开窗对设施大棚葡萄植株光合特性和果实品质的影响

江莉　牛先前　王鹏博　陈婷　刘鑫铭　谢倩　陈清西　雷龑

摘 要 以设施栽培条件下的‘巨峰葡萄为试材，研究设施大棚开窗对葡萄植株光合特性、果实品质的影响，以期为葡萄设施栽培模式改进提供理论依据。结果表明：通過自制拉杆在温度高于35 ℃的天气开窗，9：00-15：00开窗效果最佳，显著降低棚内温度6.1 ℃；同时设施大棚通风情况改善明显，棚内风速显著提高。开窗处理的植株叶片叶绿素总含量与CK无显著影响（P>0.05），但开窗处理的PSⅡ实际光合效率 Y（Ⅱ） 在  9：00和13：00均显著高于CK；13：00与CK相比提高12.4%，可能是开窗后棚内温度降低，减轻了PSⅡ系统胁迫。CK的叶片光化学淬灭系数qP持续增至13：00后下降，开窗处理在9：00显著高于CK，光合活性较好。在果实品质指标上，开窗处理的单粒质量比对照显著提高9.9%、可滴定酸含量显著降低、糖酸比显著提高，开窗后果实风味更佳。开窗处理病害等级为5级的最多，其次是4级，叶片受轻微日灼的数量较少，其中1级病害数量显著低于CK，开窗处理植株抗病性较强。开窗能有效改善设施环境小气候，对果实发育的关键时期具有积极意义，有利于植株叶片光合作用，进而改善果实品质，日灼病害减轻。在生产中可参照此方法开窗降温，可有效解决连栋设施大棚夏季热害问题，对简易连栋大棚栽培具有指导意义。

关键词‘巨峰葡萄；开窗；光合特性；果实品质

设施栽培通过覆盖塑料薄膜形成一个独特的小气候，使其适合作物生长，是介于封闭的温室栽培和露地栽培之间的一种类型，是一种特殊的设施栽培形式［1］。南方高温高湿环境下的授粉、结实率低，挂果期病害严重等问题通过设施栽培得到了有效的解决，同时随着设施栽培时间的延长，也陆续暴露出诸多问题：容易造成高温胁迫，南方自4月下旬开始直到10月底，大棚内每天有长达6～8 h的时间超过35 ℃，棚内温度最大值达  65 ℃［2］。超过植株正常生长的高温容易使叶片黄化严重，造成叶片及果实日灼，部分果穗容易出现干枯［3］，并且会造成生理落果严重、果皮粗糙、糖酸比下降、品质低劣等问题［4］。

近年来，闽东北地区葡萄产业迅速发展，已成为福建省葡萄主产区之一，80%采用连栋的设施栽培模式，部分葡萄种植者缺乏对设施环境的了解，栽培方式的盲目改变，造成只生产不丰产。因此，果实生育后期应注意设施通风换气［5］。本试验在设施环境微气候的研究基础上，对2种不同模式的大棚进行试验，比较开窗大棚的微气候、抗逆性、 产量及品质等，以期获得适宜福建省设施大棚的通风方式，为福建省设施葡萄产业提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于福建省福安市赛岐镇象环村葡萄示范基地（东经119°40′，北纬26°56′），该区属亚热带季风气候区，海拔150 m，无霜期280～  290 d，年平均气温18.1 ℃～19.8 ℃，7月平均气温在  28 ℃以上，夏季最高气温38.5 ℃，近5年极端最高气温达到39.3 ℃。年积温5 700 ℃～  6 500 ℃，壤土。

1.2 试验材料

供试材料为11 a生设施大棚‘巨峰葡萄植株，南北行向，株行距3.00 m×2.25 m。连栋拱顶避雨棚，单个大棚长50.0 m，宽5.0 m，高3.5 m（图1）。田间管理水平一致。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 以试验地4个大棚为试材，其中3个作为处理组开窗，1个作为对照组不开窗（图2）。试验随机区组排列，处理组和对照组各选取90株，共180株。自2019-04-02至2019-07-31进行定点观测。

大棚两侧每5.0 m安装一个简易拉杆装置，左右两侧均装10个拉杆。将塑料薄膜底部平行沿横向PVC导管缠绕一圈，将两个塑料扣环卡紧两端，垂直薄膜方向的PVC导管作为伸缩拉杆。开窗时，沿棚顶方向斜向上推动拉杆，至天窗完全打开，拉杆底部固定在大棚两侧肩管上，天窗最大宽度为1.2 m（图3）。当天气晴朗，棚内温度超过35 ℃时，昼夜循环无间断用此方法开窗通风降温，为植株生长提供有利的生长发育环境，当降雨天时，则用拉杆将薄膜拉下闭合，保障无雨栽培环境，棚内湿度适宜。生物学特性依据《田间试验与统计分析》［6］进行观测登记。

