中國富士系蘋果主產區花期模擬與分布*

柏秦鳳，霍治國，王景紅，梁 軼

中國富士系蘋果主產區花期模擬與分布*

柏秦鳳1，霍治國2，3**，王景紅1，梁 軼1

（1．陜西省農業遙感與經濟作物氣象服務中心，西安 710014；2．中國氣象科學研究院，北京 100081；3．南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心，南京 210044）

在中國富士系蘋果的5個主產區，分別選取花期資料系列較長的山東福山（環渤海灣產區）、河南三門峽（黃河故道產區）、甘肅西峰（黃土高原產區）、云南昭通（西南冷涼高地產區）和新疆阿克蘇（新疆產區）作為代表站，利用SPSS統計軟件，分析和篩選影響蘋果花期的氣象要素，構建富士系蘋果的花期模擬模型；采用平均絕對誤差（MAE）和分級加權滿分率計分評判法對模型進行檢驗，并用代表站周邊12個站點的物候觀測資料對模型進行外延檢驗；在此基礎上，逐站逐年模擬中國蘋果主產區416個氣象站1981?2018年富士系蘋果始花期和末花期。結果表明：代表站蘋果花期模擬模型單站檢驗滿分率66.7%～100.0%，平均絕對誤差0.4～3.4d，外延檢驗平均絕對誤差1.2～5.1d。1981?2018年中國不同產區富士系蘋果花期時間差異大，并呈提前變化的趨勢，提前變化分界點在1997年前后；代表站平均始花期最早與最晚相差27.0d，平均末花期最早與最晚相差18.0d；始花期提前變化幅度1.6～4.5d·10a?1，末花期提前變化幅度1.2～3.8d·10a?1。中國富士系蘋果花期空間分布特征表現為由南向北逐漸推遲，平均始花期從西南冷涼高地的3月中旬向北逐漸推遲至環渤海灣產區北部的4月下旬，平均末花期從西南冷涼高地的4月上旬向北逐漸推遲至環渤海灣產區北部的5月上旬。

蘋果主產區；富士蘋果；始花期；末花期；花期模擬

中國蘋果的產量和消費均居世界第一，2018年中國蘋果總產3923萬t，占世界總產的50%以上，其中富士系蘋果占中國蘋果栽植總面積的70%[1?2]。蘋果產業已經成為陜西、山東、山西、甘肅等蘋果主產省農業支柱型產業和果農增收致富的錢袋子[3]。然而，蘋果關鍵物候期花期，正是中國北方春季晚霜凍害多發之際，常造成全國性的蘋果花期凍害。如2018年中國蘋果產區發生大面積晚霜凍害，紅富士蘋果減產幅度達25%左右，重災區蘋果絕收，果農損失極為慘重[4]。面對蘋果產業巨大的規模，蘋果花期高風險的氣象災害，急需獲取中國蘋果花期模擬模型與時空分布相關研究成果，用以指導中國蘋果花期凍害防御工作的集中開展，提高防御能力和時空精度，提升中國蘋果產量和品質，保障果農經濟收益穩定增長。

國內外有關蘋果花期模擬、時空分布的研究報道均較少，尤其國內，僅零星可見黃土高原產區有相關蘋果花期預測的研究[5?7]；有關全國蘋果花期時空分布的研究更是甚少。國內外有關果樹物候期的模擬模型，較為常見的有統計模型[8?14]、熱時模型[15?17]、需冷量模型[18]，其中統計模型應用最為廣泛。如Darbyshire等[13]首次利用全球14個點的相關數據對蘋果花期物候模型進行了評估；Yaacoubi等[14]基于統計方法建立了地中海地區蘋果開花推算的溫度變化驗證模型；姚小英等[19]研究了隴東南“花牛”蘋果生長與熱量條件的關系，并建立了蘋果生長動態模型；劉璐等[3]分析了中國北方蘋果主產區蘋果始花期與熱量條件的關系，并建立了相關統計模型。熱時模型是基于某一基礎溫度與日平均氣溫差累積的半機理性物候模型，該模型目前多應用于觀賞性開花植物的花期模擬，實際應用中因參數誤差疊加模型誤差，一般模擬結果絕對誤差在4～6d，模擬效果不如統計模型[15?16,20]。需冷量模型在樹木花期模擬方面亦使用較少，一方面因落葉果樹需冷量估算本身存在一定的誤差，另一方面，落葉果樹春季常常因外界氣溫回升緩慢而可能發生強迫休眠，客觀上需冷量模型無法精確區分自然休眠和強迫休眠，進一步降低了模擬準確性[20?21]。

為了獲取中國蘋果主產區蘋果花期的時空分布特征，本研究擬采用統計模型，分產區構建中國主栽富士系蘋果花期物候模型，并進行內部檢驗和外延檢驗。在此基礎上逐站逐年模擬蘋果花期物候，并基于地理信息系統插值功能，繪制中國富士系蘋果1981?2018年最早、平均、最晚始花期和末花期分布圖，以期為中國富士系蘋果花期生產管理和凍害防御，產量和品質提升，促進果農收益增長等提供決策參考。

