基于影像资料的鸭梨开花物候期与气象影响因子关系初探

2019-11-08赵洪杰陈广瑞寇春伟周晓倩闫瑞华

沙漠与绿洲气象 2019年5期

赵洪杰，孟杰，陈广瑞，寇春伟，周晓倩，闫瑞华

（1.冠县气象局，山东冠县252500；2.莘县气象局，山东莘县252400）

近年来国内各地利用当地果树、花卉资源开展观光旅游活动逐渐增多。冠县政府自2006 年起每年在兰沃乡韩路村梨园举办“梨园文化观光周暨农民文化艺术节”，气象局承担花期预报工作，为确定开幕日提供依据；由于春季温度变化大，梨树每年开花日期都不确定。 2012 年在梨园安装自动摄像观测仪，记录鸭梨花芽发育情况，为研究和制作花期预报提供观测资料；观测发现梨树花芽自萌发到开花经历多个发育物候期。国内文献显示植物花期预报研究方法主要有积温物候法和相关分析法。积温物候法是结合开花日期用不同方式统计开花前相关时段积温，用公式法计算开花期[1-9]。相关分析法统计开花前多种气象要素、筛选气象影响因子建立预报方程[10-16]。鲜见在研究植物开花发育期间气象因子影响规律基础上进行花期预报研究的。本文以梨园观测影像照片资料判定的鸭梨花芽发育物候期为依据，分析气象影响因子在鸭梨花芽发育不同阶段的作用，预报鸭梨始花期。

1 试验设计

1.1 试验环境与设备

兰沃乡韩路村梨园，属于黄河故道河滩高地，观测点位于115°37′E，36°35′N，园区表层土壤为冲积固定草甸风沙土，以人工作物植被为主，自然茅草植被为辅，与冠县气象站为同一气候环境，有微气候差异。观测用代表性较强的鸭梨树，树龄约120～150 a、树干直径30 cm、树冠直径10 m 左右、树冠高约4 m，选鸭梨树东部骨干枝上新生果枝为观测点，每年固定不变。

实验设备为海康威视DS-2AF1-714 高清彩色红外摄像仪观测。

1.2 资料与方法

物候资料是从梨园鸭梨花芽连续实景观测影像照片资料中，每天人工截取08、11、14、17 时鸭梨花芽发育照片，用来判定鸭梨花芽发育物候期节点。

气象资料为距梨园25 km 处气象站同期气温、地温、日照、降水、风的观测资料。

用气候统计法、以花芽发育物候期为单位，统计相关气象影响要素定量数据资料。

2 鸭梨花芽发育物候期与气象影响因子关系分析

根据多年影像照片资料统计鸭梨花芽自萌发到凋谢需要48～64 d，经历萌发、膨大、开绽、露蕾、花芽分离、露冠、始花、盛花、谢花等物候期。本文以2017 年为例分析鸭梨花芽发育与气象条件的关系。

2.1 鸭梨花芽发育物候期与发育环境

根据2017 年梨园鸭梨花芽发育观测影像照片资料，参照《梨·百度文库》[17]和《常见果树物候期的观察方法》[18]图文标准，得到花芽发育各物候期节点日期，鸭梨树自萌发到3 月8 日花芽鳞片松包颜色变淡为膨大期（图1a）；芽顶鳞片松开露出花序花芽为开绽期（图1b）在15 日；露蕾期（图1c）在19 日；花蕾分离期（图1d）在22 日；露冠期（图1e）在27日，始花期（图1f）在4 月1 日；盛花始期（图1g）在3日，谢花末期（图1h）为8 日。

图1 鸭梨花芽发育物候期

一般情况下鸭梨树经过冬季休眠后，平均气温达到0 ℃以上树体开始萌发，平均气温达到3 ℃以上花芽开始缓慢生长，开花需气温10 ℃以上，达到14 ℃开花加快[19]。 2017 年2 月11 日平均气温稳定通过0 ℃，即为鸭梨树体萌发日，各物候期出现日期、间隔日数，萌发至谢花≥0 ℃、≥3 ℃、≥10 ℃的日数及总发育期日数见表1。

表1 鸭梨花芽发育期与界限温度日数统计

2.2 鸭梨花芽发育与气温

2.2.1 鸭梨花芽发育与气温变化

鸭梨萌芽开花需要一定的热量条件。2017 年自鸭梨树萌发至花谢整个发育过程，每日平均气温与鸭梨花芽发育期的关系见图2。

鸭梨花芽萌发后、前期气温较历年略偏高，正距平明显大于负距平，花芽膨大和开绽期接近常年略早；花蕾自分离后到始花前平均气温偏低、低于10℃日数较多，温度距平以负距平为主，对应露冠到始花节点期间生长缓慢或停止，发育期较常年延长3～4 d；露蕾、露冠和始花期转换的关键日或前1～2 d都有≥10 ℃的气温相对应（图2）。

图2 2017 年鸭梨花芽发育期逐日平均气温距平

2.2.2 鸭梨花芽发育与积温

根据积温学说完成每个发育物候期都经过一定温度积累。鸭梨花芽发育各物候期及各界限温度的活动积温、有效积温见表2。

2.3 鸭梨花芽发育与地温

研究认为梨树根系在20～60 cm 土层分布最密，当地温达到0.5 ℃时根系开始活动，7～8 ℃时根系开始加快生长，13 ℃为根系生长的最适温度[19]。2017 年1 月25 日20、40 cm 土层地温均达到年度最低值，分别为0.2 ℃和1.9 ℃，并分别于1 月28日、2 月4 日开始回升，梨树根系越冬期不明显、生长启动较早（图3）。