1.3.2 物候期观察 根据《葡萄种质资源描述规范和数据标准》［7］进行物候期观察，主要观测浆果快速膨大期、浆果转色初期、浆果完全转色期、浆果始熟期和浆果成熟期。

1.3.3 环境因子观察 从花期开始直至果实成熟选择3个大棚进行环境因子观测，记录棚内外温湿度变化。总结棚内温湿度变化规律，研究夏季高温天气最佳开窗时间段。

1.3.4 叶幕微环境测定 参照明道绪［6］的方法，温湿度数据测定采用5点取样法，选定5株测定叶幕周围温度、相对湿度和风速。

1.3.5 叶片生理指标测定 在浆果始熟期采集叶片测定指标，叶绿素含量测定参考高俊凤［8］的方法；叶片含水率的测定采用烘干法。

叶绿素荧光参数测定：各果实发育期选择晴朗的天气于9：00-17：00 选取植株中部枝条第  5～6节充分见光的功能叶进行标记，每2 h测定1次，每处理测定3片健康叶片，经30 min暗处理后，利用Image -PAM荧光仪（德国Walz公司）测定叶绿素荧光参数［9］：PSⅡ实际光合效率Y（Ⅱ）、电子传递效率（ETR）、光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭系数（NPQ），测定时选择红蓝光源。

1.3.6 叶片日灼数量统计 葡萄果实成熟后于高温天进行病害观测统计。每处理片区随机调查5株，试验重复3次，取平均值［10］。叶片日灼病害分级（以发病叶面积占整个叶面积的比例为分级标准）：0 级（无病）：0%；1 级：≤5%；2 级：6%～10%；3 级：11%～25%；4 级：26%～50%；  5 级：>50%。

发病率＝病株数/小区葡萄总株数×100%

1.3.7 果实品质测定 待葡萄进入盛果期开始进行果实品质测定。采收完全成熟的果实，即果实可溶性固形物达到最高。各处理随机采集3串果穗，从果穗各个方位随机共选取10个果混合测定果实纵横径、果形指数、单粒质量，取其平均值。可溶性固形物测定：采用手持式折光仪测定［11］；糖酸比=可溶性糖含量/可滴定酸含量×100%；可溶性糖含量测定采用苯酚法；可滴定酸含量采用酸碱滴定法［12］测定；维生素C含量采用滴定法［13］测定；花色苷含量采用pH示差法［14］测定。试验重复3次，取平均值。

1.4 数据分析

试验数据使用Excel 2007软件整理，利用SPSS 17.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 物候期观测

在葡萄生长不同时期，园区随机调查5株树开展物候期观察记载。福安市连栋设施葡萄自5月开始进入浆果快速膨大期，6月份进入转色期，7月底完全成熟（表1、图4）。

2.2 棚内外环境因子观察

2.2.1 设施葡萄园棚内外温湿度比较 由图5可看出，在葡萄生长的关键阶段，对棚内外温湿度监测比较得出，从4月初至7月底，由于棚内通风散热较差，棚内最高温始终高于棚外温度，最低温也基本高于棚外，棚内温度最高比棚外高8.8 ℃。棚外最高温在7月只有11 d高于35 ℃，而棚内最高温有43 d高于35 ℃，在高温天气达45 ℃，超过葡萄生长上限10 ℃。7月以后棚内外温度差异最大，昼夜温差大，此时正值葡萄成熟阶段，有利于糖分积累。棚内平均湿度显著高于棚外，设施栽培造成高温高湿的微气候，营造了不利葡萄正常生长且易滋生病虫害的环境。

2.2.2 开窗对叶幕微环境的影响 由图6可看出，开窗对温度有显著影响，白天正午高温时间段开窗能显著降低棚内温度，最高降温6.1 ℃，有利于减轻正午高温胁迫对植株光合作用的影响。开窗对湿度有时间段性的影响，开窗在白天显著降低棚内湿度，晚上开窗棚内湿度高于棚外。开窗改善了设施大棚通风情况，显著提高了棚内风速。

