張翠英 呂令華 樊獻政 李瑞英

摘要：為探討油用牡丹種子成熟采摘期受氣象條件影響的變化規(guī)律，依據(jù)菏澤市2008—2019年油用牡丹物候觀測資料和生育期間氣溫、光照及降水量等氣象要素，利用Microsoft Office Excel 2013、DPS統(tǒng)計軟件，采取相關分析、回歸分析、滑動平均等數(shù)理統(tǒng)計方法，分析了氣象條件對油用牡丹生長及種子成熟期的影響。結果表明：油用牡丹花期年變化趨勢和種子采摘始期年變化趨勢基本一致，個別年份因出現(xiàn)特別的氣候異常除外；影響種子采摘始期的氣象因子主要是溫度，包括平均氣溫、積溫、最高最低日較差等，相關性達顯著性檢驗。光照、濕度、降水等與種子采摘始期相關不顯著，但這些氣象因子對牡丹生長的影響不容忽視；選取相關顯著的氣象因子，采用回歸方法，建立了油用牡丹種子采摘始期預報模型，分別于7月11日、7月21日制作并發(fā)布種子采摘始期預報。模型歷史回代，并對2019、2020年進行預報檢驗（允許誤差均在±1天），準確率均為100%，擬合和試報效果較為理想，研究結果可為花農(nóng)適時采摘優(yōu)質牡丹種子提供科學參考依據(jù)。

關鍵詞：油用牡丹；種子采摘；始期；預報模型；氣象條件；影響；變化規(guī)律

中圖分類號：P49文獻標志碼：A論文編號：cjas2020-0184

The Prediction Model of Seed Picking Initial Period of Oil Tree Peony

Zhang Cuiying1， Lv Linghua2， Fan Xianzheng3， Li Ruiying1（1Heze Meteorological Bureau of Shandong Province， Heze 274000， Shandong， China； 2Heze Academy of Agricultural Sciences of Shandong Province， Heze 274000， Shandong， China；3Zhaoyuan Meteorological Bureau of Shandong Province， Zhaoyuan 265400， Shandong， China）

Abstract： To explore the variation law of oil peony seed ripening and picking period affected by meteorological condition， based on the phenological observation data of oil tree peony from 2008 to 2019 and the meteorological elements such as temperature， light and precipitation during the growth period， Microsoft Office Excel 2013 and DPS statistical software were used to analyze the effects of meteorological conditions on the growth and seed maturity of oil tree peony by means of correlation analysis， regression analysis and moving average. The results showed that： the annual change trend of oil tree peony flowering period was basically the same as that of the beginning of seed picking， except some special climatic anomalies in some years； the meteorological factors that affecting the beginning of seed picking were temperature， including average temperature， accumulated temperature， maximum and minimum daily difference， and the correlation reached significant test. Light， humidity， precipitation and other meteorological factors had no significant correlation with the beginning of seed picking， but the influence of these meteorological factors on the growth of peony could not be ignored. Selecting the relevant significant meteorological factors and using regression method， the prediction model of oil peony seed picking initial period was established， and the seed picking beginning forecast was made and released on July 11 and July 21， respectively. The accuracy of the model was 100%， and the fitting and test results were ideal. The research results could provide scientific reference for flower growers to timely pick high-quality peony seeds.

Keywords： Oil Tree Peony； Seed Picking； Initial Period； Forecast Model； Meteorological Condition； Influence； Change Law

0引言

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr）為芍藥科芍藥屬牡丹組落葉小灌木，在中國各地已有1500多年的園藝栽培歷史[1-2]，是一種傳統(tǒng)的觀賞和藥用植物，結實力強、果莢大、結籽多且籽粒飽滿，產(chǎn)量穩(wěn)定、生長快、適應性廣[3]。文獻記載種植五年牡丹產(chǎn)量是大豆的2～3倍，含油率22%以上，高于大豆的19%，牡丹籽油不飽和脂肪酸更是達到92%。油用牡丹屬多年生木本植物，耐旱、耐陰、耐貧瘠，種植范圍廣，適合中國大部分區(qū)域生長，也可用荒山治理、林下種植等，是中國特有的油料資源，具有種植成本低、產(chǎn)量高、出油率高、油品質好，還能持續(xù)生態(tài)循環(huán)生產(chǎn)等特點的油料作物，營養(yǎng)價值優(yōu)良，社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益都比較可觀，是一種集油用、藥用和觀賞價值為一身重要的經(jīng)濟生態(tài)植物。

