大棚櫻桃品質與小氣候因子的相關分析
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摘要：為研究山東省煙臺市大棚內小氣候因子的變化規律及其對果實品質的影響，于2016年1—5月在煙臺市芝罘區開展了大棚甜櫻桃（Prunus avium L.）觀測試驗，對3個試驗棚和1個對照棚內氣候及相應外界氣象條件進行了觀測記錄和對比分析。結果表明，煙臺市大棚甜櫻桃生產的最佳棚內氣候是花期白天溫度為12～22 ℃，夜晚溫度為6～8 ℃;果實膨大期白天溫度為13～23 ℃，夜晚溫度為8～10 ℃;著色至采收期，白天溫度為16～25 ℃，夜晚溫度為10～12 ℃;大棚濕度白天控制在50%，夜晚低于80%，光照度為15 000 lx。
關鍵詞：大棚甜櫻桃（Prunus avium L.）;小氣候;氣溫;濕度;日照
中圖分類號：S662.5 文獻標識碼：A
文章編號：0439-8114（2019）07-0052-05
Abstract： In order to study the variation of microclimatic factors in greenhouses and the effects on cherry （Prunus avium L.）fruit quality in Yantai city， Shandong province， the observation experiment of cherry in greenhouse was carried out in Zhifu district， Yantai city from January to May in 2016. Through the observational records and comparative analysis of three experimental greenhouses and one control greenhouse and their external meteorological conditions， the optimum greenhouse climate for cherry production in Yantai area was concluded that 12～22 ℃ in daytime and 6～8 ℃ in night at flowering stage，13～23 ℃ in daytime and 8～10 ℃ in night at fruit expansion stage， 16～25 ℃ in daytime and 10～12 ℃ in night from coloring to harvesting stage， humidity of 50% during daytime， less than 80% at night， and luminance of 15 000 lx.
Key words： cherry （Prunus avium L.）in greenhouse; microclimate; temperature; humidity; sunshine
山東省煙臺市地理位置優越，瀕臨渤海、黃海，四季分明，果樹主要種植地帶晝夜溫差顯著，利于果實養分等積累，果實品質優秀，是中國大櫻桃最早栽培地區，也是最適宜栽培區之一。目前煙臺市大棚櫻桃種植面積已達2 000 hm2，是煙臺市櫻桃產業的重要組成部分。但目前大棚櫻桃種植項目仍存在人工成本較高、監控水平和管控力度偏低、農業災害防御能力不足等影響提質增效等問題。要解決這些問題，首先需要對大棚櫻桃生育期最適宜氣候條件進行研究分析和確定。目前關于大棚櫻桃小氣候條件的研究前人已有涉及，如：王其侖等[1]和唐洪臣等[2]分別總結了櫻桃簡易塑料大棚保護栽培技術研究，對大棚櫻桃生產起到了積極引導作用;周曉麗等[3]和羅鳳玲等[4]針對陜西省大棚櫻桃應用開展了研討;部分學者針對山東省大棚櫻桃與棚內小氣候的相關性進行了試驗研究，如袁靜等[5，6]研究了大棚小氣候特征及其對大櫻桃生長的影響，發現大棚內平均氣溫和相對濕度變化規律。本試驗以作為大棚櫻桃重要產區的煙臺市為研究區，在前人研究的基礎上，通過實地觀測和數據分析，找出煙臺市大棚櫻桃品質與小氣候因子的相關性，以期為大棚櫻桃產業提質增效、提升市場競爭力提供服務。
