贺兰山东麓酿酒葡萄越冬保护仓温湿度变化规律观察

张光弟，俞晓艳，李玉鼎，李欣*，尹清雨，李金娜

（1. 宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2. 宁夏设施园艺（宁夏大学）技术创新中心，宁夏银川 750021；3. 银川市园林局，宁夏银川 750001；4. 北方民族大学数学与信息科学学院，宁夏银川 750021；5. 宁夏华举科技发展有限公司，宁夏银川 750021）

宁夏贺兰山东麓位于北纬37°43 "～39°05 "、东经105°45 "～106°27 "之间，为冲积扇，与黄河冲积平原之间形成了南北长200 km、东西宽30 km的宽阔地带；葡萄种植区划为4大分区，贺兰山东麓气候区划分别为特优质、优质与适宜产区等，是中国酿酒葡萄生产最佳生态区之一[1-3]。同时，因宁夏贺兰山东麓所处的地理位置被认为是我国新兴优质酿酒葡萄种植区，是中国最适宜的原料产区[4-5]，也是第三个获得国家葡萄酒原产地域保护产区（地理标志产区）。

该产区具有典型大陆性气候特点，即春暖快、夏热短、秋凉早、冬寒长，冬季极端低温为﹣23.4 ℃（2008年2月1日）、一般年份高于﹣20 ℃；大气湿度低，易发生枝蔓抽条现象；早春气温变幅大，降雨量少，蒸发强烈，晚霜冻频繁[6]。上述自然条件导致贺兰山东麓种植的‘霞多丽’‘赤霞珠’‘马瑟兰’等品种自然越冬与晚霜后的植株存活率极低，存活植株主要表现为主蔓根茎地表处萌发再生，不适宜自然越冬栽培[7]。有些品种树体抗寒较强，但萌发的新梢依然无法抵御晚霜[8]。

目前，贺兰山东麓地区葡萄越冬埋土防寒费用占全年管理费用的1/4～1/3[9]，不仅推升了生产成本、损伤树体、产量不稳，且无法实现生态栽培。近年来，北方尤其是西北产区尝试用保护材料覆盖越冬，可起到一定效果[10-12]。张光弟等[13]针对覆盖越冬所使用的隔离材料的传热系数进行了研究，解释了越冬保护原理与应用中的注意事项。上述所做的研究对北方葡萄省工栽培、树相保护起到一定效果，但是涉及的研究是基于平面越冬保护，对定向越冬后的葡萄新梢晚霜预防还没有达到完全保护的目的；尽管采用膜网覆盖技术能够对越冬后的葡萄防霜起到良好的保护与增产作用[14]，但是针对贺兰山东麓近4万 hm2的露地栽培葡萄，需要较大的物资与人力投入支撑，这在春季葡萄树体脱离材料覆盖或越冬出土后，在短时间实现覆盖保护几乎是不能完成的工作。

本研究对贺兰山东麓酿酒葡萄，采用基于保护仓覆盖方式，对越冬期间仓内、外环境温湿指标变化规律进行了分析研究，旨在寻求一种既能保护树体安全越冬，又能使早春萌发的新梢免于晚霜威胁的立体覆盖方式，以期指导保护仓覆盖越冬技术模式的生产应用。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 保护仓体制作材料与产品参见李玉鼎等[15]方法

选择聚苯乙烯材质符合GB/T 10801.2—2002要求。材料密度≥20 kg/m3，阻燃等级B2，其他符合GB 8624—2012的要求。针对“柱式头状”树形定制圆锥台形保护仓，仓下口直径70 cm、上部直径60 cm、高度 60 cm、厚度3.2 cm，上台面中部有宽10 cm、长20 cm的长椭圆形可开闭仓盖1个。

