土壤溫度對(duì)設(shè)施葡萄枝條芽萌發(fā)和需熱量的影響

羅國安 張亞紅 孫利鑫 張曉麗 耿曉玲

摘要：以5年生紅地球葡萄為材料，在設(shè)施葡萄揭蓋蓄熱后進(jìn)行根域加熱處理，并記錄紅地球葡萄枝條芽萌發(fā)情況，采用6種需熱量模型統(tǒng)計(jì)芽的需熱量值，并進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤溫度提高，葡萄枝條芽萌發(fā)的時(shí)間和需熱量均顯著減少，且塑料大棚內(nèi)的效果較日光溫室更好;土壤溫度相同時(shí)，日光溫室內(nèi)的紅地球葡萄枝條芽的萌發(fā)時(shí)間較塑料大棚均較小，但需熱量值則較大。結(jié)果表明，葡萄枝條芽的萌發(fā)和需熱量與根域溫度關(guān)系密切，將為設(shè)施葡萄的促早栽培提供參考。

關(guān)鍵詞：設(shè)施葡萄;根域加熱;萌芽;需熱量

中圖分類號(hào)： S663.104? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）05-0110-04

收稿日期：2017-10-24

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31360493）。

作者簡介：羅國安（1992—），男，安徽宿松人，碩士研究生，研究方向?yàn)閳@藝設(shè)施與環(huán)境調(diào)控。E-mail：1558553656@qq.com。

通信作者：張亞紅，博士，教授，主要從事農(nóng)業(yè)氣象與環(huán)境調(diào)控方面的研究工作。E-mail：zhyhcau@sina.com。

設(shè)施栽培是鮮食葡萄種植的主要方式，利用日光溫室、塑料大棚等保護(hù)設(shè)施來調(diào)控環(huán)境條件，實(shí)現(xiàn)果品成熟期提前和品質(zhì)提高。這種栽培方式自20世紀(jì)70年代在我國北方地區(qū)發(fā)展[1]，已成為果農(nóng)收入提高的重要途徑。

同其他落葉果樹一樣，設(shè)施葡萄芽的萌發(fā)時(shí)間理論上由2個(gè)因子控制：一是休眠期的需冷量，只有滿足一定的低溫積累才能打破芽的自然休眠，反之則會(huì)造成營養(yǎng)生長和開花結(jié)實(shí)的異常[2];二是萌芽期的需熱量，設(shè)施葡萄在休眠結(jié)束之后，需要有一定的熱量積累才能正常地萌芽展葉。葡萄的促成栽培主要是對(duì)休眠期的調(diào)控，即通過破休眠劑或集中預(yù)冷來提早結(jié)束休眠，以前的研究也多集中在休眠期的需冷量，如楊天儀等利用0～7.2 ℃模型[3]、高東升等利用猶他模型[4]、章鎮(zhèn)等利用0～7.2 ℃模型[5]、王海波等利用3種不同模型[6]測定不同品種葡萄的需冷量。關(guān)于萌芽期的需熱量較少，王西成等利用生長度時(shí)模型和有效積溫模型估算江蘇14個(gè)設(shè)施品種葡萄的需熱量[7]，奚曉君等則利用生長度時(shí)模型估算上海4個(gè)設(shè)施品種葡萄的需熱量[8]。

以上研究均以需熱量和需冷量值為基礎(chǔ)，進(jìn)而研究它們的關(guān)系，但未涉及土壤溫度，而關(guān)于土壤溫度與落葉果樹生長發(fā)育的研究有：司海娣研究發(fā)現(xiàn)土溫和氣溫的差異性導(dǎo)致日光溫室中葡萄比塑料大棚中的萌芽早[9]，王連榮等將設(shè)施早露蟠桃地上部接受正常自然休眠，根系接受不同溫度處理，發(fā)現(xiàn)高溫可以使花芽提前解除休眠[10]，王世平等研究發(fā)現(xiàn)桃促成栽培早期土壤溫度提高10 ℃，各物候期均早于未加溫處理2～5 d[11]。為探討土壤溫度對(duì)設(shè)施葡萄枝條芽的萌發(fā)和需熱量的影響，在枝條芽自然休眠結(jié)束后，設(shè)置不同的土壤溫度，研究土壤溫度對(duì)芽的萌發(fā)和需熱量的影響。

有研究已對(duì)土壤溫度對(duì)枝條芽萌發(fā)的生理及需熱量的影響進(jìn)行了初步探討[12-15]，在上述研究的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)對(duì)根域溫度與葡萄枝條芽的萌發(fā)和需熱量的關(guān)系進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及材料

