莆田文旦柚气候品质认证
2022-03-05林雯陈家金芦文豪黄书捷林钒孙蔡亮
林雯 陈家金 芦文豪 黄书捷 林钒 孙蔡亮
(1 福建省莆田市气象局，莆田 351100； 2 福建省气象服务中心，福州 350001)
引言
文旦柚原产福建，是福建省特有的名贵果品之一，果实品质优良，尤以莆田市仙游县度尾镇所产文旦柚最为著名，深受广大消费者的喜爱。相比国内其他优质柚，如琯溪蜜柚果肉柔软多汁，甜酸适口，但不耐久储，容易枯水或果肉过分软化；广西沙田柚风味纯甜而少酸，但余味稍苦，水分较少，种子多；度尾文旦柚具有肉嫩汁醇、气味芬香、无籽少籽、酸甜适中，果皮均薄而光滑，有益氨基酸达18种，矿物质达11种的质量特色[1]。近年来，莆田市文旦柚种植面积不断扩大，产量不断增加，但每年的气候条件影响着文旦柚的品质，目前针对文旦柚气候品质的认证与溯源仍处于空白，消费者无法了解上市文旦柚的品质好坏，文旦柚质量型效益未能得到充分体现，因此，亟需开展文旦柚气候品质评估及认证技术研究，以期为文旦柚提质增效和提升品牌效应提供重要的技术支撑。
目前国内外在农产品气候品质研究方面，主要集中在分析气象条件对农产品品质的影响，Webb等[2]指出柑橘的物候期取决于外部温度和日照时数；Demirkeser等[3]提出气候因素如温度、降雨频率/模式、相对湿度和风向会影响水果的生长和发育；Zhang等[4]强调在生长发育时期，日照和温度与果实品质呈正相关，而同期相对湿度呈负相关；Parichat等[5]首次深入研究气象条件对柚子果肉颜色影响，得出柚子果肉变淡是由果实发育过程中的温度升高引起的。近年来，国内也已开始开展影响农产品品质的气候条件评估和认证技术研究，娄伟平等[6]指出不同茶树品种对应的气象指标有差异，建立了3种茶树所产的龙井茶叶气候品质认证指标；武强等[7]对重庆市优质茶巴南银针种植区的气候可行性进行详细分析，进一步定量给出气候品质等级；桂园园等[8]结合模糊综合评判法，探索鹰潭市早熟梨品质认证技术；吴新国等[9]采用相似方法，根据库尔勒香梨生产关键期对光热条件需求的上下限指标，对香梨气候品质进行评分，与果实抽样检测结果较为一致；张智勇等[10]分析了脐橙可溶性固形物、总酸含量和固酸比与气候要素的关系；刘璐等[11-13]分别利用模糊函数、专家打分法、多元逐步回归方法，构建了陕西猕猴桃和红富士苹果的气候品质模型，并分析关键气候因子与苹果始花期的关系；张和稳等[14]利用百分制评分标准，构建百色芒果气候品质认证技术标准框架；赵金鹏等[15]首次设计农产品气候品质认证与溯源平台，增强认证工作的可靠性。但针对文旦柚的气候相关性研究很少[16-17]，更未见文旦柚气候品质认证技术研究。
本文以莆田市仙游县度尾文旦柚作为研究对象，分析影响文旦柚品质的关键期和关键气象因子，构建影响品质的气候适宜度指标和气象灾害指标，并利用层次分析法和专家打分法确定各指标权重，通过加权集成法建立文旦柚气候品质评估模型，计算得出气候品质指数，并进行气候品质评估指数的等级划分，开展文旦柚气候品质评估，同时结合文旦柚果实品质对比验证，制定出气候品质评估标准，以期为文旦柚气候品质认证提供技术支撑。
1 资料与方法
1.1 研究区域
莆田市文旦柚主要集中在仙游县，该县位于福建省中部戴云山脉的东麓，属于南亚热带海洋性季风气候，仅北部、西部山区因海拔高属中亚热带海洋性季风气候，同时具有山区和平原的共同气候特征。全县气候温和，四季分明，季风气候显著，年平均气温20.6 ℃，最冷月平均气温12.1 ℃，最热月平均气温28.7 ℃，年平均降雨量1628.3 mm，年平均相对湿度77%，无霜期长，年平均无霜期363.5 d，年均日照时数1844.7 h。
