不同海拔高度气象条件对枇杷冻、热害与果实品质的影响

魏华兵，陈正洪，何华平，王会良，罗 翔，姜 娥，张 鹏

（1.咸宁市气象局，湖北 咸宁 437100；2.湖北省气象局，武汉 430074；3.湖北省农业科学院果树茶叶研究所/湖北省特色水果工程技术研究中心，武汉 430064；4.通山县气象局，湖北 通山 437600）

枇杷（Eriobotrya japonica（Thunb.）Lindl.）原产于中国，是亚热带常绿果树之一，在中国南方各地广泛分布［1-3］。鄂东南山区是长江中下游的枇杷主产区之一，枇杷种植面积达1 200 hm2，产量1.7万t。温度、光照、水分等气候生态因子对植物生长和果实品质均有一定影响［4］，其中，温度是制约园艺植物产量和品质的主要环境因子［5］。李靖等［6］对比研究了大棚内外不同微生态环境对枇杷果实生长发育和品质的影响，结果表明，由于大棚温度比露地高，大棚枇杷果实比露地要提早成熟，单果重比露地重，果实的可溶性固形物含量高。陈正洪［7］对湖北省枇杷花果冻害的观测试验研究表明，枇杷花果易受冬季低温冻害，低温值及其持续时间对冻害程度的影响明显；邓朝军等［8］通过田间调查等方法对枇杷果皮热伤害的研究表明，枇杷果实在转色期容易受到高温和强光的热伤害，当果皮表面温度出现90 min以上的39℃高温，就会形成热伤害。关于不同栽培条件和气象因子对枇杷生长、产量和品质影响的研究较多，但由于海拔高度不同而影响枇杷生长和果实品质差异的研究鲜有报道。本研究以通山县大畈镇低山丘陵区的枇杷种植园调查为基础，分析不同海拔高度的枇杷冻、热害情况和果实品质的差异，结合种植地气象要素的垂直分布特点，对其实质性的气象影响因素进行分析，同时，对典型低山丘陵区的枇杷冻、热害低风险区和果实品质优质区的分布规律进行了初步探讨，以期为枇杷的推广种植、优质生产和专业气象服务提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2020年5月，在湖北省枇杷主产区通山县按6个海拔高度（60、100、150、200、250、300 m）选取地势、坡向、土壤相近的枇杷种植园，从树龄、长势相近的大五星枇杷树上，对枇杷的受冻穗数和皱果数进行随机抽样调查，并从树冠外围中上部随机取近9成熟的果实20个，重复3次，于实验室内测定枇杷果实品质。

1.2 试验方法

果实单果质量、种子质量、可食率等用百分之一天平测定，果形指数用游标卡尺测定，果实可溶性固形物用DR-103型电子糖量仪测定，可滴定酸含量用酸碱滴定法测定。风味、质地、果皮果肉颜色等指标依据国家农作物种质资源平台——枇杷种质资源描述规范的标准执行［9］。

1.3 气象资料

近10年先后在枇杷种植区及其周边地区建立了6个气象自动观测站，其观测站地理信息见表1，取得了大量气象观测资料，本研究气象资料取自这些气象站2017—2020年的气温资料。

表1 区域自动气象站基本情况

1.4 统计分析

试验数据运用Excel 2016软件进行作图分析，并结合SPSS 19.0软件进行方差分析、Pearson相关性分析和t检验的差异分析。

2 结果与分析

2.1 冻、热害时空特征

在冬季，枇杷花穗遭受冻害后，会导致花器变褐腐烂到后期干枯萎蔫；枇杷成熟前易受高温热害形成皱果，从而失去食用价值。对2020年通山县种植区内不同海拔高度枇杷花穗受冻穗数、果实皱果数的随机抽样调查结果见图1。

图1 2020年不同海拔高度枇杷冻、热害分布情况

由图1可知，枇杷花穗受冻数在海拔高度300 m处最多，60 m处最少，250 m和150 m处的受冻穗数相近，为次多区，100 m和200 m处的受冻穗数相近，为次少区。150、250、300 m处的枇杷受冻穗多数区和60、100、200 m处的少数区间的差异明显，总体上枇杷花穗受冻数随海拔高度上升而增加，在海拔高度60～100 m和150～250 m两个区域，花穗受冻数存在一个明显的低值区，枇杷的冻害较轻。

