基于关键品质因素的砀山酥梨气候品质评价*

李 德, 高 超, 孙 义, 杨 健, 范孝玲



基于关键品质因素的砀山酥梨气候品质评价*

李 德1, 高 超2, 孙 义1, 杨 健3, 范孝玲3

(1. 安徽省宿州市气象局 宿州 234000; 2. 宁波大学地理与空间信息技术系 宁波 315211; 3. 安徽省砀山县气象局 砀山 235300)

建立梨果气候品质评价方法是开展气候品质评价工作的技术基础。本研究选取1996—2015年原位监测的砀山酥梨(原产地砀山县)品质因素值和同期气象监测资料, 根据相关研究成果和专家知识, 采用相关分析、经验函数与阶梯函数、层次分析、逐步回归、概率分位数和加权之和等方法, 在厘清关键品质因素和影响气象因子的基础上, 建立砀山酥梨气候品质等级评价方法, 并对气候品质进行评价。结果表明: 决定砀山酥梨气候品质优劣的10个关键品质因素为果面完整度、果面锈度、果形指数、最大单果重、平均单果重、一级果率、等外果率、果实酥脆度、含糖率和石细胞度, 关键气象影响因子28个。砀山酥梨气候品质由外观和内在气候品质指数加权之和后的气候品质综合指数表征, 并划分为“特优”、“优”、“良”、“一般”4个等级, 相应阈值为≥3.5、2.5~3.5、1.5~2.5、<1.5, 外观与内在气候品质指数权重为0.70和0.30。构成外观气候品质指数的果面完整度、果面锈度、果形指数、最大单果重、平均单果重、一级果率、等外果率等7个因素的权重分别为0.376 1、0.232 8、0.108 8、0.074 9、0.088 6、0.088 7和0.029 9, 构成内在气候品质指数的酥脆度、含糖率和石细胞度3个因素的权重分别为0.637 6、0.104 6 和0.257 8。各品质因素由相应关键气象因子构建的量化模型表征。利用实测气象资料确定2016年砀山县9月下旬采摘的砀山酥梨气候品质综合指数为2.58, 判定为“优”级, 与实际相符。本研究建立的评价模型可作为砀山酥梨气候品质评价方法。

砀山酥梨; 关键品质因素; 气象因子; 气候品质指数

砀山酥梨(cv. Dangshansu pear)原产安徽省砀山县, 是目前中国栽培面积最大的梨品种和最重要的梨树资源之一, 在世界水果市场中占据重要地位[1-2]。截至2016年, 地处黄河故道的砀山县境内砀山酥梨栽培面积已超过50 000 hm2。然而, 近年来, 随着消费者对果品质量的要求越来越高, 砀山酥梨果实品质已成为决定其市场竞争力的重要因素。研究表明[3-4], 一地长期栽培的落叶果树, 在形成果实品质的遗传特性、环境气象条件和栽培技术三大因素中, 环境气象条件是影响年际间品质优劣的重要因素。基于气象条件对年际间的差异进行客观评价或认证, 是提升农产品市场竞争力的有效途径之一。目前, 气象部门已在优质茶叶、脐橙(Osbeck)、芒果(L.)等植物中开展了气候品质评价或认证, 并取得一定成效, 提升了区域特色茶叶的市场竞争力, 受到决策部门和市场的关注[5-8]。但是目前针对砀山酥梨果实因年际间天气气候条件引起品质优劣差异的评价工作至今鲜有报道。

建立气象条件与果实综合品质构成因素之间的量化关系, 研发气候品质评价方法是开展气候品质评价或认证工作的基础。目前, 许多学者就不同气象条件与果实品质因素之间的影响问题进行了大量研究。如魏钦平等[9]揭示了影响红富士苹果(Borkh. cv. Red Fuji)花青素、果实含糖率的关键气象因子。刘小阳等[10-11]试验发现光照强度较高条件下, 砀山酥梨的可溶性糖、VC含量、糖酸比高, 有机酸含量低, 果实品质佳; 同时揭示幼果期光照强度良好, 能增强砀山酥梨果实吸收决定石细胞形成多少的Ca2+、Zn2+的能力等。陈江等[12]揭示库尔勒香梨(Rehd.)树冠内光照强度分布与果实品质关系密切。刘明春等[13]证实河西地区‘苹果梨’[(Burm. f.) Nakai cv. Pingguoli]生育期间≥0 ℃年积温与可溶性固形物含量呈幂函数负相关, 果实含糖量与年日照时数呈幂函数负相关等。这些工作多是侧重于揭示不同气象因子与单一或多个主要品质因素之间关系, 但鲜有从气象条件角度综合评价果实气候品质。