莆田市气候条件适宜文旦柚产业发展，近年来文旦柚栽培面积不断扩大，产量逐年上升，品质也不断提高，尤以度尾文旦柚最为著名，2010年“度尾”牌文旦柚被中国国家质检总局认定“地理标志产品保护”[18]。莆田文旦柚从12月至翌年1月处于休眠期，2月处于花芽萌动期，3—4月处于开花期，5—8月进入果实膨大初、中期，是文旦柚果皮增厚、果实增大期，9月上中旬处于果实快速膨大期，并逐渐开始成熟，9月中下旬至11月进入采收期，其中中熟品种在10月上中旬成熟采收。
1.2 资料来源
气候资料来源于仙游县国家基本气象站，度尾镇、钟山镇、郊尾镇和枫亭镇区域自动气象站的观测数据包括仙游站1960—2019年温度和降水数据，1990—2019年相对湿度、光照时数、风力数据，度尾、钟山、郊尾和枫亭镇区域站选取2010—2019年温度、降水和风力数据。文旦柚果实品质数据来源于福建省农科院果树研究所在仙游县度尾镇检测的文旦柚品质数据，包括2016—2017年的文旦柚果实重量、裂宽、纵横径和可溶性固形物含量的品质参数。
1.3 研究方法
1.3.1 层次分析法
层次分析法，是一种定性和定量相结合的多目标规划方法，可应用于农业气象不同因素重要性程度的分析[19-21]，利用该方法确定文旦柚气候适宜性指标和灾害性指标的权重。主要分为3步：①采用1～9比例标度法，根据专家平均评分构建判断矩阵，判定各要素之间相比的重要程度；②采用方根法计算各指标主观权重；③通过判断矩阵的一致性检验,当一致性比率CR(Consistency Ratio)< 0.1，方可认为可行。
1.3.2 加权集成法
构建文旦柚气候品质评估的指标体系，采用层次分析法分别赋予气候适宜性和气象灾害的二级指标权重，评判每个表征指标分别对气候适宜性和灾害的作用大小，再分析气候适宜性和气象灾害对气候品质的贡献，确定一级指标权重，最后采用加权集成的方法，建立文旦柚气候品质综合评价模型，计算各年度的文旦柚气候品质指数[22]。
1.3.3 品质采样与检测方法
2016—2017年，在仙游县度尾镇的八一场文旦柚果园和霞溪场文旦柚果园，选取代表性柚树，在文旦柚果实成熟期(9—10月)进行果品采样。2016年在八一场果园随机选取4株，其中2株随机各取果20个，另2株各取果19个，在霞溪场果园随机选取4株，每株均随机抽取20个果实，两个果园共采158个果实进行品质检测；2017年在八一场和霞溪场果园各随机选取6株，每株均随机抽取20个果实，两个果园共采240个果实进行品质检测。品质检测要素包括可溶性固形物、果实纵横径、果实裂宽、单果重4个要素。
1.3.4 果实综合品质评价方法
根据文旦柚可溶性固形物、果实纵横径、果实裂宽、单果重4个要素的品质检测基础数据，计算果实纵横径比(Ice1)、适宜果重的样本比例(Ice2)、高固形物含量的样本比例(Ice3)和果实裂度指数(Ice4)4个参数，作为文旦柚品质的综合评价指标，以此验证气候品质评估的可靠性。
果实纵横径比(Ice1)是通过对采样的所有文旦柚果实，计算果实纵径和横径比，取其平均值。
适宜果重的样本比例(Ice2)是统计采样果实中适宜果重的果实个数占样本总数的比例，适宜果重采用王贤达[23]等研究的单果重量(SFW, Single Fruit Weight)梯度分级推荐标准，即以500 g≤SFW<1100 g作为适宜果重标准。
高固形物含量的样本比例(Ice3)是根据总可溶性固形物(TSS, Total Soluble Solid)含量的分级标准[23]，即TSS≥10.5%为特等果，TSS≥9.5%为1等果，TSS≥8.0%为2等果，TSS<8.0%为等外果(无法食用)，选取可溶性固形物含量TSS≥9.5%作为优质果的表征指标，计算优质果高固形物含量的果实个数占样本总数的比例，作为果实品质最重要的评价指标。
果实裂度指数(Ice4)是指果实不同裂度果数占样本总数的比例，作为品质负向评价指标。
Ice4=[(R1/4+R2/2+R3)/R]×100
