遼寧省大櫻桃氣候品質(zhì)認(rèn)證技術(shù)研究

王 瑩 ，王若男 ，黃 巖 ，馬 林

（1.遼寧省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心；2.遼寧省氣象裝備保障中心，遼寧沈陽(yáng)110166）

農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證，是指根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與氣候關(guān)系，通過實(shí)地調(diào)研、試驗(yàn)、對(duì)比分析等手段，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，確定氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而建立氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)進(jìn)行分等級(jí)評(píng)價(jià)，作為農(nóng)產(chǎn)品暢銷的“身份證”將全面提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[1]。

國(guó)內(nèi)關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)認(rèn)證的研究有很多，婁偉平等[2]應(yīng)用農(nóng)業(yè)氣象技術(shù)確定了茶樹芽葉生長(zhǎng)期氣象條件與茶樹芽葉品質(zhì)的關(guān)系，確定了春季龍井茶品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，將氣候品質(zhì)分為特優(yōu)、優(yōu)良好和一般三個(gè)等級(jí)。王紫文等[3]以氣象要素、田間管理、受災(zāi)狀況等為評(píng)價(jià)因子，運(yùn)用模糊矩陣法對(duì)枸杞氣候品質(zhì)認(rèn)證進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。楊利霞等[1]利用影響柑橘品質(zhì)的氣候適宜性指標(biāo)、生長(zhǎng)期氣候資源條件、管理水平為主要影響因子探索了柑橘氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)。

大櫻桃是喜溫、喜光而不耐寒的落葉植物。近幾年，市場(chǎng)對(duì)大櫻桃的內(nèi)在品質(zhì)越來越重視，果品質(zhì)量能否被消費(fèi)者接受，將成為未來櫻桃產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)的關(guān)鍵。遼寧省大櫻桃主產(chǎn)區(qū)位于大連地區(qū)，到2016年年底，大連地區(qū)大櫻桃種植面積有40萬畝左右，約占全國(guó)種植面積的1/5，且產(chǎn)量較高，達(dá)到9萬余噸，作為遼寧省重要的特色作物，大櫻桃?guī)淼慕?jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可觀的。大櫻桃的生長(zhǎng)受地形、氣候條件影響差異較大，并不是所有的地區(qū)都適宜種植大櫻桃。同時(shí)，由于受到不同小氣候的影響，同一品種的大櫻桃在不同地區(qū)、同一地區(qū)不同年份的大櫻桃品質(zhì)會(huì)存在較大差異。大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)工作，就是通過對(duì)影響大櫻桃品質(zhì)的氣候條件進(jìn)行優(yōu)劣等級(jí)的評(píng)定，并利用評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)大櫻桃品質(zhì)等級(jí)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，為大櫻桃貼上“氣候身份證”，以此提高大櫻桃的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

因此，本研究通過研究大櫻桃品質(zhì)與氣象條件的關(guān)系，確定影響大櫻桃品質(zhì)的關(guān)鍵因子，對(duì)遼寧省大櫻桃氣候品質(zhì)認(rèn)證技術(shù)進(jìn)行探索研究；通過建立大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，對(duì)遼寧省大櫻桃氣候品質(zhì)進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià)，可以有效地提升大櫻桃的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為開展其他農(nóng)作物氣候品質(zhì)認(rèn)證提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

1.1.1 氣象資料的選取 選取遼寧省54個(gè)氣象臺(tái)站1981年～2015年常規(guī)氣象資料，主要包括日照時(shí)數(shù)、日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫、日平均濕度和日平均降水量。

1.1.2 地理信息資料的來源 選取來自國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心（NGCC）比例尺為1∶250000的基礎(chǔ)地理信息，主要包括地形數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)。

1.2 方法

1.2.1 層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù) 層次分析法是一種將層次化和系統(tǒng)化結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法，既考慮了人的主觀判斷，針對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行定性和定量分析，又把研究對(duì)象看成一個(gè)系統(tǒng)，從系統(tǒng)內(nèi)部和外部聯(lián)系出發(fā)，將多種復(fù)雜因素進(jìn)行遞階層次結(jié)構(gòu)形式展示，對(duì)各層不同因素進(jìn)行兩兩比較，以此逐層進(jìn)行分析。本研究采用層次分析法來確定各評(píng)價(jià)因子對(duì)大櫻桃氣候品質(zhì)認(rèn)證影響大小即權(quán)重值。首先確定大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)因子的權(quán)向量 A= {a1，a2，a3，…，a9}，依據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)用專家打分法構(gòu)造判斷矩陣，然后進(jìn)行層次單排序，檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性。如果判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)，則進(jìn)入層次總排序，最后對(duì)層次總排序進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[4]。