本研究利用砀山县砀山酥梨果实品质因素与同期气象因子的长期原位监测资料, 在确定砀山酥梨品质综合表征参量的基础上, 筛选影响果实综合品质的关键气象因子。采用逐步回归和经验函数法, 建立砀山酥梨果实气候品质评价模型, 以期为砀山酥梨果实气候品质评价或认证、区域优势气候资源开发利用等提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

安徽省砀山县位于苏鲁豫皖7县交界处, 境内年平均气温14.4 ℃, 年日照时数2 120.0 h, 年降水量746.7 mm, 全年≥10 ℃有效积温4 864.4 ℃∙d。土壤多系近代黄泛沉积物发育而成的潮土, 土层深厚, 通透性好, pH 8.2左右, 适宜酥梨栽培。在中国梨树气候区划中, 砀山县属于种植砀山酥梨的适宜和较适宜气候区[4]。

1.2 材料来源

1)气象资料: 1996—2015年砀山酥梨逐年萌芽到采摘期间逐日光、温、水、空气相对湿度等气象数据, 来自安徽省砀山县气象观测站。在对气象资料序列进行正态性检验时, 部分气象资料起止时间为1981—2015年。

2)品质因素数据: 1996—2015年砀山酥梨品质因素数据来自砀山县气象观测站的砀山酥梨长期原位观测地段资料。观测地段位于砀山县气象观测场东南方向2.5 km处的安徽省砀山县园艺场果园内, 果园土壤肥力中等。观测植株为1966年定植, 栽植密度为241 株∙hm-2。观测地段与观测植株选择标准和物候期观测方法以及最大单果重(g)、单果平均重(g)、一级果率(%)、含糖率(%)、等外果率(%)、果实纵横径比(即果形指数)测定方法, 按照《农业气象观测规范(下卷)》[14]执行。一级果率和等外果百分率确定: 按照当地果品收购部门的规定, 从观测植株采收的果实中任取100 kg, 单果重量≥250 g、<150 g的果实重量占100 kg样本果实重量的百分率, 分别定为一级果率和等外果率。果实含糖率为总糖含量, 总糖含量采用斐林试剂滴定法测定。果形指数采用卡尺法于每年8月31日果实成熟期间实测果实的纵径与横径, 由纵径除以横径得到。

1.3 气候品质指标筛选

砀山酥梨以果大、色黄亮、皮薄、酥脆汁多、无渣且核小等著称。根据行业标准NY/T 1191—2006[15], 结合砀山酥梨固有品质特性、消费者喜好和专家经验, 选择易受气象条件制约的7个外观品质因素和3个内在品质因素。

1)外观品质: 选取果实表面完整度(1)、果实表面锈斑度(2)、果形指数(3)、最大单果重(4)、单果平均重(5)、一级果率(6)和等外果率(7)7个因素, 其中果面完整度是指果实表面从坐果到成熟采摘期间, 由于冰雹、高温热害(即逐日最高气温≥35 ℃的日数)形成的砸伤、枝叶刮蹭伤或高温日灼引起果实表面灼伤斑块等缺陷, 导致果实表面平整度与光滑度降低、商品性下降的果面缺陷程度。果实表面锈斑度, 是指果实细胞增大期和着色前的6月下旬—8月底降雨日数偏多, 诱发黑星病、炭疽病等导致果实表面形成锈斑的程度[16-18]。果形指数即果实形状, 砀山酥梨果实一般果形指数偏小, 即果实近似圆形或马蹄形商品性最好。最大单果重、单果平均重、一级果率和等外果率4个品质因素, 主要反映果实重量大小, 是决定果实外观品质的重要指标, 也是消费者最喜爱指标之一。研究表明[19], 在管理措施和品种不变的情况下, 单个果实和果实平均重量主要受每年的气象条件影响。

