棗莊石榴氣候品質評價模型研究

胡園春，安廣池，張越，崔云鵬，李永鋒，李全景

(1. 棗莊市氣象局，山東 棗莊 277800；2. 棗莊市農業技術推廣中心，山東 棗莊 277800；3. 滕州市園林管理服務中心，山東 滕州 277500)

石榴(Punica granatumL.)是石榴科石榴屬落葉灌木或小喬木果樹，原產于東歐至中東地區[1]，是人類栽培最早的果樹之一。 我國石榴主要有八大主產區，山東主要在棗莊市嶧城區。 棗莊石榴栽培歷史悠久[2]，種植面積達1 萬hm2，年產量約14 萬t[3]，以果實大、糖度高、色澤靚麗而著稱，是當地農業農村經濟的支柱和特色產業。

近年來，隨著消費者對農產品質量要求越來越高，石榴果實品質已成為決定其市場競爭力的重要因素。 而優越的自然氣候條件是形成優質特色農產品的根本保障，農產品品質的好壞與溫度、濕度、光照等氣象因素密切相關。 農產品氣候品質評價的目的就是建立氣象因素與作物品質優劣等級之間的量化關系，可以根據氣象因素的變化為農業生產提供指導[4，5]。 金志鳳[6]、婁偉平[7]等最早對茶葉進行了氣候品質評價和認證研究，且獲得氣候品質認證的產品已經得到廣大消費者的認可，有效提高了區域特色產品的市場競爭力。隨著現代農業氣象服務技術水平的提升和氣象為農業特色服務工作的開展，全國各地相繼開展了農產品氣候品質認證工作，已分別對藍莓[8]、馬鈴薯[9]、贛 南 臍 橙[10]、 紅 富 士 蘋 果[11]、 碭 山梨[12]、庫爾勒香梨[13]的氣候品質進行了研究。

但前人的研究大多是從品質組成要素之間的相關性和對其品質評價方法的綜合表征進行的，基本是揭示不同氣象要素與單一品質指標的直接關系。 本研究以棗莊嶧城石榴為試材，選用果實發育期的3 個主要品質指標(單果重、百粒重、可溶性固形物)與同時期氣象要素監測資料進行分析，篩選影響果實綜合品質的關鍵氣象因子，并采用逐步回歸法構建石榴氣候品質評價模型，以期為開展石榴氣候品質認證并探索其應用、合理利用氣候資源、打造農產品品牌及提升市場競爭力提供理論支撐。

1 數據來源

1.1 研究地概況

山東省棗莊市嶧城區地處蘇、魯兩省交界處，屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫14.4℃，年降水量815.1 mm，年日照時數2078.7 h，全年≥10℃有效積溫4705.2℃，具有年溫度高、熱量豐富、雨量充沛等特點。 土壤多為紅頁巖風化土、粗砂土、粘壤土[14]，通透性好，pH 值在6.78 ～7.42之間，平均值為7.17，非常適宜石榴栽培[15]。

1.2 數據來源

1.2.1 石榴品質數據 由棗莊市果樹科學研究所提供。 2005—2020年選取嶧城觀測場東北方向3 km 處嶧城福山石榴合作社園區的石榴樹進行果實品質監測。 果實品質等級按照《石榴質量等級》(LY/T 2135—2018)要求進行劃分。 單果重、百粒重用精度0.01 g 的天平稱量，可溶性固形物用折光儀測定。

1.2.2 氣象數據 來源于棗莊市嶧城區氣象觀測站。 選用石榴果實品質監測同時期的逐日氣溫、降水、光照時數等數據。

2 棗莊石榴氣候品質評價模型的構建

2.1 石榴果實品質指標的選取及其等級劃分和賦值

農產品氣候品質認證是用表征農產品品質的氣候指標對品質優劣等級所做的評定。 本研究基于《石榴質量等級》(LY/T 2135—2018)標準，結合棗莊石榴市場調研以及專家經驗，選取石榴鮮果的外觀和內在品質指標，用于建立棗莊石榴氣候品質評價模型。

外觀品質指標選用單果重(Y1)、百粒重(Y2)兩個指標。 其中，單果重是石榴感官質量評價的重要因素之一，百粒重可反映石榴籽粒的飽滿程度，兩者都是消費者挑選石榴的重要參考指標。且根據專家和果農經驗，這兩指標均會受到該年度氣候條件的影響。

