熊岳综合试验站

  葡萄是全世界最重要水果之一，我国的葡萄产量位居世界第一，面积位居世界第二。辽宁省作为我国葡萄主产省份之一，栽培历史悠久，在全国葡萄产业中占据重要地位，但目前辽宁超过2/3面积的葡萄栽培需要上下架防寒越冬，这种防寒越冬方式不仅增加生产成本，造成树体损伤，影响经济效益，还制约了辽宁省以及北方防寒区葡萄产业的升级发展。

  近年来，辽宁地区开始探索葡萄不下架简易防寒越冬生产模式，本文针对辽宁葡萄主产区连续多年生产应用的不下架越冬防寒模式，开展防寒设施内越冬环境调查研究，了解不同类型不下架越冬模式保温防寒效果，探索葡萄安全越冬环境条件，为葡萄不下架安全越冬防寒技术的研究、应用与推广提供参考。

  1 材料与方法

  试验调查对象选取辽宁省3个葡萄主产区代表性的不下架越冬防寒模式，锦州北镇市——冷棚二道幕（D1）、连栋二道幕（D2），辽阳灯塔市——连栋架上保温棉（D3），营口盖州市——连栋棚内保温被（D4）。设施内均定植为3年生以上阳光玫瑰。

  针对设施葡萄不下架越冬防寒模式测定冬季防寒设施内、外空气温湿度，及设施内距葡萄主干50cm处15cm~20cm深度土壤温度，数据记录间隔为1h。试验温湿度计采用RC-4HA/C 温湿度记录仪（浙江省精创电气股份有限公司生产），测温范围为-30℃~60℃，测湿范围为0~99%RH。

  根据欧美杂交种芽眼可以忍受-18℃~-22℃的低温，将枝蔓低温温度划分4个区：过渡区（-5℃≤|℃|＜0℃）、威胁区（-18℃≤|℃|＜-5℃）、危险区（-22℃≤|℃|＜-18℃）、致死区（|℃|＜-22℃），低温累积时数为枝蔓在过渡区、威胁区、危险区、致死区各个温度持续时数综合。

  试验采用Excel软件进行试验数据处理和绘图。

  2 结果与分析

  2.1 不下架越冬设施内外空气温度变化情况

  图1为越冬防寒设施外空气平均温度变化情况，可以看出，3个地区的平均气温变化趋势相近。A为设施外十日平均气温变化情况，可得3个地区平均温度为辽阳＜北镇＜盖州，最高气温分别为-0.70℃、-0.67℃、1.59℃，最低气温分别为-13.65℃、-11.83℃、-11.078℃。B为3个地区的日均气温变化趋势，其中极端低温均出现在12月20日前后，期间辽阳的户外空气温度最低，为-21.90℃，其次为盖州-16.5℃，北镇-15.97℃。1月份3个测量地户外日均气温整体在-15℃~5℃间波动，且呈现日均气温盖州＞北镇＞辽阳的趋势，2月份气温呈现回升趋势，在2月20日左右出现大幅度降温，与2月18日相比，日均气温下降超过15℃。此后气温逐渐稳步回升。

  4种葡萄不下架越冬设施内部温度变化情况见图2，受外部气温变化影响，4种越冬模式设施内部温度变化趋势相近。A为设施内十日平均气温变化情况，观测期防寒模式内部温度呈现D1＞D2＞D3，D4因2月份开始揭被升温促萌芽，后期呈现温度快速升高趋势，设施内十日平均气温高于-6℃。B为防寒设施日均气温变化情况，可以看出，12月和1月份内部温度变化平稳，D1模式内部温度在-3.5℃~2.6℃间波动，D2温度在-8.3℃~1.5℃间变化，D3温度在-10℃~-0.45℃间变化，D4在-5.5℃~3.6℃间波动，其中12月20日、1月20日、1月31日为温度较低点；1月份4种越冬模式温度高低为D1＞D2＞D4＞D3。2月份温度快速回升，其中D1、D2、D3、D4在13日左右日温度均最高，分别为9.88℃、8.50℃、5.28℃、12.47℃，20日温度降到最低，分别为1.07℃、-1.25℃、-4.59℃、2.53℃；随后温度呈现缓慢回升趋势。

  2.2 不下架越冬设施内外湿度情况

  3个观测点户外平均相对湿度（图3）变化情况，由图A十日平均相对湿度变化可得，观测期内北镇露地平均相对湿度波动最大，相对湿度在43%~75%之间；辽阳、盖州平均相对湿度变化较平稳，在46%~72%、43%~68之间，且盖州整体平均相对湿度最低。观测期内3个观测点平均相对湿度在12月30日左右达到最高，随后呈现波动下降趋势。3个观测点日均相对湿度变化范围（图B）分别为北镇95%~32%、辽阳83%~38%、盖州85%~26%。

 