1 資料與方法

1.1 研究區域

按照地理氣候條件的差異，中國富士系蘋果分5個主產區，涉及11個省份，分別是環渤海灣產區（主要包括山東、河北、遼寧）、黃土高原產區（主要包括山西、陜西秦嶺以北、甘肅）、黃河故道產區（主要包括河南、安徽北部、江蘇北部）、西南冷涼高地產區（主要包括云南東北部）、新疆產區（主要包括新疆中部）[4,22?23]。區域分布見圖1。

1.2 物候資料

共收集到21個縣/區的蘋果物候資料。其中，始花期、末花期資料均長于10a的站有5個，分別是新疆阿克蘇、甘肅西峰、云南昭通、河南三門峽、山東福山。上述5個站物候資料來源于相關省（區）氣象局，其余物候資料來源于文獻[24?27]。站點分布見圖1。

1.3 氣象資料

研究區域內11個省份及周邊省份416個氣象臺站1981?2018年逐日地表平均溫度資料來源于中國氣象局氣象信息中心。使用前對所有資料均進行質量控制，個別缺測的日期，采用缺測日前一日和后一日的平均值代替；缺測時段較長的資料，采用多年平均日值代替；缺測超過30d的站，棄用當年資料。

1.4 方法

1.4.1 物候模型構建

以福山（環渤海灣產區）、西峰（黃土高原產區）、三門峽（黃河故道產區）、阿克蘇（新疆產區）、昭通（西南冷涼高地產區）5個長物候站，作為各自產區代表站構建物候模型。代表站地理與物候信息見表1。各代表站的物候數據以2015年為界，分為建模數據序列（有物候記錄年份?2015年）和檢驗數據序列（2016?2018年）；其余非代表站物候資料用來檢驗本產區物候模型的空間拓展應用效果。基于SPSS統計軟件分析富士系蘋果花期與氣象要素的關系，構建富士系蘋果花期模擬模型。

圖1 中國富士系蘋果主產區劃分及物候站分布

表1 中國富士系蘋果代表站地理與物候信息

1.4.2 物候模型檢驗

采用內部檢驗和外延檢驗兩種方法對模型進行檢驗[5?6,28]。內部、外延檢驗分別采用各建模站有物候記錄年份?2015年物候資料、2016?2018年物候資料進行；準確率評估方法采用平均絕對誤差（MAE）和分級加權滿分率計分評判法即GWFS方法[28?29]。GWFS方法便于比較樣本數不同的模型之間的優劣性，其步驟為，（1）將模擬誤差的絕對值即|Yi?Y|按照≤2d、2～5d、＞5d分別劃分為Ⅰ級（準確）、Ⅱ級（基本準確）、Ⅲ級（不準確），并分別賦予3分、2分、1分的權重；（2）統計各級別所占的百分率，并計算其與本級別權重分值的乘積，獲得各級別的總得分；（3）假設每一次推算結果都是Ⅰ級，則總得分應為100×3分，即滿分為300分，用各級別的總得分除以滿分300分獲得其加權滿分率。

1.4.3 模型的空間拓展應用

物候學研究表明，相似的地理氣候條件下，同種類樹木的物候年際之間是相似的；不同種類樹木的物候年際之間存在穩定的順序性，即物候現象的“先后有序，遲早相隨”特點[28,30]。基于上述理論，可推理得出地理氣候條件相似的產區，富士系蘋果每年的花期物候是相似或相近的。因而本研究用福山站物候模型模擬環渤海灣產區、三門峽站物候模型模擬黃河故道產區、西峰站物候模型模擬黃土高原產區、昭通站物候模型模擬西南冷涼高地產區、阿克蘇站物候模型模擬新疆產區，逐站逐年獲取中國富士系蘋果主產區1981? 2018年的花期物候，并采用同產區內其它非代表站物候數據對結果進行外延檢驗。

2 結果與分析

2.1 代表站富士系蘋果花期物候模型構建

由表1可見，由于地理位置及海拔等的差異，各代表站富士系蘋果始花期存在明顯差異，其中以昭通站最早，平均日序（以1月1日為1，下同）為77（3月18日），變化范圍在64～88（3月5?29日）；三門峽站平均日序為98（4月8日），變化范圍在89～109（3月30日?4月19日）；阿克蘇站平均日序為101（4月11日），變化范圍在94～108（4月4?18日）；西峰站平均日序為110（4月20日），變化范圍在97～126（4月7日?5月6日）；福山站最晚，平均日序為111（4月21日），變化范圍在93～125（4月3日?5月5日）。初步對比5個代表站富士系蘋果始花時間可見，各站始花主要分布時段存在較大區別，說明其開花期與各自地理氣候環境下開花前熱量積累有關。因此，選擇各代表站富士系蘋果始花前第1?第n旬地表0℃、3℃、5℃、10℃活動或有效積溫分別與其始花期進行相關分析，選擇相關性較高的因子進行多元回歸，建立各代表站富士系蘋果始花期模擬模型，結果見表2。由表2可見，5個代表站富士系蘋果始花模擬模型決定系數R2在0.544（昭通）～0.792（三門峽），福山、三門峽、西峰、阿克蘇4站相關系數均通過0.01水平的顯著性檢驗，昭通站相關系數通過0.05水平的顯著性檢驗。

