土壤温度对设施红地球葡萄枝条萌芽影响及需热量估算方法评价

董 艳，尹 翠，孙利鑫，罗国安，张亚红

(宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021)

土壤温度对设施红地球葡萄枝条萌芽影响及需热量估算方法评价

董 艳，尹 翠，孙利鑫，罗国安，张亚红*

(宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021)

研究日光温室和塑料大棚2种设施内环境温度对红地球葡萄枝条萌芽前期和需热量的影响，进而挑选出适宜设施内应用的需热量模型。以红地球葡萄为试验材料，利用自动气象站采集土壤温度和空气温度，在需冷量满足后进行根区土壤加温处理，设置(25±1)℃/(15±1)℃ (昼/夜)(以下简称T25)和(20±1)℃/(15±1)℃(昼/夜)(以下简称T20)和常温处理(日光温室土壤平均温度15 ℃，塑料大棚土壤平均温度7 ℃，以下简称CK)3个温度梯度，采用6种需热量模型对红地球葡萄需热量值进行估算。①在葡萄枝条萌芽前期2种设施内均存在土壤温度与空气温度不协调现象，尤其在塑料大棚中表现更为明显。②2种设施内T25处理萌芽前期最短且需热量值最小；T20处理次之；对照萌芽前期最长，需热量值最大。③在同一设施内，地温不同需热量值不同，采用6种模型需热量值变化都随地温升高而减少；在不同设施内需热量值不同，相同地温下塑料大棚内需热量值均大于日光温室。④ 通过比较6种需热量模型的变异系数，有效积温模型和生长度小时模型的变异系数最小，比较稳定；2种设施内对照的6种需热量值无量纲化后综合比较，有效积温模型和生长度小时模型在2种设施内均没有差异。红地球葡萄枝条萌芽前期土壤(25±1)℃较(20±1)℃适宜，在试验设计的温度范围内，土壤温度越高，红地球葡萄需热量值越小；以有效积温模型和生长度小时模型估算设施葡萄需热量较适宜。

红地球葡萄萌芽前期；土壤温度；需热量

我国设施果树产业自20世纪70年代起步，经历了90年代以来的高速发展，形成了拥有一定规模、品种比较丰富的产业[1-2]。葡萄设施栽培作为葡萄栽培的特殊形式，是指在不适宜葡萄生长发育的季节或地区，利用日光温室、塑料大棚和避雨棚等保护设施，来改变或控制葡萄生长发育的环境条件，创造出适应葡萄生长发育的小气候环境的人工调节栽培模式，以期达到葡萄生产的目标，实现淡季供应，反季节销售[3]。同其他落叶果树一样，葡萄的萌芽时间理论上主要是由需冷量和需热量2个因子控制。当需冷量满足后，需热量则在一定程度上影响着果树正常萌发以及花期的早晚[4]。在以往研究中多集中于对需冷量的探讨，而对需热量的研究却鲜有报道[5-6]。需热量是指从内休眠结束至盛花所需的有效热量累积，又称热量单位累积量或需热积温[7]。落叶果树的需热量具有遗传性，因而不同果树树种、品种的需热量也存在差异；即使是同一品种在不同生态环境下，需热量也存在较大差异[8]。关于需热量的研究，国内外已有一些研究报道，但多集中于树种、品种间需热量的差异[9-12]。本试验在前人研究的基础上，利用六种不同需热量估算模型，对当前宁夏主栽鲜食红地球葡萄在日光温室和塑料大棚中的需热量进行估算。通过六种模型之间比较研究，筛选出较适宜设施果树需热量估算方法，为该地区的葡萄促早栽培提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 地点与材料

试验于宁夏永宁县小任果业有限公司的日光温室和塑料大棚内进行。日光温室长88 m，跨度9 m，脊高4 m，东西走向，为钢架结构，覆盖材料为聚乙烯薄膜(PE)，保温材料为棉被，棚内于2006年定植，2007年结果。塑料大棚长96 m，跨度16 m，脊高4.25 m，南北走向，为钢架结构，覆盖材料为聚乙烯薄膜(PE)，保温材料为棉被，棚内于2006年定植，2007年结果。供试葡萄品种为红地球，7年树龄，株行距：0.5 m×1.3 m。

