油用牡丹种子采摘始期预报模型研究

张翠英 吕令华 樊献政 李瑞英

摘要：為探讨油用牡丹种子成熟采摘期受气象条件影响的变化规律，依据菏泽市2008—2019年油用牡丹物候观测资料和生育期间气温、光照及降水量等气象要素，利用Microsoft Office Excel 2013、DPS统计软件，采取相关分析、回归分析、滑动平均等数理统计方法，分析了气象条件对油用牡丹生长及种子成熟期的影响。结果表明：油用牡丹花期年变化趋势和种子采摘始期年变化趋势基本一致，个别年份因出现特别的气候异常除外；影响种子采摘始期的气象因子主要是温度，包括平均气温、积温、最高最低日较差等，相关性达显著性检验。光照、湿度、降水等与种子采摘始期相关不显著，但这些气象因子对牡丹生长的影响不容忽视；选取相关显著的气象因子，采用回归方法，建立了油用牡丹种子采摘始期预报模型，分别于7月11日、7月21日制作并发布种子采摘始期预报。模型历史回代，并对2019、2020年进行预报检验（允许误差均在±1天），准确率均为100%，拟合和试报效果较为理想，研究结果可为花农适时采摘优质牡丹种子提供科学参考依据。

关键词：油用牡丹；种子采摘；始期；预报模型；气象条件；影响；变化规律

中图分类号：P49文献标志码：A论文编号：cjas2020-0184

The Prediction Model of Seed Picking Initial Period of Oil Tree Peony

Zhang Cuiying1， Lv Linghua2， Fan Xianzheng3， Li Ruiying1（1Heze Meteorological Bureau of Shandong Province， Heze 274000， Shandong， China； 2Heze Academy of Agricultural Sciences of Shandong Province， Heze 274000， Shandong， China；3Zhaoyuan Meteorological Bureau of Shandong Province， Zhaoyuan 265400， Shandong， China）

Abstract： To explore the variation law of oil peony seed ripening and picking period affected by meteorological condition， based on the phenological observation data of oil tree peony from 2008 to 2019 and the meteorological elements such as temperature， light and precipitation during the growth period， Microsoft Office Excel 2013 and DPS statistical software were used to analyze the effects of meteorological conditions on the growth and seed maturity of oil tree peony by means of correlation analysis， regression analysis and moving average. The results showed that： the annual change trend of oil tree peony flowering period was basically the same as that of the beginning of seed picking， except some special climatic anomalies in some years； the meteorological factors that affecting the beginning of seed picking were temperature， including average temperature， accumulated temperature， maximum and minimum daily difference， and the correlation reached significant test. Light， humidity， precipitation and other meteorological factors had no significant correlation with the beginning of seed picking， but the influence of these meteorological factors on the growth of peony could not be ignored. Selecting the relevant significant meteorological factors and using regression method， the prediction model of oil peony seed picking initial period was established， and the seed picking beginning forecast was made and released on July 11 and July 21， respectively. The accuracy of the model was 100%， and the fitting and test results were ideal. The research results could provide scientific reference for flower growers to timely pick high-quality peony seeds.

Keywords： Oil Tree Peony； Seed Picking； Initial Period； Forecast Model； Meteorological Condition； Influence； Change Law

0引言

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr）为芍药科芍药属牡丹组落叶小灌木，在中国各地已有1500多年的园艺栽培历史[1-2]，是一种传统的观赏和药用植物，结实力强、果荚大、结籽多且籽粒饱满，产量稳定、生长快、适应性广[3]。文献记载种植五年牡丹产量是大豆的2～3倍，含油率22%以上，高于大豆的19%，牡丹籽油不饱和脂肪酸更是达到92%。油用牡丹属多年生木本植物，耐旱、耐阴、耐贫瘠，种植范围广，适合中国大部分区域生长，也可用荒山治理、林下种植等，是中国特有的油料资源，具有种植成本低、产量高、出油率高、油品质好，还能持续生态循环生产等特点的油料作物，营养价值优良，社会、经济和生态效益都比较可观，是一种集油用、药用和观赏价值为一身重要的经济生态植物。

