上海市金山区蟠桃气候品质评价模型

孙扬越，李 军，周 涛，高 超，吴秋洁

（1.上海市金山区气象局，上海 200540；2.上海市气候中心，上海 200030；3.上海市蟠桃研究所，上海 200540）

0 引言

金山区位于上海市的西南部，是农业大区。皇母蟠桃作为金山的特色农产品之一，于2012年获得了国家地理标志产品称号。早前，玉露蟠桃于2002年正式注册“皇母牌”商标，该品种蟠桃果形扁平、果肉柔软多汁而味甜，营养价值丰富，是桃子中的珍品［1］。金山区现有蟠桃种植面积233.33 hm2，其中种植核心区吕巷镇的种植面积为181.46 hm2，产量可达15 t/hm2。经过长期的培育，金山蟠桃已形成了一套优质、高效的栽培技术，如田间管理中采用疏花疏果、摘老叶、通风、病虫防治和肥水灌溉等一系列措施［2］，并积极向种植户推广，以达到提高果实的产量、品质和经济效益的目的。

农产品气候品质评价是指气候条件对农产品品质影响优劣等级的评定，是基于气象条件对农产品品质差异进行的客观评价，是提升农产品市场竞争力的有效途径之一。果实品质是在当地气候环境背景下长期栽培而形成的固有品质［3］，品质的形成受品种、管理措施和气象环境条件的共同影响，其中气象条件是蟠桃生长和品质形成的重要影响因素，受其影响易造成蟠桃产量年际波动大、品质不稳定等现象。目前，针对果实品质开展的气象条件分析研究比较丰富，如自2012年来，在气象部门推动下，已在优质茶叶、酥梨、苹果、脐橙等农产品中开展了气候品质认证工作［3-7］。金志凤等［3］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；李德等［4］采用相关分析、经验函数、阶梯函数、层次分析、逐步回归、概率分位数和加权求和等方法，综合考虑外观和内在品质因素，建立了砀山酥梨气候品质综合指数模型；刘璐等［6］研究得出，陕西红富士苹果单果重、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量与膨大期降水量、幼果期日较差、着色成熟期平均最低气温及着色成熟期降水量呈显著正相关关系，果径与全生长季平均气温呈显著负相关关系；张志勇等［7］研究表明，6—11月气温日较差和10—11月总日照时数对赣南脐橙可溶性固形物含量的影响最大，10—11月平均气温和降水量对赣南脐橙总酸含量影响最明显，并设计确定了赣南脐橙气候品质认证指标。当前的研究多采用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，有效提升了农产品的经济效益。

目前，关于金山特色农产品蟠桃的研究多集中于新品种选育、种植模式和田间管理等方面。金山本地形成了一套优质高效的栽培技术，如蟠桃所引进的金霞系列新品种打破了传统矮化密植栽培方式，而采用了宽行密植、起垄栽培的模式［11］。因设施栽培蟠桃在花期和幼果期易遭早春低温冻害的影响，导致坐果率低、产量下降［9］，所以金山本地蟠桃采用简易避雨栽培模式，该模式投入成本较少，经济效益可观，能高效推进蟠桃标准化生产［10］。因此，本研究探讨了气象条件对蟠桃果实品质的影响，建立了其气候评价指标，以期为今后金山区蟠桃产业气象服务保障提供技术支撑，提升金山都市农业气象服务的能力和水平。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究试验地点在上海市蟠桃研究所种植基地，位于金山区吕巷镇。上海市金山区属于亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛。1991—2020年，蟠桃从萌芽到采摘期（3月上旬至7月中旬）的平均降雨量为618.2 mm，采摘期7月的平均气温为28.4 ℃，生长期内光照充足，常年平均总日照时数为751.7 h。

通过对金山区常年气候条件的分析（图1）可知，金山区1991—2020年平均气温为16.7 ℃，气温倾向率为0.52 ℃/10 a，上升趋势明显，热量资源增多；年平均降水量为1251.9 mm，降水量倾向率为116.72 mm/10 a，其中2003、2011年出现极小值，年降雨量在700 mm左右；年平均日照时数为1740.7 h，呈下降趋势且年际波动较大，年日照时数倾向率为-17.80 h/10 a，2020年出现极小值，为1600.7 h。

图1 1991—2020年金山区光、温、水资源的变化趋势

1.2 数据来源

选取蟠桃研究所种植基地的主栽品种玉露为研究对象，该品种为中晚熟品种。基地土壤肥力均匀，配套栽培管理水平一致，4 a生“Y”形树体结构，植株行距在1.5 m×5 m。观察蟠桃物候期并测量果实性状，主要为品质因素中的可溶性固形物含量和产量因素中的单果重。研究时间为2015—2021年，其中2016年缺少观测数据，实际开展了6 a的试验。受2021年台风影响，果园果树被淹，均重新种植，2022年观测数据缺失。