1.2 试验设计

土壤做3个温度梯度处理：(25±1)℃昼/(15±1)℃夜(简称T25)、(20±1)℃昼/(15±1)℃夜(简称T20)处理和对照(CK，日光温室2014年11月27日至2015年2月12日这段时间的日平均土温15 ℃，塑料大棚这段时间日平均土温7 ℃)即保持棚内自然土壤温度，3个处理地表均覆盖黑色地膜。

试验具体操作如下：在葡萄落叶之后于2014年10月21日铺设电热丝，选择生长良好的6行葡萄，在距离葡萄主根40 cm处地表下30 cm铺设电热线，电热线固定在纳米材料板上之后埋土，覆盖黑色地膜保温，外接控温器控制温度，安装加热设备后，每个处理地表下10、20、30 cm处埋设温度探头，重复3次，试验采用随机区组设计，2行(20株)为1小区，每个处理间设置保护行。日光温室和塑料大棚内红地球葡萄需冷量满足即生理休眠解除后，分别于2014年12月2日和12月10日进行升温(白天揭保温被、夜间覆盖保温被)，同时在升温期间启动加温设备。

1.3 试验方法

在2种设施开始升温后，分别在日光温室和塑料大棚中每个处理选取10株生长良好的葡萄枝条，每3 d对葡萄的芽展叶数进行统计，直至60 %芽展叶为萌芽前期的结束日期，此时需热量已满足。用自动气象站记录从升温到萌芽前期结束这段时间的土壤温度及空气温度，每隔15 min 记录1次田间温度，从10月下旬开始记录至第2年开花结束。

1.4 6种需热量模型的计算方法

本试验采用温度最大值模型、平均温度累积模型、生长度小时模型、有效积温模型、热量模型、最大积温模型计算需热量值。温度最大值累计模型：需热量用温度最大值(计作ACTmax℃)表示[13]，ACTmax等于萌芽前期每日气温最大值的累计；平均温度累计模型：用温度平均值(计作ACTmed℃)表示[14]，ACTmed等于萌芽前期每日气温平均值的累计；热量模型：用日最高气温与最低气温之差的累计值表示(计作Heat℃)[15]；生长度小时模型：用生长度小时(记作GDH℃)表示[16]。每1 h给定的温度(t，℃)所相当的热量单位即生长度小时(GDH℃)，当气温t≤4.5 ℃时，GDH℃=0.0；当4.5 ℃

1.5 变异系数的计算方法

变异系数[19]是衡量资料中各观测值变异程度的一个统计量。标准差与平均数的比值称为变异系数，记为c.v.。变异系数可以消除单位和平均数不同对两个或多个资料变异程度比较的影响。变异系数的计算公式为：c.v.=(SD/MN)×100 % 其中SD——标准差,MN——平均值,单位为 %。

图1 葡萄枝条萌芽前期日光温室空气温度与土壤温度对比Fig.1 Comparison between the air temperature and soil temperature in solar greenhouse

2 结果与分析

2.1 日光温室与塑料大棚空气温度和土壤温度对比

2.1.1 日光温室空气温度和土壤温度对比分析 图1所示，日光温室常规管理下空气温度和土壤温度，自2014年11月27日至2015年2月12日萌芽前后这段时间的温度变化动态，在需冷量满足后，日光温室于2014年12月2日开始升温，空气温度与土壤温度都出现上升趋势，空气温度比土壤温度上升快，升温初期空气温度达到葡萄适宜萌芽温度(11～30 ℃)，但地温较低无法跟进。萌芽前期空气温度最高为22 ℃，最低为16 ℃，平均温度为18 ℃；土壤温度最高为18 ℃，最低为7 ℃，平均温度为15 ℃，日光温室的空气平均温度比土壤平均温度高3 ℃左右。

2.1.2 塑料大棚空气温度和土壤温度对比分析 图2显示，在需冷量满足后，塑料大棚于2014年12月10日开始升温后，空气温度与土壤温度都出现上升趋势，空气温度比土壤温度上升快，且塑料大棚气温能满足芽萌发的温度(11～18 ℃)，但地温却一直维持在8 ℃以下，根系萌动受阻。塑料大棚空气温度最高为16 ℃，最低为10 ℃，平均温度为13 ℃；塑料大棚土壤温度最高为9 ℃，最低为3 ℃，平均温度为7 ℃，塑料大棚的空气平均温度比土壤平均温度高5 ℃左右。

