光温条件对设施菊花生长发育的影响

于 飞， 刘 博， 谷晓平， 袁淑杰

(1.贵州省山地环境气候研究所，贵州 贵阳 550002；2.贵州省山地气候与资源重点实验室，贵州 贵阳 550002；3.宁夏回族自治区固原市气象局，宁夏 固原 756000； 4.贵州省生态气象和卫星遥感中心，贵州 贵阳550002；5.成都信息工程大学，四川 成都 610103)

菊花(Chrysanthemummorifolium)是中国四大名花之一，菊花品质一般以株高、鲜质量、直径、叶数等外观指标进行衡量，影响菊花品质的因素包括种苗品质、气温、光照、水肥管理及种植密度等。采用温室生产鲜切菊花可周年满足国内外市场的需求，如何精准调控温室设施内的环境因素，实现对菊花商品品质、发育形态、采收与上市时间以及产量等方面精确管理和目标控制，是温室菊花生产者面临的关键技术问题，要实现此目标需要对菊花生长发育的生理生态过程进行定量描述和模拟研究。作物模型在环境优化控制、智能化管理等方面发挥关键性作用，特别是从长远看，作物模型的研究是提高设施园艺生产潜力的重要基础和核心技术。欧美国家已率先对观赏园艺植物生长发育模型进行研究，我国也开展了一些工作。菊花品质指标受光照、气温影响显著，不同光温条件下，菊花植株品质差异明显，菊花发育速率主要由气温热效应、光合有效辐射和光周期效应共同决定。LEE等[1]研究发现，夏季菊花单株干质量、鲜质量、花朵数及株高等指标优于冬季；HEUVELINK等[2]建立了光合驱动的菊花生长模型，用以预测不同定植期、不同密度和不同CO2浓度对多头菊花单株干质量、单株花朵数和花朵大小的影响，同时该模型可以给出不同光照强度下植株生长的最佳密度。杨再强等[3]综合光温指标，以生理辐热积为尺度，建立了温室单头菊外观品质模拟模型。为设施菊花光温调控和农事安排提供科学参考，通过对设施菊花植株生长指标及对应生长期内设施小气候光温指标的连续观测，采用累积辐热积指标研究大棚光温条件对菊花生长发育的影响，建立设施菊花生长发育的光温评价模型。

1 材料与方法

1.1 材料

以贵阳国家农业科技园核心区菊花种植连栋大棚内的菊花为材料，菊花品种为优香，定植时间为2018年3月28日，采收时间为6月28日。种植设施大棚为八连栋大棚，大棚跨度8 m，长度30 m。试验地位于贵阳市乌当区，海拔986 m，年平均气温为14.6℃，年降雨量为1 179.8 mm。

1.2 观测指标

1.2.1 菊花生长发育指标 以试验基地内设施菊花的定植及生长期3—6月为观测时段，在大棚内四周及中心方位选取5个观测点，每个观测点选择长势均匀的5个植株进行生长指标观测，取平均值作为该观测点的观测值。2018年3月28日起，每5 d观测1次菊花植株株高、茎粗、叶长、叶宽及叶片对数；从6月23日至收获期，每2 d观测1次，除观测前述指标外，增加菊花花苞直径的观测。用直尺测量植株株高、叶长、叶宽和花头直径；游标卡尺测量植株茎粗，测量位置为第6片叶和第7片叶中间；按叶片伸长达1 cm时计入叶片数。菊花叶面积=叶长×叶宽×0.785[4]。从菊花定植到采收期间共采集18组菊花生长观测数据。

1.2.2 大棚光温气象指标 棚室气象环境数据由RR-9310气象环境自动监测系统自动采集，包括大棚内外空气气温、湿度、总辐射和大棚内净辐射。频率为每60 s 采集1次，存储每10 min的平均值。太阳辐射乘以转换系数(0.45)转化为光合有效辐射[5]。

1.3 方法

为了定量评估和模拟光温条件对菊花生长发育速率以及菊花外观品质指标的影响，减少初始株高、叶面积及茎粗的影响，研究基于累积辐热积指标(TEP)[6-7]，根据菊花生长期间的净增株高、净增叶面积、净增茎直径及出叶速率，结合光温气象因子，建立菊花植株生长-累积辐热积模型。

DTEP(i)=[∑RTE(i,j)/24]×PAR(i)

式中，TEP(i)为菊花从第m天至第n天的累积辐热积(MJ/m2)，DETP(i)为第i日辐热积(MJ/m2)，PAR(i)为第i天总光合有效辐射(MJ/m2.d)，RTE(i)为第i天内第j小时的相对热效应。

相对热效应(RTE)指作物在实际气温条件下生长1 d相当于在最适气温条件下生长1 d的比例，根据菊花发育所需的三基点气温和实际棚室内气温观测数据来计算。

式中，T为各小时内的平均气温，RTE(T)表示气温为T时的相对热效应，Tb和Tm分别为生长下限温度和上限温度，Tob和Tou分别为生长的最适下限气温和最适上限气温。菊花各生育时期的三基点温度见表1[8-9]。

2 结果与分析

2.1 设施大棚菊花采收时期的生长指标

试验菊花从定植至采收完成，整个生育期所需时间为90 d。从表2看出，菊花采收时平均株高、花苞直径、花茎粗等指标均达到秀级别的标准[10](秀为菊花品质的最高级别标准，要求其茎杆挺直，无弯曲，长度90 cm左右，茎粗6.5 mm左右；花苞直径1.5 cm以上，花苞圆整，无畸形；上部约20 cm茎上不掉叶；无病虫害，无泥土污染)。大棚内5个观测点菊花的株高、叶片对数、叶面积、茎粗、现蕾日期、花苞大小等指标无显著差异，表明设施大棚内光温条件均衡，棚内菊花植株生长发育稳定，其观测数据作为生长模型的建模原始数据具有可靠性和科学性。

