)際測(cè)得玉露蟠桃可溶性固形物含量為13.8%、單果重為195.3 g，可溶性固形物含量和單果重實(shí)測(cè)值與模擬值的相對(duì)誤差分別為1.8%和8.0%。根據(jù)表1玉露蟠桃品質(zhì)等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)可知，此玉露蟠桃品質(zhì)為一級(jí)。

2.5 建立蟠桃氣候品質(zhì)等級(jí)指標(biāo)

由于蟠桃品質(zhì)形成是多氣象要素共同作用的結(jié)果，因此結(jié)合可溶性固形物含量和單果重模型，參考表1的臨界值，借鑒專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算并參考生產(chǎn)實(shí)際，確定玉露蟠桃氣候品質(zhì)等級(jí)指標(biāo)（表4）。由表4可知，當(dāng)氣候品質(zhì)指標(biāo)同時(shí)滿足采摘前19 d日較差≥6.0 ℃，采摘前28 d內(nèi)降水量≥166.4 mm，且采摘前11 d內(nèi)的降水量≤68.0 mm，采摘前43 d內(nèi)的平均日最低氣溫≤23.0 ℃，則蟠桃品質(zhì)指標(biāo)達(dá)特級(jí)。利用果品氣候品質(zhì)指標(biāo)，即可對(duì)金山蟠桃內(nèi)質(zhì)品質(zhì)和產(chǎn)量等級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。

表4 玉露蟠桃氣候品質(zhì)等級(jí)指標(biāo)

2.6 玉露蟠桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型

為定性評(píng)價(jià)蟠桃品質(zhì)，科學(xué)衡量各品質(zhì)指標(biāo)對(duì)果品綜合品質(zhì)的影響，利用表5中玉露蟠桃氣候品質(zhì)分級(jí)指標(biāo)采用加權(quán)求和法，建立氣候品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型［5］。因可溶性固形物含量和單果重指標(biāo)均為評(píng)價(jià)果品品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)認(rèn)證模型中的4項(xiàng)指標(biāo)作等權(quán)處理，同時(shí)對(duì)一、二、三等級(jí)分別賦予數(shù)值1、2、3，作為氣候品質(zhì)分級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)。公式為：

表5 基于CQEI對(duì)玉露蟠桃氣候品質(zhì)的認(rèn)證等級(jí)

式中，CQEI為氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)指數(shù)(Climate quality evaluation index)；Gi為第i個(gè)氣候品質(zhì)分級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)，Gi=1，2，3。為客觀反映果品氣候品質(zhì)等級(jí)，并與表1的評(píng)價(jià)等級(jí)具有可比性，以4個(gè)氣候品質(zhì)分級(jí)指標(biāo)的CQEI計(jì)算結(jié)果為劃分依據(jù)，將玉露蟠桃氣候品質(zhì)認(rèn)證等級(jí)定為特級(jí)、優(yōu)、良和一般4個(gè)等級(jí)（表5）。

2.7 2021年玉露蟠桃氣候品質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)應(yīng)用

利用2021年蟠桃品質(zhì)和氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行氣候品質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)，2021年蟠桃的采摘期為7月18日，將2021年氣象要素值代入模型可知，采摘前11 d內(nèi)的降水量為59.3 mm、采摘前43 d內(nèi)的平均日最低氣溫為23.9 ℃、采摘前19 d內(nèi)的日較差為6.6 ℃、采摘前27 d的降水量為140.6 mm。2021年采摘地氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算CQEI=1.5，參照表4、表5可知，氣候品質(zhì)的認(rèn)證等級(jí)為“優(yōu)”，對(duì)照表1來(lái)看，蟠桃理化品質(zhì)等級(jí)實(shí)際為一級(jí)。

3 結(jié)論與討論

本研究利用2015、2017—2021年共6 a的玉露蟠桃物候品質(zhì)數(shù)據(jù)及同期氣象資料進(jìn)行建模和驗(yàn)證，通過(guò)分析玉露蟠桃果實(shí)品質(zhì)與氣象條件的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，膨大期和著色成熟期是蟠桃品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)期，研究發(fā)現(xiàn)單果重和膨大期的降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，果實(shí)二次膨大期到著色成熟期間低溫偏低、日較差大有利于可溶物固形物含量的提高，該結(jié)論與楊明鳳等［17］的研究結(jié)論一致?？焖倥虼笃趦?nèi)降水對(duì)蟠桃果實(shí)增重明顯，符合晚熟蟠桃品種在果實(shí)膨大期干物質(zhì)快速積累的生物性特點(diǎn)［18］。此外，研究發(fā)現(xiàn)采摘前19 d內(nèi)的日較差和采摘前11 d內(nèi)的降水量均會(huì)影響可溶性固形物含量，因此著色成熟期是對(duì)蟠桃果實(shí)風(fēng)味影響最大的生育期。研究結(jié)果明確了蟠桃品質(zhì)和產(chǎn)量形成與關(guān)鍵生育期內(nèi)不同氣象因子的關(guān)系，為指導(dǎo)今后蟠桃種植生產(chǎn)，改善果園小氣候環(huán)境，促進(jìn)果實(shí)品質(zhì)提升提供技術(shù)依據(jù)。

農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)是在一定區(qū)域內(nèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期栽培形成的地方特色農(nóng)產(chǎn)品的固有品質(zhì)。近幾年，從氣候角度量化評(píng)價(jià)氣象條件對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)劣影響的研究逐漸發(fā)展起來(lái)。在前人研究基礎(chǔ)上，對(duì)金山特色農(nóng)產(chǎn)品蟠桃的氣候品質(zhì)模型進(jìn)行本地化研究。通過(guò)初步建立的蟠桃品質(zhì)多因子統(tǒng)計(jì)模型，為計(jì)算果品氣候品質(zhì)分級(jí)指標(biāo)提供條件，對(duì)蟠桃品質(zhì)進(jìn)行量化描述。由于蟠桃歷史品質(zhì)、物候資料有限，在分析蟠桃品質(zhì)和氣象條件的關(guān)系時(shí)未考慮氣象災(zāi)害的影響，今后需不斷完善模型，提高評(píng)價(jià)技術(shù)的精細(xì)化程度和科學(xué)性。