深州蜜桃品质形成关键期气候的时间演变特征

时间：2024-05-21

王荣英许俊东吴雁

摘要：气候因素对深州蜜桃的品质优劣起主导作用，在全球气候变暖的大背景下，通过分析近半个世纪以来深州蜜桃品质形成关键期关键气象要素的时间变化特征，分析气候变化对深州蜜桃品质提升的利与弊，为深州蜜桃品质提升和种质资源研究提供科学参考。本研究采用气候变化倾向率、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验等方法分析1957—2018年深州蜜桃品质形成关键期气温、降水和日照的时间演变特征。在深州蜜桃品质形成关键期，累计降水量呈下降趋势，存在21～22年的显著振荡周期，日最大降水量存在准3年的振荡周期，周期异常显著，1957—2018年有84%的年份不会出现大暴雨，1992年以来日降水量≥100 mm的降水出现频率明显下降，连阴雨指数呈下降趋势;平均气温整体呈上升趋势，存在准17年的显著振荡周期，气温日较差呈下降趋势，且存在准4年的振荡周期，周期异常显著;总日照时数呈增加趋势，存在准3年的振荡周期，周期异常显著。累计降水量下降，1992年以来日降水量≥100 mm 的降水出现频率下降、连阴雨指数下降、平均气温上升、日照时数增加，均利于深州蜜桃糖分积累和着色，利于深州蜜桃品质的提升，但气温日较差减小对干物质积累有不利影响。说明品质形成关键期气候条件的变化对深州蜜桃生产利大于弊。

关键词：深州蜜桃;品质;关键期;气候;时间演变;Morlet小波分析;Mann-Kendall突变检验

深州蜜桃是我国四大传统名桃之首，已有2 000多年的栽培史，个头硕大、色泽鲜艳、肉质鲜嫩、口味香甜，因其品质优良，昔日曾为皇家贡品[1-2]，如今深州蜜桃是我国国家地理标志产品，是衡水市特色产品，是农村经济发展的重要支柱。

影响蜜桃品质的因素是综合性的，在多数情况下，气候是诸多因素中最重要、最活跃的因素，对品质的优劣起主导作用。柴成林等认为，亏水有利于桃果实可溶性固形物含量和桃果实硬度的提高[3-8];萬保雄等认为，在桃果实第2次膨大到成熟期间随着降水量减少和日照时间延长，果实中的总糖含量增加，糖酸比提高，甜味增加[9];姚小英等认为，桃第2次膨大期降水量较大不利于果实着色和成熟，成熟期日照百分率下降、日照不足对桃品质和产量有不利影响[10-13];沈建生等发现，在多湿寡照条件下，光照是影响金华大白桃果实品质的主要因子[14];郝建博等发现，果实发育后期的弱光对桃的外观品质和内在品质均有显著影响[15-16];张伟锋发现，第2次迅速膨大到成熟期，旬平均气温偏高、日照时数长、降水偏少时，桃的可溶性固形物含量越高[17];高梅等认为，温度高而气候干旱对提升桃果实品质有利[18];冯立娟等认为，气温升高对桃生产起正面效应[19]。

在全球气候变暖背景下，影响蜜桃品质的光、温、水等气候条件可能均发生了变化[20-22]，而这种变化对深州蜜桃的品质提升是否有利，需要进一步分析，尤其是品质形成关键期的气候。2010—2018年深州蜜桃9年的物候观测资料显示，深州蜜桃的成熟时间为8月22日至9月12日，其中有7年成熟时间为8月28日至8月31日，鉴于成熟时间、前人的研究结果[13，17，23]和果园的实际生产经验，本研究确定8月1日至8月31日为深州蜜桃的品质形成关键期，确定降水、日照时数和气温为对品质影响较大的气象因子。本研究将初步分析深州蜜桃品质形成关键期（成熟前近1个月）内对品质影响较大的气象因子的时间变化特征，以期为深州蜜桃品质提升和种质资源研究提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

深州市属暖温带半干旱区季风气候，大陆性气候特点显著，光照资源充足，四季分明，雨热同期。年平均气温为13.6 ℃，降水量为467 mm，日照时数为 2 560.5 h，稳定通过10 ℃的活动积温为4 759.9 ℃。

深州蜜桃的主产区集中在深州市西北方向的穆村乡、兵曹乡、东安庄乡、深州镇、唐奉镇、辰时镇以及双井开发区一带，地处黑龙港流域滹沱河故道，为冲积平原，有深厚的沙质壤土，不易积水，通透性好，地下水质优良，距离其最近的气象观测站河北省深州市气象站的直线距离为4～8 km。本研究选取深州市气象站1957—2018年每年8月1日至8月31日的日降水量、日照时数、平均气温、最高气温和最低气温等气象数据和2010—2018年深州蜜桃9年的物候观测资料，数据均经过河北省气象信息中心的质量控制，来源可靠。

1.2 研究方法

应用气候变化倾向率[24]、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验[25]等统计方法，分析深州市8月降水量、气温和日照时数的时间演变特征。

