尹 翠,孫利鑫,董 艷,曹 震,張亞紅
(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,寧夏 銀川750021)
根區(qū)土壤加溫對(duì)塑料大棚內(nèi)紅地球葡萄生長發(fā)育和品質(zhì)的影響
尹 翠,孫利鑫,董 艷,曹 震,張亞紅
(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,寧夏 銀川750021)
為研究塑料大棚內(nèi)葡萄Vitis vinifera促成栽培中萌芽期根區(qū)土壤加溫對(duì)樹體生長發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)以及土壤溫度的影響,試驗(yàn)以5年生紅地球葡萄Vitis vinifera‘Red Globe’為試材,在需冷量滿足后進(jìn)行根區(qū)土壤加溫處理,設(shè)置(25±1)℃/(15±1)℃(晝/夜)(簡(jiǎn)稱T25)和(20±1)℃/(15±1)℃(晝/夜)(簡(jiǎn)稱T20)和對(duì)照(ck)等3個(gè)溫度梯度,探討它們對(duì)土壤溫度、葡萄物候期、樹體生長發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)的影響。結(jié)果表明:萌芽期T25和T20處理下土壤日平均溫度分別比ck高13.1℃和8.4℃;萌芽期分別比對(duì)照提早26,20 d,始花期提早27,21 d,成熟期提早18,10 d;新梢長度和粗度、單株果穗數(shù)顯著增加(P<0.05);可溶性固形物、維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低,果實(shí)品質(zhì)提高;果穗質(zhì)量和單株產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照(P<0.05)。說明萌芽期適當(dāng)提高土壤溫度可以使葡萄提早解除生態(tài)抑制性休眠,提前進(jìn)入萌芽,果實(shí)品質(zhì)改善,提早上市。圖3表5參13
園藝學(xué);根區(qū)土壤加溫;紅地球葡萄;生長發(fā)育;品質(zhì)
設(shè)施栽培對(duì)延長鮮食葡萄Vitis vinifera供應(yīng)期,調(diào)節(jié)市場(chǎng)淡季,增加果農(nóng)收入,滿足人民生活需求具有重大作用[1],已成為中國鮮食葡萄發(fā)展的主要方向[2]。塑料大棚為中國北方設(shè)施果樹反季節(jié)生產(chǎn)中重要的設(shè)施形式之一,但其溫度調(diào)控能力較弱[3],導(dǎo)致果樹促成栽培中果品延遲上市。落葉果樹開花早晚,在理論上主要受2個(gè)因子控制,一是休眠期低溫的積累,即要積累一定的需冷量。即果樹在自然休眠期內(nèi)有效低溫的累積時(shí)數(shù)。二是開花前需要一定的積溫才能萌芽開花,即要積累一定的需熱量。需熱量是指落葉果樹從內(nèi)休眠結(jié)束至盛花所需的有效熱量累積又稱熱量單位累積量或需熱積溫。需熱量在樹種、品種間存在差異,在一定程度上影響開花正常與否以及花期的早晚。塑料大棚可以通過反保溫處理的方式(保溫被白天覆蓋夜間揭開)提前滿足落葉果樹的低溫需求,但升溫管理后(保溫被白天揭開夜間覆蓋),棚內(nèi)白天氣溫能夠滿足芽萌發(fā)環(huán)境條件,但由于夜間失熱,土溫上升緩慢,達(dá)不到萌發(fā)所需的熱量,果樹處于生態(tài)抑制性休眠階段,造成塑料大棚中同品種葡萄比日光溫室中的晚萌發(fā)1個(gè)月。葡萄生長的關(guān)鍵因子是氣象條件,其中溫度是最重要的生態(tài)因子,它對(duì)葡萄樹體生長發(fā)育、物候期及成熟期進(jìn)程有著重要影響,從而影響葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)[4]。有關(guān)果樹利用加溫設(shè)備或日光溫室等進(jìn)行促成栽培的研究報(bào)道較多[5-8],但加溫設(shè)備種類多,加溫效果不一。目前,國內(nèi)使用電加溫的報(bào)道主要集中在育苗、栽培技術(shù)等方面,對(duì)影響生長發(fā)育方面報(bào)道不多。使用電加溫的方法能有效解決棚內(nèi)極端低溫問題,使塑料大棚在冬季能夠種植喜溫植物[9-12]。試驗(yàn)對(duì)冬季塑料大棚內(nèi)休眠結(jié)束后的葡萄進(jìn)行根區(qū)土壤加溫處理,探討其對(duì)設(shè)施葡萄環(huán)境因子、物候期、產(chǎn)量、品質(zhì)效益及提早上市的影響。