同理，各代表站富士系蘋果末花期亦存在明顯差異，仍然以昭通站最早，末花期平均日序為94（4月4日），變化范圍在78～106（3月19日?4月16日）；三門峽站平均日序為107（4月17日），變化范圍在97～117（4月7?27日）；阿克蘇站平均日序為110（4月20日），變化范圍在104～118（4月14?28日）；福山站平均日序為120（4月30日），變化范圍在101～132（4月11日?5月12日）；西峰站最晚，平均日序為121（5月1日），變化范圍在109～139（4月19日?5月19日）。對比5個代表站富士系蘋果末花時間可見，各站主要分布時段有較大區別，說明其末花時間與各自地理氣候環境下末花前熱量累積有關。因此，選擇各代表站富士系蘋果末花前第1?第n旬地表0℃、3℃、5℃、10℃活動或有效積溫分別與其末花期進行相關分析，選擇相關性較高的因子進行多元回歸，建立各代表站富士系蘋果末花期模擬模型，結果見表2。由表2可見，5個代表站富士系蘋果末花模擬模型決定系數R2在0.494（阿克蘇）～0.728（三門峽），福山、三門峽、西峰、阿克蘇4站相關系數均通過0.01水平的顯著性檢驗，昭通站相關系數通過0.05水平的顯著性檢驗。

表2 5個代表站富士系蘋果始花期、末花期模擬模型

注：因變量X的下角標“數字1+字母+數字2”：“數字1”表示開始計算積溫的溫度閾值，字母“a”表示活動積溫，“e”表示有效積溫，“數字2”表示旬序。如，“X5e10”表示“第1?10旬的5℃有效積溫”，“X10a7”表示“第1?7旬的10℃活動積溫”。*表示P＜0.05，**表示P＜0.01。下同。

Note: The lower corner sign of dependent variable X is “number 1 + letter + number 2”. The “number 1” indicates the temperature threshold at which the integrated temperature begins to be calculated. The letter“a”indicates the active integrated temperature. “e” indicates the effective integrated temperature. The “number 2” indicates the ten day order. For example, “X5e10”means “5℃ effective integrated temperature from the first ten days to the tenth ten days”, and “X10a7” means “10℃ active integrated temperature from the first ten days to the seventh ten days”.*is P＜0.05，**is P＜0.01. The same as below.

2.2 代表站富士系蘋果花期物候模型檢驗

2.2.1 同站花期模擬檢驗

對5個代表站富士系蘋果花期物候模型分別進行內部回代和外部檢驗。檢驗結果見表3。由表3可見，5個代表站富士系蘋果始花模型GWFS內部檢驗滿分率76.8%（西峰）～90.5%（三門峽），MAE在1.9（三門峽）～3.3d（西峰）；GWFS外部檢驗滿分率66.7%（昭通）～100.0%（福山），MAE在0.4（阿克蘇）～3.4d（昭通）。5個代表站富士系蘋果末花期模型GWFS內部檢驗滿分率74.1%（昭通）～85.7%（三門峽），MAE在2.5（阿克蘇）～3.2d（昭通）；GWFS外部檢驗滿分率77.8%（西峰、三門峽、昭通）～100.0%（福山），MAE在0.8（阿克蘇）～2.9d（昭通）。除昭通站始花期模型外部檢驗滿分率＜70.0%、MAE為3.4d，模擬效果略差，其余代表站始花、末花期檢驗滿分率均＞70.0%，MAE≤3.3d，可見5個代表站富士系蘋果始花、末花期模擬結果基本準確。

2.2.2 鄰近站花期模擬檢驗

基于相似地理氣候條件區域，樹木物候“先后有序、遲早相隨”的現象與原理，用阿克蘇站富士系蘋果花期模型模擬本產區伊寧站富士系蘋果花期物候并檢驗；用西峰站富士系蘋果花期模型模擬本產區洛川、白水、旬邑、禮泉、太原、萬榮、吉縣7站富士系蘋果花期物候并檢驗；用福山站富士系蘋果花期模型模擬本產區保定、秦皇島、撫順、聊城4站富士系蘋果花期物候并檢驗，結果見表4，黃河故道產區、西南冷涼高地產區因缺物候數據未做檢驗。

表3 5個代表站富士系蘋果始花期、末花期模擬模型內部、外部檢驗誤差和得分評價結果

表4 利用各產區內鄰近站點資料對富士系蘋果花期模型進行空間拓展檢驗的誤差

注：太原站用秦冠訂正富士蘋果花期，秦皇島、撫順站用國光訂正富士蘋果花期，訂正資料采用白水蘋果試驗站2015?2018年不同蘋果品種物候差異觀測資料；民勤、天水、張家口、建平4站因蘋果品種不詳，花期物候僅作參考，未作檢驗。?表示無數據。

Note: Taiyuan adopted the Fuji apple flower stage revised by Qinguan apple. Qinhuangdao and Fushun adopted the Fuji apple flower stage revised by Guoguang apple. The revised data were from the observation data of phenological difference of different apple varieties in Baishui Apple Experimental Station from 2015 to 2018. Minqin, Tianshui, Zhangjiakou, Jianping were not tested because the apple varieties were not known. ? is no data.

