气象因子对黔阳冰糖橙品质的影响

江涤非，黎跃勇，董子舟，李 好，谭诗琪

（1.湖南省气象服务中心，长沙 410118；2.气象防灾减灾湖南省重点实验室，长沙 410118）

冰糖橙（Citrus sinesisOsback）属芸香科常绿阔叶乔木，果实皮薄，果肉饱满多汁，口感甜嫩［1］，具有品质好、适生性强、产量高等特点［2］，是一种无核或少核的柑橘品种［3］，由普通甜橙的优质芽变种而来［4］。柑橘的生长发育受自然环境条件和人为因素的影响，致使果实的产量和品质不尽相同［5］。国内的研究主要集中在土壤条件、育种、果园管理对冰糖橙产量和品质的影响，以及冰糖橙产业发展状况等方面［6-9］。

国内学者针对其他柑橘品种受气候条件影响的研究较多，例如脐橙、温州蜜柑等［10-12］，对冰糖橙品质受气候条件的影响研究开展得不多，周铁等［13］针对冰糖橙的关键生育期——果实膨大期的水分需求进行了研究，发现果实膨大期如果发生干旱，将对冰糖橙的品质造成一定的负面影响；孙系巍等［14］在永兴县取样，研究了气象因子对永兴冰糖橙可溶性固形物、可滴定酸、固酸比以及单果重的影响，暂未有全生育期气象条件对黔阳冰糖橙品质的影响研究。为此，本研究根据湖南省洪江市历史气象资料与冰糖橙品质检测资料，利用逐步回归分析，针对气象条件对黔阳冰糖橙品质的影响进行全生育期分析，并构建7 项品质指标（可滴定酸、固酸比、可溶性固形物、维生素C 含量、可食率、出汁率、横径）的气候品质评价模型，以期为黔阳冰糖橙的气候品质评价和天气指数保险研究提供参考。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区域概况

洪江市位于湖南省西南部，地形地貌较复杂，呈现东南高、中西部次之、中部和北部低凹的山地夹丘陵的格局；属中亚热带季风湿润气候，四季分明，夏秋光热充足，雨量充沛，昼夜温差大，冬季气温适宜且平稳。受地形影响，地域差异和垂直差异明显，气候类型多种多样，拥有温和湿润区、温暖湿润区、冬暖型温暖湿润区、温寒湿润区4 种气候类型，十分适宜冰糖橙生长发育。洪江市位于湘西柑橘优势产区内［15］，黔阳冰糖橙在洪江市柑橘产业中占据核心主导地位，洪江、麻阳、永兴3 个市（县）冰糖橙总产量占湖南省冰糖橙总产量的81.1%，占全国冰糖橙总产量的74.0%［13］。截至2019 年底，洪江市柑橘种植面积2.67 万hm2，其中黔阳冰糖橙种植面积为1.67万hm2，年产量24.5 万t。

1.2 研究材料

1.2.1 生育期信息和品质检测数据 关键生育期信息和品质检测数据来源于洪江市农业农村局。洪江市黔阳冰糖橙的关键生育期为果实膨大期（6 月上旬至10 月下旬）、壮果期（果实迅速膨大期，6 月上旬至9 月上旬）、着色期（10 月下旬至11 月中旬）以及采摘期（11 月下旬）。

冰糖橙品质检测数据年份为2015—2020 年，该数据由洪江市农业技术推广中心在全市冰糖橙果园抽样送检得到，检测的品质指标包括可滴定酸（TA）、固酸比（SAR）、可溶性固形物（TSS）、维生素C含量（VC）、可食率（ER）、出汁率（JY）、横径（TD）。

检测仪器包括电感耦合等离子发射光谱仪、阿贝折光仪、液相色谱仪等。检验依据包括GB/T 8210—2011、GB 5009.86—2016、NY/T 426—2012 等。研究使用2015—2019 年的品质检测数据与同期气象观测数据进行皮尔逊相关分析和逐步回归分析，筛选影响品质的关键生育期和气象因子，并构建各项品质指标的气候品质评价模型；利用2020 年品质检测数据对构建的气候品质评价模型进行检验。

