土温对设施葡萄萌芽的影响及需热量模型的适宜性分析

罗国安，张亚红，孙利鑫，董　艳，尹　翠

(宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021)

设施栽培是鲜食葡萄种植生产的主要方式，自20世纪70年代在我国北方地区发展[1]。温度是设施栽培葡萄萌芽期最重要的环境因子[2]，包括气温和土温，二者与葡萄萌芽关系的研究能为设施葡萄的精准上市提供理论依据。需热量是以气温为单位变量统计的葡萄休眠芽自休眠结束至萌芽展叶50%累积的热量，且葡萄需要一定的热量才能正常的萌芽展叶[3-4]。关于需热量的研究，学者们主要是以不同模型统计需热量并将其与需冷量进行统计分析，王西成等[5]发现，欧亚种葡萄的需热量较欧美杂种葡萄要高，且不同模型统计的需热量与需冷量的关系具有差异性；王海波等[6]用年际间变异系数来评估有效积温模型和生长度小时模型，认为有效积温模型更适宜在生产中应用。关于土温对设施葡萄生长发育的影响，司海娣[7]研究发现，日光温室中葡萄的萌芽展叶时间要较塑料大棚早1个月，主要影响因素是土温和气温。高东升等[8]研究落叶果树发现，同步的土壤高温能够降低落叶果树的低温积累。王世平等[9]研究土温对葡萄物候期的影响发现，促成栽培早期土壤温度提高约10 ℃，各物候期均早于未加温处理2～5 d。王连荣等[10]将设施早露蟠桃地上部接受正常自然休眠，根系接受不同温度处理，发现高的土温可以使花芽提前解除休眠。本研究通过连续2 a在塑料大棚和日光温室条件下对红地球葡萄萌芽期设置不同的土温，研究土温对设施栽培红地球葡萄萌芽的影响并进行6个需热量模型的对比分析，统计不同土温处理下葡萄的萌芽时间，分析不同梯度土温对设施葡萄萌芽的影响；统计土壤有效积温和空气有效积温，研究土温和气温与萌芽天数的关系；统计6个模型的需热量，选出塑料大棚和日光温室内适宜的需热量模型，为设施葡萄的促成栽培或延迟栽培提供理论依据。

1　材料和方法

1.1　试验地概况及材料

试验日光温室和塑料大棚位于宁夏回族自治区银川市永宁县小任果业有限公司。塑料大棚长96 m，跨度16 m，脊高4 m，钢架结构，覆盖和保温材料分别为PE膜和棉被。供试葡萄为红地球(Red Globe)，2007年种植，南北行向，株行距0.5 m×1.3 m。日光温室长88 m，跨度9 m，脊高4 m，钢架结构，覆盖和保温材料分别为PE膜和棉被，供试葡萄为红地球，2006年种植，东西行向，株行距0.5 m×1.3 m。

1.2　土壤加热试验

2014、2015年连续2 a对日光温室和塑料大棚内红地球葡萄进行冬季扣棚反保温管理，期间将棚内气温控制在0～7.2 ℃，以满足红地球葡萄需冷量。日光温室和塑料大棚分别在12月份左右进行升温管理(保温被白天揭开夜间覆盖)，并开始进行土壤加热处理(表1)，2015年日光温室未设置土温梯度。选择5个大小相同的葡萄种植行，每一行分别进行不同的土壤加热处理。土壤加热利用发热电缆加热：在距离葡萄主根0.4 m、地表下0.3 m处，铺设电热线(电热线固定在纳米材料板上)，之后覆土，覆盖黑色地膜保温，外接控温仪控制温度，控温仪设置断电温度为(理论温度+1) ℃。不加温处理(T1，CK)：地面覆盖黑色地膜，进行常规保温处理。

表1　土壤加热试验设计　℃

1.3　气温和土温的监测

1.3.1日光温室采用美国Campbellsci公司的CR800数据采集器和相关传感器对CK行地上1.5 m处的气温和地下0.2 m处的土温进行测定；采用美国Campbellsci公司的CR10X-2M数据采集器和相关传感器对处理行地上1.5 m处的气温和地下0.2 m处的土壤温度进行测定。每15 min采集一次数据。