枇杷果实的皱果数在海拔高度150 m处最多，60 m处最少，200 m处为次多区，300、250、100 m处的皱果数差异不明显，为次少区，总体上皱果数随海拔高度呈现单峰型变化。在海拔高度60～100 m和250 m左右两个区域，皱果数较少，枇杷的热害程度轻。

2.2 气象条件对果实品质影响

果实品质是由多因素构成的复合体，包括外观品质、营养品质和风味品质等。本次调查测定了枇杷3类品质评价指标中的单果重、最大果重、纵径、横径，可滴定酸含量、可溶性固形物含量、固酸比、可食率，果皮色、果肉色、果肉的酸甜味等。对不同海拔高度的3组枇杷果实的品质测定数据进行平均值计算，得到不同海拔高度枇杷各类品质情况，并将定量品质指标与海拔高度进行相关性分析，其结果见表2。

表2 不同海拔高度枇杷果实品质指标及相关系数

2.2.1 果实单果质量 由图2可知，海拔高度60 m处的枇杷果实单果质量最大，250、100、300 m处的单果质量依次分列2、3、4位，相互之间的差异不大，150 m和200 m处的单果质量接近，排列最后。随海拔高度的升高总体上呈现两头大、中间小的趋势，最大值与最小值之间的差异明显。

图2 不同海拔高度枇杷果实质量变化情况

2.2.2 果实纵、横径 由图3可知，海拔高度60 m处的果实纵、横径最大，250、100、300 m海拔高度的果实纵、横径接近，居于中间位置，150～200 m海拔高度的果实纵、横径最小，排列最后。枇杷果实的纵、横径随海拔高度的升高，也呈现两头大、中间小的趋势，但相互间的差异不明显，果实的纵横径比在1.05～1.18之间，均为椭圆形。

图3 不同海拔高度枇杷果实纵、横径变化情况

2.2.3 果实可溶性固形物含量 由图4可知，果实可溶性固形物含量在海拔高度200 m处最高，60 m处最低，两者之间相差约20%。100、150、250和300 m位于中间，相互间的差异在10%以内。可溶性固形物含量与海拔高度呈正相关（r=0.71），总体上随海拔高度的升高而增加，但在海拔200 m以上的高值区，其可溶性固形物含量虽略有下降，但仍高于150 m以下区域。

图4 不同海拔高度枇杷果实可溶性固形物含量变化情况

2.2.4 果实可滴定酸含量 由图5可知，果实可滴定酸含量在海拔高度60 m处最高，300 m处最低，100、150、200、250 m处随海拔高度依次降低。果实可滴定酸含量与海拔高度呈显著负相关（r=-0.96），总体而言，海拔高度每升高100 m，其可滴定酸含量下降约0.02%，但在海拔250 m以上的低值区差异变化不明显。

图5 不同海拔高度枇杷果实可滴定酸含量变化情况

2.2.5 果实固酸比 由图6可知，果实固酸比在海拔高度300 m处最高，60 m处最低，100、150、200、250 m处随海拔高度依次升高。果实固酸比与海拔高度呈显著正相关（r=0.99），总体上随海拔高度呈直线上升趋势。

图6 不同海拔高度枇杷果实固酸比变化情况

2.2.6 果实风味 枇杷果实的酸甜风味一般分为淡甜、清甜、甜、浓甜、酸甜、甜酸、酸7个等级［10］，以甜、浓甜、酸甜风味为佳。60～300 m处的果实风味在酸甜-→酸甜→甜酸之间交替变化，60、150和250 m左右的枇杷果实风味较好。

2.3 不同海拔高度的极端温度及气温相关特征值

2.3.1 花期极端最低气温 由图7可知，总体上，枇杷花期（11月20日至2月10日）的最低气温随海拔升高而降低，海拔小于140 m左右最低气温的降幅最大，在仅40 m海拔高度差（96～138 m）范围，最低气温下降了3℃（从-0.6℃降至-3.6℃），海拔140～300 m左右最低气温的降幅最小，在超过150 m海拔高度差范围（138～290 m），最低气温仅下降了0.5℃，在同样超过150 m海拔高度差范围（290～453 m），最低气温则下降了2.4℃。