2)内在品质: 选取酥脆度(8)、含糖率(9)和石细胞度(10)3个因素, 其中酥脆度指果实可食用物的口感, 酥脆度高是砀山酥梨果实固有品质特性之一。一般以果实水分含量多少来反映。果实含水率越高、酥脆度越好; 反之, 酥脆度低。生产实践表明, 果实着色至成熟期间, 若发生干旱缺水, 土壤供水不足, 则果实水分含量下降, 果实酥脆度降低, 且干旱越重, 酥脆度越差, 甚至形成干糠果。含糖率高是砀山酥梨作为地理标志产品的固有特性之一, 但每年果实含糖率高低主要受果实二次膨大期间日照时数等气象条件制约[10,12,20]。石细胞数量是决定砀山酥梨内在品质的重要品质因素之一, 据李疆等[21]、李玲等[22-23]、刘小阳等[24]研究揭示, 砀山酥梨果实细胞分裂期是形成石细胞的关键期, 且主要受日照条件影响。若光照充足, 石细胞数量少, 梨果口感好、品质优; 反之, 阴雨日数多, 光照条件差, 石细胞数量多, 梨果口感差、品质劣。

1.4 气候品质等级评价模型构建

对于一地长期栽培的落叶果树而言, 品种遗传特性和管理措施相对变化缓慢或较少变化, 其果实品质年际间波动如同单位面积产量一样主要由天气气候条件不同所致[3,25-26]。为此定义:

砀山酥梨果实气候品质是指年际间天气气候条件不同所导致的果实品质优劣程度, 它是关键气象条件对果实关键品质影响的一个综合映射, 可由气候品质综合指数表征。而砀山酥梨果实气候品质综合指数()可由易受天气气候条件制约的外观气候品质指数(1)和内在气候品质指数(2)加权之和构成, 即式(1):

式中:c是砀山酥梨外观气候品质指数和内在气候品质指数的权重系数, 由砀山酥梨固有品质特性结合专家经验确定。

按照一定规则对果实气候品质综合指数进行分级, 可确定年际间的气候品质等级[5-6]。本研究采用概率4分位法[27-28]对气候品质综合指数进行4等级划分, 依次规定为“特优”、“优”、“良”、“一般”4个等级。

外观气候品质指数(1)和内在气候品质指数(2)分别由相应关键品质因素的加权和构成, 即式(2):

式中:a、b分别为构成外观气候品质指数和内在气候品质指数的各关键品质因素的权重系数, 本文采取层次分析法(AHP)确定[29-30]。y为构成外观气候品质指数和内在气候品质指数的各关键品质因素。选取的各关键品质因素均易受天气气候条件影响, 因此它们又分别是日照、气温、降水等气象条件的函数, 即:

式中,、、分别为采取相关系数或经验知识选取的影响关键品质因素的不同时段的日照时数(h)、气温(℃)和降水量(mm)。

不同品质因素与气象条件之间的函数关系, 反映了年际间气象条件对各品质因素的量化影响, 其各函数关系可依据各关键品质因素与气象条件之间统计关系或经验确定:

1)根据1996—2015年连续测定的果形指数、最大单果重、平均单果重、一级果率、等外果率和含糖率6个品质因素数据和同期砀山酥梨盛花坐果(4月上旬)—采摘成熟(9月下旬)期间旬(或跨旬尺度)平均气温、降水量与降雨日数(日降雨量≥0.1 mm的日数)、空气相对湿度、气温日较差(逐日最高气温与最低气温的差值)、平均最低气温(逐日最低气温平均值)、平均最高气温(逐日最高气温平均值)和高温日数等气象条件, 采用相关与膨化相关分析法[28], 分别普查6个品质因素与相应时段气象条件之间的相关系数, 并绘制点聚图(图略去)排除伪相关, 从而筛选影响各品质因素的主要气象因子。然后, 选取与各品质因素之间通过<0.05显著性检验的气象因子进行逐步回归, 构建各品质要素与相应气象条件之间的统计关系模型。

2)酥脆度、石细胞度、果面锈斑度: 由于目前缺乏酥脆度等3个品质因素的测定值, 本研究根据消费者喜好和气象服务经验, 分别以着色采摘期间降水量、果实细胞分裂期4月中旬—5月下旬日照时数和果实膨大和着色前的6月下旬—8月下旬降雨日数, 对气象条件进行概率4分位划分确定不同的阈值, 然后依据阈值, 采用阶梯函数法间接表征砀山酥梨的酥脆度、石细胞度和果面锈斑度。

