柏秦鳳，霍治國，王景紅，梁 軼

中國富士系蘋果主產(chǎn)區(qū)花期模擬與分布*

柏秦鳳1，霍治國2，3**，王景紅1，梁 軼1

（1．陜西省農(nóng)業(yè)遙感與經(jīng)濟(jì)作物氣象服務(wù)中心，西安 710014；2．中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081；3．南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044）

在中國富士系蘋果的5個主產(chǎn)區(qū)，分別選取花期資料系列較長的山東福山（環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)）、河南三門峽（黃河故道產(chǎn)區(qū)）、甘肅西峰（黃土高原產(chǎn)區(qū)）、云南昭通（西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)）和新疆阿克蘇（新疆產(chǎn)區(qū)）作為代表站，利用SPSS統(tǒng)計軟件，分析和篩選影響蘋果花期的氣象要素，構(gòu)建富士系蘋果的花期模擬模型；采用平均絕對誤差（MAE）和分級加權(quán)滿分率計分評判法對模型進(jìn)行檢驗，并用代表站周邊12個站點的物候觀測資料對模型進(jìn)行外延檢驗；在此基礎(chǔ)上，逐站逐年模擬中國蘋果主產(chǎn)區(qū)416個氣象站1981?2018年富士系蘋果始花期和末花期。結(jié)果表明：代表站蘋果花期模擬模型單站檢驗滿分率66.7%～100.0%，平均絕對誤差0.4～3.4d，外延檢驗平均絕對誤差1.2～5.1d。1981?2018年中國不同產(chǎn)區(qū)富士系蘋果花期時間差異大，并呈提前變化的趨勢，提前變化分界點在1997年前后；代表站平均始花期最早與最晚相差27.0d，平均末花期最早與最晚相差18.0d；始花期提前變化幅度1.6～4.5d·10a?1，末花期提前變化幅度1.2～3.8d·10a?1。中國富士系蘋果花期空間分布特征表現(xiàn)為由南向北逐漸推遲，平均始花期從西南冷涼高地的3月中旬向北逐漸推遲至環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)北部的4月下旬，平均末花期從西南冷涼高地的4月上旬向北逐漸推遲至環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)北部的5月上旬。

蘋果主產(chǎn)區(qū)；富士蘋果；始花期；末花期；花期模擬

中國蘋果的產(chǎn)量和消費均居世界第一，2018年中國蘋果總產(chǎn)3923萬t，占世界總產(chǎn)的50%以上，其中富士系蘋果占中國蘋果栽植總面積的70%[1?2]。蘋果產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為陜西、山東、山西、甘肅等蘋果主產(chǎn)省農(nóng)業(yè)支柱型產(chǎn)業(yè)和果農(nóng)增收致富的錢袋子[3]。然而，蘋果關(guān)鍵物候期花期，正是中國北方春季晚霜凍害多發(fā)之際，常造成全國性的蘋果花期凍害。如2018年中國蘋果產(chǎn)區(qū)發(fā)生大面積晚霜凍害，紅富士蘋果減產(chǎn)幅度達(dá)25%左右，重災(zāi)區(qū)蘋果絕收，果農(nóng)損失極為慘重[4]。面對蘋果產(chǎn)業(yè)巨大的規(guī)模，蘋果花期高風(fēng)險的氣象災(zāi)害，急需獲取中國蘋果花期模擬模型與時空分布相關(guān)研究成果，用以指導(dǎo)中國蘋果花期凍害防御工作的集中開展，提高防御能力和時空精度，提升中國蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)，保障果農(nóng)經(jīng)濟(jì)收益穩(wěn)定增長。