图2 葡萄枝条萌芽前期塑料大棚空气温度与土壤温度对比Fig.2 Comparison between the air temperature and the soil temperature of plastic greenhouse

图3 日光温室中红地球葡萄枝条萌芽日期及萌芽所需天数Fig.3 Solar greenhouse shoots sprouting date and number of days of Red Globe Grape

2.2 日光温室与塑料大棚内红地球葡萄枝条萌芽日期及萌芽所需天数

2.2.1 日光温室内红地球葡萄枝条萌芽日期及萌芽所需天数 12月19日，T25和T20处理才有零星萌芽，由图3可知，随着土壤温度的上升，3种处理中红地球葡萄的枝条萌芽率呈逐步上升趋势。其中T25处理枝条萌芽率达到60 %的时间最早，所需天数最少，12月29日枝条萌芽率达到60 %，所需天数为26d；其次是T20处理，1月1日枝条萌芽率达到60 %，所需天数为30 d；最后是对照，1月7日枝条萌芽率达到60 %，所需天数为38 d。T25处理红地球葡萄的枝条萌芽率达到60 %比T20处理提前4 d结束，T25处理红枝条萌芽率达到60 %比对照提前12 d，T20处理枝条萌芽率达到60 %比对照提前8 d。

3种处理红地球葡萄枝条萌芽率呈逐步上升趋势(图4)，其中T25处理枝条萌芽率达到60 %最早，1月11日达到60 %，所需天数为39 d；其次是T20处理，1月17日枝条萌芽率达到60 %，所需天数为45 d；对照2月9日枝条萌芽率达到60 %最晚，萌芽所需天数为67 d。T25处理红地球葡萄枝条萌芽率达到60 %比T20处理提前6 d，T25处理红地球葡萄的枝条萌芽率达到60 %比对照提前28 d，T20处理红地球葡萄的枝条萌芽率达到60 %比对照提前22 d。

图4 塑料大棚中红地球葡萄枝条萌芽日期及萌芽所需天数Fig.4 Plastic greenhouse shoots sprouting date and number of days of Red Globe Grape

表1 日光温室红地球葡萄需热量的值

注：小写字母P<0.05，结果表示为：M±SD。

图3～4说明，地温是影响设施内葡萄枝条萌芽的重要限制性因子，塑料大棚由于无墙体蓄热地温较低，常温管理下比日光温室葡萄枝条萌芽所需时间长，2种设施内均可通过提高土壤温度明显缩短萌芽前期。

2.3 日光温室和塑料大棚红地球葡萄需热量对比

2.3.1 日光温室红地球葡萄需热量值得对比分析 在6种模型估算下，T25处理和T20处理均与对照之间存在显著性差异(表1)；其中平均温度累积模型和最大积温模型T25处理与T20处理之间也存在显著性差异。T25处理萌芽前期所需时间最短，需热量值最小，其次是T20处理，对照萌芽前期所需时间最长需热量值最大。3种处理下红地球葡萄的需热量值在6种模型中各不相同，随地温升高需热量降低。

2.3.2 塑料大棚红地球葡萄需热量值得对比分析 由表2可知，在6种模型估算下，T25处理和T20处理均与对照之间存在显著性差异；其中平均温度累积模型和生长度小时模型的T25处理与T20处理之间也存在显著性差异。采用6种模型对塑料大棚中红地球葡萄的需热量进行估算，3种处理下红地球葡萄的需热量值各不相同。其中T25处理萌芽前期时间最短，需热量值最小，其次是T20处理，对照处理萌芽前期所需时间最长需热量值最大。

由表1～2看出，6种模型都是以气温为依据估算需热量，但在同一设施内，地温不同红地球葡萄需热量也不同；6种模型需热量变化趋势相似，即随地温升高需热量减少；在2种设施内相同地温条件下，6种模型估算的需热量塑料大棚均高于日光温室。