1.3.2塑料大棚采用杭州泽大温度记录仪(型号ZDR-41)对CK行地下0.2 m处的土温进行测定；采用美国Campbellsci公司的CR3000数据采集器和相关传感器对处理行地上1.5 m处的气温和地下0.2 m处的土壤温度进行测定。每15 min采集一次数据。

1.4　测定方法

1.4.1生理休眠结束期的确定采用枝条法确定休眠结束期[11]：每年的11月上旬采集枝条，每7 d采样一次，采集生长健壮、没有病虫害、长势一致的带芽休眠枝，去叶打侧枝，每根枝条3～5个芽，基部留约15～20 cm。将枝条通过试管架固定然后放入盛有清水的白盆中。然后放入人工气候培养箱中培养，条件如下：温度(昼/夜)25 ℃/15 ℃，相对湿度65%，光照强度1 000～1 200 lx，光照14 h/黑暗10 h。每隔5 d换一次水，同时剪去基部少许(约3 mm)使其露出新茬。连续培养20 d后开始统计萌芽率：50%≤萌芽率<60%，则此次采样培养之日即为生理休眠解除日期；60%≤萌芽率<70%，则此次与上次采样的中间日期为生理休眠解除日期；70%≤萌芽率，则上次采样日期为生理休眠结束日期。

1.4.2萌芽期的确定选取10株生长良好的葡萄并对其1 a生枝条上的芽进行露绿期统计，葡萄开始露绿后统计，每3 d统计一次，萌发率≥50%时记为葡萄的萌芽期[12]。萌发率=露绿期的芽数目/总芽数×100%。露绿期:从新芽颜色能透过绒毛看到，到嫩芽最外面一片叶子的边缘可见。

1.4.3有效积温的计算按每小时计算空气有效积温和土壤有效积温。葡萄的生物学零度为10 ℃，将高于10 ℃的部分求和作为有效积温，低于10 ℃的部分作为0处理，时间为从生理休眠结束期开始至萌芽期结束[13-14]。

1.4.4需热量的计算采用温度最大值累计模型、平均温度累计模型、热量模型、最大积温模型、生长度小时模型、有效积温模型计算需热量，计算方法如下：

(1)温度最大值累计模型[15-16]：用温度最大值(计作ACTmax ℃)表示，ACTmax ℃=∑t日最高温度；

(2)平均温度累计模型[17]：用温度平均值(计作ACTmed ℃)表示，ACTmed ℃=∑t日平均温度；

(3)热量模型[18]：用日最高气温与最低气温之差的累计值(计作Heat ℃)表示，Heat ℃=∑(t日最高温度-t日最低温度)；

(4)最大积温模型[15]：用日最高气温与生物学零度之差的累计值(计作Dmax ℃)表示，最大积温=∑(t日最高温度-10)；

(5)生长度时模型[19]：用每小时的气温平均值的热量积累(记作GDH ℃)表示。t每小时≤4.5 ℃时，GDH ℃=0；4.5 ℃

(6)有效积温模型[17]：用日平均气温与生物学零度之差的累计值(计作D ℃)表示，有效积温=∑(t日平均温度-10)。

2　结果与分析

2.1　土温和气温对设施葡萄萌芽的影响

土温的升高影响红地球葡萄的休眠结束期、萌芽期及萌芽天数(表2)。对于休眠结束期，日光温室内土温的升高对其没有影响；塑料大棚内土温的升高对其有影响：2014年20 ℃和25 ℃的土温梯度较CK让休眠结束提前7 d，2015年20 ℃土温梯度让休眠结束提前3 d，25、30 ℃土温梯度让休眠结束提前7 d。对于萌芽期，日光温室和塑料大棚内土温的升高对其均有影响：2014年日光温室内20、25 ℃土温梯度分别让萌芽期提前9、13 d，2014年塑料大棚内20、25 ℃土温梯度分别让萌芽期提前23、29 d，2015年塑料大棚内15、20、25、30 ℃分别让萌芽期提前了3、11、19、22 d。对于萌芽天数，日光温室和塑料大棚内土温的升高对其较CK均有显著性减少作用：日光温室内15～25 ℃土温中25 ℃土温效果最优，塑料大棚内8～30 ℃土温中30 ℃土温效果最优。