由表4可見，12個外延檢驗站富士系蘋果始花期最大誤差為8.8d（撫順，1987年），最小誤差為0.2d（白水2016年，旬邑2017年，秦皇島1988年），MAE在1.5（白水）～5.1d（撫順）；末花期最大誤差為7.6d（萬榮，2013年），最小誤差為0.0d（撫順，1982年），MAE在1.2（太原）～4.3d（秦皇島）。可見，在無更多物候數據可用的情況下，用各產區代表站富士系蘋果花期物候模型，模擬本產區富士系蘋果花期物候，MAE略大于代表站，在大部分年份具有一定的準確性，對指導本產區富士系蘋果生產和花期凍害防御等具有參考意義。

2.3 模擬富士系蘋果花期的時空變化

2.3.1 代表站花期變化趨勢

以阿克蘇、西峰、三門峽、福山、昭通5個代表站的富士系蘋果花期模型，分別模擬其1981?2018年富士系蘋果始花期、末花期。模擬結果見圖2。

注：福山站1990?1991年氣象數據缺失；y1為始花期日序，y2為末花期日序。

Note: The meteorological data in Fushan from 1990 to 1991 were missing. y1is the ordinal day from Jan.1 of the first flower stage, y2is the ordinal day from Jan.1 of the terminal flower stage.

由圖2可見，1981?2018年中國不同產區代表站的富士系蘋果花期分布規律和變化趨勢具有3個特點。首先，5個代表站富士系蘋果花期時間差異大，具體表現為始花期以昭通站最早，平均日序為82.3（約3月23日），其余4站三門峽為101.4（約4月11日），阿克蘇為103.8（約4月14日），福山為106.4（約4月16日），西峰站最晚，為109.2（約4月19日）；末花期也以昭通站最早，平均日序為100.9（約4月11日），其余4站三門峽為111.6（約4月22日），阿克蘇為112.2（約4月22日），福山為115.8（約4月26日），西峰站最晚，為119.5（約4月30日）。其次，5個代表站1981?2018年富士系蘋果花期均呈顯著提前的變化趨勢，具體表現為始花期以昭通提前幅度最大，達4.5d·10a?1，其余4站三門峽為2.7d·10a?1，阿克蘇為2.1d·10a?1，西峰為1.9d·10a?1，福山站最小，為1.6d·10a?1；末花期以昭通站提前幅度最大，達3.8d·10a?1，其余4站阿克蘇為2.0d·10a?1，三門峽為1.8d·10a?1，西峰為1.7d·10a?1，以福山站最小，為1.2d·10a?1。最后，與氣候學上30a基本氣候時段（1981?2010年）的物候期均值對比可發現，1997年前后是中國富士系蘋果花期呈提前變化趨勢的分界點[23]，1997年之前，多數年份的始花期、末花期晚于基本氣候時段均值，之后則多數年份的始花期、末花期早于基本氣候時段均值。

2.3.2 花期空間分布

分別以各產區代表站富士系蘋果花期模型，逐站模擬各自產區內1981?2018年富士系蘋果始花、末花期，并統計各站最早、平均、最晚始花期和末花期，基于GIS（地理信息系統）平臺，繪制中國富士系蘋果花期空間分布圖（圖3、圖4）。

由圖3可見，中國富士系蘋果始花期基本呈由南向北逐漸推遲的趨勢。最早始花期出現在2月中旬?4月下旬（圖3a），其中西南冷涼高地產區在3月21日之前；黃河故道產區在3月22日?4月5日，北部核心產區在3月27日?4月5日；黃土高原產區在3月27日?4月20日，山西南部、陜西北部等核心產區在4月1?10日；新疆產區在3月26日?4月20日，阿克蘇、伊寧等核心產區在4月6?20日；環渤海灣產區在4月6?25日，核心產區山東在4月6?15日。由圖3b可見，平均始花期由南向北出現在3月中旬?4月下旬末期，其中西南冷涼高地產區在3月31日之前；黃河故道產區在4月1?10日，北部核心產區在4月6?10日；黃土高原產區在4月6?25日，山西南部、陜西北部等核心產區在4月11?20日；新疆產區在4月6?25日，阿克蘇、伊寧等核心產區在4月11?20日；環渤海灣產區在4月11?30日，核心產區山東在4月11?25日。由圖3c可見，最晚始花期由南向北出現在4月上旬?5月上旬，其中西南冷涼高地產區在4月15日之前，核心產區昭通在4月11?15日；黃河故道產區在4月16?20日；黃土高原東部產區在4月16?20日，西部在4月21?25日；新疆產區在4月11?25日，阿克蘇、伊寧等核心產區在4月16?25日；環渤海灣產區在4月21日?5月10日，核心產區山東在4月21?30日。