寧夏永寧縣小任果業(yè)有限公司位于寧夏銀川市永寧縣勝利鄉(xiāng)，所采用的塑料大棚長96 m，跨度16 m，脊高4 m，鋼架結(jié)構(gòu)，覆蓋和保溫材料分別為PE膜和棉被，供試葡萄為紅地球（Vitis vinifera），2007年種植，南北行向，株行距：0.5 m×1.3 m。日光溫室長88 m，跨度9 m，脊高4 m，鋼架結(jié)構(gòu)，覆蓋和保溫材料分別為PE膜和棉被，供試葡萄為紅地，2006年種植，東西行向，株行距：0.5 m×1.3 m。

1.2 試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)

試驗(yàn)于2014—2016年的11月至4月在寧夏永寧縣小任果業(yè)有限公司葡萄基地進(jìn)行。

1.3 根域溫度加熱試驗(yàn)

連續(xù)3年對(duì)塑料大棚和日光溫室內(nèi)紅地球葡萄扣棚反保溫管理，休眠期間將棚內(nèi)氣溫控制在0～7.2 ℃，以滿足紅地球葡萄需冷量。塑料大棚和日光溫室分別在12月初進(jìn)行升溫管理（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（表1），選擇生長良好的10行葡萄（共250株），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)置斷電溫度為理論溫度+1 ℃）。另外區(qū)域作常溫處理（CK）即地面覆蓋黑色地膜，維持正常土溫。安裝加熱設(shè)備后，在每個(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，試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，2行（50株）為一小區(qū)，重復(fù)3次，每個(gè)處理間設(shè)置保護(hù)行。

1.4 空氣溫度和土壤溫度的監(jiān)測

日光溫室：采用美國Campbellsci公司的CR800數(shù)據(jù)采集器和相關(guān)傳感器， 對(duì)CK行1.5 m處的氣溫和0.2 m 深度的土溫進(jìn)行測定。美國Campbellsci公司的CR10X-2M數(shù)據(jù)采集器和相關(guān)傳感器，對(duì)處理行1.5 m處的氣溫和0.2 m深度的土壤溫度進(jìn)行測定，數(shù)據(jù)每15 min采集1次。

塑料大棚：采用美國Campbellsci公司的CR3000數(shù)據(jù)采集器和相關(guān)傳感器，對(duì)處理行1.5 m處的氣溫和0.2 m處的土溫進(jìn)行測定。用溫度記錄儀（浙江杭州澤大儀器有限公司）對(duì)CK行 1.5 m 處的氣溫和0.2 m處的土溫進(jìn)行測定。

1.5 測定方法

1.5.1 休眠結(jié)束期的確定 塑料大棚在揭蓋蓄熱之后，立即給葡萄枝條芽涂抹生石灰水并進(jìn)行根域加熱處理，將根域加熱的日期作為其休眠結(jié)束期（表2）。

1.5.2 萌芽率的統(tǒng)計(jì) 每個(gè)處理選取10株生長良好的葡萄并對(duì)其1年生枝條上的芽進(jìn)行露綠期統(tǒng)計(jì)，葡萄開始露綠后每3 d對(duì)每個(gè)處理的葡萄芽的萌發(fā)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，直至萌發(fā)率≥50%，此時(shí)即為萌芽期。

萌發(fā)率=（露綠期的芽數(shù)目）/（總芽數(shù)）×100%。

露綠期：從新芽顏色能透過絨毛看到，到嫩芽最外面一片葉子的邊緣可見。

1.5.3 需熱量的計(jì)算 采用6種模型計(jì)算需熱量值，計(jì)算方法如下：（1）溫度最大值累計(jì)模型[16]：用溫度最大值（計(jì)作ACT max ℃）表示，ACT max ℃=∑（t日最高溫度） ℃;（2）平均溫度累計(jì)模型[16]：用溫度平均值（計(jì)作ACT med ℃）表示，ACT med ℃=∑（t日平均溫度） ℃;（3）熱量模型[17]：用日最高氣溫與最低氣溫之 差的累計(jì)值表示（計(jì)作Heat ℃），Heat ℃=∑（t日最高溫度-t日最低溫度） ℃;（4）生長度小時(shí)模型[18]：用每小時(shí)給定的溫度（t小時(shí)）所相當(dāng)?shù)臒崃繂挝唬ㄓ涀鱃DH ℃）表示。t小時(shí)≤4.5 ℃時(shí)，GDH ℃=0 ℃，4.5 ℃< t小時(shí)<25.0 ℃時(shí)，GDH ℃=t-4.5 ℃，t小時(shí)≥25.0 ℃時(shí)，GDH ℃=20.5 ℃;（5）有效積溫模型[19-20]：有效積溫=∑（t日平均溫度-t生物學(xué)零度），單位為 ℃;（6）最大積溫模型[21]：最大積溫=∑（t日最高溫度-t生物學(xué)零度），單位為℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種設(shè)施內(nèi)的空氣溫度和土壤溫度分析

