西藏林芝蘋果花期與氣象條件的關系及預測模型

杜軍 次旺 白宇軒 索朗旺堆 王挺

摘要：【目的】西藏是中國氣候資源最多樣與果樹資源最豐富的區域之一，分析西藏最適宜栽培區——林芝的蘋果花期與氣象條件的關系及其對氣候變化的響應，選取主導影響氣候因子，構建花期預測回歸模型，為當地應對氣候變化和開展蘋果花期氣象服務提供科技支撐。【方法】利用2001—2021 年林芝蘋果花期物候和逐日平均氣溫（Tm）、最高氣溫（Tmax）、最低氣溫（Tmin）、相對濕度（RH）、降水量（Pr）、日照時數（S）和≥0 ℃積溫（ΣT0）等數據，采用線性傾向估計法、Pearson 相關系數和逐步回歸方法等，分析蘋果花期物候及其長度的變化趨勢，以及氣候因子、晚霜凍對蘋果花期的影響，并開展蘋果花期預測，構建花期預測回歸模型。【結果】2001—2021 年林芝蘋果各花期以0.884～1.132 d·a-1的速度呈推遲趨勢，以花芽膨大期推遲的最多，開花始期次之，為1.058 d·a-1。花期長度為顯著縮短趨勢，平均每年縮短0.471 d。花期生長期內Tm、Tmax、Tmin均趨于升高，Tmin升幅大于Tmax升幅；DTR、S、RH趨于減少。始花期之前，Pr為增加趨勢，之后Pr趨于減少。花期長度生長期內，只有Tm、Tmin表現為上升趨勢，其他要素均趨于下降，以ΣT0減幅最為明顯。【結論】上年10 月Pr是影響林芝蘋果始花期、盛花期變化的主導氣候因子，若上年10 月Pr每增加（減少）10 mm，蘋果始花期和盛花期將分別提前（推遲）2.47 d 和2.17 d。花期晚霜凍日趨于提前，且低溫降低，但開花期明顯推遲，花期霜凍的氣候風險變小。基于旬、月氣候要素的統計模型，預測蘋果花期精準度為95.8%～97.1%。

關鍵詞：蘋果；西藏林芝；花期；變化；氣候影響因子；預測模型

中圖分類號：S661.1 文獻標志碼：A 文章編號：1009-9980（2023）05-1013-11

植物物候常被認為是反映氣候與環境變化的重要指標[1- 2]，也被視為全球氣候變化的“診斷指紋”[3]。蘋果始花期是表征蘋果果實開始生長的重要指示物候期[4]，直接影響到蘋果品質和產量的形成[5-6]。因而，開展蘋果花期與氣象條件的關系及其對氣候變化響應的研究，以及花期預測，對指導當地蘋果生產具有十分重要的意義。

Chmielewski 等[7]、Grab 等[8]分別發現德國和南非的蘋果開花期平均每10 a（年）提前2.1 d 和4.3 d，Mariko 等[9]也指出1980—2010 年日本長野的蘋果開花期提前6.3 d，這些主要與春季氣溫的升高有關。

劉璐等[10-11]研究發現，中國北方主產地蘋果始花期以2.3 d·10 a-1的速率提前，并與時段內平均氣溫和平均地溫存在顯著的負相關關系。在蘋果花期預報方法方面，國內學者做了大量研究工作[11-17]，方法各異，鄔定榮等[12]采用機制性物候模型預測蘋果花期；馮建設等[13]采用逐步回歸方法，建立具有生物學意義的動態預報模型；李美榮等[14]應用統計學方法建立基于平均氣溫和日照時數的蘋果始花期預測模型；張興偉等[15]采用多元線性回歸方法和組合方法，建立山西省吉縣蘋果果樹始花期的預測模型。但大部分學者采用不同時間尺度（日、旬和月）氣候要素與始花期之間建立統計回歸模型，雖然未考慮蘋果樹的生理生態過程，但該方法簡單易行，能較準確地預測蘋果花期。