國內(nèi)外有關(guān)蘋果花期模擬、時空分布的研究報道均較少，尤其國內(nèi)，僅零星可見黃土高原產(chǎn)區(qū)有相關(guān)蘋果花期預(yù)測的研究[5?7]；有關(guān)全國蘋果花期時空分布的研究更是甚少。國內(nèi)外有關(guān)果樹物候期的模擬模型，較為常見的有統(tǒng)計模型[8?14]、熱時模型[15?17]、需冷量模型[18]，其中統(tǒng)計模型應(yīng)用最為廣泛。如Darbyshire等[13]首次利用全球14個點的相關(guān)數(shù)據(jù)對蘋果花期物候模型進(jìn)行了評估；Yaacoubi等[14]基于統(tǒng)計方法建立了地中海地區(qū)蘋果開花推算的溫度變化驗證模型；姚小英等[19]研究了隴東南“花?！碧O果生長與熱量條件的關(guān)系，并建立了蘋果生長動態(tài)模型；劉璐等[3]分析了中國北方蘋果主產(chǎn)區(qū)蘋果始花期與熱量條件的關(guān)系，并建立了相關(guān)統(tǒng)計模型。熱時模型是基于某一基礎(chǔ)溫度與日平均氣溫差累積的半機理性物候模型，該模型目前多應(yīng)用于觀賞性開花植物的花期模擬，實際應(yīng)用中因參數(shù)誤差疊加模型誤差，一般模擬結(jié)果絕對誤差在4～6d，模擬效果不如統(tǒng)計模型[15?16,20]。需冷量模型在樹木花期模擬方面亦使用較少，一方面因落葉果樹需冷量估算本身存在一定的誤差，另一方面，落葉果樹春季常常因外界氣溫回升緩慢而可能發(fā)生強迫休眠，客觀上需冷量模型無法精確區(qū)分自然休眠和強迫休眠，進(jìn)一步降低了模擬準(zhǔn)確性[20?21]。

為了獲取中國蘋果主產(chǎn)區(qū)蘋果花期的時空分布特征，本研究擬采用統(tǒng)計模型，分產(chǎn)區(qū)構(gòu)建中國主栽富士系蘋果花期物候模型，并進(jìn)行內(nèi)部檢驗和外延檢驗。在此基礎(chǔ)上逐站逐年模擬蘋果花期物候，并基于地理信息系統(tǒng)插值功能，繪制中國富士系蘋果1981?2018年最早、平均、最晚始花期和末花期分布圖，以期為中國富士系蘋果花期生產(chǎn)管理和凍害防御，產(chǎn)量和品質(zhì)提升，促進(jìn)果農(nóng)收益增長等提供決策參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域

按照地理氣候條件的差異，中國富士系蘋果分5個主產(chǎn)區(qū)，涉及11個省份，分別是環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)（主要包括山東、河北、遼寧）、黃土高原產(chǎn)區(qū)（主要包括山西、陜西秦嶺以北、甘肅）、黃河故道產(chǎn)區(qū)（主要包括河南、安徽北部、江蘇北部）、西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)（主要包括云南東北部）、新疆產(chǎn)區(qū)（主要包括新疆中部）[4,22?23]。區(qū)域分布見圖1。

1.2 物候資料

共收集到21個縣/區(qū)的蘋果物候資料。其中，始花期、末花期資料均長于10a的站有5個，分別是新疆阿克蘇、甘肅西峰、云南昭通、河南三門峽、山東福山。上述5個站物候資料來源于相關(guān)省（區(qū)）氣象局，其余物候資料來源于文獻(xiàn)[24?27]。站點分布見圖1。

1.3 氣象資料

研究區(qū)域內(nèi)11個省份及周邊省份416個氣象臺站1981?2018年逐日地表平均溫度資料來源于中國氣象局氣象信息中心。使用前對所有資料均進(jìn)行質(zhì)量控制，個別缺測的日期，采用缺測日前一日和后一日的平均值代替；缺測時段較長的資料，采用多年平均日值代替；缺測超過30d的站，棄用當(dāng)年資料。

1.4 方法

1.4.1 物候模型構(gòu)建

以福山（環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)）、西峰（黃土高原產(chǎn)區(qū)）、三門峽（黃河故道產(chǎn)區(qū)）、阿克蘇（新疆產(chǎn)區(qū)）、昭通（西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)）5個長物候站，作為各自產(chǎn)區(qū)代表站構(gòu)建物候模型。代表站地理與物候信息見表1。各代表站的物候數(shù)據(jù)以2015年為界，分為建模數(shù)據(jù)序列（有物候記錄年份?2015年）和檢驗數(shù)據(jù)序列（2016?2018年）；其余非代表站物候資料用來檢驗本產(chǎn)區(qū)物候模型的空間拓展應(yīng)用效果?；赟PSS統(tǒng)計軟件分析富士系蘋果花期與氣象要素的關(guān)系，構(gòu)建富士系蘋果花期模擬模型。