2.3 开窗对设施葡萄光合特性的影响

2.3.1 开窗对设施葡萄叶绿素含量的影响 由图7可知，开窗处理一定周期后，果实成熟期植株光合特性趋于稳定，测定叶绿素含量，结果表明开窗处理叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总含量略低于CK，但无显著影响（P>0.05）。以上表明，开窗处理在植株生长过程中对促进葡萄叶片叶绿素合成无显著影响。

2.3.2 开窗对设施葡萄叶片含水率的影响 由图8可知，在一天的变化中，开窗处理含水率持续升高至13：00而后持续降低，CK处理的含水率从9：00开始持续脱水下降至13：00以后上升，在13：00显著低于开窗处理，其他时间点无显著差异。可能是CK处理棚内温度较高，叶片受到高温胁迫容易失水，而开窗处理叶片活性较高，有利于光合作用。

2.3.3 开窗对设施葡萄叶绿素荧光参数的影响 由图9可知，在一天的变化中，开窗处理的  PSⅡ实际光合效率Y（Ⅱ）始终高于CK，分别在13：00和11：00达到峰值而后均在15：00降至最低值，开窗处理在9：00和13：00均显著高于CK；二者在13：00后变化趋势一致，在15：00后胁迫均慢慢恢复。开窗处理的Y（Ⅱ）略高于CK，  13：00时与CK相比提高了12.4%，可能是开窗处理的降温效果减轻了PSⅡ系统胁迫。

CK表观电子传递效率（ETR）在11：00和15：00出现2个峰值，最低值出现在13：00，开窗处理持续增至15：00而后下降，13：00后开窗处理的ETR均高于CK，但无显著差异。在一天的变化中，CK变化幅度较大。

CK叶片光化学淬灭系数qP持续增至13：00后下降，变化幅度较小；开窗处理变化幅度较大，在11：00降至最低，在13：00达到峰值后下降。开窗处理在9：00顯著高于CK，光合活性较好。

非光化学猝灭系数（NPQ）2种处理表现不一，开窗处理呈先升后降的变化趋势，在11：00下降至最低值，和13：00与开窗处理均有显著差异；17：00开窗处理非光化学猝灭系数（NPQ）显著高于CK，较CK提高了64.7%。光保护能力综合来看开窗处理显著优于CK。

2.4 开窗对设施葡萄叶片日灼数量的影响

在葡萄生长发育期间对叶片日灼数量进行统计分析，根据葡萄病害的分级标准，由图10可知，开窗处理病害等级为5级的最多，其次是4级，叶片受轻微日灼的数量较少，严重日灼的较多。其中开窗对1级叶片日灼数量有显著影响，1级病害数量比CK显著降低了46.9%（表2）；开窗处理的2级、3级和4级叶片病害数量低于CK，但无显著影响。日灼现象严重，危害部位主要是叶片，后期通过高温天连续开窗得到控制。综上所述：开窗处理抗病性较强，CK抗病性较弱。‘巨峰葡萄抗病性较强，但在设施环境栽培时要做好高温防控工作，降低棚内湿度，防止霜霉病。因此，生产上可以选择在夏季高温天气对设施大棚进行开窗处理。

2.5 开窗对设施葡萄果实品质的影响

由表3可知，开窗处理的葡萄单粒质量显著高于CK，比CK提高了9.9%，开窗处理果实可溶性固形物含量略高于CK，但无显著差异，可溶性糖含量显著高于CK，比对照提高了6.6%。开窗处理可滴定酸含量显著低于CK，糖酸比CK显著低于开窗处理，开窗后果实风味更佳。抗坏血酸含量开窗处理略高于CK，开窗处理提高了葡萄果实单粒质量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比及花色苷含量，降低了可滴定酸含量，说明改造树形可提高葡萄果实品质，改善果实风味。

3 讨  论

在福安市赛岐镇象环村种植基地对4个设施大棚进行统一的田间管理，由于大棚通风模式及对叶幕微环境的影响不同，不同处理表现的生长性状也有所不同。

3.1 连栋设施大棚微环境对果实发育的影响

福建省属于高温高湿的亚热带季风气候，有利于葡萄的提早成熟。良好舒适的环境条件是葡萄安全生产的必备条件之一，叶幕温度也是影响葡萄生长发育的重要环境因子。本研究表明，连栋设施大棚的结构通风散热差，气温的季节变化呈逐渐上升趋势，棚内温度最高比棚外高8.8 ℃，6月份起棚内外温度差异显著，棚内温度在高温天气达45 ℃，超过葡萄生长上限10 ℃，而极端高温对葡萄正常生长发育有抑制作用。同时在葡萄整个生长期内，棚内湿度显著高于棚外，此设施微环境下，容易造成果实生长发育不良、病害严重。

