保山市油菜始花期預報模型構建及檢驗

祁 倩，字雪明

（1.保山市氣象局，云南保山 678000；2.保山市隆陽區氣象局，云南保山 678000）

油菜花是云南省保山市春季主要自然景觀之一，保山市各縣（市、區）均有千畝規模的油菜花田，騰沖市界頭鎮更是因擁有1 萬hm2連片的油菜花海而被《中國國家地理》評為“云南最美的地方”。自2016年起，騰沖市界頭鎮每年春季都會舉行高黎貢花海節，吸引國內外眾多游客前來欣賞游玩。同時，油菜作為一種經濟作物，遇氣候異常會提前開花，并影響其產量。油菜花期的準確預報，能為農戶授粉提供參考，并指導開展采摘等一系列生產經營活動。因此，油菜的花期預報在旅游、農業生產等方面有較高的實用價值。

油菜生長發育期經歷秋、冬、春三季，受氣象條件影響較大。目前已有學者研究了氣溫對油菜的影響，對于花期的預報，目前有逐步回歸方法、芽生長量測量統計預報法、積溫物候預報法等方法[1-4]。保山市對于氣象條件與油菜花期的相關性研究、花期預報模型的建立等工作開展滯后，筆者采用逐步回歸分析方法，建立保山市油菜始花期的預報模型，以期為今后油菜始花期研究提供參考。

1 材料與方法

油菜生育期數據來源于保山市農業科學研究所2016—2023 年觀測資料，氣象資料來源于保山市氣象局，采用保山國家氣象監測站（站號56748）2015—2023年多年逐日降水、氣溫和日照資料。

油菜是越冬作物，保山市油菜基本于11 月播種，次年2 月開花，為使預報模型有一定提前量，選擇2015—2020 年11 月上旬至次年1 月下旬逐日氣象資料（即氣象資料年份較生育期資料年份提前1 年，對應2016—2021 年油菜花期），采用SPSS 進行相關性分析和逐步回歸分析，建立基于氣象要素的油菜始花期預報模型，并使用2022年、2023年油菜生育期資料及同期氣象要素資料對預報模型進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 下限溫度的確定

有研究指出，當環境溫度在最低和最適宜溫度之間時，生物的發育速度會隨著溫度的升高而加快[5]。統計油菜從抽薹期到始花期的天數（n），以1/n作為發育速率（y）和同期日平均氣溫（x）進行回歸分析，得到生長速率與平均氣溫的散點圖及擬合直線，如圖1 所示。從擬合趨勢線中可以看出，發育速率與氣溫成正比，即在一定溫度范圍內，氣溫越高，生長速率越快。

圖1 油菜發育速率與同時段平均氣溫的相關性

發育速率（y）與同期日平均氣溫（x）的線性回歸方程為y=0.011x-0.053 9，相關系數R2=0.411 2，相關系數通過了顯著性檢驗。當溫度低于下限溫度時，油菜停止發育，即y=0，此時x=4.9 ℃。由此可得出，保山市油菜發育的下限溫度為4.9 ℃。

2.2 始花期與前期各類氣象因子的關系

利用逐日資料對前一年11 月至當年1 月各月、各旬的最低氣溫、最高氣溫、平均氣溫、累計降水量、總日照時間與始花期日序（以播種當天為1）進行相關性分析。如表1 所示，油菜始花期與降水量相關性較小，主要呈正相關；與氣溫相關性較大，主要呈負相關。在各月氣溫中，油菜始花期與12月上旬最高氣溫、12月最高氣溫、12月中旬平均氣溫、12月平均氣溫、12 月下旬日照時間呈顯著負相關，均通過了0.05水平的顯著性檢驗，其中12 月中旬平均氣溫通過了0.01 水平的顯著性檢驗，相關系數具有統計學意義。說明12月氣溫越低、日照時間越短，始花期日序值越大，始花期越晚。

