土壤溫度對設施葡萄枝條芽萌發和需熱量的影響

羅國安 張亞紅 孫利鑫 張曉麗 耿曉玲

摘要：以5年生紅地球葡萄為材料，在設施葡萄揭蓋蓄熱后進行根域加熱處理，并記錄紅地球葡萄枝條芽萌發情況，采用6種需熱量模型統計芽的需熱量值，并進行對比分析。結果發現，土壤溫度提高，葡萄枝條芽萌發的時間和需熱量均顯著減少，且塑料大棚內的效果較日光溫室更好;土壤溫度相同時，日光溫室內的紅地球葡萄枝條芽的萌發時間較塑料大棚均較小，但需熱量值則較大。結果表明，葡萄枝條芽的萌發和需熱量與根域溫度關系密切，將為設施葡萄的促早栽培提供參考。

關鍵詞：設施葡萄;根域加熱;萌芽;需熱量

中圖分類號： S663.104? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）05-0110-04

收稿日期：2017-10-24

基金項目：國家自然科學基金（編號：31360493）。

作者簡介：羅國安（1992—），男，安徽宿松人，碩士研究生，研究方向為園藝設施與環境調控。E-mail：1558553656@qq.com。

通信作者：張亞紅，博士，教授，主要從事農業氣象與環境調控方面的研究工作。E-mail：zhyhcau@sina.com。

設施栽培是鮮食葡萄種植的主要方式，利用日光溫室、塑料大棚等保護設施來調控環境條件，實現果品成熟期提前和品質提高。這種栽培方式自20世紀70年代在我國北方地區發展[1]，已成為果農收入提高的重要途徑。

同其他落葉果樹一樣，設施葡萄芽的萌發時間理論上由2個因子控制：一是休眠期的需冷量，只有滿足一定的低溫積累才能打破芽的自然休眠，反之則會造成營養生長和開花結實的異常[2];二是萌芽期的需熱量，設施葡萄在休眠結束之后，需要有一定的熱量積累才能正常地萌芽展葉。葡萄的促成栽培主要是對休眠期的調控，即通過破休眠劑或集中預冷來提早結束休眠，以前的研究也多集中在休眠期的需冷量，如楊天儀等利用0～7.2 ℃模型[3]、高東升等利用猶他模型[4]、章鎮等利用0～7.2 ℃模型[5]、王海波等利用3種不同模型[6]測定不同品種葡萄的需冷量。關于萌芽期的需熱量較少，王西成等利用生長度時模型和有效積溫模型估算江蘇14個設施品種葡萄的需熱量[7]，奚曉君等則利用生長度時模型估算上海4個設施品種葡萄的需熱量[8]。

以上研究均以需熱量和需冷量值為基礎，進而研究它們的關系，但未涉及土壤溫度，而關于土壤溫度與落葉果樹生長發育的研究有：司海娣研究發現土溫和氣溫的差異性導致日光溫室中葡萄比塑料大棚中的萌芽早[9]，王連榮等將設施早露蟠桃地上部接受正常自然休眠，根系接受不同溫度處理，發現高溫可以使花芽提前解除休眠[10]，王世平等研究發現桃促成栽培早期土壤溫度提高10 ℃，各物候期均早于未加溫處理2～5 d[11]。為探討土壤溫度對設施葡萄枝條芽的萌發和需熱量的影響，在枝條芽自然休眠結束后，設置不同的土壤溫度，研究土壤溫度對芽的萌發和需熱量的影響。

有研究已對土壤溫度對枝條芽萌發的生理及需熱量的影響進行了初步探討[12-15]，在上述研究的基礎上，本試驗對根域溫度與葡萄枝條芽的萌發和需熱量的關系進行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

寧夏永寧縣小任果業有限公司位于寧夏銀川市永寧縣勝利鄉，所采用的塑料大棚長96 m，跨度16 m，脊高4 m，鋼架結構，覆蓋和保溫材料分別為PE膜和棉被，供試葡萄為紅地球（Vitis vinifera），2007年種植，南北行向，株行距：0.5 m×1.3 m。日光溫室長88 m，跨度9 m，脊高4 m，鋼架結構，覆蓋和保溫材料分別為PE膜和棉被，供試葡萄為紅地，2006年種植，東西行向，株行距：0.5 m×1.3 m。

1.2 試驗時間及地點

試驗于2014—2016年的11月至4月在寧夏永寧縣小任果業有限公司葡萄基地進行。

1.3 根域溫度加熱試驗

連續3年對塑料大棚和日光溫室內紅地球葡萄扣棚反保溫管理，休眠期間將棚內氣溫控制在0～7.2 ℃，以滿足紅地球葡萄需冷量。塑料大棚和日光溫室分別在12月初進行升溫管理（保溫被白天揭開夜間覆蓋），同時對土壤溫度做以下處理：選擇3個大小相同區域，其中2個區域分別將土壤溫度利用發熱電纜加熱（表1），選擇生長良好的10行葡萄（共250株），在距離葡萄主根40 cm處地表下30 cm鋪設電熱線（電熱線固定在納米材料板上）之后覆土，覆蓋黑色地膜保溫，外接控溫儀控制溫度（控溫儀設置斷電溫度為理論溫度+1 ℃）。另外區域作常溫處理（CK）即地面覆蓋黑色地膜，維持正常土溫。安裝加熱設備后，在每個處理地表下（離葡萄根系30 cm）垂直方向10、20、30 cm處埋設溫度探頭，重復2次，試驗采用完全隨機區組設計，2行（50株）為一小區，重復3次，每個處理間設置保護行。

