基于气象因子的湖南省柑橘气候品质评价模型研究——以洞口蜜桔为例

邓 玲，江涤非，黎跃勇，董子舟，谭诗琪

（1.湖南省气象服务中心，湖南 长沙 410118；2.气象防灾减灾湖南省重点实验室，湖南 长沙 410118）

0 引言

农作物气候品质评价是指气候条件对作物品质影响的优劣等级的评定，是提高农产品的品质和声誉、增强竞争力的有效手段之一［1-2］。随着我国经济社会的发展和人民生活水平的不断提高，消费者对各类农产品的需求已经由量的满足转为质的追求。目前及今后一段时间内，我国农业生产面临的主要问题是如何提高农产品的品质［3］。柑橘是世界第一大果树种类，中国是世界柑橘第一大生产国，湖南是全国柑橘优势产区和橘橙的主要原产地。2016—2018年，在湖南省水果产业中，柑橘生产面积占72.8%～74.3%、产量占84.1%～85.4%。2018年湖南柑橘种植面积约38.43万hm2，总产量达528.57万t［4］。主要栽培品种有脐橙、冰糖橙、温州蜜桔、椪柑等。因此，研究气候条件对柑橘品质的影响，并建立湖南柑橘气候品质评价的指标和模型，可为客观地评价柑橘品质、提高柑橘产品的市场竞争力提供科学依据。

近年来，国内很多学者采用逐步回归法、主成分分析法、加权指数求合法等对茶叶、苹果、水蜜桃、酥梨、水稻、猕猴桃、脆李、火龙果等农产品开展了气候品质分析、评价和模型的研究［1-2，5-14］。关于气象因子与柑橘品质关系的研究，目前主要针对椪柑、脐橙、红美人、蜜桔等柑橘品种，如李金强等［15］研究了贵州山地气象因子与柑橘果实品质的相关性，结果表明：年均温、≥10 ℃年积温、最冷月均温、无霜期、日照等气象因子与椪柑、纽荷尔脐橙的可食率、固形物、含糖量、糖酸比、固酸比等指标呈正相关，与椪柑和纽荷尔脐橙的总酸、VC的含量呈负相关，其中，年均温和最冷月均温的影响较大，呈极显著正相关。孙系巍等［16］研究发现，日照时数、昼夜温差、降雨量等气象因子对冰糖橙果实的可溶性固形物含量、酸含量和果实大小等品质有重要的影响。王程宽等［17］采用相关性和回归分析法，研究了红美人柑橘果实品质与不同物候期气象因子的关系，结果表明：红美人柑橘萌芽期降水量与果实蔗糖、总酸含量呈显著正相关；同时期的日照时数与可溶性固形物、总酸含量呈显著负相关，与蔗糖含量呈极显著负相关。平均气温日较差是影响红美人果实风味的关键因素，昼夜温差大，则果实风味更佳。马晶昊等［18］采用相关性分析法研究了洞口蜜桔品质与气象要素的关系，结果表明：10 ℃以上积温和昼夜温差对蜜桔的品质的影响最大，其次是平均相对湿度、降水量、积温、日照时数和平均气温。

根据2010—2020年湖南柑橘主产区代表品种洞口蜜桔，以及2015—2020年黔阳冰糖橙、道县脐橙、石门柑橘的品质数据和相应的气象数据，首先，采用相关普查法筛选出湖南柑橘受气象条件影响较大的品质指标，在此基础上，采用逐步回归法筛选出影响湖南柑橘品质的关键气象因子，建立了湖南柑橘气候品质评价指标。最后，基于2010—2020年洞口蜜桔的品质检测数据和同期气候指标的数据，采用德尔菲法、主成分回归方法、加权指数求合法，建立了洞口蜜桔气候品质评价模型，基于该模型对洞口蜜桔近11年的气候品质进行了评价。

1 资料与方法

1.1 资料来源

1.1.1 气象数据 本文使用的气象资料来源于1991—2020年洞口县、2015—2020年道县、洪江市、石门县4个国家基本气象站的逐日观测资料。气象要素包括平均气温、最高气温、最低气温、降水量、日照时数、相对湿度等。

