河北省趙州雪梨氣候品質評估技術研究

劉思廷， 楊 曄， 張艷品， 高 祺,3*

(1．河北省石家莊市氣象局，河北 石家莊 050081； 2．成都信息工程大學，四川 成都 610225； 3．河北省氣象與生態環境重點實驗室，河北 石家莊 050022)

0 引言

【研究意義】趙縣位于石家莊市東南面，是國家林業局和草業局命名的“中國趙州雪梨之鄉”，其趙州雪梨是中國地理標志保護產品，已有2 000余年栽培歷史，在國內外久負盛譽。趙州雪梨營養豐富，含有各種有機酸、蛋白質、礦物質和多種維生素，還可入藥醫病。隨著市場對果品品質要求的不斷提高，趙縣趙州雪梨轉向質量效益型產業。劉秀田等[1-5]研究表明，光照、大氣溫度、空氣相對濕度是影響趙州雪梨生長和品質的重要因素。農產品氣候品質認證是指天氣氣候對果品品質影響優劣等級的評定，是提高農產品品質和聲譽、增強競爭力的重要手段。【前人研究進展】建立農產品品質與氣象條件之間的量化關系是農產品氣候品質研究的基礎，近年來，許多學者開展了農產品品質評估技術研究。金志鳳等[6]依據氣候品質指標建立了定量化的浙江省茶葉氣候品質認證評價模型；劉璐等[7-9]通過量化各生育期氣象指標建立了陜西省獼猴桃氣候品質認證模型，而后基于大量實驗數據，建立了紅富士蘋果氣候品質認證模型；李德等[10-11]通過基于長序列碭山酥梨品質數據與氣象數據建立了安徽省碭山酥梨氣候品質評價模型。【研究切入點】目前，氣象行業已經對茶葉、獼猴桃、蘋果、酥梨、芒果、紅棗等農產品開展了氣候品質認證[12-17]，且取得了一定成效，提升了農產品知名度和市場競爭力，但是針對趙州雪梨氣候品質與氣象條件之間的定量關系鮮有報道。【擬解決問題】基于趙縣趙州雪梨品質與氣象要素長序列資料，在量化趙州雪梨品質數據與氣象要素關系的基礎上，依照《減災司關于征求<農產品氣候品質評價規程(征求意見稿)>意見的函》，采用加權求和方法，探明趙縣趙州雪梨氣候品質評估技術，以期填補在趙州雪梨氣候品質評估研究中的空白，提升趙州雪梨知名度，帶動當地經濟增長。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

趙縣趙州雪梨產地范圍為河北省石家莊市趙縣范莊鎮、謝莊鄉及南柏舍鎮、沙河店鎮的部分現轄行政區域。梨區年平均氣溫為12.8℃，年平均降水量460.2 mm，年平均日照時數2 237.7 h，該區域土壤為褐土，適宜趙州雪梨生長。研究對趙縣冀華星專業合作社2019年趙州雪梨進行試評價，趙縣冀華星專業合作社是當地趙州雪梨龍頭企業，位于趙縣謝莊鄉安家莊村。該合作社先后獲得梨無公害產地認定、A級綠色食品認定，河北省名優果品展評會金獎、銀獎等榮譽。

1.2 資料來源

1.2.1 雪梨品質數據 趙州雪梨品質數據來源于1990—2018年趙縣林業局測定統計數據，測定范圍為趙州雪梨種植區域，品質指標包括可溶性固形物、單果重、硬度、可滴定酸(表1)。參照國家標準《鮮梨》[18]與河北省地方標準《優質雪花梨》[19]中果品等級劃分標準，本研究將可溶性固形物、單果重作為重要參考因子。

表 1 1990—2018年趙州雪梨的品質指標

1.2.2 氣象數據氣象數據 來源為河北省氣象信息共享平臺，包括1980—2019年趙縣國家自動氣象觀測站(53784)氣象數據及謝莊鄉(B1063)區域自動氣象觀測站數據。

日照、相對濕度數據運用趙縣國家自動氣象觀測站數據進行分析，日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫和日降水數據運用謝莊鄉(B1063)區域自動氣象觀測站數據。

