桃新品種需冷量和需熱量評價(jià)及動(dòng)力學(xué)模型分析

郭天發(fā)，陳昌文，李 勇，吳金龍，熊仁次

(1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所，鄭州 450009)

0 引 言

【研究意義】落葉果樹解除自然休眠所需的有效低溫時(shí)數(shù)稱為需冷量(Chilling requirement)。果樹進(jìn)入休眠后，達(dá)到足夠的低溫累積才能解除休眠，否則即使條件適宜，也會(huì)出現(xiàn)花器官畸形或嚴(yán)重?cái)∮墒炱诓灰恢拢a(chǎn)量和品質(zhì)下降[1]。設(shè)施果樹栽培中，需冷量沒有完全達(dá)到就扣棚升溫而導(dǎo)致落花落果嚴(yán)重；在引種時(shí)，尤其是我國長江以南低緯度小山脈眾多地區(qū)、低海拔冬季氣溫較高地區(qū)，很多落葉果樹種植受到需冷量限制，品種有局限性，中、高需冷量的品種引種不能成功。隨著全球氣候變暖，中、高需冷量的果樹南移必然存在冬季低溫量不足而解除花芽休眠困難的風(fēng)險(xiǎn)[2，3]。準(zhǔn)確估算需冷量對于落葉果樹產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要[4，5]。【前人研究進(jìn)展】目前，我國不同果樹需冷量研究上應(yīng)用較多的評價(jià)模型是≤7.2℃模型[6]、0～7.2℃模型[7]和猶他模型(Utah model)[8]3種。還有1990年Erez就高溫對低溫的抵消效應(yīng)的作用機(jī)制提出了動(dòng)力學(xué)模型(Dynamic model)[9]，該模型以低溫累計(jì)過程中某種中間產(chǎn)物需要形成/降解達(dá)到一定產(chǎn)量的“次數(shù)”總和來衡量需冷量的高低(C·P(Chill Portion))，在低溫下果樹樹體內(nèi)中間產(chǎn)物合成/降解的循環(huán)次數(shù)要大于這個(gè)“次數(shù)總和”時(shí)，休眠結(jié)束。動(dòng)力學(xué)模型是最優(yōu)越的或者是與其它模型等效的一種冷量估算模型[10-12]。王力榮等[13]認(rèn)為某一地區(qū)特定氣候條件下某種需冷量估算模型的確定，是研究低溫需冷量的重點(diǎn)。【本研究切入點(diǎn)】不同地區(qū)環(huán)境的差異，能否真正意義上估算桃品種需冷量，需冷量是否能夠滿足成為決定栽培和引種成敗的關(guān)鍵因素。研究不同模型下桃新品種需冷量和需熱量及其關(guān)系。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究適用性較好且穩(wěn)定的動(dòng)力學(xué)評價(jià)模型應(yīng)用于鄭州地區(qū)冬季氣溫下需冷量的評價(jià)，估算近年培育的桃新品種需冷量和需熱量，分析二者間的關(guān)系，為新桃品種推廣和設(shè)施栽培扣棚時(shí)間的確定，以及選擇需冷量育種材料等提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料為選育的23個(gè)桃新品種，另選3個(gè)傳統(tǒng)品種為參照品種，枝條取自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所國家果樹種質(zhì)鄭州桃圃。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年秋季桃樹落葉后10月下旬開始統(tǒng)計(jì)田間溫度變化，以田間日平均溫度穩(wěn)定通過7.2℃的日期為有效低溫累積的起點(diǎn)，即2019年11月25日為采樣起點(diǎn)。每隔10 d田間采樣1次，每個(gè)品種采枝條3根，3次重復(fù)，剪去兩端，留約30～40 cm。提前將蛭石經(jīng)高壓滅菌鍋滅菌后填裝于10×5的穴盤中壓實(shí)澆水，將枝條基部剪成45°斜口扦插并澆透水，以后隔3～5 d澆1次水。溫室條件：溫度25℃，自然光照，空氣相對濕度50%～70%。田間溫度應(yīng)用ZW720遠(yuǎn)程溫濕度計(jì)(徐州法拉電子科技)每3～12 min記錄1次。表1

表1 日平均氣溫?cái)?shù)值(河南鄭州2019年)Table 1 Daily average temperature values (Zhengzhou, Henan Province, 2019)

1.2.2 測定指標(biāo)1.2.2.1 萌芽率

參照《桃種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[14]分級，連續(xù)培養(yǎng)3周后統(tǒng)計(jì)花芽各級別芽的個(gè)數(shù)，計(jì)算萌芽率。圖1

