于 飛， 劉 博， 谷曉平， 袁淑杰

(1.貴州省山地環(huán)境氣候研究所，貴州 貴陽 550002；2.貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550002；3.寧夏回族自治區(qū)固原市氣象局，寧夏 固原 756000； 4.貴州省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心，貴州 貴陽550002；5.成都信息工程大學(xué)，四川 成都 610103)

菊花(Chrysanthemummorifolium)是中國(guó)四大名花之一，菊花品質(zhì)一般以株高、鮮質(zhì)量、直徑、葉數(shù)等外觀指標(biāo)進(jìn)行衡量，影響菊花品質(zhì)的因素包括種苗品質(zhì)、氣溫、光照、水肥管理及種植密度等。采用溫室生產(chǎn)鮮切菊花可周年滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，如何精準(zhǔn)調(diào)控溫室設(shè)施內(nèi)的環(huán)境因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)菊花商品品質(zhì)、發(fā)育形態(tài)、采收與上市時(shí)間以及產(chǎn)量等方面精確管理和目標(biāo)控制，是溫室菊花生產(chǎn)者面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)需要對(duì)菊花生長(zhǎng)發(fā)育的生理生態(tài)過程進(jìn)行定量描述和模擬研究。作物模型在環(huán)境優(yōu)化控制、智能化管理等方面發(fā)揮關(guān)鍵性作用，特別是從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，作物模型的研究是提高設(shè)施園藝生產(chǎn)潛力的重要基礎(chǔ)和核心技術(shù)。歐美國(guó)家已率先對(duì)觀賞園藝植物生長(zhǎng)發(fā)育模型進(jìn)行研究，我國(guó)也開展了一些工作。菊花品質(zhì)指標(biāo)受光照、氣溫影響顯著，不同光溫條件下，菊花植株品質(zhì)差異明顯，菊花發(fā)育速率主要由氣溫?zé)嵝?yīng)、光合有效輻射和光周期效應(yīng)共同決定。LEE等[1]研究發(fā)現(xiàn)，夏季菊花單株干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、花朵數(shù)及株高等指標(biāo)優(yōu)于冬季；HEUVELINK等[2]建立了光合驅(qū)動(dòng)的菊花生長(zhǎng)模型，用以預(yù)測(cè)不同定植期、不同密度和不同CO2濃度對(duì)多頭菊花單株干質(zhì)量、單株花朵數(shù)和花朵大小的影響，同時(shí)該模型可以給出不同光照強(qiáng)度下植株生長(zhǎng)的最佳密度。楊再?gòu)?qiáng)等[3]綜合光溫指標(biāo)，以生理輻熱積為尺度，建立了溫室單頭菊外觀品質(zhì)模擬模型。為設(shè)施菊花光溫調(diào)控和農(nóng)事安排提供科學(xué)參考，通過對(duì)設(shè)施菊花植株生長(zhǎng)指標(biāo)及對(duì)應(yīng)生長(zhǎng)期內(nèi)設(shè)施小氣候光溫指標(biāo)的連續(xù)觀測(cè)，采用累積輻熱積指標(biāo)研究大棚光溫條件對(duì)菊花生長(zhǎng)發(fā)育的影響，建立設(shè)施菊花生長(zhǎng)發(fā)育的光溫評(píng)價(jià)模型。

1 材料與方法

1.1 材料

以貴陽國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園核心區(qū)菊花種植連棟大棚內(nèi)的菊花為材料，菊花品種為優(yōu)香，定植時(shí)間為2018年3月28日，采收時(shí)間為6月28日。種植設(shè)施大棚為八連棟大棚，大棚跨度8 m，長(zhǎng)度30 m。試驗(yàn)地位于貴陽市烏當(dāng)區(qū)，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(cè)指標(biāo)

