兩種措施對華北高寒區晚茬花球甘藍霜凍的防護效果

閆寶月，宋晉輝，劉金科，張立峰，張繼宗

（1.河北農業大學農學院 河北保定 071000；2.河北北方學院農林科技學院 河北張家口 075000；3.張北縣氣象局 河北張家口 076450）

華北高寒區強光、低溫的農業環境，依其緊鄰大中城市的區位與交通便捷的路網，被成功開發為生產冷涼蔬菜的優勢區域；進一步通過滿足溫熱帶夏秋淡季需求而表現出獨占性的市場優勢[1]。花球甘藍為喜涼耐霜型蔬菜，最適生長溫度為10～25 ℃，花球形成的最適溫度為15～18 ℃；抗寒品種幼苗期能耐受-8 ℃短暫低溫[2]，花球期氣溫低至5 ℃生長緩慢且能耐受短期霜凍[3-4]；夏秋季節適于在華北高寒區生產，并成為該區域的主導蔬菜品類。為延長市場供應期，大棚栽培提早上市[5]、錯期播種拉平峰值[6]等技術創新發揮了明顯作用。然而花球甘藍的延后上市，在華北高寒區面臨著低溫、霜凍氣候的威脅。花球甘藍秋季間霜期[7]的生態適應性，以及抗霜措施的效果成為迫切需要明確的問題。

設置風障能顯著降低山櫻、日本厚樸和廣玉蘭的凍害指數[8-9]，營造防護林帶能長期有效地保護茶園、橘園免受寒害[10-11]。塑料薄膜覆蓋可提高葡萄、軟籽石榴越冬期地溫，提高蓮霧葉片SOD 活性，從而增強抗寒性[12-14]。而無紡布作為新型覆蓋材料能較好地替代塑料膜，實現在晚熟柑橘越冬時的保溫作用，同時具有良好的透氣效果[15]。然而上述防寒措施在秋茬露地蔬菜，特別是在高寒區花球甘藍蔬菜上的研究較少見諸報道。

筆者以晚栽花球甘藍中的花椰菜與青花菜為研究對象，通過監測秋季間霜期氣象因素變化，遮風與覆被措施下的花球甘藍生長、光合以及產量、質量等園藝性狀特征，明確花球甘藍延后生產的可行性與保障條件，為有效利用華北高寒區晚秋地氣資源、穩定提高蔬菜種植收益提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

田間試驗在位于河北省張家口市張北縣的河北農業大學張北試驗站進行。試驗區屬于華北高寒氣候帶，海拔1420 m，年均溫度為3.9 ℃，無霜期135 d，常年初霜期為9 月12 日，持續穩定霜日為10 月11 日；秋季間霜期≥0 ℃積溫264.6 ℃，≥10 ℃積溫168.2 ℃。區域年降水量382.5 mm；年日照時數2 907.9 h，光合有效輻射2 896.8 MJ·m-2[16-18]。試驗地土壤為壤質草甸栗鈣土，pH 值7.32。

1.2 材料

供試材料為花球甘藍蔬菜的兩個類型：青花菜（Brasica oleraceaL.var.italicaPlanch.）品種為耐寒優秀，由日本坂田種苗公司培育；花椰菜（Brasica oleraceaL.var.botrytisL.）品種為富貴80，由福州比爾種苗有限公司培育。

1.3 試驗設計

試驗開展于2022 年。青花菜6 月16 日穴盤育苗，7 月15 日田間定植；花椰菜6 月11 日穴盤育苗，7 月11 日田間定植，均為一壟雙行膜下滴灌栽培方式。在2022 年初霜（8 月27 日）后的9 月15日（天氣預報后幾日有霜凍）設置田間試驗。利用林帶作為風障防護處理（防護林帶長500 m，寬20 m）、覆蓋白色無紡布作為覆被防護處理（覆蓋時間為9 月15 日至9 月30 日，覆蓋面積為3000 m2），以遠離林帶且不覆蓋作為未防護處理（CK）。于9月29－30 日，在霜凍條件下，監測花椰菜在林帶風障防護措施、無紡布冠層覆蓋防護措施與無防護措施3 個處理和青花菜在林帶風障防護措施、無防護措施2 個處理下霜凍對兩種蔬菜的植株光合指標、花球生產質量、病蟲危害程度等園藝性狀的影響特征。