表2　土温对红地球葡萄休眠结束期、萌芽期和萌芽天数的影响

注：同列数据后不同小写字母表示同一设施同一年份不同处理在0.05水平差异显著;CK的土温是萌芽期的平均土温(地下0.2 m处)。

因此，一定范围内土温的升高能够让设施葡萄休眠结束期、萌芽期提前，减少葡萄的萌芽天数，但效果受温度值和时间的影响。

2.2　土壤和空气有效积温与红地球萌芽天数的关系分析

由空气有效积温和土壤有效积温与萌芽天数的线性拟合结果(图1)可以看出：空气有效积温与萌芽天数也有良好的线性关系，2014年日光温室、2014年塑料大棚、2015年塑料大棚的拟合优度分别为0.98、0.92、0.85；土壤有效积温与萌芽天数有良好的线性关系，2014年日光温室、2014年塑料大棚、2015年塑料大棚的拟合优度分别为0.96、0.88、0.79。空气有效积温与萌芽天数的拟合优度较土壤有效积温平均高0.04。

由空气有效积温和土壤有效积温与萌芽天数的相关性分析结果(表3)可以看出：土壤有效积温、空气有效积温与萌芽天数均具有好的相关性。2014年日光温室、2014年和2015年塑料大棚的土壤有效积温与萌芽天数的相关系数分别为-0.98、-0.94、-0.89；2014年日光温室、2014年和2015年塑料大棚的空气有效积温与萌芽天数的相关系数分别为0.99、0.96、0.92。空气有效积温与萌芽天数的相关性较土壤有效积温平均高0.02。

因此，土壤有效积温和空气有效积温均与设施葡萄萌芽关系密切，且空气有效积温与萌芽天数的关系较土壤有效积温更加密切。

图1　有效积温与红地球萌芽天数的线性拟合

表3　有效积温与红地球萌芽天数的相关系数　r

注：*表示在0.05水平显著；*表示在0.01水平显著，下表同。

2.3　不同模型统计的需热量与红地球萌芽天数的关系分析

将温度最大值累计模型、平均温度累计模型、热量模型、有效积温模型、最大积温模型、生长度时模型统计的塑料大棚和日光温室内红地球葡萄需热量与萌芽天数进行线性拟合分析(图2和图3)，并进行相关性分析(表4和表5)。

在塑料大棚中(图2)，温度最大值累计模型、平均温度累计模型、热量模型、有效积温模型、最大积温模型、生长度时模型统计的需热量与萌芽天数的拟合优度分别为0.84、0.70、0.91、0.55、0.79、0.71。温度最大值累计模型、热量模型、最大积温模型统计的需热量与萌芽天数的拟合优度大于0.8，有效积温模型统计的需热量与萌芽天数的拟合优度小于0.6，平均温度累计模型、生长度时模型统计的需热量与萌芽天数的拟合优度为0.7～0.8。拟合优度按大小顺序排列，即热量模型>温度最大值累计模型>最大积温模型>生长度时模型>平均温度累计模型>有效积温模型。

在日光温室中(图3)，温度最大值累计模型、平均温度累计模型、热量模型、有效积温模型、最大积温模型、生长度时模型统计的需热量值与萌芽天数的拟合优度分别为0.97、0.99、0.92、0.89、0.96、0.99，拟合优度均大于0.8。拟合优度按大小排列，生长度时模型=平均温度累计模型>温度最大值累计模型>最大积温模型>热量模型>有效积温模型。