圖3 中國富士系蘋果最早（a）、平均（b）、最晚（c）始花期（日序）的空間分布

圖4 中國富士系蘋果最早（a）、平均（b）、最晚（c）末花期（日序）的空間分布

由圖4可見，中國富士系蘋果末花期基本呈由南向北逐漸推遲的趨勢。最早末花期出現在3月下旬?5月上旬（圖4a），其中西南冷涼高地產區在4月1日之前；黃河故道產區南部在4月1?5日，北部在4月6?10日；黃土高原產區在4月11?30日，山西、陜西北部、甘肅東部核心產區在4月16?25日；新疆產區在4月11?30日，阿克蘇、伊寧等核心產區在4月16?25日；環渤海灣產區在4月16日?5月10日，核心產區山東在4月16?25日。由圖4b可見，平均末花期由南向北出現在4月上旬?5月上旬，其中西南冷涼高地產區在4月15日之前；黃河故道產區在4月16?20日；黃土高原產區在4月21日?5月5日，山西、陜西、甘肅東部核心產區在4月21?30日；新疆產區在4月16日?5月5日，阿克蘇、伊寧等核心產區在4月21?30日；環渤海灣產區在4月21日?5月10日，核心產區山東在4月21?30日。由圖4c可見，最晚末花期由南向北出現在4月中旬?5月中旬，其中西南冷涼高地產區在4月25日之前；黃河故道產區在4月21?30日，北部核心產區在4月26?30日；黃土高原產區在4月26日?5月10日，山西、陜西北部及甘肅東部核心產區在4月26日?5月5日；新疆產區在4月21日?5月5日，阿克蘇、伊寧等核心產區在4月26日?5月5日；環渤海灣產區在5月1?20日，核心產區山東在5月1?5日。

3 結論與討論

3.1 結論

（1）基于地表平均溫度要素，利用統計方法構建的福山、三門峽、西峰、昭通、阿克蘇富士系蘋果花期模擬模型，內部檢驗滿分率74.1%～90.5%，MAE在1.9～3.3d；外部檢驗滿分率66.7%～100.0%，MAE在0.4～3.4d；同產區外延推算MAE為1.2～5.1d。

（2）1981?2018年，中國不同產區富士系蘋果花期時間差異大，均呈提前變化趨勢，提前變化分界點在1997年前后。代表站平均始花、末花期昭通站為3月23日、4月11日；三門峽站為4月11日、4月21日；阿克蘇站為4月14日、4月22日；福山站為4月17日、4月26日；西峰站為4月19日、4月29日。產區平均始花期最早與最晚相差27.0d，平均末花期最早與最晚相差18.0d。代表站始花、末花期提前幅度分別為，昭通站4.5、3.8d·10a?1，三門峽站2.7、1.8d·10a?1，阿克蘇站2.1、2.0d·10a?1，西峰站1.9、1.7d·10a?1，福山站1.6、1.2d·10a?1。

（3）中國富士系蘋果花期空間分布特征表現為由南向北逐漸推遲。西南冷涼高地產區平均始花期在3月31日之前，平均末花期在4月15日之前；黃河故道產區平均始花期在4月1?10日，平均末花期在4月16?20日；黃土高原產區平均始花期在4月6?25日，平均末花期在4月21日?5月5日；新疆產區平均始花期在4月6?25日，平均末花期在4月16日?5月5日；環渤海灣產區平均始花期在4月11?30日，平均末花期在4月21日?5月10日。

3.2 討論

前人有關樹木物候的研究較多見，但有關蘋果樹物候期的研究報道較少，僅有的研究成果，或研究區域較小，或僅針對始花期開展，成果應用價值有限[5?6,27]。本研究針對中國蘋果產區主栽的富士系蘋果，分區構建始花和末花模擬模型，并對比分析各產區富士系蘋果花期物候時空分布規律和變化趨勢。相關結果可為全國尺度上富士系蘋果的生產管理，花期氣象災害防御等提供重要參考依據。

本研究有關黃土高原產區、環渤海灣產區蘋果花期物候時間分布的研究結論，與前人研究結果基本吻合[5,27]；有關蘋果花期物候變化趨勢的研究結論，與前人有關其它樹木花期物候變化趨勢的研究結論也相一致[15，31?32]。

與前人有關樹木花期物候模型構建采用的方法不同，本研究采用統計方法。從模型模擬檢驗結果來看，外延檢驗MAE最大為5.1d，優于熱時、需冷量等機理性模型[15，33]。與前人有關樹木花期物候模型研究采用的氣候要素比較，本研究采用單一地表溫度要素。從模型模擬檢驗結果來看，單一地溫要素相較單一氣溫要素，氣溫、日照、降水等多要素模型模擬誤差均偏小[6?7,34]。本研究認為，早春時段果樹的萌芽、開花等首先需要根系的萌動和養分供給，果樹根系的活動同樣需要一定的地溫，因此早春時段果樹物候現象對地溫的響應早于或顯于氣溫。這也是本研究前期要素篩選中地表溫度相較氣溫與富士系蘋果花期相關性更顯著的理論依據。但該結論是否同樣適用于其它樹木早春物候的模擬，還有待檢驗。

果樹花期的準確模擬，對計劃和管理田間生產、防御和應對花期災害具有非常重要的意義。但從目前相關研究成果看，不論是采用單要素或多要素、統計或機理模型，均存在不可忽視的誤差。劉璐等[7]從較微觀的方面指出，蘋果屬栽培作物，春季的灌水、施肥、種草覆草等田間措施會影響蘋果花期，應將果園管理技術一并考慮作為影響蘋果花期的要素。鄔定榮等[33]從較宏觀的方面指出，造成蘋果花期模擬誤差大的原因是氣象站位置及所測得的氣象信息與果園所在復雜地形及小氣候信息不一致。本研究認為，提高中國產區蘋果花期模擬精度，需從以下4個方面加強工作：一是基于中國不同蘋果產區地理地形、氣候條件差異大，無論是統計模型還是機理性模型，分產區構建蘋果花期模擬模型是十分必要的；二是增加蘋果物候觀測點并持續觀測，短期內可提供充足的模型檢驗、不同品種花期矯正資料，長期內可提供空間上更為精細的建模數據；三是增加建設蘋果園小氣候站，研究不同產區蘋果園小氣候差異及蘋果園內外氣候要素的推演關系，可有效提高各產區蘋果花期模擬精度；四是在建有小氣候站的果園同時開展蘋果生理生態觀測，獲取從果樹萌芽到休眠全生育期物候信息，光、溫、水、土、肥等資源供給特點及數據，田間管理方式方法等信息，可有效提高蘋果物候模擬機理性模型的精度。

[1] 屈振江,周廣勝,魏欽平.蘋果花期凍害氣象指標和風險評估[J].應用氣象學報,2016,27(4):385-395.