3.2 开窗对设施葡萄叶幕微环境的影响

植物生长都需要适宜的温度，设施栽培环境不同于露地栽培，温湿度记录结果表明，夏季高温天气棚内温度和湿度显著高于棚外，棚内高温高湿环境不利于葡萄生长，易滋生病虫害［15］。由于夏季正午温度过高，超过葡萄正常生长范围，葡萄遭受明显的高温胁迫，植株的光合活性受到影响。在葡萄成熟后期，由于棚内湿度高，园内常有霜霉病发生，影响葡萄果实外观品质以致影响出园价格，因此，需探索不同的栽培模式以解决现状问题。就叶幕微环境来看，开窗处理的葡萄植株温度降低，白天开窗降低了湿度，抗病性强，且改善了棚内通风。从连续几天观察的温度变化来看，开窗明显降低了3 ℃～6 ℃，把温度控制在葡萄生长的正常范围，大棚两侧开窗通风能有效将热气散出，解决连栋设施大棚栽培难题，开窗通风对大棚的夏季降温效果显著［16］。

3.3 开窗对设施葡萄光合特性的影响

温度与光合系统效率息息相关，高温影响植物正常生长，植物若长期在亚高温环境中生长会出现植株徒长，叶色减淡，叶片和根系生长受抑制、植物早衰等一系列生长受阻问题。葡萄起源于森林藤蔓植物，最适宜的生长温度为25 ℃～  30 ℃，当气温升至38 ℃～42 ℃时葡萄停止生长甚至死亡，欧洲葡萄品种致死高温是49.5 ℃，高温对葡萄的伤害包括以下几个方面：高温破坏叶绿素结构、生物膜和蛋白质，影响光合作用进行；高温使气孔导度长时间处于开而不闭的状态，过度蒸腾导致水分流失；高温增强了呼吸消耗，减少了树体的养分积累［17-19］。

光合作用是果树产量形成的基础，而高温对植物的光合作用影响显著，光合作用的任一环节受到干扰都会影响植物生长结果。许多品种在15 ℃～27 ℃的温度下呈现出相当高的光合速率［20］。张广华［21］研究表明：温度为15 ℃～35 ℃时，光补偿点、CO2饱和点和补偿点随着温度的升高逐渐增大。高温胁迫主要伤害类囊体片层光化学反应中心和叶绿体基质碳代谢中心［22］，PSⅡ属高度热敏感的光系统，高温胁迫可使其功能部分甚至完全丧失［23］。不少研究表明高温不利于葡萄的生长发育，吴月燕［24］在藤稔葡萄上的试验表明，42 ℃的高温胁迫致使葡萄叶片的光合速率显著下降，影响细胞分裂和细胞膨大。本试验结果表明，通过开窗的方法通风散热，尽可能减轻高温对葡萄叶片的光合胁迫，在正午通过降低温度提高了叶片含水率，叶片活力优于对照，进而提高了实际PSⅡ实际光合效率Y（Ⅱ）和电子传递效率（ETR），改善了植株光合性能。

3.4 开窗对设施葡萄果实品质及叶片日灼抗病性的影响

在果实品质方面，各处理果实具有良好的外观品质，果面颜色鲜艳、果实大小均匀。果实风味上，不同处理的设施葡萄可滴定酸含量、可溶性糖含量、糖酸比存在显著差异。开窗对花色苷含量有显著促进作用，处理果皮着色更好，这与温度对花色苷遗传组分影响有关。相关研究研究表明，葡萄在浆果成熟阶段，夜间温度较低时加快了花色苷积累，分子分析显示花青素中4个关键基因的转录增加处理中的生物合成（CHS3，F3H1，MYBA1和UFGT）［25］。这些结果表明凉爽的夜气候，花色苷的生物合成能力得到增强。

高温是导致叶片受日灼的重要因素，本试验调查日灼情况结果表明，开窗处理的5级叶片日灼数量显著低于CK，这跟开窗降低了棚内温度有关，开窗处理的葉片含水率更高，叶片日灼病情减轻。

4 结  论

温湿度实时监测结果表明，棚内平均温度在7月份（果实成熟期）高于30 ℃，超过葡萄生长适宜温度范围；开窗试验结果表明，在9：00-15：00开窗能有效降低棚内温度3 ℃～6 ℃，湿度降低了10%，棚内风速显著提高，改善设施环境小气候，对果实发育的关键时期起改善促进作用，开窗处理实际光合效率Y（Ⅱ）在13：00显著提高，进而改善果实品质，单粒质量比CK提高了9.9%；日灼病害减轻，叶片1级病害数量比CK显著低46.9%。针对连栋设施大棚夏季热害的问题，在生产中可参照此方法开窗降温，对简易的连栋大棚栽培具有指导意义。

