光溫條件對設施菊花生長發育的影響

于 飛， 劉 博， 谷曉平， 袁淑杰

(1.貴州省山地環境氣候研究所，貴州 貴陽 550002；2.貴州省山地氣候與資源重點實驗室，貴州 貴陽 550002；3.寧夏回族自治區固原市氣象局，寧夏 固原 756000； 4.貴州省生態氣象和衛星遙感中心，貴州 貴陽550002；5.成都信息工程大學，四川 成都 610103)

菊花(Chrysanthemummorifolium)是中國四大名花之一，菊花品質一般以株高、鮮質量、直徑、葉數等外觀指標進行衡量，影響菊花品質的因素包括種苗品質、氣溫、光照、水肥管理及種植密度等。采用溫室生產鮮切菊花可周年滿足國內外市場的需求，如何精準調控溫室設施內的環境因素，實現對菊花商品品質、發育形態、采收與上市時間以及產量等方面精確管理和目標控制，是溫室菊花生產者面臨的關鍵技術問題，要實現此目標需要對菊花生長發育的生理生態過程進行定量描述和模擬研究。作物模型在環境優化控制、智能化管理等方面發揮關鍵性作用，特別是從長遠看，作物模型的研究是提高設施園藝生產潛力的重要基礎和核心技術。歐美國家已率先對觀賞園藝植物生長發育模型進行研究，我國也開展了一些工作。菊花品質指標受光照、氣溫影響顯著，不同光溫條件下，菊花植株品質差異明顯，菊花發育速率主要由氣溫熱效應、光合有效輻射和光周期效應共同決定。LEE等[1]研究發現，夏季菊花單株干質量、鮮質量、花朵數及株高等指標優于冬季；HEUVELINK等[2]建立了光合驅動的菊花生長模型，用以預測不同定植期、不同密度和不同CO2濃度對多頭菊花單株干質量、單株花朵數和花朵大小的影響，同時該模型可以給出不同光照強度下植株生長的最佳密度。楊再強等[3]綜合光溫指標，以生理輻熱積為尺度，建立了溫室單頭菊外觀品質模擬模型。為設施菊花光溫調控和農事安排提供科學參考，通過對設施菊花植株生長指標及對應生長期內設施小氣候光溫指標的連續觀測，采用累積輻熱積指標研究大棚光溫條件對菊花生長發育的影響，建立設施菊花生長發育的光溫評價模型。

1 材料與方法

1.1 材料

以貴陽國家農業科技園核心區菊花種植連棟大棚內的菊花為材料，菊花品種為優香，定植時間為2018年3月28日，采收時間為6月28日。種植設施大棚為八連棟大棚，大棚跨度8 m，長度30 m。試驗地位于貴陽市烏當區，海拔986 m，年平均氣溫為14.6℃，年降雨量為1 179.8 mm。

1.2 觀測指標

1.2.1 菊花生長發育指標 以試驗基地內設施菊花的定植及生長期3—6月為觀測時段，在大棚內四周及中心方位選取5個觀測點，每個觀測點選擇長勢均勻的5個植株進行生長指標觀測，取平均值作為該觀測點的觀測值。2018年3月28日起，每5 d觀測1次菊花植株株高、莖粗、葉長、葉寬及葉片對數；從6月23日至收獲期，每2 d觀測1次，除觀測前述指標外，增加菊花花苞直徑的觀測。用直尺測量植株株高、葉長、葉寬和花頭直徑；游標卡尺測量植株莖粗，測量位置為第6片葉和第7片葉中間；按葉片伸長達1 cm時計入葉片數。菊花葉面積=葉長×葉寬×0.785[4]。從菊花定植到采收期間共采集18組菊花生長觀測數據。

1.2.2 大棚光溫氣象指標 棚室氣象環境數據由RR-9310氣象環境自動監測系統自動采集，包括大棚內外空氣氣溫、濕度、總輻射和大棚內凈輻射。頻率為每60 s 采集1次，存儲每10 min的平均值。太陽輻射乘以轉換系數(0.45)轉化為光合有效輻射[5]。