圖1 中國富士系蘋果主產(chǎn)區(qū)劃分及物候站分布

表1 中國富士系蘋果代表站地理與物候信息

1.4.2 物候模型檢驗

采用內(nèi)部檢驗和外延檢驗兩種方法對模型進(jìn)行檢驗[5?6,28]。內(nèi)部、外延檢驗分別采用各建模站有物候記錄年份?2015年物候資料、2016?2018年物候資料進(jìn)行；準(zhǔn)確率評估方法采用平均絕對誤差（MAE）和分級加權(quán)滿分率計分評判法即GWFS方法[28?29]。GWFS方法便于比較樣本數(shù)不同的模型之間的優(yōu)劣性，其步驟為，（1）將模擬誤差的絕對值即|Yi?Y|按照≤2d、2～5d、＞5d分別劃分為Ⅰ級（準(zhǔn)確）、Ⅱ級（基本準(zhǔn)確）、Ⅲ級（不準(zhǔn)確），并分別賦予3分、2分、1分的權(quán)重；（2）統(tǒng)計各級別所占的百分率，并計算其與本級別權(quán)重分值的乘積，獲得各級別的總得分；（3）假設(shè)每一次推算結(jié)果都是Ⅰ級，則總得分應(yīng)為100×3分，即滿分為300分，用各級別的總得分除以滿分300分獲得其加權(quán)滿分率。

1.4.3 模型的空間拓展應(yīng)用

物候?qū)W研究表明，相似的地理氣候條件下，同種類樹木的物候年際之間是相似的；不同種類樹木的物候年際之間存在穩(wěn)定的順序性，即物候現(xiàn)象的“先后有序，遲早相隨”特點[28,30]。基于上述理論，可推理得出地理氣候條件相似的產(chǎn)區(qū)，富士系蘋果每年的花期物候是相似或相近的。因而本研究用福山站物候模型模擬環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)、三門峽站物候模型模擬黃河故道產(chǎn)區(qū)、西峰站物候模型模擬黃土高原產(chǎn)區(qū)、昭通站物候模型模擬西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)、阿克蘇站物候模型模擬新疆產(chǎn)區(qū)，逐站逐年獲取中國富士系蘋果主產(chǎn)區(qū)1981? 2018年的花期物候，并采用同產(chǎn)區(qū)內(nèi)其它非代表站物候數(shù)據(jù)對結(jié)果進(jìn)行外延檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 代表站富士系蘋果花期物候模型構(gòu)建

由表1可見，由于地理位置及海拔等的差異，各代表站富士系蘋果始花期存在明顯差異，其中以昭通站最早，平均日序（以1月1日為1，下同）為77（3月18日），變化范圍在64～88（3月5?29日）；三門峽站平均日序為98（4月8日），變化范圍在89～109（3月30日?4月19日）；阿克蘇站平均日序為101（4月11日），變化范圍在94～108（4月4?18日）；西峰站平均日序為110（4月20日），變化范圍在97～126（4月7日?5月6日）；福山站最晚，平均日序為111（4月21日），變化范圍在93～125（4月3日?5月5日）。初步對比5個代表站富士系蘋果始花時間可見，各站始花主要分布時段存在較大區(qū)別，說明其開花期與各自地理氣候環(huán)境下開花前熱量積累有關(guān)。因此，選擇各代表站富士系蘋果始花前第1?第n旬地表0℃、3℃、5℃、10℃活動或有效積溫分別與其始花期進(jìn)行相關(guān)分析，選擇相關(guān)性較高的因子進(jìn)行多元回歸，建立各代表站富士系蘋果始花期模擬模型，結(jié)果見表2。由表2可見，5個代表站富士系蘋果始花模擬模型決定系數(shù)R2在0.544（昭通）～0.792（三門峽），福山、三門峽、西峰、阿克蘇4站相關(guān)系數(shù)均通過0.01水平的顯著性檢驗，昭通站相關(guān)系數(shù)通過0.05水平的顯著性檢驗。

同理，各代表站富士系蘋果末花期亦存在明顯差異，仍然以昭通站最早，末花期平均日序為94（4月4日），變化范圍在78～106（3月19日?4月16日）；三門峽站平均日序為107（4月17日），變化范圍在97～117（4月7?27日）；阿克蘇站平均日序為110（4月20日），變化范圍在104～118（4月14?28日）；福山站平均日序為120（4月30日），變化范圍在101～132（4月11日?5月12日）；西峰站最晚，平均日序為121（5月1日），變化范圍在109～139（4月19日?5月19日）。對比5個代表站富士系蘋果末花時間可見，各站主要分布時段有較大區(qū)別，說明其末花時間與各自地理氣候環(huán)境下末花前熱量累積有關(guān)。因此，選擇各代表站富士系蘋果末花前第1?第n旬地表0℃、3℃、5℃、10℃活動或有效積溫分別與其末花期進(jìn)行相關(guān)分析，選擇相關(guān)性較高的因子進(jìn)行多元回歸，建立各代表站富士系蘋果末花期模擬模型，結(jié)果見表2。由表2可見，5個代表站富士系蘋果末花模擬模型決定系數(shù)R2在0.494（阿克蘇）～0.728（三門峽），福山、三門峽、西峰、阿克蘇4站相關(guān)系數(shù)均通過0.01水平的顯著性檢驗，昭通站相關(guān)系數(shù)通過0.05水平的顯著性檢驗。

