閆寶月，宋晉輝，劉金科，張立峰，張繼宗

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 河北保定 071000；2.河北北方學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院 河北張家口 075000；3.張北縣氣象局 河北張家口 076450）

華北高寒區(qū)強(qiáng)光、低溫的農(nóng)業(yè)環(huán)境，依其緊鄰大中城市的區(qū)位與交通便捷的路網(wǎng)，被成功開(kāi)發(fā)為生產(chǎn)冷涼蔬菜的優(yōu)勢(shì)區(qū)域；進(jìn)一步通過(guò)滿足溫?zé)釒那锏拘枨蠖憩F(xiàn)出獨(dú)占性的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)[1]?；ㄇ蚋仕{(lán)為喜涼耐霜型蔬菜，最適生長(zhǎng)溫度為10～25 ℃，花球形成的最適溫度為15～18 ℃；抗寒品種幼苗期能耐受-8 ℃短暫低溫[2]，花球期氣溫低至5 ℃生長(zhǎng)緩慢且能耐受短期霜凍[3-4]；夏秋季節(jié)適于在華北高寒區(qū)生產(chǎn)，并成為該區(qū)域的主導(dǎo)蔬菜品類。為延長(zhǎng)市場(chǎng)供應(yīng)期，大棚栽培提早上市[5]、錯(cuò)期播種拉平峰值[6]等技術(shù)創(chuàng)新發(fā)揮了明顯作用。然而花球甘藍(lán)的延后上市，在華北高寒區(qū)面臨著低溫、霜凍氣候的威脅?；ㄇ蚋仕{(lán)秋季間霜期[7]的生態(tài)適應(yīng)性，以及抗霜措施的效果成為迫切需要明確的問(wèn)題。

設(shè)置風(fēng)障能顯著降低山櫻、日本厚樸和廣玉蘭的凍害指數(shù)[8-9]，營(yíng)造防護(hù)林帶能長(zhǎng)期有效地保護(hù)茶園、橘園免受寒害[10-11]。塑料薄膜覆蓋可提高葡萄、軟籽石榴越冬期地溫，提高蓮霧葉片SOD 活性，從而增強(qiáng)抗寒性[12-14]。而無(wú)紡布作為新型覆蓋材料能較好地替代塑料膜，實(shí)現(xiàn)在晚熟柑橘越冬時(shí)的保溫作用，同時(shí)具有良好的透氣效果[15]。然而上述防寒措施在秋茬露地蔬菜，特別是在高寒區(qū)花球甘藍(lán)蔬菜上的研究較少見(jiàn)諸報(bào)道。

筆者以晚栽花球甘藍(lán)中的花椰菜與青花菜為研究對(duì)象，通過(guò)監(jiān)測(cè)秋季間霜期氣象因素變化，遮風(fēng)與覆被措施下的花球甘藍(lán)生長(zhǎng)、光合以及產(chǎn)量、質(zhì)量等園藝性狀特征，明確花球甘藍(lán)延后生產(chǎn)的可行性與保障條件，為有效利用華北高寒區(qū)晚秋地氣資源、穩(wěn)定提高蔬菜種植收益提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)在位于河北省張家口市張北縣的河北農(nóng)業(yè)大學(xué)張北試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬于華北高寒氣候帶，海拔1420 m，年均溫度為3.9 ℃，無(wú)霜期135 d，常年初霜期為9 月12 日，持續(xù)穩(wěn)定霜日為10 月11 日；秋季間霜期≥0 ℃積溫264.6 ℃，≥10 ℃積溫168.2 ℃。區(qū)域年降水量382.5 mm；年日照時(shí)數(shù)2 907.9 h，光合有效輻射2 896.8 MJ·m-2[16-18]。試驗(yàn)地土壤為壤質(zhì)草甸栗鈣土，pH 值7.32。