Qu Z J,Zhou G S,Wei X P.Meteorological disaster index and risk assessment of frost injury during apple florescence[J]. Journal of Applied Meteorological Science,2016,27(4):385- 395.(in Chinese)

[2] 中商產業研究院.我國已成世界最大蘋果生產國!2018年蘋果產量達3923.34萬噸[OL].[2019-10-15].http://www.askci. com/news/chanye/20191015/1405291153761.shtml.

China Business Industry Research Institute. China has become the world's largest apple producer! In 2018, apple output reached 39.2334 million tons [OL].[2019-10-15].http:// www.askci.com/news/chanye/20191015/1405291153761.shtml. (in Chinese)

[3] 劉璐,王景紅,張樹譽,等.陜西紅富士蘋果氣候品質指標及認證技術[J].中國農業氣象,2018,39(9):611-617.

Lu L,Wang J H,Zhang S Y,et al.Climate quality index and climate quality certification model of Red Fuji Apple in Shaanxi province[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2018,39(9):611-617.(in Chinese)

[4] 孫平平,王文輝.2017/2018年世界蘋果、梨、葡萄、桃及櫻桃產量、市場與貿易情況[J].中國果樹,2018,(2):99-108.

Sun P P,Wang W H.World apple,pear,grape,peach and cherry production,market and trade in 2017/2018[J].China Fruits, 2018,(2):99-108.(in Chinese)

[5] 柏秦鳳,王景紅,屈振江,等.陜西蘋果花期預測模型研究[J].中國農學通報,2013,29(19):164-169.

Bai Q F,Wang J H,Qu Z J,et al.The research on Shaanxi apple florescence prediction model[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2013,29(19):164-169.(in Chinese)

[6] 李美榮,杜繼穩,李星敏,等.陜西果區蘋果始花期預測模型[J].中國農業氣象,2009,30(3):417-420.

Li M R,Du J W,Li X M,et al.Prediction model for beginning of apple flowering period in fruit growing areas of Shaanxi province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2009,30(3): 417-420.(in Chinese)

[7] 劉璐,王景紅,傅瑋東,等.中國北方主產地蘋果始花期與氣候要素的關系[J].中國農業氣象,2020,41(1):51-60.

Lu L,Wang J H,Fu W D,et al.Relationship between apple’s first flower and climatic factors in the main producing areas of the Northern China[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2020,41(1):51-60.(in Chinese)

[8] 顧品強,姚瑤.黃桃始花期和成熟期統計預報模型研究[J].上海農業學報,2013,29(3):54-58.

Gu P Q,Yao Y.Study on the statistical prediction model of the initial flowering and mature period of yellow peach[J]. Shanghai Journal of Agriculture,2013,29(3):54-58.(in Chinese)

[9] 郭睿.楊凌地區桃樹花期預測模型研究[D].楊凌:西北農林科技大學,2016.

Guo R.The research on Yangling peach florescence prediction model[D].Yangling:Northwest Agricultural and Forestry University,2016.(in Chinese)

[10] 徐相明,顧品強,陳叢敏,等.莎車巴旦姆物候期對氣象條件的響應及花期預測模型[J].應用生態學報,2016,27(2): 421-428.

Xu X M,Gu P Q,Chen C M,et al.Response of phenophase to meteorological conditions and flowering forecast model onin Shache county[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2016,27(2):421-428.(in Chinese)

[11] 楊棟,丁燁毅,金志鳳,等.浙江水蜜桃成熟期集合預報模型[J].中國農業氣象,2018,39(6):421-430.

Yang D,Ding Y Y,Jin Z F,et al.Collection model for maturity forecasting of Juicy peach in Zhejiang province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2018,39(6):421-430.(in Chinese)

[12] 傅瑋東,李蘭,顧雅文.庫車日平均氣溫≥3℃初日與杏樹開花期的關系[J].沙漠與綠洲氣象,2017,11(4):86-89.

Fu W D,Li L,Gu Y W.Relationship between the first day on daily average temperature more than 3℃ and the flowering of Apricot in Kuche[J].Desert and Oasis Meteorology,2017, 11(4):86-89.(in Chinese)

[13] Darbyshire R,Farrera I,Martinez-Lüscher J,et al.A global evaluation of apple flowering phenology models for climate adaptation[J].Agricultural and Forest Meteorology,2017, 241:66-77.

[14]Yaacoubi A E,Oukabli A,Hafidi M,et al.Validated model for apple flowering prediction in the Mediterranean area in response to temperature variation[J].Scientia Horticulturae, 2019,249:59-64.