2 结果与分析

2.1 降水变化及其对深州蜜桃品质的可能影响

桃果实在成熟前25～30 d时段内，多阴雨天气会降低果实品质，其中出现日降水量≥100 mm的年份果实品质明显偏差。同时，桃树是极不耐涝的果树，根系对淹水极为敏感，轻则抑制根系生长、桃果早落、品质变劣，重则导致桃树大量落叶、根系腐烂甚至死树[26]。因此，考虑该时段内累计降水量越多、日降水量越大，对桃树生长、果实品质提升越不利。

2.1.1 降水量 1957—2018年每年8月的累计降水量差异明显，最大值为544.4 mm，出现在1963年，最小值为25.8 mm，出现在1989年，多年平均值为124.2 mm。8月累计降水量呈下降趋势（下降趋势不显著），其线性倾向率为 -8.0 mm/10年。

由图1可知，1957—2018年每年8月的日降水量，≥100 mm 的仅1963年出现了2次，其他年份均不超过1次。8月日最大降水量最大值为 214.8 mm，出现在1984年。日降水量≥100 mm的降水在1981—1991年间出现频次较高（11年4次），1992年后至今出现频率明显降低（仅2018年出现1次）。

用Morlet小波分析法分析深州市1957—2018年8月累计降水量的周期演变特征（图2），发现其存在21～22、5、12、3年的振荡周期，且通过了0.05水平的显著性检验，其中21～22年周期最为显著。分析8月日最大降水量的周期演变特征（图3），其存在准3年的振荡周期，且通过了0.01水平的显著性检验。

用Mann-Kendall突变检验法对1957—2018年8月累计降水量进行检验（图4），结果表明，8月累计降水量20世纪60年代及以前表现为增加的趋势，20世纪70年代至20世纪90年代初变化不明显，20世纪90年代末至2018年表现为减少趋势（不显著），并在1990年前后存在气候突变。对8

月日最大降水量进行Mann-Kendall突变检验，2012年之前大部分时段表现为增加趋势，在1999年前后存在气候突变，之后日最大降水量增加趋势逐渐减弱，至2012年后转化为下降趋势。

2.1.2 暴雨指数分析每年8月暴雨的发生情况，用暴雨指数（I，初始值为0）表示，日降水量用Rd表示（Rd<50，I不变;50≤Rd<100，出现1次I加1;100≤Rd<150，出现1次I加2;150≤Rd<200，出现1次I加3;200≤Rd<250，出现1次I加4）。1957—2018年暴雨指数最大值为5，最小值为0，其中约60%的年份（1937年）I=0，84%的年份（1952年）I≤1，即60%的年份未出现暴雨（日降水量<50 mm），84%的年份未出现大暴雨（日降水量<100 mm）。

2.1.3 连阴雨指数分析每年8月连阴雨的发生情况，用连阴雨指数（L）[27-28]表示，L=Nr≥3/NR=0，其中Nr≥3为8月雨日（R≥0.1 mm）连续3 d以上的日数，该日数越多连阴雨危害越重，NR=0为8月无降

水日数，该日数越多连阴雨危害越轻，L可反映出不同年份连阴雨发生程度。L值越大，连阴雨危害越重，1957—2018年8月连阴雨指数最大值为1，平均值为0.23，其中有68%的年份≤0.3，有8%的年份>0.5，期间连阴雨指数整体呈下降趋势，尤其是20世纪90年代以后，下降趋势增强（但不显著），即连阴雨危害呈减轻趋势。

2.1.4 对深州蜜桃品质的可能影响 8月累计降水量呈下降趋势，1992年后日降水量≥100 mm的降水出现频次明显降低，84%的年份不会出现大暴雨，连阴雨灾害呈减轻趋势，以上变化均利于可溶性固形物或糖分的积累，使蜜桃甜味增加，利于深州蜜桃成熟和品质提升。

2.2 气温变化及其对深州蜜桃品质的可能影响

果实迅速膨大期（第2次膨大期）至成熟期需要较高的温度，膨大期日平均气温在25～30 ℃之间、成熟期在28～30 ℃之间产量高且品质佳，低温会促进苹果酸的形成，果酸含量高，则果实品质差。同时，这期间昼夜温差大，有利于干物质积累，产量高。

2.2.1 平均气温 1957—2018年8月份平均气温23.7 ℃（1958年）至28.1 ℃（2018年），多年平均气温为25.6 ℃，整体呈上升趋势，上升速率为 0.17 ℃/10年。其中74%的年份月平均气温≥25 ℃，有利于深州蜜桃品质和产量的提升。

用Morlet小波分析深州市1957—2018年8月平均气温的周期演变特征。由图5可知，8月平均气温存在准8年和准17年的振荡周期，其中准17年周期异常明显。用Mann-Kendall突变检验法对1957—2008年8月平均气温进行检验：20世纪60年代呈上升趋势，20世纪70年代至20世纪末表现为下降趋势，进入21世纪以来表现为上升趋势，且不断加强，2018年达到0.05显著水平，在2013年前后发生了气候突变。

2.2.2 气温日较差 1957—2018年8月份平均气温日较差最大为10.8 ℃（1965年），最小为6.4 ℃（1963年），气温日较差多年平均值为8.9 ℃，整体呈减小趋势，减小速率为0.12 ℃/10年，对深州蜜桃的干物质积累不利。