3)果面完整度: 由果实坐果到着色期间的冰雹、高温日数实际发生情况, 采用经验函数综合表征。

另外, 为消除最大单果重、平均单果重、一级果率、等外果率、果形指数和含糖率6个品质因素的量级, 便于综合评价其优劣, 本研究采用无量纲化方法, 对6个品质因素进行归一化, 即先对最大单果重等6个品质因素1996—2015年逐年测定数据进行峰度、偏度检验。结果, 6个品质因素全部满足正态性。采用概率4分位法, 对6个品质因素进行4等级划分, 分别定义为“特优”、“优”、“良”、“一般”4个等级, 参照常规农业气象条件定量化等级评价标准, 将1~4个等级, 分别赋予4~1的数值(表1)。

表1 砀山酥梨关键品质因素等级阈值

2 结果与分析

2.1 砀山酥梨关键品质因素与气象条件的量化关系

2.1.1 最大单果重等6个品质因素的逐步回归方程

经相关系数普查, 筛选出影响各品质因素的主要气象因子。选取通过<0.05显著性水平检验的关键气象因子进行逐步回归, 得到最大单果重等6个品质因素的逐步回归方程和标准回归系数(表2)。将相应气象因子的实测值代入表2各方程, 可确定最大单果重、果形指数、平均单果重、一级果率等6个品质因素的当年数值。

表2最后一列为影响各品质因素的标准回归系数, 由其可以判断影响果形指数等6个品质因素的关键气象条件及其贡献大小。

1)果形指数: 影响果形指数的4个关键气象因子贡献大小依次为33>32>31>36, 即对果形指数贡献最大的气象因子为4月下旬降雨日数, 其次为7月平均最高气温、7月上旬日照时数与7月平均气温的贡献相对偏少。4个关键气象因子分布在幼果初次膨大期和二次膨大初期, 且都为负贡献, 即4个气象因子增大或偏多, 对果形指数增大有一定抑制作用。表明在砀山县, 正常气象条件下, 果形指数偏小, 利于形成扁形果或马蹄形果[15]。

表2 气象条件影响砀山酥梨品质因素的逐步回归方程

31: 7月上旬日照时数(h);32: 7月平均最高气温(℃);33: 4月下旬降雨日数(d);36: 7月平均气温(℃);41: 4月下旬空气相对湿度(%);43: 8月—9月上旬气温日较差(℃);44: 8月上中旬降雨日数(d);47: 7月上旬平均最高气温(℃);51: 5月中旬—6月中旬平均最低气温(℃);53: 4月下旬—6月上旬空气相对湿度(%);54: 7月上旬空气相对湿度(%);57: 8月—9月上旬气温日较差(℃);61: 7月上旬—8月中旬空气相对湿度(%);63: 5月中旬—6月下旬平均气温(℃);64: 7月上旬降水量(mm);66: 8月上旬降雨日数(d);71: 5月中旬—6月下旬平均最低气温(℃);72: 8月下旬降雨量(mm);74: 4月下旬平均最低气温(℃);76: 4月中旬降雨量(mm);91: 7—8月日照时数(h);93: 7月中旬空气相对湿度(%);94: 9月中旬—下旬平均最低气温(℃);96: 9月下旬降雨日数(d).31: sunshine hours during July 1st to 10th (h);32: mean maximum temperature of July (℃);33:number of rainy day during April 21st to 30th(d);36: average temperature of July (℃);41:mean relative humidity during April 21st to 30th (%);43: diurnal temperature range during August 1st to September 10th (℃);44: number of rainy day during August 1st to 20th (d);47: mean maximum temperatureof July 1st to 10th (℃);51: mean minimum temperature during May 11st to June 20th (℃);53: mean relative humidity during April 21st to June 10th (%);54: mean relative humidity during July 1st to 10th (%);57: diurnal temperature range during August 1st to September 10th (℃);61: mean relative humidity during July 1st to August 20th (%);63: average temperature during May 11st to June 30th (℃);64: precipitation during July 1st to 10th (mm);66: number of rainy day during August 1st to 10th (d);71: mean minimum temperature during May 11st to June 30th (℃);72: precipitation during August 21st to 31st (mm);74: mean minimum temperature during April 21st to 30th (℃);76: precipitation during April 11st to 20th (mm);91: sunshine hours during July to August (h);93: mean relative humidity during July 11st to 20th (%);94: mean minimum temperature during September 11st to 30th (℃);96: number of rainy day during September 21st to 30th (d).