1 材料與方法
1.1 材料與試驗地概況
該試驗于2016年1月1日至5月10日在山東省煙臺市芝罘區黃務街道官莊村內某櫻桃大棚基地開展。試驗選取4個大棚，其中試驗大棚3個，對照大棚1個，大棚長80 m，跨度13 m，高6 m。供試品種為甜櫻桃（Prunus avium L.）美早，樹齡為8年生，盛年;授粉樹為拉賓斯，樹齡6年生，盛年;植株走向均為東西向。
1.2 環境管理措施
試驗棚可實現通風、自動調控溫濕度等[7]。對照棚中為傳統生產模式，人工操作。施肥用量、修剪方式和授粉方式等管理措施均相同，分為高地大棚、優勢大棚、低地大棚。12月20日統一蓋棚，以備越冬;采用人工花期授粉，在扣棚前、開花期、開花后、坐果期、膨果期、采摘后分別加施有機肥1次[8-10]。
1.3 數據采集方法
考慮項目經費和推廣價值，選用上海搜博實業有限公司生產的[SM3560B]RS485光照度傳感器和[SM1910B]RS485防護型溫濕度模塊及探頭進行全天候試驗棚和對照棚的數據采集。試驗期為2016年1月1日至5月10日，采集頻率為1次/s，數據存儲為1次/min。采集高度為1.8 m，采集對象為4個棚內各選取12株生長發育良好、狀況相似的櫻桃樹為固定觀測對象，統計產量、單果重、裂果率、含水量、可溶性固形物含量等指標，觀測頻率為1次/5 d。 1.4 數據處理方法
試驗和觀測數據采用Microsoft Excel軟件和DPS 7.05軟件[11]進行處理和分析。
2 結果與分析
2.1 棚內外小氣候特征
2.1.1 平均氣溫特征 對大棚內外氣溫變化特征進行分析（圖1），發現大棚覆蓋后，氣溫升高顯著。試驗期間棚內平均氣溫達13.8 ℃，較棚外高7.6 ℃。1—3月，外界氣溫較低，大棚增溫效果相對顯著，二者平均氣溫相差可超過10 ℃。4月后，隨著天氣回暖，外界氣溫升高，特別是晴天午后，棚內氣溫極易超過32 ℃，影響果實生長發育，因此必須開棚通風降溫。4月下旬以后，溫差逐漸縮小，棚內外溫差平均不足1 ℃。
根據實地觀測，依據晴天、多云、陰天不同的天氣類型分別統計大棚內平均氣溫，分析其日變化規律（圖2）。分析實測數據發現，晴天和多云天氣時，大棚內最高氣溫基本出現在14：00前后，而陰天時最高氣溫出現在13：00前后。大棚內外晴天時氣溫日較差最大，陰天時氣溫日較差最小;而同一時刻的氣溫值，晴天>多云>陰天。在各種天氣類型下，平均氣溫最低值均出現在早晨6：00前后，平均氣溫最高值均出現在午后時段;這一結論與劉春等[11]研究比較吻合。
2.1.2 相對濕度特征 試驗期內發現，蓋棚后大棚內的相對濕度明顯增加，平均相對濕度可達82%，較棚外高27個百分點;大棚內日間相對濕度變化幅度較棚外小。隨著外界氣溫逐漸變暖，棚內氣溫也逐漸升高，從而開棚通風次數增多，導致棚內相對濕度也隨之下降，同時棚內外相對濕度差隨之減?。▓D3）。
晴天和多云時，最小相對濕度出現在14：00前后，最大相對濕度出現在6：00前后;陰天時最小相對濕度出現在13：00前后，最大相對濕度出現在23：00前后;白天大棚內的相對濕度變化幅度大于夜間變化幅度;晴天時相對濕度日較差最大，陰天時相對濕度日較差最小;同一時間的相對濕度值，陰天>多云>晴天（圖4）。在各種天氣情況下，午后時段相對濕度最小;氣溫和相對濕度變化情況進一步表明大棚內氣溫可以保持穩定且是可調控的。
