深州蜜桃品質(zhì)形成關(guān)鍵期氣候的時(shí)間演變特征

王榮英 許俊東 吳雁

摘要：氣候因素對(duì)深州蜜桃的品質(zhì)優(yōu)劣起主導(dǎo)作用，在全球氣候變暖的大背景下，通過分析近半個(gè)世紀(jì)以來深州蜜桃品質(zhì)形成關(guān)鍵期關(guān)鍵氣象要素的時(shí)間變化特征，分析氣候變化對(duì)深州蜜桃品質(zhì)提升的利與弊，為深州蜜桃品質(zhì)提升和種質(zhì)資源研究提供科學(xué)參考。本研究采用氣候變化傾向率、Morlet小波分析、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)等方法分析1957—2018年深州蜜桃品質(zhì)形成關(guān)鍵期氣溫、降水和日照的時(shí)間演變特征。在深州蜜桃品質(zhì)形成關(guān)鍵期，累計(jì)降水量呈下降趨勢(shì)，存在21～22年的顯著振蕩周期，日最大降水量存在準(zhǔn)3年的振蕩周期，周期異常顯著，1957—2018年有84%的年份不會(huì)出現(xiàn)大暴雨，1992年以來日降水量≥100 mm的降水出現(xiàn)頻率明顯下降，連陰雨指數(shù)呈下降趨勢(shì);平均氣溫整體呈上升趨勢(shì)，存在準(zhǔn)17年的顯著振蕩周期，氣溫日較差呈下降趨勢(shì)，且存在準(zhǔn)4年的振蕩周期，周期異常顯著;總?cè)照諘r(shí)數(shù)呈增加趨勢(shì)，存在準(zhǔn)3年的振蕩周期，周期異常顯著。累計(jì)降水量下降，1992年以來日降水量≥100 mm 的降水出現(xiàn)頻率下降、連陰雨指數(shù)下降、平均氣溫上升、日照時(shí)數(shù)增加，均利于深州蜜桃糖分積累和著色，利于深州蜜桃品質(zhì)的提升，但氣溫日較差減小對(duì)干物質(zhì)積累有不利影響。說明品質(zhì)形成關(guān)鍵期氣候條件的變化對(duì)深州蜜桃生產(chǎn)利大于弊。

關(guān)鍵詞：深州蜜桃;品質(zhì);關(guān)鍵期;氣候;時(shí)間演變;Morlet小波分析;Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

深州蜜桃是我國(guó)四大傳統(tǒng)名桃之首，已有2 000多年的栽培史，個(gè)頭碩大、色澤鮮艷、肉質(zhì)鮮嫩、口味香甜，因其品質(zhì)優(yōu)良，昔日曾為皇家貢品[1-2]，如今深州蜜桃是我國(guó)國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品，是衡水市特色產(chǎn)品，是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。

影響蜜桃品質(zhì)的因素是綜合性的，在多數(shù)情況下，氣候是諸多因素中最重要、最活躍的因素，對(duì)品質(zhì)的優(yōu)劣起主導(dǎo)作用。柴成林等認(rèn)為，虧水有利于桃果實(shí)可溶性固形物含量和桃果實(shí)硬度的提高[3-8];萬保雄等認(rèn)為，在桃果實(shí)第2次膨大到成熟期間隨著降水量減少和日照時(shí)間延長(zhǎng)，果實(shí)中的總糖含量增加，糖酸比提高，甜味增加[9];姚小英等認(rèn)為，桃第2次膨大期降水量較大不利于果實(shí)著色和成熟，成熟期日照百分率下降、日照不足對(duì)桃品質(zhì)和產(chǎn)量有不利影響[10-13];沈建生等發(fā)現(xiàn)，在多濕寡照條件下，光照是影響金華大白桃果實(shí)品質(zhì)的主要因子[14];郝建博等發(fā)現(xiàn)，果實(shí)發(fā)育后期的弱光對(duì)桃的外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)均有顯著影響[15-16];張偉鋒發(fā)現(xiàn)，第2次迅速膨大到成熟期，旬平均氣溫偏高、日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)、降水偏少時(shí)，桃的可溶性固形物含量越高[17];高梅等認(rèn)為，溫度高而氣候干旱對(duì)提升桃果實(shí)品質(zhì)有利[18];馮立娟等認(rèn)為，氣溫升高對(duì)桃生產(chǎn)起正面效應(yīng)[19]。

