河北省赵州雪梨气候品质评估技术研究

刘思廷， 杨 晔， 张艳品， 高 祺,3*

(1．河北省石家庄市气象局，河北 石家庄 050081； 2．成都信息工程大学，四川 成都 610225； 3．河北省气象与生态环境重点实验室，河北 石家庄 050022)

0 引言

【研究意义】赵县位于石家庄市东南面，是国家林业局和草业局命名的“中国赵州雪梨之乡”，其赵州雪梨是中国地理标志保护产品，已有2 000余年栽培历史，在国内外久负盛誉。赵州雪梨营养丰富，含有各种有机酸、蛋白质、矿物质和多种维生素，还可入药医病。随着市场对果品品质要求的不断提高，赵县赵州雪梨转向质量效益型产业。刘秀田等[1-5]研究表明，光照、大气温度、空气相对湿度是影响赵州雪梨生长和品质的重要因素。农产品气候品质认证是指天气气候对果品品质影响优劣等级的评定，是提高农产品品质和声誉、增强竞争力的重要手段。【前人研究进展】建立农产品品质与气象条件之间的量化关系是农产品气候品质研究的基础，近年来，许多学者开展了农产品品质评估技术研究。金志凤等[6]依据气候品质指标建立了定量化的浙江省茶叶气候品质认证评价模型；刘璐等[7-9]通过量化各生育期气象指标建立了陕西省猕猴桃气候品质认证模型，而后基于大量实验数据，建立了红富士苹果气候品质认证模型；李德等[10-11]通过基于长序列砀山酥梨品质数据与气象数据建立了安徽省砀山酥梨气候品质评价模型。【研究切入点】目前，气象行业已经对茶叶、猕猴桃、苹果、酥梨、芒果、红枣等农产品开展了气候品质认证[12-17]，且取得了一定成效，提升了农产品知名度和市场竞争力，但是针对赵州雪梨气候品质与气象条件之间的定量关系鲜有报道。【拟解决问题】基于赵县赵州雪梨品质与气象要素长序列资料，在量化赵州雪梨品质数据与气象要素关系的基础上，依照《减灾司关于征求<农产品气候品质评价规程(征求意见稿)>意见的函》，采用加权求和方法，探明赵县赵州雪梨气候品质评估技术，以期填补在赵州雪梨气候品质评估研究中的空白，提升赵州雪梨知名度，带动当地经济增长。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

赵县赵州雪梨产地范围为河北省石家庄市赵县范庄镇、谢庄乡及南柏舍镇、沙河店镇的部分现辖行政区域。梨区年平均气温为12.8℃，年平均降水量460.2 mm，年平均日照时数2 237.7 h，该区域土壤为褐土，适宜赵州雪梨生长。研究对赵县冀华星专业合作社2019年赵州雪梨进行试评价，赵县冀华星专业合作社是当地赵州雪梨龙头企业，位于赵县谢庄乡安家庄村。该合作社先后获得梨无公害产地认定、A级绿色食品认定，河北省名优果品展评会金奖、银奖等荣誉。

1.2 资料来源

1.2.1 雪梨品质数据 赵州雪梨品质数据来源于1990—2018年赵县林业局测定统计数据，测定范围为赵州雪梨种植区域，品质指标包括可溶性固形物、单果重、硬度、可滴定酸(表1)。参照国家标准《鲜梨》[18]与河北省地方标准《优质雪花梨》[19]中果品等级划分标准，本研究将可溶性固形物、单果重作为重要参考因子。

表 1 1990—2018年赵州雪梨的品质指标

1.2.2 气象数据气象数据 来源为河北省气象信息共享平台，包括1980—2019年赵县国家自动气象观测站(53784)气象数据及谢庄乡(B1063)区域自动气象观测站数据。

