陜西紅富士蘋果氣候品質指標及認證技術*

劉 璐，王景紅，張樹譽，劉新生

?

陜西紅富士蘋果氣候品質指標及認證技術*

劉 璐1，王景紅1，張樹譽2，劉新生2

（1．陜西省農業遙感與經濟作物氣象服務中心，西安 710014；2．咸陽市氣象局，咸陽 712000）

利用2016年和2017年陜西紅富士主栽縣11個定點采樣果園物候及品質調查數據，采用多元逐步回歸法和加權求和法，建立蘋果單項氣候品質指標模型、果品氣候品質分級指標及果品氣候品質評價指數，以期為開展陜西紅富士蘋果氣候品質認證提供科學依據。結果表明：陜西紅富士蘋果單果重、硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量與膨大期降水量、幼果期日較差、著色成熟期平均最低氣溫及著色成熟期降水量呈顯著正相關關系（P＜0.05），果徑與全生長季平均氣溫呈顯著負相關關系（P＜0.05）；特優級紅富士蘋果的氣候品質指標為幼果期日較差＞7.9℃，膨大期降水量≥134.9mm，著色成熟期平均最低氣溫≥6.1℃，著色成熟期降水量≤79mm，全生長季平均氣溫≤17.5℃；陜西紅富士蘋果氣候品質評價指數CQEI的預測準確率為86.7%，可用于實際認證業務。

紅富士蘋果；物候期；氣候品質；評價指數

陜西黃土高原蘋果種植區是中國乃至世界的優質蘋果產區，目前紅富士蘋果種植面積占全省蘋果種植面積80%左右，是陜西蘋果主栽品種。隨著種植面積和產量的增加，陜西蘋果產業急需從數量效益型向質量效益型轉變，農產品氣候品質認證是對作物品質和其產地的科學標識，是提升農產品市場價值的有效手段，故有必要開展陜西紅富士蘋果氣候品質指標和認證技術研究，為其氣候品質認證工作奠定技術基礎。

蘋果氣候品質指標研究是開展氣候品質認證的基礎。目前，國內外學者針對紅富士蘋果品質和氣象因子的關系已進行了大量研究[1?8]，并在果樹規劃種植和指導生產方面取得了一定的應用效果[9?10]。然而這些研究多為月尺度，而不同產區蘋果物候期差異顯著，以月氣候條件評價不同產區蘋果品質將造成較大誤差[11]。此外，目前國內開展農產品氣候品質認證的技術尚處于起步階段，金志鳳等依據氣候品質指標建立了定量化的浙江省茶葉氣候品質認證評價模型[12]，其它農產品氣候品質認證模型均以定性描述為主，且缺乏對氣候品質指標的研究和應用[13?15]。因此，本研究擬利用氣象、品質和物候期觀測資料，通過對紅富士蘋果品質和不同生育期氣象條件關系的研究，建立其氣候品質評價指標，并在此基礎上建立定量化氣候品質認證模型，以期為開展陜西紅富士蘋果氣候品質認證，促進產業發展和果農增收提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源及處理

1.1.1 果實采樣及數據測定

在陜西蘋果產區西部的旬邑縣赤道鎮和原底社區、彬縣新民鎮、長武縣巨家鎮、永壽縣渡馬鄉、淳化縣官莊鎮，東部的白水縣北井頭鄉和史官鄉，以及北部的洛川縣石頭鎮、土基鎮和永鄉鄉，共7個紅富士蘋果主產縣的11個重點鄉鎮，選取樹齡8～10a、栽植密度3m×4m、管理水平中等偏上且無灌溉條件的定點果園各1個，在每個果園不同位置選定果樹3棵，于2016年和2017年10月果實成熟期，在定點果樹的8個方位和中間摘取果實10個，共獲取樣本果實660個，帶回實驗室對果品品質進行檢測，以此作為陜西紅富士蘋果品質與氣象因子關系模型的研究數據。將陜西省果業管理局2012年和2013年在上述7個生產縣，且無灌溉條件的15個果園獲取的15組果實品質調查數據的平均值，作為模型檢驗數據。

