孝昌血桃气候品质评价模型及区划应用

魏华兵，万素琴，王芳芳，王会良，宋 哲，谢家旭

（1.咸宁市气象局，湖北 咸宁 437100；2.武汉区域气候中心，武汉 430074；3.湖北省农业科学院果树茶叶研究所，武汉 430064；4.孝感市气象局，湖北 孝感 432000）

湖北省是长江流域桃（Amygdalus persicaLinn.）生产大省，种植面积和产量居全国前五位［1］。孝感市栽种桃树的历史悠久，从20 世纪80 年代起，逐渐发展为全国重要的早熟桃产区。其中，孝昌血桃以丰富的铁、有机酸、花青苷含量以及果肉鲜红、质地脆爽、风味浓甜、食用方便等优良品质深受消费者的喜爱［2，3］。2020 年，孝昌血桃获得了国家地理标志认证，其栽培面积迅速扩大至2 667 hm2，预计产值将超过3.5 亿元，成为当地政府促进乡村振兴和农民增收的重点支柱产业。目前，全国桃产业正处于数量型向质量型转变的关键时期［1］，提高农产品品质是提升品牌形象、增加产品收益和促进产业持续发展的前提［4］。水果的品质与栽培品种、气候、土壤等因素有关，气候条件是诸多因素中最活跃的因素，对品质的变化起主导作用［5］。因此，开展孝昌血桃气候品质研究和应用对提高其品牌价值、促进桃产业高质量发展具有重要意义。

农产品品质一般用抽样样本的品质指标测定数据进行综合评价［6］，桃果实品质评价体系由外观、营养、风味等多个品质指标构成，需要测定的品质指标项目多且测量程序复杂，品质评价结果容易受到抽样样本影响。气候品质评价是采用评价天气气候条件来确定农产品品质等级优劣的方法，多采用气候品质模型进行评价，方法简洁实用，可以较好地避免抽样样本对评价结果的影响。近年来，多地开展了茶叶［7］、水稻［8］、脐橙［9］、苹果［10］等农产品的气候品质评价，并构建了相应的气候品质评价模型。这些模型在关键因子的确定上大多侧重于气象要素对单个品质指标的影响分析，单个品质指标往往只反映了果实品质的某个侧面，但气象要素对果实品质的影响多是综合性的，而且基于单个品质指标分析的气象因子指标在模型中难于更改，其对品质指标的影响作用验证困难［11］，制约了模型的推广应用和进一步完善。本研究利用孝昌县主产区（丰山镇）孝昌血桃的品质数据和同期气象资料，构建了孝昌血桃气候品质评价模型，并对模型评估结果进行了验证和区划应用，以期为利用气候资源优势促进孝昌血桃生态产业发展提供技术支撑。

1 研究区域概况与数据来源

1.1 研究区域概况

孝昌县位于湖北省东北部，地理坐标为31°02′—31°46′N、113°45′—114°15′E，境内地形北高南低，地貌以丘陵山地为主，土壤多为富含钾、磷等元素的沙质壤土。孝昌县属亚热带季风性气候，四季分明，热量丰富，雨量适中，光照充足，无霜期长，具有光、热、水同期的特点。孝昌县年平均气温17 ℃，1 月最冷，7 月最热，极端最高气温为39.9 ℃，极端最低气温为-8.2 ℃；年降水量1 074.7 mm，夏季降水量占全年的48%以上；年日照时数超1 720 h，夏长冬短。优越的生态气候条件为孝昌血桃提供了良好的生长环境，孝昌血桃最早的经济产区集中于孝昌县丰山镇，2020 以后逐渐扩种至孝昌县各乡镇。

1.2 数据来源

气象资料选取了2011—2022 年孝昌国家气象观测站（以下简称孝昌站）及孝昌县13 个乡镇区域站（以下简称区域站）的气象观测资料，资料来源于湖北省气象信息保障中心。果实品质资料为2015—2022 年孝昌县丰山镇主产区的孝昌血桃品质数据，数据来源于孝昌县农业局。物候资料来自湖北省农业气象中心对七仙红“孝昌血桃”农业科技园（位于孝昌县丰山镇）中熟品种的调查数据，主要物候期：2 月底至3 月上旬进入花芽萌动期，3 月上旬至下旬为开花期，4 月上旬为幼果期，5 月中旬、下旬为果实膨大期，6 月上旬、中旬为果实成熟期。