1.1.2 供试葡萄品种

‘赤霞珠’树龄3～4年生，为“柱式头状”树形培养中，树体地下垂直管状滴灌，常规管理；对照为常规埋土，“倾斜龙干”树形。

1.2 方法

1.2.1 试材处理与扣仓

晚秋修剪后“柱式头状”树形树体总高度在55 cm，结果母枝冠幅直径40 cm之内，对葡萄上部“头状”部位剪留5～6个具有2～3芽均匀分布的结果母枝；涉及树形为篱架栽培，株距1.0 m，行距2.0～3.0 m。修剪后对葡萄树喷布波美3～5°石硫合剂，然后灌足越冬水。待田间可以操作时将立式保护仓顺行扣仓，使植株处于仓体中心；浅沟栽培时，使其距定植行中心两边等距并置于深20 cm、宽0.8～1.0 m的沟内，然后实施地面或浅沟仓体边缘的压实。翌年春季4月初始注意观察立式仓内葡萄枝蔓萌芽情况，适时解除上部的仓盖，待晚霜过后可一次移去立式仓体，回收并覆瓦状防晒保存。

常规埋土的树体进行修剪，灌冬水后顺行下架，浅沟内绑缚，对树体喷布波美3～5°石硫合剂，机械埋土厚度40～50 cm。自然越冬‘赤霞珠’不做修剪处理。

参试数量：保护仓栽培11株（3年生）、埋土越冬栽培17株（3年生）、露地栽培525株（4年生）。

观察时期：2017年11月至2018年3月31日；5月上旬晚霜后调查树体相关指标。

试验地点：宁夏贺兰山东麓葡萄种植中部产区的和誉国际葡萄酒庄、长城云莫酒庄、百盛王朝酒庄种植基地等。

1.2.2 指标监测与记载

（1）环境指标监测点布置

采用pc-2s无线监测系统。包括保护仓内空间环境温湿度等；在行间设置外部环境温湿度传感器等；设置数据记录间隔为30 min。使用数据区间为2017年12月到2018年3月。

（2）环境指标与分区

①枝蔓受冻温度划分：见参考文献[16]。旬最低温度为区间段最低温度值；旬温度均值为区间所有测定值总和除以值点数求得，单位：h。②相对湿度：对旬环境相对湿度采用旬区间数据求得均值和最低值，表达：RH%。

（3）植株指标调查

①植株存活率/%=存活株数/调查株数×100；②芽眼萌发百分率/%=芽眼萌发数量/芽眼总数量×100。

统计所有节位芽眼萌发状态，由母枝基部向上顺节位计数，萌发计数为1、未萌发计数0，再依据②计算芽眼萌发百分率。数据采用微软excel软件完成制图与关联方程分析。

2 结果与分析

2.1 仓内外环境温湿度月旬变化分析

2.1.1 仓内外环境温度变化特点

环境温度的变化会影响葡萄越冬期间材料覆盖物内空间温度的变化。对覆仓内外的旬最低温度变化观察发现，仓内旬最低温度随仓外温度升降高度相关，并体现出仓内温变时间明显延后现象；在1月下旬（﹣23.6 ℃）仓外出现最低温度时，仓内的最低温度延后出现在2月上旬（﹣12.8 ℃），但此时仓外环境温度已较前﹣23.6 ℃回升至﹣22.9 ℃（图1）。分析认为，仓内、外最低温度的旬变化符合多项式回归方程。从仓内最低温度值分析证明，采用保护仓技术覆盖模式，在外温低至﹣23.6 ℃时，依然能够保证仓内温度（﹣12.8 ℃），确保参试品种枝蔓不受低温伤害的基本条件之一。

对仓内、外旬日均温变化（图2）两者相关性观察分析，其仓内、外旬均温变化符合多项式回归方程，相关系数（R2）均在0.93以上。在不考虑或不需要表达仓内温度随仓外温度升降滞后的特点时，可采用此方法评价仓内外温度变化规律。

图1 保护仓内外月旬-日最低温度变化趋势Figure 1 The changes of the minimum temperature inside the protective capsule and the environmental in different months and tendays

图2 保护仓内外旬日均温变化趋势示意Figure 2 The changes of the average temperature inside the protective capsule and the environmental in different months and tendays