表2 5個代表站富士系蘋果始花期、末花期模擬模型

注：因變量X的下角標(biāo)“數(shù)字1+字母+數(shù)字2”：“數(shù)字1”表示開始計算積溫的溫度閾值，字母“a”表示活動積溫，“e”表示有效積溫，“數(shù)字2”表示旬序。如，“X5e10”表示“第1?10旬的5℃有效積溫”，“X10a7”表示“第1?7旬的10℃活動積溫”。*表示P＜0.05，**表示P＜0.01。下同。

Note: The lower corner sign of dependent variable X is “number 1 + letter + number 2”. The “number 1” indicates the temperature threshold at which the integrated temperature begins to be calculated. The letter“a”indicates the active integrated temperature. “e” indicates the effective integrated temperature. The “number 2” indicates the ten day order. For example, “X5e10”means “5℃ effective integrated temperature from the first ten days to the tenth ten days”, and “X10a7” means “10℃ active integrated temperature from the first ten days to the seventh ten days”.*is P＜0.05，**is P＜0.01. The same as below.

2.2 代表站富士系蘋果花期物候模型檢驗

2.2.1 同站花期模擬檢驗

對5個代表站富士系蘋果花期物候模型分別進(jìn)行內(nèi)部回代和外部檢驗。檢驗結(jié)果見表3。由表3可見，5個代表站富士系蘋果始花模型GWFS內(nèi)部檢驗滿分率76.8%（西峰）～90.5%（三門峽），MAE在1.9（三門峽）～3.3d（西峰）；GWFS外部檢驗滿分率66.7%（昭通）～100.0%（福山），MAE在0.4（阿克蘇）～3.4d（昭通）。5個代表站富士系蘋果末花期模型GWFS內(nèi)部檢驗滿分率74.1%（昭通）～85.7%（三門峽），MAE在2.5（阿克蘇）～3.2d（昭通）；GWFS外部檢驗滿分率77.8%（西峰、三門峽、昭通）～100.0%（福山），MAE在0.8（阿克蘇）～2.9d（昭通）。除昭通站始花期模型外部檢驗滿分率＜70.0%、MAE為3.4d，模擬效果略差，其余代表站始花、末花期檢驗滿分率均＞70.0%，MAE≤3.3d，可見5個代表站富士系蘋果始花、末花期模擬結(jié)果基本準(zhǔn)確。

2.2.2 鄰近站花期模擬檢驗

基于相似地理氣候條件區(qū)域，樹木物候“先后有序、遲早相隨”的現(xiàn)象與原理，用阿克蘇站富士系蘋果花期模型模擬本產(chǎn)區(qū)伊寧站富士系蘋果花期物候并檢驗；用西峰站富士系蘋果花期模型模擬本產(chǎn)區(qū)洛川、白水、旬邑、禮泉、太原、萬榮、吉縣7站富士系蘋果花期物候并檢驗；用福山站富士系蘋果花期模型模擬本產(chǎn)區(qū)保定、秦皇島、撫順、聊城4站富士系蘋果花期物候并檢驗，結(jié)果見表4，黃河故道產(chǎn)區(qū)、西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)因缺物候數(shù)據(jù)未做檢驗。

表3 5個代表站富士系蘋果始花期、末花期模擬模型內(nèi)部、外部檢驗誤差和得分評價結(jié)果

表4 利用各產(chǎn)區(qū)內(nèi)鄰近站點資料對富士系蘋果花期模型進(jìn)行空間拓展檢驗的誤差

注：太原站用秦冠訂正富士蘋果花期，秦皇島、撫順站用國光訂正富士蘋果花期，訂正資料采用白水蘋果試驗站2015?2018年不同蘋果品種物候差異觀測資料；民勤、天水、張家口、建平4站因蘋果品種不詳，花期物候僅作參考，未作檢驗。?表示無數(shù)據(jù)。

Note: Taiyuan adopted the Fuji apple flower stage revised by Qinguan apple. Qinhuangdao and Fushun adopted the Fuji apple flower stage revised by Guoguang apple. The revised data were from the observation data of phenological difference of different apple varieties in Baishui Apple Experimental Station from 2015 to 2018. Minqin, Tianshui, Zhangjiakou, Jianping were not tested because the apple varieties were not known. ? is no data.

