柴达木地区枸杞产量与气象条件关系模型构建

雷玉红，王发科，许学莲，侯 岳，颜亮东，李春晖，梁志勇

（1青海省格尔木市气象局，青海格尔木 816099；2青海省气象科学研究所，西宁 810001；3青海省防灾减灾重点实验室，西宁 810001）

0 引言

柴达木盆地属高原大陆性气候，是中国三大内陆盆地之一，属封闭性的巨大山间断陷盆地，位于青海省西北部，青藏高原东北部，面积约25万km2，以沙地土壤养分贫瘠和干旱为主要特点[1]。年降水量自东南部的200 mm递减到西北部的15 mm[2]，年均相对湿度为30%～40%，最小可低于5%。盆地年均温5℃左右，气温变化剧烈，其光照时间长达10 h，昼夜温差达12℃[3-4]。由于其光照充足，气温温差大，干燥少雨，特别适宜枸杞的生长[5]。近年来，随着气候变化、农业种植结构调整和农业产业化发展，枸杞产业发展迅速，枸杞产业已经成为推动农牧业经济增长的主导产业[6-8]。

笔者从柴达木地区影响枸杞产量发育期时段分类、不同发育时段气象因子对产量的影响结果及产量方程等方面进行研究，其成果对合理利用当地气候资源，提升气象防灾减灾服务能力，促进当地枸杞产业高产、稳产和可持续发展，提高气象科技支撑作用等方面具有重要的作用和深远的意义。

1 资料与方法

选取柴达木盆地格尔木、诺木洪2个气象台（站）作为观测站点，格尔木市气象台2016年开始观测，而诺木洪气象站从2011年开始观测，枸杞产量资料2012年开始有，具有7年完整连续的观测资料及产量资料。本文利用2个站点的枸杞发育期观测资料及诺木洪气象站2012—2018年的气温、降水及日照等气象资料，应用逐步回归、概率统计等统计方法[9]进行分析，研究中的资料整理和统计计算、图表制作均使用Microsoft Excel 2010完成。

2 影响枸杞产量的气象条件分析

2.1 枸杞不同发育期对产量的影响程度及影响产量的重要组成要素分析

枸杞5月中旬开始展叶，6月上旬老眼枝开花，6月下旬老眼枝果实形成，7月中旬老眼枝果实成熟，完成第一次开花结实；枸杞的第二次开花结实是春梢生长开始，6月中旬现蕾，7月上旬达盛花期，8月下旬成熟；枸杞的第三次开花结实是秋梢生长开始，8月下旬达盛花期，9月下旬成熟[10-11]。

枸杞从看到幼小花蕾到授粉结束大约要经过10～15天左右，枸杞花朵雌蕊授精后，整个生长过程从授精到果熟需20～25天左右。气温高成熟快，气温低成熟慢。从外部形态特征上看，其生长发育可分为青果期、变色期、果熟期3个时段[12]。青果期的长短随气温而变，气温高则短，气温低则长。变色期和果熟期气温高则成熟早、果实大。果枝长度和果节数是影响产量的重要组成要素，它们对光照有较强的敏感性[13]。光照越弱，果枝生长受限，会退化为营养枝，枝条伸展长度越长，也越纤细，会表现出果枝节位间距离长，形成的树冠比干旱地区大，不利于通风透光，也易形成黑果。果节数是指果枝结果的节位数，代表着果枝生产能力[14]。在发育过程中，被遮荫的枸杞树比在正常日照下的枸杞树生长弱，枝条细长，节间也长，发枝力弱，枝条寿命短，结果差，果实个头小，产量低。尤其是树冠大的内膛枝因缺少直射光照，叶片薄，色泽淡，花果较少，并且落花落果。根据观测，树冠各部位受光照强弱不同，枝条坐果率也有差异。

2.2 枸杞不同发育时段气象因子对产量的影响分析

柴达木地区观测枸杞品种、管理措施均相同，产量以县平均产量为主，发育期按老眼枝果实形成、夏果形成及秋果形成[15]分为不同时段进行产量与气象因子之间的关系分析。

2.2.1 产量与日平均气温的关系 从表1的日平均气温与产量关系的统计分析中，可以看出，老眼枝开花期日平均气温与产量的相关系数为0.555，呈正相关，日均气温在14.0℃左右，有利于枸杞开花期的生长发育；老眼枝开花期至春梢开花期相关系数为正相关，但相关系数较小；夏果形成期至秋果成熟期相关系数虽然为负相关，但相关性不显著；老眼枝开花期期间是枸杞生长发育和老眼枝果实产量形成温度需求的关键期，期间的日平均气温越高，产量越高，此阶段日平均温度较高有利于枸杞的成熟、采收。

