京桃始花期预报研究

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　　摘要    京桃是一种优美的的观赏植物，始花期是其重要的物候期，构建始花期预报方程并对始花期做出预报可以为花期病虫害防治、人工授粉、杂交育种、霜期防冻等提供重要参考。本文详细分析了京桃始花期与上一年12月和1月、2月、3月的月平均温度和旬平均温度、上一年12月至3月>0 ℃、3 ℃、5 ℃积温以及花蕾出现期的关系，并从中选出相关性较强的温度因子，构建一元和多元线性回归方程，同时对方程进行检验和偏差分析，选出最优方程。结果表明，3月的温度因子与京桃始花期的相关性较强，成显著负相关。当用3月的温度因子构建回归方程时，方程的拟合性检验较好，偏差在3 d内的年份占70%～80%。花蕾出现期与始花期成显著正相关，当3月的温度因子和始花期作为预报因子时，方程的拟合性最好，整体样本的偏差都在3 d以内。在只使用温度因子预报偏差较大的年份，该预报方程的偏差也可以控制在3 d之内。京桃始花期的预报具有一定的参考意义。
　　关键词    京桃;始花期;温度;预报方程;偏差分析
　　中图分类号    S662.1        文献标识码    A
　　构建始花期预报模型的研究，主要是运用统计学的方法构建花期预报模型，并进行拟合性检验。当然也可以依据物候现象发生的顺序相关性原理，应用物候预报法。从以往的研究中，可以了解影响开花期的主要因子有温度、光照、降水等，其中温度因子是最复杂、最重要、最容易得到的影响因子。选取因子可以利用相关性分析，建立一元线性回归方程和多元线性回归方程。如果2个植株的花期具有很强的相关性，则可以将花期作为预报因子，即物候学方法。具体选择何种因子，建立何种预报方程，必须具有理论依据并接受检验。
　　物候是季节节奏宏观、综合的体现，其变化特征反映了过去一段时间气候条件的积累对作物生长、发育的综合影响[1-2]。树木物候主要研究树木生长发育与环境条件的关系。开花期等自然物候变化是气候与自然环境变化的综合反映。自然物候现象不仅反映当地、当时的环境条件，还反映过去一段时间内环境条件的积累。气候是环境条件中的主要因素，气候变化直接影响着物候期的变动。
　　京桃作为一种观赏植物，花蕾出现期和开花期是其关键物候期，研究京桃开花期与气象条件的相互关系，准确及时地进行花期预报，可为花期病虫害防治、人工授粉、杂交育种、疏花疏果等生产和科研的准备工作提供参考。对于花期常遭受晚霜危害的地区，预先知道开花日期并结合霜冻预报，即可提前做好防霜准备，或采取一定措施（应用激素或喷白涂剂等）延迟开花、避开霜冻。
　　我国对京桃开花期的预测的研究尚少，但对苹果、杏樹、梨树的开花期预测的研究已相当深入。韩亚东等[3]通过对沈阳历年始花期的分析得出，京桃始花期主要与开花前第2天日平均气温成显著负相关，京桃开花的早晚可以预测4月中下旬温度的高低，并认为导致花芽不能正常膨大的原因主要是3月10日前后最低气温在-10 ℃以下且低温前后变化较大。郝日明等[4]对影响南京地区桂花秋季开花期变化的关键气候因子进行了研究。
　　花期与多种气象因子有关，而且不同品种的花期与不同气象因子有关，同一气象因子在不同的时期所起作用也不同，因而在众多气象因子中选取关键因子，不仅可以简化方程的形式，还能提高预报方程的准确率。张 倩[5]在研究香梨的始花期预测模型时将积温也考虑进去，研究发现，香梨始花期与≥5 ℃的积温和≥10 ℃的活动积温均成显著负相关，相关系数分别为-0.710和-0.734，均通过了0.01水平的显著性检验。虽然始花期与多种因子有关，但大量研究证明，与花期早晚关系最密切的气象条件是热量因子，尤其以气温的影响最大。