1.2.2 气象数据 气象数据为洪江市2015—2020年的逐日平均气温、最高气温、最低气温、降水量、日照时数；数据来源于湖南省气象信息中心。

1.3 研究方法

1.3.1 黔阳冰糖橙气候品质评价因子筛选 冰糖橙在生长发育过程中，主要受到光、温、水三大气象要素的影响。光是植物进行光合作用的必要条件［16］，在充足的光照条件下，柑橘光合作用效果强烈，果实内碳水化合物可大量产生和累积。柑橘果实的形成、膨大与成熟离不开适宜的热量条件支撑；温度对柑橘植株光合作用的效率有较大影响，适宜的温度有利于果实糖分的积累，但是过高的气温会加大植株呼吸作用，不利于果实内碳水化合物的形成与累积［17］。水分条件对柑橘果实品质的影响也至关重要，关键生育期内，降水量对于果实口感、质地、出汁量具有一定的影响［18］。研究选取关键生育期内的平均气温、气温日较差、日均最高气温、日均最低气温、降水量、阴雨日数以及日照时数作为黔阳冰糖橙气候品质评价的气象因子，采用皮尔逊相关分析法和逐步回归分析法，分析和筛选与各品质指标相关的气象因子。

1.3.2 气候品质评价模型构建和验证 基于相关分析、逐步回归分析，得出影响黔阳冰糖橙各品质指标的关键气象因子后，构建各品质指标的气候品质评价模型。将2020 年的气象观测数据代入气候品质评价模型中，并将计算结果与2020 年实际的冰糖橙品质检测数据对比，验证模型的准确性。

2 结果与分析

2.1 黔阳冰糖橙品质指标分析

冰糖橙的品质指标主要包括可溶性固形物、固酸比、可滴定酸、维生素C 含量、可食率、出汁率、横径7 项，上述7 项品质指标一定程度上决定了柑橘果实的外观、成熟度、风味和营养价值［19］。图1 为黔阳冰糖橙2015—2020 年可溶性固形物、固酸比、可滴定酸、维生素C 含量、可食率、出汁率、横径的年际变化曲线。由图1 可知，2015—2020 年，黔阳冰糖橙可溶性固形物的含量为12.6%~15.7%，2020 年最低，2018 年最高；固酸比为70.5~72.6；维生素C 含量变化幅度较大，最低为2018 年的50.7 mg/100 g，最高为2020年，高达73.6 mg/100 g；可食率最高为77.9%，最低为72.2%；可滴定酸含量为0.18~0.26 mg/100 g；出汁率最高为2015 年，最低为2020 年。横径2017年最大，2020 年最小。参照GB/T 12947—2008，甜橙类可溶性固形物≥10.5%，总酸量≤0.9%、固酸比≥11.6、可食率≥70% 为优等果标准；2015—2020年，黔阳冰糖橙的各项理化指标均达到优等果的标准要求。

图1 2015—2020 年黔阳冰糖橙品质指标年际变化

2.2 气象条件对黔阳冰糖橙品质的影响

将不同生育期（果实膨大期、壮果期、着色期、采摘期）的气象因子与黔阳冰糖橙的品质指标进行相关性分析和逐步回归分析，结果如表1 所示。

表1 气象因子与黔阳冰糖橙品质指标的相关性分析结果

2.2.1 黔阳冰糖橙可滴定酸含量与气象因子的关系 可滴定酸是表征冰糖橙含酸量的品质指标。冰糖橙为低酸含量柑橘，影响黔阳冰糖橙可滴定酸的关键生育期为壮果期和着色期。由表1 可知，可滴定酸与壮果期的日均最高气温呈负相关，可能是因为壮果期为6 月上旬至9 月上旬，正值洪江市一年中气温最高的时期，过高的气温会抑制冰糖橙内柠檬酸合成酶的活性，致使冰糖橙的含酸量降低；此外，可滴定酸与着色期日均最低气温呈正相关，说明在着色期（10 月下旬至11 月中旬），果实内柠檬酸的合成需要保持较好的温度条件，过低的气温不利于冰糖橙可滴定酸的累积。