研究發(fā)現(xiàn)，在需冷量滿足后，氣溫和土溫均呈現(xiàn)上升趨勢，且氣溫比土溫上升快，其中氣溫能夠滿足枝條芽萌發(fā)的溫度條件，但是土溫卻一直維持在8 ℃左右，影響根系的萌動(dòng)。塑料大棚3年氣溫平均最高值為15 ℃，最低值為10 ℃，平均值為13 ℃;塑料大棚3年土溫平均最高值為11 ℃，最低值為7 ℃，平均值為9 ℃（圖1）。

研究發(fā)現(xiàn)，在需冷量滿足后，氣溫和土溫均呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢，且氣溫比土溫更高，其中氣溫和土溫均能夠滿足枝條芽萌發(fā)的溫度條件。日光溫室3年氣溫平均最高值為25 ℃，最低值為17 ℃，平均值為20 ℃;日光溫室3年土溫平均最高值為17 ℃，最低值為11 ℃，平均值為15 ℃（圖2）。

2.2 不同設(shè)施紅地球枝條芽萌發(fā)的差異

研究發(fā)現(xiàn)，在2種設(shè)施內(nèi)，不同土壤溫度下紅地球葡萄枝條芽的萌動(dòng)時(shí)間均表現(xiàn)出差異性，一定的溫度范圍內(nèi)，芽萌動(dòng)時(shí)間隨土壤溫度的提高而提前。土壤溫度相同或未加熱時(shí)，日光溫室內(nèi)紅地球枝條芽的萌動(dòng)時(shí)間明顯早于塑料大棚內(nèi)的紅地球。不加熱情況下，日光溫室內(nèi)紅地球葡萄的萌芽進(jìn)度要比塑料大棚內(nèi)的快，且2014年、2015年、2016年萌芽50%相差的平均天數(shù)為33 d;而當(dāng)根域溫度分別為20、25、27、32 ℃ 時(shí)，日光溫室內(nèi)紅地球枝條芽萌發(fā)50%的日期較塑料大棚分別提前18、15、33、30 d（圖3）。

在2種設(shè)施內(nèi)，紅地球葡萄的萌芽速度都隨著土溫的升高而提前，但2015年塑料大棚的CK、15 ℃和2016年日光溫室的27、32 ℃沒有差異，這表明土溫對(duì)于紅地球葡萄枝條芽萌發(fā)的促進(jìn)是有上下限的;同一設(shè)施下，紅地球葡萄枝條芽的萌發(fā)進(jìn)度表現(xiàn)出年際差異性，且塑料大棚的年際差異性要比日光溫室更大（圖3）。

2.3 土壤溫度對(duì)設(shè)施紅地球枝條芽需熱量的影響

用6種需熱量模型計(jì)算紅地球枝條芽的需熱量，并進(jìn)行多重比較和變異度分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同一設(shè)施內(nèi)，不同根域溫

度對(duì)于紅地球葡萄枝條芽需熱量的影響是顯著性的，在一定溫度范圍內(nèi)，根域溫度越高，紅地球葡萄枝條萌芽的需熱量越小，相較于日光溫室，塑料大棚內(nèi)枝條萌芽需熱量的值變異率大，表明土溫對(duì)塑料大棚內(nèi)葡萄芽需熱量的影響更大;不同設(shè)施內(nèi)，同一土壤溫度或未加熱條件下，用平均溫度累積模型、有效積溫模型、最大積溫模型、生長度模型統(tǒng)計(jì)的需熱量值均表現(xiàn)為日光溫室較大，用溫度最大值、熱量模型統(tǒng)計(jì)的需熱量值則表現(xiàn)為2種設(shè)施內(nèi)差異性小，這表明設(shè)施類型會(huì)影響需熱量值的大?。ū?）。

