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Characteristics of Phenological Period and Prediction of Flowering Period in Korla Fragrant Pear
HUOJin, ZANYongli, DIAOPeng, WUXinguo, WEIYanying, GONGMeiling
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (14) : 111-119.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Characteristics of Phenological Period and Prediction of Flowering Period in Korla Fragrant Pear
It is of great significance to study and forecast the phenological period of Korla fragrant pear in order to accurately grasp its growth cycle, optimize cultivation management, and improve yield and quality. The phenological evolution trend of Korla fragrant pear and the influence of main meteorological factors on the phenological period were analyzed by means of trend analysis, correlation analysis and significance test. Two machine learning algorithms, random forest (RF) and long short-term memory (LSTM), were used to predict the flowering period. The results showed that, in spring phenology, the peak stage of leaf development was delayed at a rate of 0.29 d/a, and the rest showed an advance trend, with an advance rate of 0.12-0.37 d/a, in which the advance of flower bud opening stage was the largest, and that of flowering peak stage was the least. In the autumn phenophase, the fruit ripening stage was advanced by 0.14 d/a, and the leaf discoloration stage and defoliation stage were delayed by 0.03-0.15 d/a. The growing season extended at a rate of 0.14 d/a, and the elongation was more obvious after 2012. Temperature is the main meteorological factor affecting the phenological period, and its influence on the spring phenological period is greater than that on the autumn phenological period. Sunshine hours and precipitation will also affect the phenological period. RF is better than LSTM in predicting the initial flowering period, and LSTM is better than RF in predicting the full flowering period. The research is expected to provide scientific basis for the optimization of cultivation management, quality and efficiency improvement, disaster prevention and mitigation of Korla fragrant pear.
Korla fragrant pear / phenophase / correlation analysis / random forest / long short-term memory / prediction of flowering period
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孙华, 何茂萍, 胡明成. 全球变化背景下气候变暖对中国农业生产的影响[J]. 中国农业资源与区划, 2015, 36(7):51-57.
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彭颖姝, 高捍东, 苑兆和. 全球气候变化对温带果树的影响[J]. 中国农业科技导报, 2018, 20(7):1-10.
全球正经历一次以变暖为主要特征的气候变化。“温室效应”、“全球变暖”等领域成为学者们研究的热点，但气候变化对温带果树所带来的影响研究甚少，相关研究信息缺乏整合与梳理。概述了全球气候的变化趋势，综述了气候变化对温带果树的物候期、需冷量、生态适应性、果实的产量、质量等影响。针对出现的问题，建议研究气候变化规律以及植物生理反应的作用机制，并提出了综合的栽培措施和提倡培育对低温需求小、抗病虫的新果树品种来适应未来温暖的气候。
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李红英, 王啸天, 郑晓倩, 等. 新疆农八师垦区木本植物物候期对气候变暖的响应[J]. 中国农学通报, 2021, 37(12):58-63.
为了掌握植物物候期标指性气候特征,本文依据农八师垦区自然物候和气象观测资料,利用线性回归、相关分析、Mann-Kendall突变检验等方法,研究了该地区1980—2018年木本植物旱柳、榆树、箭杆杨春季物候特征及其对气温变化的响应规律。结果表明：旱柳、榆树、箭杆杨春季物候期提前趋势明显。旱柳展叶始期、开花盛期平均每10年提前2.9天和2.7天,2004年突变之后平均提前了4~5天。榆树展叶始期、开花盛期平均每10年提前5.6天和1.3天,2004年突变之后平均提前了9天和5天。箭杆杨展叶期平均每10年提前2.7天,2004年突变之后平均提前了4天。3—4月平均气温与旱柳、榆树、箭杆杨春季物候期呈显著负相关,在物候期之前1~2个月（3、4月份）内气温对木本物候期的影响最为显著。研究区当3—4月平均气温每上升1℃时,旱柳展叶始期、开花盛期分别提前1.8天;榆树展叶始期、开花盛期分别提前2.9天和1.8天;箭杆杨展叶始期提前1.9天。综上诉述,研究区气候变暖木本植物春季物候期提前已成为事实,这对于农时预报服务于当地农业生产起到良好作用,研究结果可为当地生态系统保护、农业结构调整及旅游产业开发等提供参考。
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白宇轩, 杜军, 王挺, 等. 2001—2020年藏东南苹果物候期变化特征分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(20):89-96.