表1 保山市油菜始花期與氣象因子的相關系數

2.3 預報模型的建立

分別選擇前一年11 月至當年1 月各月、各旬的氣溫、降水、日照與始花期日序（y，以播種當天為1）進行逐步回歸分析。由于月平均資料與旬平均資料有很大的共線性，所以月平均資料與旬平均資料分開建模，并檢驗選出最優模型。

1）利用月平均資料得到方程（1）。

式中：y1為始花期日序，d；x1為12月平均最高氣溫，℃。

對擬合的模型方程及系數進行檢驗，模型的R2為0.751，調整后R2為0.689，方程擬合度良好。方程系數顯著性為0.025。因為僅有1 個系數，其共線性不做討論。

2）利用旬平均資料得到方程（2）。

式中：y2為始花期日序，d；x2為12月中旬平均氣溫，℃；x3為12月中旬最低氣溫，℃。

對擬合的模型方程系數進行檢驗，模型r2達到0.996，調整后的r2為0.993，方程擬合程度優。系數顯著性分別為0.002、0.006，均在0.01 以下，共線性檢驗中vif 值為5.876，在10 以下，表明相關系數之間不存在共線性，方程具有統計學意義。

2.4 模型檢驗

將2021 年、2022 年12 月的月平均資料與旬平均資料分別代入建立的預報模型，計算出2022 年、2023 年花期日序擬合值，并將擬合值與實際觀測值相比較。如表2 所示，2 種預報模型的擬合值與實際觀測值均有誤差，y1在2022 年有1 d 的誤差，在2023年誤差達到6 d；y2在2022 年有2 d 的誤差，在2023年有4 d 的誤差。總體來說，兩種預報模型的誤差均在6 d 以內，方程擬合程度較好，且y2的誤差范圍要小于y1。

表2 油菜始花期日序與氣象因子模型檢驗 單位：d

2.5 兩種模型的比較評價

從統計學角度分析，雖然y1與y2兩種模型的方程擬合程度都比較好，但y2的r2比y1的r2更接近1，說明方程y2擬合程度優于y1。從方程系數上說，x1通過0.05 顯著性水平檢驗，x2、x3通過0.01 顯著性水平檢驗，x2、x3更顯著，利用x2、x3建立的線性方程具有極顯著的統計學意義，因此y2優于y1。從預報的角度分析，y1利用12 月的平均最高氣溫，最快在1 月才能得出結果，但y2僅需12月中旬氣溫即可，預報的時間相較y1提前10 d。同時從模型檢驗結果來看，y2的誤差范圍要小于y1。因此綜合各項指標分析認為，利用旬資料得到的模型優于利用月資料得到的模型。

3 結論與討論

本文利用2016—2021 年連續6 年的油菜生育期資料及同期氣象資料，對保山市油菜始花期與各氣象要素的相關性進行了分析，建立了油菜始花期預報模型，并利用2022年、2023年油菜生育期資料及同期氣象要素資料對預報模型進行檢驗。主要得出以下3 點結論：1）在一定溫度范圍內，油菜發育速率與氣溫成正比，即氣溫越高，生長速率越快。保山市油菜生長下限溫度為4.9 ℃，當溫度低于此下限溫度時油菜停止發育。2）油菜始花期與主要與氣溫相關，降水相關性較小。在各月氣溫中，油菜始花期與12月的氣溫相關性最顯著，與12月各旬最高氣溫、12月最高氣溫、12月中旬平均氣溫、12月平均氣溫、12月下旬日照時間呈顯著負相關。12 月氣溫越低，日照時間越短，始花期日序值越大，始花期越晚。3）利用月資料與旬資料建立的預報方程在檢驗時與實測值均有6 d以內的誤差，但利用旬資料建立的預報方程擬合程度更好，提前量更高，擬合值誤差范圍更小，具有較高的參考和應用價值。

在分析油菜始花期與氣象因子相關系數時發現，始花期與12月最低氣溫、11月平均氣溫呈正相關，這可能與休眠期需要的冷量累計有關[2]。筆者所采用的數據樣本數較少，所得結論還需進一步驗證。