影響蘋果品質指標眾多，綜合農業部行業標準《紅富士蘋果》（NYT 1075-2006）中對果實品質的評價指標和陜西紅富士蘋果品質主要評價指標[16?19]，以可分級定量衡量為原則，選取果實單果重、果徑（橫徑）、硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量5個品質要素作為研究對象。其中單果重采用JA2103N型電子天平稱重，果徑利用游標卡尺測得，硬度采用GY-4型果實硬度計測得，可溶性固形物采用PAL-1型手持數顯折光儀測得，可滴定酸含量采用GMK-835F果實酸度計測得。

1.1.2 氣象資料及其處理

用于品質分析和檢驗的氣象資料來源于采樣點所在鄉鎮區域氣象站，數據來源于陜西省氣象信息中心。

1.2 研究方法

利用多元逐步回歸方法，建立果實品質指標與氣象因子間回歸方程，得到果實品質指標的氣候模型[20?21]，利用實測數據與模擬數據間的均方根誤差（RMSE）對模型的準確度進行檢驗；以《紅富士蘋果》（NY-T1075-2006）的特級、一級和二級分級指標為標準，利用果實品質指標的氣候模型，確定紅富士蘋果氣候品質指標；利用加權求和法，建立氣候品質評價指數。

表1 2016年和2017年各樣點蘋果始花期和采收期以及其它生育期推算結果（月?日）

注：X0為始花期，X1為開花期，X2為幼果期，X3為膨大期，X4為著色成熟期，X5為全生長季，X6為采收期。

Note: X0is initial flowering time，X1is flowering period，X2is young fruit period，X3is expansion period, X4is coloring to maturing period，X5is growing period，X6is harvest time。.

2 結果與分析

2.1 建立蘋果單項氣候品質指標模型

利用陜西省果業管理局2012年和2013年的15組果園果實品質調查數據，對果實品質與氣象因子的回歸方程進行檢驗，結果顯示，單果重、果徑、硬度、可溶性固形物、可滴定酸含量的計算值和實測值的RMSE分別為3.793、2.213、0.214、0.353和0.040，回歸模型的擬合度較好。

表2 果實品質與氣象因子的回歸方程

2.2 建立蘋果氣候品質分級指標

因各果實品質與氣象因子的回歸模型均為單因子模型，故利用該模型，并參照農業部行業標準《紅富士蘋果》（NYT 1075-2006）各品質特級、一級和二級分級標準，可計算求出各品質指標不同等級對應的氣候要素臨界值，即影響果品品質等級的氣候要素分級指標，并將其作為陜西紅富士蘋果氣候品質指標（表3）。由表可見，當氣候品質指標同時滿足幼果期日較差＞7.9℃，膨大期降水量≥134.9mm，著色成熟期平均最低氣溫≥6.1℃，著色成熟期降水量≤79mm，全生長季平均氣溫≤17.5℃時，果品各項品質指標均達特級。利用果品氣候指標，即可對陜西紅富士蘋果各項品質等級進行預測和評價。

2.3 建立蘋果產地氣候品質評價指數

根據《紅富士蘋果》（NYT 1075-2006），目前對蘋果品質的評價主要是對單一品質指標進行評價，缺乏對蘋果綜合品質評價的技術和方法。為科學衡量各品質指標對果品綜合品質的影響，利用表3中陜西紅富士蘋果氣候品質分級指標，采用加權求和法，建立氣候品質綜合評價模型。因參與評價的品質指標均為評價果品品質的關鍵指標，且無輕重之分，故對認證模型中各氣候指標的權重作等權重處理，同時，對特級、一級和二級，分別賦予數值1、2、3，作為氣候品質分級指標的評價等級。計算式為