1.3 方法

為了定量評估和模擬光溫條件對菊花生長發育速率以及菊花外觀品質指標的影響，減少初始株高、葉面積及莖粗的影響，研究基于累積輻熱積指標(TEP)[6-7]，根據菊花生長期間的凈增株高、凈增葉面積、凈增莖直徑及出葉速率，結合光溫氣象因子，建立菊花植株生長-累積輻熱積模型。

DTEP(i)=[∑RTE(i,j)/24]×PAR(i)

式中，TEP(i)為菊花從第m天至第n天的累積輻熱積(MJ/m2)，DETP(i)為第i日輻熱積(MJ/m2)，PAR(i)為第i天總光合有效輻射(MJ/m2.d)，RTE(i)為第i天內第j小時的相對熱效應。

相對熱效應(RTE)指作物在實際氣溫條件下生長1 d相當于在最適氣溫條件下生長1 d的比例，根據菊花發育所需的三基點氣溫和實際棚室內氣溫觀測數據來計算。

式中，T為各小時內的平均氣溫，RTE(T)表示氣溫為T時的相對熱效應，Tb和Tm分別為生長下限溫度和上限溫度，Tob和Tou分別為生長的最適下限氣溫和最適上限氣溫。菊花各生育時期的三基點溫度見表1[8-9]。

2 結果與分析

2.1 設施大棚菊花采收時期的生長指標

試驗菊花從定植至采收完成，整個生育期所需時間為90 d。從表2看出，菊花采收時平均株高、花苞直徑、花莖粗等指標均達到秀級別的標準[10](秀為菊花品質的最高級別標準，要求其莖桿挺直，無彎曲，長度90 cm左右，莖粗6.5 mm左右；花苞直徑1.5 cm以上，花苞圓整，無畸形；上部約20 cm莖上不掉葉；無病蟲害，無泥土污染)。大棚內5個觀測點菊花的株高、葉片對數、葉面積、莖粗、現蕾日期、花苞大小等指標無顯著差異，表明設施大棚內光溫條件均衡，棚內菊花植株生長發育穩定，其觀測數據作為生長模型的建模原始數據具有可靠性和科學性。

表1 菊花各生育期的三基點溫度

表2設施大棚5個觀測點菊花采收時的生長發育指標

Table 2 Growing development indexes ofC.morifoliumat harvest stage at five observation sites of facility greenhouse

觀測點平均值Observation site株高/cm Height葉長/cm Leaf length葉寬/cm Leaf width葉面積/cm2 Leaf area葉片對數/對 Pair number of leaves 現蕾日期/(月/日)Squaring date花苞直徑/cm Bud diameter花莖粗/cm Floral stem diameter觀測點1 Observation site Ⅰ88.28 10.16 8.12 64.76 22.00 6/41.53 0.64 觀測點2 Observation site Ⅱ86.38 9.92 8.16 63.54 21.00 6/41.43 0.63 觀測點3 Observation site Ⅲ88.90 9.94 8.78 68.51 21.00 6/51.48 0.64 觀測點4 Observation site Ⅳ87.20 10.20 8.46 67.74 21.50 6/5 1.50 0.66 觀測點5 Observation site Ⅴ85.04 10.72 8.38 70.52 21.00 6/5 1.50 0.66

2.2 不同累積輻熱積條件下設施大棚菊花的生長指標

按照設施菊花定植時植株的通常生長指標(定植時初始株高約為10 cm、直徑約0.3 cm、9片真葉)，結合各時段觀測所得的光溫氣象數據，可得到不同累積輻熱積與菊花生長指標的對應評價關系。從表3看出，定植后的菊花生長指標隨累積輻熱積的增加而升高，從菊花初始定植至收獲期，植株株高、葉面積、莖直徑及葉片對數4個生長指標要達到秀級別的標準，至少需要累積輻熱積320 MJ/m2。

