魏華兵，萬素琴，王芳芳，王會(huì)良，宋 哲，謝家旭

（1.咸寧市氣象局，湖北 咸寧 437100；2.武漢區(qū)域氣候中心，武漢 430074；3.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所，武漢 430064；4.孝感市氣象局，湖北 孝感 432000）

湖北省是長(zhǎng)江流域桃（Amygdalus persicaLinn.）生產(chǎn)大省，種植面積和產(chǎn)量居全國前五位［1］。孝感市栽種桃樹的歷史悠久，從20 世紀(jì)80 年代起，逐漸發(fā)展為全國重要的早熟桃產(chǎn)區(qū)。其中，孝昌血桃以豐富的鐵、有機(jī)酸、花青苷含量以及果肉鮮紅、質(zhì)地脆爽、風(fēng)味濃甜、食用方便等優(yōu)良品質(zhì)深受消費(fèi)者的喜愛［2，3］。2020 年，孝昌血桃獲得了國家地理標(biāo)志認(rèn)證，其栽培面積迅速擴(kuò)大至2 667 hm2，預(yù)計(jì)產(chǎn)值將超過3.5 億元，成為當(dāng)?shù)卣龠M(jìn)鄉(xiāng)村振興和農(nóng)民增收的重點(diǎn)支柱產(chǎn)業(yè)。目前，全國桃產(chǎn)業(yè)正處于數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期［1］，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)是提升品牌形象、增加產(chǎn)品收益和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的前提［4］。水果的品質(zhì)與栽培品種、氣候、土壤等因素有關(guān)，氣候條件是諸多因素中最活躍的因素，對(duì)品質(zhì)的變化起主導(dǎo)作用［5］。因此，開展孝昌血桃氣候品質(zhì)研究和應(yīng)用對(duì)提高其品牌價(jià)值、促進(jìn)桃產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)一般用抽樣樣本的品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)［6］，桃果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)體系由外觀、營養(yǎng)、風(fēng)味等多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)構(gòu)成，需要測(cè)定的品質(zhì)指標(biāo)項(xiàng)目多且測(cè)量程序復(fù)雜，品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果容易受到抽樣樣本影響。氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)是采用評(píng)價(jià)天氣氣候條件來確定農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等級(jí)優(yōu)劣的方法，多采用氣候品質(zhì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，方法簡(jiǎn)潔實(shí)用，可以較好地避免抽樣樣本對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。近年來，多地開展了茶葉［7］、水稻［8］、臍橙［9］、蘋果［10］等農(nóng)產(chǎn)品的氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)，并構(gòu)建了相應(yīng)的氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型。這些模型在關(guān)鍵因子的確定上大多側(cè)重于氣象要素對(duì)單個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的影響分析，單個(gè)品質(zhì)指標(biāo)往往只反映了果實(shí)品質(zhì)的某個(gè)側(cè)面，但氣象要素對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響多是綜合性的，而且基于單個(gè)品質(zhì)指標(biāo)分析的氣象因子指標(biāo)在模型中難于更改，其對(duì)品質(zhì)指標(biāo)的影響作用驗(yàn)證困難［11］，制約了模型的推廣應(yīng)用和進(jìn)一步完善。本研究利用孝昌縣主產(chǎn)區(qū)（豐山鎮(zhèn)）孝昌血桃的品質(zhì)數(shù)據(jù)和同期氣象資料，構(gòu)建了孝昌血桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，并對(duì)模型評(píng)估結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和區(qū)劃應(yīng)用，以期為利用氣候資源優(yōu)勢(shì)促進(jìn)孝昌血桃生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

孝昌縣位于湖北省東北部，地理坐標(biāo)為31°02′—31°46′N、113°45′—114°15′E，境內(nèi)地形北高南低，地貌以丘陵山地為主，土壤多為富含鉀、磷等元素的沙質(zhì)壤土。孝昌縣屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，熱量豐富，雨量適中，光照充足，無霜期長(zhǎng)，具有光、熱、水同期的特點(diǎn)。孝昌縣年平均氣溫17 ℃，1 月最冷，7 月最熱，極端最高氣溫為39.9 ℃，極端最低氣溫為-8.2 ℃；年降水量1 074.7 mm，夏季降水量占全年的48%以上；年日照時(shí)數(shù)超1 720 h，夏長(zhǎng)冬短。優(yōu)越的生態(tài)氣候條件為孝昌血桃提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境，孝昌血桃最早的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)區(qū)集中于孝昌縣豐山鎮(zhèn)，2020 以后逐漸擴(kuò)種至孝昌縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

