蘋果結(jié)果期果園溫度空間分布規(guī)律

郭秀明　周國民　丘耘等

摘要：蘋果園中溫度是影響蘋果質(zhì)量及產(chǎn)量的主要因素。為明確蘋果結(jié)果期果園中溫度空間分布變化規(guī)律，在北京普通蘋果園中進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)，通過采樣的方法測量了3個果樹冠層及果樹間隙不同高度各16個點(diǎn)的溫度，通過分析測量數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，在不同高度空氣溫度在水平方面具有相似的變化趨勢；空氣溫度在單個冠層的變化快慢及變化幅度和果樹所處的環(huán)境有關(guān)，處于果園邊緣或周圍環(huán)境不均衡的果樹冠層的溫度變化幅度對整個冠層溫度極差的貢獻(xiàn)最大；在同一位置點(diǎn)，溫度在不同高度的極差較小，至少87.5%以上的極差小于0.5 ℃；相同高度層、不同冠層的溫度極差相差較大，差值最大達(dá)到1.6 ℃；果樹間隙的溫度極差處于整個果園冠層的水平方向溫度極差和垂直方向溫度極差之間。在另外果園的結(jié)果期進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。

關(guān)鍵詞：蘋果園；結(jié)果期；溫度；空間分布；冠層；北京

中圖分類號： S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0483-04

收稿日期：2015-02-02

基金項(xiàng)目：國家“863”計(jì)劃（編號：2013AA102405）；農(nóng)業(yè)系統(tǒng)智能控制與虛擬技術(shù)團(tuán)隊(duì)（編號：CAAS-ASTIP-2015-AII-03）。

作者簡介：郭秀明（1981—），女，河北滄州人，博士，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)信息化研究。E-mail：guoxiuming@caas.cn。

通信作者：周國民，博士，研究員。E-mail：zhouguomin@caas.cn。作物通過與周圍環(huán)境進(jìn)行能量和物質(zhì)的交換以進(jìn)行生長，其生長環(huán)境參數(shù)是決定農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的直接因素[1-2]。溫度是影響作物生長的重要因素之一，不同作物中的溫度分布規(guī)律的研究能為作物環(huán)境中溫度參數(shù)的監(jiān)測方案打下基礎(chǔ)，為溫度與作物產(chǎn)量及質(zhì)量之間的關(guān)系提供支持，最終提高作物生產(chǎn)水平。

溫度和蘋果的產(chǎn)量及質(zhì)量密切相關(guān)[3-5]。劉雯斐等研究了果實(shí)微域環(huán)境溫濕度與紅富士蘋果果面碎裂發(fā)生的關(guān)系，結(jié)果溫度越高，相對濕度越低，果面碎裂現(xiàn)象越嚴(yán)重[3]。吳芳芳等為深入了解蘋果炭疽菌的侵染規(guī)律，研究組建了溫度、濕度對蘋果炭疽病菌分生孢子萌發(fā)和芽管伸長的影響的Logistic模型[6]。劉增輝等綜述了干旱、鹽、高溫和低溫脅迫條件下 NADP-蘋果酸酶活性及該酶基因表達(dá)變化的特點(diǎn)，揭示了其在對植物體抵御各種脅迫帶來的危害時(shí)所發(fā)揮的作用以及作用機(jī)理[7]。本研究主要關(guān)注蘋果園中的溫度參數(shù)，研究其溫度的空間變化特性，為研究溫度與蘋果品質(zhì)之間的關(guān)系打下基礎(chǔ)，為蘋果園中溫度的監(jiān)測方案提供技術(shù)支持。