2.4 2种设施内6种需热量模型优劣的比较

2.4.1 2种设施内6种需热量模型变异系数的对比 在2种设施内，通过对6种需热量模型变异系数进行比较，有效积温模型和生长度小时模型的变异系数相对最小(表3)，平均数分别为16 %和17 %；而温度最大值模型和平均温度累积模型的变异系数相对最大，分别为25 %和24 %；最大积温模型和热量模型的变异系数平均值相同，都为20 %。热量模型在2种设施间的差异比较小，稳定性更高。

表2 塑料大棚红地球葡萄需热量的值

注：小写字母P<0.05，结果表示为：M±SD。

表3 6种需热量模型在两种设施内的变异系数

表4 2种设施内需热量值无量纲化后的值

注：小写字母P<0.05，结果表示为：M±SD。

2.4.2 2种设施内需热量值无量纲化后的综合比较 由于6种模型的计算公式均不一样，不能直接进行比较，而且设置了不同梯度的土壤温度，这里有人为干扰因素，只有对照在自然状态，所以将2种设施内的对照需热量值进行均值无量纲化处理[20]，然后进行多重比较得到表4。6种模型两两进行比较可知，在日光温室中，平均温度累积模型和最大积温模型没有显著性差异，有效积温模型和生长度小时模型之间没有显著性差异，其他都有显著性差异。在塑料大棚中，最大积温模型、生长度小时模型和热量模型没有显著性差异，其他都有显著性差异。

结合表3～4，有效积温模型和生长度小时模型变异系数较小，且在2种设施内表现统一，差异不显著，所以有效积温模型和生长度小时模型比较稳定，较适宜设施栽培内葡萄需热量的估算。

3 讨 论

经过3年需冷量试验研究表明，在常规管理条件下，日光温室和塑料大棚的低温需冷量基本都能满足，而且前后时间相差不远，但需热量满足时间却相差甚远。日光温室红地球葡萄的需冷量是2014年12月2日满足，塑料大棚红地球葡萄的需冷量是12月10日满足，相差8 d，而在需冷量满足后，日光温室红地球葡萄于2015年1月9日结束萌芽，塑料大棚于2015年2月9日结束萌芽，时间比日光温室晚1个月，这与司海娣[21]的研究相同。究其原因是需热量无法满足造成的，塑料大棚的保温蓄热性能不如日光温室，无法满足萌芽需求，尤其是升温后，空气温度迅速升高而土壤温度上升缓慢，这种地温与气温不协调现象对塑料大棚葡萄的影响更大。本试验对2种设施内的土壤采取人工加热措施，在两种设施内对土壤温度所做3种处理中，T25处理葡萄最先开始展叶，最早结束萌芽，萌芽前期时间最短，由此确定在试验设计的温度范围内，土壤温度越高，需热量的值越小，本试验处理条件下，设施红地球葡萄枝条萌芽的较适土壤温度是(25±1)℃，这为设施葡萄促成栽培管理提供了理论指导，通过提高地温提前果实上市时间，增加经济效益。

落叶果树开花早晚，2个理论控制因子[22]的研究中，目前关注的热点多集中在果树休眠的相关研究，如采用不同的需冷量模型对不同果树的需冷量进行估算对比[23-24]、芽自然休眠诱导因子和相关基因研究，对需热量研究较少，在促早栽培中往往被忽略。葡萄的需热量具有遗传性，不同果树树种、品种的需热量存在差异[25]。本试验研究表明，红地球葡萄需热量的值，不仅在2种设施中不同，而且在同一设施内的不同土壤温度处理中也不相同，究其原因，在前人研究中，需热量值一直都以空气温度为基础，忽略地温的影响。就塑料大棚中的有效积温模型算出需热量值而言，T25是175 ℃，T20是203 ℃，对照是268 ℃，说明土壤温度对需热量有贡献，至于贡献是多少，贡献规律如何是本课题下一步的研究内容。