目前，国内外学者针对油用牡丹的栽培、新品种培育[4-7]进行研究，李兆玉[8]、成仿云等[9]对油用牡丹的发展进行分析和探讨，牡丹根皮的药用价值、催花方面的研究比较多[10-12]。陈慧玲等[13]研究了油用牡丹育种、栽培及繁育等。张钦等[14]总结了油用牡丹的栽培技术。在本研究检索范围内，尚未见气象因子对油用牡丹物候期的影响、油用牡丹的种子采摘期预测的研究。随着牡丹产业化的进一步发展，油用牡丹经济和社会价值正引起人们的关注。因此探讨气象条件与油用牡丹物候期关系，气象因子对油用牡丹生长发育及物候期的影响、准确预测油用牡丹种子采摘期等，在生产管理上能趋利避害，对促进油用牡丹产业化的发展，生产中趋利避害等起到积极作用。

菏泽具有种植牡丹的得天独厚的条件。地处黄河冲积平原的菏泽土质疏松、土层深厚、土地肥沃，四季分明，雨热同季，自古以来就是中国牡丹的最适宜生长区，近年来油用牡丹种植面积达33333.3 hm2，是全国牡丹存量面积最大的地级市。

据调查走访发现，在油用牡丹种子采摘标准方面缺乏科学、规范的深入研究。因此，掌握油用牡丹种子适宜采摘期，准确了解其采摘较好的采摘时段，对指导及时采摘，提升种子的出芽、种籽的出油率、种子的品质和产量量具有重要的实际意义。本研究通过对 2008—2019年油用牡丹整个生育期的物候进行观测和记录，对种子采摘期与前期的光温水等进行相关分析，筛选出对牡丹产量、采摘期影响显著的气象因子，建立油用牡丹种子采摘始期预报模型，提前做出种子采摘期预报，为花农最佳采摘时间提供科学的预测和预报。在適宜期采摘种子易获得高产、提高出芽率和出油率，从而提高牡丹生产的经济效益，促进牡丹产业可持续发展。

1材料与方法

1.1资料来源

根据访谈调研、查找文献和国家气象观测站菏泽农业气象观测相结合，依据农业气象观测规范[15]规定，物候资料为2008—2019年油用牡丹种子采摘期资料；油用牡丹产量因素来自菏泽市牡丹产业发展中心；气象资料来自菏泽国家气象观测站地面测报资料，主要包括2008—2019年1—7月种子采摘前的旬气温、积温、降水及日照等；1981—2010年气候整编资料来自山东省气象信息中心。

1.2相关分析方法

牡丹花凋谢后进入生殖生长阶段，一直到种子采摘期，统计前期气象因子与油用牡丹采摘期进行相关分析[16-17]，选取与采摘期相关显著的气象因子。

1.3回归分析

利用Microsoft Office Excel 2013，借助统计软件DPS对选取的气象因子与采摘期进行处理和回归分析：回归系数间采用最小二乘法[18-19]，公式如（1）所示。

1.4滑动平均法

又称移动平均法[20]，它是以一连串部分重叠的序列的平均值组成新序列的一种方法。

1.5积温计算

作物完成生长发育要求一定的积温，应用积温计算作物发育期出现日期，并能衡量作物发育速率，制作物候期预报等。

2结果与分析

2.1油用牡丹开花期、种子采摘始期变化曲线

通过访谈调研，实地油用牡丹物候期的观测，当观测牡丹植株出现牡丹某一发育期特征时，牡丹就进入了这个发育期，观测的大田牡丹进入某发育期，是以观测的牡丹总株数中进入发育期的牡丹株数所占的百分率确定的。首次观测植株≥10%为进入某个发育期的始期，观测到植株发育期≥30%为牡丹进入发育普遍期。油用牡丹2008—2019年开花始期、种子采摘始期年变化趋势线见图1。

油用牡丹开花始期与种子采摘始期趋势线基本吻合，说明开花期早，种子成熟也相应会早。但也有特别年份，2010年2—4月平均气温分别较常年偏少0.1、0.8、2.3℃，牡丹芽萌动至开花期较常年推迟，开花始期出现在4月19日，与其他年份相比开花期偏晚一周左右。但由于后期气象条件较好，有利于牡丹生长发育，种子成熟始期偏早，出现在7月24日，没有与花期相应的推迟，说明牡丹后期生长的气象条件对牡丹种子成熟影响较大。2018年前期气温偏高，3月上旬、4月上旬出现2次低温天气，观测调查发现牡丹出现不同程度的冻害，但由于其他时段气温偏高，牡丹开花期较早，出现在4月上旬初，但后期气象条件对牡丹生长不利，种子成熟略有推迟，图1显示牡丹2018年开花与种子成熟趋势出现明显不一致，因此牡丹开花期与种子成熟期由于气象条件的利弊，两者不一定完全一致。