2)最大单果重: 影响最大单果重的4个关键气象因子的贡献大小依次为44>41>43>47, 即8月上中旬降雨日数对最大单果重影响最大, 其次为幼果初期4月下旬空气相对湿度, 而果实二次膨大至成熟采摘期间8月—9月上旬气温日较差和7月上旬平均最高气温, 对最大单果重量影响相对偏小。同时, 除7月上旬平均最高气温为正贡献外, 其他均为负贡献。表明果实二次膨大期的8月上中旬降雨日数, 对最大单重量具有重要影响。一般地, 降雨日数多, 日照时数少, 最大单果轻; 反之, 最大单果重。这与Han等[31]揭示的盛花后160 d的日照时数与‘Niitaka’梨果实直径呈显著正相关的结论近似。

3)平均单果重: 影响平均单果重的4个关键气象因子贡献大小依次为51>54>53>57, 即幼果细胞减数分裂期5月中旬—6月中旬平均最低气温对平均单果重量增加贡献最大, 果实二次膨大初期7月上旬和幼果期到初次膨大期间4月下旬—6月上旬空气相对湿度贡献次之, 而果实发育后期8月—9上旬气温日较差对平均单果重量增加影响相对较小。

4)一级果率: 影响一级果率的4个关键气象因子贡献大小依次为61>63>64>66, 即果实二次膨大期间7月上旬—8月中旬空气相对湿度对一级果率影响最大。此时期空气湿度大, 果园光照条件差, 直接影响叶片光合作用, 继而影响一级果率。其次为5月中旬—6月下旬平均气温, 此时正值幼果果肉细胞减数分裂期, 平均气温越高, 越利于果实初次膨大, 并为后期生长奠定基础。果实二次膨大期间7月上旬降水量与8月上旬降雨日数对一级果率的影响相对较小。

5)等外果率: 影响等外果率的4个关键气象因子贡献大小依次为71>76>74>72, 且分布在幼果期和果实二次膨大期2个时段。其中, 幼果形成期间5月中旬—6月下旬平均最低气温贡献最大, 其次为4月中旬降雨量, 4月下旬平均最低气温和8月下旬降雨量贡献率相对较小。表明等外果率会随幼果形成期间5月中旬—6月下旬平均最低气温的降低和4月中旬降雨量的增多而上升。

6)含糖率: 影响果实含糖率的4个关键气象因子贡献大小依次为91>94>93>96, 即贡献最大的为果实二次膨大到着色期的7月—8月日照时数和成熟期间9月中旬—下旬平均最低气温, 其次为果实二次膨大期间7月中旬空气相对湿度和成熟期间9月下旬降雨日数。表明果实二次膨大到着色和成熟采摘期间日照时数多, 低温偏高, 利于果实糖分积累。这与刘小阳等[10]、刘明春等[13]和丁家鸣等[32]研究的气象因子对梨果糖分积累影响的结论一致。

2.1.2 果面完整度等4个品质因素的经验表征方法

1)果面完整度: 根据相关研究成果和多年气象服务经验, 结合专家知识和影响果面完整度的关键气象因子, 即幼果膨大到成熟采摘期间冰雹、高温热害发生情况, 综合确定冰雹和高温热害对果面完整度的影响程度。参照常规农业气象条件定量化等级评定技术标准, 将其影响程度划分为“无”、“轻微”、“中度”、“重度”4个等级, 并分别赋予4~1的数值(表3), 即梨果生长期间冰雹、高温日数越少, 果面完整度越高; 反之, 果面完整度越低, 商品性下降。

表3 冰雹、高温日数对砀山酥梨果面完整度的影响

2)果面锈斑度: 选取易诱发黑斑病、炭疽病的关键气象因子, 即1981—2015年果实膨大初期(6月下旬)到转色成熟期(8月下旬)的降雨日数, 采用峰度、偏度法[28]对其进行正态性检验。检验结果表明, 峰度和偏度系数分别为-0.783 8、-0.169 2, 均小于理论峰度和理论偏度, 即35年间6月下旬—8月下旬降雨日数资料满足正态性。