图7 花期不同海拔高度的最低气温变化情况

2.3.2 转色期极端最高气温 由图8可知，总体上，枇杷转色期（4月20日至5月20日）的最高气温随海拔高度呈现单峰型变化，但在海拔高度小于120 m左右，最高气温随海拔高度的降低而降低，海拔120～140 m区域的最高气温值均超过了38℃，海拔300 m以上区域的最高气温均低于35℃。

图8 转色期不同海拔高度的最高气温变化情况

2.3.3 气温相关特征值 利用枇杷种植区周边山地不同海拔高度的大畈站、慈口站、黄沙站等6个站2020年的逐日气温资料，通过点阵描图和内插推算，得到不同海拔高度调查点枇杷果实膨大期（3月11日至5月20日）的气温日较差、果实生长期（2月21日至5月20日）15～25℃的平均气温日数和平均气温≥25℃日数，结果见表3。从表3可以看出，气温日较差呈现单峰型变化，海拔150～250 m区域的气温日较差较大；15～25℃的平均气温日数呈现凹型变化，海拔200 m区域的日数最少；平均气温≥25℃日数随海拔高度呈现递减趋势。

表3 枇杷调查点气温相关特征值

2.4 气温相关特征值与果实品质的关系

2.4.1 15～25℃的平均气温日数与单果重的相关性 枇杷在15～25℃的气温条件下生长迅速。由表3可知，60～300 m海拔高度处果实生长期内15～25℃平均气温日数表现为两头多、中间少，与单果重（最大单果重）随海拔高度的分布情况一致，海拔60 m处的15～25℃平均气温日数33 d远高平均值22 d近50%，其单果重也超过平均值25%以上。对海拔高度（60～300 m）调查点枇杷单果重间的分析表明，15～25℃的平均气温日数与单果重之间为正相关，关系式为y=19.32+0.797x，其中，y为单果重，x为15～25℃的平均气温日数。相关性系数0.84，达到极显著水平。海拔100 m以下的15～25℃的平均气温日数高于平均值10%以上，故海拔高度在60～100 m范围的枇杷果实单果重更大。

2.4.2 气温日较差与可溶性固形物含量的相关性60～300 m海拔高度处果实膨大期内的气温日较差表现为先升高后降低的趋势，在海拔200 m处达到最大值，与可溶性固形物含量随海拔高度的分布情况基本一致，分析表明，60～300 m海拔高度区域的气温日较差与可溶性固形物含量之间为正相关，关系式为y=2.2+0.633x，其中，y为可溶性固形物含量，x为气温日较差。相关性系数0.81，达到极显著水平。果实可溶性固形物含量在海拔200 m左右达到最高，而气温日较差也在海拔200 m左右达到最大值。经推算气温日较差在最大值±10%的海拔高度范围为170～220 m，是枇杷可溶性固形物含量最高的种植海拔高度范围。

2.4.3 平均气温≥25℃日数与可滴定酸含量的相关性 60～300 m海拔高度处果实生长期内平均气温≥25℃日数表现为随海拔高度依次减少，与可滴定酸含量随海拔高度的分布情况一致。超过25℃气温会促使果实早熟，分析表明，60～300 m海拔高度区域的平均气温≥25℃日数与可滴定酸含量之间为正相关，关系式为y=-0.033+0.1x，其中，y为可滴定酸含量，x为平均气温≥25℃日数。相关性系数0.82，达到极显著水平。在海拔200 m以上的低值区平均气温≥25℃日数相差不大，故海拔高度在200 m以上的枇杷果实可滴定酸含量更低。

3 讨论

3.1 不同海拔高度极端气温对枇杷冻、热害的影响

关键期的极端高（低）温是造成枇杷冻、热害的主要原因，同时也是衡量枇杷冻、热害程度的重要气象指标。调查结果表明，枇杷冻、热害随海拔高度存在明显的规律性变化，总体上与枇杷在花期和转色期时不同海拔高度的极端最高（低）气温的规律性变化相一致。

海拔60～300 m时，枇杷冻害总体上随海拔升高而加重，但在海拔150～250 m间花穗受冻数出现下降，这与北亚热带丘陵山区常见的山坡逆温现象有关［11］。枇杷花期不同海拔高度的最低气温变化图中，海拔140～300 m间的最低气温降幅趋于平缓，间接说明山坡逆温层的存在。同纬度低山区对逆温层的观测事实表明，低层逆温出现海拔300 m高度以内，其厚度约50～80 m［12］。霍治国等［11］研究认为，中国北亚热带山区逆温层的高度约为山体的1/3左右。有关山坡逆温层高度和强度的特征，需要结合山体的垂直观测数据进一步研究。