由表4可見，12個外延檢驗站富士系蘋果始花期最大誤差為8.8d（撫順，1987年），最小誤差為0.2d（白水2016年，旬邑2017年，秦皇島1988年），MAE在1.5（白水）～5.1d（撫順）；末花期最大誤差為7.6d（萬榮，2013年），最小誤差為0.0d（撫順，1982年），MAE在1.2（太原）～4.3d（秦皇島）。可見，在無更多物候數(shù)據(jù)可用的情況下，用各產(chǎn)區(qū)代表站富士系蘋果花期物候模型，模擬本產(chǎn)區(qū)富士系蘋果花期物候，MAE略大于代表站，在大部分年份具有一定的準(zhǔn)確性，對指導(dǎo)本產(chǎn)區(qū)富士系蘋果生產(chǎn)和花期凍害防御等具有參考意義。

2.3 模擬富士系蘋果花期的時空變化

2.3.1 代表站花期變化趨勢

以阿克蘇、西峰、三門峽、福山、昭通5個代表站的富士系蘋果花期模型，分別模擬其1981?2018年富士系蘋果始花期、末花期。模擬結(jié)果見圖2。

注：福山站1990?1991年氣象數(shù)據(jù)缺失；y1為始花期日序，y2為末花期日序。

Note: The meteorological data in Fushan from 1990 to 1991 were missing. y1is the ordinal day from Jan.1 of the first flower stage, y2is the ordinal day from Jan.1 of the terminal flower stage.

由圖2可見，1981?2018年中國不同產(chǎn)區(qū)代表站的富士系蘋果花期分布規(guī)律和變化趨勢具有3個特點。首先，5個代表站富士系蘋果花期時間差異大，具體表現(xiàn)為始花期以昭通站最早，平均日序為82.3（約3月23日），其余4站三門峽為101.4（約4月11日），阿克蘇為103.8（約4月14日），福山為106.4（約4月16日），西峰站最晚，為109.2（約4月19日）；末花期也以昭通站最早，平均日序為100.9（約4月11日），其余4站三門峽為111.6（約4月22日），阿克蘇為112.2（約4月22日），福山為115.8（約4月26日），西峰站最晚，為119.5（約4月30日）。其次，5個代表站1981?2018年富士系蘋果花期均呈顯著提前的變化趨勢，具體表現(xiàn)為始花期以昭通提前幅度最大，達(dá)4.5d·10a?1，其余4站三門峽為2.7d·10a?1，阿克蘇為2.1d·10a?1，西峰為1.9d·10a?1，福山站最小，為1.6d·10a?1；末花期以昭通站提前幅度最大，達(dá)3.8d·10a?1，其余4站阿克蘇為2.0d·10a?1，三門峽為1.8d·10a?1，西峰為1.7d·10a?1，以福山站最小，為1.2d·10a?1。最后，與氣候?qū)W上30a基本氣候時段（1981?2010年）的物候期均值對比可發(fā)現(xiàn)，1997年前后是中國富士系蘋果花期呈提前變化趨勢的分界點[23]，1997年之前，多數(shù)年份的始花期、末花期晚于基本氣候時段均值，之后則多數(shù)年份的始花期、末花期早于基本氣候時段均值。

2.3.2 花期空間分布

分別以各產(chǎn)區(qū)代表站富士系蘋果花期模型，逐站模擬各自產(chǎn)區(qū)內(nèi)1981?2018年富士系蘋果始花、末花期，并統(tǒng)計各站最早、平均、最晚始花期和末花期，基于GIS（地理信息系統(tǒng)）平臺，繪制中國富士系蘋果花期空間分布圖（圖3、圖4）。