1.4 空氣溫度和土壤溫度的監測

日光溫室：采用美國Campbellsci公司的CR800數據采集器和相關傳感器， 對CK行1.5 m處的氣溫和0.2 m 深度的土溫進行測定。美國Campbellsci公司的CR10X-2M數據采集器和相關傳感器，對處理行1.5 m處的氣溫和0.2 m深度的土壤溫度進行測定，數據每15 min采集1次。

塑料大棚：采用美國Campbellsci公司的CR3000數據采集器和相關傳感器，對處理行1.5 m處的氣溫和0.2 m處的土溫進行測定。用溫度記錄儀（浙江杭州澤大儀器有限公司）對CK行 1.5 m 處的氣溫和0.2 m處的土溫進行測定。

1.5 測定方法

1.5.1 休眠結束期的確定 塑料大棚在揭蓋蓄熱之后，立即給葡萄枝條芽涂抹生石灰水并進行根域加熱處理，將根域加熱的日期作為其休眠結束期（表2）。

1.5.2 萌芽率的統計 每個處理選取10株生長良好的葡萄并對其1年生枝條上的芽進行露綠期統計，葡萄開始露綠后每3 d對每個處理的葡萄芽的萌發率進行統計，直至萌發率≥50%，此時即為萌芽期。

萌發率=（露綠期的芽數目）/（總芽數）×100%。

露綠期：從新芽顏色能透過絨毛看到，到嫩芽最外面一片葉子的邊緣可見。

1.5.3 需熱量的計算 采用6種模型計算需熱量值，計算方法如下：（1）溫度最大值累計模型[16]：用溫度最大值（計作ACT max ℃）表示，ACT max ℃=∑（t日最高溫度） ℃;（2）平均溫度累計模型[16]：用溫度平均值（計作ACT med ℃）表示，ACT med ℃=∑（t日平均溫度） ℃;（3）熱量模型[17]：用日最高氣溫與最低氣溫之 差的累計值表示（計作Heat ℃），Heat ℃=∑（t日最高溫度-t日最低溫度） ℃;（4）生長度小時模型[18]：用每小時給定的溫度（t小時）所相當的熱量單位（記作GDH ℃）表示。t小時≤4.5 ℃時，GDH ℃=0 ℃，4.5 ℃< t小時<25.0 ℃時，GDH ℃=t-4.5 ℃，t小時≥25.0 ℃時，GDH ℃=20.5 ℃;（5）有效積溫模型[19-20]：有效積溫=∑（t日平均溫度-t生物學零度），單位為 ℃;（6）最大積溫模型[21]：最大積溫=∑（t日最高溫度-t生物學零度），單位為℃。

2 結果與分析

2.1 2種設施內的空氣溫度和土壤溫度分析

研究發現，在需冷量滿足后，氣溫和土溫均呈現上升趨勢，且氣溫比土溫上升快，其中氣溫能夠滿足枝條芽萌發的溫度條件，但是土溫卻一直維持在8 ℃左右，影響根系的萌動。塑料大棚3年氣溫平均最高值為15 ℃，最低值為10 ℃，平均值為13 ℃;塑料大棚3年土溫平均最高值為11 ℃，最低值為7 ℃，平均值為9 ℃（圖1）。

研究發現，在需冷量滿足后，氣溫和土溫均呈現穩定的趨勢，且氣溫比土溫更高，其中氣溫和土溫均能夠滿足枝條芽萌發的溫度條件。日光溫室3年氣溫平均最高值為25 ℃，最低值為17 ℃，平均值為20 ℃;日光溫室3年土溫平均最高值為17 ℃，最低值為11 ℃，平均值為15 ℃（圖2）。

2.2 不同設施紅地球枝條芽萌發的差異

研究發現，在2種設施內，不同土壤溫度下紅地球葡萄枝條芽的萌動時間均表現出差異性，一定的溫度范圍內，芽萌動時間隨土壤溫度的提高而提前。土壤溫度相同或未加熱時，日光溫室內紅地球枝條芽的萌動時間明顯早于塑料大棚內的紅地球。不加熱情況下，日光溫室內紅地球葡萄的萌芽進度要比塑料大棚內的快，且2014年、2015年、2016年萌芽50%相差的平均天數為33 d;而當根域溫度分別為20、25、27、32 ℃ 時，日光溫室內紅地球枝條芽萌發50%的日期較塑料大棚分別提前18、15、33、30 d（圖3）。

