葡萄需冷量和需热量估算模型及设施促早栽培品种筛选

王海波，刘凤之，韩 晓，谢计蒙，王孝娣，王宝亮



葡萄需冷量和需热量估算模型及设施促早栽培品种筛选

王海波，刘凤之※，韩 晓，谢计蒙，王孝娣，王宝亮

（中国农业科学院果树研究所/农业部园艺作物种质资源利用重点实验室，兴城 125100）

为进一步明确不同模型对葡萄需冷量和需热量的估算效果，并筛选出适宜设施促早栽培的葡萄品种，首先利用≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型和犹他模型等需冷量估算模型与生长度小时模型和有效积温模型等需热量估算模型分别估算22个供试葡萄品种的需冷、需热量；然后比较不同模型估算结果的年际间变异系数，筛选出最适需冷、需热量估算模型；最后将不同品种的需冷量和需热量聚类分析，筛选出适于设施促早栽培的品种。结果表明：对于供试葡萄品种需冷量的估算，以犹他模型效果最好；对于需热量的估算，采用有效积温模型更为适宜、简单实用。供试葡萄品种中高需冷量品种明显多于低需冷量品种，低需热量品种明显多于高需热量品种。其中无核早红、87-1、莎巴珍珠、香妃和红香妃等5个品种的需冷、需热量均低，花期早、更有利于产期调节，适宜设施促早栽培。

果实；栽培；模型；需冷量；需热量；生长度小时；有效积温

0 引 言

在设施葡萄促早栽培中，产期受需冷量和需热量共同调节[1]，包含着葡萄萌芽展叶对温度不同要求的2个重要时期—休眠期和催芽期。葡萄进入深休眠后，只有休眠解除即满足品种的需冷量（如使用破眠剂则有效低温累积满足品种需冷量的2/3即可）才能开始升温，否则过早升温会引起不萌芽，或萌芽延迟且不整齐，而且新梢生长不一致，花序退化，浆果产量和品质下降等问题[2-3]。需冷量满足后，一定的热量累积（需热量）是葡萄萌芽展叶必不可少的[4]。因此，需冷量和需热量估算的正确与否对于设施葡萄产期调节而言至关重要。对于葡萄需冷量和需热量的度量一直倍受人们关注，目前的需冷量和需热量估算模型主要是物候学模型而不是生理学模型，没有以生理进程为基础，所以它们确定休眠解除日期和萌芽日期的准确性受限于特定的环境条件，以估算出的需冷量值和需热量值年际间变异系数最小的估算模型为该环境条件下的最佳估算模型[5]。≤7.2 ℃模型[3-7]、0～7.2 ℃模型[8-12]和犹他模型[13-18]等是目前果树生产中应用最为广泛的需冷量估算模型，生长小时度模型和有效积温模型[19-24]是应用最为广泛的需热量估算模型。关于生长度小时模型和有效积温模型对需热量的计算，在葡萄[20]、樱桃[22]、杏[23]、巴旦杏[24]、梨[25]、枸杞[26]、桃[27]上都有应用，但大多研究只分别估算不同品种的需冷量和需热量，各个模型之间缺乏系统的比对分析。Gu曾经比较过生长度小时模型和生长度天模型对葡萄需热量的拟合效果，认为生长度小时模型相对更加准确[28]。王西成曾经用生长度小时模型和有效积温模型对14个设施葡萄品种进行需热量计算，但目的是求其需热量的大小及分析需冷量和需热量的关系，未涉及到相关模型的比较。针对葡萄而言，≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型及犹他模型3种需冷量估算模型，生长小时度模型和有效积温模型2种需热量估算模型，具体哪种模型是估算葡萄需冷和需热量的最适模型还尚未明确，严重影响了设施葡萄休眠解除时间和萌芽时间的正确确定，进而影响设施葡萄的产期调节。本试验利用≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型及犹他模型3种需冷量估算模型与生长小时度模型和有效积温模型2种需热量估算模型，分别对22个供试设施葡萄品种的需冷量和需热量进行估算，分析比较各模型估算结果的年际间变异系数，筛选出设施葡萄需冷量和需热量的最佳估算模型，为设施葡萄生产中需冷量测定仪的研发和促早栽培适宜品种的选择提供理论依据，促进设施葡萄生产的健康可持续发展。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料及地点