2.1.2 仓内、外环境相对湿度变化特点

环境湿度的变化会影响植株、土壤中的水分向大气中迁移，温度耦合低湿度是导致越冬期间不埋土或覆盖不良树体失水“抽干”的主要原因之一。通过对仓内外环境湿度的数据分析，发现在贺兰山东麓地区越冬期间环境湿度的旬均值与最低值（图3）间变幅大，尤其是在越冬中的2～3月期间，环境最低相对湿度值在15%以下占到100%，其中低于10%的比例占58.3%；与此同时，保护仓内湿度处于高位（RHAV.=100%）维持状态，仓内高湿度使枝蔓细胞间隙蒸气压（pf）与仓内环境的水蒸气压差值趋小[17]，减少枝蔓水分向外移动速度与蒸腾量。本研究涉及材料保护仓的内环境相对湿度与仓外的环境相对湿度变化之间没有相关性。

图3 保护仓内外环境相对湿度月-旬变化Figure 3 The changes of the inside protective capsule and the environmental relative humidity in different months and tendays

图4 2017年12月仓内外月旬不同温区低温累积变化Figure 4 The changes of accumulated hour of the inside and outside protective capsule in various temperature ranges of the tendays on December 2017

2.1.3 保护仓内、外环境低温累积特点分析

葡萄休眠树体在致死低温下维持的时间长短影响其伤害的深度。在贺兰山东麓，大气低温耦合低湿是制约葡萄安全越冬的重要环境因素，葡萄材料覆盖越冬的本质是确保覆盖物内环境温度不要在枝蔓致死温度下滞留或时间不会达到不可逆转的伤害程度。对葡萄越冬期间保护仓内外环境月旬的低温时数累积（图4）分析后发现，在12月至翌年2月期间的仓外环境，不同月旬均积累了较高的威胁低度时数。在12月份，保护仓内上中下旬的威胁时数累积值均为0，而同期仓外环境上中下旬的低温威胁时数分别达到74.5 h、60 h、68.5 h，2017年仓外环境低温威胁时数累积值为1月及2月的低温危险、致死温度时数积累奠定了基础。在12月上中下旬，仓外环境已经积累有致死时数分别为8 h、20 h、2 h，说明贺兰山东麓中部产区在12月的环境低温已经逐步具备造成枝蔓伤害的低温条件。

对保护仓内外1月的旬间低温累积（图5）分析发现，在仓内依然保持低温威胁时数0累积的同时，仓外环境在累积高的低温威胁总时数已经达到149 h，在1月下旬其低温危险、致死时数值快速增加，分别达到26.5 h、28.5 h；低温危险、低温致死时数旬总时数分别达到53 h、31 h，这对露地自然越冬葡萄的不耐低温品种伤害是致命的。

图5 2018年1月仓内外月旬不同温区低温累积变化Figure 5 The changes of accumulated hour of the inside and outside protective capsule in various temperature ranges of the tendays on January 2018

在2月上旬，仓外环境低温持续了1月下旬的低温威胁、危险、致死时数较高的累积态势，分别达到了41 h、33.5 h、28.5 h（图6），进一步强化了对树体受低温致死伤害的程度；2月上旬仓内在低温威胁区也有51.5 h的累计，但在危险、致死区时数累积依然为0。进入2月中旬低温威胁、危险、致死时数急剧下探，分别为25 h、7.5 h、1.5 h，而仓内威胁区的低温累积消退，时数为0。

同样，2018年2月中旬，环境开始出现活动与有效积温的时数累计，其中5～9.9 ℃累积了44 h、≥10 ℃累积了25 h；在2月下旬，危险、致死时数值均降为0，而5～9.9 ℃时数进一步累计到28.5 h，≥10 ℃累计值为64.5 h。

图7显示，进入3月上旬仓外环境的低温威胁、危险、致死时数均为0，仅在低温累积区、活跃区分别有49 h、20 h量值；在不考虑地温的影响条件下，因低温导致对枝蔓的直接伤害影响基本解除。

图6 2018年2月仓内外月旬不同温区低温累积变化Figure 6 The changes of accumulated hour of the inside and outside protective capsule in various temperature ranges of the tendays on February 2018

图7 2018年3月仓内外月旬不同温区低温累积化Figure 7 The changes of accumulated hour of the inside and outside protective capsule in various temperature ranges of the tendays on March 2018

