蒼溪縣紅心獼猴桃農用氣象適宜度預評價模型的構建

趙 周，王 勤，譙 蓉，張鑫宇，任小平，馬建偉

（1.蒼溪縣氣象局，四川 蒼溪 628400；2.廣元市氣象局，四川 廣元 628000；3.蒼溪縣植物保護站，四川 蒼溪 628400；4.蒼溪縣獼猴桃產業技術研究所，四川 蒼溪 628400）

開展農用天氣預報研究與應用是促進氣象為農服務提質增效的重要手段。從20 世紀60 年代開始，許多國內外學者就對農用天氣預報服務及相關問題開展了研究［1，2］。馬樹慶等［3，4］對中國農業氣象業務的情況、問題及發展趨勢進行了探討，并對現代農用天氣預報業務進行了深入闡述。中國的很多學者對農事活動氣象適宜度評價模型建立和農用天氣預報服務系統開發等方面進行了研究，并進行了業務運用，取得了較好的效果。李德等［5］研究了淮北平原麥田主要機械化農事活動的土壤濕度和降雨量指標。馬樹慶等［6］建立了東北地區玉米整地、播種和收獲氣象適宜度評價模型。朱海霞等［7］建立了春玉米生育中期階段主要農事活動氣象適宜度評價模型。學者們還通過建立針對農業生產的農用天氣預測預報模型，評估或評價天氣對農業生產的影響，總結出農用天氣預報的技術流程。基于此開發了農用天氣預報制作系統，實現了農用天氣預報的自動化一鍵式制作［8-11］。

紅心獼猴桃富含維生素C，品質優良、口感好、甜度適中，具有一定的藥用價值，備受世界各地的廣泛歡迎，其鮮果已遠銷歐盟、東南亞、日本、新加坡等21 個國家和地區。獼猴桃作為四川省委省政府重點打造的“10+3”產業體系中“川果”產業重要組成部分，是四川省具有優勢和潛力的特色產業。截至2021 年，四川省獼猴桃種植面積達5 萬hm2，產量達44 萬t，其中紅心獼猴桃種植面積占60%以上，已建成以廣元市、成都市、德陽市等為主的龍門山秦巴山區紅心獼猴桃產業帶。四川省獼猴桃產業以每年0.33 萬hm2的速度增加，紅心獼猴桃種植也成為當地鄉村振興的支柱產業。紅心獼猴桃的生產效益直接關系特色農業產業的可持續發展。

四川省廣元市蒼溪縣氣象部門聯合地方獼猴桃研究部門、獼猴桃產業發展部門和植保部門，以紅心獼猴桃生產需求為牽引，探索開展了針對性更強、精細化程度更高的紅心獼猴桃特色氣象服務，有效促進了紅心獼猴桃的避災增收。通過需求調研發現，比起單一的天氣預報，果農更需要精細化程度更高的農事活動指導預報，而針對紅心獼猴桃的農用天氣預報研究鮮見報道。本研究選取紅心獼猴關鍵生育期主要農事活動，確定影響農事活動的主要氣象因子，建立各氣象因子適宜度模型，基于此建立綜合氣象適宜度預評價模型并進行檢驗評估，以期為果農開展農事活動提供參考，提高農事效率，提升紅心獼猴桃的生產效益。