目前，國內外學者針對油用牡丹的栽培、新品種培育[4-7]進行研究，李兆玉[8]、成仿云等[9]對油用牡丹的發(fā)展進行分析和探討，牡丹根皮的藥用價值、催花方面的研究比較多[10-12]。陳慧玲等[13]研究了油用牡丹育種、栽培及繁育等。張欽等[14]總結了油用牡丹的栽培技術。在本研究檢索范圍內，尚未見氣象因子對油用牡丹物候期的影響、油用牡丹的種子采摘期預測的研究。隨著牡丹產(chǎn)業(yè)化的進一步發(fā)展，油用牡丹經(jīng)濟和社會價值正引起人們的關注。因此探討氣象條件與油用牡丹物候期關系，氣象因子對油用牡丹生長發(fā)育及物候期的影響、準確預測油用牡丹種子采摘期等，在生產(chǎn)管理上能趨利避害，對促進油用牡丹產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，生產(chǎn)中趨利避害等起到積極作用。

菏澤具有種植牡丹的得天獨厚的條件。地處黃河沖積平原的菏澤土質疏松、土層深厚、土地肥沃，四季分明，雨熱同季，自古以來就是中國牡丹的最適宜生長區(qū)，近年來油用牡丹種植面積達33333.3 hm2，是全國牡丹存量面積最大的地級市。

據(jù)調查走訪發(fā)現(xiàn)，在油用牡丹種子采摘標準方面缺乏科學、規(guī)范的深入研究。因此，掌握油用牡丹種子適宜采摘期，準確了解其采摘較好的采摘時段，對指導及時采摘，提升種子的出芽、種籽的出油率、種子的品質和產(chǎn)量量具有重要的實際意義。本研究通過對 2008—2019年油用牡丹整個生育期的物候進行觀測和記錄，對種子采摘期與前期的光溫水等進行相關分析，篩選出對牡丹產(chǎn)量、采摘期影響顯著的氣象因子，建立油用牡丹種子采摘始期預報模型，提前做出種子采摘期預報，為花農(nóng)最佳采摘時間提供科學的預測和預報。在適宜期采摘種子易獲得高產(chǎn)、提高出芽率和出油率，從而提高牡丹生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，促進牡丹產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1材料與方法

1.1資料來源

根據(jù)訪談調研、查找文獻和國家氣象觀測站菏澤農(nóng)業(yè)氣象觀測相結合，依據(jù)農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范[15]規(guī)定，物候資料為2008—2019年油用牡丹種子采摘期資料；油用牡丹產(chǎn)量因素來自菏澤市牡丹產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心；氣象資料來自菏澤國家氣象觀測站地面測報資料，主要包括2008—2019年1—7月種子采摘前的旬氣溫、積溫、降水及日照等；1981—2010年氣候整編資料來自山東省氣象信息中心。

1.2相關分析方法

牡丹花凋謝后進入生殖生長階段，一直到種子采摘期，統(tǒng)計前期氣象因子與油用牡丹采摘期進行相關分析[16-17]，選取與采摘期相關顯著的氣象因子。

1.3回歸分析

利用Microsoft Office Excel 2013，借助統(tǒng)計軟件DPS對選取的氣象因子與采摘期進行處理和回歸分析：回歸系數(shù)間采用最小二乘法[18-19]，公式如（1）所示。