式中，CQEI為氣候品質評價指數（Climate quality evaluation index），Gi為第i個氣候品質分級指標的評價等級，Gi=1、2、3。

為客觀反映果品氣候品質等級，并與《紅富士蘋果》（NYT 1075-2006）的評價等級具有可比性，以5個氣候品質分級指標均為特級、一級和二級的CQEI計算結果，作為劃分依據，將陜西紅富士蘋果氣候品質認證等級定為特優、優、良和一般4個等級，即當CQEI=1時，氣候品質等級為1級，認證等級為特優；當1＜CQEI≤2時，氣候品質等級為2級，認證等級為優；當2＜CQEI＜3時，氣候品質等級為3級，認證等級為良；當CQEI=3時，氣候品質等級為4級，認證等級為一般（表4）。當參與果品氣候品質認證的任何一項氣候品質指標等級低于2級時，即表明氣候條件不利于形成優質果品，不符合氣候品質認證條件，故不對其進行氣候品質認證。

表3《紅富士蘋果》行業標準中品質評價指標及其對應的陜西紅富士蘋果氣候品質指標

Table 3 The quality evaluation index in the trade standards of Red Fuji apple (QEI)and their corresponding climate quality index(CQI) suggested in Shaanxi province

注：W為單果重，D為果徑，F為果實硬度，S為可溶性固形物含量，T為可滴定酸含量。

Note：W is weight of an apple，D is diameter，F is firmness，S is soluble solid content，T is titratable acid content.

表4 利用氣候品質指數對陜西紅富士蘋果氣候品質的認證等級

利用等權重加權求和法，計算陜西省果業管理局2012年和2013年調查的15個果園果品綜合品質評價等級，并利用CQEI對其進行檢驗。結果顯示，有13個果園的果品氣候品質認證等級與其綜合品質評價等級一致，認證模型準確率達86.7%，說明該模型能夠客觀反映陜西紅富士蘋果品質，可用于不同產區或果園的氣候品質認證業務。

3 結論與討論

通過分析陜西紅富士蘋果果實品質與氣象條件的關系，發現單果重和可溶性固形物與膨大期降水量和著色成熟期平均最低氣溫呈顯著正相關關系，果徑與全生長季平均氣溫呈顯著負相關關系，與周純等研究結論一致[4,6,10,22]；硬度與幼果期日較差呈極顯著正相關關系，這在前人相關研究中未見報道，但符合幼果期是果實細胞分裂的關鍵期，日較差越大，細胞結構越密，果實硬度越大的生理特性[23]；可滴定酸含量與著色成熟期降水量呈顯著正相關關系，與郭碧云的研究結果一致[24]，但《紅富士蘋果》（NY-T1075-2006）中規定，優質果可滴定酸含量不宜超過0.4%，適口含酸量為0.2%～0.25%[25]，而劉璐等研究發現，陜西蘋果果區9?10月連陰雨過程降水量呈增多發生趨勢[26]，這對陜西紅富士蘋果風味和貯運將產生一定影響。此外，研究發現著色成熟期的平均最低氣溫及降水量分別影響蘋果可溶性固形物和可滴定酸含量，著色成熟期是各生育期中對蘋果品質，尤其是對果實風味影響最大的生育期。研究結果明確了陜西紅富士蘋果品質與不同生育期和不同氣象條件的關系，可為指導陜西省蘋果種植結構調整，改善果園小氣候環境，促進果實品質提升，提供理論依據。

研究建立的蘋果單項氣候品質指標模型擬合度較好，可用于氣候條件對蘋果果實單項品質影響的預測和評價。該模型中各品質指標的回歸模型均為單因子要素，為計算果品氣候品質分級指標提供了條件，但與前人建立的多因子回歸模型的研究結果有較大差異，這可能與研究品種、地區及分析時段的不同有關，后期可通過調查數據積累，對模型進行深入優化。