1.2.2.2 需冷量評價(jià)模型

利用≤7.2℃模型、0～7.2℃模型，猶他模型以及動(dòng)力學(xué)模型4種模型測定。表2

表2 猶他模型氣溫與冷溫轉(zhuǎn)換Table 2 Transformation of temperature and chilling unit for Utah model

1.2.2.3 需熱量評價(jià)模型

需熱量是指從內(nèi)休眠結(jié)束至盛花期所需的有效熱量累積，常用生長度小時(shí)模型和有效積溫模型進(jìn)行計(jì)算。(1)生長度小時(shí)模型(GDH℃)[15]：該模型用生長度小時(shí)(Growing degree hours ℃，記作GDH ℃)表示：每1 h給定的溫度(t，℃)所相當(dāng)于的熱量單位即生長度小時(shí)(GDH℃)計(jì)算：

(2)有效積溫模型(D℃)[16]：該模型用有效積溫表示(D℃)。有效積溫時(shí)根據(jù)落葉果樹的生物學(xué)零度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，有效積溫=Σ(日平均氣溫-生物學(xué)零度)。桃樹生物學(xué)零度為4℃[17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

R studio中‘chill R’包進(jìn)行需冷量和需熱量數(shù)值計(jì)算，用Excel 2010和SPSS 22.0軟件統(tǒng)計(jì)和分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然條件下4種模型估算的低溫積累量

研究表明，低溫從2019年11月15日開始累積，每天的低溫積累量逐漸增加。從2019年11月至2020年2月，4種模型估算的低溫積累量分別為1 162.0 h、886.0 h、836.0 CU、46.3 CP。其中，12和1月是低溫積累量最高的2個(gè)月。表3

2.2 4種模型估算的不同桃新品種需冷量

研究表明，23個(gè)桃新品種按果實(shí)類型分為普通桃、毛蟠桃、油桃和油蟠桃4類，品種間需冷量值差異較大，≤7.2℃模型相比于0～7.2℃和猶他模型數(shù)值總體偏大，誤差較大；動(dòng)力學(xué)模型下的需冷量值與0～7.2℃模型下的數(shù)值變化趨勢一致。

若以0～7.2℃模型為需冷量標(biāo)準(zhǔn)分類時(shí)，并無與瑪麗維拉(300 h)相接近的極短需冷量品種；與南方早紅接近(450～600 h)的8個(gè)品種可歸為短需冷量類，分別為中油蟠5號(hào)、中桃金飴、中桃金陽、中蟠19號(hào)、早黃蟠桃、中油金緣、中油丹玉、中油蟠9號(hào)；其余15個(gè)品種以曙光(600～900 h)為參照屬中需冷量類，分別是中油金帥、中油金黛、中桃金甜、中蟠7號(hào)、中蟠16號(hào)、中蟠11號(hào)、中油蟠6號(hào)、中蟠14號(hào)、中蟠10號(hào)、中蟠15號(hào)、中農(nóng)金輝、中蟠18號(hào)、中桃金蜜、中油金銘和中油金瑞。表4

表4 4種評價(jià)模型下不同品種需冷量的測定(鄭州地區(qū))Table 4 The chilling requirement of 4 models for the different cultivars

2.3 2種模型估算不同桃新品種需熱量

研究表明，隨著桃新品種需冷量升高，2種評價(jià)模型下各品種需熱量也逐漸升高。以生長度時(shí)模型估算的低、中需冷量品種需熱量分別在6 091.2～6 873.6 GDH℃、6 169.1～6 898.0 GDH℃；以有效積溫模型估算的分別在169.9～202.7 D℃、194.8～257.3 D℃。生長度時(shí)模型下，隨著需冷量的升高其需熱量變化趨勢不一致，而有效積溫模型估算出的需熱量與需冷量變化趨勢相似，有效積溫模型下估算的需熱量與其需冷量可能存在一定關(guān)系。需熱量高低與成熟期早晚并無關(guān)系，中蟠10號(hào)和中油蟠5號(hào)的成熟期基本相同，于6月下旬成熟，需熱量卻相差較大；中農(nóng)金輝和中桃金蜜需熱量相近，但成熟期前者早于后者1月左右。表5

表5 2種評價(jià)模型下不同品種的需熱量(鄭州地區(qū))Table 5 The heat requirement of 2 models for the different cultivars