1.4滑動平均法

又稱移動平均法[20]，它是以一連串部分重疊的序列的平均值組成新序列的一種方法。

1.5積溫計算

作物完成生長發(fā)育要求一定的積溫，應用積溫計算作物發(fā)育期出現(xiàn)日期，并能衡量作物發(fā)育速率，制作物候期預報等。

2結果與分析

2.1油用牡丹開花期、種子采摘始期變化曲線

通過訪談調研，實地油用牡丹物候期的觀測，當觀測牡丹植株出現(xiàn)牡丹某一發(fā)育期特征時，牡丹就進入了這個發(fā)育期，觀測的大田牡丹進入某發(fā)育期，是以觀測的牡丹總株數(shù)中進入發(fā)育期的牡丹株數(shù)所占的百分率確定的。首次觀測植株≥10%為進入某個發(fā)育期的始期，觀測到植株發(fā)育期≥30%為牡丹進入發(fā)育普遍期。油用牡丹2008—2019年開花始期、種子采摘始期年變化趨勢線見圖1。

油用牡丹開花始期與種子采摘始期趨勢線基本吻合，說明開花期早，種子成熟也相應會早。但也有特別年份，2010年2—4月平均氣溫分別較常年偏少0.1、0.8、2.3℃，牡丹芽萌動至開花期較常年推遲，開花始期出現(xiàn)在4月19日，與其他年份相比開花期偏晚一周左右。但由于后期氣象條件較好，有利于牡丹生長發(fā)育，種子成熟始期偏早，出現(xiàn)在7月24日，沒有與花期相應的推遲，說明牡丹后期生長的氣象條件對牡丹種子成熟影響較大。2018年前期氣溫偏高，3月上旬、4月上旬出現(xiàn)2次低溫天氣，觀測調查發(fā)現(xiàn)牡丹出現(xiàn)不同程度的凍害，但由于其他時段氣溫偏高，牡丹開花期較早，出現(xiàn)在4月上旬初，但后期氣象條件對牡丹生長不利，種子成熟略有推遲，圖1顯示牡丹2018年開花與種子成熟趨勢出現(xiàn)明顯不一致，因此牡丹開花期與種子成熟期由于氣象條件的利弊，兩者不一定完全一致。

2.2產(chǎn)量因素與氣象條件的關系

隨著油用牡丹花的凋謝，在葉腋處又重新開始孕育新的鱗芽，一般在4月下旬末至7月底8月初，鱗芽開始分化，葉片迅速放大，且增大增厚，顏色呈綠或深綠色，牡丹營養(yǎng)生長相對變緩慢。這段時間氣溫偏高、日照充足，降水充沛等氣象條件對牡丹后期生長有利，較好的氣象條件有利于干物質積累，種子成熟，產(chǎn)量偏高。

牡丹蓇葖果是果實的一種類型，屬干果中的裂果。觀測發(fā)現(xiàn)菏澤油用牡丹種子一般在7月下旬至8月上旬進入成熟期，不同年份氣象條件不同成熟早晚略有差異。油用牡丹從花凋謝到種子成熟，大約需100天左右。菏澤市牡丹產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心試驗發(fā)現(xiàn)，牡丹子即將成熟時，果莢呈蟹黃色，果莢內種子正在由黃綠色向褐色、黑色轉化。大面積采摘前，隨機采摘少量果莢立即剝開取種，大約近50%牡丹種子已經(jīng)變?yōu)楹稚?、黑色，適宜大量采收。若采摘過晚，果角部分開裂，種子呈褐色或黑色，種子成熟過度，難于發(fā)芽。在果莢開裂前已經(jīng)變褐色、黑色的種子，出芽率可以達到95%以上。由于牡丹花期早晚差異，種子成熟也有早有晚（前后相差近10天），如果條件允許，分批采收更能提高采種質量和牡丹的產(chǎn)量。

針對牡丹種子適宜期的采摘，菏澤市牡丹產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心[21]對牡丹產(chǎn)量單獨測定。結果發(fā)現(xiàn)采收過早的種子育苗影響出苗率，且幼苗生長纖弱；種籽榨油，出油率明顯偏低，油品質也有所降低；試驗顯示過晚采摘的牡丹種子，成熟過度，育苗難以發(fā)芽，對產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響，因此適時采摘牡丹種子效益高（圖2）。

