內蒙古磚墻體日光溫室番茄低溫凍害指標研究

肖芳 李云鵬 楊玉輝 吳昊

摘要：利用2017年12月至2018年2月內蒙古磚墻體日光溫室的小氣候觀測資料，通過對日光溫室內番茄生長發(fā)育資料及凍害影響因素的分析，建立了不同天氣條件下溫室內外最低氣溫回歸模型，并確定了不同等級番茄凍害溫室外最低溫度指標。結果表明，日光溫室番茄發(fā)生低溫凍害不僅與日最低氣溫有關，而且與低溫持續(xù)時間和相對濕度等有關。晴天、多云和陰天天氣條件下，日光溫室內日最低氣溫與溫室外日最低氣溫的二次曲線擬合最優(yōu)，相關系數(shù)分別為0.733、0.820、0.423。晴天、多云和陰天時番茄輕度凍害指標分別為 -18.5～-10.4 ℃、-10.6～-7.4 ℃、-8.4～-4.4 ℃，中度凍害指標分別為-20.5～-18.5 ℃、-13.0～-10.6 ℃、-11.4～-8.4 ℃，而重度凍害指標分別為≤-20.5 ℃、≤-13.0 ℃、≤-11.4 ℃。

關鍵詞：日光溫室;番茄;低溫凍害;回歸模型;內蒙古

中圖分類號：S625.51?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）07-0117-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.07.024

Abstract： Based on microclimate observed meteorological data within a greenhouse from December 2017 to February 2018 in Inner Mongolia，the tomato growth data and frost damage factors were analyzed，and the regression models of daily minimum temperature inside and outside greenhouse under different weather conditions were established. Meanwhile，the minimum temperature index of different levels for tomato freeze injury was ascertained. The results showed that，the occurrence of low temperature and freeze injury for greenhouse tomato was not only related to the daily minimum temperature，but also to the duration of low temperature and relative humidity. The quadratic curve of daily minimum temperature inside and outside the greenhouse was fitted the best in clear，cloudy and overcast days，and the correlation coefficients were 0.733，0.820，and 0.423，respectively. The temperature forecast index for mild freeze injury was -18.5～-10.4 ℃，-10.6～-7.4℃，and -8.4～-4.4℃ in clear，cloudy and overcast days，the temperature forecast index for moderate freeze injury was -20.5～-18.5 ℃，-13.0～-10.6 ℃，and -11.4～-8.4 ℃ in clear，cloudy and overcast days，and the corresponding values for severe freeze injury were ≤-20.5 ℃，≤-13.0 ℃，and ≤-11.4 ℃ in three weather conditions，respectively.

Key words： greenhouse; tomato; low temperature and freeze injury; regression model; Inner Mongolia

設施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要形式，內蒙古設施農(nóng)業(yè)在近年來大力發(fā)展，以日光溫室和塑料大棚為主。目前設施果蔬的生產(chǎn)涉及春、夏、秋、冬各個季節(jié)，保證了光、熱、水、氣等資源的充分利用，這不僅可以減輕自然災害對農(nóng)業(yè)的損失，而且可以充分利用該區(qū)的光照資源，在科技引領下增加農(nóng)民收入[1-3]。內蒙古東西跨度大，氣候條件總體優(yōu)越，但由于地處高寒地區(qū)，冬季漫長嚴寒，多寒潮天氣，再加上日光溫室設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的熱量主要來源于太陽能，冬季生產(chǎn)過程經(jīng)常受低溫凍害的影響[4]。隨著日光溫室的不斷發(fā)展，設施蔬菜低溫凍害問題日益突出，因此，如何確定有效的低溫凍害指標已成為該地區(qū)日光溫室生產(chǎn)面臨的重要問題。

番茄起源于熱帶及亞熱帶地區(qū)，是內蒙古主要的設施種植作物，其生長發(fā)育的最適溫度為24～26 ℃，相對濕度為50%～70%[5，6]。番茄對低溫較敏感[7]，當溫度低于10 ℃時番茄生長發(fā)育受阻，當溫度低至8℃時番茄生長緩慢，當溫度低至5℃時生長停止[8]，出現(xiàn)-2～-1 ℃霜凍即可凍死[9]。低溫凍害的研究越來越受到關注，其中相關學者就低溫凍害對日光溫室番茄光合特性和生理生化特性的影響等進行了研究，低溫抑制植物的光合過程，使得葉片氣孔和葉綠體結構發(fā)生改變，從而影響光合產(chǎn)物的合成、運輸、轉化和累積，最終導致品質及產(chǎn)量下降[10，11];低溫凍害對POD、SOD、CAT等酶活性及MDA、Pro等滲透調節(jié)物質造成影響[12]。關于低溫凍害指標的研究，主要集中在植物本身的耐凍性及日光溫室內外溫度對應關系方面[13，14]。然而在實際生產(chǎn)過程中，由于地區(qū)、溫室結構和低溫持續(xù)時間等不同導致蔬菜低溫凍害的程度也不盡相同。因此，以單一溫度的出現(xiàn)判別低溫凍害是否發(fā)生和發(fā)生程度具有局限性。鑒于以上分析，本試驗對內蒙古磚墻體日光溫室進行了低溫凍害發(fā)生時期氣象因子的綜合分析，以導致日光溫室番茄發(fā)生低溫凍害的最低氣溫和持續(xù)時間為基礎，建立客觀、定量的磚墻體日光溫室室內低溫凍害指標，旨在為日光溫室蔬菜低溫凍害監(jiān)測和預警提供理論依據(jù)。

