陇东南“花牛”苹果果实生长动态及其与热量条件的关系*

姚小英，马 杰，李 瞳，袁佰顺，王 兴，王振国



陇东南“花牛”苹果果实生长动态及其与热量条件的关系*

姚小英1，马 杰1，李 瞳1，袁佰顺1，王 兴2，王振国1

（1．甘肃省天水市气象局，天水 741000；2．甘肃省气象局，兰州 730000）

运用陇东南“花牛”苹果产地不同海拔高度果园2014-2016年试验资料及气象资料，建立苹果生长动态模型，并对果实生长动态变化特征及其与热量因子的相关关系进行分析。结果表明，苹果果径增长及单果重量累积变化均符合Logister曲线，果实生长具有明显的时间特征、极值变化和增长规律。幼果生长初期，横径大于纵径，7月上中旬之后，纵径开始大于横径。果径增长极大值出现在6月中下旬，单果重增长极大值出现在7月上中旬。海拔每增加100m，果实增长极值出现时间推迟4d左右。果实生长4个阶段中的第2阶段即果肉细胞迅速增大期（花后45～80d即6月中旬-7月中旬）为果径增长、重量增多的高峰时段。平均气温与单果重量增长量相关关系显著，≥10℃积温与果径及单果累积重量变化符合S型曲线特征，果径增长最快时间在6月20日前后，为果树开花后50d左右；重量增加最快时间在7月6日前后，为果树开花后66d左右。在果实增长的关键时期加强果园水肥、病虫害、修剪等各项管理，是提高果品产量及商品等级的重要环节。

“花牛”苹果；动态生长特征；热量因子；相关分析

果树生长状况除栽培管理技术外，还取决于种植区气候条件的适宜程度。多项研究证明，在果实生长的不同阶段，温度、水分及光照将直接影响果实的大小、性状及各种有益物质的含量[1-2]。近年来，许多学者开展了果树气候适宜性及气象灾害预报评估方法的研究，取得了一些有价值的研究成果[3-9]。杨小利等[10]通过水分适宜度模型计算，提出陇东地区苹果的水分条件较优越，苹果初始生长期及成熟后期的水分适宜性为逐年代下降；柴芊等[11]利用多年苹果物候监测资料，提出苹果花期冻害指数及预报模型，其预报准确率达66.7%；姚玉璧等[12]通过对陇东黄土高原6县（区）40a气候变化对林果生长的影响进行分析，提出了该区域适宜栽种发展的果树类型。关于果树生长动态及果品品质与气象条件的关系，一些学者也进行过相关研究。马兴详等[13]对甘肃河西走廊东部金冠苹果果实生长动态进行了数学模拟，结合试验材料，得到河西苹果适生温度和停止生长温度；张振英等[14]对烟台地区“红露”苹果果实生长动态进行观察分析，提出果实纵横径变化特点。而针对元帅系“花牛”苹果生长动态变化特征及其与气象条件的关系方面的试验研究较少，对不同海拔高度尺度上的研究更是缺乏。甘肃东南部地跨长江、黄河两大水系，土壤条件、气候环境适宜苹果生长，是全国花牛苹果的主要生产基地，已成为推动当地农村经济发展的支柱产业之一。但是，近年来，随着气候变暖导致的苹果产量不稳及品质下降，加之果园缺乏规范化、精细化的科学管理，果品产业的发展受到一定程度制约。本研究通过分析“花牛”苹果果实生长动态变化特征及其与热量因子的相关关系，揭示果实增长规律，以期为该地区果园标准化、精细化管理，果园效益最大化提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

陇东南“花牛”苹果种植区主要位于天水市。“花牛”苹果属于元帅系品种，被中外专家和营销商认可为与美国蛇果、日本富士齐名的世界三大著名苹果品牌之一，为中国国家地理标志产品。天水“花牛”苹果最适宜种植区域为渭河流域谷地，区内为半干旱及半湿润气候过渡带，“花牛”苹果已为当地支柱产业，截至2016年种植面积达1.31×105hm2，总产量1.13×109kg，产业链总值80多亿元，已形成规模种植和品牌效应。试验地为南山万亩“花牛”苹果基地，该基地位于麦积区城郊南山，海拔高度1000-1700m，其中优质苹果种植区海拔高度为1100-1500m，果园总面积9266.7hm2，产值3.2亿元，已发展为甘肃省规模最大的优质“花牛”苹果示范性生产基地，是农业部和科技部现代农业示范基地。

