氣象因子對火龍果品質(zhì)影響分析及預(yù)測模型研究

張波 張綠萍 陳芳 王宇 方曉彤 于飛

氣象因子對火龍果品質(zhì)影響分析及預(yù)測模型研究

張波1,3張綠萍2陳芳1王宇2方曉彤2于飛1

（1. 貴州省山地環(huán)境氣候研究所 貴州貴陽 550002；2. 貴州省果樹科學(xué)研究所 貴州貴陽 550025；3. 貴州省山地氣候與資源重點實驗室 貴州貴陽 550002）

探索影響火龍果品質(zhì)關(guān)鍵氣象因子，為開展火龍果氣候品質(zhì)認(rèn)證和打造“氣候好產(chǎn)品”提供科學(xué)依據(jù)。基于貴州火龍果主產(chǎn)區(qū)2020年3個批次的火龍果品質(zhì)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，采用相關(guān)性分析等研究方法，分析火龍果不同物候期氣象因子對品質(zhì)的影響并構(gòu)建了品質(zhì)預(yù)測模型。結(jié)果表明：同一品質(zhì)指標(biāo)同時受多個氣象因子影響，影響VC含量、總酸、可溶性固形物、蛋白質(zhì)、可溶性糖和膳食纖維含量主要氣象因子分別為平均氣溫日較差、開花期≥10℃活動積溫、成熟期平均最高氣溫、成熟期平均氣溫、現(xiàn)蕾期降雨量和開花期的≥10℃活動積溫；各個品質(zhì)指標(biāo)預(yù)測模型擬合系數(shù)在0.47～0.89，對VC、可溶性固形物和可溶性糖含量的預(yù)測效果較好。

貴州；火龍果；品質(zhì)；氣象因子

火龍果（Britt），原產(chǎn)于南美洲，為仙人掌科量天尺屬多年生肉質(zhì)多漿熱帶植物，果實含有大量人體所需的礦物質(zhì)，產(chǎn)量較高，采摘周期長，具有很高的營養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)價值[1-3]。貴州省火龍果種植區(qū)域主要分布在羅甸、冊亨、望謨、鎮(zhèn)寧南部和關(guān)嶺東部等地[4]。隨著貴州火龍果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)值快速增長，而品質(zhì)的好壞是直接影響到火龍果產(chǎn)業(yè)發(fā)展、市場競爭力和經(jīng)濟(jì)效益的主要因素。

作物果實品質(zhì)的差異主要受品種、栽培管理技術(shù)[5-7]和生態(tài)條件[8-9]等多因素的影響，其中氣象條件是影響果實品質(zhì)的重要因素之一。目前，關(guān)于火龍果的研究主要集中在栽培技術(shù)[10]、病蟲害防治[11]和采后存藏[12-13]等方面，針對氣象條件對火龍果品質(zhì)影響的研究報道相對較少，但對其他作物品質(zhì)影響的研究較多。按照研究對象可分為糧食作物，主要包括小麥[14]、馬鈴薯[15]和水稻[16]；糧油作物包括油菜[17]和核桃[18]；對水果的品質(zhì)影響研究相對較多，主要包括美人柑橘[19]、南疆地區(qū)駿棗[20]、富士蘋果[21]、葡萄綠葉香氣[22]、福建青棗[23]、廣豐馬家柚[24]、陜西蘋果[25]、湖南冰糖橙[26]和蜜脆蘋果[27]等。

貴州立體氣候特征顯著，同一區(qū)域相同種植條件下火龍果品質(zhì)也會存在差異，為探索分析氣象條件與火龍果品質(zhì)之間的關(guān)系，以便根據(jù)氣象條件的變化采取相應(yīng)栽培措施，研究利用2020年貴州主產(chǎn)區(qū)3個批次的火龍果品質(zhì)數(shù)據(jù)和氣象資料，分析火龍果品質(zhì)與不同物候期氣象因子的關(guān)系，確定影響火龍果品質(zhì)的關(guān)鍵氣象因子，構(gòu)建火龍果品質(zhì)預(yù)測模型，為改善火龍果的栽培措施、開展火龍果果實品質(zhì)預(yù)測、氣候品質(zhì)認(rèn)證[28]和打造“氣候好產(chǎn)品”等提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