1.2 材料

供試材料為花球甘藍(lán)蔬菜的兩個(gè)類型：青花菜（Brasica oleraceaL.var.italicaPlanch.）品種為耐寒優(yōu)秀，由日本坂田種苗公司培育；花椰菜（Brasica oleraceaL.var.botrytisL.）品種為富貴80，由福州比爾種苗有限公司培育。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)開(kāi)展于2022 年。青花菜6 月16 日穴盤育苗，7 月15 日田間定植；花椰菜6 月11 日穴盤育苗，7 月11 日田間定植，均為一壟雙行膜下滴灌栽培方式。在2022 年初霜（8 月27 日）后的9 月15日（天氣預(yù)報(bào)后幾日有霜凍）設(shè)置田間試驗(yàn)。利用林帶作為風(fēng)障防護(hù)處理（防護(hù)林帶長(zhǎng)500 m，寬20 m）、覆蓋白色無(wú)紡布作為覆被防護(hù)處理（覆蓋時(shí)間為9 月15 日至9 月30 日，覆蓋面積為3000 m2），以遠(yuǎn)離林帶且不覆蓋作為未防護(hù)處理（CK）。于9月29－30 日，在霜凍條件下，監(jiān)測(cè)花椰菜在林帶風(fēng)障防護(hù)措施、無(wú)紡布冠層覆蓋防護(hù)措施與無(wú)防護(hù)措施3 個(gè)處理和青花菜在林帶風(fēng)障防護(hù)措施、無(wú)防護(hù)措施2 個(gè)處理下霜凍對(duì)兩種蔬菜的植株光合指標(biāo)、花球生產(chǎn)質(zhì)量、病蟲(chóng)危害程度等園藝性狀的影響特征。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 光合指標(biāo)測(cè)定 在各處理中，選擇植株大小、長(zhǎng)勢(shì)一致的青花菜和花椰菜各5 株，每株標(biāo)定朝向一致的完全展開(kāi)葉，作為監(jiān)測(cè)光合指標(biāo)的葉片。青花菜植株標(biāo)定從內(nèi)向外第5、第6 片葉（內(nèi)位葉）和第11、第12 片葉（中位葉），花椰菜標(biāo)定第4、第5 片葉（內(nèi)位葉）和第8、第9 片葉（中位葉）。監(jiān)測(cè)葉片分別為風(fēng)障內(nèi)位葉（Wi）、風(fēng)障中位葉（Wm）、覆蓋內(nèi)位葉（Ci）、覆蓋中位葉（Cm）、未防護(hù)內(nèi)位葉（CKi）、未防護(hù)中位葉（CKm）。

在晴朗無(wú)風(fēng)時(shí)，采用LI-6400XT 便攜式光合儀，設(shè)定LED 紅藍(lán)光源的光照度為1900 μmol·m-2·s-1，于7：00—17：00 每隔2 h 測(cè)定1 次葉片瞬時(shí)凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr），同時(shí)記錄環(huán)境大氣CO2濃度（Ci）、溫度（Ta）等。

采用Hansatech 公司的Pocket PEA 植物效率分析儀，測(cè)定青花菜與花椰菜標(biāo)定葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。葉片暗適應(yīng)15 min 后，用3500 μmol·m-2·s-1的飽和光照度誘導(dǎo)，測(cè)定PSII 的原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）。

按照王利立等[19]的方法，將當(dāng)日測(cè)得的葉片凈光合速率和蒸騰速率分別做累計(jì)處理，得到日光合量（DPC）和日蒸騰量（DTC）。

日光合量（DPC）=Δt/2×∑（Pni+Pni+1）；Pni、Pni+1分別為相鄰兩次測(cè)定的葉片凈光合速率。

日蒸騰量（DTC）=Δt/2×∑（Tri+Tri+1）；Tri、Tri+1分別為相鄰兩次測(cè)定的葉片蒸騰速率。

使用SPAD-502 便攜式葉綠素分析儀測(cè)定青花菜與花椰菜標(biāo)定葉片的葉綠素相對(duì)含量（SPAD），測(cè)定時(shí)間為10：00，每片葉測(cè)量3 次。