在全球氣候變暖背景下，影響蜜桃品質(zhì)的光、溫、水等氣候條件可能均發(fā)生了變化[20-22]，而這種變化對(duì)深州蜜桃的品質(zhì)提升是否有利，需要進(jìn)一步分析，尤其是品質(zhì)形成關(guān)鍵期的氣候。2010—2018年深州蜜桃9年的物候觀測(cè)資料顯示，深州蜜桃的成熟時(shí)間為8月22日至9月12日，其中有7年成熟時(shí)間為8月28日至8月31日，鑒于成熟時(shí)間、前人的研究結(jié)果[13，17，23]和果園的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，本研究確定8月1日至8月31日為深州蜜桃的品質(zhì)形成關(guān)鍵期，確定降水、日照時(shí)數(shù)和氣溫為對(duì)品質(zhì)影響較大的氣象因子。本研究將初步分析深州蜜桃品質(zhì)形成關(guān)鍵期（成熟前近1個(gè)月）內(nèi)對(duì)品質(zhì)影響較大的氣象因子的時(shí)間變化特征，以期為深州蜜桃品質(zhì)提升和種質(zhì)資源研究提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

深州市屬暖溫帶半干旱區(qū)季風(fēng)氣候，大陸性氣候特點(diǎn)顯著，光照資源充足，四季分明，雨熱同期。年平均氣溫為13.6 ℃，降水量為467 mm，日照時(shí)數(shù)為 2 560.5 h，穩(wěn)定通過10 ℃的活動(dòng)積溫為4 759.9 ℃。

深州蜜桃的主產(chǎn)區(qū)集中在深州市西北方向的穆村鄉(xiāng)、兵曹鄉(xiāng)、東安莊鄉(xiāng)、深州鎮(zhèn)、唐奉鎮(zhèn)、辰時(shí)鎮(zhèn)以及雙井開發(fā)區(qū)一帶，地處黑龍港流域滹沱河故道，為沖積平原，有深厚的沙質(zhì)壤土，不易積水，通透性好，地下水質(zhì)優(yōu)良，距離其最近的氣象觀測(cè)站河北省深州市氣象站的直線距離為4～8 km。本研究選取深州市氣象站1957—2018年每年8月1日至8月31日的日降水量、日照時(shí)數(shù)、平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫等氣象數(shù)據(jù)和2010—2018年深州蜜桃9年的物候觀測(cè)資料，數(shù)據(jù)均經(jīng)過河北省氣象信息中心的質(zhì)量控制，來源可靠。

1.2 研究方法

應(yīng)用氣候變化傾向率[24]、Morlet小波分析、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)[25]等統(tǒng)計(jì)方法，分析深州市8月降水量、氣溫和日照時(shí)數(shù)的時(shí)間演變特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水變化及其對(duì)深州蜜桃品質(zhì)的可能影響

桃果實(shí)在成熟前25～30 d時(shí)段內(nèi)，多陰雨天氣會(huì)降低果實(shí)品質(zhì)，其中出現(xiàn)日降水量≥100 mm的年份果實(shí)品質(zhì)明顯偏差。同時(shí)，桃樹是極不耐澇的果樹，根系對(duì)淹水極為敏感，輕則抑制根系生長(zhǎng)、桃果早落、品質(zhì)變劣，重則導(dǎo)致桃樹大量落葉、根系腐爛甚至死樹[26]。因此，考慮該時(shí)段內(nèi)累計(jì)降水量越多、日降水量越大，對(duì)桃樹生長(zhǎng)、果實(shí)品質(zhì)提升越不利。

2.1.1 降水量 1957—2018年每年8月的累計(jì)降水量差異明顯，最大值為544.4 mm，出現(xiàn)在1963年，最小值為25.8 mm，出現(xiàn)在1989年，多年平均值為124.2 mm。8月累計(jì)降水量呈下降趨勢(shì)（下降趨勢(shì)不顯著），其線性傾向率為 -8.0 mm/10年。