1.2 试验观测

观测地点：在南山万亩“花牛”苹果基地南山坪（海拔1250m）和兴旺山（海拔1414m）各选1个果园，果园管理规范，有灌溉条件，种植花牛苹果品种为“瓦里”，属元帅系。

观测时段：2014-2016年。

观测项目：果树物候期、果实纵横径、单果重。

观测方法：苹果树物候期主要包括萌芽期、开花期、果实膨大期和果实成熟期；果实发育时间进程以果树开花后天数表示。南山坪与兴旺山两地海拔高度相差164m，两地果树物候期相差4d左右。按照《农业气象观测规范》[15]，从苹果开花结束，幼果开始形成到成熟每10d测量一次纵横径、单果重，选定果园有代表性的3棵果树，每棵果树东西南北4个方位选定果品10个，共计40个，编号挂牌实地观测果品纵横径大小，相应方位每次取10个样品共计40个带回实验室进行单果重测量。果径测量使用精度为0.1mm的游标卡尺，单果重测量使用JA5003电子天平（上海，精度为0.001g）；相应时段温度、降水量、光照等气象资料取自安装于果园内的2套果林环境自动监测系统（型号为RR-9100F，北京产，精度0.001），与观测果树间的直线距离小于1m。

1.3 数据处理

采用SPSS统计软件进行数据计算、分析及模式拟合，采用Excel作图。

2 结果与分析

2.1 果实生长动态变化特征

2.1.1 果径

苹果果实生长要经过幼果形成期、果实膨大期和成熟期3个主要阶段。南山坪果园苹果观测起始日期为幼果形成初期的5月5日，结束日期为果实成熟期的9月25日；兴旺山果园观测起始日期为幼果形成初期的5月9日，结束日期为果实成熟期的9月30日。根据2014-2016年观测资料，分别对两地果径变化过程进行拟合，结果见图1和表1。

由图、表可见，两地果树花后5～145d即幼果形成初期-成熟期，果实果径累积生长量变化过程均符合Logister曲线特征，即

式中，t为5月5日-9月30日的旬序数，即5月5日t=1、5月15日t=2、…、9月30日t=15。W为果径累积生长量，a、b、D为系数，两地各拟合方程的复相关系数均＞0.98，通过了0.01水平的显著性检验。

从模拟结果看，两地果径生长随时间均具有明显的S型变化特征。通过对果径生长模拟方程的2次求导，得出果径最大增长速率及其对应果实发育时间，结果见表1。由表可见，南山坪横径增长最快时间出现在果树花后47d即6月17日，极大值为4.48cm·10d-1；纵径增长最快时间出现在果树花后50d即6月20日，极大值为4.53cm·10d-1，横径增长最快时间比纵径提前3d；兴旺山横径增长最快时间为果树花后48d即6月22日，极大值为3.94cm·10d-1，纵径增长最快时间为花后51d即6月26日，极大值为4.28cm，横径极大值出现时间比纵径提前4d。与“富士”苹果生长初期纵径大于横径的生长特点不同[14]，“花牛”苹果幼果生长初期，果肉细胞的分裂和数量的增多主要体现在横径的增长，7月上中旬之后，纵径开始大于横径，最终形成“花牛”苹果顶端五棱凸出的外形特点。两地纵横径增长速率极值的出现时间相差4d左右，与物候相差天数基本一致。果园生长管理环境调查分析表明，两地光照条件相差较小，均有滴灌设施，果树品种及水肥等管理条件一致，说明因海拔高度不同导致的温差是造成果径生长差异的主要因素。

