内蒙古砖墙体日光温室番茄低温冻害指标研究

2020-07-23肖芳李云鹏杨玉辉吴昊

湖北农业科学 2020年7期

肖芳李云鹏杨玉辉吴昊

摘要：利用2017年12月至2018年2月内蒙古砖墙体日光温室的小气候观测资料，通过对日光温室内番茄生长发育资料及冻害影响因素的分析，建立了不同天气条件下温室内外最低气温回归模型，并确定了不同等级番茄冻害温室外最低温度指标。结果表明，日光温室番茄发生低温冻害不仅与日最低气温有关，而且与低温持续时间和相对湿度等有关。晴天、多云和阴天天气条件下，日光温室内日最低气温与温室外日最低气温的二次曲线拟合最优，相关系数分别为0.733、0.820、0.423。晴天、多云和阴天时番茄轻度冻害指标分别为 -18.5～-10.4 ℃、-10.6～-7.4 ℃、-8.4～-4.4 ℃，中度冻害指标分别为-20.5～-18.5 ℃、-13.0～-10.6 ℃、-11.4～-8.4 ℃，而重度冻害指标分别为≤-20.5 ℃、≤-13.0 ℃、≤-11.4 ℃。

关键词：日光温室;番茄;低温冻害;回归模型;内蒙古

中图分类号：S625.51 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）07-0117-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.07.024

Abstract： Based on microclimate observed meteorological data within a greenhouse from December 2017 to February 2018 in Inner Mongolia，the tomato growth data and frost damage factors were analyzed，and the regression models of daily minimum temperature inside and outside greenhouse under different weather conditions were established. Meanwhile，the minimum temperature index of different levels for tomato freeze injury was ascertained. The results showed that，the occurrence of low temperature and freeze injury for greenhouse tomato was not only related to the daily minimum temperature，but also to the duration of low temperature and relative humidity. The quadratic curve of daily minimum temperature inside and outside the greenhouse was fitted the best in clear，cloudy and overcast days，and the correlation coefficients were 0.733，0.820，and 0.423，respectively. The temperature forecast index for mild freeze injury was -18.5～-10.4 ℃，-10.6～-7.4℃，and -8.4～-4.4℃ in clear，cloudy and overcast days，the temperature forecast index for moderate freeze injury was -20.5～-18.5 ℃，-13.0～-10.6 ℃，and -11.4～-8.4 ℃ in clear，cloudy and overcast days，and the corresponding values for severe freeze injury were ≤-20.5 ℃，≤-13.0 ℃，and ≤-11.4 ℃ in three weather conditions，respectively.

Key words： greenhouse; tomato; low temperature and freeze injury; regression model; Inner Mongolia

设施农业是现代农业发展的重要形式，内蒙古设施农业在近年来大力发展，以日光温室和塑料大棚为主。目前设施果蔬的生产涉及春、夏、秋、冬各个季节，保证了光、热、水、气等资源的充分利用，这不仅可以减轻自然灾害对农业的损失，而且可以充分利用该区的光照资源，在科技引领下增加农民收入[1-3]。内蒙古东西跨度大，气候条件总体优越，但由于地处高寒地区，冬季漫长严寒，多寒潮天气，再加上日光温室设施农业生产的热量主要来源于太阳能，冬季生产过程经常受低温冻害的影响[4]。随着日光温室的不断发展，设施蔬菜低温冻害问題日益突出，因此，如何确定有效的低温冻害指标已成为该地区日光温室生产面临的重要问题。

番茄起源于热带及亚热带地区，是内蒙古主要的设施种植作物，其生长发育的最适温度为24～26 ℃，相对湿度为50%～70%[5，6]。番茄对低温较敏感[7]，当温度低于10 ℃时番茄生长发育受阻，当温度低至8℃时番茄生长缓慢，当温度低至5℃时生长停止[8]，出现-2～-1 ℃霜冻即可冻死[9]。低温冻害的研究越来越受到关注，其中相关学者就低温冻害对日光温室番茄光合特性和生理生化特性的影响等进行了研究，低温抑制植物的光合过程，使得叶片气孔和叶绿体结构发生改变，从而影响光合产物的合成、运输、转化和累积，最终导致品质及产量下降[10，11];低温冻害对POD、SOD、CAT等酶活性及MDA、Pro等渗透调节物质造成影响[12]。关于低温冻害指标的研究，主要集中在植物本身的耐冻性及日光温室内外温度对应关系方面[13，14]。然而在实际生产过程中，由于地区、温室结构和低温持续时间等不同导致蔬菜低温冻害的程度也不尽相同。因此，以单一温度的出现判别低温冻害是否发生和发生程度具有局限性。鉴于以上分析，本试验对内蒙古砖墙体日光温室进行了低温冻害发生时期气象因子的综合分析，以导致日光温室番茄发生低温冻害的最低气温和持续时间为基础，建立客观、定量的砖墙体日光温室室内低温冻害指标，旨在为日光温室蔬菜低温冻害监测和预警提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