以果品氣候品質分級指標為基礎建立的果品氣候品質評價指數CQEI，在技術思路上對金志鳳等提出的茶葉氣候品質等級評價模型進行了較好的承接與應用[12]，并在果品氣候品質認證技術，尤其是對以往認證模型中缺乏氣候品質指標和綜合品質評價方法的問題進行了改進與創新。該評價模型在陜西紅富士蘋果氣候品質認證評價的應用效果較好，可進行業務化應用，同時可為建立其它農產品氣候品質認證模型提供參考。

[1] 王進鑫,張曉鵬,高保山,等.渭北旱源紅富士蘋果需水量與限水灌溉效應研究[J].水土保持研究,2000,7(1):69?72.

Wang J X,Zhang X P,Gao B S,et al.Study on water requirement and limited irrigation effects of dwarfing red Fuji apple tree on Weibei of Loess Plateau[J].Research of Soiland Water Conservation,2000,7(1):69?72.(in Chinese)

[2] 劉璐,閆亮,李紅梅.陜西省降水對蘋果產量的影響分析[J].陜西農業科學,2010,(5):40?43.

Liu L,Yan L,Li H M.Analysis of the influence of precipitation on apple yield in Shaanxi Province[J].Shaanxi Journal of Agricultural Sciences,2010,(5):40?43.(in Chinese)

[3] 楊振偉.氣象因子與國光蘋果品質關系的研究[J].華北農學報,2000,15(S):148?152.

Yang Z W.Study on the effects of meteorological factors on ‘Ralls’ apple quality[J].Acta Agriculturae Boreali-Sinica,2000,15(Suppl):148?152.(in Chinese)

[4] 周純,林盛華,李武興,等.影響蘋果品質形成的主要環境因子研究初報[J].山西果樹,2002,(4):5?7.

Zhou C,Lin S H,Li W X,et al.Study on the main environmental factors affecting the quality of apple[J].Shanxi Fruit, 2002,(4):5?7.(in Chinese)

[5] 張維敏.陜西紅富士膨大期果實品質特征及其影響因素分析[J].陜西氣象,2017,(2):16?19.

Zhang W M.Analysis of fruit quality characteristics and influencing factors during the expansion period of Shaanxi Red Fuji[J]. Journal of Shaanxi Meteorology,2017,(2):16?19.(in Chinese)

[6] 余優森,莆永義,木相暖.蘋果含糖量與溫度關系研究[J].中國農業氣象,1990,11(3):34?37.

Yu Y S,Pu Y Y,Mu X N.Relatedness between temperature and sugar content of apple[J].Chinese Journal of Agrometeorology,1990,11(3):34?37.(in Chinese)

[7] Feng F,Li M,Ma F,et al.Effects of location within the tree canopy on carbohydrates,organic acids,amino acids and phenolic compounds in the fruit peel and flesh from three apple(×)cultivars[J].Hortic Pes., 2014.DOI:10.1038/hortre.

[8] 魏欽平,王麗琴,楊德勛,等.相對光照度對富士蘋果品質的影響[J].中國農業氣象,1997,18(5):12?14.

Wei Q P,Wang L Q,Yang D X,et al.Effect of Relative Light Intensity on Fruit Quality of “Fuji Apple” [J]. Chinese Journal of Agrometeorology,1997,18(5):12?14.(in Chinese)

[9] 朱琳,郭兆互,李懷川,等.陜西省富士系蘋果品質形成氣候條件分析及區劃[J].中國農業氣象,2001,22(4):50?53.

Zhu L,Guo Z X,Li H C,et al.Analysis of climatic conditions affecting the quality of Fuji Apple and climate division in Shaanxi Province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2001,22(4):50?53.(in Chinese)

[10] 魏欽平,張繼祥,毛志泉,等.蘋果優質生產的最適氣象因子和氣候區劃[J]. 應用生態學報,2003,14(5):713?716.

