葡萄需冷量和需熱量估算模型及設施促早栽培品種篩選

王海波，劉鳳之，韓 曉，謝計蒙，王孝娣，王寶亮

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葡萄需冷量和需熱量估算模型及設施促早栽培品種篩選

王海波，劉鳳之※，韓 曉，謝計蒙，王孝娣，王寶亮

（中國農業科學院果樹研究所/農業部園藝作物種質資源利用重點實驗室，興城 125100）

為進一步明確不同模型對葡萄需冷量和需熱量的估算效果，并篩選出適宜設施促早栽培的葡萄品種，首先利用≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型和猶他模型等需冷量估算模型與生長度小時模型和有效積溫模型等需熱量估算模型分別估算22個供試葡萄品種的需冷、需熱量；然后比較不同模型估算結果的年際間變異系數，篩選出最適需冷、需熱量估算模型；最后將不同品種的需冷量和需熱量聚類分析，篩選出適于設施促早栽培的品種。結果表明：對于供試葡萄品種需冷量的估算，以猶他模型效果最好；對于需熱量的估算，采用有效積溫模型更為適宜、簡單實用。供試葡萄品種中高需冷量品種明顯多于低需冷量品種，低需熱量品種明顯多于高需熱量品種。其中無核早紅、87-1、莎巴珍珠、香妃和紅香妃等5個品種的需冷、需熱量均低，花期早、更有利于產期調節，適宜設施促早栽培。

果實；栽培；模型；需冷量；需熱量；生長度小時；有效積溫

0 引 言

在設施葡萄促早栽培中，產期受需冷量和需熱量共同調節[1]，包含著葡萄萌芽展葉對溫度不同要求的2個重要時期—休眠期和催芽期。葡萄進入深休眠后，只有休眠解除即滿足品種的需冷量（如使用破眠劑則有效低溫累積滿足品種需冷量的2/3即可）才能開始升溫，否則過早升溫會引起不萌芽，或萌芽延遲且不整齊，而且新梢生長不一致，花序退化，漿果產量和品質下降等問題[2-3]。需冷量滿足后，一定的熱量累積（需熱量）是葡萄萌芽展葉必不可少的[4]。因此，需冷量和需熱量估算的正確與否對于設施葡萄產期調節而言至關重要。對于葡萄需冷量和需熱量的度量一直倍受人們關注，目前的需冷量和需熱量估算模型主要是物候學模型而不是生理學模型，沒有以生理進程為基礎，所以它們確定休眠解除日期和萌芽日期的準確性受限于特定的環境條件，以估算出的需冷量值和需熱量值年際間變異系數最小的估算模型為該環境條件下的最佳估算模型[5]。≤7.2 ℃模型[3-7]、0～7.2 ℃模型[8-12]和猶他模型[13-18]等是目前果樹生產中應用最為廣泛的需冷量估算模型，生長小時度模型和有效積溫模型[19-24]是應用最為廣泛的需熱量估算模型。關于生長度小時模型和有效積溫模型對需熱量的計算，在葡萄[20]、櫻桃[22]、杏[23]、巴旦杏[24]、梨[25]、枸杞[26]、桃[27]上都有應用，但大多研究只分別估算不同品種的需冷量和需熱量，各個模型之間缺乏系統的比對分析。Gu曾經比較過生長度小時模型和生長度天模型對葡萄需熱量的擬合效果，認為生長度小時模型相對更加準確[28]。王西成曾經用生長度小時模型和有效積溫模型對14個設施葡萄品種進行需熱量計算，但目的是求其需熱量的大小及分析需冷量和需熱量的關系，未涉及到相關模型的比較。針對葡萄而言，≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型及猶他模型3種需冷量估算模型，生長小時度模型和有效積溫模型2種需熱量估算模型，具體哪種模型是估算葡萄需冷和需熱量的最適模型還尚未明確，嚴重影響了設施葡萄休眠解除時間和萌芽時間的正確確定，進而影響設施葡萄的產期調節。本試驗利用≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型及猶他模型3種需冷量估算模型與生長小時度模型和有效積溫模型2種需熱量估算模型，分別對22個供試設施葡萄品種的需冷量和需熱量進行估算，分析比較各模型估算結果的年際間變異系數，篩選出設施葡萄需冷量和需熱量的最佳估算模型，為設施葡萄生產中需冷量測定儀的研發和促早栽培適宜品種的選擇提供理論依據，促進設施葡萄生產的健康可持續發展。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料及地點

