枣庄石榴气候品质评价模型研究

胡园春，安广池，张越，崔云鹏，李永锋，李全景

(1. 枣庄市气象局，山东 枣庄 277800；2. 枣庄市农业技术推广中心，山东 枣庄 277800；3. 滕州市园林管理服务中心，山东 滕州 277500)

石榴(Punica granatumL.)是石榴科石榴属落叶灌木或小乔木果树，原产于东欧至中东地区[1]，是人类栽培最早的果树之一。 我国石榴主要有八大主产区，山东主要在枣庄市峄城区。 枣庄石榴栽培历史悠久[2]，种植面积达1 万hm2，年产量约14 万t[3]，以果实大、糖度高、色泽靓丽而著称，是当地农业农村经济的支柱和特色产业。

近年来，随着消费者对农产品质量要求越来越高，石榴果实品质已成为决定其市场竞争力的重要因素。 而优越的自然气候条件是形成优质特色农产品的根本保障，农产品品质的好坏与温度、湿度、光照等气象因素密切相关。 农产品气候品质评价的目的就是建立气象因素与作物品质优劣等级之间的量化关系，可以根据气象因素的变化为农业生产提供指导[4，5]。 金志凤[6]、娄伟平[7]等最早对茶叶进行了气候品质评价和认证研究，且获得气候品质认证的产品已经得到广大消费者的认可，有效提高了区域特色产品的市场竞争力。随着现代农业气象服务技术水平的提升和气象为农业特色服务工作的开展，全国各地相继开展了农产品气候品质认证工作，已分别对蓝莓[8]、马铃薯[9]、赣 南 脐 橙[10]、 红 富 士 苹 果[11]、 砀 山梨[12]、库尔勒香梨[13]的气候品质进行了研究。

但前人的研究大多是从品质组成要素之间的相关性和对其品质评价方法的综合表征进行的，基本是揭示不同气象要素与单一品质指标的直接关系。 本研究以枣庄峄城石榴为试材，选用果实发育期的3 个主要品质指标(单果重、百粒重、可溶性固形物)与同时期气象要素监测资料进行分析，筛选影响果实综合品质的关键气象因子，并采用逐步回归法构建石榴气候品质评价模型，以期为开展石榴气候品质认证并探索其应用、合理利用气候资源、打造农产品品牌及提升市场竞争力提供理论支撑。

1 数据来源

1.1 研究地概况

山东省枣庄市峄城区地处苏、鲁两省交界处，属温带大陆性季风气候，年平均气温14.4℃，年降水量815.1 mm，年日照时数2078.7 h，全年≥10℃有效积温4705.2℃，具有年温度高、热量丰富、雨量充沛等特点。 土壤多为红页岩风化土、粗砂土、粘壤土[14]，通透性好，pH 值在6.78 ～7.42之间，平均值为7.17，非常适宜石榴栽培[15]。

1.2 数据来源

1.2.1 石榴品质数据 由枣庄市果树科学研究所提供。 2005—2020年选取峄城观测场东北方向3 km 处峄城福山石榴合作社园区的石榴树进行果实品质监测。 果实品质等级按照《石榴质量等级》(LY/T 2135—2018)要求进行划分。 单果重、百粒重用精度0.01 g 的天平称量，可溶性固形物用折光仪测定。

1.2.2 气象数据 来源于枣庄市峄城区气象观测站。 选用石榴果实品质监测同时期的逐日气温、降水、光照时数等数据。

2 枣庄石榴气候品质评价模型的构建

2.1 石榴果实品质指标的选取及其等级划分和赋值

农产品气候品质认证是用表征农产品品质的气候指标对品质优劣等级所做的评定。 本研究基于《石榴质量等级》(LY/T 2135—2018)标准，结合枣庄石榴市场调研以及专家经验，选取石榴鲜果的外观和内在品质指标，用于建立枣庄石榴气候品质评价模型。

外观品质指标选用单果重(Y1)、百粒重(Y2)两个指标。 其中，单果重是石榴感官质量评价的重要因素之一，百粒重可反映石榴籽粒的饱满程度，两者都是消费者挑选石榴的重要参考指标。且根据专家和果农经验，这两指标均会受到该年度气候条件的影响。