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Effects of Windows Opening  on Photosynthetic Characteristics and Fruit Quality of Grape Plants in Greenhouses

JIANG Li NIU  Xianqian1，WANG Pengbo2，CHEN Ting3，LIU Xinming3，XIE Qian2，CHEN Qingxi2   and LEI Yan3

Abstract Taking the ‘Kyohogrape  grown under facility cultivation as the test material， the effect of opening windows in  greenhouses on the photosynthetic characteristics and fruit quality of grape plants was investigated.  This study  provides a theoretical basis for improving facility grape practices. The results showed that the opening windows from 9：00 to 15：00，  using a self-made pull rod， had the most significant effect when the temperature exceeded  35 ℃， resulting in a remarkable 6.1 ℃ reduction in shed temperature.The ventilation of the greenhouse improved significantly， and the wind speed inside the shed  noticeably. increased. The total chlorophyll content of the leaves of the fenestrated plants  did not differ significantly from the control （CK） group （P>0.05）. However， the actual photosynthetic efficiency Y（Ⅱ） of PSⅡ in the fenestrated treatment was significantly higher than CK at 9：00 and 13：00， with a 12.4% increase at 13：00， attributed to the decreased shed temperature after window opening， relieving stress on the PSⅡ system.The leaf photochemical quenching coefficient qP of CK continued to increase until 13：00 and then decreased， while the windowing treatment was significantly higher than that of CK at 9：00， and the photosynthetic activity was better. In terms of fruit quality indicators， the single-grain quality of the window treatment  resulted in a significant   9.9% increase in single-grain quality compared to CK.The titratable acid content was significantly reduced， the sugar-acid ratio  significantly increased， and the fruit flavor was better after the window   opening.Window treatment demonstrated the highest  disease grade  5， followed by grade 4. The number of leaves exposed to slight sunburn was lower， and the number of diseases at grade 1 was significantly lower than that of CK，indicating improved disease resistance in the window-treated plants.    Opening windows effectively improve the microclimate in the facility environment and proved beneficial  during  the critical period of fruit development by promoting leaf photosynthesis，   improving fruit quality and reducing sunburn. In production，  window opening provides an effective  cooling solution for multi-span greenhouses， particularly during summer. This study offers valuable guidance for  simple multi-span greenhouse cultivation.

Key words‘Kyoho grape；Opening window；Photosynthetic characteristic；Fruit quality

Received2022-04-14Returned 2022-09-10

Foundation item Ministry of Finance and Ministry of Agriculture and Rural Affairs： China Agriculture Research System （No.CARS-29）; Special Project for the Construction of Fujian Agriculture Research System ［Min Cai Jiao Zhi （No.2020） No. 74］; Fundamental Research Project of Provincial Public Welfare Research Institutes （No.2020R10280013）; Science and Technology Innovation Team of Fujian Academy of Agricultural Sciences （No.CXTD2021009-2）.

First author   JIANG  Li ， female， master，research assistant.Research area： fruit tree physiology and ecology. E-mail：18900296903@163.com

Corresponding   author LEI Yan， male， Ph.D， associate research fellow， master supervisor.Research area：fruit tree breeding and cultivation technology. E-mail： lxmy2010@163.com

CHEN Qingxi， male，Ph.D， professor， doctoral supervisor.Research area：horticultural plant cultivation physiology. E-mail：cqx0246@163.com

（責任编辑：潘学燕 Responsible editor：PAN Xueyan）

收稿日期：2022-04-14修回日期：2022-09-10

基金项目：国家现代农业产业技术体系（CARS-29）；福建省现代农业产业技术体系建设专项［闽财教指（2020）74号］；省属公益类科研院所基本科研专项（2020R10280013）；福建省农业科学院科技创新团队建设（CXTD2021009-2）。

第一作者：江 莉，女，硕士，研究实习员，主要从事果树生理与生态研究。E-mail：18900296903@163.com

通信作者：雷 龑，男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事果树育种与栽培技术研究。E-mail： lxmy2010@163.com

陈清西，男，博士，教授，博士生导师，主要从事园艺植物栽培生理的教学和科研工作。E-mail： cqx0246@163.com