图2　塑料大棚内需热量与红地球萌芽天数的线性拟合

图3　日光温室内需热量与红地球萌芽天数的线性拟合

在塑料大棚中(表4)，温度最大值累计模型、平均温度累计模型、热量模型、有效积温模型、最大积温模型、生长度时模型统计的需热量与萌芽天数的相关系数分别为0.81、0.65、0.90、0.47、0.76、0.67，有效积温模型统计的需热量与萌芽天数的相关系数小于0.6，其他5个模型统计的需热量均与萌芽天数显著相关，且温度最大值模型和热量模型统计的需热量与萌芽天数极显著正相关。将相关系数按大小排列，即热量模型>温度最大值累计模型>最大积温模型>生长度时模型>平均温度累计模型>有效积温模型。

在日光温室中(表5)，温度最大值累计模型、平均温度累计模型、热量模型、有效积温模型、最大积温模型、生长度时模型统计的需热量与萌芽天数的相关系数分别为0.96、0.99、0.88、0.84、0.94、0.99，所有模型统计的需热量均与萌芽天数显著正相关。将相关系数按大小排列，即生长度时模型=平均温度累计模型>温度最大值累计模型>最大积温模型>热量模型>有效积温模型。

以上结果表明：需热量与红地球葡萄萌芽天数显著相关；在冬季温度较低的塑料大棚，适宜的需热量模型为热量模型和温度最大值模型，在冬季温度较高的日光温室，6种需热量模型都适合。

表4　塑料大棚内需热量与萌芽天数的相关系数

表5　日光温室内需热量与萌芽天数的相关系数

3　结论与讨论

根系对于多年生的木本果树影响尤为重要，是树体整体发育的基础和中心，通过吸收水分、矿质养分和合成内源激素等途径对叶片生长、碳素同化、花芽分化、果实发育等许多过程产生着影响[20]。土温影响葡萄根系的活动，而根系的活动影响芽的萌发[21]。Barba等[22]发现，升高土壤温度会使云杉的萌芽时间提前。本研究发现，土温的升高能够让休眠结束期和萌芽期提前，这与王连荣等[10]和王世平等[9]的结论相符合。土壤有效积温与萌芽天数极显著线性负相关，空气有效积温与萌芽天数极显著正相关，但|R土(土壤有效积温与萌芽天数)|<|R气(空气有效积温与萌芽天数|。Chen等[23]发现，土壤有效积温与白蜡树萌芽进度呈线性关系。孙鲁龙等[24]研究发现，土壤有效积温和空气有效积温与萌芽进程呈线性正相关，且葡萄在萌芽期间对土壤有效积温的需求更高。本试验与孙鲁龙等[24]的研究结果有差异，主要原因是二者的数据性质不同：本研究是以萌芽阶段的有效积温与萌芽天数进行数据分析，孙鲁龙等[24]是以萌芽阶段进程中的有效积温与对应的天数进行数据分析。

本研究发现，需热量与萌芽天数呈现极显著正相关，日光温室适合6种需热量模型，塑料大棚适合热量模型和温度最大值累计模型。Spiegelroy等[25]研究50个不同基因型的梨树品种，发现其低温要求和其开花日期相关性小，需热量和梨树花期相关性很高，因此，通过需热量来估算果树花期更为有效。Gianfagna等[26]研究认为，苹果开花晚的品种是因为具有高需热量要求，不管苹果遗传类型为何，需冷量作用小，需热量作用更大。Faust等[27]研究发现，梨树萌芽开花由需热量决定。本研究结论与上述学者的研究结论相符，即需热量与萌芽天数具有良好的拟合关系。日光温室与热带气候相似，塑料大棚与温带气候相似，可以认为热带地区的需热量可以用多种模型来计算，温带地区的需热量可以用热量模型和温度最大值模型计算。

综上所述，土温和气温均影响设施葡萄的萌芽；土壤有效积温和空气有效积温均与设施红地球葡萄萌芽天数极显著线性相关，但空气积温与萌芽天数相关系数更大；需热量与设施红地球葡萄萌芽天数极显著正相关；日光温室和塑料大棚适合的需热量模型不同。