1.2.2 小網(wǎng)格推算模型的建立 為了彌補(bǔ)資料不足，客觀描述大櫻桃品質(zhì)評(píng)價(jià)得分的分布情況，需建立品質(zhì)評(píng)價(jià)得分與地理因子的關(guān)系模型。將品質(zhì)評(píng)價(jià)得分與經(jīng)度、緯度和海拔高度三要素通過多元逐步回歸方法，建立大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)的小網(wǎng)格推算模型，直觀地顯示大櫻桃氣候品質(zhì)在遼寧省的空間分布差異。

2 大櫻桃氣候品質(zhì)認(rèn)證方法研究

2.1 大櫻桃氣候品質(zhì)認(rèn)證模型建立

根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證要求[5]，本研究將大櫻桃氣候品質(zhì)分為特優(yōu)、優(yōu)、良好、一般四個(gè)等級(jí)。綜合考慮了影響大櫻桃生產(chǎn)和品質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)，本研究最終將氣候適宜性區(qū)劃、生育期氣候條件、田間管理水平作為大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因子，應(yīng)用層次分析法確定各因子的權(quán)重系數(shù)，并對(duì)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。最終，構(gòu)建大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型：

式中，W 表示評(píng)價(jià)得分（W≥90分等級(jí)“特優(yōu)”，80分≤W＜90分等級(jí)為“優(yōu)”，W ＜ 80分不評(píng)價(jià)）；X1為大櫻桃氣候適宜性區(qū)劃因子，權(quán)重 23%；X2為大櫻桃生育期氣候條件因子，權(quán)重65%；X3為大櫻桃生產(chǎn)管理水平因子，權(quán)重12%。

2.2 大櫻桃氣候適宜性指標(biāo)

大櫻桃是喜溫而不耐寒的果樹，適合在年平均氣溫10℃～12℃的地區(qū)種植。生產(chǎn)實(shí)踐表明，高溫災(zāi)害對(duì)大櫻桃的危害較輕，而低溫災(zāi)害對(duì)大櫻桃危害較重。冬季極端低溫達(dá)到-20℃時(shí)，櫻桃樹會(huì)遭受凍害；有時(shí)低溫為-18℃時(shí)，枝條也會(huì)發(fā)生凍害；當(dāng)氣溫下降至-25.2℃時(shí)，則櫻桃樹會(huì)大量死亡。有研究標(biāo)明，如大櫻桃遭受同樣的低溫侵襲，氣溫下降快則凍害重，下降慢則凍害輕。由此可見，冬季低溫凍害是決定大櫻桃能否存活的關(guān)鍵氣象條件。大櫻桃對(duì)水分狀況很敏感，既不抗旱，也不耐澇。大櫻桃是喜光樹種，當(dāng)光照充足，則花芽充實(shí)、坐果率高、果實(shí)著色好、糖度高、品質(zhì)好；反之則花芽發(fā)育不良、坐果率低、果實(shí)著色差、成熟晚、品質(zhì)差。經(jīng)過深入生產(chǎn)區(qū)域考察和綜合分析，大櫻桃氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)確定為：①年平均氣溫為9℃～12℃；②年降水量為500～900mm；③年日照時(shí)數(shù)＞2500小時(shí)，將大櫻桃種植區(qū)劃分為同時(shí)滿足條件①②③的可能適宜種植區(qū)和不同時(shí)滿足條件①②③的不適宜種植區(qū)。其次，將滿足上述三個(gè)條件的可能適宜種植區(qū)再考慮極端最低氣溫的影響，將極端最低氣溫多年平均值的影響劃分為四個(gè)等級(jí)，具體標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 大櫻桃氣候區(qū)劃指標(biāo)

2.3 大櫻桃生育期氣候條件指標(biāo)

大櫻桃生長(zhǎng)期氣候條件指標(biāo)包括氣候資源和氣象災(zāi)害情況兩部分，應(yīng)用層次分析法確定氣候資源和氣象災(zāi)害權(quán)重系數(shù)，并對(duì)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。確定大櫻桃生育期氣候模型為：

式中，Q表示大櫻桃生育期氣候條件；X1表示大櫻桃氣候資源指標(biāo)，占權(quán)重75%；X2表示大櫻桃遭受氣象災(zāi)害指標(biāo)，占權(quán)重25%。