(1)
式中，R1、R2、R3分别为1、2、3级果实裂宽的果数，R为果实样本总数。果实裂度分为4级：0级，果实完好，未见果顶开裂；1级，果实裂宽FCW(Fruit Crack Width)≤5 mm，品质受影响较小；2级，果实裂宽5 mm
根据文旦柚果实品质计算方法，将果实综合品质评价4个评价指标进行量化等级划分(表1)。
注:Ice1、Ice2、Ice3分别代表果实纵横径比、适宜果重的样本比例、高固形物含量的样本比例的等级，Ice4代表果实裂度指数等级。
再采用层次分析法，计算出影响果实品质的纵横径之比、单果质量和可溶性固形物含量3个正向评价指标和果实裂度指数1个负向指标的权重系数，按照式(2)计算得出文旦柚综合品质指数。
(2)
式(2)中，Pqti为文旦柚综合品质指数，ck为品质正向指标的权重系数，Icek为正向指标的等级，k为品质正向指标个数，c4为品质负向指标的权重系数，Ice4为品质负向指标等级。
2 结果与分析
2.1 文旦柚气候品质评估指标的确定
2.1.1 气候适宜性指标
文旦柚生长发育要求年平均温度16.0 ℃以上，≥10 ℃的年活动积温4500 ℃以上，洪晓湘等[24]指出琯溪蜜柚膨大期的日夜温差应在5 ℃以上。世界文旦柚主产区大部分相对湿度在63%～80%，相对湿度高于80%，着果率低，相对湿度低于40%，生长受阻，落果严重。光照也与文旦柚品质密切相关，要求年日照数在1200 h以上，以1600～1700 h为宜。
通过文献查阅和走访果树专家，确定影响文旦柚的气候适宜性指标有年平均气温(M1)、≥10 ℃年活动积温(M2)、5—10月平均日温差(M3)、3—10月平均相对湿度(M4)和8—10月总日照时数(M5)。其中平均日温差考虑的是文旦柚果实膨大期到成熟期这一影响品质的关键阶段，5—10月平均日温差大，有利果肉充实和糖分积累；同时，3—10月的湿度条件影响着文旦柚的开花授粉、果实膨大及其成熟，湿度过高或过低均不利优质品质的形成；而8—10月正处柚果膨大后期和成熟期，光照条件好坏对品质影响很大，该阶段若光照充足，有利碳水化合物积累，有利形成优质果。统计分析1960—2019年仙游站5项气候适宜性指标、2010—2019年度尾站3项气温指标，结合果树专家建议，对5个气候适宜性因子指标分别进行量化等级划分，划分出最适宜、适宜、次适宜和不适宜4个等级，结果见表2。
表2 影响品质的气候适宜性指标及分级标准
2.1.2 气象灾害指标
影响莆田文旦柚生长发育的气象灾害主要有连阴雨、高温、干旱、大风和低温冻害，其中对果实品质影响的主要灾害是春季连阴雨(N1)、7—9月高温(N2)和7—10月气象干旱(N3)。春季如果出现连阴雨天气，对文旦柚发芽和开花不利；果实发育中后期，当气温达到35.0 ℃以上时，文旦柚的光合作用降低50%，当超过37.0 ℃以上时，文旦柚将停止生理生长；柚果膨大中后期，遇到连续15 d以上≥35 ℃高温和干旱过程，柚果发育将受到不同程度影响，还会出现裂果现象[25]。因此，选择现蕾至开花期(3—4月)最长持续阴雨(日降水量≥2 mm)日数、7—9月最长持续高温(日最高气温≥35 ℃)日数和7—10月最长持续无效降水日数(日降水量≤0.2 mm)作为影响文旦柚品质的气象灾害指标，结合仙游站和度尾站3种气象灾害指标统计分析和果树专家意见，对影响品质的灾害指标分别进行量化等级划分，划分出无影响、轻度、中度和重度影响4个等级，结果见表3。
表3 影响文旦柚品质的气象灾害指标及等级标准
2.2 文旦柚气候品质评估指标权重的确定
根据上述层次分析法计算指标权重，首先邀请省市级林果业研究院所专家、一线农技人员和农业气象专家，按照1～9比例标度法对选取的文旦柚气候适宜性指标和气象灾害指标，根据其对果实品质影响的重要程度进行打分，并取各位专家对各项评价因子的平均评分，构建权重判断矩阵；再采用方根法对判断矩阵进行归一化处理，求出判断矩阵的权值向量和特征根，计算一致性比率，判断矩阵是否符合随机一致性指标，结果均通过一致性检验。
