柴達木地區枸杞產量與氣象條件關系模型構建

雷玉紅，王發科，許學蓮，侯 岳，顏亮東，李春暉，梁志勇

（1青海省格爾木市氣象局，青海格爾木 816099；2青海省氣象科學研究所，西寧 810001；3青海省防災減災重點實驗室，西寧 810001）

0 引言

柴達木盆地屬高原大陸性氣候，是中國三大內陸盆地之一，屬封閉性的巨大山間斷陷盆地，位于青海省西北部，青藏高原東北部，面積約25萬km2，以沙地土壤養分貧瘠和干旱為主要特點[1]。年降水量自東南部的200 mm遞減到西北部的15 mm[2]，年均相對濕度為30%～40%，最小可低于5%。盆地年均溫5℃左右，氣溫變化劇烈，其光照時間長達10 h，晝夜溫差達12℃[3-4]。由于其光照充足，氣溫溫差大，干燥少雨，特別適宜枸杞的生長[5]。近年來，隨著氣候變化、農業種植結構調整和農業產業化發展，枸杞產業發展迅速，枸杞產業已經成為推動農牧業經濟增長的主導產業[6-8]。

筆者從柴達木地區影響枸杞產量發育期時段分類、不同發育時段氣象因子對產量的影響結果及產量方程等方面進行研究，其成果對合理利用當地氣候資源，提升氣象防災減災服務能力，促進當地枸杞產業高產、穩產和可持續發展，提高氣象科技支撐作用等方面具有重要的作用和深遠的意義。

1 資料與方法

選取柴達木盆地格爾木、諾木洪2個氣象臺（站）作為觀測站點，格爾木市氣象臺2016年開始觀測，而諾木洪氣象站從2011年開始觀測，枸杞產量資料2012年開始有，具有7年完整連續的觀測資料及產量資料。本文利用2個站點的枸杞發育期觀測資料及諾木洪氣象站2012—2018年的氣溫、降水及日照等氣象資料，應用逐步回歸、概率統計等統計方法[9]進行分析，研究中的資料整理和統計計算、圖表制作均使用Microsoft Excel 2010完成。

2 影響枸杞產量的氣象條件分析

2.1 枸杞不同發育期對產量的影響程度及影響產量的重要組成要素分析

枸杞5月中旬開始展葉，6月上旬老眼枝開花，6月下旬老眼枝果實形成，7月中旬老眼枝果實成熟，完成第一次開花結實；枸杞的第二次開花結實是春梢生長開始，6月中旬現蕾，7月上旬達盛花期，8月下旬成熟；枸杞的第三次開花結實是秋梢生長開始，8月下旬達盛花期，9月下旬成熟[10-11]。

枸杞從看到幼小花蕾到授粉結束大約要經過10～15天左右，枸杞花朵雌蕊授精后，整個生長過程從授精到果熟需20～25天左右。氣溫高成熟快，氣溫低成熟慢。從外部形態特征上看，其生長發育可分為青果期、變色期、果熟期3個時段[12]。青果期的長短隨氣溫而變，氣溫高則短，氣溫低則長。變色期和果熟期氣溫高則成熟早、果實大。果枝長度和果節數是影響產量的重要組成要素，它們對光照有較強的敏感性[13]。光照越弱，果枝生長受限，會退化為營養枝，枝條伸展長度越長，也越纖細，會表現出果枝節位間距離長，形成的樹冠比干旱地區大，不利于通風透光，也易形成黑果。果節數是指果枝結果的節位數，代表著果枝生產能力[14]。在發育過程中，被遮蔭的枸杞樹比在正常日照下的枸杞樹生長弱，枝條細長，節間也長，發枝力弱，枝條壽命短，結果差，果實個頭小，產量低。尤其是樹冠大的內膛枝因缺少直射光照，葉片薄，色澤淡，花果較少，并且落花落果。根據觀測，樹冠各部位受光照強弱不同，枝條坐果率也有差異。

2.2 枸杞不同發育時段氣象因子對產量的影響分析

柴達木地區觀測枸杞品種、管理措施均相同，產量以縣平均產量為主，發育期按老眼枝果實形成、夏果形成及秋果形成[15]分為不同時段進行產量與氣象因子之間的關系分析。

2.2.1 產量與日平均氣溫的關系 從表1的日平均氣溫與產量關系的統計分析中，可以看出，老眼枝開花期日平均氣溫與產量的相關系數為0.555，呈正相關，日均氣溫在14.0℃左右，有利于枸杞開花期的生長發育；老眼枝開花期至春梢開花期相關系數為正相關，但相關系數較小；夏果形成期至秋果成熟期相關系數雖然為負相關，但相關性不顯著；老眼枝開花期期間是枸杞生長發育和老眼枝果實產量形成溫度需求的關鍵期，期間的日平均氣溫越高，產量越高，此階段日平均溫度較高有利于枸杞的成熟、采收。