氣象資料選取了2011—2022 年孝昌國家氣象觀測(cè)站（以下簡(jiǎn)稱孝昌站）及孝昌縣13 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站（以下簡(jiǎn)稱區(qū)域站）的氣象觀測(cè)資料，資料來源于湖北省氣象信息保障中心。果實(shí)品質(zhì)資料為2015—2022 年孝昌縣豐山鎮(zhèn)主產(chǎn)區(qū)的孝昌血桃品質(zhì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于孝昌縣農(nóng)業(yè)局。物候資料來自湖北省農(nóng)業(yè)氣象中心對(duì)七仙紅“孝昌血桃”農(nóng)業(yè)科技園（位于孝昌縣豐山鎮(zhèn)）中熟品種的調(diào)查數(shù)據(jù)，主要物候期：2 月底至3 月上旬進(jìn)入花芽萌動(dòng)期，3 月上旬至下旬為開花期，4 月上旬為幼果期，5 月中旬、下旬為果實(shí)膨大期，6 月上旬、中旬為果實(shí)成熟期。

2 氣候品質(zhì)指標(biāo)與評(píng)價(jià)模型

農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證從氣象學(xué)角度對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)的核心是篩選出氣候品質(zhì)指標(biāo)、建立農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型和劃分農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)等級(jí)。

2.1 果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)

果實(shí)品質(zhì)是由多因素構(gòu)成的復(fù)合體，包括外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)等［12］。孝昌血桃屬紅肉桃，依據(jù)湖北省紅肉桃標(biāo)準(zhǔn)［13］，本研究選取了風(fēng)味、果肉色、單果重、可溶性固形物含量等9 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)，參考桃種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量規(guī)范［14］，對(duì)各品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了分級(jí)（表1），利用加權(quán)求和法構(gòu)建了孝昌血桃的果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)，其公式如式（1）所示。

表1 孝昌血桃果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)分級(jí)及權(quán)重

式中，V為果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)；Mi為各品質(zhì)指標(biāo)等級(jí)；Wi為第i個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重，用層次分析法（AHP 法）計(jì)算（表1）。

2.2 氣候品質(zhì)指標(biāo)

受溫度、光照和降水等氣候條件影響，孝昌血桃的有機(jī)營養(yǎng)成分具有獨(dú)特的地域品質(zhì)特征。一般來說，較高氣溫對(duì)桃生產(chǎn)起促進(jìn)作用［15］，弱光對(duì)桃的外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)均有顯著影響［16］，虧水則利于桃果實(shí)可溶性固形物含量和果實(shí)硬度的提高［17］；果實(shí)在膨大期至成熟期，隨著降水量減少和日照時(shí)間延長(zhǎng)，果實(shí)中的總糖含量增加，糖酸比提高，甜味增加，風(fēng)味更濃郁［18］；成熟期較強(qiáng)或過多降水不利于果實(shí)著色［19］，果實(shí)生長(zhǎng)后期的光照對(duì)花青苷的形成有顯著影響［20］，溫度也影響著花青苷的累積和分解［21］。這些結(jié)論表明，溫度高而干旱的氣候條件有利于桃果實(shí)品質(zhì)的提高，特別是在果實(shí)膨大期至成熟期，在氣溫高、日照時(shí)間長(zhǎng)、降水量偏少時(shí)，有利于果實(shí)最終形成良好品質(zhì)。因此，本研究從果實(shí)膨大期至成熟期的光、溫、水氣象因子中篩選了果實(shí)膨大期前3 候的平均氣溫、氣溫累計(jì)日較差、日照時(shí)數(shù)以及果實(shí)成熟期前3 候的日照時(shí)數(shù)、降水量、平均相對(duì)濕度6 個(gè)氣象因子。從以上分析可知，氣象因子并不是孤立地影響果實(shí)的某個(gè)品質(zhì)指標(biāo)，而且氣象條件并不能造成果實(shí)品質(zhì)為0 或∞，說明氣象因子是在一定基礎(chǔ)上對(duì)果實(shí)品質(zhì)產(chǎn)生影響。假設(shè)在一定條件b下，氣象因子對(duì)綜合品質(zhì)的貢獻(xiàn)率為a，則V=aX+b，利用氣象因子數(shù)據(jù)和式（1）計(jì)算果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)，分析各氣象因子對(duì)果實(shí)綜合品質(zhì)的貢獻(xiàn)（圖1）。