2.2.2 产量与日最高气温的关系 从表1日最高气温与产量关系的统计分析中，可以看出，春梢生长期日最高气温与产量的相关系数为0.563，呈正相关，日最高气温在28.2℃左右，温度较高，有利于枸杞开花期的生长发育；而其他生育期间相关系数为负相关，但相关系数较小，期间日最高气温太高，特别是秋梢开花期、夏果形成成熟期间遇30℃以上高温时，易发生枸杞干热风危害，造成枸杞大量花蕾、青果脱落；而且高温使花蕾的分化停止，果实生长加速，果实成熟集中，增大树体负担，养分供应失调，易形成小果[16-17]，进而影响夏果产量的形成，所以后期生长只要温度条件满足其基本生长完成发育即可。

除主要的发育时段相关性较大外，其余的发育时段对最高温度的相关性不大，所以不要产生气温越高枸杞越增产的假象，因为枸杞并非是喜温植物，而是喜光、喜凉、耐高温、耐低温的植物。

2.2.3 产量与日最低气温的关系 从表1日最低气温与产量关系的统计分析中可以看出，老眼枝果实形成至老眼枝果实成熟期，日最低气温与产量的相关系数为0.424～0.476，呈正相关，日最低气温在2.9～6.2℃之间，说明期间气温越低越有利于枸杞老眼枝果的形成，相对较低的温度可以延长营养生长和生殖生长的时间，分化更多的花蕾，越有利于较高产量的形成；而秋梢开花期间日最低气温与产量的相关系数为-0.719，具有较高的负相关关系，期间易造成低温冷害，气温越低，秋梢生长和开花均会受到不同程度的危害，造成秋枝条不生长，营养积累时间相对较短，秋梢开花期蕾铃大量脱落，进而影响果实形成发育，秋果成熟度低，营养含量较夏果少，造成秋果产量的损失。所以整个枸杞发育期间，前期温度不能太高，而到秋果形成后期温度不能太低，要保持基本的温度条件满足其基本生长。

2.2.4 产量与气温日较差的关系 从表1气温日较差与产量关系的统计分析中可以看出，老眼枝果实成熟期间气温日较差与产量的相关系数为0.447、日较差为14.5℃；夏果形成期间气温日较差与产量的相关系数为0.836、日较差为14.8℃；夏果成熟期间气温日较差与产量的相关系数为0.499、日较差为15.8℃；这3个时段是老眼枝果和夏果形成成熟阶段，在生长期内日夜温差小，呼吸、蒸腾强度大，有效积累偏少；日夜温差大，光合作用强，有效积累多，容易获得优质果实[8]。此阶段日较差达到了14.5℃以上，达到了较高的正相关，说明此阶段的日较差越大，光合作用越强，有效物质积累多，越有利于前两批果实的生长及成熟，同时品质也同样达到最好。其他时段基本上为负相关，而且相关系数不大，可不作为影响产量的因子，保持正常的温度即可满足枸杞生长发育。

表1 枸杞产量与各发育期气温及气温日较差的关系统计

2.2.5 产量与积温的关系 表2是枸杞≥0℃积温、≥5℃积温、≥10℃积温与产量相关关系的统计表，从中可以看出，不论是0℃、5℃还是10℃春梢生长期间的积温与产量的相关性最大为0.578，说明期间的积温越多，有利于枸杞后期春梢开花和果实形成，影响最终的产量，保证至少410℃以上的积温就能取得正常的产量；而春梢开花期间，积温与产量的相关系数不是很大，但均为负相关，相关系数在-0.40左右，说明期间不需要太多的积温，只要保证150.0℃以上的积温就能保证后期发育生长。而秋梢生长期至秋梢开花期≥0℃、≥5℃还是≥10℃其相关系数均为正值在0.394左右，说明期间的积温要稍高一点才能有利于秋果的形成及成熟。秋果在整个枸杞的果实形成中产量最低，所以这段时间的热量高低直接影响秋果产量，至少要保证620.0℃以上的积温才能保证秋果的正常成熟。其他生长发育期间积温负相关性可以忽略不计。

表2 枸杞产量与各发育期积温的关系统计

2.2.6 产量与日照的关系 从表3日照总时数与产量关系的统计分析中可以看出，与展叶期、春梢生长期及秋梢开花期相关系数为0.441～0.557，日照时数分别为91.7、237.0、286.0 h，达到了较高的正相关，这3个发育时段枸杞需要较高的日照时数。芽开放至展叶期间较好的光照条件能促进枸杞提早发芽，提早进入展叶期，延长整个枸杞发育期时段；而新梢生长期间，光照越强，枝条生长较好，枝条越粗，果节数也越多，枝条的果节间距明显会变短，后期结的蕾和果也就越多，进而影响夏果的产量；而秋梢生长期间光照越弱，则枝条伸展长度越长，也越纤细，营养生长减少，果节数也会减少，对秋果的形成及成熟产生一定的影响。