　　研究始花期的预报就是研究气象因子与始花期的关系，这种关系可以用相关系数和显著水平表示，选取相关系数较大且显著水平较高的因子建立回归方程，随后可以进行拟合性检验[6]。当然，也有用物候来预报花期的方法。回归方程的建立可以借助SPSS工具。SPSS统计软件是世界公认的专业化标准统计软件之一，SPSS操作简便，好学易懂，简单实用。SPSS软件进行逐步回归，其基本方法就是找出相关性较大的因子，再利用逐步回归剔除一些因子，选取最优因子，构建多元线性回归方程。此做法简单易行，效果也很好，但会忽略一些关键性因子。建立的模型不仅仅局限于线性模型，还可以建立乘幂模型和指数模型。利用偏相关分析可以更好地反映因子与始花期的相关性。当缺少气象因子与物候现象的平行观测资料时，还可以依据物候现象的顺序相关性原理，先建立其他花期的预测模型，将模型中的因量作为所求花期预报模型中的自变量即预报因子，建立预报模型。方程建立后还要进行拟合性检验，求出方程的复相关系数和检验统计量，看其能否通过显著性检验，通过显著性检验后再将方程回代，比较模式预测花期和实际观测花期，差别在3 d内一般被认为拟合性较好，否则需要订正。在进行相关性分析时，一般只选取一部分资料，剩余一部分资料可以供试报使用。现将京桃的始花期预报研究结果介绍如下。
　　1    数据来源与研究方法
　　1.1    数据来源
　　由于一些年份物候观测资料的缺失，所以使用的30年数据并不是连续的。温度数据来自于沈阳54342测站，选取1963—1965年、1973—1976年、1979—1983年、1986—1989年、1991—1996年、2003—2010年每年12月、翌年1月、2月和3月的日平均温度和3月每日的最低温度，物候数据使用了沈阳市物候观测中心提供的与温度数据相同年份的始花期和花蕾出现期的数据。
　　1.2    研究方法
　　首先对30年数据进行处理，计算出这些年12月、1月、2月、3月的月均温，上、中、下旬的平均温度，12月至翌年3月下旬的>0 ℃、3 ℃、5 ℃的有效积温，并将这些月份的上、中、下旬的日平均最高气温挑选出来。在偏差分析中重点处理了3月的数据，挑选出3月的月最低温、旬最低温，计算出3月>0 ℃的有效积温。 　　将每年的始花期换算成日序，将30年的样本中前25年用来构建回归方程，后5年用来进行试报，检验方程的拟合性，用SPSS双变量相关性分析日序与各个温度因子的相关性，找出相关性较大的因子，建立一元线性回归方程、多元回归线性方程，并进行样本内和样本外的检验。预报值减去实际观测值得到偏差值，对偏差进行分析，选出最优预报方程，并对偏差出现的原因进行分析，找出关键因子。对30年总样本进行双变量相关性分析，分析出相关性较强的因子，与25个样本分析出的因子进行比较，得出显著性最强的影响因子。
　　2    结果与分析
　　由表1可知，通过双变量相关性分析可得到，与始花期显著性负相关的变量有7个。与始花期成显著性正相关的因子有12月平均温度、12月中旬平均温度;与始花期成显著性负相关的因子有3月平均温度、3月中旬平均温度、3月中旬日平均最高温度、12月至翌年3月下旬>0 ℃的有效积温、12月至翌年3月下旬>3 ℃的有效积温、3月下旬最低气温、3月下旬最低气温。其中气象因子中12月至翌年3月下旬>0 ℃的有效积温的显著性最强，物候因子总花蕾出现期显著性最强。
　　利用所挑选出的预报因子构建一元和多元预报回归方程，从中选取拟合性好、预报偏差小的预报方程进行分析讨论。由于一些年份的缺测和误测，在对花蕾出现期的物候因子分析中，只有22年样本，用22个样本中的前19年建立回归方程，其余3年作检验使用。各方程如下：
　　式中，X1为12月至翌年3月下旬>0 ℃的有效积温，X2为12月平均温度，X3为12月中旬平均温度，X4为3月平均温度，X5为3月中旬平均温度，X6为3月中旬日平均最高温度，X7为12月至翌年3月下旬>3 ℃的有效积温，X10为花蕾出现期日序。