2.2产量因素与气象条件的关系

随着油用牡丹花的凋谢，在叶腋处又重新开始孕育新的鳞芽，一般在4月下旬末至7月底8月初，鳞芽开始分化，叶片迅速放大，且增大增厚，颜色呈绿或深绿色，牡丹营养生长相对变缓慢。这段时间气温偏高、日照充足，降水充沛等气象条件对牡丹后期生长有利，较好的气象条件有利于干物质积累，种子成熟，产量偏高。

牡丹蓇葖果是果实的一种类型，属干果中的裂果。观测发现菏泽油用牡丹种子一般在7月下旬至8月上旬进入成熟期，不同年份气象条件不同成熟早晚略有差异。油用牡丹从花凋谢到种子成熟，大约需100天左右。菏泽市牡丹产业发展中心试验发现，牡丹子即将成熟时，果荚呈蟹黄色，果荚内种子正在由黄绿色向褐色、黑色转化。大面积采摘前，随机采摘少量果荚立即剥开取种，大约近50%牡丹种子已经变为褐色、黑色，适宜大量采收。若采摘过晚，果角部分开裂，种子呈褐色或黑色，种子成熟过度，难于发芽。在果荚开裂前已经变褐色、黑色的种子，出芽率可以达到95%以上。由于牡丹花期早晚差异，种子成熟也有早有晚（前后相差近10天），如果条件允许，分批采收更能提高采种质量和牡丹的产量。

针对牡丹种子适宜期的采摘，菏泽市牡丹产业发展中心[21]对牡丹产量单独测定。结果发现采收过早的种子育苗影响出苗率，且幼苗生长纤弱；种籽榨油，出油率明显偏低，油品质也有所降低；试验显示过晚采摘的牡丹种子，成熟过度，育苗难以发芽，对产量产生不利影响，因此适时采摘牡丹种子效益高（图2）。

在菏泽市不同种植油用牡丹的地块测定产量因素（表1），由于选择测点的位置、田间管理措施、苗龄等因素不同，产量也有差异。对比发现，测点选在边行，测定的牡丹种子结籽等各方面数据均高于或不低于里行，但测定的产量低于里行，预计边行没有里行的牡丹授粉效果好，比如郓城、巨野选取的里行的2个点，种籽单产明显偏高。在土壤条件、田间管理水平较好的前提下，牡丹密植利于高产。

菏泽常年7月下旬至8月上旬，气温偏高，光照充足，降水偏多，适时采摘牡丹种籽出油率较高，牡丹油品质好。由表1可见，牡丹不同苗龄产量也不同，随着苗龄的增长，产量逐渐增加，种子适时采摘能增加产量，过早或过晚采摘对牡丹产量产生不利影响。

2.3牡丹生长期土壤水分变化趋势

牡丹原产于中国西北较干旱地区，本身根系发达耐旱[22-23]。所以牡丹对水分的要求不是很高，但如果长期缺水或明显偏多，干旱和涝灾对牡丹造成危害较大。2004年7月雨日达18天，累积降水量396.8 mm，降水较常年明显偏多，牡丹因地块长时间积水出现大面积死亡。

統计牡丹大田自动土壤水分监测站资料发现，牡丹生殖生长期间土壤相对湿度[15]10～50 cm大部分在50%～90%，墒情较为适宜，牡丹生长良好。2015、2019年5月下旬至6月中旬降水明显偏少，土壤相对湿度略偏低。2016年7月中旬，2019年6月下旬降水较常年明显偏多，农田土壤墒情较好，对油用牡丹后期生长、种子成熟和优质高产有利。牡丹开花凋谢后5—8月各旬10～50 cm土壤相对湿度见图3。

选取2015、2016、2019年5—8月10～50 cm各层土壤相对湿度，根据每年观测生长发育期、开花及种子采摘期等物候期，对比发现没有明显的干旱和涝灾，牡丹长势较好，这也验证了牡丹对水分要求不是很严格的说法，表2相关系数也同样验证了这一点。由于牡丹根系发达、耐旱，因此降水对牡丹后期生长、种子成熟影响不大，但如果种子成熟采摘期、晾晒期出现降水，会相应的影响到种子适时采收和晾晒，最终会影响到种子的质量和品质。