選取火龍果主產(chǎn)區(qū)氣象觀測站的日平均氣溫（℃）、日最高氣溫（℃）、日最低氣溫（℃）、日降雨量（mm）等氣象要素，統(tǒng)計分析現(xiàn)蕾期、開花期和成熟期的平均氣溫（℃）、≥10℃活動積溫（℃·d）、平均氣溫日較差（℃）和降雨量（mm）等氣象資料，氣象資料來自于貴州省氣象大數(shù)據(jù)云平臺，火龍果物候期資料參考金吉林等[29]研究結(jié)果。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 在火龍果主產(chǎn)區(qū)選取具有一定規(guī)模和管理水平相當(dāng)?shù)?個火龍果園進(jìn)行定點取樣，每個果園選取不少于15株長勢相近的健康火龍果樹，分別于2020年7月10日、2020年9月7日和2020年10月13日取果，每次每株取樣不少于2個，每次合計取樣36個，以12個果實為一重復(fù)，采樣結(jié)束后及時測定相關(guān)品質(zhì)因子，取3次測定結(jié)果的平均值。氣象站點和品質(zhì)采用點分布如圖1所示。

1.2.2 品質(zhì)檢測 分別測定各樣品果實的VC、總酸、可溶性糖、可溶性固形物、膳食纖維和蛋白質(zhì)等6個品質(zhì)指標(biāo)，委托中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所完成品質(zhì)檢測。

VC含量測定采用GB 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測定》二氯靛酚滴定法；總酸含量測定采用GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》酸堿滴定法；可溶性固形物測定采用NY/T 2637— 2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定》折射儀法；蛋白質(zhì)測定采用GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》分光光度法；可溶性糖采用斐林試劑滴定法；膳食纖維測定采用NY/T 1594— 2008《水果中總膳食纖維的測定》非酶—重量法。

[審圖號：GS（2017）3320號]

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 利用Microsoft SQL Server 2008完成氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，利用統(tǒng)計軟件SPSS16.0以及Excel 2010對各個品質(zhì)指標(biāo)和氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析，建立線性擬合回歸方程，挑選出具有統(tǒng)計學(xué)意義的關(guān)系式，并對所選出的關(guān)系式進(jìn)一步篩選，選出對各個品質(zhì)指標(biāo)影響較大的氣象因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象因子分析

表1所示為火龍果不同物候期氣象因子變化特征，可以看出，不同批次的物候期內(nèi)平均氣溫變化在21.4～27.3℃，變異系數(shù)在3.4%～4.6%，其中第Ⅰ批次成熟期變異系數(shù)最小，第Ⅲ批次成熟期的變異系數(shù)最大。≥10℃活動積溫平均變化在249.0～1 819.0℃·d，整體上以開花期內(nèi)的≥10℃活動積溫最小，這是由于火龍果花期短。在現(xiàn)蕾期和開花期平均氣溫和≥10℃活動積溫的變異系數(shù)均小于4%，表明貴州火龍果主產(chǎn)區(qū)熱量豐富，且地區(qū)間差異不大。平均氣溫日較差變異系數(shù)在5.9%～10.3%，以第Ⅰ批次開花期變異系數(shù)最小，第Ⅱ批次現(xiàn)蕾期的變異系數(shù)最大，降雨量變異系數(shù)在32.6%～57.1%，以第Ⅰ批次開花期變異系數(shù)最小，第Ⅰ批次成熟期的變異系數(shù)最大；火龍果主產(chǎn)區(qū)的平均氣溫和≥10℃活動積溫變異最小，平均氣溫日較差變異較大，降雨量變異最大。

表1 火龍果物候期氣象因子特征

注：BS.現(xiàn)蕾期；FS.開花期；MS.成熟期；Tavg.平均氣溫（℃）；TA10.≥10℃活動積溫（℃·d）；Tmax.平均最高氣溫（℃）；DTR.平均氣溫日較差（℃）；PRE.降雨量（mm）。下同。

2.2 品質(zhì)數(shù)據(jù)分析

表2所示為火龍果品質(zhì)數(shù)據(jù)變化特征。從表中可以看出，不同批次火龍果品質(zhì)存在一定差異，第Ⅰ批次的VC、總酸（TA）、蛋白質(zhì)（Pr）和膳食纖維含量（DF）最高，平均分別為9.25 mg/hg、0.002 3、1.47和18.7 g/hg；第Ⅱ批次的可溶性固形物和可溶性糖含量最高，平均值分別為14%、8.78 g/hg；第Ⅲ批次各項指標(biāo)含量為最低。在變化趨勢上，VC含量隨批次增加呈現(xiàn)先減后增的趨勢，總酸、蛋白質(zhì)和膳食纖維含量隨批次增加呈現(xiàn)遞減趨勢，可溶性固形物和可溶性糖含量隨批次增加呈先增后減趨勢。

