基于氣象因子的湖南省柑橘氣候品質評價模型研究
——以洞口蜜桔為例

鄧 玲，江滌非，黎躍勇，董子舟，譚詩琪

（1.湖南省氣象服務中心，湖南 長沙 410118；2.氣象防災減災湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410118）

0 引言

農作物氣候品質評價是指氣候條件對作物品質影響的優劣等級的評定，是提高農產品的品質和聲譽、增強競爭力的有效手段之一［1-2］。隨著我國經濟社會的發展和人民生活水平的不斷提高，消費者對各類農產品的需求已經由量的滿足轉為質的追求。目前及今后一段時間內，我國農業生產面臨的主要問題是如何提高農產品的品質［3］。柑橘是世界第一大果樹種類，中國是世界柑橘第一大生產國，湖南是全國柑橘優勢產區和橘橙的主要原產地。2016—2018年，在湖南省水果產業中，柑橘生產面積占72.8%～74.3%、產量占84.1%～85.4%。2018年湖南柑橘種植面積約38.43萬hm2，總產量達528.57萬t［4］。主要栽培品種有臍橙、冰糖橙、溫州蜜桔、椪柑等。因此，研究氣候條件對柑橘品質的影響，并建立湖南柑橘氣候品質評價的指標和模型，可為客觀地評價柑橘品質、提高柑橘產品的市場競爭力提供科學依據。

近年來，國內很多學者采用逐步回歸法、主成分分析法、加權指數求合法等對茶葉、蘋果、水蜜桃、酥梨、水稻、獼猴桃、脆李、火龍果等農產品開展了氣候品質分析、評價和模型的研究［1-2，5-14］。關于氣象因子與柑橘品質關系的研究，目前主要針對椪柑、臍橙、紅美人、蜜桔等柑橘品種，如李金強等［15］研究了貴州山地氣象因子與柑橘果實品質的相關性，結果表明：年均溫、≥10 ℃年積溫、最冷月均溫、無霜期、日照等氣象因子與椪柑、紐荷爾臍橙的可食率、固形物、含糖量、糖酸比、固酸比等指標呈正相關，與椪柑和紐荷爾臍橙的總酸、VC的含量呈負相關，其中，年均溫和最冷月均溫的影響較大，呈極顯著正相關。孫系巍等［16］研究發現，日照時數、晝夜溫差、降雨量等氣象因子對冰糖橙果實的可溶性固形物含量、酸含量和果實大小等品質有重要的影響。王程寬等［17］采用相關性和回歸分析法，研究了紅美人柑橘果實品質與不同物候期氣象因子的關系，結果表明：紅美人柑橘萌芽期降水量與果實蔗糖、總酸含量呈顯著正相關；同時期的日照時數與可溶性固形物、總酸含量呈顯著負相關，與蔗糖含量呈極顯著負相關。平均氣溫日較差是影響紅美人果實風味的關鍵因素，晝夜溫差大，則果實風味更佳。馬晶昊等［18］采用相關性分析法研究了洞口蜜桔品質與氣象要素的關系，結果表明：10 ℃以上積溫和晝夜溫差對蜜桔的品質的影響最大，其次是平均相對濕度、降水量、積溫、日照時數和平均氣溫。

根據2010—2020年湖南柑橘主產區代表品種洞口蜜桔，以及2015—2020年黔陽冰糖橙、道縣臍橙、石門柑橘的品質數據和相應的氣象數據，首先，采用相關普查法篩選出湖南柑橘受氣象條件影響較大的品質指標，在此基礎上，采用逐步回歸法篩選出影響湖南柑橘品質的關鍵氣象因子，建立了湖南柑橘氣候品質評價指標。最后，基于2010—2020年洞口蜜桔的品質檢測數據和同期氣候指標的數據，采用德爾菲法、主成分回歸方法、加權指數求合法，建立了洞口蜜桔氣候品質評價模型，基于該模型對洞口蜜桔近11年的氣候品質進行了評價。

1 資料與方法

1.1 資料來源

1.1.1 氣象數據 本文使用的氣象資料來源于1991—2020年洞口縣、2015—2020年道縣、洪江市、石門縣4個國家基本氣象站的逐日觀測資料。氣象要素包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數、相對濕度等。