日照、相对湿度数据运用赵县国家自动气象观测站数据进行分析，日平均气温、日最高气温、日最低气温和日降水数据运用谢庄乡(B1063)区域自动气象观测站数据。

1.3 研究方法

影响赵州雪梨品质形成的环境因子较为复杂，其中气象条件、气象灾害是影响果品气候品质的主要因素，而受生产管理水平影响的果树树势对外界气候资源和气象灾害发挥着内在的放大或缩小的调节作用[20]，因此，选择赵州雪梨气象适宜度、主要气象灾害损失度和果品企业生产管理条件为对赵州雪梨外在品质和内在品质具有关键性影响三要素[7]，气象适宜度模型及生产管理条件模型定量评价赵州雪梨的内在品质即可溶性固形物含量和单果重，主要灾害损失度定量评价赵州雪梨果面完整度外在品质。基于农产品生物学特性、耦合表征赵州雪梨品质数据与气象要素数据，进行相关分析，确定影响赵州雪梨品质的关键生育期气象因子，利用逐步回归方法、专家决策法、赋值法建立气象适宜度模型；依据气象灾害评估理论，利用各灾害不同等级灾情实际发生比率与灾损系数的乘积和建立主要气象灾害损失度评价模型；基于果品企业生产管理条件，采用赋值法、专家决策法建立生产管理条件评价模型；采用专家决策法确定各模型分值及权重，并应用加权指数求和方法，构建赵县赵州雪梨气候品质评估模型。

2 结果与分析

2.1 赵州雪梨品质与气象适宜度评价模型的建立

2.1.1 品质形成的关键生育期确定 通过农林行业专家对赵州雪梨品质认证研讨，确认将赵州雪梨生育期划分为萌芽开花期、坐果期、幼果期、果实膨大期、果实成熟期、枝条成熟期、叶片衰老期和落叶休眠期，明确对赵州雪梨品质影响较大的主要生育期为萌芽开花期、坐果期、幼果期、果实膨大期及果实成熟期。

2.1.2 生育期的气象要素与单果重和可溶性固形物含量的相关性 从表2看出，单果重与坐果期最低气温、幼果期平均气温及最低气温、果实膨大期平均气温及最低气温存在极显著正相关关系；与萌芽开花期气温及坐果期降水量呈显著正相关；与坐果期、幼果期日照时数及果实成熟期平均相对湿度呈显著负相关。表明，影响赵州雪梨单果重的主要气象因子是各生育时期的气温，气温较高，其单果重相对较重。

表 2 各生育期的气象要素与单果重和可溶性固形物含量的相关系数

可溶性固形物含量与萌芽开花期和幼果期的平均相对湿度呈极显著正相关，与果实膨大期的日照时数和平均相对湿度以及成熟期的平均相对湿度呈显著正相关；与幼果期的平均气温和最低气温呈极显著负相关，与萌芽开花期的平均气温和最高气温、幼果期的最高气温和果实膨大期的最低气温呈显著负相关。表明，赵州雪梨可溶性固形物含量受各生育时期的气温及相对湿度影响较大，受日照时数和平均日较差等因素影响小。

Yg=268.975+5.697×X3-Ti-0.128×X3-S(R=0.744)

利用1990—2018年品质数据对模型进行检验显示，单果重、可溶性固形物的计算值和实测值的均方根误差(RMSE)分别为6.751 g和0.193%，均在其真值的3%以内，判定拟合度较好，即回归模型拟合度较好。

2.1.4 气象适宜度评价模型 根据《优质雪花梨》(DB13_T_949-2008)标准对赵州雪梨可溶性固形物划分等级指标(表3)，通过加权求和法建立气候品质综合评价模型：

表 3 赵州雪梨的品质评价指标

E=0.5×(Gg+Gt)

式中，E为气候适宜度，Gg、Gt分别为单果重和可溶性固形物品质分值。

2.2 建立气象灾损度评价模型

根据气象灾害对赵县赵州雪梨品质影响特征、种植区气象灾害背景以及种植条件，确定萌芽开花期冻害及果实膨大期高温日灼、冰雹为主要气象灾害。利用赵县气候特征及主要气象灾害风险特征，得到各气象灾害指标及灾损系数(表4)。导致赵州雪梨灾损的气象灾害损失度主要表现为该种类气象灾害各等级灾害的发生次数和危害强度，因此可用其发生比率和灾损系数表征。根据多年气象服务积累的经验及专家打分结果，建立赵州雪梨气象灾害灾损度评价模型：

