红富士苹果果径及产量与环境气象要素的关系分析

裴秀苗 ，苏 欢 ，张茜茹 ，裴昭萌

（1.运城市气象局，山西 运城 044000；2.山西省气象科学研究所，山西 太原 030002；3.临猗县气象局，山西 临猗 044002；4.运城市盐湖区气象局，山西 运城 044000）

万荣县地处黄土高原，土地肥沃、土壤通透性好，四季分明，光照时间长，昼夜温差大，年平均气温12.3 ℃，降水量502.7 mm，日照时数2 234.7 h，符合优质苹果生产的气象指标[1]，是我国乃至世界优质苹果产区，种植苹果历史悠久。受益于良好的环境气候条件，万荣县的苹果汁多皮薄、香甜味美，素有“万荣苹果甲天下”之美誉。全县栽植苹果树2.2万hm2，年产量60万t，以红富士为主。苹果是万荣县农民增收、农业增效、农村稳定的主导产业和支柱产业，2010、2014年分别获得了山西省出口加拿大和美国的第一张“绿卡”，2013年被确定为国家出口苹果质量安全示范区。

苹果的生长受自身遗传因素和生态环境因素的共同影响，其中环境气象条件对其生长起着举足轻重的作用[2-5]。众多学者在苹果产量定性预报、气候品质与气象因子的相关关系以及灾害防御等方面开展了大量研究，取得了显著的成效[6-15]，刘璐等[16]利用非线性回归分析方法研究了陕西省礼泉、凤翔、白水、洛川和旬邑等县苹果单产与气象因子的相关关系，建立了非线性回归预测模型，预测准确率在64%以上。裴秀苗等[17]研究发现，8月上旬的日照时数、6月和9月的降水量以及9月的相对湿度等与万荣县红富士苹果果面裂纹等级关系密切。杨小利等[18]研究发现，气候变化对陇东高原苹果的影响利弊共存，当前气候向暖干化发展，造成陇东地区苹果开花期提前，花期冻害概率提高，而生长周期的延长有利于营养物质和糖分的积累，对提高苹果产量和品质有着重大的积极意义。魏钦平等[19]应用多种计算方法，对我国不同生态气候区的苹果品质进行分析，并根据生产气候条件，将我国苹果种植区划分为渤海湾中晚熟和晚熟苹果种植区、黄土高原和甘肃陇东早熟苹果种植区、黄河故道和秦岭北麓新兴种植区、西南高原高档优质苹果种植区、长江以南早熟苹果种植区。刘璐等[20]研究发现，陕西省红富士苹果果径的大小和生长季的平均气温呈显著负相关，幼果期的气温日较差影响苹果的硬度，而可溶性固形物和单果质量与着色成熟期的日平均最低气温以及膨大期的降水量呈显著正相关。姚小英等[21]研究发现，陇东南花牛苹果单果质量和气温相关关系显著，而果径、单果质量的变化与≥10 ℃积温符合S型曲线。总的来说，目前就果径、单果质量与气象因子相关关系的研究相对比较薄弱，而且受地域因素的影响，各地环境气象因子对红富士苹果的影响程度存在着明显的差异，因此，有必要就苹果优产区万荣县的环境气象因子予以分析研究。

本研究拟通过对万荣县红富士苹果横径、纵径、单果质量、平均产量等分别与环境气象因子的关系进行分析，建立影响苹果大小、单果质量、产量等的预测模型，以期提高农民抗御气象灾害的能力[22]，为实现乡村振兴保驾护航。

1 资料和方法

气象资料来源于运城市气象局，红富士苹果发育期资料来源于万荣县气象局。

选用2011—2020年旬、月平均气温、积温（≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃和≥15 ℃）、气温日较差、平均最低（最高）气温、降水量、连续降水日数、日照时数、日照百分率、相对湿度等环境气象资料和苹果生育观测资料，利用SPSS统计软件和Excel表格进行资料处理分析，通过逐步回归，筛选出与万荣县红富士苹果果径、单果质量、产量关系密切的环境气象因子，建立多元回归模型。

2 结果与分析

2.1 环境气象因子与果径的关系分析

万荣红富士苹果开花期在4月2—16日，4月10日左右幼果初形成，采摘期在10月中旬至11月上旬。从图1可以看出，红富士苹果从5月上旬至10月上旬横径和纵径持续增长，幼果时横径和纵径差别不大，进入6月中旬，横径的增长速度大于纵径，横径逐渐超过纵径，外形上初步呈现偏圆或扁圆形的特点；8月20日后，横径增长速度达到高峰，果实增大最快；至9月中旬横纵径比例基本定型，横径于10月上旬、纵径于9月底基本停长，10月中旬开始收获。从幼果初形成到采摘，生长期为192～205 d。