由圖1可知，1957—2018年每年8月的日降水量，≥100 mm 的僅1963年出現(xiàn)了2次，其他年份均不超過1次。8月日最大降水量最大值為 214.8 mm，出現(xiàn)在1984年。日降水量≥100 mm的降水在1981—1991年間出現(xiàn)頻次較高（11年4次），1992年后至今出現(xiàn)頻率明顯降低（僅2018年出現(xiàn)1次）。

用Morlet小波分析法分析深州市1957—2018年8月累計(jì)降水量的周期演變特征（圖2），發(fā)現(xiàn)其存在21～22、5、12、3年的振蕩周期，且通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，其中21～22年周期最為顯著。分析8月日最大降水量的周期演變特征（圖3），其存在準(zhǔn)3年的振蕩周期，且通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。

用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)1957—2018年8月累計(jì)降水量進(jìn)行檢驗(yàn)（圖4），結(jié)果表明，8月累計(jì)降水量20世紀(jì)60年代及以前表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)90年代初變化不明顯，20世紀(jì)90年代末至2018年表現(xiàn)為減少趨勢(shì)（不顯著），并在1990年前后存在氣候突變。對(duì)8

月日最大降水量進(jìn)行Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，2012年之前大部分時(shí)段表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，在1999年前后存在氣候突變，之后日最大降水量增加趨勢(shì)逐漸減弱，至2012年后轉(zhuǎn)化為下降趨勢(shì)。

2.1.2 暴雨指數(shù) 分析每年8月暴雨的發(fā)生情況，用暴雨指數(shù)（I，初始值為0）表示，日降水量用Rd表示（Rd<50，I不變;50≤Rd<100，出現(xiàn)1次I加1;100≤Rd<150，出現(xiàn)1次I加2;150≤Rd<200，出現(xiàn)1次I加3;200≤Rd<250，出現(xiàn)1次I加4）。1957—2018年暴雨指數(shù)最大值為5，最小值為0，其中約60%的年份（1937年）I=0，84%的年份（1952年）I≤1，即60%的年份未出現(xiàn)暴雨（日降水量<50 mm），84%的年份未出現(xiàn)大暴雨（日降水量<100 mm）。

2.1.3 連陰雨指數(shù) 分析每年8月連陰雨的發(fā)生情況，用連陰雨指數(shù)（L）[27-28]表示，L=Nr≥3/NR=0，其中Nr≥3為8月雨日（R≥0.1 mm）連續(xù)3 d以上的日數(shù)，該日數(shù)越多連陰雨危害越重，NR=0為8月無降

水日數(shù)，該日數(shù)越多連陰雨危害越輕，L可反映出不同年份連陰雨發(fā)生程度。L值越大，連陰雨危害越重，1957—2018年8月連陰雨指數(shù)最大值為1，平均值為0.23，其中有68%的年份≤0.3，有8%的年份>0.5，期間連陰雨指數(shù)整體呈下降趨勢(shì)，尤其是20世紀(jì)90年代以后，下降趨勢(shì)增強(qiáng)（但不顯著），即連陰雨危害呈減輕趨勢(shì)。

2.1.4 對(duì)深州蜜桃品質(zhì)的可能影響 8月累計(jì)降水量呈下降趨勢(shì)，1992年后日降水量≥100 mm的降水出現(xiàn)頻次明顯降低，84%的年份不會(huì)出現(xiàn)大暴雨，連陰雨災(zāi)害呈減輕趨勢(shì)，以上變化均利于可溶性固形物或糖分的積累，使蜜桃甜味增加，利于深州蜜桃成熟和品質(zhì)提升。

2.2 氣溫變化及其對(duì)深州蜜桃品質(zhì)的可能影響

果實(shí)迅速膨大期（第2次膨大期）至成熟期需要較高的溫度，膨大期日平均氣溫在25～30 ℃之間、成熟期在28～30 ℃之間產(chǎn)量高且品質(zhì)佳，低溫會(huì)促進(jìn)蘋果酸的形成，果酸含量高，則果實(shí)品質(zhì)差。同時(shí)，這期間晝夜溫差大，有利于干物質(zhì)積累，產(chǎn)量高。

