蒲城酥梨優(yōu)質品質區(qū)劃與氣象要素分析

馬耀絨，王紅軍，尹貞鈐，許偉峰

(1.渭南市氣象局，陜西渭南 714000；2.西安市氣象局，西安 710016)

蒲城縣地處陜西關中平原東部，是我國最大的酥梨種植基地之一。近年來，消費者對果品品質要求不斷提高，蒲城酥梨面臨升級提優(yōu)的迫切需求。找出優(yōu)質品質生產區(qū)，進行品質區(qū)劃是優(yōu)化作物種植環(huán)境的重要依據。在相似的栽培管理條件下，氣象條件對同一品種的果實品質有顯著影響。近年來，國內外許多學者對作物的品質區(qū)劃和果實品質與氣象條件關系進行研究：張光倫[1]指出生態(tài)因子對果實品質的影響；張維敏[2]研究紅富士蘋果膨大期氣象因素對果實品質影響；白燕榮[3]等發(fā)現(xiàn)蘋果斑點落葉病與氣象要素的關系；李德[4]等研究出碭山酥梨氣候品質評價模型；林春[5]等對潘陽湖區(qū)棉花進行種植區(qū)劃。找出蒲城酥梨生長最優(yōu)氣象條件，可帶動全縣農業(yè)由高產向高質量發(fā)展。對品質等級進行分區(qū)劃，并對蒲城酥梨不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)間品質與氣象條件關系進行研究，顯得尤為重要。

1 資料來源

1.1 氣象資料

氣象資料采用2018—2019年蒲城酥梨萌芽至采摘期期間13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象站的逐日氣象觀測資料，資料來自渭南市氣象局。

1.2 品質數據

2018—2019年品質數據來自蒲城酥梨試驗站，從主要栽植酥梨的13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)選取同一品種、樹齡相近、管理水平相當、緯度和海拔高度接近鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象站的定點果園，每個果園分別從東、西、南、北、中各部分散選5棵果樹，分別在果樹中層的東、西、南、北、中部5個方位各采摘一顆果實，每個園子選25個果實。含糖量使用TD-45數顯糖度計測定，果實硬度使用GY-4型硬度計測量，使用重量法測量石細胞含量。

1.3 氣象因子選擇

蒲城酥梨試驗站多年物候期觀測資料顯示，酥梨3月下旬萌芽，9月下旬至10月上旬采摘。鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象站為溫、濕、風、降水四要素氣象站。觀測資料顯示，同縣域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)間濕度、日照差異較小，考慮風對果品品質影響較小[6-7]，選取10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)3—9月不同發(fā)育期期間，以及各旬和月平均氣溫、≥0 ℃積溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、氣溫日較差、降水量，以及6—8月兩次膨大期期間高溫(日最高氣溫≥35 ℃)日數等因子。

2 氣候品質綜合評價與區(qū)劃

2.1 品質綜合結果與分析

主成分分析旨在通過對原變量進行線性變換，而后由產生的少數幾個新變量來最大限度地反映原來眾多變量的變換關系和相互作用關系[8]。選擇對酥梨品質貢獻最大的果皮厚度、果實硬度、含糖率、可滴定酸、單果重、果實含水率以及石細胞含量7個品質因素，由標準化后的各品質數據，利用主成分分析法[9-10]，采用SPSS17.0降維分析，得到3個品質因素相應特征值、方差及累計方差貢獻率(表1)。

表1 蒲城酥梨品質因素特征值、方差及累計方差貢獻率

由表1可見，3個主成份累計方差貢獻率為83.558%，總解釋力度已滿足設定需求，因此生成3個新的解釋變量，使用成份得分系數矩陣(公式1)求出新變量F1、F2和F3。

Fp=a1iZX1+a2iZX2+ … +apiZXp。

(1)

其中Fp為主成份生成新解釋變量，p=1,2,3。a1i,a2i, …,api(i=1,2，…,m)為X的協(xié)方差矩陣Σ的特征值所對應的特征向量，ZX1,ZX2, …,ZXp是原始變量經標準化處理的值。計算得到

(2)

式(2)中，y1，y2，…，y7分別表示果皮厚度，果實硬度，石細胞含量，單果重，總糖含量，可滴定酸，果實含水率。

。

(3)

公式(3)中：F代表酥梨綜合品質，Tj為第j個主分量對應的特征值，j=1,2,…，L。L為主分量累計方差貢獻率≥80%的特征值個數。根據公式(3)計算10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)F(表2)。

表2 蒲城主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)酥梨綜合品質F得分

2.2 綜合品質區(qū)劃

2.2.1 閾值劃分 根據概率四分位[11]和專家經驗法，對10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合品質F進行閾值劃分，按照特優(yōu)、優(yōu)、良、一般，確定蒲城酥梨品質區(qū)域劃分標準(表3)，按此標準得到的區(qū)劃結果與專家多年累積經驗結果基本符合。