2.3.1 生育期氣候資源分析大櫻桃是喜光的落葉植物，充足的光照為大櫻桃提供較好的生長(zhǎng)條件，有利于大櫻桃的開花結(jié)果、果實(shí)著色和糖分的積累，確保其品質(zhì)優(yōu)良[6]。大櫻桃萌芽期開始于氣溫高于5℃，此期間適宜溫度為8℃～10℃。大櫻桃始花期適宜溫度為10℃～15℃；當(dāng)氣溫高于12℃盛花期開始，適宜溫度在 14℃～16℃，此生育期內(nèi)大櫻桃的生長(zhǎng)對(duì)空氣濕度的要求嚴(yán)格，相對(duì)濕度以50%～60%最適宜，當(dāng)濕度過高時(shí)，則影響坐果、花粉傳播受困、易感、染花腐病；反之，當(dāng)濕度過低時(shí)，則造成柱頭干燥，影響受精。另外，有研究表明[7]大櫻桃發(fā)育至成熟期間，當(dāng)氣溫日較差較大時(shí)，利于果實(shí)著色和糖分積累，能夠提高大櫻桃品質(zhì)。大櫻桃的花器形成期間要求氣溫為15℃～20℃，此溫度最為適宜。根據(jù)以上對(duì)大櫻桃氣候資源進(jìn)行分析，根據(jù)獼猴桃生長(zhǎng)期受到氣候影響情況，以X1：萌芽-開花期適宜溫度＞10℃；X2：始花期適宜溫度10℃～15℃；X3：盛花期適宜濕度50%～60%；X4：果實(shí)發(fā)育至成熟期，氣溫日較差＞8.2℃；X5：花器形成期溫度15～20℃作為影響大櫻桃品質(zhì)的氣候資源指標(biāo)（見表2）。根據(jù)層次分析法確定生育期氣候資源因子的影響程度賦予相應(yīng)權(quán)重，生育期氣候資源評(píng)分公式為：

表2 生育期氣候資源評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

2.3.2 氣象災(zāi)害分析 大櫻桃在生育前期需水量較少，而到果實(shí)發(fā)育的第二階段則需水量最大，即謝花后到果實(shí)成熟前是需水臨界期，此期間要保證充足的水分供應(yīng)。如果此期間少雨干旱，則會(huì)影響大櫻桃的品質(zhì)，但干旱是否成災(zāi)除了受該時(shí)段降雨影響外，與該地區(qū)是否具有灌溉條件同樣關(guān)系很大。在大櫻桃休眠期內(nèi)，其生長(zhǎng)的適宜溫度為-10℃～7℃，當(dāng)冬季低溫為-22℃，櫻桃樹會(huì)遭受凍害死亡。在大櫻桃盛花期內(nèi)，當(dāng)最低氣溫達(dá)到-1.1℃，植株便會(huì)遭受凍害；最低氣溫達(dá)到-4.7℃，則雌蕊受凍，不利于花期授粉。綜上所述，根據(jù)不同氣象災(zāi)害對(duì)大櫻桃品質(zhì)形成的影響大小，選取主要?dú)庀鬄?zāi)害影響因子（如表3），為了方面計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，本研究將無氣象災(zāi)害視為品質(zhì)最好，賦值100分；氣象災(zāi)害越嚴(yán)重，則得分越少。應(yīng)用層次分析法，將各影響因子賦予不同的權(quán)重，則氣象災(zāi)害評(píng)分公式為：

式中X為氣象災(zāi)害得分，β1為休眠期凍害得分，β2為萌芽期凍害得分。

表3 氣象災(zāi)害因子評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

2.4 大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)分

根據(jù)以上研究，綜合考慮氣候適宜性、生育期氣候條件、管理水平關(guān)鍵因子對(duì)大櫻桃氣候品質(zhì)的影響，根據(jù)構(gòu)建的大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，在ArcGIS中將各關(guān)鍵因子的評(píng)分柵格圖進(jìn)行計(jì)算迭加，最終得到遼寧省大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)分分布圖（如圖1），可以看到≥90分（“特優(yōu)”等級(jí)）主要分布在大連市、金州區(qū)、瓦房店大部、普蘭店大部地區(qū)，這與大櫻桃生產(chǎn)品質(zhì)實(shí)際基本一致。

圖1 遼寧省大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)分區(qū)劃圖

3 結(jié)論與分析

選取氣候適宜性、生育期氣候條件、管理水平作為影響大櫻桃氣候品質(zhì)的關(guān)鍵因子，構(gòu)建大櫻桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型。

在ArcGIS中，應(yīng)用氣候品質(zhì)模型進(jìn)行遼寧省大櫻桃氣候品質(zhì)區(qū)劃，得到大櫻桃“特優(yōu)”等級(jí)主要分布在大連市、金州區(qū)、瓦房店大部、普蘭店大部地區(qū)等，這與大櫻桃生產(chǎn)品質(zhì)實(shí)際基本一致。

本研究中大櫻桃氣候品質(zhì)認(rèn)證技術(shù)處于探索階段，下一步，需根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)對(duì)影響氣候品質(zhì)的因子做進(jìn)一步完善，使大櫻桃氣候品質(zhì)認(rèn)證更趨科學(xué)合理。