内在品质指标选用可溶性固形物(Y3)。 可溶性固形物主要包括可溶性糖类、维生素以及矿物质，是决定石榴口感和营养价值的重要指标。

为便于统计分析，对3 个品质指标数据进行归一化处理:针对枣庄石榴为大籽粒中型果的品种特征，结合石榴质量标准和专家经验，对每个品质指标进行等级划分，并参照《农产品气候品质认证技术规范》(QX/T 486—2019)进行赋值，结果见表1。

表1 选取的石榴品质指标及其等级划分和赋值

2.2 品质指标与气象因子的回归关系分析

参照前人研究成果[16-20]，依据石榴栽培专家经验与气象服务经验，利用相关分析法分析枣庄石榴发育期的温度、降水、光照等气象因子与各品质指标之间的相关程度，筛选出与各品质指标相关度高且通过显著性检验(P＜0.05)的主要气象因子，然后利用逐步回归法建立各品质指标与关键气象因子的逐步回归方程。

2.2.1 单果重 石榴单果重通常是由石榴生长期和成熟期的气象因子共同决定，经相关分析并结合专家经验，选择成熟期9月中旬平均气温(X11)、9月中旬日较差(X12)、9月下旬日较差(X13)和生长期6月上、中、下旬平均气温(X14、X15、X16)以及6月整月相对湿度(X17)7 个气象因子，建立其与单果重的回归方程:

该回归方程的R2值为0.9004，经显著性检验，P＝0.0076，小于0.05，表明该模型合理且精度较高，可用于枣庄石榴单果重的预测。 利用2019、2020年的单果重数据对模型进行检验，误差分别为1.1%、1.4%，证明利用该模型预测石榴单果重的准确性较高。

对上述7 个气象因子的回归系数进行标准化，得到标准回归系数分别为-0.3377、0.6632、0.2923、-0.5381、0.2510、0.6961、0.7657，可知:6月相对湿度对单果重的影响最大，其次为6月下旬平均气温和9月中旬日较差，且均为正向影响；6月中旬平均气温和9月下旬日较差对单果重也均为正向影响，但影响较小；9月中旬平均气温和6月上旬平均气温对单果重均为负影响，影响程度适中。 可以发现，生长期的温、湿度是影响枣庄石榴单果重的主要气象因素，且此期的温、湿度高更有利于果实发育，此外，成熟期的日较差越高，也越有利于石榴单果重的增加。

2.2.2 百粒重 结合专家知识和相关分析，影响百粒重的气象因素主要为8、9月份降水及平均气温，因此选择8月中旬、8月下旬、9月上旬降水量(X21、X22、X23)以及8月中旬、8月下旬、9月上旬的平均气温(X24、X25、X26)6 个气象因子，建立其与石榴百粒重的回归方程:

该方程的R2为0.8506，且经显著性检验P＝0.0286，小于0.05，表明该回归模型准确有效。 利用2019、2020年数据进行验证，误差分别为1.5%、1.8%，说明利用该模型预测枣庄石榴百粒重的精度较高。

对上述6 个气象因子的回归系数进行标准化，得到其标准回归系数分别为0.6312、0.3619、-0.2338、0.0381、0.5683、0.2035，可知:8月中旬的降水量对百粒重影响最大，其次为8月下旬平均气温，8月下旬降水量和9月上旬气温影响也较大，此4 项均为正向影响；8月中旬平均气温对于该品质因子影响较小，而9月上旬降水量对百粒重影响为负，影响程度适中。 可以发现，百粒重对气温的敏感性相比于降水量有时序上的延迟，延迟10 天左右，但成熟期降水不利于石榴果实内容物积累。

2.2.3 可溶性固形物 根据专家知识，9月上旬到10月上旬日较差、光照及降水量均会影响石榴可溶性固形物含量。 结合相关性分析结果，最终选择9月上旬和10月上旬的平均日较差(X31和X32)、日照时数(X33和X34)、降水量(X35和X36)6个气象因子，建立其与可溶性固形物的回归方程:

该方程的R2值为0.7906，经显著性检验P＝0.0309，小于0.05，表明模型准确有效，可用于枣庄地区石榴果实可溶性固形物的预测。 利用2019、2020年数据进行验证，误差分别为0.75%、1.0%，充分说明该方程的预测精度较高。

