柴達(dá)木地區(qū)枸杞產(chǎn)量與氣象條件關(guān)系模型構(gòu)建

雷玉紅，王發(fā)科，許學(xué)蓮，侯 岳，顏亮東，李春暉，梁志勇

（1青海省格爾木市氣象局，青海格爾木 816099；2青海省氣象科學(xué)研究所，西寧 810001；3青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810001）

0 引言

柴達(dá)木盆地屬高原大陸性氣候，是中國(guó)三大內(nèi)陸盆地之一，屬封閉性的巨大山間斷陷盆地，位于青海省西北部，青藏高原東北部，面積約25萬(wàn)km2，以沙地土壤養(yǎng)分貧瘠和干旱為主要特點(diǎn)[1]。年降水量自東南部的200 mm遞減到西北部的15 mm[2]，年均相對(duì)濕度為30%～40%，最小可低于5%。盆地年均溫5℃左右，氣溫變化劇烈，其光照時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 h，晝夜溫差達(dá)12℃[3-4]。由于其光照充足，氣溫溫差大，干燥少雨，特別適宜枸杞的生長(zhǎng)[5]。近年來(lái)，隨著氣候變化、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，枸杞產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，枸杞產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為推動(dòng)農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)[6-8]。

筆者從柴達(dá)木地區(qū)影響枸杞產(chǎn)量發(fā)育期時(shí)段分類、不同發(fā)育時(shí)段氣象因子對(duì)產(chǎn)量的影響結(jié)果及產(chǎn)量方程等方面進(jìn)行研究，其成果對(duì)合理利用當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源，提升氣象防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)能力，促進(jìn)當(dāng)?shù)罔坭疆a(chǎn)業(yè)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，提高氣象科技支撐作用等方面具有重要的作用和深遠(yuǎn)的意義。

1 資料與方法

選取柴達(dá)木盆地格爾木、諾木洪2個(gè)氣象臺(tái)（站）作為觀測(cè)站點(diǎn)，格爾木市氣象臺(tái)2016年開(kāi)始觀測(cè)，而諾木洪氣象站從2011年開(kāi)始觀測(cè)，枸杞產(chǎn)量資料2012年開(kāi)始有，具有7年完整連續(xù)的觀測(cè)資料及產(chǎn)量資料。本文利用2個(gè)站點(diǎn)的枸杞發(fā)育期觀測(cè)資料及諾木洪氣象站2012—2018年的氣溫、降水及日照等氣象資料，應(yīng)用逐步回歸、概率統(tǒng)計(jì)等統(tǒng)計(jì)方法[9]進(jìn)行分析，研究中的資料整理和統(tǒng)計(jì)計(jì)算、圖表制作均使用Microsoft Excel 2010完成。

2 影響枸杞產(chǎn)量的氣象條件分析

2.1 枸杞不同發(fā)育期對(duì)產(chǎn)量的影響程度及影響產(chǎn)量的重要組成要素分析

枸杞5月中旬開(kāi)始展葉，6月上旬老眼枝開(kāi)花，6月下旬老眼枝果實(shí)形成，7月中旬老眼枝果實(shí)成熟，完成第一次開(kāi)花結(jié)實(shí)；枸杞的第二次開(kāi)花結(jié)實(shí)是春梢生長(zhǎng)開(kāi)始，6月中旬現(xiàn)蕾，7月上旬達(dá)盛花期，8月下旬成熟；枸杞的第三次開(kāi)花結(jié)實(shí)是秋梢生長(zhǎng)開(kāi)始，8月下旬達(dá)盛花期，9月下旬成熟[10-11]。