气象数据来源于金山区国家气象观测站，距离吕巷镇约6.5 km，该站能够代表种植基地的气候条件情况。气象数据包括2015—2021年逐日最高温度、最低温度、相对湿度、日照时数和降水量。

1.3 研究方法

1.2.1 关键时段和主要气象因子分析 以各年果实成熟期（采摘）作为起点，以天为步长向前滑动统计不同时段内（成熟前1，2，3，…，n天）各气象因子（最高气温、最低气温、日较差、降水量、日照时数和相对湿度）与单果重、可溶性固形物含量之间的相关系数，筛选出影响单果重和可溶性固形物含量的关键时段和主要气象因子。

1.2.2 数理统计方法 采用相关分析和回归等统计方法［12-13］，筛选对玉露蟠桃品质形成影响的关键气象因子及时段，基于此通过多元逐步回归方法建立可溶性固形物和单果重气象模型。利用Excel和Matlab软件进行数据处理和分析。

1.3 玉露蟠桃品质指标

根据《地理标志产品 金山蟠桃》（DB31/T 601—2019）［14］和专家实际生产经验，在果实达到适当成熟度采摘，以保持果实完整，果面洁净。将蟠桃果实按理化指标进行选择，取果实扁圆形、厚实，无压伤、手指捏伤、刺伤、果柄处破皮、各种伤疤、病虫果及果顶穿孔、畸形果等缺陷，味香，成熟度8分以上。在符合上述基本要求的前提下，按照单果重和可溶性固形物含量将蟠桃分为3个等级（表1）。

表1 玉露蟠桃品质等级标准

2 结果与分析

2.1 蟠桃生长期农业气候条件

光照、热量和水资源是影响果树生长发育和产量形成的重要气候要素。对2011—2020年金山蟠桃生育期内的≥10 ℃有效积温、日照时数和降水量做统计分析，用以研究蟠桃生长期间的光照、热量和水资源的变化特征（图2）。金山区蟠桃萌芽期在3月上旬，初花期为3月22日，成熟期为7月18日。分析发现，2018年研究区≥10 ℃有效积温、降水量均达到了研究时段的极值，且该年的降水量也为最低值。2020年研究区的降水量猛增，且日照时数为研究时段最低值。总体来看，近10 a金山区蟠桃生长期内热量和水分资源均呈增多趋势，而光照资源呈减少趋势，≥10 ℃有效积温的增幅为5.77 ℃·d/a，降水量增幅为17.17 mm/a，日照时数降幅为29.3 h/a。热量资源增多通常会加快果实生长速度，缩短果实生育期，造成果实产量下降；光照资源减少将会对蟠桃光合速率和光合产物产生不利影响，影响果实风味；水资源增多利于果实膨大，但对蟠桃生长后期果实风味形成不利。因此，在实际生产中需要结合田间管理措施趋利避害。

2.2 影响蟠桃产量和品质的关键期和气象因子

利用2015、2017—2020年共5 a的气象数据和同期蟠桃品质数据，计算和分析了蟠桃单果重和可溶性固形物含量与多个时段气象因子之间的相关系数，通过相关系数(r)普查，筛选出影响单果重和可溶性固形物含量的主要气象因子和时段，结果见表2。在影响玉露蟠桃品质和产量的气象要素中，降水量、最低气温和气温日较差对蟠桃品质影响较大；从影响时段上来看，膨大期和着色成熟期是蟠桃品质形成的关键时期。

表2 玉露蟠桃关键品质与气象因子的相关系数

气温条件不仅会影响果树的生育进程，还通过影响果树的物质积累分配进而影响到果实品质和产量的形成。有研究表明，热量高地区的果实含糖量比热量低地区的高［15］，气温日较差与全糖含量、糖酸比、维生素C含量等均存在明显正相关［16］。本研究分析发现，玉露蟠桃最高温度、最低温度、日较差、日照时长、相对湿度与单果重均呈负相关关系。果实成长后期（7月中下旬）的最高温度、日较差、日照时长、相对湿度与可溶性固形物含量均呈正相关关系。降水量是影响蟠桃品质和产量的最重要气象因子之一，水分条件会影响果实大小、风味、果汁量和质地。在果实膨大期（6月下旬）降水量对蟠桃增重明显，而在着色成熟期（7月上中旬）的降水量与可溶性固形物含量呈显著负相关，不利于蟠桃果实风味的形成。

2.3 建立蟠桃气候品质指标模型——可溶性固形物含量和单果重模型

可溶性固形物含量是蟠桃最主要的内质品质之一，可溶性固形物含量越高，果实风味越佳，其营养价值也越高。选取通过P＜0.05显著性水平检验的关键气象因子进行逐步回归，得到可溶性固形物含量的多元回归模型以及标准回归系数（表3），通过标准回归系数可以判断影响蟠桃品质的气象因子及其贡献大小。由表3可知，影响可溶性固形物含量的气象因子贡献大小依次为采摘前11 d，即着色期内的降水量、采摘前43 d内的平均日最低气温和采摘前19 d内的日较差。日较差大有利于糖酸的转化，夜间温度较低，植物呼吸作用减弱，能量消耗少利于糖分的储存，而着色成熟期降水多会导致果实风味变淡和腐烂。因此，果实二次膨大期到着色成熟期间低温偏低、日较差大有利于可溶物固形物含量的提高。单果重是衡量果实产量的重要指标，影响单果重的最关键气象因子为采摘前28 d内（即快速膨大期内）的降水量，表明该时段内降水量对蟠桃果实增重影响明显。