采用概率4分位数法, 将6月下旬—8月下旬累计降雨日数对果面锈斑度的影响程度, 划分为“无”、“轻微”、“中度”、“重度”4个等级, 分别赋予4~1的数值(表4)。

表4 降雨日数对砀山酥梨果面锈病斑度的影响

3)果实石细胞度: 选取决定果实石细胞数量的关键气象因子, 即1981—2015年4月中旬—5月下旬的累计日照时数, 进行正态性检验。结果其峰度和偏度值分别为0.611 4和-0.617 3, 均小于理论峰度和理论偏度, 即资料序列满足正态性。

采用概率4分位数法, 将4月中旬—5月下旬日照时数对石细胞度的影响程度, 划分为“重度”、“中度”、“轻微”、“无”4个等级, 分别赋予1~4的数值(表5)。

表5 日照时数对砀山酥梨石细胞的影响

4)果实酥脆度: 鉴于砀山酥梨自9月上旬开始采摘, 到9月下旬采摘结束, 为满足对不同采摘时期的果实酥脆度进行评价需要, 分别选取自8月中旬开始, 到9月上旬、9月中旬和9月下旬3个采摘期的3组降雨量资料对酥脆度进行表征。经峰度、偏度检验, 1981—2015年8月中旬—9月上旬、8月中旬—9月中旬和8月中旬—9月下旬3个时段的累计降雨量均满足正态性。

根据砀山酥梨生产实践和气象服务经验, 果实转色成熟期间降雨量过多或过少, 果实酥脆度均会降低。一般来说, 经过多年栽培驯化, 砀山酥梨对当地降雨条件已经有较高的适应性, 多年平均降雨量形成了砀山酥梨的酥脆特性。当降雨量处于常年值附近时, 果实酥脆度最高, 随着降雨量偏离常年降雨量的程度, 果实酥脆度会逐渐降低。为此, 对转色成熟采摘期间降雨量采用20%、30%、45%、55%、70%和80%概率分位点进行等级划分, 确定降雨量对酥脆度的影响程度, 分别赋予1~4的数值(表6)。

表6 降雨量对砀山酥梨酥脆度的影响

2.2 砀山酥梨气候品质评价模型

2.2.1 品质因素权重系数

1)气候品质综合指数的权重系数

根据砀山酥梨固有特点和消费者喜好, 即外观品质越好, 越受消费者青睐, 再结合专家知识, 确定外观气候品质指数和内在气候品质指数的权重分别为0.7和0.3, 即式(4):

c=[0.70 0.30] (4)

2)外观与内在气候品质指数构成因素的权重系数

根据砀山酥梨外观品质和内在品质特点和消费者喜好程度, 结合专家知识, 采用五级标度法, 对果面完整度、果面锈度、果形指数、最大单果重、平均单果重、一级果率和等外果率7个品质因素构造判断矩阵。

经检验, 判断矩阵的一致性比率CI=0.079 7, CR=0.058 6, <0.10, 判断矩阵符合一致性要求。

经计算, [果面完整度果面锈度果形指数最大单果重平均单果重一级果率等外果率]的权重向量如式(5), 即:

a=[0.376 1 0.232 8 0.108 8 0.074 9 0.088 6 0.088 7 0.029 9] (5)

同理, 构造内在气候品质指数3个构成因素酥脆度、石细胞度和含糖率的判断矩阵。其CI=0.016 5, CR=0.031 8, <0.10, 判断矩阵满足一致性要求。[酥脆度含糖率石细胞度]的权重向量如式(6), 即:

b=[0.637 6 0.104 6 0.257 8] (6)

2.2.2 砀山酥梨气候品质评价模型

综合式(4)、(5)、(6), 得到砀山酥梨气候品质指数()评价模型, 即:

=0.70´1+0.30´2(7)

式中:

1=0.376 110.232 82+0.108 83+0.074 94+

0.088 65+0.088 76+0.029 97(8)

2=0.637 68+0.104 69+0.257 810(9)