1.4 測定方法

1.4.1 光合指標測定 在各處理中，選擇植株大小、長勢一致的青花菜和花椰菜各5 株，每株標定朝向一致的完全展開葉，作為監測光合指標的葉片。青花菜植株標定從內向外第5、第6 片葉（內位葉）和第11、第12 片葉（中位葉），花椰菜標定第4、第5 片葉（內位葉）和第8、第9 片葉（中位葉）。監測葉片分別為風障內位葉（Wi）、風障中位葉（Wm）、覆蓋內位葉（Ci）、覆蓋中位葉（Cm）、未防護內位葉（CKi）、未防護中位葉（CKm）。

在晴朗無風時，采用LI-6400XT 便攜式光合儀，設定LED 紅藍光源的光照度為1900 μmol·m-2·s-1，于7：00—17：00 每隔2 h 測定1 次葉片瞬時凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr），同時記錄環境大氣CO2濃度（Ci）、溫度（Ta）等。

采用Hansatech 公司的Pocket PEA 植物效率分析儀，測定青花菜與花椰菜標定葉片的葉綠素熒光參數。葉片暗適應15 min 后，用3500 μmol·m-2·s-1的飽和光照度誘導，測定PSII 的原初光能轉化效率（Fv/Fm）。

按照王利立等[19]的方法，將當日測得的葉片凈光合速率和蒸騰速率分別做累計處理，得到日光合量（DPC）和日蒸騰量（DTC）。

日光合量（DPC）=Δt/2×∑（Pni+Pni+1）；Pni、Pni+1分別為相鄰兩次測定的葉片凈光合速率。

日蒸騰量（DTC）=Δt/2×∑（Tri+Tri+1）；Tri、Tri+1分別為相鄰兩次測定的葉片蒸騰速率。

使用SPAD-502 便攜式葉綠素分析儀測定青花菜與花椰菜標定葉片的葉綠素相對含量（SPAD），測定時間為10：00，每片葉測量3 次。

1.4.2 霜凍危害程度測定 借鑒病情指數概念，按9 級標準調查與評估青花菜、花椰菜霜凍害程度[20]。

霜凍害指數/%=[∑（各級霜凍害葉數×相對級數的代表值）/（總葉數×最高級數的代表值）]×100。1.4.3 園藝性狀測定 按照市場商品規格，青花菜花球球徑10～12 cm，單球質量450～550 g；花椰菜花球球徑15～20 cm，單球質量1000～1500 g 作為采收與計產標準。2022 年最后一次采收時間為9 月30 日。

百株蟲數/只=調查總蟲數/調查總株數×100。

1.5 數據處理

試驗數據采用Excel 2010 和SPSS 20 統計分析。

2 結果與分析

2.1 秋季間霜期的氣候特征

從圖1 可以看出，2022 年華北高寒區初霜日為8 月27 日，最低溫度-1.1 ℃，9 月20—24 日連續4 d 出現霜凍，最低溫度-3.9～-1.4 ℃；自10 月3 日后連續5 日滑動平均日均溫降至0 ℃以下。統計分析表明，自8 月26 日至10 月3 日的秋季間霜期持續38 d，≥0 C°積溫為525.4 ℃；期間日均溫13.9 ℃，處于花球甘藍生長適溫區間的下限；光照度平均為559 μmol·m-2·s-1，空氣相對濕度平均57.8%，對花球緊實生長有利。9 月20—24 日連續4 d 的霜凍天氣，會對花球甘藍帶來低溫脅迫與傷害。

圖1 秋季間霜期環境溫度、相對濕度及光照度變化Fig.1 Changes of air temperature,relative humidity and sunlight during frost period in autumn

2.2 間霜期霜凍對花球甘藍光合作用的影響

2.2.1 霜凍對光合與蒸騰速率的影響 對光合的監測表明（圖2），在2022 年的秋季間霜期，青花菜未防護處理（CK）的霜凍葉片與風障防護的未霜凍葉片的凈光合速率（Pn）在當日07：00—17：00 互有高低，Pn最高值在25.18 μmol·m-2·s-1。未防護處理的霜凍葉片凈光合速率成單峰型，達到高峰期前后至15：00 的時段光合速率較未霜凍葉片明顯降低。按測定時域計，未防護霜凍葉片光合量（DPC）內位葉為196.23 μmol·m-2·s-1、中位葉為185.28 μmol·m-2·s-1，為風障防護未霜凍內位葉（208.32 μmol·m-2·s-1）、中位葉（206.35 μmol·m-2·s-1）的89.8%～94.2%。總體來看，霜凍的青花菜葉片的凈光合速率有降低的趨勢；內位葉與中位葉的凈光合速率差異在0.47～3.78 μmol·m-2·s-1之間，總體差異較小。

圖2 青花菜葉片凈光合速率和蒸騰速率Fig.2 Net photosynthetic rate and transpiration rate of broccoli leaves