图1 万荣苹果幼果至成熟期果径增长变化Fig.1 Increase change of fruit diameter of apples in Wanrong from young apple to maturity

以红富士苹果横、纵径为目标函数，环境气象因子为自变量，应用逐步回归，剔除对目标函数影响较小的因子，得到影响红富士苹果横、纵径的关键气象因子和回归方程。

式中，y为横径，x1为8月上旬降水量，x2为8月中旬最低气温，x3为8月平均气温，x4为8月降水量。相关系数为0.19，R2=0.83，通过置信度0.1检验。

从公式（1）可以看出，万荣县红富士苹果横径的膨大主要受8月气象因子的影响。影响横径大小的主要环境气象因子有8月上旬和8月的降水量、8月中旬最低气温以及8月的平均气温，横径的生长速度与整个8月的降水量和平均气温呈正相关。对万荣县红富士苹果来说，8月是其第2膨大期，雨热条件是红富士苹果膨大的关键影响因子，降雨多可使细胞体积膨大，而干旱缺水是影响膨大的重要气象灾害，此时应保证果园内水分供应，适时灌水，促进果实膨大与花芽发育；热量条件是横径增长的另一关键因子，在适宜的温度范围内，雨热充足，横径增长快速，果大；相反雨热条件不足，横径生长受阻，果小，商品价值低，影响果农增收。

式中，y为纵径，x1为5月降水量，x2为6月中旬最低气温，x3为7月上旬相对湿度，x4为8月下旬相对湿度。相关系数为0.91，R2=0.83，通过0.1的置信度检验。

相对于横径来说，纵径的增长进度缓慢，受影响的环境气象因子从5月持续到8月，其中，5月的降水量、6月中旬的最低气温、7月上旬的相对湿度与纵径大小呈正相关，也就是说5—8月是万荣县红富士苹果“长高”期，其中，5月是幼果第1次膨大期，此时是果树需水临界期，降水充足，有利于幼果“长高”；7—8月进入幼果第2次膨大期，也是果树第2个需水临界期，7月上旬环境湿润，树叶吸收水分充足，光物质积累较多，有利于红富士苹果纵径增长，缺水时新梢生长不良、幼果严重脱落、果个小、产量低、品质差；8月下旬果园内空气相对湿度过大反倒不利于纵径的生长。

总之，万荣县红富士苹果果径的大小与气温密切相关，与特定时期的气温呈明显的正相关，在一定气温范围内，气温越高，细胞分化越快，果径增长越快，反之果径增长则慢。8月是万荣红富士苹果第2个膨大期，降水多，有利于形成大果，而降水少，细胞分裂受阻，影响果实膨大，容易形成小果，商品价值降低。

由图2可知，8月上旬降水量和横径呈较为明显的正相关关系，降水量较多时，空气湿润，满足果皮和果肉细胞分裂需要的水分，果皮和果肉细胞分化充分，利于幼果膨大形成大果；而降水稀少时，果皮和果肉细胞分化受阻，皮厚、果小，后期遇降水多时容易出现果面裂纹甚至裂果。

图2 横纵径与气象因子的相关性Fig.2 Correlation between transverse and longitudinal diameter and meteorological

2.2 平均单果质量与环境气象因子的关系分析

以红富士苹果平均单果质量为目标函数，环境气象因子为自变量，应用逐步回归，剔除对目标函数影响较小的环境气象因子，得到影响红富士苹果单果质量的关键气象因子和回归方程。

式中，y为单果质量（g），x1为 5月下旬最低气温，x2为 6月上旬最高气温，x3为 7月最低气温，x4为9月平均气温。相关系数为0.97，R2=0.94，通过0.05的置信度检验。

由拟合方程及图3可知，万荣县红富士苹果单果质量与5月下旬的最低气温、9月的平均气温呈正相关，与6月上旬的最高气温、7月的最低气温呈负相关。影响万荣县红富士苹果单果质量的主要环境气象因子是气温，降水量、相对湿度和日照时数对单果质量的影响均不显著，这主要是因为生产技术、管理水平、灌溉条件的提高，减弱了自然降水对苹果产量的影响。

图3 气象因子与单果质量的相关性Fig.3 Correlation between meteorological factors and single fruit weight

2.3 产量与环境气象因子的关系分析

苹果产量的形成除了受气象条件影响外，还和管理水平、灌溉条件等密切相关。近年来，随着市场变化，果农越来越重视苹果生产，在技术、资金等方面不断增加投入，再加上水利设施的不断完善，大大改善了靠天吃饭的被动局面，因此，降水量和苹果产量的关系逐渐淡化，但在降水特少的情况下，灌溉只能满足根系生长需水，树冠层的湿度条件难以改善，空气的相对湿度显著地影响到叶片气孔的开放度，而气孔开放度影响叶片与环境气体的交换和水汽扩散，所以，空气湿度与光合作用有着密切的关系。当相对湿度降到38%以下时，气孔关闭，光合作用也随着停止。