对上述6 个气象因子的回归系数进行标准化，得到标准化回归系数分别为-0.4593、0.7742、-0.5653、0.1443、-0.4939、0.9591，可知:10月上旬的平均日较差、日照时数、降水量均与可溶性固形物正相关，而9月此3 个气象因子均与可溶性固形物负相关，其中10月上旬降水量对可溶固形物的影响最大，其次为10月平均日较差，9月的3个气象因子影响程度也较高，而10月上旬的日照时数影响最小。 表明成熟后期的温湿度对枣庄石榴可溶性固形物的积累影响更大。

2.3 气候品质评价模型的建立及验证

2.3.1 确定品质指标的权重系数 根据枣庄石榴固有特点和消费者喜好并结合专家知识，利用层次分析法确定各个品质指标的权重。 首先构造单果重、百粒重、可溶性固形物3 个品质指标的判断矩阵，寻找其最大特征值所对应的特征向量，并进行相应的归一化处理，得到3 个指标的权重系数向量aj为[0.35180.31610.3321]；对于该准则层比较矩阵进行一致性检验，经计算该判断矩阵的一致性指标CI ＝0.0724，层次分析中所采用的因子数目为3，查表可知随机一致性指标RI ＝0.9，因而一致性比率CR ＝CI/RI ＝0.0804 ＜0.10，不一致程度在容许范围之内，通过一致性检验，可用其归一化特征向量aj作为权向量。

2.3.2 气候品质评价模型及等级划分 根据上述确定的各品质指标权重指数，建立枣庄石榴气候品质综合评价指数(M)模型，即:

基于此，根据《农产品气候品质认证技术规范》(QX/T486—2019)对枣庄石榴气候品质进行等级划分，结果见表2。

表2 枣庄石榴气候品质评价等级划分

2.3.3 验证试验 根据枣庄市果树科学研究所的测定结果，2019年枣庄石榴的单果重、百粒重、可溶性固形物含量均值分别为444 g、86.57 g、15.96%，2020年分别为645 g、83.35 g、14.6%，由表1 等级划分标准可知分别为特优、优。 将2019年和2020年枣庄石榴果实发育期的气象资料分别代入建立的气候品质评价模型，得到两年的M值分别为3.00、2.67，按表2 中标准可确定两年枣庄石榴的气候品质分别为特优、优等级，与根据品质指标实测值划分的等级结果一致。 表明本研究建立的气候品质评价模型可以用于枣庄石榴综合品质评价。

3 结论

本研究以单果重、百粒重、可溶性固形物作为枣庄石榴果实品质评价指标，根据前人研究结果、专家经验和相关分析选取果实发育期的关键气象因子，选用2005—2018年的数据，建立了各品质指标与气象因子的逐步回归方程，然后利用层次分析法确定各指标权重，建立了枣庄石榴气候品质综合评价指数模型，并根据综合评价指数大小划分品质等级。 经2019、2020年数据验证，利用该模型确定的枣庄石榴品质等级与实测数据一致。 具体结论如下:

(1)生长期的温、湿度条件是影响枣庄石榴单果重的关键气象因素，温湿度越高越有利于单果重增加；成熟期的日较差也对单果重有较大正面影响。

(2)百粒重对果实发育期气温的敏感性相比于降水量有时序上的延迟，约延迟10 d；在8月中下旬降水为正贡献的情况下，9月的降水则会抑制石榴籽粒的充实。

(3)10月上旬的平均日较差、日照时数、降水量对枣庄石榴的可溶性固形物积累均有正向影响，而9月的这3 个气象因子均不利于果实中可溶性固形物的积累。 其中，10月上旬的平均日较差和降水量对可溶性固形物影响最大。 说明石榴果实成熟后期的气象条件对其营养品质的影响更大。

(4)综合3 个主要品质指标及其关键气象因子，本研究构建了枣庄石榴气候品质综合评价指数模型，并根据指数大小划分特优、优、良、一般4个等级。 利用2019、2020年数据验证，确定的两年石榴气候品质等级与实测等级一致，说明该模型可用于估测枣庄石榴的总体品质。

另外，大风、高温、冰雹等会对石榴果面造成日灼、锈斑、磨伤、雹伤等现象，也会影响果实的整体品质，但本研究暂未涉及，将在今后进一步深入研究。