1.2.1 菊花生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo) 以試驗(yàn)基地內(nèi)設(shè)施菊花的定植及生長(zhǎng)期3—6月為觀測(cè)時(shí)段，在大棚內(nèi)四周及中心方位選取5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的5個(gè)植株進(jìn)行生長(zhǎng)指標(biāo)觀測(cè)，取平均值作為該觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)值。2018年3月28日起，每5 d觀測(cè)1次菊花植株株高、莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬及葉片對(duì)數(shù)；從6月23日至收獲期，每2 d觀測(cè)1次，除觀測(cè)前述指標(biāo)外，增加菊花花苞直徑的觀測(cè)。用直尺測(cè)量植株株高、葉長(zhǎng)、葉寬和花頭直徑；游標(biāo)卡尺測(cè)量植株莖粗，測(cè)量位置為第6片葉和第7片葉中間；按葉片伸長(zhǎng)達(dá)1 cm時(shí)計(jì)入葉片數(shù)。菊花葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.785[4]。從菊花定植到采收期間共采集18組菊花生長(zhǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2.2 大棚光溫氣象指標(biāo) 棚室氣象環(huán)境數(shù)據(jù)由RR-9310氣象環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)采集，包括大棚內(nèi)外空氣氣溫、濕度、總輻射和大棚內(nèi)凈輻射。頻率為每60 s 采集1次，存儲(chǔ)每10 min的平均值。太陽輻射乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)(0.45)轉(zhuǎn)化為光合有效輻射[5]。

1.3 方法

為了定量評(píng)估和模擬光溫條件對(duì)菊花生長(zhǎng)發(fā)育速率以及菊花外觀品質(zhì)指標(biāo)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(biāo)(TEP)[6-7]，根據(jù)菊花生長(zhǎng)期間的凈增株高、凈增葉面積、凈增莖直徑及出葉速率，結(jié)合光溫氣象因子，建立菊花植株生長(zhǎng)-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(nèi)第j小時(shí)的相對(duì)熱效應(yīng)。

相對(duì)熱效應(yīng)(RTE)指作物在實(shí)際氣溫條件下生長(zhǎng)1 d相當(dāng)于在最適氣溫條件下生長(zhǎng)1 d的比例，根據(jù)菊花發(fā)育所需的三基點(diǎn)氣溫和實(shí)際棚室內(nèi)氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)來計(jì)算。

式中，T為各小時(shí)內(nèi)的平均氣溫，RTE(T)表示氣溫為T時(shí)的相對(duì)熱效應(yīng)，Tb和Tm分別為生長(zhǎng)下限溫度和上限溫度，Tob和Tou分別為生長(zhǎng)的最適下限氣溫和最適上限氣溫。菊花各生育時(shí)期的三基點(diǎn)溫度見表1[8-9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 設(shè)施大棚菊花采收時(shí)期的生長(zhǎng)指標(biāo)

試驗(yàn)菊花從定植至采收完成，整個(gè)生育期所需時(shí)間為90 d。從表2看出，菊花采收時(shí)平均株高、花苞直徑、花莖粗等指標(biāo)均達(dá)到秀級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)[10](秀為菊花品質(zhì)的最高級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)，要求其莖桿挺直，無彎曲，長(zhǎng)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(nèi)5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)菊花的株高、葉片對(duì)數(shù)、葉面積、莖粗、現(xiàn)蕾日期、花苞大小等指標(biāo)無顯著差異，表明設(shè)施大棚內(nèi)光溫條件均衡，棚內(nèi)菊花植株生長(zhǎng)發(fā)育穩(wěn)定，其觀測(cè)數(shù)據(jù)作為生長(zhǎng)模型的建模原始數(shù)據(jù)具有可靠性和科學(xué)性。

表1 菊花各生育期的三基點(diǎn)溫度

表2設(shè)施大棚5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)菊花采收時(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)

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

觀測(cè)點(diǎn)平均值Observation site株高/cm Height葉長(zhǎng)/cm Leaf length葉寬/cm Leaf width葉面積/cm2 Leaf area葉片對(duì)數(shù)/對(duì) Pair number of leaves 現(xiàn)蕾日期/(月/日)Squaring date花苞直徑/cm Bud diameter花莖粗/cm Floral stem diameter觀測(cè)點(diǎn)1 Observation site Ⅰ88.28 10.16 8.12 64.76 22.00 6/41.53 0.64 觀測(cè)點(diǎn)2 Observation site Ⅱ86.38 9.92 8.16 63.54 21.00 6/41.43 0.63 觀測(cè)點(diǎn)3 Observation site Ⅲ88.90 9.94 8.78 68.51 21.00 6/51.48 0.64 觀測(cè)點(diǎn)4 Observation site Ⅳ87.20 10.20 8.46 67.74 21.50 6/5 1.50 0.66 觀測(cè)點(diǎn)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(shè)施大棚菊花的生長(zhǎng)指標(biāo)