試驗以貝達嫁接的4年生無核早紅、紅旗特早玫瑰、無核白雞心、紫珍香、紅標無核、紅香妃、87-1、紅雙味、布朗無核、莎巴珍珠、京亞、香妃、巨峰、乍娜、巨玫瑰、矢富羅莎、藤稔、夏黑和火星無核等22個葡萄品種為試材，于2009年11月－2012年2月在中國農業科學院果樹研究所葡萄核心技術試驗示范園的高效節能型日光溫室（遼寧興城，120.51°E，40.45°N）內進行。試材行株距1 m×0.5 m，單層水平龍干形配合直立葉幕。休眠解除期管理采用中國農業科學院果樹研究所研發的促進休眠解除的技術措施-三段式溫度管理人工集中預冷帶葉休眠技術[29]。肥水管理采取水肥一體化，分為萌芽前、花前5～7 d、幼果發育期、轉色初期、成熟前15 d、果實采收后等關鍵時期進行肥水管理，肥料成分以氮磷鉀鈣鎂等為主，用量為75 kg/667 m2；水分管理采用膜下滴灌。其他管理同常規。不同葡萄品種的對應編號見表1。

表1 不同葡萄品種的對應編號

1.2 試驗方法

1.2.1 生理休眠解除日期的確定

根據試驗結合生產實踐，中國農業科學院果樹研究所制定出生理休眠解除日期的確定標準，于2009年－2012年每年的11月20日至次年的2月5日每3 d采樣1次，每次每品種采集20芽，在日光溫室中單芽扦插沙基培養。1）培養條件：沙基濕度以用手握緊剛開始滴水為宜（含水率70～80%）；氣溫晝間20～25 ℃左右，夜間5 ℃以上；空氣濕度80%以上；自然光照。利用浙大電氣ZDR-20溫濕度記錄儀記錄日光溫室內空氣的溫濕度。2）生理休眠解除標準：培養30 d左右，有效熱量累積［有效熱量累積＝∑（小時平均氣溫-生物學零度），其中生物學零度為10 ℃］達3 600 h·℃（小時·℃）后，若萌芽率為50%～60%，則本次采樣培養之日即為生理休眠解除之日；若萌芽率為60%～70%，則本次和上次采樣培養的中間日即為生理休眠解除之日；若萌芽率>70%，則上次采樣培養之日即為生理休眠解除之日。

1.2.2 需冷量的估算

葡萄解除生理休眠所需的有效低溫時數或單位數稱為葡萄的需冷量，即有效低溫累積起始之日始至生理休眠解除之日止時間段內的有效低溫累積，常用≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型和猶他模型3種需冷量估算模型進行估算[3-18]。其中≤7.2 ℃模型和0～7.2 ℃模型均以秋季日均溫穩定通過7.2 ℃的日期作為有效低溫累積的起始日期，分別以≤7.2 ℃和0～7.2 ℃低溫累積1小時記為1 h，單位h；而猶他模型以秋季負累積低溫單位絕對值達到最大值時的日期為有效低溫累積的起點，2.5～9.1 ℃溫度累積1小時記為1 C·U、1.5～2.4 ℃及9.2～12.4 ℃溫度累積1小時記為0.5 C·U、≤1.4 ℃或12.5～15.9 ℃溫度累積1小時記為0 C·U、16～18 ℃溫度累積1小時記為?0.5 C·U、18.1～21 ℃溫度累積1小時記為-1 C·U、21.1～23 ℃溫度累積1小時記為?2 C·U。

1.2.3 需熱量的估算

葡萄從生理休眠結束至50%芽展葉所需的有效熱量累積稱為葡萄的需熱量，常用生長度小時模型和有效積溫模型2種需熱量估算模型進行估算[19-24]。其中有效積溫模型對需熱量的估算用有效積溫進行，即需熱量（有效積溫）=∑（日平均氣溫?生物學零度），單位為d·℃，葡萄的生物學零度為10 ℃，計算簡單方便。而生長度小時模型對需熱量的估算用生長度小時GDH（growing degree hours·℃）表示，單位為GDH·℃，當溫度≤4.5 ℃時，累積1 h需熱量為0 GDH·℃；當溫度為4.5～25.0 ℃時，累積1 h需熱量為GDH·℃=?4.5；當溫度≥25 ℃時，累積1 h需熱量為20.5 GDH·℃。