在2種設(shè)施內(nèi)，用6個(gè)需熱量模型統(tǒng)計(jì)的需熱量變異系數(shù)的差異較大。在日光溫室內(nèi)，6個(gè)需熱量模型的變異系數(shù)范圍為16%～24%，最小為平均溫度累積模型，最大為最大積溫模型，表明這6種需熱量模型均適于日光溫室內(nèi)葡萄需熱量的統(tǒng)計(jì);在塑料大棚內(nèi)，6個(gè)需熱量模型的變異系數(shù)范圍為31%～141%，最小為熱量模型，最大值為有效積溫模型。平均變異系數(shù)低于30%的為溫度最大值模型和熱量模型，這表明溫度最大值模型和熱量模型適于塑料大棚內(nèi)葡萄需熱量統(tǒng)計(jì)。

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)在氣溫適宜條件下，土壤溫度在一定范圍內(nèi)的升高能夠明顯促進(jìn)葡萄枝條芽的萌發(fā)，顯著減少葡萄枝條萌芽的需熱量，且在塑料大棚內(nèi)的效果更明顯，這與張福慶等的研究結(jié)果[22-24]相符。根系是樹體整體發(fā)育的基礎(chǔ)和中心，通過吸收水分、礦質(zhì)養(yǎng)分和合成內(nèi)源激素等途徑對(duì)葉片生長、碳素同化、花芽分化、果實(shí)發(fā)育等許多過程產(chǎn)生著影響[25]。張福慶等認(rèn)為，土溫影響葡萄根系的活動(dòng)，進(jìn)而影響枝條芽的萌發(fā)[22]。De Barba等發(fā)現(xiàn)，升高土壤溫度會(huì)使云杉的萌芽時(shí)間提前[24]。孫魯龍等研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效積溫與葡萄枝條芽的萌發(fā)有顯著性相關(guān)[25]。

同需冷量模型一樣，需熱量模型也是物候?qū)W模型[26]，不是以萌芽進(jìn)程為基礎(chǔ)，在不同環(huán)境條件下其準(zhǔn)確性不同，而不同設(shè)施類型便是不同的環(huán)境條件，所以需熱量模型在不同設(shè)施內(nèi)的準(zhǔn)確性具有差異性。本試驗(yàn)中2種設(shè)施內(nèi)紅地球葡萄芽的需熱量值差異性較大便是這個(gè)原因。對(duì)于葡萄需熱量的研究較少，奚曉軍等用生長度時(shí)模型統(tǒng)計(jì)上海設(shè)施內(nèi)葡萄的需熱量，發(fā)現(xiàn)其值在9 113～10 722 GDH ℃[8]，王海波等用生長度時(shí)模型和有效積溫模型統(tǒng)計(jì)22個(gè)葡萄品種的需熱量值，發(fā)現(xiàn)二者介于9 976～12 541 GDH ℃或253～353D ℃[12]，本試驗(yàn)日光溫室內(nèi)紅地球葡萄需熱量的值接近他們的發(fā)現(xiàn)值，但塑料大棚內(nèi)的與之相差較大。所以在引用需熱量值與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意不同設(shè)施環(huán)境的差異性。

生長度時(shí)模型和有效積溫模型是最常用的2種模型。但與有效積溫模型相比，生長度時(shí)模型考慮了低溫的無效性、中溫的有效性、高溫的有限性，更符合自然條件。有效積溫模型雖然廣泛采用，但在萌芽期間，晝夜溫差較大時(shí)，會(huì)有較大誤差。盡管生長度時(shí)模型的溫度效應(yīng)劃分較細(xì)，但在生態(tài)型有差異的地區(qū)仍會(huì)造成誤差，但相較于其他模型，生長度時(shí)模型仍是最適合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的模型。本試驗(yàn)中2種設(shè)施內(nèi)生長度時(shí)模型差異性較大的原因是土壤溫度和空氣溫度。

日光溫室和塑料大棚的蓄熱性相差較大，所以土壤溫度和空氣溫度不同。在生產(chǎn)上，日光溫室的葡萄要比塑料大棚的早1個(gè)月左右上市，主要就是溫度的緣故。溫度是葡萄萌芽期最重要的環(huán)境因子[27]，土壤溫度影響地下部的生長發(fā)育，空氣溫度影響地上部生長發(fā)育，所以適宜的土溫同氣溫一樣重要。本試驗(yàn)也表明，一定范圍內(nèi)土壤溫度的升高能夠顯著性減少葡萄枝條芽的需熱量，促進(jìn)日光溫室和塑料大棚內(nèi)葡萄枝條芽的萌發(fā)。

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