關(guān)于果園中空氣溫度的變化特性的研究較少。孫志鴻等研究了北京地區(qū)樹冠不同層次和部位溫度的分布、動態(tài)變化與枝葉數(shù)量間的關(guān)系，結(jié)果表明，樹冠不同層次溫度從上到下逐漸降低，同一層次內(nèi)溫度從內(nèi)膛到外圍逐步增大[8]。李光晨等研究了果樹冠層空氣溫度的分布，結(jié)論為樹冠中由上至下溫度逐漸降低[9]。以上研究均針對果樹冠層，有關(guān)整個果園中溫度分布規(guī)律的研究還未見報(bào)道。在果園中溫度監(jiān)測中，監(jiān)測方案和整個果園的溫度分布特性及規(guī)律有關(guān)。為了研究果園中空氣溫度的分布特性，在北京市的2個果園進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)，以期發(fā)現(xiàn)果樹冠層的溫度分布規(guī)律，不同果樹冠層及果樹間隙的溫度差異，為蘋果園中溫度監(jiān)測時(shí)監(jiān)測位置的布局方案打下基礎(chǔ)，為研究溫度和蘋果質(zhì)量之間的關(guān)系打下基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)果園

試驗(yàn)地點(diǎn)選取北京市豐臺區(qū)的一個普通蘋果園，果園樹齡為18年，主栽品種為富士和華紅。果樹的行距為4 m，株距4 m，果樹高3 m，主干高0.5 m。果樹冠層為紡錘形，冠層長為3 m、寬3 m。試驗(yàn)果園情況見圖1。

為了對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，分別于9月、10月進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)間均為蘋果即將成熟的秋天，天氣均無風(fēng)。

1.2測定儀器

選用臺灣TES數(shù)字溫濕度測量儀測量果園中的空氣溫度，型號為1360A（圖2）。空氣溫度的分辨率為0.1 ℃，準(zhǔn)確度為±0.8 ℃。

1.3試驗(yàn)方法

果園中的果樹離散分布，分別對果樹冠層、果樹間隙進(jìn)行采樣測量。依據(jù)果園中的位置選定3棵長勢較均勻的果樹，

對每棵果樹以0.5 m3立方體為隔斷將其劃分為80個正方體，測量每個正方體中心點(diǎn)的空氣溫度。對每棵果樹的測量方法見圖3。為清晰起見，只畫出了2個測量高度（共5個測量高度：0、0.5、1.0、1.5、2.0 m）各16個測量位置點(diǎn)。

對果園間隙，采用“弓”字形測量方法以能覆蓋整個果園，反映整個果園的空氣溫度變化。測量方法見圖4。

為了對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，10月在另外的果園進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)方法相同。

2結(jié)果與分析

2.1蘋果不同高度溫度變化

9月不同高度的16個點(diǎn)的溫度測量結(jié)果見圖5。1～16個位置點(diǎn)分別沿著“弓”字形順序定位。

不同高度層空氣溫度具有相似的走勢，表明空氣溫度在水平方面具有相似的變化趨勢。在冠層1中，不管在哪個高度層，溫度在1～8個測量位置點(diǎn)的溫度明顯低于9～16位置點(diǎn)的測量值。在果樹間隙，溫度從1至16個測量點(diǎn)逐漸減小（圖5）。

空氣溫度在單個冠層的變化快慢及變化幅度與果樹所處的環(huán)境有關(guān)。果樹周圍及其本身的枝葉分布越均勻，空氣溫度越趨于穩(wěn)定，變化幅度小，變化速度慢，如冠層2、冠層3。果樹周圍的環(huán)境不均衡，冠層溫度的變化較快，變化幅度較大，如冠層1（圖5）。

果樹周圍環(huán)境是否均衡主要和果樹所處的位置及相鄰果樹的生長狀況有關(guān)。處于果園邊緣的果樹由于其一邊直接和外界環(huán)境接觸，而另一邊為茂密的果樹，造成冠層溫度變化較大。即使果樹在果園內(nèi)部，若果樹的鄰樹茂密程度較大，也會造成溫度的變化較大，如其中1棵相鄰的果樹由于病蟲害造成樹體矮小且枝葉較少的情況。

2.2蘋果不同高度溫度極差分布

對于多數(shù)果樹，不同高度的溫度曲線集中分布，說明在每個位置點(diǎn)，空氣溫度隨著高度的變化很小。對于所測量的64個位置點(diǎn)中，每個位置點(diǎn)的不同高度的溫度極差所占的百分比，87.5%的溫度極差小于0.5 ℃，>0.1～0.2 ℃的極差所占比例最多，占32.8%（圖6）。