1.4.2 霜凍危害程度測(cè)定 借鑒病情指數(shù)概念，按9 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查與評(píng)估青花菜、花椰菜霜凍害程度[20]。

霜凍害指數(shù)/%=[∑（各級(jí)霜凍害葉數(shù)×相對(duì)級(jí)數(shù)的代表值）/（總?cè)~數(shù)×最高級(jí)數(shù)的代表值）]×100。1.4.3 園藝性狀測(cè)定 按照市場(chǎng)商品規(guī)格，青花菜花球球徑10～12 cm，單球質(zhì)量450～550 g；花椰菜花球球徑15～20 cm，單球質(zhì)量1000～1500 g 作為采收與計(jì)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。2022 年最后一次采收時(shí)間為9 月30 日。

百株蟲(chóng)數(shù)/只=調(diào)查總蟲(chóng)數(shù)/調(diào)查總株數(shù)×100。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010 和SPSS 20 統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋季間霜期的氣候特征

從圖1 可以看出，2022 年華北高寒區(qū)初霜日為8 月27 日，最低溫度-1.1 ℃，9 月20—24 日連續(xù)4 d 出現(xiàn)霜凍，最低溫度-3.9～-1.4 ℃；自10 月3 日后連續(xù)5 日滑動(dòng)平均日均溫降至0 ℃以下。統(tǒng)計(jì)分析表明，自8 月26 日至10 月3 日的秋季間霜期持續(xù)38 d，≥0 C°積溫為525.4 ℃；期間日均溫13.9 ℃，處于花球甘藍(lán)生長(zhǎng)適溫區(qū)間的下限；光照度平均為559 μmol·m-2·s-1，空氣相對(duì)濕度平均57.8%，對(duì)花球緊實(shí)生長(zhǎng)有利。9 月20—24 日連續(xù)4 d 的霜凍天氣，會(huì)對(duì)花球甘藍(lán)帶來(lái)低溫脅迫與傷害。

圖1 秋季間霜期環(huán)境溫度、相對(duì)濕度及光照度變化Fig.1 Changes of air temperature,relative humidity and sunlight during frost period in autumn

2.2 間霜期霜凍對(duì)花球甘藍(lán)光合作用的影響

2.2.1 霜凍對(duì)光合與蒸騰速率的影響 對(duì)光合的監(jiān)測(cè)表明（圖2），在2022 年的秋季間霜期，青花菜未防護(hù)處理（CK）的霜凍葉片與風(fēng)障防護(hù)的未霜凍葉片的凈光合速率（Pn）在當(dāng)日07：00—17：00 互有高低，Pn最高值在25.18 μmol·m-2·s-1。未防護(hù)處理的霜凍葉片凈光合速率成單峰型，達(dá)到高峰期前后至15：00 的時(shí)段光合速率較未霜凍葉片明顯降低。按測(cè)定時(shí)域計(jì)，未防護(hù)霜凍葉片光合量（DPC）內(nèi)位葉為196.23 μmol·m-2·s-1、中位葉為185.28 μmol·m-2·s-1，為風(fēng)障防護(hù)未霜凍內(nèi)位葉（208.32 μmol·m-2·s-1）、中位葉（206.35 μmol·m-2·s-1）的89.8%～94.2%?？傮w來(lái)看，霜凍的青花菜葉片的凈光合速率有降低的趨勢(shì)；內(nèi)位葉與中位葉的凈光合速率差異在0.47～3.78 μmol·m-2·s-1之間，總體差異較小。

圖2 青花菜葉片凈光合速率和蒸騰速率Fig.2 Net photosynthetic rate and transpiration rate of broccoli leaves