1.2.4 需冷量和需熱量估算模型的評價標準

以估算出的需冷量值和需熱量值年際間變異系數最小的估算模型為該環境條件下的最佳估算模型[5]。變異系數是衡量資料中各觀測值變異程度的1個統計量。當進行2個或多個資料變異程度的比較時，如果度量單位不同，需采用標準差與平均數的比值即變異系數（CV）來比較，可以消除度量單位不同對兩個或多個資料變異程度比較的影響[30-32]。

2 結果與分析

2.1 不同需冷量估算模型的評價與葡萄品種需冷量的聚類分析

為了比較≤7.2 ℃模型、0～7.2 ℃模型和猶他模型3種需冷量估算模型對需冷量估算的準確程度，引入不同葡萄品種需冷量的年際間變異系數進行比較分析。對于本試驗而言，0～7.2 ℃模型和7.2 ℃模型的度量單位一致，均為h；但猶他模型的度量單位與0～7.2 ℃模型和7.2 ℃模型的度量單位不同，為冷溫單位（C·U），所以3種需冷量估算模型之間無法直接比較，必須引入變異系數。由表2可知，用≤7.2 ℃模型估算不同葡萄品種的需冷量，其年際間變異系數總體最大；用0～7.2 ℃模型估算不同葡萄品種的需冷量，除了87-1、夏黑和京亞3個品種外，其余品種的年際間變異系數均大于用猶他模型估算不同葡萄品種需冷量的年際間變異系數；用猶他模型估算不同葡萄品種的需冷量，其年際間變異系數最小；因此，用猶他模型估算不同葡萄品種的需冷量，結果更加準確。

表2 不同葡萄品種的需冷量及年際間變異系數

為了更好的比較分析不同葡萄品種需冷量的分布情況，采用聚類分析（最長距離法）將22個葡萄品種的需冷量進行分類，其需冷量數據為利用猶他模型估算得出。由圖1可知，當22個葡萄品種分成兩類時，各類間距離最長，特點突出。第一類為紅旗特早玫瑰、火星無核、紫珍香、巨峰、優無核、矢富羅莎、無核白雞心、乍娜、布朗無核、藤稔、奧迪亞無核、巨玫瑰、紅標無核、紅雙味、京亞和夏黑等16個品種，其需冷量均值介于963～1 046 C·U之間，屬于高需冷量品種；第二類為無核早紅、87-1、莎巴珍珠、香妃、紅香妃和京秀等6個品種，其需冷量均值介于791～894 C·U之間，屬于低需冷量品種。綜上，常見葡萄品種中高需冷量品種明顯多于低需冷量品種。

2.2 不同需熱量估算模型的評價與葡萄品種需熱量的聚類分析

從表3可以看出，無論用有效積溫模型還是用生長度小時模型估算出的不同葡萄品種需熱量的年際間變異系數均很小，2種需熱量估算模型之間差異不明顯，說明兩種模型對不同葡萄品種需熱量估算的準確度相近。但考慮到計算的簡便與否和是否便于掌握，葡萄品種需熱量的估算以采用有效積溫模型為宜。

同樣，為了更好的比較分析不同葡萄品種需熱量的分布情況，采用聚類分析（最長距離法）將22個葡萄品種的需熱量進行分類，其需熱量數據為利用有效積溫模型估算得出。由圖2可知，當22個葡萄品種分成2類時，各類間距離最長，特點突出。第一類為紅旗特早玫瑰、無核白雞心、無核早紅、紅標無核、87-1、乍娜、莎巴珍珠、香妃、紅香妃、奧迪亞無核、紅雙味、巨峰、優無核、京亞、京秀、巨玫瑰、藤稔、布朗無核、夏黑和矢富羅莎等20個品種，其需熱量均值介于200～267 d·℃之間，屬于低需熱量品種；第二類為火星無核和紫珍香等2個品種，其需熱量均值介于435～477 d·℃之間，屬于高需熱量品種，顯著高于上述低需熱量品種。綜上，常見葡萄品種中低需熱量品種明顯多于高需熱量品種。