2.2.1 平均氣溫 1957—2018年8月份平均氣溫23.7 ℃（1958年）至28.1 ℃（2018年），多年平均氣溫為25.6 ℃，整體呈上升趨勢(shì)，上升速率為 0.17 ℃/10年。其中74%的年份月平均氣溫≥25 ℃，有利于深州蜜桃品質(zhì)和產(chǎn)量的提升。

用Morlet小波分析深州市1957—2018年8月平均氣溫的周期演變特征。由圖5可知，8月平均氣溫存在準(zhǔn)8年和準(zhǔn)17年的振蕩周期，其中準(zhǔn)17年周期異常明顯。用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)1957—2008年8月平均氣溫進(jìn)行檢驗(yàn)：20世紀(jì)60年代呈上升趨勢(shì)，20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)末表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，進(jìn)入21世紀(jì)以來表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，且不斷加強(qiáng)，2018年達(dá)到0.05顯著水平，在2013年前后發(fā)生了氣候突變。

2.2.2 氣溫日較差 1957—2018年8月份平均氣溫日較差最大為10.8 ℃（1965年），最小為6.4 ℃（1963年），氣溫日較差多年平均值為8.9 ℃，整體呈減小趨勢(shì)，減小速率為0.12 ℃/10年，對(duì)深州蜜桃的干物質(zhì)積累不利。

用Morlet小波分析深州市1957—2018年8月份氣溫日較差的周期演變特征，發(fā)現(xiàn)其存在3～4年和準(zhǔn)8年的顯著振蕩周期，其中4年振蕩周期異常顯著。用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)8月日氣溫日較差進(jìn)行檢驗(yàn)：除1982—2003年外，其他時(shí)段氣溫日較差均表現(xiàn)為減小趨勢(shì)，在2005年前后發(fā)生了氣候突變。

分別比較1957—2018年8月最高氣溫和最低氣溫的變化趨勢(shì)：最高氣溫、最低氣溫整體均呈上升趨勢(shì)，上升速率依次為0.12 ℃/10年和0.25 ℃/10年。最低氣溫上升速率明顯高于最高氣溫的上升速率，是導(dǎo)致氣溫日較差下降的原因。

2.2.3 對(duì)深州蜜桃品質(zhì)的可能影響 果實(shí)第2次膨大到成熟期平均氣溫整體呈升高趨勢(shì)，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，1957—2018年有74%的年份平均氣溫在25.0～28.1 ℃之間，有利于蜜桃產(chǎn)量和品質(zhì)的提升，但氣溫日較差變小，不利于干物質(zhì)積累，對(duì)深州蜜桃品質(zhì)提升有不利影響。

2.3 日照時(shí)長(zhǎng)及其對(duì)深州蜜桃品質(zhì)的可能影響

桃樹喜光，對(duì)日照比較敏感，尤其是花芽分化期和臨近成熟期。試驗(yàn)證明在桃花芽分化前1個(gè)月，每天平均日照7 h左右，才能進(jìn)行花芽分化;臨近成熟期光照充足，利于桃著色和糖分積累，進(jìn)而提升果實(shí)品質(zhì)。

2.3.1 日照時(shí)數(shù) 1957—2018年8月總?cè)照諘r(shí)數(shù)最大值為295.4 h（1965年），日平均日照時(shí)數(shù)為95 h，最小為121.4 h（1967年），日平均日照時(shí)數(shù)不足4.0 h，多年平均日照時(shí)數(shù)為222.4 h（日平均日照時(shí)數(shù) 7.2 h），總體呈上升趨勢(shì)，上升速率為085 h/10年，其中20世紀(jì)70年代、80年代日照時(shí)長(zhǎng)上升明顯。

用Morlet小波分析深州市1957—2018年8月總?cè)照諘r(shí)數(shù)的周期演變特征（圖6），發(fā)現(xiàn)其存在異常顯著的準(zhǔn)3年振蕩周期，通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)1957—2018年8月總?cè)照諘r(shí)數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，1965年之前表現(xiàn)為減小趨勢(shì)，1965—1980年變化平穩(wěn)，1980年后多表現(xiàn)為增多趨勢(shì)，在20世紀(jì)60年代后期發(fā)生了氣候突變。