根据常规农业气象条件评价量化等级评价技术规范, 采用概率4分位数法, 对砀山酥梨气候品质指数()进行“特优”、“优”、“良”和“一般”4等级划分(表7)。

表7 砀山酥梨气候品质指数等级阈值

2.3 2016年气候品质评价模型在砀山县的应用

利用2016年砀山酥梨开花到成熟采摘期间的气象资料, 驱动砀山酥梨气候品质指数评价模型, 得到2016年砀山酥梨9月下旬采摘果实的综合气候品质指数为2.58。对照表7, 可确定2016年度砀山酥梨综合气候品质为“优”级。

采用本文方法的评定结果, 与2016年10月9日安徽省农业气象中心组织召开的砀山酥梨气候品质评价专家论证会的结论相比较, 结果两者结论一致。表明本研究建立的气候品质评价模型可以作为评价工作的技术方法使用。

3 讨论与结论

1)农产品气候品质评价是近年发展起来的从气象学角度量化评价天气气候对农产品品质优劣影响的一种探索性研究, 虽然在茶叶[5-6]、脐橙[7]、芒果[8]等气候品质评价上取得了一些进展, 但至今对什么是气候品质尚没有相对统一的定义, 也没有成熟的量化评价技术。本文依据在一定遗传基础上, 农作物品质的形成主要受环境气象因子决定的理论[3-4,25-26], 将农产品气候品质定义为: 一个区域内长期栽培形成的特色初级农产品品质由于天气气候条件不同所引起的年际间的优劣差异, 可由气候品质综合指数表征。其中, 气候品质综合指数由易受天气气候条件影响的外观气候品质指数和内在气候品质指数加权和构成; 内、外气候品质指数采取关键气象条件与关键品质因素之间的函数来量化。这为从气象学角度开展农产品气候品质评价工作提供了理论支撑。

2)本文对农产品气候品质的定义限定了气候品质评价的对象即农产品的“区域性”和“时间性”, 表明只有在一定区域内经过一定时期栽培方能形成一地特色农产品的固有品质。“区域性”和“时间性”是为从农产品综合品质中剔除土壤类型、遗传特性以及管理措施不同对品质的影响, 如有研究揭示砀山酥梨引种移栽到黄河故道之外的区域其品质明显较原产地下降[25]。这与有的研究建议增加土壤因子[33]以提高评价方法的全面性有所不同, 因为土壤因子的影响不属天气气候因子, 引入土壤因子后的评价结果超出了农产品气候品质评价的范围, 应属于品种优选和引进的评价范畴[30]。

3)如何在气候品质指数中剔除或量化遗传特性和土壤因子的影响, 至今尚无成熟的方法。本文采取目前多数研究所采用的方法[5-8], 即基于筛选的关键气象条件与关键品质因素之间的量化关系来表征天气气候条件所决定的气候品质。由气象条件驱动量化关系模型反演得到的品质因素值与实际值之间所存在的误差, 正是由土壤条件、管理措施等非气象条件所构成的。当然, 这种处理非气象条件对品质影响的方法仍过于简单, 是未来需要深入探讨的课题。

4)在气候品质量化上, 本文采取易于获取资料的气象条件与关键品质因素之间的加权和方法; 内、外气候品质指数构建上采用关键品质因素与关键气象条件之间的函数或经验关系来表达, 实现了气候品质指数构建的客观性、科学性, 是对以往仅揭示气象因子对单一或多个品质因素之间关系工作的承接和创新。但是限于监测数据不足, 本研究对果实酥脆度、果实表面完整度、果实表面锈斑度和果实内部石细胞数量等部分品质因素, 依据生物现象的连续性变量或间断性变量多遵从正态分布的原理[25,34], 结合相关研究成果和多年气象服务经验, 采用经验函数或阶梯函数法, 由其影响的关键气象因子进行表征, 这是研究的局限所在。以后随着监测资料的不断丰富, 需对这些品质因素与气象条件之间的量化关系进行深入研究, 进一步提升气候品质评价模型的客观性。