圖1 氣象因子對(duì)孝昌血桃綜合品質(zhì)的貢獻(xiàn)

從圖1 可以看出，較高的平均氣溫、氣溫累計(jì)日較差、日照時(shí)數(shù)對(duì)果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)是正貢獻(xiàn)，而較大的降水量、平均相對(duì)濕度對(duì)果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)是負(fù)貢獻(xiàn)。分析結(jié)果與以往研究［15-21］的結(jié)論相符，故將果實(shí)膨大期至成熟期的這6 個(gè)氣象因子選為孝昌血桃的氣候品質(zhì)指標(biāo)，并給出了各氣候品質(zhì)指標(biāo)的氣候適宜度標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 孝昌血桃氣候品質(zhì)指標(biāo)適宜度標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重

2.3 氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型

2.3.1 氣候品質(zhì)指數(shù) 采用集合方式構(gòu)建氣候品質(zhì)指數(shù)，其公式如式（2）所示。

式中，ICQ為氣候品質(zhì)指數(shù)；Mi代表第i個(gè)氣候品質(zhì)指標(biāo)適宜度；Tsi代表各氣候品質(zhì)指標(biāo)權(quán)重，參考TS評(píng)分分析法［22］，其計(jì)算式如式（3）所示，結(jié)果見表2。

式中，MAE為氣候品質(zhì)指標(biāo)對(duì)果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)的絕對(duì)擬合誤差。

2.3.2 氣候品質(zhì)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算并分析了2015—2021 年孝昌血桃的果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)和氣候品質(zhì)指數(shù)，分析二者間的相關(guān)性（圖2），其相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.944。

圖2 氣候品質(zhì)指數(shù)與孝昌血桃綜合品質(zhì)的相關(guān)性

由圖2 可知，氣候品質(zhì)指數(shù)與果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)的擬合關(guān)系式如式（4）所示。

根據(jù)2015—2021 年的果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)序列，基 于 百 分 比 方 法［23］，將V≥90%Vmax分 為 特 優(yōu)，90%Vmax>V≥85%Vmax劃分為優(yōu)，其他劃分為良及以下。其中，Vmax是果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)分布的期望值，為4.20（圖3）。依據(jù)式（4）計(jì)算得到氣候品質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表3）。

圖3 果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)概率密度分布

表3 孝昌血桃氣候品質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與應(yīng)用

3.1 模型評(píng)價(jià)結(jié)果及驗(yàn)證

利用主產(chǎn)區(qū)附近的豐山區(qū)域站2011—2022 年的氣溫資料和孝昌站的日照時(shí)數(shù)和相對(duì)濕度資料對(duì)主產(chǎn)區(qū)豐山鎮(zhèn)的孝昌血桃氣候品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，12年中有5 年為“特優(yōu)”，5 年為“優(yōu)”，2 年為“良及以下”（表4）。其中，2020 年果實(shí)品質(zhì)一般的主要原因是果實(shí)進(jìn)入成熟前出現(xiàn)了強(qiáng)降水和多雨多濕天氣，造成果實(shí)可溶性固形物含量降低、可滴定酸含量增高、風(fēng)味變酸、果肉色不紅、果實(shí)硬度變軟等，影響了果實(shí)綜合品質(zhì)。

表4 主產(chǎn)區(qū)孝昌血桃氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)及檢驗(yàn)結(jié)果

將氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與主產(chǎn)區(qū)2011—2022 年孝昌血桃的果實(shí)品質(zhì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)（表4），12 年中有11 年評(píng)價(jià)等級(jí)與大田調(diào)查的果實(shí)品質(zhì)等級(jí)相符，僅2015 年雖然氣候品質(zhì)等級(jí)為“優(yōu)”，但大田的果實(shí)品質(zhì)等級(jí)略差為“良”，總體評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率達(dá)91.7%。

3.2 模型區(qū)劃應(yīng)用

利用13 個(gè)區(qū)域站的氣象資料，基于氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)模型計(jì)算了各站2018—2022 年的氣候品質(zhì)指數(shù)。根據(jù)氣候品質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，借助ArcGIS 軟件，通過對(duì)氣候品質(zhì)指數(shù)進(jìn)行內(nèi)插和分類，得到孝昌縣近5 年孝昌血桃的氣候品質(zhì)等級(jí)區(qū)劃，見圖4。