从表3平均日照时数与产量关系的统计分析中可以看出，老眼枝果实成熟期、夏果形成期、秋梢开花期，每日日照时数分别为8.0、8.5、8.6 h，其相关系数为0.472～0.816，达到了较高的正相关；而老眼枝果实成熟期和夏果形成期更是达到了0.816和0.795的相关系数，这2个发育时段枸杞需要较高的日照时数，期间至少需要8.0 h/d的日照时数才能满足枸杞的光照需求，这个时段是老眼枝果、夏果形成的重要时段，日照越多光照越强，越有利于枸杞开花、结实进行光合作用，辐射强、光照充沛，光能资源丰富，更利于枸杞糖分及各种维生素积累。光照不足会造成枸杞产量的下降，结果数普遍下降，幼果脱落，夏果枝封顶，并造成鲜果百粒重明显降低，如果遇上多日连阴雨天气，百粒重低，黑果和坏果增加，粒径变小，不利于形成较大的果实。

2.2.7 产量与降水的关系 从表3降水与产量关系的统计分析中可以看出，老眼枝开花期、老眼枝果实形成期、春梢生长期、夏果成熟期、秋梢开花期及秋果成熟期等6个时段其相关系数在-0.779～-0.543间，达到了较高的负相关。这几个时段正好处于果实成熟期间，如遇上阴雨天气则严重影响枸杞的生长发育，发育期会推迟，整个发育期延长，进而影响到秋果的采摘，很多地方放弃第3批采摘最大的原因是前期枸杞生长影响到后期。

春季为枸杞营养生长期，现蕾到开花期水分要充足；果实膨大期，如果缺水会影响树体和果实生长发育，果实小，落花落果加重；果实成熟期则要适当控制水分，枸杞成熟期较短，成熟后2～3天内必须采摘，否则成熟的果实遇到阴雨天气容易开裂，晾干后枸杞品质差，经济价值低，同时降水偏多，枸杞易得黑果病和根腐病，对产量和果实质量造成影响。其他发育期因无降水或降水量少相关性较差。格尔木在有灌溉条件下，水分条件基本能满足枸杞生长发育的需求。

表3 枸杞产量与各发育期日照时数及降水的关系统计

2.3 枸杞产量与气象要素函数关系建立与应用

综合上述分析，将影响枸杞产量的关键气象因素与产量进行回归分析，得到产量关系方程如式(1)。

式中，Y为枸杞模拟产量，X1为春梢开花始期至夏果形成始期间的气温日较差，X2为老眼枝果实形成始期至老眼枝果实成熟普期间的每日日照时数，X3为秋梢生长始期至秋梢开花始期间的降水量，X4为春梢生长始期至春梢现蕾始期间的≥0℃积温，X5为展叶始期至老眼枝开花始期间的日平均气温。方程的复相关系数为0.9705。将历年各气象要素带入方程，得出历年的产量预报值，与实测产量相比，绝对误差在0.25～181.0 kg/hm2之间，相对误差最大5.86%，最小只有0.01%，特别是利用7年内的各平均气象要素预测平均产量，绝对误差只有0.7 kg/hm2，相对误差0.02%，充分说明，选取的5个气象要素能够准确预报该地区的枸杞产量（表4）。

表4 模拟产量与实际产量对比

预报2019年产量2913.9 kg/hm2，绝对误差值11.12 kg/hm2，相对误差值0.38%，预报精度较好，可以在实际预报业务中应用。

3 结论与讨论

（1）枸杞产量与老眼枝开花期间日平均气温，春梢生长期间日最高气温，老眼枝果实形成至老眼枝果实成熟期间日最低气温，老眼枝果实成熟期、夏果形成期、夏果成熟期间气温日较差相关性较显著，相关系数为0.424～0.836。

（2）枸杞产量与春梢生长期间的积温的相关性较明显，相关系数为0.568～0.588，说明期间的积温越多，有利于枸杞后期春梢开花和果实形成。

（3）枸杞产量与春梢生长期及秋梢开花期日照总时数的相关系数为0.441～0.557，达到了较高的正相关；枸杞产量与老眼枝开花期、老眼枝果实形成期、春梢生长期、夏果成熟期、秋梢开花期及秋果成熟期降水存在较高的负相关，相关系数为-0.779～-0.543，表明此期间降水越多，越不利于枸杞产量的提高。

（4）根据构建模型，回代历年产量和2019年实际预报应用，绝对误差和相对误差均较小，预报精度较高，充分说明，选取的5个气象要素能够准确预报该地区的枸杞产量，可以在实际预报业务中应用。