5)利用本文所定义的气候品质概念, 通过对地处黄河故道的特色农产品——砀山酥梨果实气候品质进行评价应用, 分别构建由7个外观品质因素集成的外观气候品质指数模型和3个内在品质因素集成的内在气候品质指数模型, 采用加权之和法构建砀山酥梨气候品质综合指数模型, 并将其指数划分为“特优”、“优”、“良”、“一般”4个等级, 相应阈值为≥3.5、2.5~3.5、1.5~2.5、<1.5。利用实测气象资料, 对2016年砀山县9月下旬采摘的砀山酥梨进行了气候品质评价, 气候品质综合指数为2.58, 判定为“优”级, 评价结果与专家论证结论一致, 表明本研究建立的评价模型, 可作为砀山酥梨气候品质评价技术方法使用, 实现了由气象条件对梨果果实气候品质进行客观评价, 为落叶果树果实气候品质评价工作提供了一个样例。

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A method for evaluating climate quality of Dangshansu pear using key quality factors*

LI De1, GAO Chao2, SUN Yi1, YANG Jian3, FAN Xiaoling3

(1. Suzhou Meteorological Bureau of Anhui, Suzhou 234000, China; 2. Department of Geography & Spatial Information Techniques, Ningbo University, Ningbo 315211,China; 3. Dangshan Meteorological Office of Anhui, Dangshan 235300, China)

Establishing methods for the evaluation of effects of climate on quality of pear fruit is the technical basis for assessing climate quality of fruits. This study used selected quality factors of Dangshansu pea formonitoring and contemporaneous meteorological data in Dangshansu pear planting area for the period 1996–2015, and clarified the key quality factors of Dangshansu pear and the driving meteorological factors. Based on relevant research and expert knowledge, the correlation analyses, empirical functions and stepwise functions, ranked analyses, stepwise regressions, probability quantiles and weighted sums were used to establish the evaluating method of climatic effect on Dangshansu pear quality. The quality of Dangshansu pear was assessed by using the established method. The results showed that the ten key quality factors that reflected the climate quality of Dangshansu pear were fruit surface integrity, fruit surface rust, fruit shape index, maximum single fruit weight, average fruit weight, first-fruit rate, substandard fruit rate, fruit crispness, fruit sugar content and fruit stone cell degree. The 28 key meteorological factors determined the quality of Dangshansu pear. The climate quality of Dangshansu pear was characterized by composite index of climate quality which was the weighted sum of apparent climate quality index and intrinsic climate quality index. Climate quality was divided into four levels: extra excellent, excellent, good and general. The corresponding thresholds of comprehensive index of climate quality were ≥3.5, 2.5-3.5, 1.5-2.5 and <1.5. The weights of apparent climate quality index and intrinsic climate quality index were 0.70 and 0.30, respectively. The weights of fruit surface integrity, fruit surface rust, fruit shape index, maximum single fruit weight, average fruit weight, first-fruit rate and substandard fruit rate that constituted the apparent quality index of climate quality index were 0.376 1, 0.232 8, 0.108 8, 0.074 9, 0.088 6, 0.088 7 and 0.029 9, respectively. The weights of crunchiness, sugar content and stone cell degree of fruits that comprised intrinsic climatic quality index were 0.637 6, 0.104 6 and 0.257 8, respectively. Each quality factor was described by a quantitative model constructed with corresponding key meteorological factors. The comprehensive index of climate quality of Dangshansu pear picked in late September in Dangshan County in 2016 was 2.58 — which was judged as “excellent” and consistent with actual conditions. The evaluation model established in this study was practicable for evaluating climate quality of Dangshansu pear.

Dangshansu pear; Key quality factor; Meteorological factor; Climate quality index

, LI De, E-mail: szlide@sohu.com

Apr. 13, 2018;

Jul. 9, 2018

S162.5

A

1671-3990(2018)12-1836-10

10.13930/j.cnki.cjea.180378

2018-04-13

2018-07-09

* 安徽省气象科技发展基金项目(KM201607)和国家自然科学基金项目(41571018)资助

* This study was supported by the Meteorological Development Fund in Anhui Province (KM201607) and the National Natural Science Foundation of China (41571018).

李德, 主要从事农业气象服务与科研工作。E-mail: szlide@sohu.com

李德, 高超, 孙义, 杨健, 范孝玲. 基于关键品质因素的砀山酥梨气候品质评价[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(12): 1836-1845

LI D, GAO C, SUN Y, YANG J, FAN X L. A method for evaluating climate quality of Dangshansu pear using key quality factors[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(12): 1836-1845