枸杞從看到幼小花蕾到授粉結(jié)束大約要經(jīng)過(guò)10～15天左右，枸杞花朵雌蕊授精后，整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程從授精到果熟需20～25天左右。氣溫高成熟快，氣溫低成熟慢。從外部形態(tài)特征上看，其生長(zhǎng)發(fā)育可分為青果期、變色期、果熟期3個(gè)時(shí)段[12]。青果期的長(zhǎng)短隨氣溫而變，氣溫高則短，氣溫低則長(zhǎng)。變色期和果熟期氣溫高則成熟早、果實(shí)大。果枝長(zhǎng)度和果節(jié)數(shù)是影響產(chǎn)量的重要組成要素，它們對(duì)光照有較強(qiáng)的敏感性[13]。光照越弱，果枝生長(zhǎng)受限，會(huì)退化為營(yíng)養(yǎng)枝，枝條伸展長(zhǎng)度越長(zhǎng)，也越纖細(xì)，會(huì)表現(xiàn)出果枝節(jié)位間距離長(zhǎng)，形成的樹冠比干旱地區(qū)大，不利于通風(fēng)透光，也易形成黑果。果節(jié)數(shù)是指果枝結(jié)果的節(jié)位數(shù)，代表著果枝生產(chǎn)能力[14]。在發(fā)育過(guò)程中，被遮蔭的枸杞樹比在正常日照下的枸杞樹生長(zhǎng)弱，枝條細(xì)長(zhǎng)，節(jié)間也長(zhǎng)，發(fā)枝力弱，枝條壽命短，結(jié)果差，果實(shí)個(gè)頭小，產(chǎn)量低。尤其是樹冠大的內(nèi)膛枝因缺少直射光照，葉片薄，色澤淡，花果較少，并且落花落果。根據(jù)觀測(cè)，樹冠各部位受光照強(qiáng)弱不同，枝條坐果率也有差異。

2.2 枸杞不同發(fā)育時(shí)段氣象因子對(duì)產(chǎn)量的影響分析

柴達(dá)木地區(qū)觀測(cè)枸杞品種、管理措施均相同，產(chǎn)量以縣平均產(chǎn)量為主，發(fā)育期按老眼枝果實(shí)形成、夏果形成及秋果形成[15]分為不同時(shí)段進(jìn)行產(chǎn)量與氣象因子之間的關(guān)系分析。

2.2.1 產(chǎn)量與日平均氣溫的關(guān)系 從表1的日平均氣溫與產(chǎn)量關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析中，可以看出，老眼枝開(kāi)花期日平均氣溫與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.555，呈正相關(guān)，日均氣溫在14.0℃左右，有利于枸杞開(kāi)花期的生長(zhǎng)發(fā)育；老眼枝開(kāi)花期至春梢開(kāi)花期相關(guān)系數(shù)為正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較小；夏果形成期至秋果成熟期相關(guān)系數(shù)雖然為負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著；老眼枝開(kāi)花期期間是枸杞生長(zhǎng)發(fā)育和老眼枝果實(shí)產(chǎn)量形成溫度需求的關(guān)鍵期，期間的日平均氣溫越高，產(chǎn)量越高，此階段日平均溫度較高有利于枸杞的成熟、采收。

2.2.2 產(chǎn)量與日最高氣溫的關(guān)系 從表1日最高氣溫與產(chǎn)量關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析中，可以看出，春梢生長(zhǎng)期日最高氣溫與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.563，呈正相關(guān)，日最高氣溫在28.2℃左右，溫度較高，有利于枸杞開(kāi)花期的生長(zhǎng)發(fā)育；而其他生育期間相關(guān)系數(shù)為負(fù)相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較小，期間日最高氣溫太高，特別是秋梢開(kāi)花期、夏果形成成熟期間遇30℃以上高溫時(shí)，易發(fā)生枸杞干熱風(fēng)危害，造成枸杞大量花蕾、青果脫落；而且高溫使花蕾的分化停止，果實(shí)生長(zhǎng)加速，果實(shí)成熟集中，增大樹體負(fù)擔(dān)，養(yǎng)分供應(yīng)失調(diào)，易形成小果[16-17]，進(jìn)而影響夏果產(chǎn)量的形成，所以后期生長(zhǎng)只要溫度條件滿足其基本生長(zhǎng)完成發(fā)育即可。

除主要的發(fā)育時(shí)段相關(guān)性較大外，其余的發(fā)育時(shí)段對(duì)最高溫度的相關(guān)性不大，所以不要產(chǎn)生氣溫越高枸杞越增產(chǎn)的假象，因?yàn)殍坭讲⒎鞘窍矞刂参铮窍补狻⑾矝觥⒛透邷亍⒛偷蜏氐闹参铩?/p>