开展气候变化对苹果物候期的影响研究,可为应对气候变化和指导当地苹果生产提供科学依据。利用2001—2020年林芝苹果物候期和逐日平均气温(T<sub>m</sub>)、最高气温(T<sub>max</sub>)、最低气温(T<sub>min</sub>)、相对湿度(RH)、降水量(Pr)和日照时数(S)等资料,采用线性倾向估计法、Pearson相关系数和优势分析方法等,分析了苹果物候期及生长期长度的变化趋势,以及影响的主导气候因子。结果表明：2001—2020年藏东南苹果各物候期均呈推迟趋势,为2.11~10.20 d/10 a,以开花始期推迟的最多;春季物候期较秋季物候期推迟的明显。果实生长发育期和果树生长季分别以8.10、1.59 d/10 a的速率缩短,这与中国苹果主产地延长趋势不同。果树生长季内,只有Pr、RH、S呈下降趋势,其他气候要素趋于上升。其中,可采成熟期之前T<sub>m</sub>、T<sub>max</sub>、T<sub>min</sub>、Pr趋于增加,之后呈下降趋势。影响物候期长度的主导气候因子,除叶变色末期—落叶末期是S外,其他物候期为∑T<sub>0</sub>。研究区3月上旬T<sub>max</sub>每升高1℃,开花始期提前3.29天;8月下旬T<sub>m</sub>平均升高1℃,可采成熟期推迟3.15天。
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王传耀. 近五十年中国木本植物春季物候变化及其温度敏感性研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2023.
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黄金颖, 卢姝, 袁淑杰, 等. 蓟州区核桃树主要物候期农业气象灾害区划研究[J]. 中国农学通报, 2020, 36(26):93-105.
利用1957—2018年天津蓟州地面常规气象观测站以及43个区域站的资料,确立核桃树主要物候期内气象灾害指标,完成指标因子的空间化并分析各指标因子随时间变化,以期为当地制定农业灾害防治规划提供帮助。应用5日滑动平均法、气候倾向率法、熵值法、线性加权综合法,分析天津蓟州核桃树农业气象灾害时空分布特征,并进行综合区划。结果表明：（1）蓟州区核桃树萌芽期轻度冷害、果实生长期轻度热害有上升的趋势,而萌芽期中度冷害、冻害、展叶期轻度冷害、开花期的中度冷害、果实生长期的连阴雨灾害有下降的趋势;（2）萌芽期、展叶期、开花期遭受低温冷冻灾害频率较高,三者均达到60%以上。其他灾害频率均低于20%。果实生长期强降水灾害频率最低;（3）天津蓟州东北部以及东部灾害综合评分较低,该地相对来说最适合种植核桃树。
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吕润, 梁彩红, 邹海平, 等. 海南妃子笑荔枝精细化农业气候区划研究[J]. 热带农业科学, 2021, 41(12):117-122.
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刘兆旭, 刘晶. 库尔勒香梨生态气候适宜性分析及种植气候区划效益分析[J]. 江西农业学报, 2022, 34(4):160-171.
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李德, 陈文涛, 乐章燕, 等. 基于随机森林算法和气象因子的砀山酥梨始花期预报[J]. 农业工程学报, 2020, 36(12):143-151.
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李德, 乐章燕, 陈文涛, 等. 基于等距拆分和随机森林算法的皖北小麦始花期气象预报[J]. 麦类作物学报, 2023, 43(6):784-797.
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林滢, 邵怀勇. 基于随机森林算法的河南省冬小麦产量预测最佳时间窗和影响因子研究[J]. 麦类作物学报, 2020, 40(7):874-880.
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竺可桢, 宛敏渭. 物候学(增订版)[M]. 北京: 科学出版社, 1980.
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Learning to store information over extended time intervals by recurrent backpropagation takes a very long time, mostly because of insufficient, decaying error backflow. We briefly review Hochreiter's (1991) analysis of this problem, then address it by introducing a novel, efficient, gradient-based method called long short-term memory (LSTM). Truncating the gradient where this does not do harm, LSTM can learn to bridge minimal time lags in excess of 1000 discrete-time steps by enforcing constant error flow through constant error carousels within special units. Multiplicative gate units learn to open and close access to the constant error flow. LSTM is local in space and time; its computational complexity per time step and weight is O(1). Our experiments with artificial data involve local, distributed, real-valued, and noisy pattern representations. In comparisons with real-time recurrent learning, back propagation through time, recurrent cascade correlation, Elman nets, and neural sequence chunking, LSTM leads to many more successful runs, and learns much faster. LSTM also solves complex, artificial long-time-lag tasks that have never been solved by previous recurrent network algorithms.
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郑景云, 葛全胜, 郝志新. 气候增暖对我国近40年植物物候变化的影响[J]. 科学通报, 2002(20):1582-1587.
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陈彬彬, 郑有飞, 赵国强, 等. 河南林州植物物候变化特征及其原因分析[J]. 植物资源与环境学报, 2007(1):12-17.
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刘鑫, 李文辉, 赵恒和. 高寒草原草地植被物候期及其与气象因子的关系模式[J]. 中国农学通报, 2019, 35(22):117-122.