1.1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)于2013年與2014年在寧夏小任果業(yè)發(fā)展有限公司的塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。塑料大棚長96.00 m,跨度16.00 m,脊高4.25 m,南北延長,為鋼架結(jié)構(gòu),覆蓋材料為聚乙烯(PE)薄膜,保溫覆蓋材料為棉被。以5年生且生長發(fā)育良好的紅地球葡萄Vitis vinifera‘Red Globe’為試材。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 溫度的設(shè)置與測(cè)定 2013年11月8日對(duì)塑料大棚內(nèi)紅地球葡萄扣棚反保溫管理(白天覆蓋保溫被弱光低溫,夜間揭開保溫被降溫),期間將棚內(nèi)氣溫控制在0~7.2℃,以滿足紅地球葡萄解除休眠的低溫需求量。12月1日升溫管理(保溫被白天揭開夜間覆蓋),同時(shí)對(duì)土壤溫度做以下處理:選擇3個(gè)大小相同區(qū)域,其中2個(gè)區(qū)域分別將土壤溫度利用發(fā)熱電纜加熱至(25±1)℃/(15±1)℃(晝/夜)(T25),(20±1)℃/(15±1)℃(晝/夜)(T20)處理,選擇生長良好的6行葡萄,在距離葡萄主根40 cm處地表下30 cm鋪設(shè)電熱線(電熱線固定在納米材料板上)之后覆土,覆蓋黑色地膜保溫,外接控溫儀控制溫度(控溫儀設(shè)置斷電溫度為26℃/16℃和21℃/16℃);另外1個(gè)區(qū)域作對(duì)照(ck);地表覆蓋黑色地膜,保持棚內(nèi)自然土壤溫度。安裝加熱設(shè)備后,在各個(gè)處理地表下(離葡萄根系30 cm)垂直方向10,20,30 cm處埋設(shè)溫度探頭,重復(fù)2次,2014年2月18日停止加溫。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),2行(20株)為1小區(qū),重復(fù)3次,各處理間設(shè)置保護(hù)行。
1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法 ①塑料大棚內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)。采用美國Campbellsci公司生產(chǎn)的CR10X,CR800數(shù)據(jù)采集器和相關(guān)溫度傳感器對(duì)休眠期至萌芽期棚內(nèi)空氣溫度和土壤溫度變化進(jìn)行連續(xù)觀測(cè),15 min采集1次。②物候期調(diào)查。在葡萄需冷量滿足后進(jìn)行揭苫升溫管理,同時(shí)對(duì)2個(gè)加溫處理區(qū)域進(jìn)行加熱。物候期、萌芽率、新梢生長等指標(biāo)調(diào)查參照劉崇懷等[8]的方法,隨機(jī)選取生長健壯、樹勢(shì)相近的5株樹作為固定觀察樹,調(diào)查萌芽率、萌芽20 d后開始測(cè)定新梢變化,標(biāo)記6株葡萄新梢18個(gè)·處理-1,每周測(cè)定新梢長度和粗度。從傷流期開始 5~7 d記錄物候期1次,萌芽期和花期2~3 d記錄1次。③品質(zhì)測(cè)定。果實(shí)成熟后,隨機(jī)取穗果5個(gè)·處理-1,測(cè)定其穗質(zhì)量、粒質(zhì)量、橫徑、縱徑、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化[9],采收后測(cè)定產(chǎn)量。穗質(zhì)量和粒質(zhì)量分別用德國賽多利斯公司的BL3型和BP3100S型電子天平測(cè)量;可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)用 PAL-1數(shù)顯手持?jǐn)?shù)顯糖度計(jì)測(cè)量;可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用酸堿中和反應(yīng);維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定。
1.3 統(tǒng)計(jì)方法
采用5日滑動(dòng)法處理溫度數(shù)據(jù)曲線,運(yùn)用Excel 2007和SAS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
2.1 塑料大棚內(nèi)空氣溫度和土壤溫度變化
如圖1所示:2013年11月8至12月1日進(jìn)行扣棚反保溫管理后氣溫降低,日平均氣溫變化較穩(wěn)定,為0~7.2℃,但也出現(xiàn)0℃以下的最低溫,氣溫基本滿足葡萄休眠對(duì)溫度的要求。12月29日后,塑料大棚開始升溫管理(保溫被白天揭開夜間覆蓋),氣溫呈上升趨勢(shì)并穩(wěn)定在較高水平,能夠滿足紅地球葡萄需熱量的積累,葡萄由休眠逐漸進(jìn)入萌芽。2014年2月2日至2月9日,出現(xiàn)低溫是由于下雪導(dǎo)致外界氣溫驟然下降,之后溫度迅速回升。
圖2為2013年12月至2014年2月塑料大棚內(nèi)各處理20.00 cm處土壤日平均溫度變化圖??芍盒菝咂冢?1月8日至12月1日)各處理的土壤日平均溫度為2.0~7.0℃,能夠滿足葡萄需冷量的需求。12月1日升溫后,T20和T25處理下土壤溫度變化相對(duì)穩(wěn)定,波動(dòng)范圍分別為18.0~22.0℃和23.0~27.0℃,加溫期間1月22日出現(xiàn)最低值為18.1℃。對(duì)照處理從1月20日開始變動(dòng)在9.8~16.9℃。停止加溫后(2月18日),3個(gè)處理的根區(qū)土壤溫度一致。各處理均能滿足葡萄發(fā)芽的積溫需求。