由圖3可見，中國富士系蘋果始花期基本呈由南向北逐漸推遲的趨勢。最早始花期出現(xiàn)在2月中旬?4月下旬（圖3a），其中西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)在3月21日之前；黃河故道產(chǎn)區(qū)在3月22日?4月5日，北部核心產(chǎn)區(qū)在3月27日?4月5日；黃土高原產(chǎn)區(qū)在3月27日?4月20日，山西南部、陜西北部等核心產(chǎn)區(qū)在4月1?10日；新疆產(chǎn)區(qū)在3月26日?4月20日，阿克蘇、伊寧等核心產(chǎn)區(qū)在4月6?20日；環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)在4月6?25日，核心產(chǎn)區(qū)山東在4月6?15日。由圖3b可見，平均始花期由南向北出現(xiàn)在3月中旬?4月下旬末期，其中西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)在3月31日之前；黃河故道產(chǎn)區(qū)在4月1?10日，北部核心產(chǎn)區(qū)在4月6?10日；黃土高原產(chǎn)區(qū)在4月6?25日，山西南部、陜西北部等核心產(chǎn)區(qū)在4月11?20日；新疆產(chǎn)區(qū)在4月6?25日，阿克蘇、伊寧等核心產(chǎn)區(qū)在4月11?20日；環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)在4月11?30日，核心產(chǎn)區(qū)山東在4月11?25日。由圖3c可見，最晚始花期由南向北出現(xiàn)在4月上旬?5月上旬，其中西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)在4月15日之前，核心產(chǎn)區(qū)昭通在4月11?15日；黃河故道產(chǎn)區(qū)在4月16?20日；黃土高原東部產(chǎn)區(qū)在4月16?20日，西部在4月21?25日；新疆產(chǎn)區(qū)在4月11?25日，阿克蘇、伊寧等核心產(chǎn)區(qū)在4月16?25日；環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)在4月21日?5月10日，核心產(chǎn)區(qū)山東在4月21?30日。

圖3 中國富士系蘋果最早（a）、平均（b）、最晚（c）始花期（日序）的空間分布

圖4 中國富士系蘋果最早（a）、平均（b）、最晚（c）末花期（日序）的空間分布

由圖4可見，中國富士系蘋果末花期基本呈由南向北逐漸推遲的趨勢。最早末花期出現(xiàn)在3月下旬?5月上旬（圖4a），其中西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)在4月1日之前；黃河故道產(chǎn)區(qū)南部在4月1?5日，北部在4月6?10日；黃土高原產(chǎn)區(qū)在4月11?30日，山西、陜西北部、甘肅東部核心產(chǎn)區(qū)在4月16?25日；新疆產(chǎn)區(qū)在4月11?30日，阿克蘇、伊寧等核心產(chǎn)區(qū)在4月16?25日；環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)在4月16日?5月10日，核心產(chǎn)區(qū)山東在4月16?25日。由圖4b可見，平均末花期由南向北出現(xiàn)在4月上旬?5月上旬，其中西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)在4月15日之前；黃河故道產(chǎn)區(qū)在4月16?20日；黃土高原產(chǎn)區(qū)在4月21日?5月5日，山西、陜西、甘肅東部核心產(chǎn)區(qū)在4月21?30日；新疆產(chǎn)區(qū)在4月16日?5月5日，阿克蘇、伊寧等核心產(chǎn)區(qū)在4月21?30日；環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)在4月21日?5月10日，核心產(chǎn)區(qū)山東在4月21?30日。由圖4c可見，最晚末花期由南向北出現(xiàn)在4月中旬?5月中旬，其中西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)在4月25日之前；黃河故道產(chǎn)區(qū)在4月21?30日，北部核心產(chǎn)區(qū)在4月26?30日；黃土高原產(chǎn)區(qū)在4月26日?5月10日，山西、陜西北部及甘肅東部核心產(chǎn)區(qū)在4月26日?5月5日；新疆產(chǎn)區(qū)在4月21日?5月5日，阿克蘇、伊寧等核心產(chǎn)區(qū)在4月26日?5月5日；環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)在5月1?20日，核心產(chǎn)區(qū)山東在5月1?5日。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）基于地表平均溫度要素，利用統(tǒng)計方法構(gòu)建的福山、三門峽、西峰、昭通、阿克蘇富士系蘋果花期模擬模型，內(nèi)部檢驗滿分率74.1%～90.5%，MAE在1.9～3.3d；外部檢驗滿分率66.7%～100.0%，MAE在0.4～3.4d；同產(chǎn)區(qū)外延推算MAE為1.2～5.1d。