受蘋果物候期觀測數據較少的限制，西藏蘋果物候期研究鮮見報道，尤其花期預測更是空白。為此筆者在本研究中選取西藏最適宜的栽培區——林芝的蘋果長期連續物候期觀測和氣象數據，采用Pearson相關系數、逐步回歸等方法，分析旬和月日照、溫度、降水量等氣候因子對蘋果花期的影響，判定影響花期的主要氣候因子，在此基礎上構建花期預測模型，同時還分析了花期晚霜凍的變化特征，以期為科學有效開展西藏蘋果花期氣象服務提供科技支撐。

1 數據來源和研究方法

1.1 研究區概況

西藏自治區林芝市巴宜區（E 93°27′～95°17′，N29°21′～30°15′）地處青藏高原念青唐古拉山東南麓，位于西藏東南部，屬高原溫帶季風半濕潤氣候。年太陽總輻射4 224.2 MJ·m-2，年日照時數2 022.0 h；年平均氣溫9.1 ℃，氣溫年較差15.1 ℃，年極端最高氣溫30.6 ℃，年極端最低氣溫-13.7 ℃，≥0 ℃積溫3 319.9 ℃ · d · a-1；年降水量692.7 mm，年平均相對濕度64%，年無霜期173 d。

蘋果是西藏主要經濟林果之一，在自治區果業生產中占有舉足輕重的地位。西藏林芝為蘋果的主要栽培區，不僅蘋果產量高，而且色、香、味俱佳，是西藏最適宜的蘋果栽培區[18]。2020 年全自治區蘋果種植面積為1670 hm2，總產量達7959 t[19]，其中林芝市蘋果種植面積為557 hm2，總產量為4506 t，分別占全自治區種植面積和總產量的33.4%和56.6%。

1.2 數據來源和處理

蘋果花期物候資料來源于西藏自治區林芝農業氣象觀測站，觀測依據和標準按照中國氣象局《農業氣象觀測規范》[20]。選取2001—2021 年林芝蘋果花芽膨大期、花芽開放期、始花期、盛花期和末花期。花期長度為始花期與末花期之間的天數。

氣象要素來源于西藏自治區氣象信息網絡中心，選取同時段的逐日平均氣溫（Tm，℃）、最高氣溫（Tmax，℃ ）、最低氣溫（Tmin，℃ ）、氣溫日較差（DTR，℃）、相對濕度（RH，%）、降水量（Pr，mm）、日照時數（S，h）和逐旬平均5 cm地溫（Tg5，℃）、10 cm地溫（Tg10，℃）和20 cm地溫（Tg20，℃）等數據。

1.3 方法

蘋果花期及長度、氣象要素的變化趨勢均利用線性傾向估計法，并采用F 檢驗法對其顯著性進行檢驗（p＜0.05和p＜0.01）。

花期霜凍：以百葉箱內日最低氣溫≤0 ℃為霜凍指標，分析花期晚霜凍的變化特征。

利用Pearson 相關系數分析各氣象要素與花期及長度的相關性，并采用逐步回歸方法[21]建立花期的預測模型。

數據處理和繪圖均采用Excel 2007 軟件完成，并利用DPS數據處理系統[22]提供的逐步回歸方法建立預測模型。

2 結果與分析

2.1 花期及生育期長度的變化趨勢

從近21 年（2001—2021 年）西藏林芝蘋果花期及生育期長度的變化趨勢來看（表1），蘋果各花期均呈顯著的推遲趨勢，平均每年推遲0.884～1.132 d（p＜0.05），以花芽膨大期推遲的最多（p＜0.01），其次是始花期，為1.058 d（p＜0.01），末花期推遲的最少。花期長度表現為顯著的縮短趨勢，平均每年縮短0.471 d（圖1，p＜0.05）。