內在品質指標選用可溶性固形物(Y3)。 可溶性固形物主要包括可溶性糖類、維生素以及礦物質，是決定石榴口感和營養價值的重要指標。

為便于統計分析，對3 個品質指標數據進行歸一化處理:針對棗莊石榴為大籽粒中型果的品種特征，結合石榴質量標準和專家經驗，對每個品質指標進行等級劃分，并參照《農產品氣候品質認證技術規范》(QX/T 486—2019)進行賦值，結果見表1。

表1 選取的石榴品質指標及其等級劃分和賦值

2.2 品質指標與氣象因子的回歸關系分析

參照前人研究成果[16-20]，依據石榴栽培專家經驗與氣象服務經驗，利用相關分析法分析棗莊石榴發育期的溫度、降水、光照等氣象因子與各品質指標之間的相關程度，篩選出與各品質指標相關度高且通過顯著性檢驗(P＜0.05)的主要氣象因子，然后利用逐步回歸法建立各品質指標與關鍵氣象因子的逐步回歸方程。

2.2.1 單果重 石榴單果重通常是由石榴生長期和成熟期的氣象因子共同決定，經相關分析并結合專家經驗，選擇成熟期9月中旬平均氣溫(X11)、9月中旬日較差(X12)、9月下旬日較差(X13)和生長期6月上、中、下旬平均氣溫(X14、X15、X16)以及6月整月相對濕度(X17)7 個氣象因子，建立其與單果重的回歸方程:

該回歸方程的R2值為0.9004，經顯著性檢驗，P＝0.0076，小于0.05，表明該模型合理且精度較高，可用于棗莊石榴單果重的預測。 利用2019、2020年的單果重數據對模型進行檢驗，誤差分別為1.1%、1.4%，證明利用該模型預測石榴單果重的準確性較高。

對上述7 個氣象因子的回歸系數進行標準化，得到標準回歸系數分別為-0.3377、0.6632、0.2923、-0.5381、0.2510、0.6961、0.7657，可知:6月相對濕度對單果重的影響最大，其次為6月下旬平均氣溫和9月中旬日較差，且均為正向影響；6月中旬平均氣溫和9月下旬日較差對單果重也均為正向影響，但影響較小；9月中旬平均氣溫和6月上旬平均氣溫對單果重均為負影響，影響程度適中。 可以發現，生長期的溫、濕度是影響棗莊石榴單果重的主要氣象因素，且此期的溫、濕度高更有利于果實發育，此外，成熟期的日較差越高，也越有利于石榴單果重的增加。

2.2.2 百粒重 結合專家知識和相關分析，影響百粒重的氣象因素主要為8、9月份降水及平均氣溫，因此選擇8月中旬、8月下旬、9月上旬降水量(X21、X22、X23)以及8月中旬、8月下旬、9月上旬的平均氣溫(X24、X25、X26)6 個氣象因子，建立其與石榴百粒重的回歸方程:

該方程的R2為0.8506，且經顯著性檢驗P＝0.0286，小于0.05，表明該回歸模型準確有效。 利用2019、2020年數據進行驗證，誤差分別為1.5%、1.8%，說明利用該模型預測棗莊石榴百粒重的精度較高。

對上述6 個氣象因子的回歸系數進行標準化，得到其標準回歸系數分別為0.6312、0.3619、-0.2338、0.0381、0.5683、0.2035，可知:8月中旬的降水量對百粒重影響最大，其次為8月下旬平均氣溫，8月下旬降水量和9月上旬氣溫影響也較大，此4 項均為正向影響；8月中旬平均氣溫對于該品質因子影響較小，而9月上旬降水量對百粒重影響為負，影響程度適中。 可以發現，百粒重對氣溫的敏感性相比于降水量有時序上的延遲，延遲10 天左右，但成熟期降水不利于石榴果實內容物積累。

2.2.3 可溶性固形物 根據專家知識，9月上旬到10月上旬日較差、光照及降水量均會影響石榴可溶性固形物含量。 結合相關性分析結果，最終選擇9月上旬和10月上旬的平均日較差(X31和X32)、日照時數(X33和X34)、降水量(X35和X36)6個氣象因子，建立其與可溶性固形物的回歸方程:

該方程的R2值為0.7906，經顯著性檢驗P＝0.0309，小于0.05，表明模型準確有效，可用于棗莊地區石榴果實可溶性固形物的預測。 利用2019、2020年數據進行驗證，誤差分別為0.75%、1.0%，充分說明該方程的預測精度較高。