1.1.2 品質數據 本文使用的洞口蜜桔、黔陽冰糖橙、道縣臍橙、石門柑橘4個柑橘品種的品質資料均來源于當地的農業農村局，檢測的品質指標包括含酸量、糖酸比、可溶性固形物、VC含量、可食率、出汁率、果實橫徑、果實縱徑、皮厚共9項。其中，洞口雪峰蜜桔品質數據年份為2010—2020年，黔陽冰糖橙、道縣臍橙、石門柑橘品質數據年份為2015—2020年。

1.2 研究方法

1.2.1 湖南柑橘受氣象條件影響較大的品質指標的篩選 按照柑橘的生長發育規律，其主要生育期為開花期、果實膨大期、果實迅速膨大期（壯果期）、著色期和采摘期，每個階段都會影響果實品質的形成。通過文獻查閱、實地走訪調查以及專家咨詢，結合金志鳳等［19］起草發布的氣象行業標準《農產品氣候品質評價 柑橘》（QX/T 592—2020），初步擬定了27個氣象因子作為湖南省柑橘氣候品質的待選指標（表1）。運用DPS數據處理軟件對2010—2020年洞口蜜桔、2015—2020年洪江黔陽冰糖橙、道縣臍橙、石門柑橘的9項品質指標的檢測數據，分別與各主產區同期歷史氣象數據進行相關性普查，得到各品質指標與27個初擬氣象因子的相關性分析結果（表2）。由此可知，在湖南省柑橘的9項品質指標中，受氣象因子影響較大的有可溶性固形物含量和VC含量2項。

表1 湖南省柑橘氣候品質評價初擬待選氣象指標（生育期以洞口蜜桔為例）［1］

表2 湖南省柑橘品質指標相關氣象因子數量一覽表

1.2.2 湖南柑橘氣候品質評價指標的確定 在相關性普查結果的基礎上，采用逐步回歸方法，篩選出影響湖南省柑橘可溶性固形物含量、VC含量形成的關鍵氣象因子，并結合專家意見，最終確定6項湖南省柑橘氣候品質評價指標，分別為：果實迅速膨大期—采摘期的累計日照時數（h）、果實膨大期的降水量（mm）、采摘期陰雨日數（d）、主要生長季（4—10月）平均氣溫（℃）、著色期—采摘期平均氣溫日較差（℃）和果實膨大期日最高氣溫≥35 ℃的最長持續天數（d）。

1.2.3 洞口蜜桔氣候品質評價模型的建立

1.2.3.1 品質指標等級劃分標準 參照《農產品氣候品質評價柑橘》（QX/T 592—2020），品質指標可溶性固形物含量Ss≥12.0%、11.0%≤Ss＜12.0%、Ss＜11.0%，分別對應特優、優、良及其以下3個等級。將2010—2020年洞口蜜桔逐年VC含量檢測值進行K均值聚類分析，得到2個聚類中心：50.0%和55.0%，將品質指標VC含量分為3個等級：VC＞55.0%、50.0%＜VC≤55.0%、VC＜50.0%；分別對應特優、優、良及其以下（表3）。

表3 洞口蜜桔、柑橘品質指標等級劃分

1.2.3.2 氣候品質評價指標閾值的確定 基于2010—2020年洞口蜜桔可溶性固形物含量、VC含量2項品質數據和同期6項氣候指標數據（表4），根據表3可以得出，2010—2020年洞口蜜桔可溶性固形物含量達到特優級別的年數為8 a，特優率為72.7%，VC含量達到優、特優級別的年數為9 a，優率為81.8%，其中特優率為54.5%。通過統計分析不同級別可溶性固形物含量和VC含量對應的氣候指標觀測值的范圍，經專家指導修正，確定了6項氣候品質評價指標的分級賦值（表5）。

表4 2010—2021年洞口蜜桔品質與同期氣候指標數據

表5 洞口蜜桔評價指標的分級賦值

1.2.3.3 氣候品質評價指標權重的確定 采用主成分分析方法，對洞口縣1991—2020年的6項氣候品質評價指標對應的氣候數據進行統計分析，得到各氣候品質評價指標的權重系數（表6）。