表1 菊花各生育期的三基点温度

表2设施大棚5个观测点菊花采收时的生长发育指标

Table 2 Growing development indexes ofC.morifoliumat harvest stage at five observation sites of facility greenhouse

观测点平均值Observation site株高/cm Height叶长/cm Leaf length叶宽/cm Leaf width叶面积/cm2 Leaf area叶片对数/对 Pair number of leaves 现蕾日期/(月/日)Squaring date花苞直径/cm Bud diameter花茎粗/cm Floral stem diameter观测点1 Observation site Ⅰ88.28 10.16 8.12 64.76 22.00 6/41.53 0.64 观测点2 Observation site Ⅱ86.38 9.92 8.16 63.54 21.00 6/41.43 0.63 观测点3 Observation site Ⅲ88.90 9.94 8.78 68.51 21.00 6/51.48 0.64 观测点4 Observation site Ⅳ87.20 10.20 8.46 67.74 21.50 6/5 1.50 0.66 观测点5 Observation site Ⅴ85.04 10.72 8.38 70.52 21.00 6/5 1.50 0.66

2.2 不同累积辐热积条件下设施大棚菊花的生长指标

按照设施菊花定植时植株的通常生长指标(定植时初始株高约为10 cm、直径约0.3 cm、9片真叶)，结合各时段观测所得的光温气象数据，可得到不同累积辐热积与菊花生长指标的对应评价关系。从表3看出，定植后的菊花生长指标随累积辐热积的增加而升高，从菊花初始定植至收获期，植株株高、叶面积、茎直径及叶片对数4个生长指标要达到秀级别的标准，至少需要累积辐热积320 MJ/m2。

表3 菊花定植后不同累积辐热积对应的植株生长指标

2.3 设施菊花生长发育指标与累积辐热积的生长模型

从图1看出菊花净增株高、净增茎直径、净增叶面积和净增叶片对数随累积辐热积的变化趋势。

2.3.1 净增株高-累积辐热积模型 菊花净增株高(NPH)为相应时段测量的实际株高减去初始株高。菊花净增株高随累积辐热积的变化符合Logistic型曲线，净增株高在30～80 cm，累积辐热积对株高影响较大。对曲线进行拟合，得净增株高与累积辐热积关系模型：NPH=87.23/[1+63.62×exp(-0.02TEP)]，R2=0.997。通过该模型可知，若菊花定植幼苗初始苗高10 cm左右，至收获时植株株高达到秀级别的标准(茎杆挺直，无弯曲，长度90 cm)，需要累积辐热积为320～350 MJ/m2。

2.3.2 净增茎直径-辐热积模型 花茎直径是菊花分级的指标之一。菊花净增茎直径(NPD)为相应时段测量的实际测量值减去初始直径。菊花净增茎直径与累积辐热积符合线性关系，模型表达式为NPD=0.001TEP+0.042 7，R2=0.978 7。若定植幼苗初始茎直径为0.3 cm左右(通常初始定植幼苗茎粗)，至收获时植株茎直径达到秀级别的标准(0.65 cm)，所需累积辐热积为320～350 MJ/m2。

2.3.3 净增叶面积-累积辐热积模型 叶面积是菊花重要的外观品质指标，也是植株进行光合作用的重要器官面积，净增叶面积(NPA)为相应时段实际测量值减去初始值。菊花净增叶面积与累积辐热积符合线性关系，模型表达式为NPA=0.093 1TEP-3.923，R2=0.996。通过模型可知，菊花叶面积每增加1 cm2，至少需要辐热积50 MJ/m2。

2.3.4 净增叶片数-辐热积模型 菊花净增叶片数为实际测量时叶片数减去初始值来衡量。菊花净增叶片数(NLI)与累积辐热积(TEP)的关系积符合Logistic模型，表达式NLI=19.9/[1+116.8×exp(-0.021TEP)]，R2=0.995 。通过模型可知，累积辐热积为150～300 MJ/m2时叶片出叶速率最快，生产中可根据植株生长发育需求调节光温从而控制出叶速率。

3 结论与讨论

在水肥状况供应充足条件下，设施大棚菊花的生长发育速率主要由气温热效应、光合有效辐射和光周期效应共同决定。因此，在热量条件和光照长度可由人工控制的设施菊花生产中，合理的大棚光温控制可实现优质菊花生产。研究累积辐热积与植株生长发育指标和品质形成的定量关系，综合气温热效应、光合有效辐射2项关键因子，建立了累积辐热积(TEP)与菊花生长发育指标的生长模型。累积辐热积与菊花净增株高(NPH)、净增茎直径(NPD)、净增叶面积(NPA)和净增叶片数(NLI)的生长模型分别为NPH=87.23/[1+63.62×exp(-0.02TEP)]、NPD=0.001TEP+0.042 7、NPA=0.093 1TEP-3.923和NLI=19.9/[1+116.8×exp(-0.021TEP)]。通过模型计算可知，设施菊花从定植初始条件(株高10 cm、直径0.3 cm、4.5对真叶)至收获时达秀级别的标准(株高约90 cm，茎粗约6.5 mm，真叶21.5对左右)，需要累积辐热积320～350 MJ/m2。

建立的累积辐热积(TEP)与菊花生长发育指标生长模型的模拟精度高，实用性强，可为设施菊花周年生产光温调控的优化提供决策参考支持。在设施菊花定植后，综合考虑菊花对累积辐热积的需求，科学进行光温调控分配，以达到预期成熟收获标准。但本研究仅观测了优香品种的菊花，对于其他品种的菊花尚需多点试验资料对模型进行校正和检验，才可作为参考指标进行应用。