圖1 不同葡萄品種需冷量（猶他模型）的聚類分析

表3 不同葡萄品種的需熱量及年際間變異系數

圖2 不同葡萄品種需熱量（有效積溫模型）的聚類分析

2.3 不同葡萄品種的產期調節特性

Citadin等[4]和Spiegel-Roy等[25]研究發現果樹的需冷量和需熱量共同影響其開花期，進而影響整個果樹產期。因此，設施葡萄促早栽培的產期由品種的需冷量和需熱量共同調節，其需冷量和需熱量越低，其花期越早，產期調節能力越強，越適宜促早栽培。從表2和3可以看出，無核早紅、87-1、莎巴珍珠、香妃和紅香妃等5個葡萄品種不僅需冷量低，而且需熱量低，因此其花期早，利于產期調節，適宜設施促早栽培。

3 討 論

在不同需冷量估算模型中，≤7.2 ℃模型計算最為簡單，凡是≤7.2 ℃的溫度都可作為需冷量積累。對于表1中個別品種（如紅旗特早玫瑰和紫珍香）第1年的需冷量與后2年相比變化較大，說明紅旗特早玫瑰和紫珍香這兩個品種不適用≤7.2 ℃模型擬合，從另一方面，也反映出≤7.2 ℃測定需冷量的不穩定性。0～7.2 ℃模型考慮到了0 ℃以下的溫度對葡萄休眠沒有幫助，因此，只考慮0～7.2 ℃內的溫度積累值，這比7.2 ℃模型更加精確了些。而且，0～7.2 ℃模型是最早提出、應用最廣的模型[33]，現在雖然有些模型均優于0～7.2 ℃模型[34-36]，但其在需冷量分析中仍被廣泛使用，例如 Baldocchi等[37]只用這種模型去分析加利福尼亞地區落葉果樹的需冷量，而該模型在中國更是被廣泛應用[11,38-40]。這主要是由于其計算簡便快捷，所以更加利于推廣應用。但是Darbyshire等[12]發現，在進行需冷量分析尤其是育種時，采用0～7.2 ℃模型是不合適的。落葉果樹的需冷量屬于生態生理指標，在氣候與生態型稍有不同的地區會造成差異；0～7.2 ℃模型雖然被廣泛采用，但在休眠期間，不同年份晝夜溫差越大時，由于高、中、低溫間的抵消作用，計算結果就會出現差異。而猶他模型對需冷量的積累劃分更加細致，每個溫度階段都有相應的需冷量積累單位，對低溫轉換的范圍分得較細，還考慮到了高溫對需冷量的負向作用，因此，計算結果更加準確，也更符合自然規律。本研究表明，用猶他模型估算不同葡萄品種的需冷量，其年際間變異系數最小，因此，用猶他模型估算不同葡萄品種的需冷量結果更為準確。這與王力榮等[11]在桃樹上和Ruiz David等[23]在杏樹上得出的結論一致。美中不足的是猶他模型計算較為繁瑣，不易于推廣應用。

生長度小時模型雖然計算形式與猶他模型有些類似，但是最終的計算結果并沒有像猶他模型在計算需冷量時那樣表現出很大的優勢。本研究表明，無論用生長度小時模型還是用有效積溫模型估算出的不同葡萄品種需熱量的年際間變異系數均很小，2種需熱量估算模型之間差異不大，但生長度小時模型計算繁雜，因此，就本試驗而言，從簡便快捷的角度來考慮，有效積溫模型更適宜葡萄品種需熱量的估算。

3種需冷量模型和2種需熱量模型雖然對每個品種需冷量和需熱量的積累值估算有所差異，可是無論采用哪種模型，各個品種的需冷量和需熱量大小順序都相對一致，因此，如果單純的比較各個品種的需冷量和需熱量大小，那么用任何一種模型都可以。但是如果指導實際設施生產，那么對于需冷量的計算，還是應該選擇計算相對準確的猶他模型，這樣才能更加準確的掌握升溫時間和選擇品種，把握設施葡萄的產期，生產出更優質的果品。如基于猶他模型的計算法則研發出需冷量測定儀，則可有效解決猶他模型計算繁雜不易于推廣應用的問題。對于需熱量的估算，由前面討論可知，應選有效積溫模型更為適宜。