2 气候品质指标与评价模型

农产品气候品质认证从气象学角度对农产品品质进行分析评价，气候品质评价的核心是筛选出气候品质指标、建立农产品气候品质评价模型和划分农产品气候品质等级。

2.1 果实品质指标

果实品质是由多因素构成的复合体，包括外观品质、营养品质、风味品质等［12］。孝昌血桃属红肉桃，依据湖北省红肉桃标准［13］，本研究选取了风味、果肉色、单果重、可溶性固形物含量等9 项品质指标，参考桃种质资源数据质量规范［14］，对各品质指标进行了分级（表1），利用加权求和法构建了孝昌血桃的果实综合品质指数，其公式如式（1）所示。

表1 孝昌血桃果实品质指标分级及权重

式中，V为果实综合品质指数；Mi为各品质指标等级；Wi为第i个品质指标的权重，用层次分析法（AHP 法）计算（表1）。

2.2 气候品质指标

受温度、光照和降水等气候条件影响，孝昌血桃的有机营养成分具有独特的地域品质特征。一般来说，较高气温对桃生产起促进作用［15］，弱光对桃的外观品质和内在品质均有显著影响［16］，亏水则利于桃果实可溶性固形物含量和果实硬度的提高［17］；果实在膨大期至成熟期，随着降水量减少和日照时间延长，果实中的总糖含量增加，糖酸比提高，甜味增加，风味更浓郁［18］；成熟期较强或过多降水不利于果实着色［19］，果实生长后期的光照对花青苷的形成有显著影响［20］，温度也影响着花青苷的累积和分解［21］。这些结论表明，温度高而干旱的气候条件有利于桃果实品质的提高，特别是在果实膨大期至成熟期，在气温高、日照时间长、降水量偏少时，有利于果实最终形成良好品质。因此，本研究从果实膨大期至成熟期的光、温、水气象因子中筛选了果实膨大期前3 候的平均气温、气温累计日较差、日照时数以及果实成熟期前3 候的日照时数、降水量、平均相对湿度6 个气象因子。从以上分析可知，气象因子并不是孤立地影响果实的某个品质指标，而且气象条件并不能造成果实品质为0 或∞，说明气象因子是在一定基础上对果实品质产生影响。假设在一定条件b下，气象因子对综合品质的贡献率为a，则V=aX+b，利用气象因子数据和式（1）计算果实综合品质指数，分析各气象因子对果实综合品质的贡献（图1）。

图1 气象因子对孝昌血桃综合品质的贡献

从图1 可以看出，较高的平均气温、气温累计日较差、日照时数对果实综合品质指数是正贡献，而较大的降水量、平均相对湿度对果实综合品质指数是负贡献。分析结果与以往研究［15-21］的结论相符，故将果实膨大期至成熟期的这6 个气象因子选为孝昌血桃的气候品质指标，并给出了各气候品质指标的气候适宜度标准，见表2。

表2 孝昌血桃气候品质指标适宜度标准及权重

2.3 气候品质评价模型

2.3.1 气候品质指数 采用集合方式构建气候品质指数，其公式如式（2）所示。

式中，ICQ为气候品质指数；Mi代表第i个气候品质指标适宜度；Tsi代表各气候品质指标权重，参考TS评分分析法［22］，其计算式如式（3）所示，结果见表2。

式中，MAE为气候品质指标对果实综合品质指数的绝对拟合误差。

2.3.2 气候品质等级标准 根据式（1）和式（2）计算并分析了2015—2021 年孝昌血桃的果实综合品质指数和气候品质指数，分析二者间的相关性（图2），其相关系数高达0.944。

图2 气候品质指数与孝昌血桃综合品质的相关性

由图2 可知，气候品质指数与果实综合品质指数的拟合关系式如式（4）所示。

根据2015—2021 年的果实综合品质指数序列，基 于 百 分 比 方 法［23］，将V≥90%Vmax分 为 特 优，90%Vmax>V≥85%Vmax划分为优，其他划分为良及以下。其中，Vmax是果实综合品质指数分布的期望值，为4.20（图3）。依据式（4）计算得到气候品质等级评价标准（表3）。