對花椰菜的監測表明（圖3），間霜期各處理葉片的凈光合速率（Pn）在當日07：00—17：00 呈近單峰型變化，Pn最高值為26.01 μmol·m-2·s-1。按測定時域計，覆被防護處理的葉片DPC 內位葉與中位葉分別為215.08 和208.94 μmol·m-2·s-1，未防護處理的相應霜凍葉片160.43 和152.97 μmol·m-2·s-1，覆被防護處理的葉片DPC 內位葉與中位葉分別為未防護處理的1.34 和1.37 倍；風障防護處理的內位葉與中位葉DPC 分別為196.39、170.33 μmol·m-2·s-1，分別為未防護處理的1.22、1.13 倍。覆被防護與風障防護較未防護處理（CK）降低了霜凍脅迫對Pn的影響。

圖3 花椰菜葉片凈光合速率和蒸騰速率Fig.3 Net photosynthetic rate and transpiration rate of cauliflower leaves

霜凍對花球甘藍蒸騰速率（Tr）的影響特征如圖2～3。受氣溫影響，Tr日變化呈單峰型。13：00 時青花菜未防護（CK）的霜凍葉片與風障防護的未霜凍葉片的Tr值為7.55～8.83 mmol·m-2·s-1，按測定時域計，霜凍葉片蒸騰量（DTC）平均較未霜凍葉片降低了15.3%。花椰菜各處理葉片Tr值為4.50～9.36 mmol·m-2·s-1，按測定時域計，覆被與未防護處理（CK）較風障防護葉片的平均DTC 值分別升高了32.3%與28.7%。霜凍脅迫下花球甘藍蒸騰速率（Tr）有升高的趨勢。

2.2.2 霜凍對葉綠素熒光參數的影響 間霜期霜凍脅迫對葉綠素熒光參數中的PSII 原初光能轉化效率（Fv/Fm）的影響如圖4～5。監測表明，Fv/Fm的變化大致呈“V”形，午后較低。當日，青花菜未防護（CK）的霜凍葉片與風障防護的未霜凍葉片的Fv/Fm最低值分別為0.79 和0.80，內位葉與中位葉Fv/Fm值差異在0～0.016 之間，差異較小；測定時域內，霜凍內位葉與中位葉Fv/Fm均值分別為0.814 和0.808，與未霜凍相應葉片的0.820、0.810 差異不顯著。圖5 表明，花椰菜不同處理葉片的Fv/Fm最低值位于0.78 至0.83，內位葉與中位葉間差異不顯著；測定時域內，風障防護與覆被防護處理的葉片Fv/Fm均值分別為0.836 和0.812，較未防護（CK）處理的0.791 分別提高了5.7%與2.7%，差異顯著。結果表明，間霜期的霜凍對青花菜與花椰菜的光能轉化效率（Fv/Fm）產生了脅迫效應，花椰菜較青花菜更為敏感，但Fv/Fm值總體仍能維持較高水平。

圖4 青花菜葉片葉綠素熒光參數Fig.4 Chlorophyll fluorescence parameters of broccoli leaves

圖5 花椰菜葉片葉綠素熒光參數Fig.5 Chlorophyll fluorescence parameters of cauliflower leaves

2.2.3 霜凍對葉綠素相對含量的影響 霜凍對花球甘藍葉綠素相對含量（SPAD）的影響如圖6～7。青花菜未防護處理（CK）的霜凍內位葉與中位葉SPAD 分別為73.06、66.38，風障防護的未霜凍內位葉與中位葉SPAD 分別為75.94、71.08 ，未防護處理（CK）的霜凍內位葉與中位葉SPAD 較風障防護的未霜凍相應葉片分別降低了3.8%、6.6%。統計分析表明，霜凍對青花菜葉片SPAD 降低的效果不顯著，內位葉與中位葉間差異也不顯著。花椰菜不同處理的SPAD 為53.28～69.78，與防護處理相比，霜凍脅迫顯著降低了未防護處理（CK）中位葉的SPAD，對內位葉的SPAD 影響不顯著。