1.1.2 品质数据 本文使用的洞口蜜桔、黔阳冰糖橙、道县脐橙、石门柑橘4个柑橘品种的品质资料均来源于当地的农业农村局，检测的品质指标包括含酸量、糖酸比、可溶性固形物、VC含量、可食率、出汁率、果实横径、果实纵径、皮厚共9项。其中，洞口雪峰蜜桔品质数据年份为2010—2020年，黔阳冰糖橙、道县脐橙、石门柑橘品质数据年份为2015—2020年。

1.2 研究方法

1.2.1 湖南柑橘受气象条件影响较大的品质指标的筛选 按照柑橘的生长发育规律，其主要生育期为开花期、果实膨大期、果实迅速膨大期（壮果期）、着色期和采摘期，每个阶段都会影响果实品质的形成。通过文献查阅、实地走访调查以及专家咨询，结合金志凤等［19］起草发布的气象行业标准《农产品气候品质评价 柑橘》（QX/T 592—2020），初步拟定了27个气象因子作为湖南省柑橘气候品质的待选指标（表1）。运用DPS数据处理软件对2010—2020年洞口蜜桔、2015—2020年洪江黔阳冰糖橙、道县脐橙、石门柑橘的9项品质指标的检测数据，分别与各主产区同期历史气象数据进行相关性普查，得到各品质指标与27个初拟气象因子的相关性分析结果（表2）。由此可知，在湖南省柑橘的9项品质指标中，受气象因子影响较大的有可溶性固形物含量和VC含量2项。

表1 湖南省柑橘气候品质评价初拟待选气象指标（生育期以洞口蜜桔为例）［1］

表2 湖南省柑橘品质指标相关气象因子数量一览表

1.2.2 湖南柑橘气候品质评价指标的确定 在相关性普查结果的基础上，采用逐步回归方法，筛选出影响湖南省柑橘可溶性固形物含量、VC含量形成的关键气象因子，并结合专家意见，最终确定6项湖南省柑橘气候品质评价指标，分别为：果实迅速膨大期—采摘期的累计日照时数（h）、果实膨大期的降水量（mm）、采摘期阴雨日数（d）、主要生长季（4—10月）平均气温（℃）、着色期—采摘期平均气温日较差（℃）和果实膨大期日最高气温≥35 ℃的最长持续天数（d）。

1.2.3 洞口蜜桔气候品质评价模型的建立

1.2.3.1 品质指标等级划分标准 参照《农产品气候品质评价柑橘》（QX/T 592—2020），品质指标可溶性固形物含量Ss≥12.0%、11.0%≤Ss＜12.0%、Ss＜11.0%，分别对应特优、优、良及其以下3个等级。将2010—2020年洞口蜜桔逐年VC含量检测值进行K均值聚类分析，得到2个聚类中心：50.0%和55.0%，将品质指标VC含量分为3个等级：VC＞55.0%、50.0%＜VC≤55.0%、VC＜50.0%；分别对应特优、优、良及其以下（表3）。

表3 洞口蜜桔、柑橘品质指标等级划分

1.2.3.2 气候品质评价指标阈值的确定 基于2010—2020年洞口蜜桔可溶性固形物含量、VC含量2项品质数据和同期6项气候指标数据（表4），根据表3可以得出，2010—2020年洞口蜜桔可溶性固形物含量达到特优级别的年数为8 a，特优率为72.7%，VC含量达到优、特优级别的年数为9 a，优率为81.8%，其中特优率为54.5%。通过统计分析不同级别可溶性固形物含量和VC含量对应的气候指标观测值的范围，经专家指导修正，确定了6项气候品质评价指标的分级赋值（表5）。

表4 2010—2021年洞口蜜桔品质与同期气候指标数据

表5 洞口蜜桔评价指标的分级赋值

1.2.3.3 气候品质评价指标权重的确定 采用主成分分析方法，对洞口县1991—2020年的6项气候品质评价指标对应的气候数据进行统计分析，得到各气候品质评价指标的权重系数（表6）。