图1 不同海拔高度果园苹果果径增长变化

注：N为南山坪果园（海拔1250m），X为兴旺山果园（海拔1414m）。下同

Note: N is Nanshanping(the altitude is 1250m) orchard, and X is Xingwangshan(the altitude is 1414m) orchard. The same as below

表1 天水花牛苹果果径增长的Logister模拟方程

注：Wh为横径累积量（cm），Wz为纵径累积量（cm）。t为5月5日-9月30日的旬序数，5月5日t =1、5月15日t =2、…、9月30日 t=15。*、**分别表示相关系数通过0.05、0.01水平的显著性检验。下同。

Note: Whis horizontal cumulant(cm), Wzis longitudinal cumulant(cm)，t is ordinal 10-day from 5th May to 5th October .*is P＜0.05，**is P＜0.01. The same as below.

2.1.2 单果重

从模拟结果来看（表2），两地单果重变化随果实发育进程亦呈Logister曲线特征。单果累积重量变化的“S”曲线模拟相关系数＞0.99，通过P＜0.01水平的显著性检验。通过对模拟方程的2次求导，得出单果累积重量增长速率极大值及对应果实发育时间，结果见表2。由表可见，南山坪为果树花后66d即7月6日，重量增长极大值为147.5g·10d-1；兴旺山为果树花后70d即7月10日，重量增长极大值为140g·10d-1。从图2可以看出，单果重量的增长速率呈现抛物线状，拟合曲线方程为y=-0.0601x2+0.9171x-0.5373，R2=0.5768，通过P＜0.01水平的显著性检验。

图2 两地苹果单果重累积变化过程

表2 单果重量累积Logister模拟方程

注：Wg为单果重量（g）。

Note: Wgis single fruit weight (g).

2.2 果实生长阶段划分

天水“花牛”苹果5月上旬幼果开始形成，9月下旬成熟收获，果实发育期为150～160d。为了把观测及模拟结果与生产实践结合，提高果园管理精细化水平，根据果实果径、单果重增长特征，将果实整个膨大生长期划分为4个阶段，如图3所示。第1个阶段为幼果出现至果实迅速膨大前期，在花后5～45d即5月上旬-6月中旬，平均为40d左右，此期为果肉细胞分裂阶段，果实纵径平均增长速率为0.81cm·10d-1，横径增长速率为1.36cm·10d-1，单果重平均增长量占总增重量的13%，与实际观测相对应的日期南山坪在5月5日-6月10日，兴旺山在5月10日-6月15日。第2个阶段为果肉细胞迅速增大期，在花后45～80d即6月中旬-7月中旬，平均为30d左右，此期为果实密度增长的高峰时段，纵径平均增长速率为1.0cm·10d-1，横径增长速率为0.58cm·10d-1，单果重平均增长量占总增重量的54%，与实际观测相对应的日期南山坪在6月12日-7月13日，兴旺山在6月15日-7月15日。第3个阶段为果肉细胞缓慢增长期，此期果实细胞分裂数目减少，果实膨大主要依靠细胞体积膨大，同时，果实除正常的光合积累外，还要把之前累积的碳水化合物转化成酸、糖及色素等成分，果实增大相对较缓慢，但时段较长，在果树花后80～130d即7月下旬-9月上旬，平均在50d左右，果实纵径平均增长速率为0.38cm·10d-1，横径增长速率为0.22cm·10d-1，单果平均增长量占总增重量的31%，与实际观测相对应的日期南山坪在7月25日-9月7日，兴旺山在7月29日-9月11日。第4阶段为果肉细胞成熟期，在花后130～145d即9月中旬-9月下旬，平均为20d左右，此期苹果生长量随气温降低明显减少，果实糖分含量增加，密度减少并趋于稳定，果实纵径及横径平均增长速率均＜0.1cm·10d-1，单果平均增长量占总增重量＜1%，果实已成熟，基本停止生长。