2.2 花期間氣候要素的變化趨勢

表2給出了2001—2021 年蘋果各花期間氣候要素的線性變化趨勢，結果顯示：（1）除開花盛期—開花末期的Tmax呈降低趨勢外，其他花期Tm、Tmax、Tmin均趨于升高，升溫率為0.050～0.125 ℃· a-1，其中Tmin升幅大于Tmax升幅；期間的DTR都呈現出減小趨勢，為0.024～0.125 ℃ · a- 1，S 也表現為減少趨勢，減幅為0.099～3.495 h · a-1，以開花盛期—末期減少的最多，達3.495 h · a-（1 p＜0.01）。（2）RH在花芽膨大期—花芽開放期上傾向于增加，在其他花期間均趨于減少，平均每年減少0.014%～0.153%，以花芽開放期—開花始期減幅最為明顯。（3）始花期之前，Pr為增加趨勢，增幅為0.045～0.131 mm·a-1；之后Pr趨于減少，平均每年減少0.094～0.627 mm。（4）≥0 ℃積溫（ΣT0）在4 個花期物候生長期中增減趨勢各占一半，其中在花芽開放期—始花期、始花期—盛花期為增加趨勢；盛花期—末花期ΣT0 減少趨勢尤為明顯，達4.695 ℃·d·a（-1 p＜0.05）。（5）在花期生長期內，只有Tm、Tmin表現為上升趨勢，其他要素均趨于下降，其中ΣT0減幅達3.748 ℃·d-1 ·a-1。

此外，還發現近21 a 花期長度生長期內的RH、S和ΣT0波動較大，表現為3 次曲線變化趨勢，如圖2-a所示，RH 總體呈現為“降-升-降”的變化趨勢，在2001—2006 年、2006—2017 年、2017—2021 年3 個階段的變幅分別為-1.12%· a-1、1.42%· a-（1 p＜0.01）和-4.25%·a-1。而S 和ΣT0則表現為“升-降-升”的變化趨勢（圖2- b、2- c），S 在2001—2006 年、2006—2017 年、2017—2021 年3 個階段的變幅依次為21.66、-11.14、7.98 h · a-1，其中前2 個時段p＜0.05；ΣT0在2001—2006 年、2006—2017 年和2017—2021年3個時段分別以35.78、-17.25、17.20 ℃·d·a-1的速度變化，其中前2個時段p＜0.05。Pr表現出先升后降的二次曲線變化（圖2-d），其中前10 年呈增加趨勢，為2.91 mm·a-1，后11年以-1.53 mm·a-1的速度趨于減少。

2.3 花期物候與氣候因子的關系

2.3.1 花期物候與旬尺度氣候因子的關系 首先采用Pearson 相關系數分析了上年10 月上旬至當年4月下旬各旬氣候要素與西藏林芝蘋果花期物候的相關性，從通過p＜0.05 顯著性檢驗的氣候因子中（表3），再利用逐步回歸方法求得的標準回歸系數，選取絕對值最大者作為主導氣候因子，結果發現：（1）影響花芽膨大期早晚的氣候因子較多，上年10 月上旬Tmax，10 月中旬Tmin，10 月下旬Tg5、Tg10、Tg20，以及12月上中旬Tg5、Tg10、Tg20 與其呈顯著正相關，而與上年10 月上旬Pr、當年3 月上中旬S 呈顯著負相關。

這說明上年10 月和12 月的氣溫與地溫越高，10 月上旬降水偏少，當年3 月上中旬日照充足，蘋果花芽膨大期就越早。經分析，3 月上旬S 是主導因子，如圖3-a 所示，若3 月上旬S 每增加（減少）10 h，花芽膨大期將提前（推遲）6.50 d。（2）同樣影響花芽開放期的氣候因子也較多，只有上年10 月下旬Tg5、Tg10、Tg20 與其呈顯著正相關；其他因子呈顯著負相關，以10 月上旬Pr 的負相關系數最大，為- 0.570（p＜0.01）。其中，3 月上旬Tg5 是主導因子，從圖3-b 可知，若當年3 月上旬Tg5 每升高（降低）1 ℃，花芽開放期將提前（推遲）4.28 d。（3）氣候因子與始花期、盛花期的關系都是顯著的負相關，表明上年10 月上旬Pr越少、RH越小，來年蘋果始花期和盛花期也越早；同樣當年3 月上中旬Tmax、S 和Tg越高，蘋果開花始期和盛期越早。分析得知，10 月上旬Pr是始花期和盛花期的主導氣候因子，若上年10 月上旬Pr 每增加（減少）10 mm，蘋果始花期、盛花期將分別提前（推遲）3.10 d（圖3-c）和3.11 d（圖3-d）。（4）影響開花末期變化的氣候因子有3 月中旬Tg20、4 月中旬Tmin、4月上旬RH 和5 月上旬S，其中4 月中旬Tmin 為正相關，其他氣候因子為負相關，且3 月中旬Tg20 是主導因子，若當年3 月上旬Tg20 每升高（降低）1 ℃，末花期將提前（推遲）3.37 d（圖3-e）。

