阿克蘇地區蘋果始花期預報模型研究

劉海蓉，馮貝貝，張振軍，梅 闖，吳 芳，閆 鵬*

（1.阿克蘇地區氣象局，新疆 阿克蘇 843000；2.新疆農業科學院園藝作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091；3.阿克蘇地區林業技術推廣中心，新疆 阿克蘇 843000）

阿克蘇地區地處塔克拉瑪干沙漠邊緣，屬溫帶大陸性干旱氣候，是富士蘋果主產區，其中紅旗坡具備獨特的地域優勢和氣候資源，所產的“冰糖心”蘋果聞名遐邇。近年來，在全球氣候不斷變暖的背景下，蘋果花期呈逐年提前趨勢，花期遭遇災害天氣的幾率也隨之加大，給蘋果產業發展增加了更多風險[1]。阿克蘇蘋果花期常見氣象災害有大風浮塵、高溫熱害、晚霜凍害等，花期預報是指導農業生產、防災減災的重要依據，果農可以根據花期預報提前采取果園灌水、噴施激素或樹干涂白等措施調整花期，避開或減輕不利天氣的影響，確保蘋果的產量和品質[2]。

目前，對果樹花期已有大量的研究成果，主要是桂花[3]、桃花[4]、梨花[5]、檸檬花[6]、杏花[7]等，利用氣象因子[8-10]、花期天氣過程[11-14]、其他果樹物候期[15-17]等預報花期，對蘋果花期預報研究均有重要參考價值。由于地理環境差異、果樹生長特性不同，花期預報研究具有一定的區域性。在氣候變暖大背景下，阿克蘇地區的蘋果花期也表現出不同程度的提前，因而花期果園管理也面臨著更大的挑戰。利用2000—2022年阿克蘇蘋果始花期物候資料和同期氣象數據，對蘋果始花期預報進行研究，構建始花期預報模型，旨在更準確地預測阿克蘇蘋果始花期和花期，為防災減災提供科學依據。

1 資料與方法

2000—2022年氣象數據來自阿克蘇地區氣象局，同期蘋果始花期資料來自阿克蘇市一桿旗鄉常規管理蘋果園觀測數據。蘋果園距離阿克蘇地區氣象局300 m，采用氣象數據分析該果園蘋果花期具有一定代表性。

2 數據處理

將始花期轉換為日序數（每年1月1日記為1，1月2日記為2，……以此類推），得到每年的始花期序列。

蘋果始花期距平為當年值與歷年平均值的差值，其中正值為始花期晚于常年，負值為始花期早于常年。

采用阿克蘇市2000—2022年氣象資料，包括旬月氣溫（平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫）、相對濕度、日照和截至3月≥0、3、5、10℃有效積溫等，統計分析蘋果花期與氣象要素的相關性，采用逐步回歸法建立蘋果始花期預測模型，并進行檢驗及預測。其中2000—2019年數據用于始花期模型建立，2020—2022年數據用于模型效果檢驗。采用SPSS22、Excel進行數據處理、分析及繪圖。

3 結果與分析

3.1 蘋果始花期年際變化分析

2000年以來，2013和2018年蘋果開花最早，出現在4月4日；2011年始花期最晚，為4月18日，最早與最晚相差14 d（圖1）。

2000—2019年平均始花期為4月11日，基于平均始花期偏早年份有2005—2009、2013—2019年共12 a，偏晚有2000—2004、2010—2012年共8 a。

2000—2013年始花期日序數呈減少趨勢，即始花期提前，2013年以后始花期均偏早（圖1），傾向率為每10 a減少4.47 d，共減少8.9 d，即提前約9 d。

圖1 阿克蘇蘋果始花期年際變化

3.2 氣象條件對始花期的影響分析

蘋果始花期與氣溫、相對濕度、日照、積溫等關系密切（表1），其中各界限溫度有效積溫因子均達到顯著水平。

表1 蘋果始花期與氣象因子相關性

3.2.1 氣溫對始花期的影響

始花期與3月各旬和3月的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫有明顯的相關性（圖2）。1—3月各旬氣溫因子與始花期的相關系數變化趨勢基本一致，始花期與1月上旬和2月上、中旬平均氣溫呈正相關，但不顯著。始花期與3月上、下旬平均氣溫和旬平均最高氣溫及3月下旬平均最低氣溫、3月旬平均氣溫、旬最高氣溫、旬最低氣溫均呈極顯著負相關（P＜0.01），氣溫越高，開花越早。

圖2 阿克蘇蘋果始花期與氣溫的相關性分析

3.2.2 相對濕度對始花期的影響

由圖3可知，3月上旬、下旬和3月蘋果始花期與相對濕度呈極顯著正相關（P＜0.01），相對濕度越大，花期越延遲。

圖3 阿克蘇蘋果始花期與平均相對濕度的相關性分析

3.2.3 日照時數對始花期的影響

蘋果始花期與3月下旬和3月日照時數呈顯著負相關（P＜0.05），其余時段差異不顯著（圖4）。主要原因可能是花芽先于葉芽萌發，而植物主要通過葉片進行光合作用，花期前日照影響不大。