可溶性固形物含量高低是衡量火龍果果實品質(zhì)好壞的主要指標(biāo)，3個批次火龍果平均可溶性固形物含量12.47%～13.75%，根據(jù)SB/T 10884—2012《火龍果流通規(guī)范》，2020年貴州生產(chǎn)的火龍果為“一級品”。

2.3 氣象因子對品質(zhì)的影響

2.3.1 VC含量 圖2所示為火龍果VC含量與氣象因子的相關(guān)性。從圖中可以看出，火龍果VC含量與不同生育期內(nèi)平均氣溫日較差相關(guān)性較高。在現(xiàn)蕾期，VC含量和平均氣溫日較差呈正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.58（<0.01），表明現(xiàn)蕾期平均氣溫日較差越大，火龍果VC含量越高；在成熟期，VC含量與平均氣溫日較差呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.59（<0.01），表明成熟期平均氣溫日較差越大，火龍果VC含量越少。相關(guān)性表明，現(xiàn)蕾期和成熟期平均氣溫日較差均影響火龍果VC含量，平均氣溫日較差是影響火龍果VC含量的關(guān)鍵氣象因子。

2.3.2 總酸 圖3所示為火龍果總酸含量與氣象因子的相關(guān)性。從圖中可以看出，火龍果總酸含量與開花期≥10℃活動積溫呈負(fù)相關(guān)性，與成熟期≥10℃活動積溫呈正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.64（<0.01）和0.45（<0.05），表明火龍果總酸含量隨開花期內(nèi)≥10℃活動積溫升高呈降低趨勢，進(jìn)入成熟期總酸含量隨≥10℃活動積溫升高而升高的變化趨勢。

表2 火龍果品質(zhì)變化特征

注：VC.維生素C；TA.總酸；TSS.可溶性固形物；Pr.蛋白質(zhì)；SS.可溶性糖；DF.膳食纖維。下同。

圖2 火龍果VC與氣象因子的關(guān)系

圖3 火龍果總酸與氣象因子的關(guān)系

2.3.3 可溶性固形物 從圖4可以看出：可溶性固形物含量與開花期平均氣溫日較差、成熟期平均氣溫、成熟期平均最高氣溫、成熟期平均氣溫日較差和成熟期≥10℃活動積溫均呈正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.41（<0.05）、0.65（<0.01）、0.67（<0.01）、0.59（<0.01）和0.43（<0.05）；與開花期≥10℃活動積溫呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為–0.39（<0.05）。表明成熟期內(nèi)的熱量條件是影響可溶性固形物含量關(guān)鍵氣象因子。通過回歸分析，成熟期平均氣溫在21.7～27.3℃內(nèi)、平均最高氣溫在22.5～28.1℃，平均氣溫和平均最高氣溫分別提高0.1℃，可溶性固形物含量可分別提高7.5%和7.9%，增加火龍果成熟期內(nèi)的熱量條件，可以提高其可溶性固形物的含量。

圖4 火龍果可溶性固形物與氣象因子的關(guān)系

2.3.4 蛋白質(zhì) 從圖5可以看出，蛋白質(zhì)含量與成熟期的平均氣溫、平均最高氣溫、平均氣溫日較差和≥10℃活動積溫均呈正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.64（<0.01）、0.60（<0.01）、0.43（<0.05）和0.54（<0.01）。表明成熟期內(nèi)的熱量條件是影響蛋白質(zhì)含量關(guān)鍵氣象因子，其中以成熟期平均氣溫的相關(guān)性最高。通過回歸分析，成熟期平均氣溫在21.7～27.3℃，平均氣溫提高0.1℃，蛋白質(zhì)含量可提高0.009 g/hg。

2.3.5 可溶性糖 從圖6中可以看出，可溶性糖含量與現(xiàn)蕾期降雨量（圖6-a）和開花期平均最高氣溫（圖6-b）呈正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.42（<0.05）和0.41（<0.05）。表明現(xiàn)蕾期水分條件是影響可溶性糖含量的關(guān)鍵氣象因子。通過回歸分析，現(xiàn)蕾期降雨量在95.6～151.3 mm，降雨量增加1 mm，可溶性糖含量可增加7.6 g/hg。