本研究以内蒙古兴安盟突泉县的日光温室作为内蒙古典型砖墙体的研究站点，位于内蒙古自治区兴安盟西南部，地处大兴安岭松嫩平原和科尔沁草原的过渡地带，无霜期130 d左右，年平均气温5.0 ℃，年有效积温2 700～2 900 ℃，全年日照时间 2 900～3 100 h。研究区属于温带大陆性季风气候，温差较大，冬季寒冷时间长，12月至翌年2月为寒冷期，寒冷期极易发生低温冻害。试验选取的日光温室坐北朝南，具体参数见表1。种植作物为秋冬茬番茄，2017年8月6日育苗，10月1日定植，采用宽窄行方式种植，宽行距为80 cm，窄行距为50 cm，株距为30 cm，常规管理，每5 d记录1次番茄生长发育状况，主要包括发育期、病虫害和产量等。

1.2 數据来源

日光温室内小气候监测采用富景天策（北京）科技集团有限公司生产的TRM-ZS3型设施小气候观测仪，温度和湿度观测精度分别为0.1 ℃和2%，每10 min采集1次数据，仪器安装在日光温室中部，传感器距地面1.5 m。日光温室内气象资料使用2017年12月1日至2018年2月28日内蒙古兴安盟突泉县的逐时观测数据，包括气温、空气相对湿度和光照度。日光温室外气象资料使用2017年12月1日至2018年2月28日内蒙古兴安盟突泉县的国家基本气象站逐时观测数据，来自于内蒙古气象信息中心（站号50934），包括日最低气温、日最高气温、逐时气温和日照时间，剔除明显错误和缺测数据。

1.3 研究方法

按照农事活动和物候现象对季节的划分标准[15]，在现有资料序列中，以12月至次年2月代表冬季，主要研究冬季日光温室。试验资料在日光温室番茄生长季内进行观测，此时番茄正处于花果期，出现不同程度的冻害，低温冻害生理表征明显，实际观测温室内致灾指标与前人研究结果基本一致[16]。结合实际观测结果，定义内蒙古日光温室内气温≤5 ℃、 ≤3 ℃和≤2 ℃时分别为番茄受轻度、中度和重度低温冻害指标。温室出现轻度低温冻害表现为茎叶停止生长，植株顶端颜色变深，开花结果较少，减产率为10%以下;中度低温冻害表现为部分植株受冻死亡，植株叶片呈墨绿色，叶片皱缩，落花落果严重，减产率为30%以上;重度低温冻害表现为植株受冻，死亡率为40%以上，减产率为50%以上。

天气条件分为晴天、多云和阴天3种类型，晴天、多云和阴天的分类根据地面观测规范对天气条件的划分标准，即日平均总云量0～2成为晴天、3～8成为多云、8～10成为阴天。利用IBM SPSS Statistics 21.0统计软件进行数据处理、相关及回归分析，将不同天气条件下室内外观测资料进行回归分析，采用Origin 10.0绘制图表。

2 结果与分析

2.1 砖墙体日光温室小气候效应

不同天气条件下砖墙体日光温室内外日平均气温、日最低气温、日最高气温的监测数据见表2。由表2可知，晴天、多云、阴天温室内日平均气温比外界分别提高了26.6、25.5、23.1 ℃;温室外日最低气温为-12 ℃以上时，温室内日最低气温平均达6.0 ℃以上，能够保证番茄的正常生长;温室外日最高气温在-4 ℃以上时，温室内日最高气温平均达22～36 ℃，出现的时间比温室外最高气温偏晚1.0～1.5 h。不同天气条件下温室内日较差较大，晴天、多云、阴天温室内日较差分别为15.3、12.4、9.3 ℃;3种天气条件下温室内的空气相对湿度变化为67%～84%、74%～93%、87%～96%。