圖4 阿克蘇蘋果始花期與日照時數的相關性分析

3.2.4 各界限溫度有效積溫與始花期分析

≥0、3、5、10℃有效積溫均與始花期呈極顯著負相關（P＜0.01），花前積溫越高，開花期提前越明顯（圖5）。

圖5 阿克蘇蘋果始花期與各界限溫度有效積溫相關性分析

3.3 蘋果始花期預報模型的建立

將表1影響蘋果花期的氣象因子分為平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對濕度、日照時數、有效積溫等6類，選取各類因子相關系數絕對值最大的因子建立預報模型。分別為3月平均氣溫、3月平均最高氣溫、3月下旬最低氣溫、3月相對濕度、3月下旬日照時數、≥5℃有效積溫。

由表2可知，各因子之間存在很強的共線性，有信息重疊，可通過因子的主成分分析[17]，構建成一個綜合的因子。利用SPSS22統計分析軟件，對選取的6個因子進行主成分分析，聚合成一個綜合自變量因子，建立回歸模型：

表2 各氣象因子之間相關系數

式中，Y表示始花期日序數，x為6個因子通過主成分分析提取的綜合因子。

表3為蘋果始花期預報模型的回歸方差分析，其中df為自由度。差異性檢驗值Sig為0.000，小于顯著性水平0.01，說明因子差異顯著；方程F顯著性統計量的P值為0，小于顯著性水平0.01，說明回歸方程回歸效果顯著，回歸系數不為0，即方程有效。

表3 蘋果始花期預報回歸方差

3.4 花期預測模型的檢驗

利用花期預報模型對2000—2019年始花期進行擬合回代檢驗（圖6）。結果表明，始花期預報值與實際值相差0～2 d的準確率達到80%，相差3 d的準確率為15%，其中2016和2018年的誤差為0 d；絕對誤差為1 d的有9 a，誤差為2 d的有5 a。

圖6 2000—2019年蘋果始花期預報值與實測值差異

3.5 蘋果花期試報檢驗

對2020—2022年阿克蘇市蘋果始花期預報模型進行試報檢驗，2020—2022年蘋果始花期預測分別為4月8日、4月10日和4月10日，與實際相差分別為0、-2、-1 d，預報值基本吻合，該模型具有較高的精度。

4 討論

蘋果樹春季萌芽、開花和坐果與早春氣象條件關系密切。已有研究成果表明，植物的花期會隨著年平均溫度的上升而提前，每上升3～5℃，花期提前2周[1]。開花期是果樹生長發育過程中一個非常關鍵的物候期，開花早晚、長短、集中程度都對果樹生產有重要影響[19]?；ㄆ谂c春季溫度間存在顯著負相關。濕度、降水、日照等因子對桂花花期都有明顯影響[3]。對黃桃始花期的影響，溫度因子影響大、日照因子影響次之，降水及其他氣象因子影響較小[4]。影響香梨盛花期的顯著氣象因子是3月平均最高氣溫、4月—始花期日照時數等，同樣是溫度、日照因子影響大，降水因子影響??；同時越冬期溫度高，光照充足，梨樹始花期偏早，反之始花期偏晚[5，15]，使積溫更能體現其與桃花、檸檬花期的內在關系[6，17]。涇川縣蘋果開花提前或推遲與3月—4月上旬≥0℃積溫、3月下旬—4月上旬平均最高氣溫有很大的關系[20]。運用蘋果梨開花期日序數與1—4月旬均溫、降水、日照時數、20和40 cm的地溫擬合出蘋果梨始花期預報模型[21]；穩定通過3、10℃日期和積溫比較適合預報洛川縣和安塞區蘋果花期[22]。

積溫和氣象因子回歸預報法是當前用于花期預報的主要方法。本研究對阿克蘇蘋果花期的預報研究表明，始花期前的氣溫、相對濕度、日照、積溫等對始花期有明顯影響，與桂花、黃桃、香梨、杏花等大部分研究結果基本一致；蘋果花期還可能與冬季氣溫、界限溫度初日、開春期等因素有關。

除氣象因子外，蘋果開花期還受生長環境、栽培管理、地理位置等其他條件的影響。本研究只選擇了氣溫、日照、相對濕度、積溫等氣象要素，其他因子如冬季氣溫、界限溫度初日、開春期等相關因素的影響，有待于進一步研究。

5 結論

（1）通過阿克蘇地區2000—2019年氣象資料分析，蘋果始花期平均為4月11日，最早出現在4月4日，最晚為4月18日，最早和最晚相差14 d；始花期年代際變化趨勢呈提前趨勢，20 a提前約9 d。

（2）開花前氣溫、相對濕度、積溫等氣象因子對蘋果始花期存在影響。3月、3月各旬的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫與蘋果始花期呈顯著負相關（P＜0.05），3月、3月各旬的相對濕度與蘋果始花期呈顯著正相關（P＜0.05），3月≥0、3、5、10℃有效積溫均與蘋果始花期呈顯著負相關（P＜0.05），氣溫越高、相對濕度越低、積溫越高，蘋果始花期越早。

（3）選擇關鍵影響因子建立蘋果始花期預測模型，2000—2019年的回代檢驗中始花期預報值與實際值相差0～2 d的準確率達到80%，相差3 d的準確率為15%；2020—2022年試報檢驗預報值與實際值分別相差0、-2和-1 d，模型預報效果較好。