　　由表2可知，30年总样本预报偏差在3 d以内的报准天数和报准率（方程（4）为22个样本）。其中方程（3）报准偏差在3 d以内的年份最多，为24年，达到了80%，而且通过了0.01水平的显著性检验，方程（4）在样本数量较少，但偏差3 d内的占比最高，为86%，显著性检验水平最高。综上分析，方程（4），即用12月至翌年3月>0 ℃有效积温、12月平均温度、12月中旬平均温度、3月平均温度、3月中旬平均温度、3月中旬日平均最高温、12月至翌年3月下旬>3 ℃的有效积温综合作为预报因子时，方程的拟合性较高。考虑物候因子，利用3月平均温度花蕾出现期作为预报因子时，方程的拟合性最高。
　　利用4個回归方程对2006—2010年的始花期进行试报，4个方程对2006—2010年始花期试报的偏差值见表3。由表3可知，除了方程（4），其他3个方程在2010年预报中出现了较大偏差，偏差值最低为-7，所报始花期比实测值早。由日序资料可知，2010年始花期为116 d，为2006—2010年中最晚。方程（1）和方程（2）在5年之中有4年预报值偏差在3 d以内，准确率为80%，方程（4）在2008—2010年3年偏差在3 d以内的报准率为100%，该回归方程整体的预报准确率较高。
　　3    结论与讨论
　　研究结果表明，在沈阳地区，京桃始花期与上一年12月、1月、2月、3月的温度因子相关性分析可得，与京桃始花期成显著性负相关的因子，相关性由强到弱依次为 3月中旬日平均最高温温度、12月至翌年3月下旬>0 ℃的有效积温、3月平均温度、3月下旬最低温度、3月中旬平均温度、3月平均温度、下旬日平均最低气温。其中，3月的温度因子以及12月至翌年3月下旬的有效积温均是影响京桃始花期的关键因子。
　　在分析与京桃始花期相关性较强的温度因子中，上一年12月温度因子和1月、2月的温度因子与始花期的相关性很弱，尤其是1月，几乎没有显著相关性的温度因子，但其与3月温度因子相关性最强。在积温因子中，>0 ℃的有效积温和>3 ℃的有效积温与始花期的相关性强，而>0 ℃和>3 ℃的温度主要集中在3月，京桃平均年份的始花期在4月中旬，可见始花期与其临近始花期的温度因子关系最为密切。
　　平均年份的京桃始花期在4月中旬，平均年份的京桃花蕾出现期在4月3日，但也有一些年份较晚，因而可以分2个预报阶段。在3月末，利用气象因子预报方程进行预报（方程（1）或方程（2）），对始花期进行预报，得到初步预报结论;在4月初，利用观测到的花蕾出现期日序，进行第2次预报，对第1次得到的预报结论进行更正，可以得到比较准确的花期预报。
　　4    参考文献
　　[1] 韩小梅，申双和.物候模型研究进展[J].生态学杂志，2008，27（1）：89-95.
　　[2] 孙志鸿，孙忠富，杨朝选，等.果树生态生理数学模拟的研究进展和应用[J].果树学报，2005，2（4）：361-366.
　　[3] 韩亚东，于长文，刘雪峰.京桃春季物候期与气温之间的关系[J].安徽农业科学，2007，35（15）：4517-4518.
　　[4] 郝日明，张璐，张明娟，等.影响南京地区桂花秋季开花期变化的关键气候因子研究[J].植物资源与环境学报，2006，15（3）：31-34.
　　[5] 张倩.基于逐步回归的库尔勒香梨始花期预测模型[J].沙漠绿洲气象，2013，7（2）：43-46.
　　[6] 张印平，邹丽霞，郭昌东，等.柑桔物候期与气象因子关系的分析[J].气象研究与应用，2017，38（3）：95-97.
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