在2種設施內，紅地球葡萄的萌芽速度都隨著土溫的升高而提前，但2015年塑料大棚的CK、15 ℃和2016年日光溫室的27、32 ℃沒有差異，這表明土溫對于紅地球葡萄枝條芽萌發的促進是有上下限的;同一設施下，紅地球葡萄枝條芽的萌發進度表現出年際差異性，且塑料大棚的年際差異性要比日光溫室更大（圖3）。

2.3 土壤溫度對設施紅地球枝條芽需熱量的影響

用6種需熱量模型計算紅地球枝條芽的需熱量，并進行多重比較和變異度分析。結果發現，同一設施內，不同根域溫

度對于紅地球葡萄枝條芽需熱量的影響是顯著性的，在一定溫度范圍內，根域溫度越高，紅地球葡萄枝條萌芽的需熱量越小，相較于日光溫室，塑料大棚內枝條萌芽需熱量的值變異率大，表明土溫對塑料大棚內葡萄芽需熱量的影響更大;不同設施內，同一土壤溫度或未加熱條件下，用平均溫度累積模型、有效積溫模型、最大積溫模型、生長度模型統計的需熱量值均表現為日光溫室較大，用溫度最大值、熱量模型統計的需熱量值則表現為2種設施內差異性小，這表明設施類型會影響需熱量值的大小（表3）。

在2種設施內，用6個需熱量模型統計的需熱量變異系數的差異較大。在日光溫室內，6個需熱量模型的變異系數范圍為16%～24%，最小為平均溫度累積模型，最大為最大積溫模型，表明這6種需熱量模型均適于日光溫室內葡萄需熱量的統計;在塑料大棚內，6個需熱量模型的變異系數范圍為31%～141%，最小為熱量模型，最大值為有效積溫模型。平均變異系數低于30%的為溫度最大值模型和熱量模型，這表明溫度最大值模型和熱量模型適于塑料大棚內葡萄需熱量統計。

3 結論與討論

本研究發現在氣溫適宜條件下，土壤溫度在一定范圍內的升高能夠明顯促進葡萄枝條芽的萌發，顯著減少葡萄枝條萌芽的需熱量，且在塑料大棚內的效果更明顯，這與張福慶等的研究結果[22-24]相符。根系是樹體整體發育的基礎和中心，通過吸收水分、礦質養分和合成內源激素等途徑對葉片生長、碳素同化、花芽分化、果實發育等許多過程產生著影響[25]。張福慶等認為，土溫影響葡萄根系的活動，進而影響枝條芽的萌發[22]。De Barba等發現，升高土壤溫度會使云杉的萌芽時間提前[24]。孫魯龍等研究發現，土壤有效積溫與葡萄枝條芽的萌發有顯著性相關[25]。

同需冷量模型一樣，需熱量模型也是物候學模型[26]，不是以萌芽進程為基礎，在不同環境條件下其準確性不同，而不同設施類型便是不同的環境條件，所以需熱量模型在不同設施內的準確性具有差異性。本試驗中2種設施內紅地球葡萄芽的需熱量值差異性較大便是這個原因。對于葡萄需熱量的研究較少，奚曉軍等用生長度時模型統計上海設施內葡萄的需熱量，發現其值在9 113～10 722 GDH ℃[8]，王海波等用生長度時模型和有效積溫模型統計22個葡萄品種的需熱量值，發現二者介于9 976～12 541 GDH ℃或253～353D ℃[12]，本試驗日光溫室內紅地球葡萄需熱量的值接近他們的發現值，但塑料大棚內的與之相差較大。所以在引用需熱量值與實際生產應用時，應注意不同設施環境的差異性。

生長度時模型和有效積溫模型是最常用的2種模型。但與有效積溫模型相比，生長度時模型考慮了低溫的無效性、中溫的有效性、高溫的有限性，更符合自然條件。有效積溫模型雖然廣泛采用，但在萌芽期間，晝夜溫差較大時，會有較大誤差。盡管生長度時模型的溫度效應劃分較細，但在生態型有差異的地區仍會造成誤差，但相較于其他模型，生長度時模型仍是最適合實際生產應用的模型。本試驗中2種設施內生長度時模型差異性較大的原因是土壤溫度和空氣溫度。

日光溫室和塑料大棚的蓄熱性相差較大，所以土壤溫度和空氣溫度不同。在生產上，日光溫室的葡萄要比塑料大棚的早1個月左右上市，主要就是溫度的緣故。溫度是葡萄萌芽期最重要的環境因子[27]，土壤溫度影響地下部的生長發育，空氣溫度影響地上部生長發育，所以適宜的土溫同氣溫一樣重要。本試驗也表明，一定范圍內土壤溫度的升高能夠顯著性減少葡萄枝條芽的需熱量，促進日光溫室和塑料大棚內葡萄枝條芽的萌發。

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