1 資料來源與研究方法

1.1 資料來源

農事活動資料來源：蒼溪縣紅獼緣家庭農場2016—2021 年的農事活動記錄，以及蒼溪縣氣象局2019—2021 年紅心獼猴桃農業氣象觀測記錄。

氣象資料來源：蒼溪國家氣象觀測站、文昌鎮區域自動氣象站2016—2021 年氣象資料，包括氣溫、相對濕度、降水量、風、天氣現象等，資料均經過了嚴格的質量控制。

1.2 研究方法

收集蒼溪縣獼猴桃產業技術研究所、蒼溪縣獼猴桃產業發展局、蒼溪縣植保站專家和一線種植大戶對農用天氣預報的需求并進行實地調研，選取紅心獼猴桃關鍵生育期的主要農事活動，確定影響農事活動的主要氣象因子。根據2016—2021 年農事活動期間的氣象數據進行統計分析，并參考已有的研究成果及調研得出的經驗結果，確定適宜農事活動開展氣象因子的上下限值，建立各氣象因子分段線性函數。通過專家打分初判各氣象因子的相對重要性，采用層次分析法構造權重矩陣，得出紅心獼猴桃農事活動氣象適宜度預評價模型權重系數，最后構建加權隸屬度綜合模型。通過專家討論結合對多年農事活動期間氣象條件的統計分析，訂立農事活動適宜度等級標準。通過業務試運行對預測結果進行驗證。根據驗證結果對權重矩陣和適宜度等級標準進行再次訂正，繼續開展業務試運行。如此反復進行，得出結果。

2 結果與分析

2.1 氣象適宜度預評價模型的建立

根據需求調研，灌溉、噴藥（肥）、疏花授粉、疏果套袋、采摘5 項農事活動對氣象預報需求度較高。故主要針對上述農事活動建立氣象適宜度預評價模型。

2.1.1 紅心獼猴桃灌溉氣象適宜度預評價模型 研究表明，紅心獼猴桃生長適宜的土壤相對濕度為70%～80%，土壤相對濕度低于60%應灌水［12-14］。獼猴桃在整個生育期平均耗水量為3～4 mm/d［15］。考慮到植物對降水的截留、蒸發、流失等原因，故以有10 mm 以上降水天氣時作為無需灌溉的標準。通過對農事活動記錄分析，結合經驗，氣溫高于30 ℃時灌水容易造成獼猴桃根系受損，故晴熱時段應該選擇在早晚天氣涼爽的時候灌溉，同時應避免進行大水漫灌。根據上述要求建立土壤相對濕度f(US)、天氣狀況（降雨量）f(R)、氣溫f(T)適宜度隸屬函數模型。

土壤相對濕度是限制紅心獼猴桃灌溉的最重要因子，其次為天氣狀況（降雨量），最后是氣溫。經專家打分和層次分析法，確定土壤相對濕度、天氣狀況（降雨量）和溫度權重系數分別為0.45、0.35和0.20。 建立如下加權模型：F(US,R,T) =0.45f(US)+ 0.35f(R) + 0.20f(T)，式中f(US)、f(R)、f(T)只要有一個是0，則F為0。

2.1.2 紅心獼猴桃噴藥（肥）氣象適宜度預評價模型 高溫低濕可使藥霧在噴霧過程中蒸發，使藥效變短變差；溫度較高時，作物新陳代謝旺盛，葉片氣孔張開，農藥有效成分過多進入作物體內引起藥害；溫度過高時，作物氣孔關閉，影響內吸性農藥成分吸收而影響藥效；同時，高溫時段害蟲一般躲在陰涼處不活動，不易被噴到。作物葉面對藥霧的容納性在高溫低濕的天氣下比較差，霧滴易從葉子上滑落。部分農藥會在強光條件下引起光解或分解而失效。如果濕度太大或者有雨露時，藥液也容易從葉子上滑落，同時雨露會稀釋甚至沖刷掉藥液，影響藥效，造成農藥的浪費［16，17］。據經驗，小時降雨量≥1 mm 時，可將粉劑、水劑型等農藥沖刷掉；小時降雨量≥5 mm 時，可將乳劑、乳油劑型等農藥沖刷掉；波爾多液在雨前或高濕時使用容易發生藥害。藥霧在較大的風力作用下，能夠完全脫離目標而造成間作作物或鄰近作物的藥害，甚至引起作業人員中毒。

通過對農事活動記錄分析，結合經驗和參考文獻［7，10，11，16，17］，噴藥一般選擇氣溫、濕度、風力較為適宜的陰到多云天氣或晴到少云天氣的上午、傍晚，溫度以20～30 ℃為宜，不宜超過30 ℃或低于10 ℃，最適風力為0～2 級，4 級及以上風力進行噴灑作業會造成明顯的藥劑浪費，濕度以50%～80%為宜，噴藥后至少保證3 h 內無小時降雨量≥1.0 mm的降水天氣［16］。根據上述要求建立氣溫f(T)、天氣狀況（降雨量）f(R)、風f(WS)、相對濕度f(U)適宜度隸屬函數模型。