2.2.2 產量與日最高氣溫的關系 從表1日最高氣溫與產量關系的統計分析中，可以看出，春梢生長期日最高氣溫與產量的相關系數為0.563，呈正相關，日最高氣溫在28.2℃左右，溫度較高，有利于枸杞開花期的生長發育；而其他生育期間相關系數為負相關，但相關系數較小，期間日最高氣溫太高，特別是秋梢開花期、夏果形成成熟期間遇30℃以上高溫時，易發生枸杞干熱風危害，造成枸杞大量花蕾、青果脫落；而且高溫使花蕾的分化停止，果實生長加速，果實成熟集中，增大樹體負擔，養分供應失調，易形成小果[16-17]，進而影響夏果產量的形成，所以后期生長只要溫度條件滿足其基本生長完成發育即可。

除主要的發育時段相關性較大外，其余的發育時段對最高溫度的相關性不大，所以不要產生氣溫越高枸杞越增產的假象，因為枸杞并非是喜溫植物，而是喜光、喜涼、耐高溫、耐低溫的植物。

2.2.3 產量與日最低氣溫的關系 從表1日最低氣溫與產量關系的統計分析中可以看出，老眼枝果實形成至老眼枝果實成熟期，日最低氣溫與產量的相關系數為0.424～0.476，呈正相關，日最低氣溫在2.9～6.2℃之間，說明期間氣溫越低越有利于枸杞老眼枝果的形成，相對較低的溫度可以延長營養生長和生殖生長的時間，分化更多的花蕾，越有利于較高產量的形成；而秋梢開花期間日最低氣溫與產量的相關系數為-0.719，具有較高的負相關關系，期間易造成低溫冷害，氣溫越低，秋梢生長和開花均會受到不同程度的危害，造成秋枝條不生長，營養積累時間相對較短，秋梢開花期蕾鈴大量脫落，進而影響果實形成發育，秋果成熟度低，營養含量較夏果少，造成秋果產量的損失。所以整個枸杞發育期間，前期溫度不能太高，而到秋果形成后期溫度不能太低，要保持基本的溫度條件滿足其基本生長。

2.2.4 產量與氣溫日較差的關系 從表1氣溫日較差與產量關系的統計分析中可以看出，老眼枝果實成熟期間氣溫日較差與產量的相關系數為0.447、日較差為14.5℃；夏果形成期間氣溫日較差與產量的相關系數為0.836、日較差為14.8℃；夏果成熟期間氣溫日較差與產量的相關系數為0.499、日較差為15.8℃；這3個時段是老眼枝果和夏果形成成熟階段，在生長期內日夜溫差小，呼吸、蒸騰強度大，有效積累偏少；日夜溫差大，光合作用強，有效積累多，容易獲得優質果實[8]。此階段日較差達到了14.5℃以上，達到了較高的正相關，說明此階段的日較差越大，光合作用越強，有效物質積累多，越有利于前兩批果實的生長及成熟，同時品質也同樣達到最好。其他時段基本上為負相關，而且相關系數不大，可不作為影響產量的因子，保持正常的溫度即可滿足枸杞生長發育。

表1 枸杞產量與各發育期氣溫及氣溫日較差的關系統計

2.2.5 產量與積溫的關系 表2是枸杞≥0℃積溫、≥5℃積溫、≥10℃積溫與產量相關關系的統計表，從中可以看出，不論是0℃、5℃還是10℃春梢生長期間的積溫與產量的相關性最大為0.578，說明期間的積溫越多，有利于枸杞后期春梢開花和果實形成，影響最終的產量，保證至少410℃以上的積溫就能取得正常的產量；而春梢開花期間，積溫與產量的相關系數不是很大，但均為負相關，相關系數在-0.40左右，說明期間不需要太多的積溫，只要保證150.0℃以上的積溫就能保證后期發育生長。而秋梢生長期至秋梢開花期≥0℃、≥5℃還是≥10℃其相關系數均為正值在0.394左右，說明期間的積溫要稍高一點才能有利于秋果的形成及成熟。秋果在整個枸杞的果實形成中產量最低，所以這段時間的熱量高低直接影響秋果產量，至少要保證620.0℃以上的積溫才能保證秋果的正常成熟。其他生長發育期間積溫負相關性可以忽略不計。

表2 枸杞產量與各發育期積溫的關系統計

2.2.6 產量與日照的關系 從表3日照總時數與產量關系的統計分析中可以看出，與展葉期、春梢生長期及秋梢開花期相關系數為0.441～0.557，日照時數分別為91.7、237.0、286.0 h，達到了較高的正相關，這3個發育時段枸杞需要較高的日照時數。芽開放至展葉期間較好的光照條件能促進枸杞提早發芽，提早進入展葉期，延長整個枸杞發育期時段；而新梢生長期間，光照越強，枝條生長較好，枝條越粗，果節數也越多，枝條的果節間距明顯會變短，后期結的蕾和果也就越多，進而影響夏果的產量；而秋梢生長期間光照越弱，則枝條伸展長度越長，也越纖細，營養生長減少，果節數也會減少，對秋果的形成及成熟產生一定的影響。