圖4 孝昌縣孝昌血桃氣候品質(zhì)等級(jí)區(qū)劃

從圖4 可以看出，近5 年中，除了2020 年孝昌縣與主產(chǎn)區(qū)的氣候品質(zhì)一樣為良及以下，2018 年、2019 年、2021 年和2022 年孝昌縣的氣候品質(zhì)為“優(yōu)”或“特優(yōu)”的面積占比達(dá)85%以上。其中，2018 年、2019 年和2022 年大部區(qū)域?yàn)椤疤貎?yōu)”，僅在北部和東部中高山地區(qū)氣候品質(zhì)等級(jí)有所降低；2021 年的氣候品質(zhì)等級(jí)區(qū)域分布差異明顯，氣候品質(zhì)等級(jí)“特優(yōu)”區(qū)域集中于孝昌縣西南部，面積約占1/3，其余除東部中高山區(qū)域的氣候品質(zhì)等級(jí)為“良及以下”外，其他大部區(qū)域的氣候品質(zhì)等級(jí)為“優(yōu)”?？傮w來看，孝昌縣種植的孝昌血桃氣候品質(zhì)等級(jí)為“優(yōu)”以上，受氣候變化的影響年際之間氣候品質(zhì)等級(jí)存在差異，東部和北部區(qū)域的氣候品質(zhì)等級(jí)受氣候變化的影響更大。

4 小結(jié)與討論

4.1 關(guān)鍵氣候因子的探討

孝昌血桃是湖北省少有的地方特色桃品種［3］，獨(dú)具的“早、紅、甜”優(yōu)勢(shì)與孝昌縣特有的氣候生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)，果實(shí)迅速膨大期至成熟期是影響其品質(zhì)形成的關(guān)鍵期。影響孝昌血桃品質(zhì)的關(guān)鍵氣候因子是溫度、光照、降水量和濕度，氣候品質(zhì)指標(biāo)包括果實(shí)膨大期前3 候的平均氣溫、氣溫累計(jì)日較差、日照時(shí)數(shù)以及果實(shí)成熟期前3 候的日照時(shí)數(shù)、降水量、相對(duì)濕度。其中，果實(shí)成熟前期的強(qiáng)降水或連續(xù)降水對(duì)果實(shí)綜合品質(zhì)的影響最大，這與果實(shí)進(jìn)入成熟期后果實(shí)細(xì)胞生長(zhǎng)特性趨緩對(duì)水分的調(diào)節(jié)能力變差有關(guān)［24］。湖北省地處長(zhǎng)江中游地區(qū)，梅雨是其特有的降水氣候特征，湖北省平均入梅雨日期為6 月18日，梅雨期是一年之中降水期和強(qiáng)降水最為集中的時(shí)段［25］。因此，孝昌縣應(yīng)以中早熟的孝昌血桃為主要發(fā)展品種，充分利用入梅雨前的集中晴好天氣，保障孝昌血桃穩(wěn)定的氣候品質(zhì)優(yōu)勢(shì)。

4.2 氣候品質(zhì)模型的應(yīng)用與完善

模型中氣候品質(zhì)指數(shù)與果實(shí)綜合品質(zhì)指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.944，模型對(duì)主產(chǎn)區(qū)2011—2022 年的氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與田間調(diào)查的果實(shí)綜合品質(zhì)等級(jí)相符比例高達(dá)90%以上，表明定量化模型能夠較好地解釋孝昌縣氣候?qū)麑?shí)品質(zhì)的影響，適用于田間孝昌血桃的果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)。模型對(duì)孝昌縣近5 年的孝昌血桃氣候品質(zhì)等級(jí)區(qū)劃結(jié)果中，有4 年氣候品質(zhì)為“優(yōu)”和“特優(yōu)”的面積超過了85%，表明孝昌血桃產(chǎn)業(yè)的地域發(fā)展空間大。但模型中關(guān)鍵氣候因子對(duì)各品質(zhì)指標(biāo)的具體影響程度還有待進(jìn)一步研究，氣候品質(zhì)模型中各因子權(quán)重、適宜度指標(biāo)范圍等參數(shù)還需要在今后的應(yīng)用中進(jìn)一步校驗(yàn)和完善。