2.4 不同評價(jià)模型下需冷量與需熱量的相關(guān)性

研究表明，4種需冷量評價(jià)模型下的需冷量值與有效積溫模型下的需熱量值之間存在正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.392、0.401、0.397、0.389；而與生長度時(shí)模型下的需熱量之間相關(guān)系數(shù)趨近于零，無顯著相關(guān)性，尤其是需冷量在0～7.2℃評價(jià)模型下，與生長度時(shí)模型下的需熱量相關(guān)系數(shù)方程為y=-0.019x+6 410.548，且相關(guān)系數(shù)為0。表6

表6 不同評價(jià)模型下需冷量與需熱量的相關(guān)性Table 6 Chilling and heat requirements and relationship between different models

2.5 4種需冷量估算模型優(yōu)缺點(diǎn)比較

研究表明，0～7.2℃模型和猶他模型在計(jì)算原理上存在一些不可控的定義性誤差，但易被人們理解和采納；動(dòng)力學(xué)模型雖然定義較為全面，但過程缺復(fù)雜，尚未被國內(nèi)積極推廣應(yīng)用。結(jié)合研究的評價(jià)數(shù)據(jù)，其中0～7.2℃模型、猶他模型和動(dòng)力學(xué)模型之間相關(guān)性較好，數(shù)據(jù)差異不大，與7.2℃模型相關(guān)性一般。在生產(chǎn)中0～7.2℃模型、猶他模型目前仍然為大部分地區(qū)可繼續(xù)推廣和應(yīng)用的需冷量評價(jià)模型；但在研究不同地區(qū)不同模型的優(yōu)越性時(shí)，動(dòng)力學(xué)模型可以作為一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)模型來分析。表7

表7 4種評價(jià)模型的差異比較Table 7 Comparison of four evaluation models of chilling requirement

3 討 論

需冷量估算模型是反映一段時(shí)間內(nèi)溫度與低溫積累之間關(guān)系的模型，不同氣候條件下的最適模型可能不一樣[18]。Allan等[22]采用猶他模型和動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算非洲南部亞熱帶地區(qū)低溫累積，不論在冬季溫暖或較寒冷地區(qū)，動(dòng)力學(xué)模型均能給出最好的解除休眠指示，而猶他模型只在冬季較冷地區(qū)有效。王力榮等[23]對桃品種需冷量模式的研究中，將猶他模型與低于7.2℃低溫模型進(jìn)行比較，認(rèn)為在河南鄭州0～7.2℃低溫模型較為適宜。而試驗(yàn)中，結(jié)合參照品種比較3種低溫小時(shí)累積模型，≤7.2℃模型估算的數(shù)值相比0～7.2℃模型明顯偏大，估計(jì)誤差較大，猶他模型與0～7.2℃模型估算值非常接近，相對比較準(zhǔn)確。動(dòng)力學(xué)評價(jià)模型原理與0～7.2℃與猶他模型不同，其數(shù)值大小表示該品種解除休眠所需中間產(chǎn)物形成/降解循環(huán)的次數(shù)的總和，需冷量數(shù)值大小與0～7.2℃模型、猶他模型不同，但數(shù)值變化趨勢相同，動(dòng)力學(xué)模型在該地區(qū)評價(jià)桃樹需冷量的可行性，但其穩(wěn)定性還需后續(xù)多年的試驗(yàn)驗(yàn)證。

不同樹種及品種間需冷量差異較大，關(guān)于果樹需冷量與需熱量之間關(guān)系一直存在爭議。研究結(jié)果表明，桃需冷量和有效積溫模型估算的需熱量值呈正相關(guān)關(guān)系，與胡瑞蘭等[16]、Maulión等[25]研究結(jié)果一致；而與生長度時(shí)模型估算的需熱量無相關(guān)，這可能是2種需熱量評價(jià)模型計(jì)算原理不同造成。根據(jù)0～7.2℃模型分為2類，短需冷量品種可選擇在云貴高原區(qū)適宜栽培，中、長需冷量品種可在青藏高原區(qū)、西北干旱區(qū)、長江流域區(qū)等地適當(dāng)栽培[26]。由于有效積溫模型考慮了果樹自身的生物學(xué)零度對需熱量的影響，選用有效積溫模型估算需熱量較為適宜。

4 結(jié) 論

4.1不同果實(shí)類型的23個(gè)桃新品種需冷量、需熱量品種間差異較大。

4.2這些桃新品種的需冷量和有效積溫模型下的需熱量呈正相關(guān)關(guān)系，二者與果實(shí)成熟期沒有必然聯(lián)系。

4.3在鄭州地區(qū)，動(dòng)力學(xué)模型來評價(jià)桃樹需冷量是可行的。