2.3.2 花期物候與月氣候因子的關系 同理分析了上年10 月至當年4 月影響蘋果花期物候的主導氣候因子，結果（表4）顯示：（1）影響花芽膨大期早晚的主導氣候因子是3 月S，兩者相關系數為-0.578（p＜0.01）。經分析，若3 月S 每增加（減少）10 h，花芽膨大期將提前（推遲）3.17 d。（2）上年10 月Pr 是影響花芽開放期、開花始期和開花盛期的主導氣候因子，其中Pr與花芽開放期的相關性達到極顯著水平（p＜0.01）。統計發現，若上年10 月Pr每增加（減少）10 mm，當年蘋果花芽開放期、始花期和盛花期將分別提前（推遲）2.91 d、2.47 d 和2.17 d。（3）影響開花末期變化的主導因子為3 月Tg10，兩者相關系數為-0.476（p＜0.05）。經計算分析，若當年3 月Tg10 每升高（降低）1 ℃ ，開花末期將提前（推遲）4.28 d。

2.4 花期生長期長度與氣候因子的關系

從西藏東南部蘋果花期生長期長度與同期氣候要素的相關系數（表5）來看，各花期生長期長度與Tmin的相關性不顯著；與S、≥0 ℃積溫（ΣT0）呈極顯著的正相關，相關系數大于0.820（p＜0.01）；除花芽開放期—開花始期外，花期生長期長度與Pr 存在顯著的正相關，特別是盛花期—末花期長度，兩者相關性達到極顯著水平（p＜0.01）。只有個別花期生長期長度與Tm、Tmax、DTR和RH存在顯著的相關性，如花芽膨大期—花芽開放期長度與Tm、Tmax呈顯著的負相關；花期長度與DTR存在較顯著的正相關；RH與花芽開放期—始花期長度、始花期—盛花期長度，以及花期長度有著顯著的負相關關系。同理分析了影響各花期生長期長度變化的主導氣候因子都是ΣT0。

2.5 霜凍對花期的影響

蘋果花期內不同程度的低溫會對蘋果生長發育產生不同的影響[23-24]。以日最低氣溫≤0 ℃為霜凍指標，分析花期晚霜凍日及其最低氣溫的變化特征。經統計分析發現（表6），近21 a 林芝蘋果開花始期晚霜凍發生的概率為33.3%，平均約每3 a 一遇；開花盛期出現晚霜凍的概率為19.0%，平均約5 a 一遇；而開花末期晚霜凍發生概率為0，從未遭遇晚霜凍的危害。

從林芝蘋果花期晚霜凍的變化趨勢來看（圖4-a），近21 a 晚霜凍日呈提前趨勢，平均每年提前0.594 d（未通過顯著性檢驗水平）。其對應的日最低氣溫卻趨于降低（圖4-b），降幅為0.016 ℃· a-（1 未通過顯著性檢驗水平）。

以上分析表明，近21 a 林芝蘋果花期遭遇晚霜凍的時間趨于提前，且其最低氣溫有降低的趨勢，但開花期均呈顯著的推遲趨勢，這說明林芝蘋果花期晚霜凍的氣候風險可能變小。

2.6 花期預報模型

利用2001—2021 年西藏林芝蘋果花期（開花始期、盛期和末期）物候觀測數據，以及表3 和表4 中影響蘋果花期的主要氣候因子，采用逐步回歸方法，建立蘋果花期統計回歸預測模型（表7），預測模型均通過0.01 顯著性檢驗。并利用蘋果花期實測值對模型進行精準度檢驗，發現21 a 預測平均精準度為95.8%～97.1%，以開花末期最高，說明預測模型的可信度高。