[15] 仲舒穎,葛全勝,戴君虎,等.中國典型觀賞植物花期模型建立及過去花期變化模擬[J].資源科學,2017,39(11):2116- 2129.

Zhong S Y,Ge Q S,Dai J H,et al.Development of phenological models for simulating past flowering phenology of typical ornamental plants in China[J]. Resources Science,2017,39(11):2116-2129.(in Chinese)

[16] 李榮平,張曉月,李晶.氣候變化背景下紫丁香花期物候特征及其模擬研究[J].北方園藝,2018,(1):109-113.

Li R P,Zhang X Y,Li J.Study on the phenological characteristics and simulation offlowering under the background of climate change[J].Northern Horticulture,2018, (1):109-113.(in Chinese)

[17] 李瑞英,任崇勇,陳楠,等.魯西南典型植物春季物候期的模擬研究[J].干旱氣象,2015,33(6):1010-1016.

Li R Y,Ren C Y,Chen N,et al.Simulation of spring phenophase of typical plants in southwestern Shandong Province[J].Journal of Arid Meteorology,2015,33(6):1010- 1016.(in Chinese)

[18] 李榮平,周廣勝,閻巧玲.植物物候模型研究[J].中國農業氣象2005,26(4):210-214.

Li R P,Zhou G S,Yan Q L.Study on plant phenological model[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2005,26(4): 210-214.(in Chinese)

[19] 姚小英,馬杰,李瞳,等.隴東南“花牛”蘋果果實生長動態及其與熱量條件的關系[J].中國農業氣象,2017,38(12): 780-786.

Yao X Y,Ma J,Li T,et al.Growth dynamics of“Huaniu”apple and its relationship with heat conditions in southeast of Gansu province[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2017,38(12):780-786.(in Chinese)

[20] 張愛英,王煥炯,戴君虎,等.物候模型在北京觀賞植物開花期預測中的適用性[J].應用氣象學報,2014,25(4):483-492.

Zhang A Y,Wang H J,Dai J H,et al.Applicability analysis of phonological models in the flowering time prediction of ornamental plants in Beijing area[J].Journal of Applied Meteorological Science,2014,25(4):483-492.(in Chinese)

[21] 莊維兵,章鎮,侍婷,等.落葉果樹需冷量及其估算模型研究進展[J].果樹學報,2012,29(3):447-453.

Zhuang W B,Zhang Z,Shi T,et al.Advance on chilling requirement and its chilling models in deciduous fruit crops[J].Journal of Fruit Science,2012,29(3):447-453.(in Chinese)

[22] 張聰穎,暢倩,霍學喜.中國蘋果生產區域變遷分析[J].經濟地理,2018,(8):45-51.

Zhang C Y,Chang Q,Huo X X.Analysis of regional changes of apple production in China[J].Economic Geography,2018, (8):45-51.(in Chinese)

[23] 劉天軍,范英.中國蘋果主產區生產布局變遷及影響因素分析[J].農業經濟問題,2012,(10):36-42.

Liu T J,Fan Y.Analysis on the changes of production distribution and influencing factors in main apple producing areas of China[J].Agricultural Economy,2012,(10):36-42.(in Chinese)

[24] 趙天耀.1986年保定動植物物候觀測年報[J].河北林學院學報,1987,2(1):104-108.

Zhao T Y.Annual report of zoological and phytological observation in Baoding in 1986[J].Journal of Hebei Forestry University,1987,2(1):104-108.(in Chinese)

[25] 中國科學院地理研究所.中國動植物物候觀測年報(第8-11號)[M].北京:地質出版社,1988-1991.

Institute of Geography of Chinese Academy of Sciences. Annual report of zoological and phytological observation in China(No.8-11)[M].Beijing:Geological Publishing House, 1988-1991.(in Chinese)

[26] 蒲金涌,姚小英,姚曉紅,等.氣候變暖對甘肅黃土高原蘋果物候期及生長的影響[J].中國農業氣象,2008,29(2): 181-183.

Pu J Y,Yao X Y,Yao X H,et al.Impacts of climate warming on phonological period and growth of apple tree in Loess Plateau of Gansu province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2008,29(2):181-183.(in Chinese)

[27] 劉麗新.遼寧建平蘋果物候期提前需注意哪些[J].果樹實用技術與信息,2014,(8):38-39.

Liu L X.What should be paid attention to in advance of apple phenology in Jianping in Liaoning province[J]. Practical Technology and Information of Fruit Trees,2014, (8):38-39.(in Chinese)

[28] 張明慶,蔡霞.北京地區春季主要園林樹木的花期預測研究[J].首都師范大學學報(自然科學版),2005,26(2):85-90.

Zhang M Q,Cai X.Research on the forecast of the gardening plants blooming in spring time in Beijing area[J].Journal of Capital Normal University(Natural Science Edition),2005, 26(2):85-90.(in Chinese)

[29] 楊國棟,張明慶,董建華,等.樹木花期的預報方法新探[J].首都師范大學學報(自然科學版),2000,21(1):64-71.

Yang G D,Zhang M Q,Dong J H,et al.New forecast method blooming of the woods:Rehd for example [J].Journal of Capital Normal University(Natural Science Edition),2000,21(1):64-71.(in Chinese)

[30] 竺可楨,宛敏渭.物候學(增訂本)[M].北京:科學出版社, 1980:79.