圖1 塑料大棚內(nèi)空氣溫度變化Figure 1 Air temperature change within plastic greenhouses
圖2 塑料大棚內(nèi)土壤溫度變化Figure 2 Soil temperature change within plastic greenhouses
2.2 根區(qū)加溫對(duì)塑料大棚內(nèi)紅地球葡萄物候期的影響
2.2.1 對(duì)葡萄萌芽率的影響 由表1可以得出:2013年12月2日葡萄需冷量滿足后,隨著需熱量的逐步累積,3種處理下葡萄的萌芽率呈逐步上升趨勢(shì)。其中T25處理在2014年1月11日結(jié)束萌芽期,萌芽所需天數(shù)為39 d;其次為T20處理,1月17日結(jié)束萌芽期,萌芽所需天數(shù)為45 d;最后為對(duì)照ck,2月7日結(jié)束萌芽期,萌芽所需天數(shù)為67 d。T25比T20提前6 d結(jié)束萌芽期,比ck提前28 d結(jié)束萌芽期。說明適當(dāng)提高土壤溫度可以提早打破塑料大棚內(nèi)葡萄的生態(tài)抑制性休眠,提前解除休眠,提早萌芽,最終達(dá)到提早上市效果。
2.2.2 對(duì)葡萄物候期的影響 由表2可以得出:塑料大棚根區(qū)土壤加溫處理對(duì)物候期的長短均有不同程度的影響。T25和T20的萌芽期分別比ck提早26 d和20 d,始花期分別提前27 d和21 d,成熟期分別提早18 d和10 d,使成熟期提早到6月上旬至6月中旬。T25比T20萌芽期提早6 d,花期和成熟期均提早7 d。由此可知:根區(qū)加溫可以明顯提早葡萄物候期,其中T25處理促早效果最佳。T25處理和T20處理萌芽至成熟時(shí)間較對(duì)照拉長8~10 d。說明設(shè)施葡萄的成熟期與萌芽早晚直接相關(guān)。
2.3 根區(qū)加溫對(duì)塑料大棚內(nèi)紅地球葡萄生長發(fā)育的影響
2.3.1 對(duì)葡萄新梢長度和粗度的影響 由圖3可知:根區(qū)土壤加溫對(duì)葡萄新梢長度和粗度具有一定的影響,3種處理下新梢生長規(guī)律基本相似。由于T25和T20處理萌芽比ck早,新梢生長動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為 “單S”型曲線,長度和粗度均大于ck。萌芽約2個(gè)月后(4月7日摘心)新梢?guī)缀跬V股L,變化較穩(wěn)定。葡萄樹體結(jié)構(gòu)和留梢密度、摘心方法,對(duì)其生長發(fā)育,果實(shí)質(zhì)量和產(chǎn)量都有直接影響。
2.3.2 對(duì)葡萄花穗發(fā)育的影響 由表3可知:根區(qū)加溫對(duì)單株新梢數(shù)的影響較小,各處理間差異不顯
著,T25處理下單梢花穗數(shù)和單株果穗數(shù)均比 T20處理和ck多,存在顯著性差異(P<0.05),T20處理與ck之間單梢花穗數(shù)存在顯著性差異(P<0.05),單株果穗數(shù)差異不顯著。說明適當(dāng)提高萌芽期土壤溫度可增加花穗數(shù)和果穗數(shù),可提高產(chǎn)量。
表1 根區(qū)加溫處理和對(duì)照葡萄萌芽率及萌芽天數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of germination rate and germination number with root zone soil heating and control for grape
表2 根區(qū)加溫處理對(duì)葡萄物候期的影響Table 2 Effects of root zone soil heating on the phonological phase of grape
圖3 塑料大棚內(nèi)葡萄新梢長度和粗度變化Figure 3 Length and coarseness of grape shoots within plastic greenhouses
2.4 根區(qū)加溫對(duì)塑料大棚內(nèi)紅地球葡萄品質(zhì)的和產(chǎn)量的影響
2.4.1 對(duì)葡萄品質(zhì)的影響 表4為不同處理下成熟果粒的品質(zhì)性狀。由表4可得:3種處理間果粒橫徑、縱徑、果粒質(zhì)量差異不顯著,T25處理平均穗質(zhì)量與ck存在顯著性差異(P<0.05)。T25處理可溶性固形物和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比ck高,與T20處理差異不顯著。T25處理比ck酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)低,可溶性固形物和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別比ck高,存在顯著性差異(P<0.05),與T20總酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著差異,與可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在顯著性差異(P<0.05)。T20處理與ck可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著差異,與維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)有顯著性差異(P<0.05)。說明適當(dāng)提高土壤溫度可促進(jìn)可溶性固形物和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)的積累和可滴定酸的下降,提高葡萄果實(shí)的品質(zhì)。