2.2.3 產(chǎn)量與日最低氣溫的關(guān)系 從表1日最低氣溫與產(chǎn)量關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析中可以看出，老眼枝果實(shí)形成至老眼枝果實(shí)成熟期，日最低氣溫與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.424～0.476，呈正相關(guān)，日最低氣溫在2.9～6.2℃之間，說(shuō)明期間氣溫越低越有利于枸杞老眼枝果的形成，相對(duì)較低的溫度可以延長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的時(shí)間，分化更多的花蕾，越有利于較高產(chǎn)量的形成；而秋梢開(kāi)花期間日最低氣溫與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為-0.719，具有較高的負(fù)相關(guān)關(guān)系，期間易造成低溫冷害，氣溫越低，秋梢生長(zhǎng)和開(kāi)花均會(huì)受到不同程度的危害，造成秋枝條不生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)積累時(shí)間相對(duì)較短，秋梢開(kāi)花期蕾鈴大量脫落，進(jìn)而影響果實(shí)形成發(fā)育，秋果成熟度低，營(yíng)養(yǎng)含量較夏果少，造成秋果產(chǎn)量的損失。所以整個(gè)枸杞發(fā)育期間，前期溫度不能太高，而到秋果形成后期溫度不能太低，要保持基本的溫度條件滿足其基本生長(zhǎng)。

2.2.4 產(chǎn)量與氣溫日較差的關(guān)系 從表1氣溫日較差與產(chǎn)量關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析中可以看出，老眼枝果實(shí)成熟期間氣溫日較差與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.447、日較差為14.5℃；夏果形成期間氣溫日較差與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.836、日較差為14.8℃；夏果成熟期間氣溫日較差與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.499、日較差為15.8℃；這3個(gè)時(shí)段是老眼枝果和夏果形成成熟階段，在生長(zhǎng)期內(nèi)日夜溫差小，呼吸、蒸騰強(qiáng)度大，有效積累偏少；日夜溫差大，光合作用強(qiáng)，有效積累多，容易獲得優(yōu)質(zhì)果實(shí)[8]。此階段日較差達(dá)到了14.5℃以上，達(dá)到了較高的正相關(guān)，說(shuō)明此階段的日較差越大，光合作用越強(qiáng)，有效物質(zhì)積累多，越有利于前兩批果實(shí)的生長(zhǎng)及成熟，同時(shí)品質(zhì)也同樣達(dá)到最好。其他時(shí)段基本上為負(fù)相關(guān)，而且相關(guān)系數(shù)不大，可不作為影響產(chǎn)量的因子，保持正常的溫度即可滿足枸杞生長(zhǎng)發(fā)育。

表1 枸杞產(chǎn)量與各發(fā)育期氣溫及氣溫日較差的關(guān)系統(tǒng)計(jì)

2.2.5 產(chǎn)量與積溫的關(guān)系 表2是枸杞≥0℃積溫、≥5℃積溫、≥10℃積溫與產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)表，從中可以看出，不論是0℃、5℃還是10℃春梢生長(zhǎng)期間的積溫與產(chǎn)量的相關(guān)性最大為0.578，說(shuō)明期間的積溫越多，有利于枸杞后期春梢開(kāi)花和果實(shí)形成，影響最終的產(chǎn)量，保證至少410℃以上的積溫就能取得正常的產(chǎn)量；而春梢開(kāi)花期間，積溫與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)不是很大，但均為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在-0.40左右，說(shuō)明期間不需要太多的積溫，只要保證150.0℃以上的積溫就能保證后期發(fā)育生長(zhǎng)。而秋梢生長(zhǎng)期至秋梢開(kāi)花期≥0℃、≥5℃還是≥10℃其相關(guān)系數(shù)均為正值在0.394左右，說(shuō)明期間的積溫要稍高一點(diǎn)才能有利于秋果的形成及成熟。秋果在整個(gè)枸杞的果實(shí)形成中產(chǎn)量最低，所以這段時(shí)間的熱量高低直接影響秋果產(chǎn)量，至少要保證620.0℃以上的積溫才能保證秋果的正常成熟。其他生長(zhǎng)發(fā)育期間積溫負(fù)相關(guān)性可以忽略不計(jì)。