4 結 論

對于常見設施葡萄品種需冷量的估算，選用猶他模型效果最好；對于需熱量的估算，選用有效積溫模型更為適宜。同時本研究發現，常見設施葡萄品種中高需冷量品種明顯多于低需冷量品種，而低需熱量品種明顯多于高需熱量品種。還發現，無核早紅、87-1、莎巴珍珠、香妃和紅香妃等5個葡萄品種不僅需冷量低，而且需熱量低，因此其花期早，更加利于產期調節，適宜設施促早栽培。

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Grape chilling requirement estimated models and heat requirement estimated models and selection of early cultivars in greenhouse

Wang Haibo, Liu Fengzhi※, Han Xiao, Xie Jimeng, Wang Xiaodi, Wang Baoliang

(/,,125100,)

In order to verify the estimated result of different chilling requirement estimation models and heat requirement estimation models, and screen the early maturing cultivars which are suitable for planting in protected cultivation, 3 different estimation models (≤7.2 ℃ model, the 0-7.2 ℃ model and the Utah model) for estimating chilling requirements and 2 different estimation models (the growing degree hour model and the effective accumulated temperature model) for estimating heat requirements were used and compared with 22 grape cultivars for 3 years. The experimental materials include Hongqitezaomeigui, Zizhenxiang, Wuhezaohong, Hongbiaowuhe, 87-1, Cardinal, Centenial Seedless, Pearl of Csaba, Otilia, Xiangfei, Hongxiangfei, Hongshuangwei, Kyoho, Superior Seedless, Jingya, Jumeigui, Fujiminori, Bronx Seedless, Mars Seedless, Summer Black, Jingxiu and Yatomi Rosa, which were grafted on Bata. They are planted in the grape center technology demonstration areas of Fruit Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences (Xingcheng, Liaoning Province, 120.51°E, 40.45°N). Their planting distance and row spacing are 0.5 and 1 m, respectively, double-plant plantation, horizontal dragon shape with vertical leaf canopy. Among the 3 chilling requirement models, the annual variation coefficient of chilling requirement for each grape variety was the smallest in the Utah model, followed by the 0-7.2 ℃ model, and the ≤7.2 ℃ model was the largest. The annual variation coefficient of heat requirement for each grape variety was both small in the growing degree hour model and the effective accumulated temperature model. Considering the ease of calculation, we suggested to use the effective accumulated temperature model. All in all, for the chilling requirement calculation of different grape cultivars in greenhouse, the results from the Utah model are the best. For the heat requirement calculation of different grape cultivars in greenhouse, the effective accumulated temperature model was suggested to be adopted for calculation. Based on the calculation of the Utah model and the effective accumulated temperature model, we found that the high chilling requirement varieties were more than those with low chilling requirement in the common grape varieties, and the low heat requirement varieties were more than those with high heat requirement. The chilling and heat requirements were both low in Wuhezaohong, 87-1, Pearl of Csaba, Xiangfei and Hongxiangfei. They were early flowering and more conducive to the regulation for fruit maturity, so they were suitable for protected cultivation.

fruits; cultivation; models; chilling requirement; heat requirement; growing degree hours; effective accumulated temperature

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.17.025

S663.1

A

1002-6819(2017)-17-0187-07

2017-04-08

2017-08-29

中國農業科學院創新工程（CAAS-ASTIP-2015-RIP-04）；國家現代農業產業技術體系建設專項（nycytx-30-zp）；國家自然科學基金（41101573）。

，王海波，副研究員，山東濰坊人，主要從事果樹栽培與生理和果園機械化研究。興城 中國農業科學院果樹研究所/農業部園藝作物種質資源利用重點實驗室，125100。Email：haibo8316@163.com

，劉鳳之，研究員，山東聊城人，主要從事果樹栽培與生理和果園機械化研究。興城 中國農業科學院果樹研究所/農業部園藝作物種質資源利用重點實驗室，125100。Email：liufengzhi6699@126.com