图3 果实不同阶段果径、果重增长率变化过程

注：第1阶段为幼果出现至果实迅速膨大前期；第2阶段为果肉细胞迅速增大期；第3阶段为果肉细胞缓慢增长期；第4阶段为果肉细胞成熟期

Note: Stage 1 is period from the young fruit appears to the early stages of fruit expanding growth rapidly; Stage 2 is period for pulp cells increased rapidly; Stage 3 is period for pulp cells to grow slowly; Stage 4 is the ripening stage of the pulp cells

2.3 果实生长与热量条件的关系分析

2.3.1 平均气温

对2014-2016年3a果实生长阶段5月5日-9月30日逐旬热量因子与果实生长量进行相关性分析，结果表明，旬平均气温及≥10℃积温是影响果实膨大生长的主要热量因子。

果实在4个发育阶段对热量条件的要求不同。分析南山坪和兴旺山平均气温及果实增长量，果实第1阶段平均温度为15.6～16.1℃，第2阶段为21.8℃，第3阶段为23.3～23.6℃，第4阶段为16.3～16.7℃。统计分析表明，果实在4个生长阶段虽然所需温度不同，果实增长量差异明显，但各阶段单果重量增长量与旬平均气温之间均呈显著相关关系（Rz=0.7586＞R0.05=0.5529; Rg=0.6687＞R0.05=0.5529）。相应回归方程为

分析计算得出不同海拔高度苹果果实膨大期适生温度分别为，南山坪适宜下限温度为14℃，上限温度为32℃；兴旺山适宜下限温度为13℃，上限温度为30℃。计算表明，南山坪适宜温度范围在1 4～32℃，兴旺山在13～30℃，与两地实测气温资料基本相同。综合考虑认为，两地果实膨大期的适宜温度大致在14～30℃。

2.3.2 积温

果实增大要求一定的积温。积温条件对苹果的生长、发育、产量和品质都产生重要影响[16-17]。统计分析表明，果实在4个生长阶段的果径和单果重与累积积温的关系均符合S型曲线特征。模拟结果为

式中，Wz为果实纵径（cm），Wh为果实横径（cm），T为果实生长期≥10℃积温。检验表明，方程拟合效果较好，能够较准确地反映苹果果实幼果-成熟期间果径随积温变化的增长过程。

式中，Wg为果实单果重（g），T为果实生长期≥10℃积温。检验表明，方程拟合效果较好，能够较准确地反映苹果果实幼果-成熟期间重量累积随积温变化的增大过程。

对上式进行二次求导，并令dw/d2t=0，得出果实果径增长最快时所需累积积温，纵径为T=-a/b=913.9℃·d，横径为T=-a/b=917.4℃·d，此期在6月20日前后，为苹果花后50d左右；苹果重量增加最快时所需累积积温T=-a/b=1221.51℃·d，此期在7月6日前后，为苹果花后66d左右。所得时间与前面分析的果径及单果增长极大值时间基本吻合，说明果实生长的第2个阶段即果肉细胞迅速增大期是水分、养分需求的最关键时期。

3 结论与讨论

（1）天水“花牛”苹果果径及单果重增长过程符合Logister曲线，果实生长具有明显的时间特征、极值变化和增长规律。幼果生长初期，横径大于纵径，7月上中旬之后，纵径开始大于横径。果径极大值出现在6月中下旬，单果重极大值出现在7月上中旬。平均气温与单果重量增长量相关关系显著；不同生长阶段果实增长变化特征以及≥10℃积温与果径、单果累积重量的S型曲线拟合结果均表明，果实生长的4个阶段中第2阶段为果径增长、重量增多的高峰时段，果径增长最快时期为果树花后50d左右；重量增加最快时期为花后66d左右，时间在6月中旬-7月上旬。据文献[2，7]报道，6月苹果正处于果实的迅速膨大期、花芽分化期和新梢迅速生长发育期，是果树养分需求的最大时期，本研究结果与此吻合。此期加强果园水肥、病虫害、夏季修剪等果园管理至关重要。应及时追施叶面肥及植物营养液，提高叶片光合效率，促进果实膨大及花芽分化，提高果品产量及品质[2]。