晴天温室的增温效果最优，其次为多云天气，阴天增温效果最差;温室内日较差晴天最大，阴天最小;多云温室内外最大温差出现时间晚于其他天气条件。

2.2 砖墙体日光温室内气温与温室外气温关系

晴天、多云和阴天天气条件下，砖墙体日光温室内日最低气温随温室外日最低气温变化而变化，二次曲线拟合见图1。从图1可以看出，晴天、多云和阴天时，砖墙体日光温室内外拟合的相关系数分别为0.733、0.820、0.423，阴天时温室内外日最低气温相关性较差，但均通过了0.01水平的显著性检验（表3）。与阴天时气温较低、光照不足、温室加盖防寒草苫导致温室内外最低气温变化规律被破坏等有关。温室内日最低气温与温室外日平均气温、日最高气温和日最低气温的线性回归模型表明（表3），晴天时，温室内日最低气温与温室外日平均气温、日最高气温和日最低气温的曲线拟合效果优于与温室外日最低气温单因子的拟合效果，相关系数为0.777;多云时拟合效果略有降低，相关系数为0.813;而阴天时拟合效果最差，相关系数仅有0.182。

2.3 砖墙体日光温室番茄低温冻害因子分析

2018年1月突泉县日光温室内出现了持续低温时段，监测数据显示晴天时，日光温室内最高气温上升，最低气温一般在凌晨前出现，因此日光温室内气温变化幅度较小;当多云或阴天时日光温室内气温一般会下降。1月温室内连续1周的最低气温低于5 ℃，最高气温大部分为15 ℃以上，低温冻害持续时段，除1月22日日光温室内气温≤5 ℃的持续时间达到了10 h，其余时间均小于10 h，最短的只有3 h（图2）。日光温室内平均空气相对湿度持续在60%以上，最大相对湿度为87%（图3），期间温室内种植的番茄处于果实膨大期，生长缓慢，较大的空气相对湿度会诱发灰霉病和晚疫病等病害的发生。在这持续1周的时间里不论是温度还是湿度都不利于番茄的生长，从而造成了番茄冻害的发生，最终导致产量下降。

2.4 砖墙体日光温室番茄冻害温室外最低温度指标

根据日光温室内外实际气温的调查资料，结合温室内外日最低气温拟合模型及实际冻害发生情况，得到内蒙古砖墙体日光温室在晴天、多云和阴天天气条件下番茄发生冻害的温室外温度指标（表4）。晴天、多云和阴天时发生轻度冻害的温室外日最低气温分别为-18.5～-10.4、-10.6～-7.4和-8.4～-4.4 ℃;发生中度冻害的温室外日最低气温分别为-20.5～-18.5、-13.0～-10.6和-11.4～-8.4 ℃;发生重度冻害的温室外日最低气温分别为≤-20.5、≤-13.0和≤-11.4 ℃。

3 结论

日光温室内番茄低温冻害的发生不受单一气候要素的影响，而是由较多要素综合作用所造成的，低温冻害不仅与温度有关，与日照、相对湿度和低温持续时间也存在较大关系，除此之外，不同天气条件下番茄发生低温冻害的气候要素也不尽相同。

根据统计分析结合冻害调查，确定了不同天气条件下内蒙古突泉县砖墙体日光温室番茄冻害温室外最低温度指标。晴天时，当温度低于-10.4 ℃就会发生冻害，当温度降至-20.5 ℃以下时，番茄就遭受重度冻害;而多云和阴天时出现冻害的温度为-7.4 ℃和-4.4 ℃，当温度下降至-13.0 ℃和-11.4 ℃时，番茄就会出現重度冻害。研究仅用了监测数据，另外温室内小气候还与其所处的具体位置、薄膜厚度及透光度等因素有关[17，18]，仍存在一定的局限性，在应用中需结合番茄品种、生育期及前期气象条件等因素。

温室内小气候主要与接收到的太阳辐射有关[19，20]，云量不仅影响太阳辐射强度，也影响日照时间。本研究根据云量将天气条件划分为晴天、多云和阴天，在以后的研究中应采取云量和日照百分率相结合的方法进行划分，以减少不同天气条件的误差。另外，在今后研究中应增加对太阳辐射要素的观测，以建立温室内温度与太阳辐射的关系。

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