對(duì)花椰菜的監(jiān)測(cè)表明（圖3），間霜期各處理葉片的凈光合速率（Pn）在當(dāng)日07：00—17：00 呈近單峰型變化，Pn最高值為26.01 μmol·m-2·s-1。按測(cè)定時(shí)域計(jì)，覆被防護(hù)處理的葉片DPC 內(nèi)位葉與中位葉分別為215.08 和208.94 μmol·m-2·s-1，未防護(hù)處理的相應(yīng)霜凍葉片160.43 和152.97 μmol·m-2·s-1，覆被防護(hù)處理的葉片DPC 內(nèi)位葉與中位葉分別為未防護(hù)處理的1.34 和1.37 倍；風(fēng)障防護(hù)處理的內(nèi)位葉與中位葉DPC 分別為196.39、170.33 μmol·m-2·s-1，分別為未防護(hù)處理的1.22、1.13 倍。覆被防護(hù)與風(fēng)障防護(hù)較未防護(hù)處理（CK）降低了霜凍脅迫對(duì)Pn的影響。

圖3 花椰菜葉片凈光合速率和蒸騰速率Fig.3 Net photosynthetic rate and transpiration rate of cauliflower leaves

霜凍對(duì)花球甘藍(lán)蒸騰速率（Tr）的影響特征如圖2～3。受氣溫影響，Tr日變化呈單峰型。13：00 時(shí)青花菜未防護(hù)（CK）的霜凍葉片與風(fēng)障防護(hù)的未霜凍葉片的Tr值為7.55～8.83 mmol·m-2·s-1，按測(cè)定時(shí)域計(jì)，霜凍葉片蒸騰量（DTC）平均較未霜凍葉片降低了15.3%?；ㄒ烁魈幚砣~片Tr值為4.50～9.36 mmol·m-2·s-1，按測(cè)定時(shí)域計(jì)，覆被與未防護(hù)處理（CK）較風(fēng)障防護(hù)葉片的平均DTC 值分別升高了32.3%與28.7%。霜凍脅迫下花球甘藍(lán)蒸騰速率（Tr）有升高的趨勢(shì)。

2.2.2 霜凍對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響 間霜期霜凍脅迫對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)中的PSII 原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）的影響如圖4～5。監(jiān)測(cè)表明，F(xiàn)v/Fm的變化大致呈“V”形，午后較低。當(dāng)日，青花菜未防護(hù)（CK）的霜凍葉片與風(fēng)障防護(hù)的未霜凍葉片的Fv/Fm最低值分別為0.79 和0.80，內(nèi)位葉與中位葉Fv/Fm值差異在0～0.016 之間，差異較??；測(cè)定時(shí)域內(nèi)，霜凍內(nèi)位葉與中位葉Fv/Fm均值分別為0.814 和0.808，與未霜凍相應(yīng)葉片的0.820、0.810 差異不顯著。圖5 表明，花椰菜不同處理葉片的Fv/Fm最低值位于0.78 至0.83，內(nèi)位葉與中位葉間差異不顯著；測(cè)定時(shí)域內(nèi)，風(fēng)障防護(hù)與覆被防護(hù)處理的葉片F(xiàn)v/Fm均值分別為0.836 和0.812，較未防護(hù)（CK）處理的0.791 分別提高了5.7%與2.7%，差異顯著。結(jié)果表明，間霜期的霜凍對(duì)青花菜與花椰菜的光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）產(chǎn)生了脅迫效應(yīng)，花椰菜較青花菜更為敏感，但Fv/Fm值總體仍能維持較高水平。

圖4 青花菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fig.4 Chlorophyll fluorescence parameters of broccoli leaves

圖5 花椰菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fig.5 Chlorophyll fluorescence parameters of cauliflower leaves