试验以贝达嫁接的4年生无核早红、红旗特早玫瑰、无核白鸡心、紫珍香、红标无核、红香妃、87-1、红双味、布朗无核、莎巴珍珠、京亚、香妃、巨峰、乍娜、巨玫瑰、矢富罗莎、藤稔、夏黑和火星无核等22个葡萄品种为试材，于2009年11月－2012年2月在中国农业科学院果树研究所葡萄核心技术试验示范园的高效节能型日光温室（辽宁兴城，120.51°E，40.45°N）内进行。试材行株距1 m×0.5 m，单层水平龙干形配合直立叶幕。休眠解除期管理采用中国农业科学院果树研究所研发的促进休眠解除的技术措施-三段式温度管理人工集中预冷带叶休眠技术[29]。肥水管理采取水肥一体化，分为萌芽前、花前5～7 d、幼果发育期、转色初期、成熟前15 d、果实采收后等关键时期进行肥水管理，肥料成分以氮磷钾钙镁等为主，用量为75 kg/667 m2；水分管理采用膜下滴灌。其他管理同常规。不同葡萄品种的对应编号见表1。

表1 不同葡萄品种的对应编号

1.2 试验方法

1.2.1 生理休眠解除日期的确定

根据试验结合生产实践，中国农业科学院果树研究所制定出生理休眠解除日期的确定标准，于2009年－2012年每年的11月20日至次年的2月5日每3 d采样1次，每次每品种采集20芽，在日光温室中单芽扦插沙基培养。1）培养条件：沙基湿度以用手握紧刚开始滴水为宜（含水率70～80%）；气温昼间20～25 ℃左右，夜间5 ℃以上；空气湿度80%以上；自然光照。利用浙大电气ZDR-20温湿度记录仪记录日光温室内空气的温湿度。2）生理休眠解除标准：培养30 d左右，有效热量累积［有效热量累积＝∑（小时平均气温-生物学零度），其中生物学零度为10 ℃］达3 600 h·℃（小时·℃）后，若萌芽率为50%～60%，则本次采样培养之日即为生理休眠解除之日；若萌芽率为60%～70%，则本次和上次采样培养的中间日即为生理休眠解除之日；若萌芽率>70%，则上次采样培养之日即为生理休眠解除之日。

1.2.2 需冷量的估算

葡萄解除生理休眠所需的有效低温时数或单位数称为葡萄的需冷量，即有效低温累积起始之日始至生理休眠解除之日止时间段内的有效低温累积，常用≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型和犹他模型3种需冷量估算模型进行估算[3-18]。其中≤7.2 ℃模型和0～7.2 ℃模型均以秋季日均温稳定通过7.2 ℃的日期作为有效低温累积的起始日期，分别以≤7.2 ℃和0～7.2 ℃低温累积1小时记为1 h，单位h；而犹他模型以秋季负累积低温单位绝对值达到最大值时的日期为有效低温累积的起点，2.5～9.1 ℃温度累积1小时记为1 C·U、1.5～2.4 ℃及9.2～12.4 ℃温度累积1小时记为0.5 C·U、≤1.4 ℃或12.5～15.9 ℃温度累积1小时记为0 C·U、16～18 ℃温度累积1小时记为−0.5 C·U、18.1～21 ℃温度累积1小时记为-1 C·U、21.1～23 ℃温度累积1小时记为−2 C·U。

1.2.3 需热量的估算

葡萄从生理休眠结束至50%芽展叶所需的有效热量累积称为葡萄的需热量，常用生长度小时模型和有效积温模型2种需热量估算模型进行估算[19-24]。其中有效积温模型对需热量的估算用有效积温进行，即需热量（有效积温）=∑（日平均气温−生物学零度），单位为d·℃，葡萄的生物学零度为10 ℃，计算简单方便。而生长度小时模型对需热量的估算用生长度小时GDH（growing degree hours·℃）表示，单位为GDH·℃，当温度≤4.5 ℃时，累积1 h需热量为0 GDH·℃；当温度为4.5～25.0 ℃时，累积1 h需热量为GDH·℃=−4.5；当温度≥25 ℃时，累积1 h需热量为20.5 GDH·℃。