为进一步探寻高寒地区草地植被物候期生长指标与气象因子间的最佳关系模型，基于近11a的气象和牧草观测资料，采用曲线估计分析法探讨了高寒地区不同年际间草地植被物候期生长指标的变化特征及其与气象因子间的关系。结果表明，不同年际间气温和降水量均无显著差异，草地植被物候期生长指标在不同年际间的表现规律不尽相同。其中2005和2010年草地植被高度显著高于2015年，而植被盖度在不同年际间无显著差异；草地植被产量的变化趋势与植被高度一致。另外，2014年草地植被各生长指标的变异系数最大，分别为85%、55%和94%；而2015年变异程度最小，分别为48%、32%和64%。此外，不同年际间高寒草地植被物候期平均气温与高度无关，而与盖度和产量呈一次函数；年平均降水量与高度、盖度和产量间的最佳拟合模型均呈一次线性方程。由此可见，季节性降水量是驱动高海拔地区草地植被高度、盖度和产量的主导因子。
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克日木·阿巴司, 努尔帕提曼·买买提热依木, 孟凡雪, 等. 喀什地区杏树开花始期与气象因子的相关性及预报方法研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(1):121-131.
利用新疆喀什地区喀什市、叶城县、莎车县、巴楚县、麦盖提县1984—2019年杏树物候期观测资料,与同期逐日平均气温、最低气温、降水量以及日照时数资料,采用相关分析和回归分析,对杏树开花始期与气象因子的关系进行分析,拟为开花期预报提供依据。结果表明：各气象因子中,最低气温对开花影响最大,其次为平均气温和日照,降水及其他气象因子影响较小。研究区气温与杏树开花期正相关,1984—2019年间,喀什地区2月下旬至3月下旬最低气温、平均气温增加幅度为0.2~1.7℃/10 a,杏花芽膨大期、花芽开放期、开花始期分别提前5.3~8.7、3.1~5.6、2.2~3.6 d/10 a。杏树开花期预报服务中,喀什地区偏北、偏南、偏东区域逐日平均气温分别稳定通过≥0℃的初日~第34天、第39~41天、第37~39天,或开花始期前稳定通过≥0℃的积温分别达到250、270~280、250~270℃,或杏树开花始期前5日滑动平均气温均稳定通过≥12℃拟作为杏树进入开花始期的依据。
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高祺, 缪启龙, 赵世林. 气候变暖对石家庄春季物候的影响[J]. 气象与环境学报, 2010, 26(1):21-26.
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霍锦, 冯浩, 仇会民. 荒漠绿洲区木本植物物候研究——以且末地区木本植物为例[J]. 中国农学通报, 2019, 35(2):86-92.
木本植物物候特性在研究植物群落演替、生态系统物质循环及气候变化等方面具有重要意义。以且末地区杏树、银白杨、白柳、桑树和葡萄5种木本植物物候为研究对象，采用趋势分析、显著性检验、Mann-Kendall突变检测等方法，分析植物物候变化特性及其与气温的关系。结果表明：（1）物候期的变化特征为：杏树、银白杨、白柳、桑树和葡萄的展叶始期、始花期提前，叶色全变期推后，末花期、落叶末期各不相同。杏树、桑树和葡萄的生长季延长，银白杨、白柳略微缩短。（2）杏树、桑树和葡萄的物候特征变化较为显著，银白杨、白柳不显著。（3）植物物候变化的总趋势为：春季物候提前，秋季物候推后，生长季延长，与气温的变化趋势一致。
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付永硕, 张晶, 吴兆飞, 等. 中国植被物候研究进展及展望[J]. 北京师范大学学报(自然科学版), 2022, 58(3):424-433.
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张福春. 气候变化对中国木本植物物候的可能影响[J]. 地理学报, 1995(5):402-410.
本文根据我国近３０年的物候资料和气候资料的统计分析，论证了气温是影响中国木本植物物候的主要因子，在此基础上建立了物候与年平均气温的线性统计模式，又利用此模式分别计算了未来全球年平均气温升高０．５－２．０℃和未来大气中ＣＯ<sub>２</sub>浓度倍增而增暖情况下，我国主要木本植物物候期的大致变幅。
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郑奕, 刘艳, 吉春容. 环塔里木盆地非对称性增温变化及其对特色林果物候期的影响[J]. 中国农学通报, 2017, 33(31):92-97.
为揭示气候变暖中增温的非对称性对植物物候产生的影响，基于塔里木盆地1980－2014年的气象及物候观测数据，分析了该地区主要特色林果物候期对非对称性增温变化的响应。结果表明：35年来，研究区年平均最高、最低气温在时间变化上呈非对称性增长，年平均最低气温变化倾向率为年平均最高气温的2倍，春季气温增幅明显高于其他季节。几种林果春季物候期普遍提前，秋季物候期相对推迟，年平均气温每升高0.1℃，生长季平均延长1.5天。春季物候期大部分与当月及前一个月的平均气温、最高、最低气温呈极显著负相关(P<0.01)，与前一个月的月均日较差呈极显著负相关(P<0.01)。春季气温变化是影响林果物候期的关键因子，月平均最低气温的变化对林果物候期的影响高于月平均最高气温。
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杜军, 蒲桂娟, 索朗旺堆, 等. 气候变暖背景下西藏中南部苹果物候期变化及其气候影响因子分析[J]. 中国农业气象, 2023, 44(3):171-181.
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