用Morlet小波分析深州市1957—2018年8月份气温日较差的周期演变特征，发现其存在3～4年和准8年的显著振荡周期，其中4年振荡周期异常显著。用Mann-Kendall突变检验法對8月日气温日较差进行检验：除1982—2003年外，其他时段气温日较差均表现为减小趋势，在2005年前后发生了气候突变。

分别比较1957—2018年8月最高气温和最低气温的变化趋势：最高气温、最低气温整体均呈上升趋势，上升速率依次为0.12 ℃/10年和0.25 ℃/10年。最低气温上升速率明显高于最高气温的上升速率，是导致气温日较差下降的原因。

2.2.3 对深州蜜桃品质的可能影响果实第2次膨大到成熟期平均气温整体呈升高趋势，尤其是进入21世纪以来，1957—2018年有74%的年份平均气温在25.0～28.1 ℃之间，有利于蜜桃产量和品质的提升，但气温日较差变小，不利于干物质积累，对深州蜜桃品质提升有不利影响。

2.3 日照时长及其对深州蜜桃品质的可能影响

桃树喜光，对日照比较敏感，尤其是花芽分化期和临近成熟期。试验证明在桃花芽分化前1个月，每天平均日照7 h左右，才能进行花芽分化;临近成熟期光照充足，利于桃着色和糖分积累，进而提升果实品质。

2.3.1 日照时数 1957—2018年8月总日照时数最大值为295.4 h（1965年），日平均日照时数为95 h，最小为121.4 h（1967年），日平均日照时数不足4.0 h，多年平均日照时数为222.4 h（日平均日照时数 7.2 h），总体呈上升趋势，上升速率为085 h/10年，其中20世纪70年代、80年代日照时长上升明显。

用Morlet小波分析深州市1957—2018年8月总日照时数的周期演变特征（图6），发现其存在异常显著的准3年振荡周期，通过了0.01水平的显著性检验。用Mann-Kendall突变检验法对1957—2018年8月总日照时数进行检验，1965年之前表现为减小趋势，1965—1980年变化平稳，1980年后多表现为增多趋势，在20世纪60年代后期发生了气候突变。

2.3.2 对深州蜜桃品质的可能影响 8月总日照时数呈上升趋势，多年平均日照时长为222.4 h，日平均日照时长为7.2 h，光照充足，有利于深州蜜桃的着色和糖分积累，进而提升品质。

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）1957—2018年8月累计降水量呈下降趋势，其线性倾向率为-8.0 mm/10年，存在21～22、5、12、3年的振荡周期，其中21～22年周期最为显著，8月累计降水量在1990年前后存在气候突变;8月日最大降水量的振荡周期为3年，且通过了0.01水平的显著性检验;8月60%的年份未出现暴雨，84%的年份未出现大暴雨;日最大降水量≥100 mm的降水自1992年后出现频率明显降低;连阴雨指数整体呈下降趋势，尤其是20世纪90年代以后，下降趋势增强（但不显著），即连阴雨灾害呈减轻趋势。

（2）1957—2018年8月平均气温为23.7～28.1 ℃，整体呈上升趋势，上升速率为0.17 ℃/10年，进入21世纪以来上升趋势加强，存在准8年和准17年的振荡周期，其中准17年周期异常显著，在2013年前后发生了气候突变。气温日较差多年平均值为8.9 ℃，整体呈减小趋势，减小速率为 0.12 ℃/10年，8月气温日较差存在异常显著的准4年振荡周期。8月最低气温上升速率明显高于最高气温的上升速率，是导致气温日较差下降的原因。

（3）1957—2018年8月平均总日照时数为222.4 h（日平均日照时数为7.2 h），总体呈上升趋势，上升速率为0.85 h/10年，其中20世纪70年代、80年代日照时长增加明显，8月日照时数存在异常显著的准3年振荡周期，通过了0.01水平的显著性检验，在20世纪60年代后期发生了气候突变。

（4）在深州蜜桃品质形成的关键期，累计降水量下降、连阴雨指数下降、平均气温上升、日照时数增加，以及日降水量≥100 mm的降水1992年后出现频率明显降低，均有利于可溶性固形物或糖分的积累，有利于桃果实着色和成熟，进而提升深州蜜桃品质，但气温日较差变小对干物质积累有不利影响。总之，深州蜜桃品质形成关键期气候条件的变化对生产利大于弊。

3.2 讨论

近年来受城市迅速发展的影响，深州市气象站气温，尤其是最低气温较周边地区偏高，在一定程度上放大了最低气温和平均气温的上升速率，同时放大了气温日较差的减小速率。深州蜜桃园内已建立2套农田小气候监测站，可以实时监测桃园内的小气候条件，但因果园内小气候监测资料年限较短，不足以用来分析其气候变化情况。

本研究仅分析深州蜜桃品质形成关键期内关键、常规气象要素的气候变化趋势，非常规气象要素（如大风、冰雹等）或其他生长时段的气候变化对深州蜜桃生长的影响还有待研究。

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