2.2.3 霜凍對(duì)葉綠素相對(duì)含量的影響 霜凍對(duì)花球甘藍(lán)葉綠素相對(duì)含量（SPAD）的影響如圖6～7。青花菜未防護(hù)處理（CK）的霜凍內(nèi)位葉與中位葉SPAD 分別為73.06、66.38，風(fēng)障防護(hù)的未霜凍內(nèi)位葉與中位葉SPAD 分別為75.94、71.08 ，未防護(hù)處理（CK）的霜凍內(nèi)位葉與中位葉SPAD 較風(fēng)障防護(hù)的未霜凍相應(yīng)葉片分別降低了3.8%、6.6%。統(tǒng)計(jì)分析表明，霜凍對(duì)青花菜葉片SPAD 降低的效果不顯著，內(nèi)位葉與中位葉間差異也不顯著?；ㄒ瞬煌幚淼腟PAD 為53.28～69.78，與防護(hù)處理相比，霜凍脅迫顯著降低了未防護(hù)處理（CK）中位葉的SPAD，對(duì)內(nèi)位葉的SPAD 影響不顯著。

圖6 青花菜葉綠素相對(duì)含量Fig.6 Chlorophyll content of broccoli leaves

圖7 花椰菜葉綠素相對(duì)含量Fig.7 Chlorophyll content of cauliflower leaves

2.3 霜凍對(duì)花球甘藍(lán)經(jīng)濟(jì)性狀的影響

秋季霜凍脅迫對(duì)兩種花球甘藍(lán)的植株與產(chǎn)量性狀的影響如表1、圖8。田間跟蹤監(jiān)測(cè)表明，8 月27 日的初霜未對(duì)花球甘藍(lán)產(chǎn)生明顯影響；9 月20－24 日的霜凍使得葉片局部受凍死亡，花球未受傷害?；ㄒ丝顾獌瞿芰^差，未防護(hù)處理（CK）的霜凍害指數(shù)為27.99，較青花菜高11.11 個(gè)百分點(diǎn)；無(wú)紡布覆被處理的霜凍害指數(shù)為9.05。由于花椰菜對(duì)霜凍敏感，在霜后10 d 時(shí)間內(nèi)，通過(guò)補(bǔ)償性生長(zhǎng)與養(yǎng)分轉(zhuǎn)移，未防護(hù)處理（CK）的花球商品率達(dá)63.8%?；ㄒ肆謳эL(fēng)障防護(hù)與無(wú)紡布覆被防護(hù)處理的產(chǎn)量較未防護(hù)的CK 分別提高了13.86%和19.98%，花球直徑分別提高了12.50%與25.00%，花球質(zhì)量分別提高62.68%與131.78%。相應(yīng)青花菜由于抗寒性較強(qiáng)，未防護(hù)處理的花球商品率為73.4%，林帶風(fēng)障防護(hù)的產(chǎn)量較未防護(hù)處理提高了6.48%，花球直徑與花球質(zhì)量分別較未防護(hù)提高了11.11%和8.86%。

表1 霜凍對(duì)花球甘藍(lán)生產(chǎn)性狀的影響Table 1 Effects of frost on production characters of cabbages with curd

圖8 無(wú)紡布覆被與花椰菜霜凍害對(duì)比Fig.8 Cover of non-textile and comparison of cauliflower freeze injury

分析表明，雖然無(wú)紡布覆被使得花椰菜生產(chǎn)成本增加了約0.60 萬(wàn)元·hm-2，但凈產(chǎn)值卻較未防護(hù)處理提高了27.66%，成本收益率達(dá)3.75%。

另外還發(fā)現(xiàn)，由于環(huán)境低溫，監(jiān)測(cè)期間菜田未發(fā)生病害，僅在未防護(hù)處理的花椰菜田調(diào)查到小菜蛾，百株蟲(chóng)數(shù)為6.6 只。