Wei Q P,Zhang J X,Mao Z Q,et al.Optimum meteorological factors and climate divisions of apple for good quality[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2003,14(5):713?716.(in Chinese)

[11] 屈振江,鄭小華,劉璐,等.陜西不同生態區蘋果品質差異及與氣象因子的關系[J].氣象, 2017,43(7):872?878.

Qu Z J,Zheng X H,Liu L,et al.Relationship between apple quality and meteorological factors in different ecological regions in Shaanxi[J].Meteorological Monthly,2017,43(7):872?878.(in Chinese)

[12] 金志鳳,王治海,姚益平,等.浙江省茶葉氣候品質等級評價[J].生態學雜志,2015,34(5):1456?1463.

Jin Z F,Wang Z H,Yao Y P,et al.Evaluation of tea climate quality grade in Zhejiang[J].Chinese Journal of Ecology,2015,34( 5):1456?1463.(in Chinese)

[13] 婁偉平,吳利紅,孫科,等.春季龍井茶葉氣候品質認證[J].氣象科技,2014,42(5):945?950.

Lou W P,Wu L H,Sun K,et al.Climatological quality certification scheme for spring Longjing Tea production[J]. Meteorological Science and Technology,2014,42(5):945?950. (in Chinese)

[14] 李德,高超,孫義,等.黃河故道碭山酥梨氣候品質評價模型研究[J].西北農林科技大學學報,2018,46(10):1?9.

Li D,Gao C,Sun Y,et al.Evaluation model of climate quality for Dangshansu pear in the Old Yellow River[J]. Journal of Northwest A &F University(Nat. Sci. Ed.),2018,46(10):1?9.(in Chinese)

[15] 張向榮,何可杰,雷雯,等.獼猴桃果品氣候品質認證技術研究[J].陜西農業科學,2015,61(10):65?68.

Zhang X R,He K J,Lei W,et al.Study on climate quality certification of kiwi fruit[J].Shaanxi Journal of Agricultural Sciences,2015,61(10):65?68.(in Chinese)

[16] 徐吉花,趙政陽,王雷存,等.蘋果果實品質評價因子的選擇研究[J].干旱地區農業研究, 2011,29(6):269?274.

Xu J H,Zhao Z Y,Wang L C,et al.Selection of factors for apple fruit quality evaluation[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2011,29(6):269?274.(in Chinese)

[17] 白沙沙,畢金峰,王沛,等.基于主成分分析的蘋果品質綜合評價研究[J].食品科技,2012,37(1):54?57.

Bai S S,Bi J F,Wang P,et al.Comprehensive evaluation of apple quality based on principal component analysis[J].Food Science and Technology,2012,37(1):54?57.(in Chinese)

[18] 聶繼云,李志霞,李海飛,等.蘋果理化品質評價指標研究[J].中國農業科學,2012,45(14):2895?2903.

Nie J Y, Li Z X, Li H F,et al.Evaluation indices for apple physicochemical quality[J].Scientia Agricultura Sinica,2012,45(14):2895?2903.(in Chinese)

[19] 馬玉娟,趙見軍,鄧紅,等.陜西洛川富士鮮蘋果品質綜合評價及分級體系的構建[J].食品科學,2015,36(1):69?74.

Ma Y J,Zhao J J,Deng H,et al.Construction of comprehensive quality evaluation and grading system for fresh Fuji Apple in Luochuan,Shaanxi[J]. Food Science,2015,36(1):69?74.(in Chinese)

[20] 魏欽平,程述漢,唐芳,等.紅富士蘋果品質與生態氣象因子關系的研究[J].應用生態學報,1999,10(3):289?292.

Wei Q P,Cheng S H,Tang F,et al.Relationship between fruit quality of Fuji apple and meteorological factors[J].Journal ofApplied Ecology,1999,10(3):289?292.(in Chinese)

[21] 高華,樊紅科,魯玉妙,等.陜西渭北旱塬“粉紅女士”蘋果品質與氣象因子的關系[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2009,37(11):99?102.