表6 洞口蜜桔气候品质评价指标权重系数

1.2.3.4 气候品质评价模型的构建 采用加权指数求和法建立洞口蜜桔气候品质评价模型，见式（1）：

式（1）中：ID为洞口蜜桔气候品质评价指数；ai为第i个气候品质指标的权重系数，a1～a6分别为8月下旬—11月中旬累计日照时数、7月中旬—9月中旬降水量、10月下旬—11月中旬阴雨日数、主要生长季（4—10月）平均气温、9月下旬—11月中旬气温日较差、7月中旬—9月中旬日最高气温≥35 ℃最长持续天数的权重系数，分别取0.23、0.14、0.16、0.11、0.27、0.09；Mi为第i个气候品质指标的分级赋值。

1.2.3.5 气候品质等级的划分 按照气候品质评价指数ID，将气候品质划分为3个等级：特优、优、良及以下，并且把气候品质与洞口蜜桔品质相对应。将洞口蜜桔1991—2020年的气候品质评价指数ID进行K均值聚类分析，得到2个聚类中心，即2.8、2.5；按照聚类分析结果，将30年的ID值分成3类：ID≥2.8、2.5≤ID＜2.8、ID＜2.5，对应洞口雪峰蜜桔气候品质等级为特优、优、良及其以下3个级别。

2 结果与分析

利用洞口县国家基本气象站2010—2020年的气象观测数据，根据表4、表5、式（1）计算逐年洞口蜜桔品质形成关键期的气候品质评价指数ID，根据表7数据得出2010—2020年洞口蜜桔的气候品质等级结果（表8）。

表7 洞口蜜桔气候品质等级划分与评价指数

表8 2010—2020年洞口蜜桔气候品质评价指数

由表8可知，近11年的洞口蜜桔气候品质评价指数ID介于2.25～3.00，气候品质等级除2016、2020年为良及以下外，其余年份气候品质等级均为特优或优。通过与2010—2020年洞口蜜桔可溶性固形物和VC含量2个品质指标对应的品质等级数据对比可知（表9），根据评价模型确定的气候品质等级与实际的品质等级吻合率较高，其中与2项品质指标等级均一致的年份有6 a，分别为2010、2011、2013、2014、2017、2020年；与1项品质指标等级一致的年份均为8 a，吻合率为72.7%。由此可见，本研究所建立的洞口蜜桔气候品质评价指标和模型具备可靠性。

表9 洞口蜜桔可溶性固形物和VC含量品质指标对应的品质等级

3 结论与讨论

本文根据2010—2020年湖南柑橘主产区的代表品种洞口蜜桔和2015—2020年黔阳冰糖橙、道县脐橙、石门柑橘的品质数据和相应的气象数据，首先，采用相关普查法筛选湖南柑橘受气象条件影响较大的品质指标，在此基础上，采用逐步回归法筛选了影响湖南柑橘品质的关键气象因子，从而确定湖南柑橘气候品质的评价指标；其次，基于2010—2020年洞口蜜桔的品质检测数据和同期气候指标数据，采用德尔菲法、主成分回归方法、加权指数求和法，建立了洞口雪峰蜜桔气候品质评价模型，并基于该模型对洞口蜜桔近11年的气候品质进行了评价。

研究结论为：（1）湖南省9项柑橘品质指标中，受气象因子影响较大的为可溶性固形物和VC含量2项指标。

（2）影响湖南省柑橘气候品质的关键气象因子主要为果实迅速膨大期—采摘期累计日照时数、果实膨大期降水量、采摘期阴雨日数、主要生长季（4—10月）平均气温、着色期—采摘期平均气温日较差、果实膨大期日最高气温≥35 ℃的最长持续天数等6项指标。

（3）2010—2020年洞口蜜桔气候评价指数介于2.25～3.00，除2016、2020年气候品质等级为良及以下外，其余年份均为优、特优级别。

（4）通过与2010—2020年洞口蜜桔的可溶性固形物含量和VC含量这2个品质指标对应的品质等级数据对比，根据气候品质评价模型确定的气候品质等级与实际的品质等级吻合率较高，其中与2项品质指标等级均一致的年份有6 a，与1项品质指标等级一致的年份均为8 a，吻合率为72.7%。由此可见，本研究所建立的洞口雪峰蜜桔气候品质的评价指标和模型具备可靠性。