表4列出了影响文旦柚品质的气候适宜性指标和气象灾害指标权重计算结果，可见影响文旦柚品质的决定性气候因素是气候适宜性，其主要影响因子是3—10月的平均相对湿度和5—10月的平均日温差，其次是年平均气温、≥10 ℃年活动积温和8—10月日照时数；气象灾害也不同程度影响果实品质，影响程度从大到小的因子分别是春季(3—4月)持续阴雨日数、夏秋季(7—10月)持续干旱日数和夏季(7—9月)高温日数，尤以春季现蕾至开花期连阴雨对品质影响为重。
表4 文旦柚气候品质评估指标权重
2.3 文旦柚气候品质评估指数
根据式(3)计算文旦柚气候品质综合评价指数，Pcqi为文旦柚气候品质指数，a、b分别为影响品质的气候适宜性指标和气象灾害指标的一级综合指标权重；xi为影响品质的各气候适宜性评价指标的二级权重，Mi为气候适宜性评价指标的评价等级；yj为影响品质的各气象灾害指标的二级权重，Nj为气象灾害评价指标的评价等级。其中，气候适宜性指标的最适宜、适宜、次适宜和不适宜4个评价等级分别按4、3、2、1来计算，气象灾害指标的无、轻度、中度和重度影响4个评价等级分别按0、1、2、3来计算。
(3)
表5列出了2010—2019年度尾镇、仙游城郊及其他不同海拔高度站点的文旦柚气候品质评估指数，可见度尾镇历年文旦柚气候品质评估指数介于1.8～2.7之间，其中2011年、2014年、2017年和2018年评估指数在2.4以上，气候品质最好的年份是2014年，最差的年份为2016年；仙游城郊和其他乡镇的气候品质评估指数介于1.0～2.2之间，气候品质评估指数总体均低于度尾镇气候品质指数，年度变化趋势与度尾镇较为一致，说明度尾镇的小气候条件更有利于文旦柚生长发育，产出的文旦柚品质更高，海拔过高或过低均不利优质品质的形成。
表5 不同海拔站点文旦柚历年气候品质评估指数
2.4 指数等级划分与评估结果
依据计算出的历年气候品质评估指数，结合仙游县历年文旦柚品质调查分析，将文旦柚气候品质评价等级按优劣顺序分为4个等级(表6)。根据气候品质等级，仙游县度尾镇近10年品质特优的年份有4年，分别为2011年、2014年、2017年和2018年，其中2014年气候品质最佳；等级为优的年份有3年，优及特优气候品质的年份占比为70%；其余年份气候品质为良，尤以2016年气候品质指数最低；而仙游县城郊的文旦柚在2014年、2017年和2018年达到优等级，郊尾镇的文旦柚在2010年、2018年达到优等级，钟山镇和枫亭镇只有1年达到优等级，其余年份等级为良或一般。
表6 文旦柚气候品质评估指数分级标准
2.5 评估结果验证
2.5.1 果实品质检测数据对比验证
利用2016—2017年仙游县度尾镇文旦柚果实品质参数实测数据，根据上述文旦柚果实综合品质计算方法，采用层次分析法计算出果实纵横径比等级、适宜果重的样本比例等级、高固形物含量的样本比例等级和果实裂度指数等级的指标权重分别为0.06、0.12、0.56和0.26，最终得出2016年和2017年的果实综合品质指数。
表7列出了2016和2017年仙游县度尾镇文旦柚果实综合品质指数及气候品质指数对比，2017年文旦柚适宜果重比例较2016年略低，果实纵横径比和果实裂度指数较为接近， 但可溶性固形物含量远
表7 2016与2017年文旦柚果实综合品质与气候品质结果对比
高于2016年，综合品质指数比2016年高66%。从气候品质评估指数来看，2017年比2016年高39%，说明气候品质评估结果与实际检测的果实综合品质的变化具有高度吻合性。
2.5.2 典型年果实品质调查验证