2.3.2 對(duì)深州蜜桃品質(zhì)的可能影響 8月總?cè)照諘r(shí)數(shù)呈上升趨勢(shì)，多年平均日照時(shí)長(zhǎng)為222.4 h，日平均日照時(shí)長(zhǎng)為7.2 h，光照充足，有利于深州蜜桃的著色和糖分積累，進(jìn)而提升品質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）1957—2018年8月累計(jì)降水量呈下降趨勢(shì)，其線性傾向率為-8.0 mm/10年，存在21～22、5、12、3年的振蕩周期，其中21～22年周期最為顯著，8月累計(jì)降水量在1990年前后存在氣候突變;8月日最大降水量的振蕩周期為3年，且通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn);8月60%的年份未出現(xiàn)暴雨，84%的年份未出現(xiàn)大暴雨;日最大降水量≥100 mm的降水自1992年后出現(xiàn)頻率明顯降低;連陰雨指數(shù)整體呈下降趨勢(shì)，尤其是20世紀(jì)90年代以后，下降趨勢(shì)增強(qiáng)（但不顯著），即連陰雨災(zāi)害呈減輕趨勢(shì)。

（2）1957—2018年8月平均氣溫為23.7～28.1 ℃，整體呈上升趨勢(shì)，上升速率為0.17 ℃/10年，進(jìn)入21世紀(jì)以來上升趨勢(shì)加強(qiáng)，存在準(zhǔn)8年和準(zhǔn)17年的振蕩周期，其中準(zhǔn)17年周期異常顯著，在2013年前后發(fā)生了氣候突變。氣溫日較差多年平均值為8.9 ℃，整體呈減小趨勢(shì)，減小速率為 0.12 ℃/10年，8月氣溫日較差存在異常顯著的準(zhǔn)4年振蕩周期。8月最低氣溫上升速率明顯高于最高氣溫的上升速率，是導(dǎo)致氣溫日較差下降的原因。

（3）1957—2018年8月平均總?cè)照諘r(shí)數(shù)為222.4 h（日平均日照時(shí)數(shù)為7.2 h），總體呈上升趨勢(shì)，上升速率為0.85 h/10年，其中20世紀(jì)70年代、80年代日照時(shí)長(zhǎng)增加明顯，8月日照時(shí)數(shù)存在異常顯著的準(zhǔn)3年振蕩周期，通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，在20世紀(jì)60年代后期發(fā)生了氣候突變。

（4）在深州蜜桃品質(zhì)形成的關(guān)鍵期，累計(jì)降水量下降、連陰雨指數(shù)下降、平均氣溫上升、日照時(shí)數(shù)增加，以及日降水量≥100 mm的降水1992年后出現(xiàn)頻率明顯降低，均有利于可溶性固形物或糖分的積累，有利于桃果實(shí)著色和成熟，進(jìn)而提升深州蜜桃品質(zhì)，但氣溫日較差變小對(duì)干物質(zhì)積累有不利影響。總之，深州蜜桃品質(zhì)形成關(guān)鍵期氣候條件的變化對(duì)生產(chǎn)利大于弊。

3.2 討論

近年來受城市迅速發(fā)展的影響，深州市氣象站氣溫，尤其是最低氣溫較周邊地區(qū)偏高，在一定程度上放大了最低氣溫和平均氣溫的上升速率，同時(shí)放大了氣溫日較差的減小速率。深州蜜桃園內(nèi)已建立2套農(nóng)田小氣候監(jiān)測(cè)站，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桃園內(nèi)的小氣候條件，但因果園內(nèi)小氣候監(jiān)測(cè)資料年限較短，不足以用來分析其氣候變化情況。

本研究?jī)H分析深州蜜桃品質(zhì)形成關(guān)鍵期內(nèi)關(guān)鍵、常規(guī)氣象要素的氣候變化趨勢(shì)，非常規(guī)氣象要素（如大風(fēng)、冰雹等）或其他生長(zhǎng)時(shí)段的氣候變化對(duì)深州蜜桃生長(zhǎng)的影響還有待研究。

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