表3 气象条件影响蟠桃可溶性固形物含量的逐步回归模型和单果重的统计模型

2.4 模型检验

将2021年气象要素值代入模型，计算得到可溶性固形物含量为13.6%、单果重为180.7 g，实际测得玉露蟠桃可溶性固形物含量为13.8%、单果重为195.3 g，可溶性固形物含量和单果重实测值与模拟值的相对误差分别为1.8%和8.0%。根据表1玉露蟠桃品质等级判定标准可知，此玉露蟠桃品质为一级。

2.5 建立蟠桃气候品质等级指标

由于蟠桃品质形成是多气象要素共同作用的结果，因此结合可溶性固形物含量和单果重模型，参考表1的临界值，借鉴专家经验，计算并参考生产实际，确定玉露蟠桃气候品质等级指标（表4）。由表4可知，当气候品质指标同时满足采摘前19 d日较差≥6.0 ℃，采摘前28 d内降水量≥166.4 mm，且采摘前11 d内的降水量≤68.0 mm，采摘前43 d内的平均日最低气温≤23.0 ℃，则蟠桃品质指标达特级。利用果品气候品质指标，即可对金山蟠桃内质品质和产量等级进行预测和评价。

表4 玉露蟠桃气候品质等级指标

2.6 玉露蟠桃气候品质评价模型

为定性评价蟠桃品质，科学衡量各品质指标对果品综合品质的影响，利用表5中玉露蟠桃气候品质分级指标采用加权求和法，建立气候品质综合评价模型［5］。因可溶性固形物含量和单果重指标均为评价果品品质的关键指标，对认证模型中的4项指标作等权处理，同时对一、二、三等级分别赋予数值1、2、3，作为气候品质分级指标的评价等级。公式为：

表5 基于CQEI对玉露蟠桃气候品质的认证等级

式中，CQEI为气候品质评价指数(Climate quality evaluation index)；Gi为第i个气候品质分级指标的评价等级，Gi=1，2，3。为客观反映果品气候品质等级，并与表1的评价等级具有可比性，以4个气候品质分级指标的CQEI计算结果为划分依据，将玉露蟠桃气候品质认证等级定为特级、优、良和一般4个等级（表5）。

2.7 2021年玉露蟠桃气候品质等级评价应用

利用2021年蟠桃品质和气象数据进行气候品质等级评价，2021年蟠桃的采摘期为7月18日，将2021年气象要素值代入模型可知，采摘前11 d内的降水量为59.3 mm、采摘前43 d内的平均日最低气温为23.9 ℃、采摘前19 d内的日较差为6.6 ℃、采摘前27 d的降水量为140.6 mm。2021年采摘地气象基础数据计算CQEI=1.5，参照表4、表5可知，气候品质的认证等级为“优”，对照表1来看，蟠桃理化品质等级实际为一级。

3 结论与讨论

本研究利用2015、2017—2021年共6 a的玉露蟠桃物候品质数据及同期气象资料进行建模和验证，通过分析玉露蟠桃果实品质与气象条件的关系发现，膨大期和着色成熟期是蟠桃品质形成的关键时期，研究发现单果重和膨大期的降水量呈显著正相关关系，果实二次膨大期到着色成熟期间低温偏低、日较差大有利于可溶物固形物含量的提高，该结论与杨明凤等［17］的研究结论一致。快速膨大期内降水对蟠桃果实增重明显，符合晚熟蟠桃品种在果实膨大期干物质快速积累的生物性特点［18］。此外，研究发现采摘前19 d内的日较差和采摘前11 d内的降水量均会影响可溶性固形物含量，因此着色成熟期是对蟠桃果实风味影响最大的生育期。研究结果明确了蟠桃品质和产量形成与关键生育期内不同气象因子的关系，为指导今后蟠桃种植生产，改善果园小气候环境，促进果实品质提升提供技术依据。

农产品气候品质是在一定区域内经过长时期栽培形成的地方特色农产品的固有品质。近几年，从气候角度量化评价气象条件对农产品品质优劣影响的研究逐渐发展起来。在前人研究基础上，对金山特色农产品蟠桃的气候品质模型进行本地化研究。通过初步建立的蟠桃品质多因子统计模型，为计算果品气候品质分级指标提供条件，对蟠桃品质进行量化描述。由于蟠桃历史品质、物候资料有限，在分析蟠桃品质和气象条件的关系时未考虑气象灾害的影响，今后需不断完善模型，提高评价技术的精细化程度和科学性。