1.3 研究方法

影響趙州雪梨品質形成的環境因子較為復雜，其中氣象條件、氣象災害是影響果品氣候品質的主要因素，而受生產管理水平影響的果樹樹勢對外界氣候資源和氣象災害發揮著內在的放大或縮小的調節作用[20]，因此，選擇趙州雪梨氣象適宜度、主要氣象災害損失度和果品企業生產管理條件為對趙州雪梨外在品質和內在品質具有關鍵性影響三要素[7]，氣象適宜度模型及生產管理條件模型定量評價趙州雪梨的內在品質即可溶性固形物含量和單果重，主要災害損失度定量評價趙州雪梨果面完整度外在品質。基于農產品生物學特性、耦合表征趙州雪梨品質數據與氣象要素數據，進行相關分析，確定影響趙州雪梨品質的關鍵生育期氣象因子，利用逐步回歸方法、專家決策法、賦值法建立氣象適宜度模型；依據氣象災害評估理論，利用各災害不同等級災情實際發生比率與災損系數的乘積和建立主要氣象災害損失度評價模型；基于果品企業生產管理條件，采用賦值法、專家決策法建立生產管理條件評價模型；采用專家決策法確定各模型分值及權重，并應用加權指數求和方法，構建趙縣趙州雪梨氣候品質評估模型。

2 結果與分析

2.1 趙州雪梨品質與氣象適宜度評價模型的建立

2.1.1 品質形成的關鍵生育期確定 通過農林行業專家對趙州雪梨品質認證研討，確認將趙州雪梨生育期劃分為萌芽開花期、坐果期、幼果期、果實膨大期、果實成熟期、枝條成熟期、葉片衰老期和落葉休眠期，明確對趙州雪梨品質影響較大的主要生育期為萌芽開花期、坐果期、幼果期、果實膨大期及果實成熟期。

2.1.2 生育期的氣象要素與單果重和可溶性固形物含量的相關性 從表2看出，單果重與坐果期最低氣溫、幼果期平均氣溫及最低氣溫、果實膨大期平均氣溫及最低氣溫存在極顯著正相關關系；與萌芽開花期氣溫及坐果期降水量呈顯著正相關；與坐果期、幼果期日照時數及果實成熟期平均相對濕度呈顯著負相關。表明，影響趙州雪梨單果重的主要氣象因子是各生育時期的氣溫，氣溫較高，其單果重相對較重。

表 2 各生育期的氣象要素與單果重和可溶性固形物含量的相關系數

可溶性固形物含量與萌芽開花期和幼果期的平均相對濕度呈極顯著正相關，與果實膨大期的日照時數和平均相對濕度以及成熟期的平均相對濕度呈顯著正相關；與幼果期的平均氣溫和最低氣溫呈極顯著負相關，與萌芽開花期的平均氣溫和最高氣溫、幼果期的最高氣溫和果實膨大期的最低氣溫呈顯著負相關。表明，趙州雪梨可溶性固形物含量受各生育時期的氣溫及相對濕度影響較大，受日照時數和平均日較差等因素影響小。

Yg=268.975+5.697×X3-Ti-0.128×X3-S(R=0.744)

利用1990—2018年品質數據對模型進行檢驗顯示，單果重、可溶性固形物的計算值和實測值的均方根誤差(RMSE)分別為6.751 g和0.193%，均在其真值的3%以內，判定擬合度較好，即回歸模型擬合度較好。

2.1.4 氣象適宜度評價模型 根據《優質雪花梨》(DB13_T_949-2008)標準對趙州雪梨可溶性固形物劃分等級指標(表3)，通過加權求和法建立氣候品質綜合評價模型：

表 3 趙州雪梨的品質評價指標

E=0.5×(Gg+Gt)