按照設(shè)施菊花定植時(shí)植株的通常生長(zhǎng)指標(biāo)(定植時(shí)初始株高約為10 cm、直徑約0.3 cm、9片真葉)，結(jié)合各時(shí)段觀測(cè)所得的光溫氣象數(shù)據(jù)，可得到不同累積輻熱積與菊花生長(zhǎng)指標(biāo)的對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)關(guān)系。從表3看出，定植后的菊花生長(zhǎng)指標(biāo)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(duì)數(shù)4個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)要達(dá)到秀級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)應(yīng)的植株生長(zhǎng)指標(biāo)

2.3 設(shè)施菊花生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)與累積輻熱積的生長(zhǎng)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(duì)數(shù)隨累積輻熱積的變化趨勢(shì)。

2.3.1 凈增株高-累積輻熱積模型 菊花凈增株高(NPH)為相應(yīng)時(shí)段測(cè)量的實(shí)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(duì)株高影響較大。對(duì)曲線進(jìn)行擬合，得凈增株高與累積輻熱積關(guān)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(shí)植株株高達(dá)到秀級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)(莖桿挺直，無彎曲，長(zhǎng)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(jí)的指標(biāo)之一。菊花凈增莖直徑(NPD)為相應(yīng)時(shí)段測(cè)量的實(shí)際測(cè)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(guān)系，模型表達(dá)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(shí)植株莖直徑達(dá)到秀級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)(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(zhì)指標(biāo)，也是植株進(jìn)行光合作用的重要器官面積，凈增葉面積(NPA)為相應(yīng)時(shí)段實(shí)際測(cè)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(guān)系，模型表達(dá)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(shù)-輻熱積模型 菊花凈增葉片數(shù)為實(shí)際測(cè)量時(shí)葉片數(shù)減去初始值來衡量。菊花凈增葉片數(shù)(NLI)與累積輻熱積(TEP)的關(guān)系積符合Logistic模型，表達(dá)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(shí)葉片出葉速率最快，生產(chǎn)中可根據(jù)植株生長(zhǎng)發(fā)育需求調(diào)節(jié)光溫從而控制出葉速率。

3 結(jié)論與討論

在水肥狀況供應(yīng)充足條件下，設(shè)施大棚菊花的生長(zhǎng)發(fā)育速率主要由氣溫?zé)嵝?yīng)、光合有效輻射和光周期效應(yīng)共同決定。因此，在熱量條件和光照長(zhǎng)度可由人工控制的設(shè)施菊花生產(chǎn)中，合理的大棚光溫控制可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)菊花生產(chǎn)。研究累積輻熱積與植株生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)和品質(zhì)形成的定量關(guān)系，綜合氣溫?zé)嵝?yīng)、光合有效輻射2項(xiàng)關(guān)鍵因子，建立了累積輻熱積(TEP)與菊花生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)的生長(zhǎng)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(shù)(NLI)的生長(zhǎng)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(jì)算可知，設(shè)施菊花從定植初始條件(株高10 cm、直徑0.3 cm、4.5對(duì)真葉)至收獲時(shí)達(dá)秀級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)(株高約90 cm，莖粗約6.5 mm，真葉21.5對(duì)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(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)生長(zhǎng)模型的模擬精度高，實(shí)用性強(qiáng)，可為設(shè)施菊花周年生產(chǎn)光溫調(diào)控的優(yōu)化提供決策參考支持。在設(shè)施菊花定植后，綜合考慮菊花對(duì)累積輻熱積的需求，科學(xué)進(jìn)行光溫調(diào)控分配，以達(dá)到預(yù)期成熟收獲標(biāo)準(zhǔn)。但本研究?jī)H觀測(cè)了優(yōu)香品種的菊花，對(duì)于其他品種的菊花尚需多點(diǎn)試驗(yàn)資料對(duì)模型進(jìn)行校正和檢驗(yàn)，才可作為參考指標(biāo)進(jìn)行應(yīng)用。