2.4气象因子与油用牡丹采摘期的关系

菏泽一般12月23日（冬至日）至第二年2月上旬（立春），这段时间是全年温度最低的时期，牡丹进入深休眠期。当气温<3.6℃及以下时，牡丹缓慢或停止生长，因此，当日平均气温持续低于界限温度（3.6℃）时，对牡丹生长的影响越大，同时也影响到牡丹花期的迟早[24-25]，牡丹花期的迟早相应的会影响到牡丹种子成熟和采摘。

为了更好的找出影响牡丹种子采摘期的气象因子，统计自冬至日至第二年7月中旬期间的<3.6℃的日数、月平均气温、气温日较差（最高气温-最低气温）、积温、降水、雨日及日照等诸多牡丹生长期间的气象因子与油用牡丹种子采摘始期进行相关分析，选取相关显著的因子（见表2）。

根据油用牡丹物候期的观测资料，油用牡丹最早采摘始期在7月24日（2010年），最晚出现在8月2日（2011年）。对牡丹种子采摘始期与同年前期气象要素进行相关分析，结果发现牡丹采摘始期与前期温度相关显著，部分相关系数达极显著检验（表2），最大相关系数R=-0.7674**。

由表2可以看出，油用牡丹种子采摘始期与温度相关比较显著，相对湿度对种子采摘也有显著影响。春季温度与种子采摘期呈显著负相关，春季气温越高、种子成熟期提前；特别是冬至日至2月上旬<3.6℃的日数越多，表明气温偏低影响牡丹的生长，种子成熟期相应推迟。牡丹发育期从芽萌动到种子成熟，需要一定的积温，萌动至种子开始采摘平均≥0℃积温3223.4℃·d，如果积温明显偏少，影响种子成熟期，采摘期相应推迟，这与春季<3.6℃的日数越多，种子成熟期越晚结论一致。

影响油用牡丹种子采摘期单相关达到显著水平的气象因子为温度、相对湿度、最高和最低气温日较差等。1—3月气象条件对油用牡丹种子成熟期影响较大，所以大部分相关系数显著水平的气象因子1—3月较多，说明牡丹开花前期的生长对种子成熟影响较大。

4月平均气温与种子采摘期呈显著正相关，这一结论与1—3月的平均温度负相关结论相反。为此走访调研花农并根据多年观测发现牡丹开花始期均出现在4月，最早出现在4月上旬，最晚出现在中旬末或下旬初，牡丹在整个4月完成开花、授粉等从营养生长到生殖生长的转变，这一时期的温度较高，牡丹开花较好、授粉效果好，因此4月的温度对种子采摘期的影响较大，温度越高，牡丹的生长有所延长，种子成熟采摘期也相应推迟。

2.5种子采摘预测模型

油用牡丹一般在7月下旬种子成熟开始采摘，所以根据油用牡丹采摘期与前期气象条件，筛选出相关达显著检验、影响牡丹始花期最优势气象因子，相关系数通过0.05显著检验，利用DPS数据处理系统进行逐步回归，建立油用牡丹种子采摘始期预测模型。

为做好动态预报服务，选取1—7月上旬、1—7月中旬气象因子，建立两个预报模型，分别于7月11日、7月21日预报油用牡丹种子采摘期，为花农提前做好采摘准备提供动态服务。

2.5.1基于7月10日前的气象因子建立预报模型和检验统计7月10日前各旬气象因子与种子采摘期进行相关分析，选取优势气象因子，建立种子采摘期预报模型，如式（2）所示。

Y=2.6656+1.3029X6-2.1106X7-0.4033X9+0.4275X11+ 0.8775X14-0.01164X20………………………………（2）其中，Y为种子采摘期，X6为4月平均气温，X7为1—2月平均气温，X9为2—3月平均相对湿度，X11为2—5月平均相对湿度，X14为7月上旬平均日较差，X20为3—6月累计降水量。

方程的复相关系数R=0.9943，检验统计量F= 58.0451，通过0.001信度检验。

用2008—2018年历史资料回代，以±1天为准，拟合率为100%。

此预报模式可于7月11日作出牡丹种子采收期预报。

2.5.2基于7月20日前的气象因子建立预报模型和检验统计7月20日前各旬气象因子与种子采摘期进行相关分析，选取优势气象因子，建立种子采摘期预报模型，如式（3）所示。