表2 枸杞產(chǎn)量與各發(fā)育期積溫的關(guān)系統(tǒng)計(jì)

2.2.6 產(chǎn)量與日照的關(guān)系 從表3日照總時(shí)數(shù)與產(chǎn)量關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析中可以看出，與展葉期、春梢生長(zhǎng)期及秋梢開(kāi)花期相關(guān)系數(shù)為0.441～0.557，日照時(shí)數(shù)分別為91.7、237.0、286.0 h，達(dá)到了較高的正相關(guān)，這3個(gè)發(fā)育時(shí)段枸杞需要較高的日照時(shí)數(shù)。芽開(kāi)放至展葉期間較好的光照條件能促進(jìn)枸杞提早發(fā)芽，提早進(jìn)入展葉期，延長(zhǎng)整個(gè)枸杞發(fā)育期時(shí)段；而新梢生長(zhǎng)期間，光照越強(qiáng)，枝條生長(zhǎng)較好，枝條越粗，果節(jié)數(shù)也越多，枝條的果節(jié)間距明顯會(huì)變短，后期結(jié)的蕾和果也就越多，進(jìn)而影響夏果的產(chǎn)量；而秋梢生長(zhǎng)期間光照越弱，則枝條伸展長(zhǎng)度越長(zhǎng)，也越纖細(xì)，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)減少，果節(jié)數(shù)也會(huì)減少，對(duì)秋果的形成及成熟產(chǎn)生一定的影響。

從表3平均日照時(shí)數(shù)與產(chǎn)量關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析中可以看出，老眼枝果實(shí)成熟期、夏果形成期、秋梢開(kāi)花期，每日日照時(shí)數(shù)分別為8.0、8.5、8.6 h，其相關(guān)系數(shù)為0.472～0.816，達(dá)到了較高的正相關(guān)；而老眼枝果實(shí)成熟期和夏果形成期更是達(dá)到了0.816和0.795的相關(guān)系數(shù)，這2個(gè)發(fā)育時(shí)段枸杞需要較高的日照時(shí)數(shù)，期間至少需要8.0 h/d的日照時(shí)數(shù)才能滿足枸杞的光照需求，這個(gè)時(shí)段是老眼枝果、夏果形成的重要時(shí)段，日照越多光照越強(qiáng)，越有利于枸杞開(kāi)花、結(jié)實(shí)進(jìn)行光合作用，輻射強(qiáng)、光照充沛，光能資源豐富，更利于枸杞糖分及各種維生素積累。光照不足會(huì)造成枸杞產(chǎn)量的下降，結(jié)果數(shù)普遍下降，幼果脫落，夏果枝封頂，并造成鮮果百粒重明顯降低，如果遇上多日連陰雨天氣，百粒重低，黑果和壞果增加，粒徑變小，不利于形成較大的果實(shí)。

2.2.7 產(chǎn)量與降水的關(guān)系 從表3降水與產(chǎn)量關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析中可以看出，老眼枝開(kāi)花期、老眼枝果實(shí)形成期、春梢生長(zhǎng)期、夏果成熟期、秋梢開(kāi)花期及秋果成熟期等6個(gè)時(shí)段其相關(guān)系數(shù)在-0.779～-0.543間，達(dá)到了較高的負(fù)相關(guān)。這幾個(gè)時(shí)段正好處于果實(shí)成熟期間，如遇上陰雨天氣則嚴(yán)重影響枸杞的生長(zhǎng)發(fā)育，發(fā)育期會(huì)推遲，整個(gè)發(fā)育期延長(zhǎng)，進(jìn)而影響到秋果的采摘，很多地方放棄第3批采摘最大的原因是前期枸杞生長(zhǎng)影響到后期。