表6 洞口蜜桔氣候品質評價指標權重系數

1.2.3.4 氣候品質評價模型的構建 采用加權指數求和法建立洞口蜜桔氣候品質評價模型，見式（1）：

式（1）中：ID為洞口蜜桔氣候品質評價指數；ai為第i個氣候品質指標的權重系數，a1～a6分別為8月下旬—11月中旬累計日照時數、7月中旬—9月中旬降水量、10月下旬—11月中旬陰雨日數、主要生長季（4—10月）平均氣溫、9月下旬—11月中旬氣溫日較差、7月中旬—9月中旬日最高氣溫≥35 ℃最長持續天數的權重系數，分別取0.23、0.14、0.16、0.11、0.27、0.09；Mi為第i個氣候品質指標的分級賦值。

1.2.3.5 氣候品質等級的劃分 按照氣候品質評價指數ID，將氣候品質劃分為3個等級：特優、優、良及以下，并且把氣候品質與洞口蜜桔品質相對應。將洞口蜜桔1991—2020年的氣候品質評價指數ID進行K均值聚類分析，得到2個聚類中心，即2.8、2.5；按照聚類分析結果，將30年的ID值分成3類：ID≥2.8、2.5≤ID＜2.8、ID＜2.5，對應洞口雪峰蜜桔氣候品質等級為特優、優、良及其以下3個級別。

2 結果與分析

利用洞口縣國家基本氣象站2010—2020年的氣象觀測數據，根據表4、表5、式（1）計算逐年洞口蜜桔品質形成關鍵期的氣候品質評價指數ID，根據表7數據得出2010—2020年洞口蜜桔的氣候品質等級結果（表8）。

表7 洞口蜜桔氣候品質等級劃分與評價指數

表8 2010—2020年洞口蜜桔氣候品質評價指數

由表8可知，近11年的洞口蜜桔氣候品質評價指數ID介于2.25～3.00，氣候品質等級除2016、2020年為良及以下外，其余年份氣候品質等級均為特優或優。通過與2010—2020年洞口蜜桔可溶性固形物和VC含量2個品質指標對應的品質等級數據對比可知（表9），根據評價模型確定的氣候品質等級與實際的品質等級吻合率較高，其中與2項品質指標等級均一致的年份有6 a，分別為2010、2011、2013、2014、2017、2020年；與1項品質指標等級一致的年份均為8 a，吻合率為72.7%。由此可見，本研究所建立的洞口蜜桔氣候品質評價指標和模型具備可靠性。

表9 洞口蜜桔可溶性固形物和VC含量品質指標對應的品質等級

3 結論與討論

本文根據2010—2020年湖南柑橘主產區的代表品種洞口蜜桔和2015—2020年黔陽冰糖橙、道縣臍橙、石門柑橘的品質數據和相應的氣象數據，首先，采用相關普查法篩選湖南柑橘受氣象條件影響較大的品質指標，在此基礎上，采用逐步回歸法篩選了影響湖南柑橘品質的關鍵氣象因子，從而確定湖南柑橘氣候品質的評價指標；其次，基于2010—2020年洞口蜜桔的品質檢測數據和同期氣候指標數據，采用德爾菲法、主成分回歸方法、加權指數求和法，建立了洞口雪峰蜜桔氣候品質評價模型，并基于該模型對洞口蜜桔近11年的氣候品質進行了評價。

研究結論為：（1）湖南省9項柑橘品質指標中，受氣象因子影響較大的為可溶性固形物和VC含量2項指標。

（2）影響湖南省柑橘氣候品質的關鍵氣象因子主要為果實迅速膨大期—采摘期累計日照時數、果實膨大期降水量、采摘期陰雨日數、主要生長季（4—10月）平均氣溫、著色期—采摘期平均氣溫日較差、果實膨大期日最高氣溫≥35 ℃的最長持續天數等6項指標。

（3）2010—2020年洞口蜜桔氣候評價指數介于2.25～3.00，除2016、2020年氣候品質等級為良及以下外，其余年份均為優、特優級別。

（4）通過與2010—2020年洞口蜜桔的可溶性固形物含量和VC含量這2個品質指標對應的品質等級數據對比，根據氣候品質評價模型確定的氣候品質等級與實際的品質等級吻合率較高，其中與2項品質指標等級均一致的年份有6 a，與1項品質指標等級一致的年份均為8 a，吻合率為72.7%。由此可見，本研究所建立的洞口雪峰蜜桔氣候品質的評價指標和模型具備可靠性。