3 討 論

3.1 花球甘藍(lán)抗霜凍性能

喜涼性的花球甘藍(lán)在華北高寒區(qū)夏秋季節(jié)生產(chǎn)，具有很好的生態(tài)適應(yīng)性，而拓展市場(chǎng)供應(yīng)期的露地晚秋茬生產(chǎn)，勢(shì)必面臨時(shí)期不穩(wěn)定的早霜凍脅迫。本試驗(yàn)結(jié)果表明，秋季間霜期的霜凍脅迫會(huì)對(duì)未防護(hù)處理的葉片造成凍傷，導(dǎo)致PSII 原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）表現(xiàn)下降的趨勢(shì)[21]，但Fv/Fm最低值超過(guò)0.78，接近一般作物的量值[22]；霜凍青花菜葉片的光合性能（Pn）仍可維持在未受凍害葉片功能的89.8%以上；SPAD 值超過(guò)70，與其他研究結(jié)果相似[23]，且霜凍對(duì)其降低的影響不顯著。綜上所述，青花菜與花椰菜對(duì)華北高寒區(qū)秋季間霜期低溫環(huán)境具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性。

3.2 晚茬花球甘藍(lán)防霜凍生產(chǎn)

穩(wěn)定的晚茬花球甘藍(lán)生產(chǎn)需要有效的防護(hù)措施。選用耐寒性強(qiáng)、結(jié)球期葉片內(nèi)卷疊抱類型的品種，是安全生產(chǎn)的內(nèi)因與基礎(chǔ)[24]，而依據(jù)短期與實(shí)時(shí)天氣預(yù)報(bào)，進(jìn)行田間適度防護(hù)是重要的外因與保障。本試驗(yàn)結(jié)果表明，利用林帶作為風(fēng)障具有較好的防霜凍效果，然而其防護(hù)范圍也只有30 m 左右，并且樹(shù)林的遮陰效應(yīng)也部分影響了作物的產(chǎn)量[25]。采用白色無(wú)紡布覆被，利用花球甘藍(lán)冠層的自主支撐作用，形成近地相對(duì)封閉的空間，日間能夠有效增溫，夜間可以反射大地?zé)彷椛鋄26]，成為防控菜田霜凍危害的實(shí)用技術(shù)。

3.3 晚茬花球甘藍(lán)水分利用的優(yōu)勢(shì)

華北高寒區(qū)也是水資源匱乏區(qū)，7、8 月份的降水量占全年的50.3%[27]。晚茬花球甘藍(lán)一般于7 月中旬定植在早茬菜之后，利用膜下滴灌條件進(jìn)行連茬生產(chǎn)。如此夏季降水的土壤回補(bǔ)與前茬滴灌的水分累積，使晚茬花球甘藍(lán)田具有相對(duì)充沛、穩(wěn)定的土壤水環(huán)境。而隨著氣溫的降低，花球甘藍(lán)蒸騰速率下降，喜涼類蔬菜光合的氣孔限制得以解除，且葉肉細(xì)胞活性較高[28]；秋季間霜期的低溫環(huán)境利于喜涼耐霜型作物的光合作用。這為華北高寒區(qū)水資源高效利用提供了一條可行的途徑。

4 結(jié) 論

華北高寒區(qū)秋季間霜期青花菜與花椰菜葉片霜凍后凈光合速率（Pn）有降低趨勢(shì)；但對(duì)葉片SPAD 值的影響不顯著。霜凍對(duì)光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）產(chǎn)生了脅迫效應(yīng)，花椰菜較青花菜更為敏感，但Fv/Fm值總體仍能維持在0.78 以上的較高水平?；ㄒ怂獌龊χ笖?shù)較青花菜高，抗寒性較差?；ㄒ肆謳эL(fēng)障與無(wú)紡布覆被防護(hù)的產(chǎn)量較未防護(hù)（CK）分別提高了13.86%與19.98%；青花菜林帶風(fēng)障防護(hù)的產(chǎn)量較未防護(hù)（CK）提高了6.48%。無(wú)紡布覆被雖然增加了菜田生產(chǎn)成本，但凈產(chǎn)值提高了27.66%，成本收益率可達(dá)3.75%。