春季為枸杞營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，現(xiàn)蕾到開(kāi)花期水分要充足；果實(shí)膨大期，如果缺水會(huì)影響樹體和果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育，果實(shí)小，落花落果加重；果實(shí)成熟期則要適當(dāng)控制水分，枸杞成熟期較短，成熟后2～3天內(nèi)必須采摘，否則成熟的果實(shí)遇到陰雨天氣容易開(kāi)裂，晾干后枸杞品質(zhì)差，經(jīng)濟(jì)價(jià)值低，同時(shí)降水偏多，枸杞易得黑果病和根腐病，對(duì)產(chǎn)量和果實(shí)質(zhì)量造成影響。其他發(fā)育期因無(wú)降水或降水量少相關(guān)性較差。格爾木在有灌溉條件下，水分條件基本能滿足枸杞生長(zhǎng)發(fā)育的需求。

表3 枸杞產(chǎn)量與各發(fā)育期日照時(shí)數(shù)及降水的關(guān)系統(tǒng)計(jì)

2.3 枸杞產(chǎn)量與氣象要素函數(shù)關(guān)系建立與應(yīng)用

綜合上述分析，將影響枸杞產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因素與產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析，得到產(chǎn)量關(guān)系方程如式(1)。

式中，Y為枸杞模擬產(chǎn)量，X1為春梢開(kāi)花始期至夏果形成始期間的氣溫日較差，X2為老眼枝果實(shí)形成始期至老眼枝果實(shí)成熟普期間的每日日照時(shí)數(shù)，X3為秋梢生長(zhǎng)始期至秋梢開(kāi)花始期間的降水量，X4為春梢生長(zhǎng)始期至春梢現(xiàn)蕾始期間的≥0℃積溫，X5為展葉始期至老眼枝開(kāi)花始期間的日平均氣溫。方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.9705。將歷年各氣象要素帶入方程，得出歷年的產(chǎn)量預(yù)報(bào)值，與實(shí)測(cè)產(chǎn)量相比，絕對(duì)誤差在0.25～181.0 kg/hm2之間，相對(duì)誤差最大5.86%，最小只有0.01%，特別是利用7年內(nèi)的各平均氣象要素預(yù)測(cè)平均產(chǎn)量，絕對(duì)誤差只有0.7 kg/hm2，相對(duì)誤差0.02%，充分說(shuō)明，選取的5個(gè)氣象要素能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)該地區(qū)的枸杞產(chǎn)量（表4）。

表4 模擬產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量對(duì)比

預(yù)報(bào)2019年產(chǎn)量2913.9 kg/hm2，絕對(duì)誤差值11.12 kg/hm2，相對(duì)誤差值0.38%，預(yù)報(bào)精度較好，可以在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中應(yīng)用。

3 結(jié)論與討論

（1）枸杞產(chǎn)量與老眼枝開(kāi)花期間日平均氣溫，春梢生長(zhǎng)期間日最高氣溫，老眼枝果實(shí)形成至老眼枝果實(shí)成熟期間日最低氣溫，老眼枝果實(shí)成熟期、夏果形成期、夏果成熟期間氣溫日較差相關(guān)性較顯著，相關(guān)系數(shù)為0.424～0.836。

（2）枸杞產(chǎn)量與春梢生長(zhǎng)期間的積溫的相關(guān)性較明顯，相關(guān)系數(shù)為0.568～0.588，說(shuō)明期間的積溫越多，有利于枸杞后期春梢開(kāi)花和果實(shí)形成。

（3）枸杞產(chǎn)量與春梢生長(zhǎng)期及秋梢開(kāi)花期日照總時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.441～0.557，達(dá)到了較高的正相關(guān)；枸杞產(chǎn)量與老眼枝開(kāi)花期、老眼枝果實(shí)形成期、春梢生長(zhǎng)期、夏果成熟期、秋梢開(kāi)花期及秋果成熟期降水存在較高的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.779～-0.543，表明此期間降水越多，越不利于枸杞產(chǎn)量的提高。

（4）根據(jù)構(gòu)建模型，回代歷年產(chǎn)量和2019年實(shí)際預(yù)報(bào)應(yīng)用，絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差均較小，預(yù)報(bào)精度較高，充分說(shuō)明，選取的5個(gè)氣象要素能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)該地區(qū)的枸杞產(chǎn)量，可以在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中應(yīng)用。