在菏澤市不同種植油用牡丹的地塊測定產(chǎn)量因素（表1），由于選擇測點的位置、田間管理措施、苗齡等因素不同，產(chǎn)量也有差異。對比發(fā)現(xiàn)，測點選在邊行，測定的牡丹種子結籽等各方面數(shù)據(jù)均高于或不低于里行，但測定的產(chǎn)量低于里行，預計邊行沒有里行的牡丹授粉效果好，比如鄆城、巨野選取的里行的2個點，種籽單產(chǎn)明顯偏高。在土壤條件、田間管理水平較好的前提下，牡丹密植利于高產(chǎn)。

菏澤常年7月下旬至8月上旬，氣溫偏高，光照充足，降水偏多，適時采摘牡丹種籽出油率較高，牡丹油品質好。由表1可見，牡丹不同苗齡產(chǎn)量也不同，隨著苗齡的增長，產(chǎn)量逐漸增加，種子適時采摘能增加產(chǎn)量，過早或過晚采摘對牡丹產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。

2.3牡丹生長期土壤水分變化趨勢

牡丹原產(chǎn)于中國西北較干旱地區(qū)，本身根系發(fā)達耐旱[22-23]。所以牡丹對水分的要求不是很高，但如果長期缺水或明顯偏多，干旱和澇災對牡丹造成危害較大。2004年7月雨日達18天，累積降水量396.8 mm，降水較常年明顯偏多，牡丹因地塊長時間積水出現(xiàn)大面積死亡。

統(tǒng)計牡丹大田自動土壤水分監(jiān)測站資料發(fā)現(xiàn)，牡丹生殖生長期間土壤相對濕度[15]10～50 cm大部分在50%～90%，墑情較為適宜，牡丹生長良好。2015、2019年5月下旬至6月中旬降水明顯偏少，土壤相對濕度略偏低。2016年7月中旬，2019年6月下旬降水較常年明顯偏多，農(nóng)田土壤墑情較好，對油用牡丹后期生長、種子成熟和優(yōu)質高產(chǎn)有利。牡丹開花凋謝后5—8月各旬10～50 cm土壤相對濕度見圖3。

選取2015、2016、2019年5—8月10～50 cm各層土壤相對濕度，根據(jù)每年觀測生長發(fā)育期、開花及種子采摘期等物候期，對比發(fā)現(xiàn)沒有明顯的干旱和澇災，牡丹長勢較好，這也驗證了牡丹對水分要求不是很嚴格的說法，表2相關系數(shù)也同樣驗證了這一點。由于牡丹根系發(fā)達、耐旱，因此降水對牡丹后期生長、種子成熟影響不大，但如果種子成熟采摘期、晾曬期出現(xiàn)降水，會相應的影響到種子適時采收和晾曬，最終會影響到種子的質量和品質。

2.4氣象因子與油用牡丹采摘期的關系

菏澤一般12月23日（冬至日）至第二年2月上旬（立春），這段時間是全年溫度最低的時期，牡丹進入深休眠期。當氣溫<3.6℃及以下時，牡丹緩慢或停止生長，因此，當日平均氣溫持續(xù)低于界限溫度（3.6℃）時，對牡丹生長的影響越大，同時也影響到牡丹花期的遲早[24-25]，牡丹花期的遲早相應的會影響到牡丹種子成熟和采摘。

為了更好的找出影響牡丹種子采摘期的氣象因子，統(tǒng)計自冬至日至第二年7月中旬期間的<3.6℃的日數(shù)、月平均氣溫、氣溫日較差（最高氣溫-最低氣溫）、積溫、降水、雨日及日照等諸多牡丹生長期間的氣象因子與油用牡丹種子采摘始期進行相關分析，選取相關顯著的因子（見表2）。

根據(jù)油用牡丹物候期的觀測資料，油用牡丹最早采摘始期在7月24日（2010年），最晚出現(xiàn)在8月2日（2011年）。對牡丹種子采摘始期與同年前期氣象要素進行相關分析，結果發(fā)現(xiàn)牡丹采摘始期與前期溫度相關顯著，部分相關系數(shù)達極顯著檢驗（表2），最大相關系數(shù)R=-0.7674**。