图3 果实综合品质指数概率密度分布

表3 孝昌血桃气候品质等级评价标准

3 结果与应用

3.1 模型评价结果及验证

利用主产区附近的丰山区域站2011—2022 年的气温资料和孝昌站的日照时数和相对湿度资料对主产区丰山镇的孝昌血桃气候品质进行了评价，12年中有5 年为“特优”，5 年为“优”，2 年为“良及以下”（表4）。其中，2020 年果实品质一般的主要原因是果实进入成熟前出现了强降水和多雨多湿天气，造成果实可溶性固形物含量降低、可滴定酸含量增高、风味变酸、果肉色不红、果实硬度变软等，影响了果实综合品质。

表4 主产区孝昌血桃气候品质评价等级及检验结果

将气候品质评价结果与主产区2011—2022 年孝昌血桃的果实品质调查结果进行对比发现（表4），12 年中有11 年评价等级与大田调查的果实品质等级相符，仅2015 年虽然气候品质等级为“优”，但大田的果实品质等级略差为“良”，总体评价准确率达91.7%。

3.2 模型区划应用

利用13 个区域站的气象资料，基于气候品质评价模型计算了各站2018—2022 年的气候品质指数。根据气候品质分级标准，借助ArcGIS 软件，通过对气候品质指数进行内插和分类，得到孝昌县近5 年孝昌血桃的气候品质等级区划，见图4。

图4 孝昌县孝昌血桃气候品质等级区划

从图4 可以看出，近5 年中，除了2020 年孝昌县与主产区的气候品质一样为良及以下，2018 年、2019 年、2021 年和2022 年孝昌县的气候品质为“优”或“特优”的面积占比达85%以上。其中，2018 年、2019 年和2022 年大部区域为“特优”，仅在北部和东部中高山地区气候品质等级有所降低；2021 年的气候品质等级区域分布差异明显，气候品质等级“特优”区域集中于孝昌县西南部，面积约占1/3，其余除东部中高山区域的气候品质等级为“良及以下”外，其他大部区域的气候品质等级为“优”。总体来看，孝昌县种植的孝昌血桃气候品质等级为“优”以上，受气候变化的影响年际之间气候品质等级存在差异，东部和北部区域的气候品质等级受气候变化的影响更大。

4 小结与讨论

4.1 关键气候因子的探讨

孝昌血桃是湖北省少有的地方特色桃品种［3］，独具的“早、红、甜”优势与孝昌县特有的气候生态环境密切相关，果实迅速膨大期至成熟期是影响其品质形成的关键期。影响孝昌血桃品质的关键气候因子是温度、光照、降水量和湿度，气候品质指标包括果实膨大期前3 候的平均气温、气温累计日较差、日照时数以及果实成熟期前3 候的日照时数、降水量、相对湿度。其中，果实成熟前期的强降水或连续降水对果实综合品质的影响最大，这与果实进入成熟期后果实细胞生长特性趋缓对水分的调节能力变差有关［24］。湖北省地处长江中游地区，梅雨是其特有的降水气候特征，湖北省平均入梅雨日期为6 月18日，梅雨期是一年之中降水期和强降水最为集中的时段［25］。因此，孝昌县应以中早熟的孝昌血桃为主要发展品种，充分利用入梅雨前的集中晴好天气，保障孝昌血桃稳定的气候品质优势。

4.2 气候品质模型的应用与完善

模型中气候品质指数与果实综合品质指数间的相关系数高达0.944，模型对主产区2011—2022 年的气候品质评价结果与田间调查的果实综合品质等级相符比例高达90%以上，表明定量化模型能够较好地解释孝昌县气候对果实品质的影响，适用于田间孝昌血桃的果实品质评价。模型对孝昌县近5 年的孝昌血桃气候品质等级区划结果中，有4 年气候品质为“优”和“特优”的面积超过了85%，表明孝昌血桃产业的地域发展空间大。但模型中关键气候因子对各品质指标的具体影响程度还有待进一步研究，气候品质模型中各因子权重、适宜度指标范围等参数还需要在今后的应用中进一步校验和完善。