式中，E為氣候適宜度，Gg、Gt分別為單果重和可溶性固形物品質分值。

2.2 建立氣象災損度評價模型

根據氣象災害對趙縣趙州雪梨品質影響特征、種植區氣象災害背景以及種植條件，確定萌芽開花期凍害及果實膨大期高溫日灼、冰雹為主要氣象災害。利用趙縣氣候特征及主要氣象災害風險特征，得到各氣象災害指標及災損系數(表4)。導致趙州雪梨災損的氣象災害損失度主要表現為該種類氣象災害各等級災害的發生次數和危害強度，因此可用其發生比率和災損系數表征。根據多年氣象服務積累的經驗及專家打分結果，建立趙州雪梨氣象災害災損度評價模型：

表 4 趙州雪梨主要氣象災害指標及災損系數

Di=dsicsi+dmicmi+dlicli

D=0.3D1+0.2D2+0.3D3+0.2D4

式中，i為災害編號(i=1,2,3,4)，Di為第i種災害的災損度，用于表示氣象災害災損度的大小，其值越大，則該氣象災害損失程度越大；dsi、dmi、dli分別為第i種災害重度、中度、輕度氣象災害的發生比率，csi、cmi、cli分別為第i種災害重度、中度、輕度災害的災損系數；D為趙州雪梨氣象災害災損度。

2.3 建立生產管理條件評價模型

根據趙州雪梨生產管理對果品品質影響，確定趙州雪梨果品企業生產管理條件及其評分標準(表5)，并依據各種管理對趙州雪梨品質影響特征，以及專家打分結果，建立趙州雪梨果品企業生產管理條件評價模型：

表 5 趙州雪梨果品企業生產管理條件評分標準

M=0.4m1+0.3m2+0.2m3+0.1m4

式中，m(i=1,2,3,4)為各種生產管理條件對果品品質的影響分值，M為生產管理條件評價模型。

2.4 綜合評價模型

在主要物候期氣象適宜度、氣象災害災損度以及果園生產管理條件的基礎上，根據三者對果品品質影響情況及專家打分結果，建立趙州雪梨果品氣候品質認證模型：

W=0.8(E-D)+0.2M

式中，E代表趙州雪梨主要物候期氣象適宜度，D代表趙州雪梨氣象災害災損度，M代表果品企業生產管理條件得分，W表示評估得分，計算結果在(0，1)。0.90≤W≤1.0為特優等級，0.80≤W<0.90為優等級，W<0.80為一般等級。

2.5 模型的應用檢驗

將2019年謝莊區域自動站氣溫、降水數據及趙縣國家自動氣象觀測站日照、相對濕度數據分別代入氣象適宜度評價模型、災損度評價模型、生產管理模型表明，氣候適宜度E=1，氣象災害災損度D=0.005 8，生產管理條件評價指標M=0.2，最終模型評估得分W=0.97，2019年趙州雪梨品質模型評價結果為特優級。對2019年成熟時期趙州雪梨可溶性固形物和單果重進行測定，結果表明，成熟時期趙州雪梨可溶性固形物均在13.0%以上，單果重均在300 g以上，果面完整度均較好，依據趙州雪梨品質分級指標，抽測結果為特優等級。2019年趙州雪梨品質模型預測與實測結果一致，均為特優等級，因此認為，認證模型具有較高客觀性，可投入氣候品質認證工作。

3 討論

趙州雪梨氣候品質評估研究是定量評估當年氣候條件是否適宜趙州雪梨生長，但是雪梨的產地環境及企業管理水平條件對趙州雪梨品質的形成也至關重要，因此在定量評估氣象適宜度、氣象災害損失度的同時，將生產管理條件納入氣候品質評估模型中。趙州雪梨品質數據僅包括可溶性固形物、單果重2個要素，符合河北地方標準《優質雪花梨》中對于趙州雪梨分級的要求，但是評價指標還不全面，因此，未來應深入挖掘趙州雪梨維生素C含量、可滴定酸、硬度等更多理化品質，建立定量評估模型。氣象適宜度模型采用趙縣林業局提供的1990—2018年趙州雪梨品質數據，是全部趙州雪梨適宜種植基地的平均值，且數據與2019年模型應用驗證的冀華星趙州雪梨之間存在誤差，雖與富硒帶趙州雪梨對比進行調整，但尚不能完全代表冀華星種植基地，仍需完善模型。

4 結論