1?資料與方法

1.1?研究區(qū)概況

本研究以內蒙古興安盟突泉縣的日光溫室作為內蒙古典型磚墻體的研究站點，位于內蒙古自治區(qū)興安盟西南部，地處大興安嶺松嫩平原和科爾沁草原的過渡地帶，無霜期130 d左右，年平均氣溫5.0 ℃，年有效積溫2 700～2 900 ℃，全年日照時間?2 900～3 100 h。研究區(qū)屬于溫帶大陸性季風氣候，溫差較大，冬季寒冷時間長，12月至翌年2月為寒冷期，寒冷期極易發(fā)生低溫凍害。試驗選取的日光溫室坐北朝南，具體參數(shù)見表1。種植作物為秋冬茬番茄，2017年8月6日育苗，10月1日定植，采用寬窄行方式種植，寬行距為80 cm，窄行距為50 cm，株距為30 cm，常規(guī)管理，每5 d記錄1次番茄生長發(fā)育狀況，主要包括發(fā)育期、病蟲害和產(chǎn)量等。

1.2?數(shù)據(jù)來源

日光溫室內小氣候監(jiān)測采用富景天策（北京）科技集團有限公司生產(chǎn)的TRM-ZS3型設施小氣候觀測儀，溫度和濕度觀測精度分別為0.1 ℃和2%，每10 min采集1次數(shù)據(jù)，儀器安裝在日光溫室中部，傳感器距地面1.5 m。日光溫室內氣象資料使用2017年12月1日至2018年2月28日內蒙古興安盟突泉縣的逐時觀測數(shù)據(jù)，包括氣溫、空氣相對濕度和光照度。日光溫室外氣象資料使用2017年12月1日至2018年2月28日內蒙古興安盟突泉縣的國家基本氣象站逐時觀測數(shù)據(jù)，來自于內蒙古氣象信息中心（站號50934），包括日最低氣溫、日最高氣溫、逐時氣溫和日照時間，剔除明顯錯誤和缺測數(shù)據(jù)。

1.3?研究方法

按照農(nóng)事活動和物候現(xiàn)象對季節(jié)的劃分標準[15]，在現(xiàn)有資料序列中，以12月至次年2月代表冬季，主要研究冬季日光溫室。試驗資料在日光溫室番茄生長季內進行觀測，此時番茄正處于花果期，出現(xiàn)不同程度的凍害，低溫凍害生理表征明顯，實際觀測溫室內致災指標與前人研究結果基本一致[16]。結合實際觀測結果，定義內蒙古日光溫室內氣溫≤5 ℃、?≤3 ℃和≤2 ℃時分別為番茄受輕度、中度和重度低溫凍害指標。溫室出現(xiàn)輕度低溫凍害表現(xiàn)為莖葉停止生長，植株頂端顏色變深，開花結果較少，減產(chǎn)率為10%以下;中度低溫凍害表現(xiàn)為部分植株受凍死亡，植株葉片呈墨綠色，葉片皺縮，落花落果嚴重，減產(chǎn)率為30%以上;重度低溫凍害表現(xiàn)為植株受凍，死亡率為40%以上，減產(chǎn)率為50%以上。

天氣條件分為晴天、多云和陰天3種類型，晴天、多云和陰天的分類根據(jù)地面觀測規(guī)范對天氣條件的劃分標準，即日平均總云量0～2成為晴天、3～8成為多云、8～10成為陰天。利用IBM SPSS Statistics 21.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理、相關及回歸分析，將不同天氣條件下室內外觀測資料進行回歸分析，采用Origin 10.0繪制圖表。

2?結果與分析

2.1?磚墻體日光溫室小氣候效應

不同天氣條件下磚墻體日光溫室內外日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫的監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。由表2可知，晴天、多云、陰天溫室內日平均氣溫比外界分別提高了26.6、25.5、23.1 ℃;溫室外日最低氣溫為-12 ℃以上時，溫室內日最低氣溫平均達6.0 ℃以上，能夠保證番茄的正常生長;溫室外日最高氣溫在-4 ℃以上時，溫室內日最高氣溫平均達22～36 ℃，出現(xiàn)的時間比溫室外最高氣溫偏晚1.0～1.5 h。不同天氣條件下溫室內日較差較大，晴天、多云、陰天溫室內日較差分別為15.3、12.4、9.3 ℃;3種天氣條件下溫室內的空氣相對濕度變化為67%～84%、74%～93%、87%～96%。