根据仙游县度尾仙溪果业专业合作社提供的文旦柚历年品质信息，近10年来，文旦柚果实品质较优的年份有2014年、2017年和2018年，结合典型年文旦柚气候适宜性指标和气象灾害指标分析(表8)，可见2014年光温水气象条件最适宜文旦柚生长发育，且气象灾害影响弱，2017年气候总体适宜，但夏季高温对果实发育略显不利，2018年文旦柚生长气候适宜，无气象灾害影响，产量较2017年增加10%以上，挂果率高，成熟快，提早10 d就进入成熟采摘期，品质好；品质最差的年份是2016年，该年春季持续阴雨日数达6 d，严重影响文旦柚开花着果，果实发育至成熟期降水异常偏多，9月7—11日、9月14—17日、9月27日至10月4日和10月8—10日出现持续降水，光照异常偏少，多雨寡照导致文旦柚裂果率明显上升，1等果只占10%左右，出现裂果的末等柚子比重由常年的20%提高到40%，优质果比例大幅下降。根据度尾文旦柚气候品质评估，2014年、2017年和2018年的果实气候品质等级均为特优，2016年为良，可见模型指数评估结果与近10年文旦柚果品典型年品质呈现较好的一致性，说明气候品质指数能较好地反映果实品质。
表8 品质典型年各项指标及气候品质评估结果对比
2.5.3 海拔高度对果实品质影响分析
Rokaya P.R.等[26]对尼泊尔的柑橘品质参数、成熟度与海拔高度的关系研究表明，不同海拔高度的柑橘品质不同。因此，根据仙游县不同海拔高度文旦柚果园的果实品质调查，表明度尾镇(海拔220 m)的果实品质较好，而处于低海拔地区的枫亭(海拔30 m)、郊尾(海拔80 m)、较高海拔地区的钟山(海拔635 m)种植的文旦柚果实品质较差；陈顺珍等[27]研究表明，海拔高度600 m左右的大济北山、钟山山区的果园文旦柚，平均可溶性固形物仅在8%～9%，果实酸，而度尾镇生产的柚子，其可溶性固形物可达10%～13%，甜酸适度，品质较好。由表5仙游城郊、枫亭、郊尾、度尾、钟山5个不同海拔高度果园的2010—2019年文旦柚气候品质指数可以看出，度尾镇文旦柚气候品质指数均大于其他4个站点的指数，与不同海拔位置果实品质调查结果及陈顺珍等[27]研究的不同海拔果实品质结果趋势相一致，一定程度说明了气候品质指数模型计算结果的客观性。
3 结论与讨论
(1)影响文旦柚品质的主要气象因子是3—10月平均相对湿度和5—10月平均日温差，其次是年平均气温、≥10 ℃年活动积温和8—10月日照时数；气象灾害也不同程度影响果实品质，尤其是春季持续阴雨对文旦柚现蕾和开花授粉十分不利，其次是夏秋季高温干旱影响果实膨大，旱后骤雨易造成裂果，影响果实品质。
(2)文旦柚气候品质评估结果表明，莆田市不同地理位置的果园小气候条件不同，文旦柚气候品质也不同，对文旦柚生长发育和优质果形成而言，100 m 以下的低海拔地区气温偏高、湿度偏低、温差偏小，400 m以上的中高海拔地区气温偏低、湿度偏大，气象条件均不利优质文旦柚的形成，而海拔100～400 m区域光温水条件适宜，有利文旦柚高产优质。
(3)采用文旦柚果实品质参数检测数据、近10年文旦柚果品典型年品质、不同海拔高度果实品质与气候品质评估结果进行对比验证，表明气候品质评估结果与果实品质具有高度吻合性，说明评估模型和评估结果较为客观，具有良好的可靠性，能较好地反映果实品质，可应用于文旦柚气候品质评估和认证。
(4)在气候品质评估结果验证中，采用文旦柚果实品质参数检测数据仅有两年，样本有限，此外，典型年和不同海拔高度果实品质数据采用的是实地调查及前人研究成果的定性数据，而非定量实测品质数据，因此，模型评估结果还需要更多地点、更多年份的果实品质实测数据验证，以提高评估的准确率。
(5)文旦柚果实品质优良，但种植规模较小，未来可通过选育无核少核和抗裂果的新品种，选择气候条件适宜区域扩大栽培面积，并解决不良气候对裂果的影响，不断提高文旦柚产量和果实质量，促进文旦柚产业的可持续发展。