Zhu K Z,Wan M W.Phenology(revised edition)[M].Beijing: Science Press,1980:79.(in Chinese)

[31] 雷俊,姚玉璧,孫潤,等.黃土高原半干旱區物候變化特征及其對氣候變暖的響應[J].中國農業氣象,2017,38(1):1-8.

Lei J,Yao Y B,Sun R,et al.Phenological variation and its response to climate warming in semi-arid region of Loess Plateau[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2017,38(1): 1-8.(in Chinese)

[32] 陸佩玲.中國木本植物物候對氣候變化的響應研究[R].北京:北京林業大學,2006:1-11.

Lu P L.Study of the response of main woody plant phenology to climate change in China[R].Beijing:Beijing Forestry University,2006:1-11.(in Chinese)

[33] 鄔定榮,霍治國,王培娟,等.陜西蘋果花期機理性預報模型的適用性評價[J].應用氣象學報,2019,30(5):555-564.

Wu D R,Huo Z G,Wang P J,et al.The applicability of mechanism phenology models of simulating apple flowering date in Shaanxi province[J].Journal of Applied Meteorological Science,2019,30(5):555-564.(in Chinese)

[34] 徐琳,陳效逑,杜星.中國東部暖溫帶刺槐花期空間格局的模擬與預測[J].生態學報,2013,33(12):3584-3593．

Xu L,Chen X Q,Du X.Simulation and prediction of spatial patterns offlowering dates in eastern China's warm temperate zone[J].Acta Ecologica Sinica,2013, 33(12):3584-3593.(in Chinese)

Simulation and Distribution of Flower Stage in Main Production Areas of Fuji Apple in China

BAI Qin-feng1, HUO Zhi-guo2，3, WANG Jing-hong1, LIANG Yi1

(1.Shaanxi Meteorological Service Center of Agricultural Remote Sensing and Economic Crops, Xi’an 710014, China; 2.Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081;3.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044)

In the five main production areas of Fuji apple in China, Fushan(in Shandong province and belongs to the Around Bohai bay production area), Sanmenxia(in Henan province and belongs to the old Yellow River production area), Xifeng(in Gansu province and belongs to the Loess Plateau production area), Zhaotong(in Yunnan province and belongs to the southwest cold highland production area), Akesu(in Xinjiang Uygur Autonomous Region and belongs to the Xinjiang production area)were selected as representative sites. Using SPSS statistical software, the meteorological factors affecting Fuji apple flowering were analyzed and screened, and the flowering simulation models of Fuji apple were constructed. The mean absolute error (MAE) and graded weighted full score method were used to test the models, and the epitaxial test of the models were carried out by using the phenological observation data of 12 sites around the representative sites. On this basis, using the meteorological data of 416 sites in China's apple production areas from 1981 to 2018, the first and terminal flower of Fuji apple were simulated year by year. The results showed that, the full scores of single site tested were 66.7%?100.0%, the mean absolute errors (MAE) were 0.4?3.4d, and the MAE of epitaxial tests were 1.2?5.1d. From 1981 to 2018, the flower stages of Fuji apple in China have three characteristics: large time difference, early change trend, and the dividing point of early change around 1997. Zhaotong’s average first flower was the earliest, at 82.0d (March 21), Xifeng’s average first flower was the latest, at the 109.0d (April 19), with a difference of 27.0d. Zhaotong’s average terminal flower was the earliest too, at 101.0d (April 11), Xifeng’s average terminal flower was the latest too, at 119.0d (April 29), with a difference of 18.0 days. The early change range of Fuji Apple's first flower, in Zhaotong was 4.5d·10y?1, which was the largest, and in Fushan was 1.6d·10y?1, which was the smallest. The early change range of Fuji apple's terminal flower, in Zhaotong was 3.8d·10y?1, which was the largest too, and in Akesu was 1.2d·10y?1, which was the smallest. On the whole, the spatial distribution characteristics of the flower stage of Fuji apple in China were gradually postponed from south to north. In the southwest cold highland production area, the average first flower was before 90 days (March 31) and the average terminal flower was before 105 days (April 15). In the old Yellow River production area, the average first flower was between 91?100d (April 1 to 10), and the average terminal flower was between 106?110d (April 16?20). In the Loess Plateau production area, the average first flower was between 101?110d (April 11 to 20), and the average terminal flower was between 111?120d (April 21 to 30). In the Xinjiang production area, the average first flower was between 96?115d (April 6 to 25), and the average terminal flower was between 106?125d (April 16 to May 5).In the Around Bohai bay production area, the average first flower was between 101?120d (April 11 to 30), and the average terminal flower was between 111?130d (April 21 to May 10).

Main apple production area; Fuji apple; First flower stage; Terminal flower stage; Flower stage simulation

10.3969/j.issn.1000-6362.2020.07.003

柏秦鳳,霍治國,王景紅,等.中國富士系蘋果主產區花期模擬與分布[J].中國農業氣象,2020,41(7):423-435

2020?01?09

霍治國，E-mail：huozg@cma.gov.cn

重大自然災害監測預警與防范重點專項（2017YFC1502801）；中國氣象局2019年度國內外作物產量氣象預報專項“全國蘋果始花期預報技術研究”

柏秦鳳，E-mail：qinfeng333@163.com