晴天溫室的增溫效果最優(yōu)，其次為多云天氣，陰天增溫效果最差;溫室內日較差晴天最大，陰天最小;多云溫室內外最大溫差出現(xiàn)時間晚于其他天氣條件。

2.2?磚墻體日光溫室內氣溫與溫室外氣溫關系

晴天、多云和陰天天氣條件下，磚墻體日光溫室內日最低氣溫隨溫室外日最低氣溫變化而變化，二次曲線擬合見圖1。從圖1可以看出，晴天、多云和陰天時，磚墻體日光溫室內外擬合的相關系數(shù)分別為0.733、0.820、0.423，陰天時溫室內外日最低氣溫相關性較差，但均通過了0.01水平的顯著性檢驗（表3）。與陰天時氣溫較低、光照不足、溫室加蓋防寒草苫導致溫室內外最低氣溫變化規(guī)律被破壞等有關。溫室內日最低氣溫與溫室外日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫的線性回歸模型表明（表3），晴天時，溫室內日最低氣溫與溫室外日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫的曲線擬合效果優(yōu)于與溫室外日最低氣溫單因子的擬合效果，相關系數(shù)為0.777;多云時擬合效果略有降低，相關系數(shù)為0.813;而陰天時擬合效果最差，相關系數(shù)僅有0.182。

2.3?磚墻體日光溫室番茄低溫凍害因子分析

2018年1月突泉縣日光溫室內出現(xiàn)了持續(xù)低溫時段，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示晴天時，日光溫室內最高氣溫上升，最低氣溫一般在凌晨前出現(xiàn)，因此日光溫室內氣溫變化幅度較小;當多云或陰天時日光溫室內氣溫一般會下降。1月溫室內連續(xù)1周的最低氣溫低于5 ℃，最高氣溫大部分為15 ℃以上，低溫凍害持續(xù)時段，除1月22日日光溫室內氣溫≤5 ℃的持續(xù)時間達到了10 h，其余時間均小于10 h，最短的只有3 h（圖2）。日光溫室內平均空氣相對濕度持續(xù)在60%以上，最大相對濕度為87%（圖3），期間溫室內種植的番茄處于果實膨大期，生長緩慢，較大的空氣相對濕度會誘發(fā)灰霉病和晚疫病等病害的發(fā)生。在這持續(xù)1周的時間里不論是溫度還是濕度都不利于番茄的生長，從而造成了番茄凍害的發(fā)生，最終導致產(chǎn)量下降。

2.4?磚墻體日光溫室番茄凍害溫室外最低溫度指標

根據(jù)日光溫室內外實際氣溫的調查資料，結合溫室內外日最低氣溫擬合模型及實際凍害發(fā)生情況，得到內蒙古磚墻體日光溫室在晴天、多云和陰天天氣條件下番茄發(fā)生凍害的溫室外溫度指標（表4）。晴天、多云和陰天時發(fā)生輕度凍害的溫室外日最低氣溫分別為-18.5～-10.4、-10.6～-7.4和-8.4～-4.4 ℃;發(fā)生中度凍害的溫室外日最低氣溫分別為-20.5～-18.5、-13.0～-10.6和-11.4～-8.4 ℃;發(fā)生重度凍害的溫室外日最低氣溫分別為≤-20.5、≤-13.0和≤-11.4 ℃。

3?結論

日光溫室內番茄低溫凍害的發(fā)生不受單一氣候要素的影響，而是由較多要素綜合作用所造成的，低溫凍害不僅與溫度有關，與日照、相對濕度和低溫持續(xù)時間也存在較大關系，除此之外，不同天氣條件下番茄發(fā)生低溫凍害的氣候要素也不盡相同。

根據(jù)統(tǒng)計分析結合凍害調查，確定了不同天氣條件下內蒙古突泉縣磚墻體日光溫室番茄凍害溫室外最低溫度指標。晴天時，當溫度低于-10.4 ℃就會發(fā)生凍害，當溫度降至-20.5 ℃以下時，番茄就遭受重度凍害;而多云和陰天時出現(xiàn)凍害的溫度為-7.4 ℃和-4.4 ℃，當溫度下降至-13.0 ℃和-11.4 ℃時，番茄就會出現(xiàn)重度凍害。研究僅用了監(jiān)測數(shù)據(jù)，另外溫室內小氣候還與其所處的具體位置、薄膜厚度及透光度等因素有關[17，18]，仍存在一定的局限性，在應用中需結合番茄品種、生育期及前期氣象條件等因素。

溫室內小氣候主要與接收到的太陽輻射有關[19，20]，云量不僅影響太陽輻射強度，也影響日照時間。本研究根據(jù)云量將天氣條件劃分為晴天、多云和陰天，在以后的研究中應采取云量和日照百分率相結合的方法進行劃分，以減少不同天氣條件的誤差。另外，在今后研究中應增加對太陽輻射要素的觀測，以建立溫室內溫度與太陽輻射的關系。

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