  不下架防寒设施内平均相对湿度变化情况（图4）可得，除D2（12月20日相对湿度为68.62%）外，观测期内4种防寒设施内十日平均相对湿度（图A）均在70%~97%之间，其中D1平均相对湿度最高，在86.5%~96.47%之间；D2平均相对湿度较低，在68.62%~84.27%之间；D3、D4平均相对湿度随时间变化，呈逐渐降低趋势。4种防寒设施日平均相对湿度（图B）分别：D1（76.17%~99.9%）、D2（63.07%~87.77%）、D3（72.72%~98.95）、D4（66.14%~94.06%）。

  2.3 不下架越冬设施冬季土壤温度情况

  图5为不下架越冬设施内部冬季土壤15~20cm深度处温度变化情况，由图A可得，在2月份前4种防寒模式15~20cm深度土壤温度变化相对平稳，2月份随时间推移，土壤温度呈现波动升高状态。由图B可得，4种防寒模式土壤温度整体呈现D3＜D2＜D4＜D1，其观测期最低温度分别为-0.80℃、0.28℃、0.72℃、2.36℃，低温均没有达到欧美杂交种葡萄根系的低温耐受范围（-5℃~-7℃）。

 

  图6为设施内15~20cm深度处土壤湿度变化情况，可以看出土壤湿度呈现先升高后降低趋势，A图可得1~2月份土壤湿度整体呈现D1＞D4＞D2＞D3，且湿度范围分别在93.08%~82.65%、84.23%~72.10%、81.95%~68.89%、78.18%~67.35%。土壤日均湿度（图B）变化相对平稳。

  2.4 不下架越冬设施冬季防寒性能分析

  图7为观测点户外昼夜温差情况，可以看出，3个观测点十日平均昼夜温差变化（图A）相近，北镇、盖州昼夜温差极值高于辽阳，且波动范围相对较大，分别为11.4℃~20.37℃、10.72℃~19.77℃，辽阳昼夜温差在10.47℃~7.7℃。而由图B日昼夜温差变化情况，可以看出3个观测点昼夜温差极高值大小为盖州＞北镇＞辽阳，温差波动范围分别为2.7℃~28.2℃、4.7℃~27.3℃、3.7℃~24.3℃。

 

  4种葡萄不下架越冬设施内部昼夜温差变化情况见图8，A为设施内昼夜温差十日数据平均变化情况，观测期内随时间推移昼夜温差呈现波动上升趋势，且整体差值呈现D2＞D1＞D3＞D4；2月份起D1、D4昼夜温差增速加快。B为昼夜温差日均变化情况，可知在1月20日前，D2的昼夜温差最大，在5.5~27.3℃之间；D4昼夜温差最小，在1.9℃~13.9℃之间；而D1、D3的昼夜温差接近，分别在4.5℃~20℃、5.6℃~20.2℃之间。1月20日后，随外部气温升高，D1昼夜温差范围变为5.2℃~34.9℃；D4在2月份开始揭被升温促早生产，昼夜温差增大，在5.7℃~29.2℃间变化；D2、D3昼夜温差与12月、1月相比变化不大，分别在6.1℃~33.2℃、6.9℃~29.3℃间。

 

  不下架防寒设施外部（C）、内部（D）昼夜温差统计情况见图9，由C可得，冬季观测期内3个观测点昼夜温差均在30℃范围内，且温差10~20℃累积天数最多，0~10℃温差累积天数相近，20~30℃温差累积天数为北镇＞盖州＞辽阳。由D得，D1、D3、D4昼夜温差在10~20℃累积天数最多，D2昼夜温差在20~30℃范围累积天数最多，而D1~D4昼夜温差在30℃以上天数分别为9d、7d、0d、0d。

 

  不下架越冬防寒设施内部和外部气温差如图10所示，4种葡萄不下架越冬模式内外部日均温差变化趋势相近，且整个冬季期间防寒设施内外日平均温度差值在-3℃~16℃范围内（图B），1月期间D1防寒设施内外部日均温差高于其他模式，而D4防寒设施内外部日均温差较其他模式低，各防寒模式温差值为D1＞D2＞D3＞D4（图A）。

 

  2.5 防寒设施内外低温累积情况

  不下架设施外部、内部冬季低温累计情况见图11，由图C可知，3个观测点低温致死区、低温危险区、低温威胁区气温累积时数最多的均为辽阳户外，分别为82h、132h、1237h，其次为北镇户外，累积时数为12h、88h、1220h，盖州低温累计时数相对最低，分别为12h，43h，1093h。3个观测点0℃以下气温累积时数为辽阳户外（1836h）＞北镇户外（1725h）＞盖州户外（1603h），3个地点均在低温威胁区时数最高，其次是低温过渡区，低温危险区与低温致死区的累计时数相近。

  由图D可知，4种不下架防寒设施冬季低温在低温危险区和低温致死区的累积时数均为0h，低温威胁区累积时数为D3＞D2＞D4＞D1，低温过渡区累计时数为D4＞D1＞D3＞D2。0℃以下累计时数为D3（1619h）＞D2（1289h）＞D4（1147h）＞D1（1041h），与户外0℃下低温累积时数相比，防寒设施累积减少时数分别为D1（578h）＞D4（456h）＞D2（436h）＞D3（217h）。