Y=15.6913+1.3227X6-1.6795X7-0.1721X9+0.9575X14-0.0253X15-0.0126X19…………………………………（3）其中，Y为种子采摘期，X6为4月平均气温，X7为1—2月平均气温，X9为2—3月平均相对湿度，X14为7月上旬平均日较差，X15为7月上中旬日照时数，X19为5—6月累计降水量。

方程的复相关系数R=0.9951，检验统计量F= 67.8786，通过0.001信度检验。

用2008—2018年历史资料回代，以±1天为准，拟合率为100%。

此预报模式可于7月21日作出牡丹种子采收期预报。

2.5.3预报检验与应用用回归方程对11年资料进行历史回代检验（表3），结果与原样本Y值误差均在±1天以内，准确率100%，拟合程度较为理想。

对2019、2020年油用牡丹种子采摘期进行预测检验（表4）。

用回归模型对2019、2020年油用牡丹种子采摘始期进行预报，预报值和观测值误差均在1天以内。近年来，春季气温不断升高，油用牡丹始花不断偏早，种子成熟和采摘也相应提前，采摘预报模型能够预报出接近实际的情况，说明预报模型具有较高的应用价值和服务效益。

3结论与讨论

（1）本研究根据多年牡丹生长物候期的观测，发现光温水等气象条件对牡丹生长缺一不可，但实际观测中发现温度对牡丹发育期影响起决定性的作用，温度包括平均气温、日较差、积温等，牡丹生长界限值<3.6℃的累计日数等都与牡丹种子成熟采摘相关较好。这也与贺漫媚等[3，26-29]研究结论一致。牡丹种子成熟与采摘期与前期的气象因子相关及种子采摘期预报模型引进的因子显示，气温是影响牡丹物候期的主要气象因子之一，这也与前人的研究结论一致。

（2）油用牡丹花期与种子采摘期变化趋势基本一致，但由于春季出现极端低温影响牡丹的花期，使花期推迟，不过由于后期气象条件对牡丹生长有利，种子成熟采摘期没有相应推迟，个别年份由于有利的气象条件使牡丹种子成熟采摘期提前。高志民，唐轶，蒋元华等[2，30-31]研究发现牡丹的催花在满足其各个发育期所需要的積温后才能顺利催花的结论基本一致。因此春季出现不利气象条件后，应结合有利天气，加强后期田间管理，减少春季不利天气对油用牡丹生长的影响，增加牡丹生长所需的有利条件，同样能提高牡丹的产量和种子品质。牡丹的种植位置、密度大小、田间管理及苗龄等都对产量有所影响。

（3）在油用牡丹种子成熟采摘期与前期气象条件相关分析中，相关显著的气象因子多为温度，虽然光照、降水等气象因子相关不显著，但光、温、水等气象条件在植物生长过程中缺一不可，不容忽视。刘克长[32]统计分析降水、空气湿度等气象因素相关不显著，但对牡丹生长发育也有一定影响。

（4）系统观测油用牡丹物候资料年限相对较短，各类气象要素对牡丹生长的影响无法对比分析，应继续进行牡丹物候观测，随着观测记录年代的增加能更好的对比分析气象条件对牡丹生长的影响。油用牡丹生长受温度、湿度、光照及降水等影响外，还受牡丹栽培、管理技术，土壤条件等多种因素的影响。因此探讨油用牡丹生长规律，需要进一步获取牡丹的观测数据和监测频次，开展更系统、全面的研究。

（5）建立油用牡丹种子采摘始期预报模型，选取了与采摘期相关显著的气象因子，删除了相关不显著的因子，变量引进越多，预报及历史回代检验越准确。相关不显著的气象因子对牡丹生长及花期、种子成熟的影响在牡丹的生长过程中也缺一不可，这方面还有待进一步研究。

（6）做好特色作物气象服务，关键是保障特色作物在适宜有利的气象条件下创造更大的经济效益，为特色作物提供科技支撑，池再香[33]等根据猕猴桃生长与气象条件的关系，建立红心猕猴桃溃疡病气象预报模型。为此深受启发，针对影响油用牡丹生长的灾害预测预警还需继续观测研究。

（7）目前采摘期的判断主要依据花农的经验和判断。种子采摘始期预报为花农提供了科学采摘依据，但对不同采摘期对油用牡丹种子品质、出油率等的影响还有待进一步研究探讨。

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