圖6 青花菜葉綠素相對含量Fig.6 Chlorophyll content of broccoli leaves

圖7 花椰菜葉綠素相對含量Fig.7 Chlorophyll content of cauliflower leaves

2.3 霜凍對花球甘藍經濟性狀的影響

秋季霜凍脅迫對兩種花球甘藍的植株與產量性狀的影響如表1、圖8。田間跟蹤監測表明，8 月27 日的初霜未對花球甘藍產生明顯影響；9 月20－24 日的霜凍使得葉片局部受凍死亡，花球未受傷害。花椰菜抗霜凍能力較差，未防護處理（CK）的霜凍害指數為27.99，較青花菜高11.11 個百分點；無紡布覆被處理的霜凍害指數為9.05。由于花椰菜對霜凍敏感，在霜后10 d 時間內，通過補償性生長與養分轉移，未防護處理（CK）的花球商品率達63.8%。花椰菜林帶風障防護與無紡布覆被防護處理的產量較未防護的CK 分別提高了13.86%和19.98%，花球直徑分別提高了12.50%與25.00%，花球質量分別提高62.68%與131.78%。相應青花菜由于抗寒性較強，未防護處理的花球商品率為73.4%，林帶風障防護的產量較未防護處理提高了6.48%，花球直徑與花球質量分別較未防護提高了11.11%和8.86%。

表1 霜凍對花球甘藍生產性狀的影響Table 1 Effects of frost on production characters of cabbages with curd

圖8 無紡布覆被與花椰菜霜凍害對比Fig.8 Cover of non-textile and comparison of cauliflower freeze injury

分析表明，雖然無紡布覆被使得花椰菜生產成本增加了約0.60 萬元·hm-2，但凈產值卻較未防護處理提高了27.66%，成本收益率達3.75%。

另外還發現，由于環境低溫，監測期間菜田未發生病害，僅在未防護處理的花椰菜田調查到小菜蛾，百株蟲數為6.6 只。

3 討 論

3.1 花球甘藍抗霜凍性能

喜涼性的花球甘藍在華北高寒區夏秋季節生產，具有很好的生態適應性，而拓展市場供應期的露地晚秋茬生產，勢必面臨時期不穩定的早霜凍脅迫。本試驗結果表明，秋季間霜期的霜凍脅迫會對未防護處理的葉片造成凍傷，導致PSII 原初光能轉化效率（Fv/Fm）表現下降的趨勢[21]，但Fv/Fm最低值超過0.78，接近一般作物的量值[22]；霜凍青花菜葉片的光合性能（Pn）仍可維持在未受凍害葉片功能的89.8%以上；SPAD 值超過70，與其他研究結果相似[23]，且霜凍對其降低的影響不顯著。綜上所述，青花菜與花椰菜對華北高寒區秋季間霜期低溫環境具有較強的生態適應性。

3.2 晚茬花球甘藍防霜凍生產

穩定的晚茬花球甘藍生產需要有效的防護措施。選用耐寒性強、結球期葉片內卷疊抱類型的品種，是安全生產的內因與基礎[24]，而依據短期與實時天氣預報，進行田間適度防護是重要的外因與保障。本試驗結果表明，利用林帶作為風障具有較好的防霜凍效果，然而其防護范圍也只有30 m 左右，并且樹林的遮陰效應也部分影響了作物的產量[25]。采用白色無紡布覆被，利用花球甘藍冠層的自主支撐作用，形成近地相對封閉的空間，日間能夠有效增溫，夜間可以反射大地熱輻射[26]，成為防控菜田霜凍危害的實用技術。

3.3 晚茬花球甘藍水分利用的優勢

華北高寒區也是水資源匱乏區，7、8 月份的降水量占全年的50.3%[27]。晚茬花球甘藍一般于7 月中旬定植在早茬菜之后，利用膜下滴灌條件進行連茬生產。如此夏季降水的土壤回補與前茬滴灌的水分累積，使晚茬花球甘藍田具有相對充沛、穩定的土壤水環境。而隨著氣溫的降低，花球甘藍蒸騰速率下降，喜涼類蔬菜光合的氣孔限制得以解除，且葉肉細胞活性較高[28]；秋季間霜期的低溫環境利于喜涼耐霜型作物的光合作用。這為華北高寒區水資源高效利用提供了一條可行的途徑。

4 結 論

華北高寒區秋季間霜期青花菜與花椰菜葉片霜凍后凈光合速率（Pn）有降低趨勢；但對葉片SPAD 值的影響不顯著。霜凍對光能轉化效率（Fv/Fm）產生了脅迫效應，花椰菜較青花菜更為敏感，但Fv/Fm值總體仍能維持在0.78 以上的較高水平。花椰菜霜凍害指數較青花菜高，抗寒性較差。花椰菜林帶風障與無紡布覆被防護的產量較未防護（CK）分別提高了13.86%與19.98%；青花菜林帶風障防護的產量較未防護（CK）提高了6.48%。無紡布覆被雖然增加了菜田生產成本，但凈產值提高了27.66%，成本收益率可達3.75%。