  2.6 设施内外环境关系分析

  通过对设施内外环境数据进行主成分分析（图12），提取出3个主成分，累计贡献率达75.60%，其中，第1主成分贡献率最高，为35.78%，主要为内部空气温度、内部土壤温度、外部空气温度，载荷系数分别为0.947、0.792、0.738，第2主成分贡献率为21.87%，主要为内部土壤湿度、内部空气湿度、外部湿度，负荷系数分别为0.870、0.736、0.417，第3主成分贡献率为17.95%，主要为设施外部、内部昼夜温差，0.874、0.433。

 

  通过葡萄冬季不下架设施内外环境数据进行相关性分析（表3），可得设施外环境温度与设施内温度变化呈极显著正相关性，相关系数均大于0.7，与设施内湿度（除D2外）、昼夜温差分别呈极显著负相关、极显著正相关，与各防寒模式内外部日均温差呈显著负相关性，D1、D2、D3、D4相关系数分别为-0.447、-0.259、-0.903、-0.938。除D2外，外部湿度与内部温度存在显著负相关，与湿度显著正相关，与昼夜温差显著负相关。外部的昼夜温差与内部昼夜温差呈极显著正相关。除D3外，设施内15~20cm深度土壤温度与内部空气温度呈极显著正相关性，相关系数均大于0.7，与外部温度呈显著正相关性，与外部湿度呈显著负相关性。D2可能由于在2月份设施内间种蔬菜，对设施内湿度产生影响进而影响相关性分析结果；D3可能是覆盖保温棉等因素，土壤温度相对稳定，所以受气温影响较小。

 

  3 讨论与结论

  葡萄下架埋土防寒已成为北方葡萄产业升级发展中亟需解决的重要问题之一，目前，众多科研工作者和种植户围绕其开展了大量研究与探索，但受到北方低温气候等多种因素限制，鲜食葡萄露地不下架越冬困难重重。然而，近年随着北方设施栽培的发展与推广，提升葡萄抗灾力与品质的同时，为北方葡萄不下架越冬成为了可能。

  本研究通过对辽宁省3个葡萄主产区开展冬季环境条件调查分析，发现冬季露地环境盖州气温最高，低温累积时数最低，昼夜温差波动最大，空气湿度最低，其低空气湿度可能与冬季降雪少有关；辽阳气温最低，低温累积时数最高，昼夜温差相对稳定，空气相对湿度高；北镇气温变化介于辽阳和盖州之间，空气湿度波动较大。

  研究针对辽宁省3个葡萄主产区已连续多年应用且安全越冬的4种葡萄不下架越冬防寒模式开展设施内环境调查，发现冷棚二道幕模式其内部空气、土壤温度最高，低温累积时数最低，与外界温差最大，可得其冬季保温效果相对较好，这可能是由于其内部空间比连栋大棚小，且白天可接受光照，起到升温作用，同时2道拱膜间的空间起到一定的保温、缓冲作用；另外，冷棚二道幕模式在生产中有延长生育期、降低防寒成本等优势，结合地区露地气候条件，认为冷棚二道幕模式值得在辽阳、盖州开展进一步的试验应用探索；但内部昼夜温差、空气湿度相对较高，在应用过程中应注意防范其危害，同时冷棚二道幕模式内部温度与拱棚高度、空间等关系，尚需进一步研究明确，以保证其推广应用的安全性。

  葡萄冻害与基因、物候变化以及环境等因素有关，是一系列复杂的综合机制，研究发现，葡萄能否安全越冬与冬季极端低温、低温持续性、温度骤变以及空气湿度都密切相关。本试验4种不下架防寒越冬模式中葡萄无冻害发生且满足日常生产需要，调查发现其内部环境十日平均气温均高于-6℃，日均气温高于-10℃，0℃以下低温累积时数不超过1619h，低温威胁区（-18℃≤|℃|＜-5℃）累积时数小于973h；日温差均低于35℃且30℃以上天数不超过9d；十日平均相对湿度在70%~97%之间，日均相对湿度在66.1%~99.9%之间。上述环境条件可为葡萄安全越冬临界条件研究提供参考，但冻害是各环境因素综合作用的结果，某一环境因素改变可能会对另一因素临界值产生影响，需进一步明确葡萄安全越冬与各环境因素间关系。

  低温一直被认为是果树冻害的主要因素，李栋梅等研究发现日较差是影响葡萄植株冻害的重要因素，而越冬期保持一定的湿度有利于防止枝条抽干，提高成活率。本研究认为，温度（外部气温、内部气温与土温）是影响设施防寒越冬效果的核心环境因子，其次为环境湿度与昼夜温差。这与前人关于影响葡萄越冬的关键环境因素相吻合。此外，越冬设施内外各环境因子间存在相互作用、相互影响，相关性分析进一步验证了设施内外环境因子间存在显著相关性，设施内温度、湿度、昼夜温差、土壤温度受到设施外温度、湿度的显著影响，而内部温度、湿度、昼夜温差、土壤温度间也存在相互作用，未来可进一步针对各越冬设施特征，建立内外环境联动变化预测模型，开展防寒设施应用区域预测与设施冻害发生预警。