Gao H,Fan H K,Lu Y M,et al.Relationship between fruit quality of “pink Lady” apple and meteorological factors in Chinese Weibei Highland areas[J].Journal of Northwest A&F University(Nat.Sci.Ed.), 2009,37(11):99?102. (in Chinese)

[22] 魏欽平,李嘉瑞,束懷瑞.蘋果品質與生態因子關系的研究[J].山東農業大學學報,1998,29(4):532?536.

Wei Q P,Li J R,Shu H R.Relationships between fruit quality and ecological factors in apple[J].Journal of Shandong Agricultura l University,1998,29(4):532?536.(in Chinese)

[23] 王景紅,等.果樹氣象服務基礎[M].北京:氣象出版社,2010:109?110.

Wang J H,et al.The basis of fruit tree meteorological service[M].Beijing:China Meteorological Press,2010:109?110.(in Chinese)

[24] 郭碧云.陜西生態因子與蘋果品質相關性研究[D].楊凌:西北農林科技大學,2006:36?37.

Guo B Y.Study on relativity between apple quality and ecological factors in Shaanxi Province[D].Yangling:Northwest A&F University,2006:36?37.(in Chinese)

[25] 徐優森,蒲永義.蘋果品質與氣象條件關系的研究[J].氣象,1991,17(3):22?26.

Xu Y S,Pu Y Y.A study on the relationship between the quality of apple and meteorological condition[J].Meteorology Monthly,1991,17(3):22?26.(in Chinese)

[26] 劉璐,李艷麗.陜西蘋果基地縣9?10月連陰雨氣候特征分析[J].陜西氣象,2010,(6):18?20.

Liu L,Li Y L.A study on the characteristics of cloudy and rainy climate in apple base county of Shaanxi Province[J].Shaanxi Meteorology,2010,(6):18?20.(in Chinese)

Climate Quality Index and Climate Quality Certification Model of Red Fuji Apple in Shaanxi Province

LIU Lu1, WANG Jing-hong1, ZHANG Shu-yu2, LIU Xin-sheng2

(1. Shaanxi Meteorological Service Station for Agricultural Remote Sensing and Economic Crops, Xi’an 710014, China; 2. Xianyang Meteorological Bureau, Xianyang 712000)

The phenology and fruit quality data from 11 Fuji apple orchards of the main production counties in Shaanxi province were collected between 2016 and 2017. Multiple stepwise regression and weighted sum method were used to establish the climate quality index and the climate quality certification model，which could provide scientific supports for the quality assessments of Fuji apple in Shaanxi. Results indicated that the average fruit weight, firmness, soluble solid and titratable acid content were all significantly positive related with the precipitation during the fruit expanding stage, the daily temperature ranges during the young fruit period, as well as the mean minimum temperature and precipitation during the ripe period (P<0.05). However, significant negative correlation was found between fruit horizontal diameterand the average temperature during the growing season (P<0.05). In order to yield better Fuji apples, the relevant climatic conditions listed below should be satisfied, such asthe daily temperature ranges during the young fruit period larger than 7.9℃, the precipitation during the fruit expanding stage≥134.9mm, the mean minimum temperatureand precipitation during the ripe period≥6.1℃ and ≤79mm, respectively, as well as the average temperature during the growing season≤17.5℃. The prediction accuracy of CQEI was 86.7%, which implied that the quality evaluation index in this study could be used to assess the quality of Fuji apples in Shaanxi.

Red Fuji apple; Phenological phase; Climate quality; Climate quality evaluation index

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.09.007

2018?03?05

中國氣象局關鍵技術應用與集成項目（CMAGJ2015M60）

劉璐（1981?），女，碩士，高級工程師，主要從事蘋果氣象服務工作。E-mail：liululu128@163.com

劉璐,王景紅,張樹譽,等.陜西紅富士蘋果氣候品質指標及認證技術[J].中國農業氣象,2018,39(9):611?617