對上述6 個氣象因子的回歸系數進行標準化，得到標準化回歸系數分別為-0.4593、0.7742、-0.5653、0.1443、-0.4939、0.9591，可知:10月上旬的平均日較差、日照時數、降水量均與可溶性固形物正相關，而9月此3 個氣象因子均與可溶性固形物負相關，其中10月上旬降水量對可溶固形物的影響最大，其次為10月平均日較差，9月的3個氣象因子影響程度也較高，而10月上旬的日照時數影響最小。 表明成熟后期的溫濕度對棗莊石榴可溶性固形物的積累影響更大。

2.3 氣候品質評價模型的建立及驗證

2.3.1 確定品質指標的權重系數 根據棗莊石榴固有特點和消費者喜好并結合專家知識，利用層次分析法確定各個品質指標的權重。 首先構造單果重、百粒重、可溶性固形物3 個品質指標的判斷矩陣，尋找其最大特征值所對應的特征向量，并進行相應的歸一化處理，得到3 個指標的權重系數向量aj為[0.35180.31610.3321]；對于該準則層比較矩陣進行一致性檢驗，經計算該判斷矩陣的一致性指標CI ＝0.0724，層次分析中所采用的因子數目為3，查表可知隨機一致性指標RI ＝0.9，因而一致性比率CR ＝CI/RI ＝0.0804 ＜0.10，不一致程度在容許范圍之內，通過一致性檢驗，可用其歸一化特征向量aj作為權向量。

2.3.2 氣候品質評價模型及等級劃分 根據上述確定的各品質指標權重指數，建立棗莊石榴氣候品質綜合評價指數(M)模型，即:

基于此，根據《農產品氣候品質認證技術規范》(QX/T486—2019)對棗莊石榴氣候品質進行等級劃分，結果見表2。

表2 棗莊石榴氣候品質評價等級劃分

2.3.3 驗證試驗 根據棗莊市果樹科學研究所的測定結果，2019年棗莊石榴的單果重、百粒重、可溶性固形物含量均值分別為444 g、86.57 g、15.96%，2020年分別為645 g、83.35 g、14.6%，由表1 等級劃分標準可知分別為特優、優。 將2019年和2020年棗莊石榴果實發育期的氣象資料分別代入建立的氣候品質評價模型，得到兩年的M值分別為3.00、2.67，按表2 中標準可確定兩年棗莊石榴的氣候品質分別為特優、優等級，與根據品質指標實測值劃分的等級結果一致。 表明本研究建立的氣候品質評價模型可以用于棗莊石榴綜合品質評價。

3 結論

本研究以單果重、百粒重、可溶性固形物作為棗莊石榴果實品質評價指標，根據前人研究結果、專家經驗和相關分析選取果實發育期的關鍵氣象因子，選用2005—2018年的數據，建立了各品質指標與氣象因子的逐步回歸方程，然后利用層次分析法確定各指標權重，建立了棗莊石榴氣候品質綜合評價指數模型，并根據綜合評價指數大小劃分品質等級。 經2019、2020年數據驗證，利用該模型確定的棗莊石榴品質等級與實測數據一致。 具體結論如下:

(1)生長期的溫、濕度條件是影響棗莊石榴單果重的關鍵氣象因素，溫濕度越高越有利于單果重增加；成熟期的日較差也對單果重有較大正面影響。

(2)百粒重對果實發育期氣溫的敏感性相比于降水量有時序上的延遲，約延遲10 d；在8月中下旬降水為正貢獻的情況下，9月的降水則會抑制石榴籽粒的充實。

(3)10月上旬的平均日較差、日照時數、降水量對棗莊石榴的可溶性固形物積累均有正向影響，而9月的這3 個氣象因子均不利于果實中可溶性固形物的積累。 其中，10月上旬的平均日較差和降水量對可溶性固形物影響最大。 說明石榴果實成熟后期的氣象條件對其營養品質的影響更大。

(4)綜合3 個主要品質指標及其關鍵氣象因子，本研究構建了棗莊石榴氣候品質綜合評價指數模型，并根據指數大小劃分特優、優、良、一般4個等級。 利用2019、2020年數據驗證，確定的兩年石榴氣候品質等級與實測等級一致，說明該模型可用于估測棗莊石榴的總體品質。

另外，大風、高溫、冰雹等會對石榴果面造成日灼、銹斑、磨傷、雹傷等現象，也會影響果實的整體品質，但本研究暫未涉及，將在今后進一步深入研究。