2.2 棚內小氣候對甜櫻桃發育期的影響
由表1可知，大棚甜櫻桃初花期較露天提前2個月，成熟期提前46 d。高、中、低地大棚差別不顯著。
2.3 不同大棚的光照、溫濕度環境因子變化規律
根據實地觀測和輻射量計算方法，發現大棚所處地理環境影響光照度的高低，高地大棚>優勢大棚>低地大棚（圖5），而且高地大棚隨氣溫回升，光照度變化最大。由于大棚的能源來自日照輻射，即使通過通風放風等操作，高地大棚從蓋棚開始，其升溫過程幅度便明顯高于優勢大棚和低地大棚，而后隨著氣溫回升，3個大棚的氣溫變化差逐漸減少，整體觀察呈現平均溫度的變化規律與光照度變化規律一致（圖6）。
對1—4月的觀測記錄進行分析，發現相對濕度變化規律與平均氣溫變化規律不完全一致，可能是未受到日照輻射量增多的影響;低地大棚和高地大棚的相對濕度變化趨勢基本一致，但低地大棚的相對濕度明顯偏高（圖7）。
2.4 不同小氣候條件對果實品質和產量的影響
根據表2統計，優勢大棚的單產和單果重表現最佳，單產較低地大棚增加20.3%，高地大棚的單產和單果重居中。高地大棚和優勢大棚的裂果率較低，平均裂果率分別為7‰、8‰;可溶性固形物均大于18，均較低地大棚高18%左右。
2.5 溫度對果實產量和品質影響的相關性分析
以大棚甜櫻桃開花、坐果至采摘期間的大棚日平均氣溫作為自變量，分別統計單產、可溶性固形物和單果重，并進行回歸分析，以確定大棚中溫度對甜櫻桃產量和品質的影響。結果（圖8-圖10）表明，單產、可溶性固形物和單果重與大棚溫度間大都呈現出相關性，且R2均大于0.9，回歸方程具有一定的參考價值。根據公式判斷，過高或過低氣溫對大棚櫻桃最佳產量和質量不利，發現最佳單產和單果重的生育期內，日平均氣溫應為15 ℃左右，而可溶性固形物在氣溫為11～15 ℃顯著提升，在超過17 ℃后大體維持在18%以上。
2.6 濕度對果品含水量和裂果率的相關性分析
分析生育期內棚內相對濕度與裂果率和含水量的相關性，結果（圖11）發現，裂果率與相對濕度呈顯著相關，大棚內平均相對濕度在75%內時裂果率較低;在75%以上時，裂果率明顯增加;果實含水量在大棚相對濕度范圍內呈現出線性關系（圖12）。綜合考慮裂果和果實含水量，認為大棚櫻桃生育期棚內相對濕度為75%時可達到最佳。
3 小結與討論
在露天環境下，5月底接近成熟時，櫻桃樹體冠層溫度超過35 ℃屬于仍可正常生產氣象環境條件，但在大棚中，如果大棚平均氣溫達到35 ℃將出現葉灼等現象，進而影響果實品質和產量[12]，因此研究大棚內氣候條件變化尤其是溫度和相對濕度極為重要。
本試驗觀測發現，煙臺市大棚櫻桃膨果期內，日平均光照度為15 000 lx時，與溫度和濕度達到最優平衡。光照度不足往往代表著天氣情況不佳，一般不采取通風措施，進而導致大棚相對濕度較大，光合作用效率降低，不利于生產[13]。相反膨果期光照度過大，雖然可以有效抑制大棚濕度過高，但達到25 000 lx時，過高的光照度會導致產生光抑制現象，影響光合作用，進而造成產量和品質的下降[14，15]。
本研究通過實地觀測和試驗數據分析，認為煙臺大棚櫻桃生產的最佳小氣候環境為花期白天溫度12～22 ℃，夜晚溫度6～8 ℃;膨果期白天溫度13～23 ℃，夜晚溫度8～10 ℃;著色至采收期，白天溫度16～25 ℃，夜晚溫度10～12 ℃，大棚相對濕度白天控制在50%，夜晚不高于80%。 受大棚自動化水平和投資成本所限，太陽能仍必須作為其主要能源，因此，通風增濕調控設備的操作時間和調控精度有待提升。相應地，氣候因子和果品生產間的相關關系必須建立數理邏輯模型，提升精度，滿足需求，才能適用于新型智能大棚及相關調控設備的研發。
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