由表2可以看出，油用牡丹種子采摘始期與溫度相關比較顯著，相對濕度對種子采摘也有顯著影響。春季溫度與種子采摘期呈顯著負相關，春季氣溫越高、種子成熟期提前；特別是冬至日至2月上旬<3.6℃的日數(shù)越多，表明氣溫偏低影響牡丹的生長，種子成熟期相應推遲。牡丹發(fā)育期從芽萌動到種子成熟，需要一定的積溫，萌動至種子開始采摘平均≥0℃積溫3223.4℃·d，如果積溫明顯偏少，影響種子成熟期，采摘期相應推遲，這與春季<3.6℃的日數(shù)越多，種子成熟期越晚結論一致。

影響油用牡丹種子采摘期單相關達到顯著水平的氣象因子為溫度、相對濕度、最高和最低氣溫日較差等。1—3月氣象條件對油用牡丹種子成熟期影響較大，所以大部分相關系數(shù)顯著水平的氣象因子1—3月較多，說明牡丹開花前期的生長對種子成熟影響較大。

4月平均氣溫與種子采摘期呈顯著正相關，這一結論與1—3月的平均溫度負相關結論相反。為此走訪調研花農(nóng)并根據(jù)多年觀測發(fā)現(xiàn)牡丹開花始期均出現(xiàn)在4月，最早出現(xiàn)在4月上旬，最晚出現(xiàn)在中旬末或下旬初，牡丹在整個4月完成開花、授粉等從營養(yǎng)生長到生殖生長的轉變，這一時期的溫度較高，牡丹開花較好、授粉效果好，因此4月的溫度對種子采摘期的影響較大，溫度越高，牡丹的生長有所延長，種子成熟采摘期也相應推遲。

2.5種子采摘預測模型

油用牡丹一般在7月下旬種子成熟開始采摘，所以根據(jù)油用牡丹采摘期與前期氣象條件，篩選出相關達顯著檢驗、影響牡丹始花期最優(yōu)勢氣象因子，相關系數(shù)通過0.05顯著檢驗，利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行逐步回歸，建立油用牡丹種子采摘始期預測模型。

為做好動態(tài)預報服務，選取1—7月上旬、1—7月中旬氣象因子，建立兩個預報模型，分別于7月11日、7月21日預報油用牡丹種子采摘期，為花農(nóng)提前做好采摘準備提供動態(tài)服務。

2.5.1基于7月10日前的氣象因子建立預報模型和檢驗統(tǒng)計7月10日前各旬氣象因子與種子采摘期進行相關分析，選取優(yōu)勢氣象因子，建立種子采摘期預報模型，如式（2）所示。

Y=2.6656+1.3029X6-2.1106X7-0.4033X9+0.4275X11+ 0.8775X14-0.01164X20………………………………（2）其中，Y為種子采摘期，X6為4月平均氣溫，X7為1—2月平均氣溫，X9為2—3月平均相對濕度，X11為2—5月平均相對濕度，X14為7月上旬平均日較差，X20為3—6月累計降水量。

方程的復相關系數(shù)R=0.9943，檢驗統(tǒng)計量F= 58.0451，通過0.001信度檢驗。

用2008—2018年歷史資料回代，以±1天為準，擬合率為100%。

此預報模式可于7月11日作出牡丹種子采收期預報。

2.5.2基于7月20日前的氣象因子建立預報模型和檢驗統(tǒng)計7月20日前各旬氣象因子與種子采摘期進行相關分析，選取優(yōu)勢氣象因子，建立種子采摘期預報模型，如式（3）所示。

Y=15.6913+1.3227X6-1.6795X7-0.1721X9+0.9575X14-0.0253X15-0.0126X19…………………………………（3）其中，Y為種子采摘期，X6為4月平均氣溫，X7為1—2月平均氣溫，X9為2—3月平均相對濕度，X14為7月上旬平均日較差，X15為7月上中旬日照時數(shù)，X19為5—6月累計降水量。