表3 根區(qū)加溫處理對(duì)花穗發(fā)育的影響Table 3 Effects of root zone soil heating on development of inflorescence for grape
表4 根區(qū)加溫處理對(duì)葡萄品質(zhì)的影響Table 4 Effects of root zone soil heating on quality for grape
2.4.2 對(duì)葡萄產(chǎn)量和效益的影響 由表5可以得出:根區(qū)加溫處理能明顯提高葡萄栽培效益。由于管理中實(shí)行控產(chǎn)栽培,各處理間產(chǎn)量差異不大,物候期的提早使塑料大棚T20和T25處理的批發(fā)價(jià)格由12.00元·kg-1分別提高到15.00元·kg-1和20.00元·kg-1,產(chǎn)值提高了35.40%和83.00%,雖然加溫成本明顯高于對(duì)照處理,但T20和T25處理的效益分別比對(duì)照處理提高了60.00%和45.20%,增效明顯。
通過根區(qū)土壤增溫方式,可降低日最高溫度,提高日最低溫度。萌芽期T25和T20處理下土壤日平均溫度分別比對(duì)照(ck)高13.1℃和8.4℃。在休眠期,通過反保溫措施,使空氣溫度和土壤溫度均在0~7.2℃范圍內(nèi),滿足葡萄需冷量的需求,萌芽期通過土壤增溫方式,能夠滿足其需熱量的要求。
根區(qū)土壤加溫處理對(duì)葡萄物候期的長短均有不同程度的影響。T25和T20處理的萌芽期分別比ck提早26 d和20 d,始花期分別提前27 d和21 d,成熟期分別提早18 d和10 d;T25處理比T20處理萌芽期提早6 d,花期和成熟期均提早7 d,單梢及單株花穗數(shù)顯著多于ck。
在葡萄萌芽期通過根區(qū)土壤增溫處理對(duì)果實(shí)品質(zhì)有不同的影響,T25處理比ck可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)低,可溶性固形物高和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。T20和T25處理使葡萄的產(chǎn)值比ck提高了35.40%和83.00%,效益分別提高了60.00%和45.20%,增效明顯。
表5 根區(qū)加溫處理對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 5 Effects of root zone soil heating on economic efficiency for grape
花穗發(fā)育差是由于在加溫時(shí)地上部開始活動(dòng),根系溫度較低,根際營養(yǎng)供應(yīng)不足[9-10]。在本研究中,土壤增溫沒有造成同一個(gè)塑料大棚內(nèi)空氣溫度的差異,土壤溫度提高后,適宜的根際溫度有利于根系不斷合成細(xì)胞分裂素并向上運(yùn)輸,影響芽的休眠進(jìn)程,從而使葡萄提早解除休眠,縮短了萌芽期,提早成熟。KLIEWER[11]研究表明:赤霞珠Vitis vinifera ‘Cabernet Sauvignon’ 葡萄根區(qū)溫度設(shè)置為11~35℃,地溫越高,新梢生長越快,葉片數(shù)越多,葉面積越大。王世平等[12]研究結(jié)果表明:通過根區(qū)加溫可以提高葡萄促成栽培,早期土壤溫度約10℃,各物候期均早于未加溫處理2~5 d,新梢生長好,葉面積大,花穗發(fā)育好,單株果穗數(shù)顯著增加,能提高果實(shí)品質(zhì),果粒質(zhì)量、果穗質(zhì)量和單株產(chǎn)量均顯著高于未加溫處理。徐小菊等[13]研究表明:雙膜和加溫處理的日最高溫度比單膜和對(duì)照分別降低了3.4℃和4.8℃,成熟期提早至5月底,經(jīng)濟(jì)效益分別提高了 69.1%和116.6%。由此可知:若在設(shè)施葡萄促成栽培的萌芽期,進(jìn)行根區(qū)加溫,可促進(jìn)新根的發(fā)生、代謝和對(duì)地上部的營養(yǎng)供給,使花穗發(fā)育得到改善。
植物界中廣泛存在有機(jī)酸,它們的主要作用是在植物的新陳代謝領(lǐng)域,成熟葡萄果實(shí)中的有機(jī)酸主要為酒石酸,其次是蘋果酸,兩者之和占總酸量的90%以上[22]。本研究結(jié)果表明:在葡萄萌芽期設(shè)置電熱線加熱根區(qū),對(duì)果實(shí)品質(zhì)有不同的影響,3種處理間果粒橫徑、縱徑、果粒質(zhì)量、差異不顯著,T25處理平均穗質(zhì)量與對(duì)照存在顯著性差異。T25處理比對(duì)照酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)低,可溶性固形物和維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,存在顯著性差異。適當(dāng)提高土壤溫度可促進(jìn)可溶性固形物和維生素C的積累、可滴定酸的下降,提高了葡萄果實(shí)的品質(zhì)。T20和T25處理葡萄產(chǎn)值分別比對(duì)照提高了35.40%和83.00%,雖然加溫