表2 鸭梨花芽发育期积温/℃

图3 鸭梨花芽发育期20、40 cm 逐日平均地温曲线

达到根系加快生长即平均气温为7 ℃的日期，分别在3 月3 日和10 日，这与花芽由萌发到膨大期转换时间同步；日平均气温由7 ℃使根系加快生长达到13 ℃最适生长时间，与鸭梨花芽的膨大到始花时间基本重合；根系生长最适温度13 ℃的日期分别在4 月2 日和4 日，这比始花期略滞后；花期平均气温为13～15 ℃。

2.4 鸭梨花期与风速

花芽开绽后随着花蕾生长加快，风速对其影响逐渐增大。在花冠发育完成后适宜的风速可促使花蕾提前开放，较大风速的机械作用易产生花瓣损伤，影响观赏、授粉和座果率。后期较大风速可使完成生化脱落分化进程的花瓣提前脱落、花期缩短。鸭梨花芽开绽后风速实况曲线见图4。

图4 鸭梨花芽开绽后风速曲线

自3 月15 日鸭梨花芽开绽到4 月1 日始花开放，风速持续较大最大风速8.0 m/s 以上日数9 d，10.8 m/s 以上日数3 d，始花前1 d 3 月31 日最大风速10.0 m/s，8 日最大风速13.4 m/s。据观察，27 日已经出现迎风面、强势树枝上含苞欲放的花蕾在风作用下提前开放，始花后连续3 d 风速较大，为4～5级，加快了进入盛花期速度，也造成4 日便有花瓣不胜风力而飘落；8 日较大的风速促进谢花期提前。

2.5 鸭梨花期与日照、阴雨天气

梨树属喜光树种，充足的光照是梨花顺利开放的必要条件。春季阴雨天气一般造成日照减少，伴随较强降温和较大风力。本年度自梨树萌发到花蕾分离前阴天日数少，日照充足有利于花芽发育；3 月22—31 日降雨或阴天日数多达5 d，阴雨寡照造成花芽发育缓慢，发育期比往年延长3～4 d；4 月1 日始花后温度适宜、光照充足，进入盛花期较快；5 日和8 日分别出现7.1 mm 和7.4 mm 降雨以及风的作用，直接造成梨花淋雨后提前衰败凋谢。

鸭梨花芽发育进度与温度变化息息相关，春天气温变化受天气背景影响具有随机性、振幅大的特点，梨树根系活动层地温变化受气温影响为主、略滞后；其它气象要素在鸭梨花芽发育的不同阶段影响不同。气温正距平对应花芽发育正常或较快，负距平对应花芽发育缓慢或停止，在积温上表现明显，根据植物积温的特征、尝试使用历年鸭梨花芽发育物候期平均积温值为主要因子制作花期预报。

3 鸭梨花期预报服务实践与效果检验

2016 年和2017 年在以上初步分析的基础上，分别以露蕾到始花≥0 ℃历年平均积温136.8 ℃、133.9 ℃和≥3 ℃历年平均积温101.5 ℃、99.1 ℃为预报指标，把露蕾日以后的温度实况值与花期预报日以后的每天温度预报值累加，当温度累加值接近预报指标值时，参考临近花期天气情况，综合判断预报鸭梨开花日期；预报结果均被作为确定“梨花节”开幕日的依据，取得良好的服务效果。用梨园鸭梨开花实况资料对花期预报结果进行对比检验（表3）。

由表3 可知，开花前10～12 d 预报，2016 年与实况对比误差较大，7 d 预报与实况完全吻合；积温实况与预报指标的差值随资料年份增加而减小，即积温预报指标的稳定性与资料年代长短有关，随着资料年代延长稳定逐渐增强，预报结果准确性将逐渐增大。

表3 2016—2017 年实况与花期预报对比

4 讨论

前人研究植物花期预报的两种传统研究方法积温物候法、相关分析法均存在不足。积温物候法一般按多年平均开花日期统计开花前不同时段的气象要素值，统计资料不能真实反映植物花芽各发育期经历的气象因子影响情况，无法对植物花芽发育过程各个物候期节点之间的气象条件进行细致研究，容易忽略植物开花关键发育环节，造成对植物花芽自萌发到开放时段研究结果判断不准确。相关分析法一般采用多方法、多元素统计大量因子，经筛选后选取部分因子建立回归方程；属于统计学范畴，预报因子的生物学意义不确切。以上两种传统研究思路、均对植物开花前花芽发育各物候期与气象影响因子关系研究不足。

本文使用鸭梨花芽发育期连续实景观测照片判定鸭梨花芽发育物候期节点，结合气象资料分析研究鸭梨花芽发育各物候期与相关气象要素的关系，其方法符合鸭梨花芽发育规律；以物候期为单位统计相关对应气象要素资料，统计数据与鸭梨花芽发育物候期一一对应，严谨、精确、可靠。随着资料年代的增加和对多项气象因子影响研究的进展，可以得到时效更长、更完善的预报方法。现阶段研究还处于较浅层次，旨在抛砖引玉。