2.2.2 黔阳冰糖橙固酸比与气象因子的关系 固酸比为冰糖橙内可溶性固形物与酸含量之比，是衡量冰糖橙成熟度的一个重要指标，固酸比越高，冰糖橙甜度越高，酸度越少，口感越好。根据表1 分析结果可知，决定黔阳冰糖橙固酸比的关键生育期为果实膨大期、壮果期和采摘期；果实膨大期日照时数越高，采摘期日均最高气温越高，冰糖橙内可溶性固形物越容易累积，而可滴定酸的含量越低，固酸比越高，冰糖橙品质越好；壮果期阴雨天气和采摘期过多的降水，将影响果实内可溶性固形物的含量，导致固酸比降低，冰糖橙品质相对较差。

2.2.3 黔阳冰糖橙可溶性固形物含量与气象因子的关系 柑橘果实内的可溶性固形物主要为糖类物质、维生素、矿物质等，可溶性固形物的含量对黔阳冰糖橙口感风味以及营养价值影响较大，含量越高，品质越好。由表1 可知，果实膨大期气温日较差、采摘期日照时数与可溶性固形物含量呈正相关，果实膨大期日均最低气温、着色期阴雨日数与可溶性固形物含量呈负相关。黔阳冰糖橙生长发育过程中，温差越大，日照条件越好，白天光合作用强度更高，夜间呼吸作用相对较弱，利于果实内糖分积累，可溶性固形物含量越高。

2.2.4 黔阳冰糖橙维生素C 含量与气象因子的关系 维生素C 具有维持细胞代谢能量、促进细胞胶质生成和抗氧化作用［20］，是柑橘果实内的重要营养物质。由表1 可知，黔阳冰糖橙维生素C 含量与果实膨大期日均最低气温呈正相关，与果实膨大期日均最高气温呈负相关，表明在果实膨大期内，气温条件越适宜（高温越低、低温越高）越有利于维生素C的累积。与着色期阴雨日数呈正相关，与采摘期日照时数呈负相关；出现这种情况主要是由于随着果实成熟，柑橘果实内维生素C 的含量会逐渐降低［21］，在着色期和采摘期，果实已经趋于成熟，光照的增加加速了果实内维生素C 的分解，此时，日照时数对维生素C 的保留起到负效应，导致果实内维生素C 含量下降［22］。

2.2.5 黔阳冰糖橙可食率与气象因子的关系 可食率是表征黔阳冰糖橙可食用部分多少的一个品质指标，由表1 结果可知，黔阳冰糖橙可食率受果实膨大期日照时数和采摘期气温日较差影响较大；果实膨大期，柑橘果实还在膨大生长过程中，较好的光照条件有利于果实的膨大和柑橘果实内可食用部分的累积；采摘期果实已近乎成熟，从时间上考虑，进入11月下旬，较高的日较差表明白天气温较高，易造成冰糖橙皮厚增加，降低可食率。

2.2.6 黔阳冰糖橙出汁率与气象因子的关系 出汁率一定程度上决定了冰糖橙的水分含量。从表1 可以看出，黔阳冰糖橙出汁率的大小主要与采摘期降水量、日均最低气温以及壮果期日均最高气温相关，其中，与采摘期降水量、日最低气温呈正相关，主要是因为采摘期果实已近乎成熟，较多的降雨和较适宜的气温条件有利于果实内水分的保持；与壮果期日均最高气温呈负相关，出现这种情况是由于壮果期属于果实迅速膨大时期，过高的气温导致果实呼吸作用加大，不利于果实内水分的积累。

2.2.7 黔阳冰糖橙横径与气象因子的关系 横径是描述黔阳冰糖橙外观品质的重要指标。由表1 可知，决定黔阳冰糖橙横径的关键时期为果实膨大期，果实膨大期的日均最低气温越高，气温日较差越大，冰糖橙横径越大；说明在果实膨大期，保证良好的气温条件和温差有利于增加白天光合作用效率，降低夜间呼吸作用，使果实能够正常发育和膨大；此外，着色期果实还在进一步发育和成熟过程中，过多的阴雨寡照不利于果实的发育；采摘期冰糖橙已近乎成熟，此时过多的日照会导致呼吸作用增加，灼伤果实，导致日灼果产生。

2.3 黔阳冰糖橙气候品质评价模型

根据前述的研究和分析可知，黔阳冰糖橙的品质指标与关键生育期气象因子之间存在不同程度的相关性，表明可以用气象因子推导黔阳冰糖橙的品质好坏。采用逐步回归分析法，确定各项品质指标的气候品质评价模型，结果如表2 所示。