在2种设施内，通过6种需热量模型变异系数的比较研究，表明温度最大值模型、平均温度累积模型、最大积温模型的变异系数较大，且在2种设施内的差异比较明显，所以这3种模型对需热量的估算存在不稳定性；热量模型和最大积温模型的变异系数平均值相同，但热量模型在2种设施内的差异比较小，较稳定；而有效积温模型和生长度小时模型的变异系数最小，且在2种设施内的差异性也最小，比较稳定。再把2种设施内对照需热量均值无量纲化处理后，进行差异显著性分析，在日光温室中，平均温度累积模型和最大积温模型没有显著性差异；有效积温模型和生长度小时模型之间没有显著性差异，其他都有显著性差异，而在塑料大棚中，最大积温模型、生长度小时模型和热量模型没有显著性差异，其他都有显著性差异，所以唯有效积温模型和生长度小时模型差异不显著。结合各模型之间的变异系数和对照需热量均值无量纲化后的综合比较，认为有效积温模型和生长度小时模型较适宜设施栽培的需热量估算，本试验拟以有效积温模型和生长度小时模型为基础，引入地温贡献率，对需热量模型进行修正和完善。

4 结 论

在葡萄枝条萌芽前期两种设施内均存在土壤温度与空气温度不协调现象，尤其在塑料大棚中表现更为明显。

2种设施内T25处理萌芽前期最短且需热量值最小；T20处理次之；对照萌芽前期最长，需热量值最大。

在同一设施内，地温不同需热量值不同，采用6种模型需热量值变化都随地温升高而减少；在不同设施内葡萄需热量值不同，相同地温处理下塑料大棚内需热量值均大于日光温室。

通过比较6种需热量模型的变异系数，有效积温模型和生长度小时模型的变异系数最小，比较稳定；2种设施内对照的6种需热量值无量纲化后综合比较，有效积温模型和生长度小时模型在2种设施内均没有差异。

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(责任编辑 李 洁)

EffectsofSoilTemperatureonShootsSproutingofFacilitiesRedGlobeGrapeandEvaluationMethodofCalorificRequirement

DONG Yan, YIN Cui, SUN Li-xing, LUO Guo-an, ZHANG Ya-hong*
(School of Agriculture, Ningxia University, Ningxia Yinchuan 750021，China)

The effects of environment temperature on shoots sprouting stage and calorific requirement of Red Globe Grape were studied，and then the heat demand model of suitable facilities was selected. The red earth grape was used as the experimental material, and the soil temperature and the air temperature were collected by the automatic weather station. After the required cooling capacity was met,set up (25 ± 1) ℃ / (15 ± 1) ℃ (day / night) (hereinafter referred to T25) and (20 ± 1)℃ / (15 ± 1) ℃ (day / night) (hereinafter referred to T20) and CK (solar greenhouse temperature was 15℃, plastic greenhouses temperature was7 ℃，hereinafter referred to CK). Six models were used to statistic calorific requirement value of Red Globe Grape.(i) In the early stage of the buds of grape buds, the soil temperature and air temperature were not compatible with each other, especially in the plastic greenhouse.(ii) T25 had the shortest pre-emergence and minimum caloric value in T25 treatment, while T20 was the second one, and the control was the longest before germination. (iii)In the same facility, the difference of heat value between the different geothermal temperature and ground temperature was different, and the heat value of the six kinds of models need to decrease with the increase of ground temperature, and the heat value of plastic greenhouse was larger than that of solar greenhouse. (iv)The coefficient of variation, the effective accumulated temperature model and the growth hour model of the six kinds of caloric models were the least and the stability coefficients were relatively stable. The six kinds of caloric values in the two facilities were compared after dimensionless, there were no differences between Effective Accumulated Temperature Model and Grow Degree Hour Model. T25 was better than T20 in the early bud stage of red globe grape buds. The higher the soil temperature was, the smaller caloric value needed was. Effective Accumulated Temperature Model and Grow Degree Hour Model relatively were the optimal model.

Red Globe Grape; Shoots sprout stage; Soil temperature; Salorific requirement

1001-4829(2017)3-0669-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.3.033

S663.1

A

2016-04-16

国家自然科学基金(31360493)

董 艳(1990-)，女，宁夏固原人，设施园艺专业在读研究生，研究方向为果树学，E-mail: 429462276@qq.com，*为通讯作者：张亚红(1965-)，女，宁夏平罗人，教授，博士生导师，研究方向为设施园艺环境，E-mail: zhyhcau@sina.com。