表3 菊花定植后不同累積輻熱積對應的植株生長指標

2.3 設施菊花生長發育指標與累積輻熱積的生長模型

從圖1看出菊花凈增株高、凈增莖直徑、凈增葉面積和凈增葉片對數隨累積輻熱積的變化趨勢。

2.3.1 凈增株高-累積輻熱積模型 菊花凈增株高(NPH)為相應時段測量的實際株高減去初始株高。菊花凈增株高隨累積輻熱積的變化符合Logistic型曲線，凈增株高在30～80 cm，累積輻熱積對株高影響較大。對曲線進行擬合，得凈增株高與累積輻熱積關系模型：NPH=87.23/[1+63.62×exp(-0.02TEP)]，R2=0.997。通過該模型可知，若菊花定植幼苗初始苗高10 cm左右，至收獲時植株株高達到秀級別的標準(莖桿挺直，無彎曲，長度90 cm)，需要累積輻熱積為320～350 MJ/m2。

2.3.2 凈增莖直徑-輻熱積模型 花莖直徑是菊花分級的指標之一。菊花凈增莖直徑(NPD)為相應時段測量的實際測量值減去初始直徑。菊花凈增莖直徑與累積輻熱積符合線性關系，模型表達式為NPD=0.001TEP+0.042 7，R2=0.978 7。若定植幼苗初始莖直徑為0.3 cm左右(通常初始定植幼苗莖粗)，至收獲時植株莖直徑達到秀級別的標準(0.65 cm)，所需累積輻熱積為320～350 MJ/m2。

2.3.3 凈增葉面積-累積輻熱積模型 葉面積是菊花重要的外觀品質指標，也是植株進行光合作用的重要器官面積，凈增葉面積(NPA)為相應時段實際測量值減去初始值。菊花凈增葉面積與累積輻熱積符合線性關系，模型表達式為NPA=0.093 1TEP-3.923，R2=0.996。通過模型可知，菊花葉面積每增加1 cm2，至少需要輻熱積50 MJ/m2。

2.3.4 凈增葉片數-輻熱積模型 菊花凈增葉片數為實際測量時葉片數減去初始值來衡量。菊花凈增葉片數(NLI)與累積輻熱積(TEP)的關系積符合Logistic模型，表達式NLI=19.9/[1+116.8×exp(-0.021TEP)]，R2=0.995 。通過模型可知，累積輻熱積為150～300 MJ/m2時葉片出葉速率最快，生產中可根據植株生長發育需求調節光溫從而控制出葉速率。

3 結論與討論

在水肥狀況供應充足條件下，設施大棚菊花的生長發育速率主要由氣溫熱效應、光合有效輻射和光周期效應共同決定。因此，在熱量條件和光照長度可由人工控制的設施菊花生產中，合理的大棚光溫控制可實現優質菊花生產。研究累積輻熱積與植株生長發育指標和品質形成的定量關系，綜合氣溫熱效應、光合有效輻射2項關鍵因子，建立了累積輻熱積(TEP)與菊花生長發育指標的生長模型。累積輻熱積與菊花凈增株高(NPH)、凈增莖直徑(NPD)、凈增葉面積(NPA)和凈增葉片數(NLI)的生長模型分別為NPH=87.23/[1+63.62×exp(-0.02TEP)]、NPD=0.001TEP+0.042 7、NPA=0.093 1TEP-3.923和NLI=19.9/[1+116.8×exp(-0.021TEP)]。通過模型計算可知，設施菊花從定植初始條件(株高10 cm、直徑0.3 cm、4.5對真葉)至收獲時達秀級別的標準(株高約90 cm，莖粗約6.5 mm，真葉21.5對左右)，需要累積輻熱積320～350 MJ/m2。

建立的累積輻熱積(TEP)與菊花生長發育指標生長模型的模擬精度高，實用性強，可為設施菊花周年生產光溫調控的優化提供決策參考支持。在設施菊花定植后，綜合考慮菊花對累積輻熱積的需求，科學進行光溫調控分配，以達到預期成熟收獲標準。但本研究僅觀測了優香品種的菊花，對于其他品種的菊花尚需多點試驗資料對模型進行校正和檢驗，才可作為參考指標進行應用。