方程的復相關系數(shù)R=0.9951，檢驗統(tǒng)計量F= 67.8786，通過0.001信度檢驗。

用2008—2018年歷史資料回代，以±1天為準，擬合率為100%。

此預報模式可于7月21日作出牡丹種子采收期預報。

2.5.3預報檢驗與應用用回歸方程對11年資料進行歷史回代檢驗（表3），結果與原樣本Y值誤差均在±1天以內，準確率100%，擬合程度較為理想。

對2019、2020年油用牡丹種子采摘期進行預測檢驗（表4）。

用回歸模型對2019、2020年油用牡丹種子采摘始期進行預報，預報值和觀測值誤差均在1天以內。近年來，春季氣溫不斷升高，油用牡丹始花不斷偏早，種子成熟和采摘也相應提前，采摘預報模型能夠預報出接近實際的情況，說明預報模型具有較高的應用價值和服務效益。

3結論與討論

（1）本研究根據(jù)多年牡丹生長物候期的觀測，發(fā)現(xiàn)光溫水等氣象條件對牡丹生長缺一不可，但實際觀測中發(fā)現(xiàn)溫度對牡丹發(fā)育期影響起決定性的作用，溫度包括平均氣溫、日較差、積溫等，牡丹生長界限值<3.6℃的累計日數(shù)等都與牡丹種子成熟采摘相關較好。這也與賀漫媚等[3，26-29]研究結論一致。牡丹種子成熟與采摘期與前期的氣象因子相關及種子采摘期預報模型引進的因子顯示，氣溫是影響牡丹物候期的主要氣象因子之一，這也與前人的研究結論一致。

（2）油用牡丹花期與種子采摘期變化趨勢基本一致，但由于春季出現(xiàn)極端低溫影響牡丹的花期，使花期推遲，不過由于后期氣象條件對牡丹生長有利，種子成熟采摘期沒有相應推遲，個別年份由于有利的氣象條件使牡丹種子成熟采摘期提前。高志民，唐軼，蔣元華等[2，30-31]研究發(fā)現(xiàn)牡丹的催花在滿足其各個發(fā)育期所需要的積溫后才能順利催花的結論基本一致。因此春季出現(xiàn)不利氣象條件后，應結合有利天氣，加強后期田間管理，減少春季不利天氣對油用牡丹生長的影響，增加牡丹生長所需的有利條件，同樣能提高牡丹的產(chǎn)量和種子品質。牡丹的種植位置、密度大小、田間管理及苗齡等都對產(chǎn)量有所影響。

（3）在油用牡丹種子成熟采摘期與前期氣象條件相關分析中，相關顯著的氣象因子多為溫度，雖然光照、降水等氣象因子相關不顯著，但光、溫、水等氣象條件在植物生長過程中缺一不可，不容忽視。劉克長[32]統(tǒng)計分析降水、空氣濕度等氣象因素相關不顯著，但對牡丹生長發(fā)育也有一定影響。

（4）系統(tǒng)觀測油用牡丹物候資料年限相對較短，各類氣象要素對牡丹生長的影響無法對比分析，應繼續(xù)進行牡丹物候觀測，隨著觀測記錄年代的增加能更好的對比分析氣象條件對牡丹生長的影響。油用牡丹生長受溫度、濕度、光照及降水等影響外，還受牡丹栽培、管理技術，土壤條件等多種因素的影響。因此探討油用牡丹生長規(guī)律，需要進一步獲取牡丹的觀測數(shù)據(jù)和監(jiān)測頻次，開展更系統(tǒng)、全面的研究。

（5）建立油用牡丹種子采摘始期預報模型，選取了與采摘期相關顯著的氣象因子，刪除了相關不顯著的因子，變量引進越多，預報及歷史回代檢驗越準確。相關不顯著的氣象因子對牡丹生長及花期、種子成熟的影響在牡丹的生長過程中也缺一不可，這方面還有待進一步研究。

（6）做好特色作物氣象服務，關鍵是保障特色作物在適宜有利的氣象條件下創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，為特色作物提供科技支撐，池再香[33]等根據(jù)獼猴桃生長與氣象條件的關系，建立紅心獼猴桃潰瘍病氣象預報模型。為此深受啟發(fā)，針對影響油用牡丹生長的災害預測預警還需繼續(xù)觀測研究。

（7）目前采摘期的判斷主要依據(jù)花農(nóng)的經(jīng)驗和判斷。種子采摘始期預報為花農(nóng)提供了科學采摘依據(jù)，但對不同采摘期對油用牡丹種子品質、出油率等的影響還有待進一步研究探討。

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