3 討論

林芝市巴宜區屬高原溫帶季風半濕潤氣候，日照時數較長，輻射較強，熱量水平高，雨熱同季，農業氣候資源較為豐富，是西藏最適宜的蘋果栽培區[18]。由于西藏站點稀少，林芝市巴宜區的長時間序列觀測資料只有林芝站，海拔高度2 991.8 m，其能夠代表該區域海拔2800～3100 m河谷地帶的氣候特征，與其鄰近的米林站也屬于同一氣候區，氣候條件適宜蘋果的生長發育，這里不僅蘋果產量高，而且色、香、味俱佳。

全球氣候變暖，氣溫升高增加了果樹生長發育所需熱量，進而影響果樹生長進程，其中開花期提早就是氣候變暖的重要標志。目前，歐洲、美國東北部及亞洲的大部均發現蘋果開花期提前[7-9， 25]。在中國新疆、黃土高原和渤海灣各蘋果主產區，始花期均呈顯著的提前趨勢[26]。而本研究分析認為，西藏林芝蘋果花期卻表現為顯著的推遲趨勢，造成這種差異的主要原因可能是由于蘋果正常開花需冬季低溫能滿足果樹對低溫需冷量的需求，同時春季升溫又能滿足果樹開花對生物學積溫的需求[27-28]。近60 a 西藏林芝升溫明顯，特別是冬季[29]，造成蘋果冬季低溫需冷量不足，打破花芽休眠進程推遲，致使花期推遲。

溫度作為影響果樹物候期的主要氣候因子是無可厚非的事實。已有的研究認為，在影響果樹開花期的氣候因子中，氣溫具有顯著的負作用[5-7， 30-31]。在地溫方面研究較少，劉璐等[11]指出中國北方蘋果主產地始花期與平均地溫均呈顯著負相關關系。本研究發現，只有個別蘋果花期及生長期長度與平均氣溫存在顯著的負相關，但蘋果花期與旬平均地溫（5、10 和20 cm）具有顯著的相關性，且在花期預測回歸模型中地溫的貢獻大于氣溫。

除溫度外，降水、相對濕度和日照時數亦是影響果樹物候期的重要氣候因子。多數研究成果認為降水對果樹始花期無顯著影響[11， 32-33]；張艷艷等[34]研究指出，影響隴東蘋果開花早晚的主要影響因素是熱量因子，日照次之，降水影響最小。本研究分析得到，降水量和相對濕度對蘋果花期均具有顯著影響，以負作用為主；日照時數與花期也呈現出顯著的負相關，但日照對蘋果花期的影響程度小于降水，這在影響的主導月氣候因子中可得以證實。

根據林芝蘋果花期與氣象條件的關系，花期主要有霜凍、干旱、冰雹等農業氣象災害[35]，其中以晚霜凍危害較大。做好霜凍的防御，一是在果樹萌芽到開花前灌水1 次，可降低地溫，推遲開花；二是早春用涂白劑刷枝干，以減少輻射吸收，推遲或延長萌芽開花；三是根據當地氣象部門預報，若晴空晚上氣溫降到0 ℃時，可通過燃燒麥秸、雜草等使其發煙，既可增加環境溫度，也可減少輻射降溫，提高果園氣溫，防止晚霜凍對花期的影響。此外，可選育花期抗寒品種、開展不同蘋果品種花期凍害調查并對不同層面的果樹凍害機制的研究[36]，為品種推廣及防霜技術的研發提供理論支撐。

4 結論

2001—2021 年西藏林芝蘋果各花期以0.884～1.132 d·a-1的速度趨于推遲，以花芽膨大期推遲的最多；花期長度平均每年縮短0.471 d。大部分花期生長期內Tm、Tmax、Tmin均趨于升高，DTR、S、RH 趨于減少；始花期之前，Pr為增加趨勢，之后Pr趨于減少。10月上旬Pr是影響始花期和盛花期的主導氣候因子，而影響花期長度變化的主導氣候因子卻是ΣT0。花期晚霜凍日趨于提前，且低溫降低，但開花期顯著推遲，花期霜凍的氣候風險變小。

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