天氣狀況（降雨量）、風力是最重要的因素，其次是氣溫，最后為相對濕度。經專家打分和層次分析法，確定天氣狀況（降雨量）、風力、氣溫和相對濕度的權重系數分別為0.30、0.30、0.26 和0.14。建立加權模型：F(T,R,WS,U) = 0.26f(T) + 0.30f(R) +0.30f(WS) + 0.14f(U)，式中f(T)、f(R)、f(WS) 和f(U)只要有一個是0，則F為0。

2.1.3 紅心獼猴桃疏花授粉氣象適宜度預評價模

型 紅心獼猴桃在4 月上中旬開始進入花期，采用人工輔助授粉，雌花應在開放后2～3 d 完成授粉。授粉時間為上午8：00 至下午16：00，授粉完成后需要保證3 h 內無小時降雨量≥0.1 mm 的降水天氣［13］。根據氣象資料統計，蒼溪4 月中旬至下旬8：00—16：00 氣溫普遍為15～26 ℃，日最高氣溫超過30 ℃的情況很少。研究表明，獼猴桃花粉萌發受溫度的調控非常明顯，離體培養的適宜溫度是26～30 ℃。據經驗，氣溫高于15 ℃時可以進行授粉。在傳統的有雄株配置的果園里花期適宜的風力有利于完成傳粉，4 級以上風力授粉效果明顯變差，大風會對蟲媒授粉產生不利影響，也會對非接觸式授粉產生影響（如干槍、水槍授粉），從而減弱授粉效果。試驗表明，環境濕度低于30%不利于傳粉受精。環境濕度過大（陰雨天）也不利于授粉。過大的濕度會導致花粉過度吸水而破裂，一般來說70%～80%的相對濕度適宜授粉受精［18-20］。根據上述要求建立氣溫f(T)、天氣狀況（降雨量）f(R)、風f(WS)、相對濕度f(U)適宜度隸屬函數模型。

氣溫和天氣狀況（降雨量）是影響授粉最重要因素，其次是風，最后為相對濕度。經專家打分和層次分析法，確定氣溫、天氣狀況（降雨量）、風和相對濕度的權重系數分別為0.34、0.32、0.24 和0.10。建立加權模型F(T,R,WS,U) = 0.34f(T) + 0.32f(R) +0.24f(WS) + 0.10f(U)，式中f(T)、f(R)、f(WS) 和f(U)只要有一個是0，則F為0。

2.1.4 紅心獼猴桃疏果套袋氣象適宜度預評價模型 套袋以謝花后15～20 d 為宜，一般在5 月中旬至6 月中旬進行套袋，選擇上午8：00—11：00，下午15：00—18：00，10 d 左右套完［13］。根據氣象資料統計，蒼溪縣5 月中旬至6 月中旬氣溫為16～27 ℃，日最高氣溫超過28 ℃的情況較少。通過對過往農事活動記錄進行分析，結合經驗，白天氣溫在低于26 ℃時套袋為宜，氣溫高于28 ℃不宜套袋，應避免高溫套袋［21］。因為套袋前要進行一次病蟲害普防工作，故在早晨露水干后或藥液干后套袋，雨后不宜立即套袋，等果面水珠干了再套袋［13］。據經驗，出現3 h 降雨量≥0.5 mm 的降水天氣時，果實表面明顯變濕。出現4 級以上風力時也不宜套袋，此時套袋容易造成果柄受損，甚至落果。根據上述要求建立氣溫f(T)、天氣狀況（降雨量）f(R)、風f(WS)適宜度隸屬函數模型。

風是影響套袋最重要的因素，其次是天氣狀況（降雨量），最后是氣溫。經專家打分和層次分析法，確定風、天氣狀況（降雨量）和氣溫的權重系數分別為0.45、0.35和0.20。建立加權模型F(T,R,WS)=0.20f(T) + 0.35f(R) + 0.45f(WS)，式中f(T)、f(R)和f(WS)只要有一個是0，則F為0。