（2）1981?2018年，中國不同產(chǎn)區(qū)富士系蘋果花期時間差異大，均呈提前變化趨勢，提前變化分界點在1997年前后。代表站平均始花、末花期昭通站為3月23日、4月11日；三門峽站為4月11日、4月21日；阿克蘇站為4月14日、4月22日；福山站為4月17日、4月26日；西峰站為4月19日、4月29日。產(chǎn)區(qū)平均始花期最早與最晚相差27.0d，平均末花期最早與最晚相差18.0d。代表站始花、末花期提前幅度分別為，昭通站4.5、3.8d·10a?1，三門峽站2.7、1.8d·10a?1，阿克蘇站2.1、2.0d·10a?1，西峰站1.9、1.7d·10a?1，福山站1.6、1.2d·10a?1。

（3）中國富士系蘋果花期空間分布特征表現(xiàn)為由南向北逐漸推遲。西南冷涼高地產(chǎn)區(qū)平均始花期在3月31日之前，平均末花期在4月15日之前；黃河故道產(chǎn)區(qū)平均始花期在4月1?10日，平均末花期在4月16?20日；黃土高原產(chǎn)區(qū)平均始花期在4月6?25日，平均末花期在4月21日?5月5日；新疆產(chǎn)區(qū)平均始花期在4月6?25日，平均末花期在4月16日?5月5日；環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)平均始花期在4月11?30日，平均末花期在4月21日?5月10日。

3.2 討論

前人有關(guān)樹木物候的研究較多見，但有關(guān)蘋果樹物候期的研究報道較少，僅有的研究成果，或研究區(qū)域較小，或僅針對始花期開展，成果應(yīng)用價值有限[5?6,27]。本研究針對中國蘋果產(chǎn)區(qū)主栽的富士系蘋果，分區(qū)構(gòu)建始花和末花模擬模型，并對比分析各產(chǎn)區(qū)富士系蘋果花期物候時空分布規(guī)律和變化趨勢。相關(guān)結(jié)果可為全國尺度上富士系蘋果的生產(chǎn)管理，花期氣象災(zāi)害防御等提供重要參考依據(jù)。

本研究有關(guān)黃土高原產(chǎn)區(qū)、環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)蘋果花期物候時間分布的研究結(jié)論，與前人研究結(jié)果基本吻合[5,27]；有關(guān)蘋果花期物候變化趨勢的研究結(jié)論，與前人有關(guān)其它樹木花期物候變化趨勢的研究結(jié)論也相一致[15，31?32]。

與前人有關(guān)樹木花期物候模型構(gòu)建采用的方法不同，本研究采用統(tǒng)計方法。從模型模擬檢驗結(jié)果來看，外延檢驗MAE最大為5.1d，優(yōu)于熱時、需冷量等機理性模型[15，33]。與前人有關(guān)樹木花期物候模型研究采用的氣候要素比較，本研究采用單一地表溫度要素。從模型模擬檢驗結(jié)果來看，單一地溫要素相較單一氣溫要素，氣溫、日照、降水等多要素模型模擬誤差均偏小[6?7,34]。本研究認(rèn)為，早春時段果樹的萌芽、開花等首先需要根系的萌動和養(yǎng)分供給，果樹根系的活動同樣需要一定的地溫，因此早春時段果樹物候現(xiàn)象對地溫的響應(yīng)早于或顯于氣溫。這也是本研究前期要素篩選中地表溫度相較氣溫與富士系蘋果花期相關(guān)性更顯著的理論依據(jù)。但該結(jié)論是否同樣適用于其它樹木早春物候的模擬，還有待檢驗。

果樹花期的準(zhǔn)確模擬，對計劃和管理田間生產(chǎn)、防御和應(yīng)對花期災(zāi)害具有非常重要的意義。但從目前相關(guān)研究成果看，不論是采用單要素或多要素、統(tǒng)計或機理模型，均存在不可忽視的誤差。劉璐等[7]從較微觀的方面指出，蘋果屬栽培作物，春季的灌水、施肥、種草覆草等田間措施會影響蘋果花期，應(yīng)將果園管理技術(shù)一并考慮作為影響蘋果花期的要素。鄔定榮等[33]從較宏觀的方面指出，造成蘋果花期模擬誤差大的原因是氣象站位置及所測得的氣象信息與果園所在復(fù)雜地形及小氣候信息不一致。本研究認(rèn)為，提高中國產(chǎn)區(qū)蘋果花期模擬精度，需從以下4個方面加強工作：一是基于中國不同蘋果產(chǎn)區(qū)地理地形、氣候條件差異大，無論是統(tǒng)計模型還是機理性模型，分產(chǎn)區(qū)構(gòu)建蘋果花期模擬模型是十分必要的；二是增加蘋果物候觀測點并持續(xù)觀測，短期內(nèi)可提供充足的模型檢驗、不同品種花期矯正資料，長期內(nèi)可提供空間上更為精細(xì)的建模數(shù)據(jù)；三是增加建設(shè)蘋果園小氣候站，研究不同產(chǎn)區(qū)蘋果園小氣候差異及蘋果園內(nèi)外氣候要素的推演關(guān)系，可有效提高各產(chǎn)區(qū)蘋果花期模擬精度；四是在建有小氣候站的果園同時開展蘋果生理生態(tài)觀測，獲取從果樹萌芽到休眠全生育期物候信息，光、溫、水、土、肥等資源供給特點及數(shù)據(jù)，田間管理方式方法等信息，可有效提高蘋果物候模擬機理性模型的精度。