成本明顯高于對(duì)照處理,但T20和T25處理的效益分別比對(duì)照處理提高了60.00%和45.20%,增效明顯。
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Growth,development,and quality of red globe grapes using root-zone soil heating in a plastic greenhouse
YIN Cui,SUN Lixin,DONG Yan,CAO Zhen,ZHANG Yahong
(School of Agriculture,Ningxia University,Yinchuan 750021,Ningxia,China)
To study the effect of root-zone soil heating on growth,the fruit quality phenological phase,and berry quality of red globe grapes Vitis vinifera‘Red Globe’ and on soil temperature in a plastic greenhouse,fiveyear-old red globe grapes were evaluated.The root-zone was heated during the early period of protected cultivation.Treatments were temperatures of(25±1)℃/(15±1)℃(day/night)(T25),(20±1)℃/(15±1)℃(day/night)(T20),and nature root-zone soil temperature as control(ck).Results showed that compared to the control,the average temperature of T25 and T20 treatment were increase by about 13.1℃and 8.4℃during the heating period,and the T25 treatment advanced bud burst 26 d,flowering period 27 d,and maturity 18 d;whereas,the T20 treatment advanced bud burst 20 d,flowering period 21 d,and maturity 10 d.Through adoption of LSD for variance analysis,P=0.05,the shoot length and coarseness,cluster weight,ear number per plant,and yield per plant were greater than the control.Also,compared to the control,grapes with root-zone heating conditions showed a higher concentration of total soluble solids and vitamin C content and lower titratable acidity in its juice meaning better berry quality.Thus,appropriate increases in soil temperature could allow this grape ecotype an earlier break in dormancy,an earlier advance into the bud stage,and therefore an earlier arrival at the market.[Ch,3 fig.5 tab.13 ref.]
horticulture;root-zone heating;red globe grape;growth and development;quality
S663.1
A
2095-0756(2016)06-1092-06
2015-11-09;
2016-03-07
國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31360493)
尹翠,從事設(shè)施園藝果樹學(xué)研究。E-mail:1083265273@qq.com。通信作者:張亞紅,教授,博士,博士生導(dǎo)師,從事設(shè)施園藝環(huán)境研究。E-mail:zhyhcau@sina.com
10.11833/j.issn.2095-0756.2016.06.024