從表3平均日照時數與產量關系的統計分析中可以看出，老眼枝果實成熟期、夏果形成期、秋梢開花期，每日日照時數分別為8.0、8.5、8.6 h，其相關系數為0.472～0.816，達到了較高的正相關；而老眼枝果實成熟期和夏果形成期更是達到了0.816和0.795的相關系數，這2個發育時段枸杞需要較高的日照時數，期間至少需要8.0 h/d的日照時數才能滿足枸杞的光照需求，這個時段是老眼枝果、夏果形成的重要時段，日照越多光照越強，越有利于枸杞開花、結實進行光合作用，輻射強、光照充沛，光能資源豐富，更利于枸杞糖分及各種維生素積累。光照不足會造成枸杞產量的下降，結果數普遍下降，幼果脫落，夏果枝封頂，并造成鮮果百粒重明顯降低，如果遇上多日連陰雨天氣，百粒重低，黑果和壞果增加，粒徑變小，不利于形成較大的果實。

2.2.7 產量與降水的關系 從表3降水與產量關系的統計分析中可以看出，老眼枝開花期、老眼枝果實形成期、春梢生長期、夏果成熟期、秋梢開花期及秋果成熟期等6個時段其相關系數在-0.779～-0.543間，達到了較高的負相關。這幾個時段正好處于果實成熟期間，如遇上陰雨天氣則嚴重影響枸杞的生長發育，發育期會推遲，整個發育期延長，進而影響到秋果的采摘，很多地方放棄第3批采摘最大的原因是前期枸杞生長影響到后期。

春季為枸杞營養生長期，現蕾到開花期水分要充足；果實膨大期，如果缺水會影響樹體和果實生長發育，果實小，落花落果加重；果實成熟期則要適當控制水分，枸杞成熟期較短，成熟后2～3天內必須采摘，否則成熟的果實遇到陰雨天氣容易開裂，晾干后枸杞品質差，經濟價值低，同時降水偏多，枸杞易得黑果病和根腐病，對產量和果實質量造成影響。其他發育期因無降水或降水量少相關性較差。格爾木在有灌溉條件下，水分條件基本能滿足枸杞生長發育的需求。

表3 枸杞產量與各發育期日照時數及降水的關系統計

2.3 枸杞產量與氣象要素函數關系建立與應用

綜合上述分析，將影響枸杞產量的關鍵氣象因素與產量進行回歸分析，得到產量關系方程如式(1)。

式中，Y為枸杞模擬產量，X1為春梢開花始期至夏果形成始期間的氣溫日較差，X2為老眼枝果實形成始期至老眼枝果實成熟普期間的每日日照時數，X3為秋梢生長始期至秋梢開花始期間的降水量，X4為春梢生長始期至春梢現蕾始期間的≥0℃積溫，X5為展葉始期至老眼枝開花始期間的日平均氣溫。方程的復相關系數為0.9705。將歷年各氣象要素帶入方程，得出歷年的產量預報值，與實測產量相比，絕對誤差在0.25～181.0 kg/hm2之間，相對誤差最大5.86%，最小只有0.01%，特別是利用7年內的各平均氣象要素預測平均產量，絕對誤差只有0.7 kg/hm2，相對誤差0.02%，充分說明，選取的5個氣象要素能夠準確預報該地區的枸杞產量（表4）。

表4 模擬產量與實際產量對比

預報2019年產量2913.9 kg/hm2，絕對誤差值11.12 kg/hm2，相對誤差值0.38%，預報精度較好，可以在實際預報業務中應用。

3 結論與討論

（1）枸杞產量與老眼枝開花期間日平均氣溫，春梢生長期間日最高氣溫，老眼枝果實形成至老眼枝果實成熟期間日最低氣溫，老眼枝果實成熟期、夏果形成期、夏果成熟期間氣溫日較差相關性較顯著，相關系數為0.424～0.836。

（2）枸杞產量與春梢生長期間的積溫的相關性較明顯，相關系數為0.568～0.588，說明期間的積溫越多，有利于枸杞后期春梢開花和果實形成。

（3）枸杞產量與春梢生長期及秋梢開花期日照總時數的相關系數為0.441～0.557，達到了較高的正相關；枸杞產量與老眼枝開花期、老眼枝果實形成期、春梢生長期、夏果成熟期、秋梢開花期及秋果成熟期降水存在較高的負相關，相關系數為-0.779～-0.543，表明此期間降水越多，越不利于枸杞產量的提高。

（4）根據構建模型，回代歷年產量和2019年實際預報應用，絕對誤差和相對誤差均較小，預報精度較高，充分說明，選取的5個氣象要素能夠準確預報該地區的枸杞產量，可以在實際預報業務中應用。