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Simulation and Distribution of Flower Stage in Main Production Areas of Fuji Apple in China

BAI Qin-feng1, HUO Zhi-guo2，3, WANG Jing-hong1, LIANG Yi1

(1.Shaanxi Meteorological Service Center of Agricultural Remote Sensing and Economic Crops, Xi’an 710014, China; 2.Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081;3.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044)

In the five main production areas of Fuji apple in China, Fushan(in Shandong province and belongs to the Around Bohai bay production area), Sanmenxia(in Henan province and belongs to the old Yellow River production area), Xifeng(in Gansu province and belongs to the Loess Plateau production area), Zhaotong(in Yunnan province and belongs to the southwest cold highland production area), Akesu(in Xinjiang Uygur Autonomous Region and belongs to the Xinjiang production area)were selected as representative sites. Using SPSS statistical software, the meteorological factors affecting Fuji apple flowering were analyzed and screened, and the flowering simulation models of Fuji apple were constructed. The mean absolute error (MAE) and graded weighted full score method were used to test the models, and the epitaxial test of the models were carried out by using the phenological observation data of 12 sites around the representative sites. On this basis, using the meteorological data of 416 sites in China's apple production areas from 1981 to 2018, the first and terminal flower of Fuji apple were simulated year by year. The results showed that, the full scores of single site tested were 66.7%?100.0%, the mean absolute errors (MAE) were 0.4?3.4d, and the MAE of epitaxial tests were 1.2?5.1d. From 1981 to 2018, the flower stages of Fuji apple in China have three characteristics: large time difference, early change trend, and the dividing point of early change around 1997. Zhaotong’s average first flower was the earliest, at 82.0d (March 21), Xifeng’s average first flower was the latest, at the 109.0d (April 19), with a difference of 27.0d. Zhaotong’s average terminal flower was the earliest too, at 101.0d (April 11), Xifeng’s average terminal flower was the latest too, at 119.0d (April 29), with a difference of 18.0 days. The early change range of Fuji Apple's first flower, in Zhaotong was 4.5d·10y?1, which was the largest, and in Fushan was 1.6d·10y?1, which was the smallest. The early change range of Fuji apple's terminal flower, in Zhaotong was 3.8d·10y?1, which was the largest too, and in Akesu was 1.2d·10y?1, which was the smallest. On the whole, the spatial distribution characteristics of the flower stage of Fuji apple in China were gradually postponed from south to north. In the southwest cold highland production area, the average first flower was before 90 days (March 31) and the average terminal flower was before 105 days (April 15). In the old Yellow River production area, the average first flower was between 91?100d (April 1 to 10), and the average terminal flower was between 106?110d (April 16?20). In the Loess Plateau production area, the average first flower was between 101?110d (April 11 to 20), and the average terminal flower was between 111?120d (April 21 to 30). In the Xinjiang production area, the average first flower was between 96?115d (April 6 to 25), and the average terminal flower was between 106?125d (April 16 to May 5).In the Around Bohai bay production area, the average first flower was between 101?120d (April 11 to 30), and the average terminal flower was between 111?130d (April 21 to May 10).

Main apple production area; Fuji apple; First flower stage; Terminal flower stage; Flower stage simulation

10.3969/j.issn.1000-6362.2020.07.003

柏秦鳳,霍治國,王景紅,等.中國富士系蘋果主產(chǎn)區(qū)花期模擬與分布[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2020,41(7):423-435

2020?01?09

霍治國，E-mail：huozg@cma.gov.cn

重大自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防范重點專項（2017YFC1502801）；中國氣象局2019年度國內(nèi)外作物產(chǎn)量氣象預(yù)報專項“全國蘋果始花期預(yù)報技術(shù)研究”

柏秦鳳，E-mail：qinfeng333@163.com