2.3不同冠層及果園高度的溫度變化

為了深入研究空氣溫度在3個冠層、果樹間隙、整個果園的變化情況，計(jì)算了不同高度層的極差，結(jié)果見圖7。從圖7可以看出， 總體上極差由大到小排列分別為整個果園、冠層1、果樹間隙、冠層2、冠層3。雖然冠層1的覆蓋空間遠(yuǎn)小于果樹間隙，但其溫度極差卻大于果樹間隙。整個果園的極差主要由冠層1造成，表明在果園中周圍環(huán)境不均衡，果園邊緣的果樹或者鄰樹缺位及長勢相差較大的果樹冠層的空氣溫度變化幅度基本能反映整個果園的變化幅度，結(jié)果為蘋果園中空氣溫度的監(jiān)測方案提供了依據(jù)。

對任一冠層、果樹間隙或整個果園，極差隨著高度的變化波動較小，總體呈水平趨勢。表明空氣溫度在水平方面具有相似的變化趨勢。整個果園的最大極差出現(xiàn)在高160 cm處，為2.3 ℃。

2.4驗(yàn)證試驗(yàn)

為了對所得到的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，于10月進(jìn)行了同樣的試驗(yàn)，3個冠層及果樹間隙的不同高度16個測量點(diǎn)空氣溫度測定結(jié)果見圖8。10月與9月比較溫度均有所降低。

驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，冠層1中同一水平高度的溫度變化較大，與9月試驗(yàn)結(jié)論一致，與果樹1所處的位置靠近果園邊緣有關(guān)。10月空氣溫度在同一冠層不同高度的曲線具有相似的走勢，且分布較集中，驗(yàn)證了空氣溫度在不同水平面上具有相同走勢的結(jié)論。

10月冠層中的空氣溫度曲線分布更集中，表明在同一測量位置點(diǎn)空氣溫度隨著高度的變化較小。每個位置點(diǎn)的最大最小值之差分布見圖9。從圖9可以看出，溫度極差最大值為0.7，0～0.1的極差所占比例最高，為46.9%。

空氣溫度在3個冠層、果樹間隙及整個果園不同高度層的極差見圖10。從圖10可以看出，冠層1不同高度的極差最大，對整個果園極差的貢獻(xiàn)最大。冠層2、冠層3不同高度的極差值近似，果園中果樹間隙的極差在前二者間，驗(yàn)證了9月試驗(yàn)的結(jié)論。整個果園的極差最大值為2.3 ℃，與9月試驗(yàn)結(jié)論一致，驗(yàn)證了果園中整個果園空氣溫度最大最小值之差在2～3 ℃之間的結(jié)論。

3討論與結(jié)論

果園冠層中空氣溫度在不同高度具有相同的走勢。這與王大銘研究的樹冠不同層次溫度從上到下逐漸降低，同一層次內(nèi)溫度從內(nèi)膛到外圍逐步增大的結(jié)論[1]不同。可能和試驗(yàn)時(shí)節(jié)和天氣有關(guān)，本研究試驗(yàn)季節(jié)均為秋天，在果實(shí)成熟前進(jìn)行，雖然沒有風(fēng)，但空氣相對濕度較低。本研究結(jié)論為秋季蘋果成熟前果園中空氣溫度的監(jiān)管提供依據(jù)，并為研究溫度與果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量之間的關(guān)系提供理論支持。

果園中空氣溫度的極差不同冠層相差很大，與果樹所處的位置有關(guān)，果樹周圍環(huán)境越是不均衡，冠層空氣溫度的極差越大。果園間果樹間隙的極差處于冠層極差之間。處于果樹邊緣或臨樹茂密度相差很大的果樹冠層的空氣溫度極差較大，對整個果園中不同高度的溫度極差貢獻(xiàn)最大。

空氣溫度在水平方向的變化大于其在垂直方向的變化。通過2次試驗(yàn)表明，同一位置點(diǎn)不同高度處空氣溫度的最大最小值之差小于0.5 ℃。而在水平方向即使在同一冠層，極差最大值為2.3 ℃。

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