2.1.5 紅心獼猴桃采摘氣象適宜度預評價模型 紅心獼猴桃采摘期一般在8 月下旬開始，生態果［22］在10 月中旬采摘結束。采果應選擇晴天露水干后的上午11：00 前或下午15：00 后果實無溫熱手感時進行，多云到陰天的天氣為宜。據氣象資料統計，蒼溪縣8 月下旬至10 月中旬上午11：00 前氣溫大多數時候低于27 ℃，僅在8 月下旬前期氣溫會達到28～30 ℃，下午15：00 后氣溫大多低于28 ℃，僅在8 月下旬氣溫會達到28～34 ℃。通過對農事活動記錄分析，結合經驗，選擇氣溫低于28 ℃的時段采摘較佳，氣溫高于30 ℃不宜采摘。研究表明，果面潮濕易導致病原菌侵染，雨后采摘的水果貯藏期發病率顯著高于雨前采摘的水果［23］，故雨天、露水未干、大霧的清晨都不宜采收。根據經驗，5 級以上大風天氣采摘容易造成采摘困難，果實碰撞表面損傷，后期不易存儲。根據上述要求建立氣溫f(T)、天氣狀況（降雨量）f(R)、風f(WS)適宜度隸屬函數模型。

天氣狀況（降雨量）和風是影響采摘最重要的因素，其次是氣溫。經專家打分和層次分析法，確定氣溫、天氣狀況（降雨量）和風權重系數分別為0.24、0.38、0.38。建立加權模型：F(T,R,WS) = 0.24f(T) +0.38f(R) + 0.38f(WS)，式中f(T)、f(R)和f(WS)只要有一個是0，則F為0。

2.2 氣象適宜度預評價模型的檢驗

通過專家討論，結合對多年農事活動期間氣象條件的統計分析，確定農事活動適宜度等級標準，F≥0.8 為適宜，0.6 ≤F＜0.8 為次適宜，F＜0.6 為不適宜。然后采用2022 年相應時段的農事活動適宜度預測結果與實際情況進行對比檢驗。

選取2022 年連續5 次灌溉記錄對紅心獼猴桃灌溉氣象適宜度預評價模型進行檢驗。結果表明（表1），8 月3—15 日，白天（8：00—20：00）由于高溫晴熱天氣完全不適宜開展灌溉作業，適宜灌溉的時段均在晚上（20：00 至次日8：00）。據實地調研，紅獼緣家庭農場、紅太陽獼猴桃專業合作社有機紅心獼猴桃種植基地噴灌作業均選擇在晚上氣溫明顯下降后的時段開展，綜合考慮水源、成本、土壤墑情等原因，3 d 左右開展一次噴灌作業。

表1 紅心獼猴桃灌溉氣象適宜度預評價模型檢驗結果

選取2022 年5 次噴藥記錄對紅心獼猴桃噴藥（肥）氣象適宜度預評價模型進行檢驗。結果表明（表2），檢驗結果與實際情況較為符合。

表2 紅心獼猴桃噴藥（肥）氣象適宜度預評價模型檢驗結果

選取2022 年授粉期間的4 月13—18 日低溫陰雨天氣對紅心獼猴桃疏花授粉氣象適宜度預評價模型進行檢驗。結果表明（表3），4 月13—18 日低溫陰雨天氣前后，授粉適宜度以次適宜和不適宜等級為主，整體氣象條件不利于紅心獼猴桃疏花授粉工作開展。據實地調研，在此次降溫來臨之前授粉的果樹著果率都較好，但在降溫過程中和過程后授粉的果樹著果率都比較低，普遍只能達到1/3 的著果率，錯過花期未及時授粉的出現了大規模落果現象，部分果樹基本無果實留存。