海拔60～300 m时，枇杷热害随海拔高度呈现单峰型变化，这与枇杷转色期最高气温随海拔高度的变化型态一致。有研究指出，在枇杷果实发育后期（5月初），阳光照射的果实表面温度比气温高出1.2～6.1℃［8］，日最高气温≥35℃为气象上高温天气的预警指标，当超过38℃时，枇杷果实受热害的危险程度激增，故在海拔150 m调查点的皱果数达到最高。海拔120 m以下最高气温随高度下降而降低，与调查点临近富水湖（相距900 m）水体对温度的调节效应相关，有研究指出，宽度10 km的水体对气温影响的水平距离为2～10 km，影响的高度在200 m左右，5 km宽度水体的影响范围是10 km的90%～95%，1 km宽度水体的影响范围是10 km的50%［13］。富水湖宽度常年在1 km左右［14］，推算其影响范围在海拔高度100 m以下、距离水体1 km左右的区域。极端最高气温和果实皱数在海拔100 m左右均表现出显著性变化，与推算结果相印证。有关水体效应的详细分析，有待今后开展相关的观测和研究。

3.2 不同海拔高度气象条件对果实品质的影响

海拔高度和光、温、水等气象因子都会影响果实品质，在一定范围内，果实品质随海拔高度呈现规律性变化。海拔高度对果实品质影响的主要原因与温度有关，温度是果实品质随海拔高度变化的实质气象因素，气温高低及变化对植物的物候期、生长速度、生长量等产生重要影响。枇杷在15～25℃的气温条件下生长迅速，对果实单果重的影响显著，通常把15～25℃平均气温日数称为枇杷果实的最佳生长日数；昼夜温差对果实可溶性固形物的积累影响较大，一定范围内，温差越大，果实的可溶性固形物含量就越高。这与彭良志等［15］的研究结论一致。

有机酸的代谢需要酶的参与［16］，酶的活性高低影响了有机酸的代谢速度，间接影响了果实中酸的含量。姚玉新等［17］对苹果酸代谢酶活性的研究认为，苹果酸代谢酶在花后90 d开始，其活性随时间的延长而升高。枇杷果实在平均气温≥25℃时易因早熟而停止生长，果实生长期变短，有机酸代谢酶活性不高，造成果实中的酸含量较高，而苹果酸在枇杷果实有机酸含量中的比例最高，约为62.7%［18］，这是枇杷种植区果实的可滴定酸含量随海拔上升而降低的内在原因。

果实的风味是由有机酸与可溶性固形物中的糖分共同形成，果实在成熟前的15～20 d，其糖分迅速上升，有机酸含量下降，达到最佳风味。由于不同风味类型的可溶性固形物含量的差异小，所以可滴定酸含量较低的果实风味品质更优。由于海拔较高区域的气温低，平均气温≥25℃日数少，枇杷生长期更长，有机酸的代谢更充分，因此，更能获得较好的风味品质。

4 结论

1）通山县种植区枇杷的冷、热害随海拔高度存在规律性变化，总体上冻害随海拔升高而加重，热害随海拔升高而减轻。但在海拔150～250 m的丘陵山坡逆温区，冻害程度出现明显下降；在海拔120 m以下的1 km左右的库周区域，热害程度呈现下降趋势。山地逆温和局地水体温度效应影响了不同海拔高度的极端低（高）温的分布，从而使山地逆温层的枇杷冷害程度变轻，靠近水体区域的热害情况明显变少。

2）枇杷果实的单果重、纵径、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和固酸比等品质指标随海拔高度的变化存在规律性变化，其中，单果重与果实生长期15～20℃平均气温天数、可溶性固形物含量平均气温≥25℃天数、可滴定酸含量与果实膨大期的气温日较差的相关性显著，是果实品质随海拔高度变化的实质气象因子。海拔高度60～100 m时单果重更大，170～220 m范围的枇杷可溶性固形物含量较高，200 m以上区域的果实风味更佳。