图8显示，3月保护仓内、仓外环境温度5～9.9 ℃、≥10 ℃的时数累积值均有较快增长。在上中旬仓内5～9.9 ℃的时数累积均分别高于仓外环境，而仓内的≥10 ℃时数累积呈现明显滞后于仓外环境，在一定程度上延后了芽眼萌发与新梢生长；3月中下旬仓内外≥10 ℃时数累积分别达到161.5 h和319.0 h，已具备了芽眼萌动的温度条件。

纵观越冬期间保护仓内外低温累积过程，在12月下旬仓外的低温威胁时数已达到68.5 h，为1月上旬危险温度、致死温度积累奠定了基础，具备逐步造成枝蔓伤害的条件。1月份是枝蔓受伤害的关键时期，期间低温致死温度累积时数值的大小直接影响了2月上旬致死温时值的高低并加深伤害程度；在整个1月和2月上旬越冬期间环境的低温致死时数为59.5 h，耦合环境低湿必然造成露地越冬非抗低温葡萄品种的枝蔓伤害。2月中旬是低温直接伤害枝蔓的分界时期，该段致死温度累积值趋小，下旬解除低温伤害；但3月的大气环境低湿度会引发物理失水的“抽干”发生。

在越冬期间，仓内仅在1月中、下旬分别出现0.1 h、14.5 h，2月上中旬分别出现了51.5 h、1.5 h的低温威胁区时数累积，在低温危险区、致死区始终没有出现累积时数，同时耦合仓内高湿度使枝蔓免于越冬低温伤害。

2.2 保护仓对树体的保护效果

葡萄越冬植株存活及芽眼萌发状态，直接影响其群体树相及单产、原料质量。从保护仓与露地自然越冬及传统埋土的植株芽眼萌发、存活率的比较柱状图（图9）中可以看出，在贺兰山东麓中部产区，不可露地越冬栽培‘赤霞珠’，其植株存活率和芽眼萌发率分别只有7.2%、0.63%；采用保护仓越冬覆盖技术模式与传统良好的埋土方式越冬均能确保树体100%存活；在芽眼萌发率方面，保护仓模式芽眼萌发率为86.1%，比传统埋土方式高出11.8%，表现出保护仓模式对树相保护、生长期产量调控、树体整形更为有利。葡萄保护仓覆盖越冬技术模式还具有省工、生态栽培优势，将成为贺兰山东麓产区葡萄越冬防寒的有益补充方式之一。

图8 2018年3月仓内外月旬不同温区低温累积化示意Figure 8 The changes of accumulated hour of the inside and outside protective capsule in various temperature ranges of the tendays on March 2018

图9 保护仓对‘赤霞珠’芽眼萌发和植株存活的影响Figure 9 The effects of the protective capsule for "Cabernet Sauvignon " on the node germination and plant survival during overwintering

3 结论

3.1 仓内外温度变化高度关联，仓内升降滞后仓外

保护仓内旬最低温度与仓外温度升降高度相关，仓内外月旬温度与最低温度、均温的变化符合多项式回归方程。仓内外最低温度值分析证明，在外温降至﹣23.6 ℃时，依然能够保证仓内（﹣12.8 ℃）不低于﹣18 ℃的温度，仓内与仓外在最低温度值区间的值差在7～10 ℃之间，并有明显滞后现象。

3.2 维持仓内高湿度是降低枝蔓失水的必要条件

越冬期间仓内基本维持相对湿度100%，而环境相对湿度的月旬均值、最低值间变幅大，尤其是在越冬中的2—3月期间，环境最低相对湿度值在15%以下占到100%，其中低于10%的比例占58.3%，这或是导致露地栽培葡萄植株中后期更容易失水的重要原因之一。

3.3 仓内不积累致死时数是枝蔓安全越冬的基础

越冬期间，保护仓内没有低温危险区、致死区时数累积，耦合仓内高湿度保护了枝蔓免于低温伤害；仓外在1—2月上旬之间的低温致死时数为59.5 h，是造成露地越冬葡萄枝蔓的伤害致死的根本原因，而环境低湿又加重伤害程度。

3.4 仓内合理的温湿耦合可实现了树体有效保护

保护仓模式能保证葡萄树体100%存活，并维持芽眼萌发率达86.1%，比传统埋土高出11.8%。保护仓模式能够维持树相整齐、易于产质量调控和树体整形，并为实现生态栽培奠定基础。