2.3.6 膳食纖維 從圖7可以看出，膳食纖維含量與開花期累計降雨量（圖7-a）以及成熟期的平均氣溫（圖7-c）、平均最高氣溫（圖7-d）、平均氣溫日較差（圖7-e）和≥10℃活動積溫（圖7-f）呈正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.38（<0.05）、0.78（<0.01）、0.73（<0.01）、0.50（<0.01）和0.72（<0.01），而與開花期≥10℃活動積溫（圖7-b）呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.84（<0.01）。表明開花期的水分、熱量條件以及成熟期內(nèi)的熱量條件均影響火龍果膳食纖維的含量，其中以成熟期的熱量條件為關(guān)鍵氣象因子，但開花期的≥10℃活動積溫相關(guān)系數(shù)最高。

圖5 火龍果蛋白質(zhì)與氣象因子的關(guān)系

圖6 火龍果可溶性糖與氣象因子的關(guān)系

圖7 火龍果膳食纖維與氣象因子的關(guān)系

2.4 預(yù)測模型及模型驗證

根據(jù)不同物候期內(nèi)的氣象因子與火龍果品質(zhì)含量之間顯著線性關(guān)系，構(gòu)建火龍果品質(zhì)與氣象因子影響綜合指數(shù)的線性回歸模型。樣本數(shù)據(jù)為3個批次7個采樣點的21組數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸模型構(gòu)建，用其中2個采用點數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合檢驗，線性回歸預(yù)測模型見表3。可以看出，各個品質(zhì)指標(biāo)預(yù)測模型擬合系數(shù)在0.47～0.89，膳食纖維的預(yù)測模型擬合效果最好，相關(guān)系數(shù)為0.89（<0.01）；其次，擬合效果較好的是VC含量和可溶性固形物含量，相關(guān)系數(shù)均為0.75（<0.01），可溶性糖預(yù)測模型擬合系數(shù)最低，為0.47。

將采用點羅甸和板庚的氣象因子數(shù)據(jù)分別代入回歸方程進(jìn)行檢驗，檢驗結(jié)果見表4。結(jié)果表明，VC含量擬合平均相對誤差在3.64%～6.91%，總酸含量擬合平均相對誤差4.73%～36.45%，可溶性固形物含量擬合平均相對誤差在1.49%～ 14.74%，蛋白質(zhì)含量擬合平均相對誤差6.15%～ 31.85%，可溶性糖含量擬合平均相對誤差在0.48%～10.08%，膳食纖維含量擬合平均相對誤差在0.14%～22.65%。VC和可溶性糖相對誤差在10%左右，可溶性固形物的相對誤差在15%左右，預(yù)測效果較好，對總酸和蛋白質(zhì)含量的預(yù)測相對誤差較大。

表3 品質(zhì)指標(biāo)預(yù)測模型

注：1、2、3、4、5、6、7和8分別為現(xiàn)蕾期平均氣溫日較差、成熟期平均氣溫日較差、開花期≥10℃活動積溫、成熟期≥10℃活動積溫、成熟期平均氣溫、成熟期平均最高氣溫、現(xiàn)蕾期降雨量和開花期平均最高氣溫。下同。

表4 預(yù)測模型檢驗結(jié)果

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究基于火龍果品質(zhì)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，分析了影響火龍果品質(zhì)的關(guān)鍵氣象因子，構(gòu)建了品質(zhì)預(yù)測模型。結(jié)果表明，火龍果果實品質(zhì)的形成與產(chǎn)生地的氣象條件密切相關(guān)，同一品質(zhì)指標(biāo)同時受多個氣象因子影響，同一氣象因子也影響火龍果的多個品質(zhì)指標(biāo)，這與楊素苗等[21]研究結(jié)果基本一致，但不同果實之間存在較大的差異性。張磊等[30]發(fā)現(xiàn)，影響高酸鈣蘋果的品質(zhì)指標(biāo)的各類影響氣象因子中，以降水量和水熱系數(shù)出現(xiàn)最多，而本研究結(jié)果以活動積溫出現(xiàn)最多，造成這一差異主要原因是火龍果是熱帶作物，對熱量條件要求較高，且成熟期內(nèi)的熱量條件是影響火龍果可溶性固形物含量的關(guān)鍵氣象因子，而平均氣溫日較差是影響柑橘[19]果實的關(guān)鍵因素。