1.2.4 需冷量和需热量估算模型的评价标准

以估算出的需冷量值和需热量值年际间变异系数最小的估算模型为该环境条件下的最佳估算模型[5]。变异系数是衡量资料中各观测值变异程度的1个统计量。当进行2个或多个资料变异程度的比较时，如果度量单位不同，需采用标准差与平均数的比值即变异系数（CV）来比较，可以消除度量单位不同对两个或多个资料变异程度比较的影响[30-32]。

2 结果与分析

2.1 不同需冷量估算模型的评价与葡萄品种需冷量的聚类分析

为了比较≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型和犹他模型3种需冷量估算模型对需冷量估算的准确程度，引入不同葡萄品种需冷量的年际间变异系数进行比较分析。对于本试验而言，0～7.2 ℃模型和7.2 ℃模型的度量单位一致，均为h；但犹他模型的度量单位与0～7.2 ℃模型和7.2 ℃模型的度量单位不同，为冷温单位（C·U），所以3种需冷量估算模型之间无法直接比较，必须引入变异系数。由表2可知，用≤7.2 ℃模型估算不同葡萄品种的需冷量，其年际间变异系数总体最大；用0～7.2 ℃模型估算不同葡萄品种的需冷量，除了87-1、夏黑和京亚3个品种外，其余品种的年际间变异系数均大于用犹他模型估算不同葡萄品种需冷量的年际间变异系数；用犹他模型估算不同葡萄品种的需冷量，其年际间变异系数最小；因此，用犹他模型估算不同葡萄品种的需冷量，结果更加准确。

表2 不同葡萄品种的需冷量及年际间变异系数

为了更好的比较分析不同葡萄品种需冷量的分布情况，采用聚类分析（最长距离法）将22个葡萄品种的需冷量进行分类，其需冷量数据为利用犹他模型估算得出。由图1可知，当22个葡萄品种分成两类时，各类间距离最长，特点突出。第一类为红旗特早玫瑰、火星无核、紫珍香、巨峰、优无核、矢富罗莎、无核白鸡心、乍娜、布朗无核、藤稔、奥迪亚无核、巨玫瑰、红标无核、红双味、京亚和夏黑等16个品种，其需冷量均值介于963～1 046 C·U之间，属于高需冷量品种；第二类为无核早红、87-1、莎巴珍珠、香妃、红香妃和京秀等6个品种，其需冷量均值介于791～894 C·U之间，属于低需冷量品种。综上，常见葡萄品种中高需冷量品种明显多于低需冷量品种。

2.2 不同需热量估算模型的评价与葡萄品种需热量的聚类分析

从表3可以看出，无论用有效积温模型还是用生长度小时模型估算出的不同葡萄品种需热量的年际间变异系数均很小，2种需热量估算模型之间差异不明显，说明两种模型对不同葡萄品种需热量估算的准确度相近。但考虑到计算的简便与否和是否便于掌握，葡萄品种需热量的估算以采用有效积温模型为宜。

同样，为了更好的比较分析不同葡萄品种需热量的分布情况，采用聚类分析（最长距离法）将22个葡萄品种的需热量进行分类，其需热量数据为利用有效积温模型估算得出。由图2可知，当22个葡萄品种分成2类时，各类间距离最长，特点突出。第一类为红旗特早玫瑰、无核白鸡心、无核早红、红标无核、87-1、乍娜、莎巴珍珠、香妃、红香妃、奥迪亚无核、红双味、巨峰、优无核、京亚、京秀、巨玫瑰、藤稔、布朗无核、夏黑和矢富罗莎等20个品种，其需热量均值介于200～267 d·℃之间，属于低需热量品种；第二类为火星无核和紫珍香等2个品种，其需热量均值介于435～477 d·℃之间，属于高需热量品种，显著高于上述低需热量品种。综上，常见葡萄品种中低需热量品种明显多于高需热量品种。