以红富士苹果产量为目标函数，环境气象因子为自变量函数，采用逐步回归分析法，剔除对目标函数影响较小的环境气象因子，得到影响红富士苹果产量的关键气象因子和回归方程。

式中，y为产量（kg/hm2），x1为4月上旬相对湿度，x2为 4月降水量，x3为 4—8月日照时数，x4为8月上旬相对湿度。相关系数为0.96，R2=0.93，通过0.05的置信度检验。

万荣县红富士苹果产量与4月降水量、4—8月日照时数、8月上旬相对湿度呈正相关，与4月上旬的相对湿度呈负相关（图4）。4月上旬是万荣县红富士苹果开花期，降水多、湿度大，影响果花正常授粉，授粉率下降，影响产量；8月是果实第2膨大期，8月上旬相对湿度大，有利于细胞分裂，易于形成大果，提高产量；4—8月是万荣县红富士苹果生长的主要时期，期间日照充足，有利于光合产物的积累，具备高产的有利条件。

图4 气象因子与单产的相关性Fig.4 Correlation between meteorological factors and yield per unit

3 结论与讨论

相比以往关于红富士产量及果径的相关研究，本研究系统分析了运城市万荣县红富士苹果横径、纵径及单果质量、产量与气象环境要素的关系，得到了影响该地红富士苹果果径及产量的关键气象因子，并建立了横径、纵径、单果质量及单产与气象环境要素的关系模型，在研究对象上更加系统全面，要素选择上更加贴近实际，为当地苹果品质和产量提升提供了有力的科学依据。

红富士苹果的果径大小、平均单果质量及产量受环境气候条件、栽培技术、生产水平、灌溉条件等的综合影响，在不考虑栽培技术、生产水平、灌溉技术发展的前提下，万荣县红富士苹果果径的大小、平均单果质量及平均产量主要受气温和日照的影响，其次是特定时期的相对湿度，受降水量的影响较小。

万荣县红富士苹果横径与纵径的生长速度在不同发育时期受不同气象要素的影响，横径的生长速度与8月的降水总量、平均气温呈正相关。8月是万荣县红富士苹果横径增大的关键时期，此时充足的雨热条件有利于横径的增长，形成大果；反之，雨热条件不足时，横径生长受阻，果小。纵径的生长速度与5月的降水总量、6月中旬的最低气温、7月上旬的相对湿度呈正相关。相对于横径来说，纵径的增长进度缓慢，受影响的环境气象因子从5月持续到8月，其中,5月的降水量、6月中旬的最低气温、7月上旬的相对湿度与纵径呈正相关关系。5—8月是万荣县红富士苹果“长高”时期，其中，5月是幼果第1次膨大期，此时果树处于需水临界期，降水充足有利于幼果纵经的增加；7—8月是幼果第2次膨大期，也是果树第2个需水临界期，7月上旬环境湿润，树叶吸收水分充足，光物质积累较多，有利于红富士苹果纵径增长；相反，生长环境水分不足时果树新梢生长不良、幼果严重脱落、果个小、产量低、品质差。6月中旬的最低气温则是通过影响干物质的积累而影响纵径的生长速度。

万荣县红富士苹果单果质量受降水量的影响不显著，这可能是因为当地苹果种植区具备良好的灌溉条件，基本可以满足苹果生长对水分的需求。万荣县红富士苹果单果质量主要受气温高低的影响，而且不同生育期影响程度不同。分析发现，5月下旬的最低气温、7月的最低气温、6月上旬的最高气温和9月的平均气温和单果质量关系密切。产量与4月降水量、4—8月日照时数、8月上旬相对湿度呈正相关，与4月上旬的相对湿度呈负相关。4—8月是万荣县红富士苹果产量形成的关键时期，期间日照充足，有利于光合产物的积累，从而提高单产，8月是果实第2次膨大期，8月上旬相对湿度大，有利于细胞分裂，易于形成大果，是形成高产的必备条件；而4月上旬是万荣县红富士苹果开花时期，降水多、湿度大，影响果花正常授粉，授粉率下降，从而使产量减少。

总体来看，4—8月的气温、降水量、日照时数及9月平均气温对万荣县红富士苹果产量因子的影响较大；果径的大小与气温、降水密切相关，在一定温度范围内，气温越高，细胞分化越快，果径增长越快，反之果径增长则慢；单果质量与5月下旬的最低气温、9月的平均气温呈正相关，与6月上旬的最高气温、7月的最低气温呈负相关；产量与4月降水量、4—8月日照时数、8月上旬相对湿度呈正相关，与4月上旬的相对湿度呈负相关。