（2）本研究使天水“花牛”苹果生长随热量因子变化的定量化评估成为可能，果实膨大期间平均气温及≥10℃积温情况可用来动态监测果品生长量，结合气象部门发布的短期气候预测，进而为苹果产量及品质预报提供依据。根据有关研究[18-20]，苹果在不同生长阶段对水分的需求不同，且光、温、水的不同组合均会影响果实的膨大生长。因此，在实际应用时，还应结合当地气候因子的匹配及果园土壤墒情综合考量。

（3）热量条件是影响天水“花牛”苹果生长的主要气象因子。本试验研究选定的热量因子是果实生长期以10d为时长的平均气温及积温。事实上，自20世纪90年代以来，陇东南气候变暖明显[6]，苹果主要生育期遭遇极端天气气候事件的概率增大，这些灾害性天气过程持续时间往往很短，对平均温度或积温影响较小，但会对苹果生长造成严重影响。受灾情资料及产量资料获取难度限制，本研究未涉及寒潮、晚霜冻、冰雹、暴雨等极端天气气候事件对果树生长的影响，在实际应用模型定量化评估果实增长随气象因子的变化时，应根据所受气象灾害的具体情况进行改进和修订。

（4）气象条件是影响苹果产量质量的主要因素，但是，也不可忽视土壤、栽培管理技术、种植模式及投入等综合因素的影响[7-8]。同时，由于本研究仅在天水地区进行，试验收集资料有限，难免有一定局限性。在有条件的情况下，应开展多点长时间序列的综合性试验研究，对发展苹果产业和建立外销基地更有指导意义。

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Growth Dynamics of "Hua Niu" Apple and its Relationship with Heat Conditions in Southeast of Gansu Province

YAO Xiao-ying1, MA Jie1, LI Tong1, YUAN Bai-shun1, WANG Xing2, WANG Zhen-guo1

(1．Tianshui Meteorological Bureau, Tianshui 741000, China; 2．Gansu Meteorological Bureau, Lanzhou 730000)

Based on the experiment data and meteorological data from 2014 to 2016 on the different elevation orchard in "Hua Niu" apple producing area in southeast of Gansu province, the dynamic growth model of apple was established, the dynamic change characteristics of "Hua Niu" apple growth and its correlation with heat factor were analyzed. The results showed that the apple diameter growth and single fruit weight may be described with Logister curve, fruit growth had the obvious time characteristic, the extreme value change and growth regular. The horizontal diameter was greater than the longitudinal diameter in early growth of young fruit until early to mid July；the fruit diameter maximum value appeared in the mid to late June, weight of single fruit maximum value appeared in early to mid July. Each additional 100 meters above sea level, the data of the maximum value delayed about 4 days. The fruit diameter and weight reached the maximum in stage 2 during stage 4 of fruit growth，the fruit pulp cells increased rapidly in stage 2 (45-80d after flowering，about from mid June to mid of July). There was an obvious correlation between the average temperature and the growth of fruit weight. The variation relation between fruit diameter, single fruit cumulative weight and ≥10℃ accumulated temperature can be imitatived by S curve. The fastest time of fruit diameter growing was in June 20 or so, for about 50 days after flowering and the fastest time of single fruit weight increasing was in July 6 or so, for about 66 days after flowering. Strengthen the management of water, fertilization, diseases and insect pests, pruning in the critical moment during fruit growth is an important part to improvement the apple yield and commodity level.

"Hua Niu" apple；Dynamic growth characteristics；Heat factor；Correlation analysis

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.12.004

姚小英,马杰,李瞳,等.陇东南“花牛”苹果果实生长动态及其与热量条件的关系[J].中国农业气象,2017,38(12):780-786

2017-03-17

甘肃省气象局科研项目“天水果树生长环境精细化监测服务系统”（Gsmazd2016-12）；西北区域气候中心“果品气候品质认证”；公益性行业（气象）科研专项“中国北方农业干旱风险评估技术与对策”（GYHY201506001-6）

姚小英（1968-），女，硕士，高级工程师，主要从事农业气象试验研究。E-mail：tsyxy66@163.com