2.2.2 地理區(qū)劃 采用ArcGIS制圖軟件，利用蒲城鄉(xiāng)鎮(zhèn)精確化矢量地圖和Photoshop軟件摳圖功能，得到蒲城10個主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)酥梨品質區(qū)域劃分(圖1)。結果顯示：西南部蘇坊、荊姚鎮(zhèn)以及南部黨睦鎮(zhèn)為特優(yōu)區(qū)；中部為優(yōu)質栽植區(qū)；由西南向東北品質逐漸遞減，最東部永豐鎮(zhèn)品質為良好；北部洛濱鎮(zhèn)綜合品質F最低，酥梨品質為一般。

表3 蒲城酥梨鄉(xiāng)鎮(zhèn)品質等級閾值劃分

圖1 蒲城酥梨主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)品質區(qū)劃

3 品質分析

3.1 主要氣象因子篩選

選取的10個主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象因子分別與果皮厚度、果實硬度、總糖含量、可滴定酸、單果重、果實含水率以及石細胞含量7種品質進行相關分析，挑選出通過P<0.01、P<0.05顯著性檢驗的氣象因子，經相關系數由高到低普查，篩選出影響各品質因素的主要氣象因子(表4)。

3.2 品質預報建模

遵循氣象因子正交原則[12]，利用相關系數高的氣象因子，采用多元線性回歸方法，設品質因素為因變量，氣象因子為自變量，分別建立品質與氣象因子數值預報模型(表5)。表5中：Y1為梨果皮厚度，X66為3月下旬平均最高氣溫，X86為5月平均最高氣溫，X88為7月平均最高氣溫，X121為5月中旬降水量。Y2為果實硬度，X61為7月>0 ℃積溫，X141為8月降水量，X142為9月降水量。Y3為石細胞含量，X122為5月下旬降水量，X131為8月下旬降水量，X138為5月降水量。Y4為單果重，X123為6月上旬降水量，X27為7月上旬氣溫日較差。Y5為含糖率，X132為9月上旬降水量，X138為5月降水量，X10為7月上旬平均氣溫，X22為6月上旬至7月上旬高溫日數。Y6為可滴定酸，X39為3月下旬>0 ℃積溫，X58為4月>0 ℃積溫，X106為8月下旬平均最低氣溫，X59為5月>0 ℃積溫。Y7為果實含水量，X2為4月中旬平均氣溫，X64為 3月下旬—4月上旬≥10 ℃積溫。

3.3 預報模型檢驗

利用品質預測模型，對2019年蒲城10個主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)酥梨的7種品質進行回代檢驗(表6)，結果顯示：2019 年酥梨實際品質值與擬合值平均誤差絕對值為0.7%～8.7%，檢驗情況較好。利用品質預測模型，另對2019年蒲城南、中、北部的龍陽、城關和上王3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的酥梨品質進行預測(表6)，結果顯示：預測平均誤差絕對值為0.6%～8.5%,模型預報效果良好。

表4 蒲城酥梨品質與主要氣象因子相關系數

注:*表示通過P<0.05顯著性檢驗,**表示通過P<0.01顯著性檢驗。

表5 蒲城酥梨品質因素與氣象因子回歸方程

表6 預測方程檢驗結果 %

品質果皮厚度硬度石細胞含量單果重含糖率可滴定酸含水量回代誤差1.46.88.28.74.27.10.7預報誤差0.67.27.98.53.16.61.5

4 結論與討論

(1)酥梨特優(yōu)種植區(qū)分布在蒲城西南部蘇坊、荊姚鎮(zhèn)以及南部黨睦鎮(zhèn)。此地海拔介于380～450 m，酥梨生育期總降水量>330 mm，生育期總積溫>3 900 ℃·d。

(2)氣象因子是影響酥梨品質的關鍵因子之一，以降水和溫度為指標分析發(fā)現(xiàn)：降水量和平均氣溫以及平均最高氣溫與果皮厚度、果實硬度、石細胞含量以及含糖率呈負相關；平均氣溫和積溫與果實含水量呈正相關。幼果至成熟期內高溫高濕的果園環(huán)境利于病蟲害滋生和蔓延，對果實品質形成不利，降水多不利于糖份的累積，但可抑制石細胞的形成，乳熟到成熟期降水量多果皮厚度小。≥0 ℃的積溫和8月下旬平均最低氣溫與可滴定酸呈負相關，有機酸的形成與果實呼吸作用有關，較高溫度下含酸量低，較低溫度下含酸量高。

(3)本研究主要針對酥梨內在品質，分析外觀品質與氣象要素關系并納入綜合品質評價是需要繼續(xù)研究的課題。酥梨內在品質預報模型效果良好，可在農業(yè)服務業(yè)務推廣應用，通過改善酥梨種植區(qū)小氣候，優(yōu)化果實品質，振興鄉(xiāng)村經濟發(fā)展。