分析氣象因子對火龍果品質(zhì)指標(biāo)的影響，篩選關(guān)鍵氣象因子，分別建立火龍果不同品質(zhì)指標(biāo)預(yù)測模型，預(yù)測模型擬合系數(shù)均通過顯著性檢驗。利用預(yù)測模型驗證羅甸采用點的火龍果品質(zhì)指標(biāo)，回歸方程的可靠性較高，通過回代檢驗，預(yù)測模型對火龍果品質(zhì)指標(biāo)含量的估算有一定準(zhǔn)確性，對VC、可溶性固形物和可溶性糖含量的預(yù)測效果好。說明預(yù)測模型可以較好地預(yù)測火龍果品質(zhì)指標(biāo)，從而獲取火龍果品質(zhì)成分信息，對開展火龍果氣候品質(zhì)認(rèn)證工作具有一定的參考性。由于火龍果品質(zhì)資料年限只有同年的3個批次的數(shù)據(jù)，構(gòu)建模型的樣本數(shù)據(jù)相對較少，可能會影響到品質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測精度。研究中的氣象資料均來自與火龍果采用點所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)兩要素自動站數(shù)據(jù)，缺少地溫、風(fēng)向風(fēng)速和日照時數(shù)等要素，氣象要素不全，不能完全代表果園實際的氣象條件，此外土壤和環(huán)境等因素對火龍果品質(zhì)也會產(chǎn)生一定的影響，研究未能考慮到土壤和環(huán)境因子對火龍果品質(zhì)的影響，因此分析結(jié)論將有待進(jìn)一步完善和驗證。

3.2 結(jié)論

貴州火龍果主產(chǎn)區(qū)熱量豐富，同一品質(zhì)指標(biāo)同時受多個氣象因子影響，影響VC含量、總酸、可溶性固形物、蛋白質(zhì)、可溶性糖和膳食纖維含量關(guān)鍵氣象因子分別為成熟期平均氣溫日較差、開花期≥10℃活動積溫、成熟期平均最高氣溫、成熟期平均氣溫、現(xiàn)蕾期降雨量和開花期的≥10℃活動積溫。

根據(jù)氣象因子與火龍果品質(zhì)含量之間相關(guān)性，構(gòu)建火龍果品質(zhì)與氣象因子預(yù)測回歸模型，并進(jìn)行了擬合檢驗，各個品質(zhì)指標(biāo)擬合系數(shù)在0.47～0.89，對VC和可溶性固形物含量的相對誤差較小，所建預(yù)測模型有一定的準(zhǔn)確性，能夠較好地預(yù)測火龍果各個品質(zhì)指標(biāo)含量。可根據(jù)天氣及氣候預(yù)測開展火龍果品質(zhì)預(yù)報服務(wù)，為火龍果品質(zhì)認(rèn)證提供技術(shù)支撐。

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Effects of Meteorological Factors on Quality and Research on Prediction Model of Pitaya

ZHANG Bo1,3ZHANG Lüping2CHEN Fang1WANG Yu2FANG Xiaotong2YU Fei1

(1. Institute of Mountainous Environment and Climate of Guizhou Province, Guiyang, Guizhou 550002, China; 2. Institute of Pomology Science, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang, Guizhou 550025 China 3. Key laboratory of Mountainous Climate and Resources of Guizhou Province, Guiyang, Guizhou 550002 China)

In order to explore the key meteorological factors on the quality of pitaya, so as to provide scientific basis for carrying out climate quality certification of Pitaya, based on the quality data and meteorological data of three batches of Pitaya in the main production areas in Guizhou , the effects of meteorological factors in different phenological periods on the quality of Pitaya were analyzed by correlation analysis and other research methods, and the quality prediction model was constructed. The results showed that the same quality index was affected by multiple meteorological factors at the same time. The main meteorological factors affected the content of Vc, TA, TSS, Pr, SS and DF were the daily range of average temperature, active accumulated temperature≥10℃in FS, average maximum temperature in MS, average temperature in MS, precipitation at BS and active accumulated temperature≥10℃at FS; The fitting coefficient of each quality index prediction model was 0.47-0.89. The prediction model had better predictive effect on Vc, TSS and SS.

Guizhou;Britt; Pitaya; quality; meteorological factors

S667.9

A

10.12008/j.issn.1009-2196.2022.09.022

2022-04-15；

2022-05-05

貴州省科技計劃項目（No.黔科合支撐[2020]1Y067號）；貴州省科技計劃項目（No.黔科合支撐[2020]1Y019號）。

張波（1985—），男，碩士，高級工程師，研究方向為應(yīng)用氣象，E-mail：nj0622@126.com。

于飛（1983—），男，碩士，高級工程師，研究方向為農(nóng)業(yè)氣象，E-mail：66435101@qq.com。

（責(zé)任編輯 龍婭麗）