图1 不同葡萄品种需冷量（犹他模型）的聚类分析

表3 不同葡萄品种的需热量及年际间变异系数

图2 不同葡萄品种需热量（有效积温模型）的聚类分析

2.3 不同葡萄品种的产期调节特性

Citadin等[4]和Spiegel-Roy等[25]研究发现果树的需冷量和需热量共同影响其开花期，进而影响整个果树产期。因此，设施葡萄促早栽培的产期由品种的需冷量和需热量共同调节，其需冷量和需热量越低，其花期越早，产期调节能力越强，越适宜促早栽培。从表2和3可以看出，无核早红、87-1、莎巴珍珠、香妃和红香妃等5个葡萄品种不仅需冷量低，而且需热量低，因此其花期早，利于产期调节，适宜设施促早栽培。

3 讨 论

在不同需冷量估算模型中，≤7.2 ℃模型计算最为简单，凡是≤7.2 ℃的温度都可作为需冷量积累。对于表1中个别品种（如红旗特早玫瑰和紫珍香）第1年的需冷量与后2年相比变化较大，说明红旗特早玫瑰和紫珍香这两个品种不适用≤7.2 ℃模型拟合，从另一方面，也反映出≤7.2 ℃测定需冷量的不稳定性。0～7.2 ℃模型考虑到了0 ℃以下的温度对葡萄休眠没有帮助，因此，只考虑0～7.2 ℃内的温度积累值，这比7.2 ℃模型更加精确了些。而且，0～7.2 ℃模型是最早提出、应用最广的模型[33]，现在虽然有些模型均优于0～7.2 ℃模型[34-36]，但其在需冷量分析中仍被广泛使用，例如 Baldocchi等[37]只用这种模型去分析加利福尼亚地区落叶果树的需冷量，而该模型在中国更是被广泛应用[11,38-40]。这主要是由于其计算简便快捷，所以更加利于推广应用。但是Darbyshire等[12]发现，在进行需冷量分析尤其是育种时，采用0～7.2 ℃模型是不合适的。落叶果树的需冷量属于生态生理指标，在气候与生态型稍有不同的地区会造成差异；0～7.2 ℃模型虽然被广泛采用，但在休眠期间，不同年份昼夜温差越大时，由于高、中、低温间的抵消作用，计算结果就会出现差异。而犹他模型对需冷量的积累划分更加细致，每个温度阶段都有相应的需冷量积累单位，对低温转换的范围分得较细，还考虑到了高温对需冷量的负向作用，因此，计算结果更加准确，也更符合自然规律。本研究表明，用犹他模型估算不同葡萄品种的需冷量，其年际间变异系数最小，因此，用犹他模型估算不同葡萄品种的需冷量结果更为准确。这与王力荣等[11]在桃树上和Ruiz David等[23]在杏树上得出的结论一致。美中不足的是犹他模型计算较为繁琐，不易于推广应用。

生长度小时模型虽然计算形式与犹他模型有些类似，但是最终的计算结果并没有像犹他模型在计算需冷量时那样表现出很大的优势。本研究表明，无论用生长度小时模型还是用有效积温模型估算出的不同葡萄品种需热量的年际间变异系数均很小，2种需热量估算模型之间差异不大，但生长度小时模型计算繁杂，因此，就本试验而言，从简便快捷的角度来考虑，有效积温模型更适宜葡萄品种需热量的估算。

3种需冷量模型和2种需热量模型虽然对每个品种需冷量和需热量的积累值估算有所差异，可是无论采用哪种模型，各个品种的需冷量和需热量大小顺序都相对一致，因此，如果单纯的比较各个品种的需冷量和需热量大小，那么用任何一种模型都可以。但是如果指导实际设施生产，那么对于需冷量的计算，还是应该选择计算相对准确的犹他模型，这样才能更加准确的掌握升温时间和选择品种，把握设施葡萄的产期，生产出更优质的果品。如基于犹他模型的计算法则研发出需冷量测定仪，则可有效解决犹他模型计算繁杂不易于推广应用的问题。对于需热量的估算，由前面讨论可知，应选有效积温模型更为适宜。