2.4 模型验证

将洪江市地面观测气象站2020 年的气象观测资料代入表2 冰糖橙气候品质评价模型中，计算得到黔阳冰糖橙各项品质指标2020 年的气候品质，并将计算结果与2020 年的品质检测结果进行比对，以验证模型的准确性，结果如表3 所示。从表3 可以看出，2020 年黔阳冰糖橙品质指标的气候模拟值与品质检测值的模拟相对误差在1.2%~16.7%，除去可滴定酸，其余各项指标的相对误差均不超过10%。在所有品质指标中，模拟误差最小的为出汁率，仅为1.2%，相对误差最大的为可滴定酸，达16.7%。通过模拟值和实测值相对误差的计算结果可知，表2 中黔阳冰糖橙各项品质指标的气候品质评价模型模拟结果较好，准确性较高。

表3 黔阳冰糖橙品质指标模拟值相对误差

3 小结与讨论

分析了2015—2019 年黔阳冰糖橙品质与气象因子之间的相关性，并构建了黔阳冰糖橙各项品质指标的气候品质评价模型。根据分析，决定各品质指标的关键生育期和气象因子各异。影响冰糖橙可滴定酸含量的关键时期为壮果期（6 月上旬至9 月上旬）与着色期（10 月下旬至11 月中旬）；影响固酸比的关键时期为果实膨大期（6 月上旬至10 月下旬）、壮果期（6 月上旬至9 月上旬）以及采摘期（11 月下旬）；影响可食率大小的关键生育期为果实膨大期和采摘期；影响出汁率的关键时期为壮果期和采摘期；影响可溶性固形物、维生素C 含量、横径3 项指标的关键期为果实膨大期、着色期以及采摘期。

通过研究分析，黔阳冰糖橙可滴定酸的含量与壮果期的日均最高气温呈负相关，这个结果与陈尚谟等［23］、杨滢滢等［24］“生育期气温越高，总酸含量越低”的研究结论相近；而可滴定酸与着色期日均最低气温呈正相关，可能是因为黔阳冰糖橙的着色期为10 月下旬至11 月中旬，产地洪江市已进入深秋-初冬季节，气温较低，过低的气温会抑制酸合成酶活性。黔阳冰糖橙可溶性固形物与果实膨大期气温日较差、采摘期日照时数呈正相关，与果实膨大期日均最低气温以及着色期阴雨日数呈负相关，该分析结果同国内学者们前期的研究结论是相近的［14，25，26］。维生素C 含量与果实膨大期日均最低气温呈正相关，与果实膨大期日均最高气温呈负相关，研究结论表明，果实膨大期过高和过低的气温均不利于冰糖橙维生素C 的生成和积累，与谢远玉等［25］的研究结果相近；在着色期和采摘期，维生素C 含量与阴雨日数呈正相关，与日照时数呈负相关，表明进入秋季后，日照太多，维生素C 的含量反而下降，同鲍江峰等［18］、王程宽等［22］的研究结论一致。可食率与果实膨大期日照时数呈正相关，与采摘期气温日较差呈负相关，表明在果实发育旺盛时期（果实膨大期），需要充足的日照保证光合作用强度，有利于有机质生成；采摘期（11 月下旬），果实近乎成熟，较大的气温日较差表明白天气温高，易导致厚皮果的出现，降低冰糖橙可食率［25］。冰糖橙出汁率与采摘期降水量相关，降水越多，果汁含量增多［18］。黔阳冰糖橙横径的大小与果实膨大期气温日较差、日均最低气温呈正相关，同谢远玉等［27］的研究结果相近。

通过逐步回归构建了黔阳冰糖橙可滴定酸、固酸比、可溶性固形物、维生素C 含量、可食率、出汁率、横径的气候品质评价模型。模型经过了相对误差检验，可以通过气象因子较好地模拟黔阳冰糖橙的各项品质指标。试验结果可方便和规范湖南省黔阳冰糖橙的气候品质评价工作，也可为其他品种柑橘品质气候影响研究和气候品质评价研究提供科学参考。除此之外，在柑橘农产品天气指数保险的设计以及保险费率研究过程中，需要研究标的物，即柑橘的产量和品质与降水、气温、日照、风速、相对湿度等天气变量的关系［28，29］；研究结果可为后续开展湖南省柑橘天气指数保险研究奠定基础。