表3 紅心獼猴桃疏花授粉氣象適宜度評價測模型檢驗結果

使用2022 年5 個實際開展疏果套袋作業的日期對紅心獼疏果套袋授粉氣象適宜度預評價模型進行檢驗。計算結果表明（表4），檢驗結果與實際情況較為符合。

表4 紅心獼猴桃疏果套袋氣象適宜度預評價模型檢驗結果

使用2022 年5 個實際開展采摘作業的日期對紅心獼猴桃采摘氣象適宜度預評價模型進行檢驗。結果表明（表5），檢驗結果與實際情況較為符合。

表5 紅心獼猴桃采摘氣象適宜度預評價模型檢驗結果

通過檢驗發現，紅心獼猴桃相關農事活動的氣象指標與預評價模型是比較合理的，一天中農事活動的適宜度存在一定差異性，在特殊年份差異性更明顯，此時需要搶抓“次適宜”時段及時開展相關農事活動，避免耽誤農時。

3 小結與討論

1）紅心獼猴桃關鍵生育期對氣象預報需求較高的主要農事活動包括灌溉、噴藥（肥）、疏花授粉、疏果套袋、采摘5 項農事活動。其中，灌溉的主要影響因子為土壤相對濕度、天氣狀況（降雨量）和氣溫，土壤相對濕度是限制紅心獼猴桃灌溉的最重要因子；噴藥（肥）的主要影響因子為風、降雨量、氣溫和相對濕度，降雨量和風是影響藥效的最重要因子；疏花授粉的主要影響因子為風、降雨量、溫度和相對濕度，氣溫和降雨量是影響授粉的重要因子；疏果套袋主要影響因子為風、降雨量和氣溫，風是影響套袋的重要因子；采摘的主要影響因子為風、降雨量和氣溫，降雨量和風是影響采摘的重要因子。降雨量和風是影響紅心獼猴桃主要農事活動的重要因子。

2）通過查閱文獻、咨詢專家、對農事記錄期間的氣象資料統計分析等方法，確定各因子的“三基點”氣象指標，建立紅心獼猴桃主要農事活動各影響因子適宜度的分段線性函數，采用專家打分法和層次分析法確定紅心獼猴桃主要農事活動各主要影響因子的權重系數，建立紅心獼猴桃農事活動綜合氣象適宜度預評價模型。通過驗證表明，紅心獼猴桃關鍵生育期主要農事活動各影響因子的選擇與指標、綜合氣象適宜度預評價模型均較為合理，相關農事活動預評價結果較為準確，可以用于紅心獼猴桃關鍵生育期主要農事活動的氣象適宜度預評價，開展科學性的指導服務，提高田間管理效率。

3）紅心獼猴桃農事活動適宜度預評價模型中溫度、風、降水量、相對濕度等氣象因子采用數值預報中逐3 h 預報值，即可開展噴藥（肥）、疏花授粉、疏果套袋、采摘等農事活動預測預報服務，而灌溉活動所需的土壤相對濕度沒有直接的預報值可用，需要加強土壤濕度和降水量相關性分析，以獲得土壤濕度預評價結果，再結合降水量和氣溫預報值，最終獲得7～10 d 的氣象適宜度等級預評價結果，同時根據土壤相對濕度實況值對灌溉適宜度等級預測結果進行實時訂正。由于無露水的預報值可用，故相關農事活動適宜預評價模型中的天氣狀況不考慮露水，只選取降水量。數值預報的準確率直接影響農事活動適宜度預測的準確率。

4）農事活動天氣預報大多數都是基于日適宜度的研究［6-9］。在氣候變化的背景下，極端天氣有增加的趨勢［24，25］，更造成了農事活動的氣象適宜度等級預評價與實際存在變化較大的情況，尤其是夏季或者特殊年份其變化情況會更加明顯。本研究基于時間適宜度進行研究，可以較好地預報一天中“適宜”和“次適宜”等級的時段，指導種植戶預判農事活動的最佳執行期，搶抓農時及時開展農事活動。

基于此，將進一步開發基于精細化網格預報的紅心獼猴桃特色農用天氣預報業務服務系統，實現農事活動氣象適宜度一鍵式出圖。隨著農業現代化的發展，農業生產對農用天氣預報服務的需求將越來越趨于精細化。人們要主動適應發展現代高效農業的需求，不斷深化服務技術、豐富服務方式、提升服務效益，做好農業氣象防災減災和應對氣候變化研究，全力為紅心獼猴桃特色農業提供氣象服務保障。