4 结 论

对于常见设施葡萄品种需冷量的估算，选用犹他模型效果最好；对于需热量的估算，选用有效积温模型更为适宜。同时本研究发现，常见设施葡萄品种中高需冷量品种明显多于低需冷量品种，而低需热量品种明显多于高需热量品种。还发现，无核早红、87-1、莎巴珍珠、香妃和红香妃等5个葡萄品种不仅需冷量低，而且需热量低，因此其花期早，更加利于产期调节，适宜设施促早栽培。

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Grape chilling requirement estimated models and heat requirement estimated models and selection of early cultivars in greenhouse

Wang Haibo, Liu Fengzhi※, Han Xiao, Xie Jimeng, Wang Xiaodi, Wang Baoliang

(/,,125100,)

In order to verify the estimated result of different chilling requirement estimation models and heat requirement estimation models, and screen the early maturing cultivars which are suitable for planting in protected cultivation, 3 different estimation models (≤7.2 ℃ model, the 0-7.2 ℃ model and the Utah model) for estimating chilling requirements and 2 different estimation models (the growing degree hour model and the effective accumulated temperature model) for estimating heat requirements were used and compared with 22 grape cultivars for 3 years. The experimental materials include Hongqitezaomeigui, Zizhenxiang, Wuhezaohong, Hongbiaowuhe, 87-1, Cardinal, Centenial Seedless, Pearl of Csaba, Otilia, Xiangfei, Hongxiangfei, Hongshuangwei, Kyoho, Superior Seedless, Jingya, Jumeigui, Fujiminori, Bronx Seedless, Mars Seedless, Summer Black, Jingxiu and Yatomi Rosa, which were grafted on Bata. They are planted in the grape center technology demonstration areas of Fruit Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences (Xingcheng, Liaoning Province, 120.51°E, 40.45°N). Their planting distance and row spacing are 0.5 and 1 m, respectively, double-plant plantation, horizontal dragon shape with vertical leaf canopy. Among the 3 chilling requirement models, the annual variation coefficient of chilling requirement for each grape variety was the smallest in the Utah model, followed by the 0-7.2 ℃ model, and the ≤7.2 ℃ model was the largest. The annual variation coefficient of heat requirement for each grape variety was both small in the growing degree hour model and the effective accumulated temperature model. Considering the ease of calculation, we suggested to use the effective accumulated temperature model. All in all, for the chilling requirement calculation of different grape cultivars in greenhouse, the results from the Utah model are the best. For the heat requirement calculation of different grape cultivars in greenhouse, the effective accumulated temperature model was suggested to be adopted for calculation. Based on the calculation of the Utah model and the effective accumulated temperature model, we found that the high chilling requirement varieties were more than those with low chilling requirement in the common grape varieties, and the low heat requirement varieties were more than those with high heat requirement. The chilling and heat requirements were both low in Wuhezaohong, 87-1, Pearl of Csaba, Xiangfei and Hongxiangfei. They were early flowering and more conducive to the regulation for fruit maturity, so they were suitable for protected cultivation.

fruits; cultivation; models; chilling requirement; heat requirement; growing degree hours; effective accumulated temperature

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.17.025

S663.1

A

1002-6819(2017)-17-0187-07

2017-04-08

2017-08-29

中国农业科学院创新工程（CAAS-ASTIP-2015-RIP-04）；国家现代农业产业技术体系建设专项（nycytx-30-zp）；国家自然科学基金（41101573）。

，王海波，副研究员，山东潍坊人，主要从事果树栽培与生理和果园机械化研究。兴城 中国农业科学院果树研究所/农业部园艺作物种质资源利用重点实验室，125100。Email：haibo8316@163.com

，刘凤之，研究员，山东聊城人，主要从事果树栽培与生理和果园机械化研究。兴城 中国农业科学院果树研究所/农业部园艺作物种质资源利用重点实验室，125100。Email：liufengzhi6699@126.com