表 4 赵州雪梨主要气象灾害指标及灾损系数

Di=dsicsi+dmicmi+dlicli

D=0.3D1+0.2D2+0.3D3+0.2D4

式中，i为灾害编号(i=1,2,3,4)，Di为第i种灾害的灾损度，用于表示气象灾害灾损度的大小，其值越大，则该气象灾害损失程度越大；dsi、dmi、dli分别为第i种灾害重度、中度、轻度气象灾害的发生比率，csi、cmi、cli分别为第i种灾害重度、中度、轻度灾害的灾损系数；D为赵州雪梨气象灾害灾损度。

2.3 建立生产管理条件评价模型

根据赵州雪梨生产管理对果品品质影响，确定赵州雪梨果品企业生产管理条件及其评分标准(表5)，并依据各种管理对赵州雪梨品质影响特征，以及专家打分结果，建立赵州雪梨果品企业生产管理条件评价模型：

表 5 赵州雪梨果品企业生产管理条件评分标准

M=0.4m1+0.3m2+0.2m3+0.1m4

式中，m(i=1,2,3,4)为各种生产管理条件对果品品质的影响分值，M为生产管理条件评价模型。

2.4 综合评价模型

在主要物候期气象适宜度、气象灾害灾损度以及果园生产管理条件的基础上，根据三者对果品品质影响情况及专家打分结果，建立赵州雪梨果品气候品质认证模型：

W=0.8(E-D)+0.2M

式中，E代表赵州雪梨主要物候期气象适宜度，D代表赵州雪梨气象灾害灾损度，M代表果品企业生产管理条件得分，W表示评估得分，计算结果在(0，1)。0.90≤W≤1.0为特优等级，0.80≤W<0.90为优等级，W<0.80为一般等级。

2.5 模型的应用检验

将2019年谢庄区域自动站气温、降水数据及赵县国家自动气象观测站日照、相对湿度数据分别代入气象适宜度评价模型、灾损度评价模型、生产管理模型表明，气候适宜度E=1，气象灾害灾损度D=0.005 8，生产管理条件评价指标M=0.2，最终模型评估得分W=0.97，2019年赵州雪梨品质模型评价结果为特优级。对2019年成熟时期赵州雪梨可溶性固形物和单果重进行测定，结果表明，成熟时期赵州雪梨可溶性固形物均在13.0%以上，单果重均在300 g以上，果面完整度均较好，依据赵州雪梨品质分级指标，抽测结果为特优等级。2019年赵州雪梨品质模型预测与实测结果一致，均为特优等级，因此认为，认证模型具有较高客观性，可投入气候品质认证工作。

3 讨论

赵州雪梨气候品质评估研究是定量评估当年气候条件是否适宜赵州雪梨生长，但是雪梨的产地环境及企业管理水平条件对赵州雪梨品质的形成也至关重要，因此在定量评估气象适宜度、气象灾害损失度的同时，将生产管理条件纳入气候品质评估模型中。赵州雪梨品质数据仅包括可溶性固形物、单果重2个要素，符合河北地方标准《优质雪花梨》中对于赵州雪梨分级的要求，但是评价指标还不全面，因此，未来应深入挖掘赵州雪梨维生素C含量、可滴定酸、硬度等更多理化品质，建立定量评估模型。气象适宜度模型采用赵县林业局提供的1990—2018年赵州雪梨品质数据，是全部赵州雪梨适宜种植基地的平均值，且数据与2019年模型应用验证的冀华星赵州雪梨之间存在误差，虽与富硒带赵州雪梨对比进行调整，但尚不能完全代表冀华星种植基地，仍需完善模型。

4 结论