引言
贺兰山东麓位于105°45'E—106°27'E、37°43'N—39°05'N之间,属温带干旱半干旱气候区。气候干燥、少雨,日照时间长,热量适中,昼夜温差大,光热条件好[1],是全球酿酒葡萄优质种植区。随着葡萄酒产业的发展,酿酒葡萄种植面积不断增加,规划到2020年形成总规模达6万多hm2的葡萄产业带,建立宁夏贺兰山东麓百万亩葡萄文化长廊[2],陆续先后引进了赤霞珠、美乐、品丽珠、蛇龙珠、西拉、马瑟兰、黑比诺、霞多丽、雷司令等国际著名品种。酿酒葡萄正常生长需要水分充足,尤其是生长初期和转色期前要求土壤水分充足,而开花和果实成熟期则对水分需求少,要求空气和土壤干燥。我国北方冬季葡萄埋土时间在5个月以上,持续到翌年3月[3],春季4—5月是贺兰山东麓酿酒葡萄出土放条-春梢生长期,7、8月是葡萄转色期,最易发生病害,9、10月是葡萄成熟期,收获期水膜的形成易引发葡萄病害,导致裂果和烂果,并影响葡萄冬芽的发育,葡萄藤11月中下旬下架埋土,生长季为6~7个月。病虫害的发生导致酿酒葡萄产量、品质下降问题日益突出,其中霜霉病、白粉病、灰霉病等最为普遍,是宁夏酿酒葡萄的主要病害[4]。
露水是葡萄园水分循环的重要组成部分,对葡萄园微气候的调节具有重要作用,同时也是微生物孢子萌发的必要条件。空气中气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度称为露点温度。当空气温度达到或低于露点温度时,空气中的气态水凝结成液态水附着在叶片或果实表面形成水膜,这个过程称为结露[5];当空气温度大于露点温度时,则无法形成水膜覆盖[6]。近年来,随着我国西北地区东部降水增多,葡萄园水分微循环格局发生明显变化,结露时间和规律等发生重大转变。资料显示,70%的葡萄病虫害均与环境高湿有关[7],如霜霉病、灰霉病的发生与流行和环境湿度密切相关,在有水膜的情况下更易发生,相对湿度大,霜霉病流行严重[8];葡萄黑腐病通常在高湿条件下发生,仅需要在夜间几个小时甚至不连续的高湿环境下分生孢子就可以侵染植物体[9];霞多丽、赤霞珠和美乐从开花到收获期都易遭受苦腐病葡萄球菌的潜在感染,而持续的高湿环境有利于苦腐病的发生[10];霞多丽、黑比诺、雷司令等紧密簇葡萄易受季末串腐病的影响,浆果与浆果的接触破坏了保护性表皮和表皮蜡,在高湿条件下增加了对真菌病原体入侵浆果的风险[11]。
4—10月是宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄生长季,结露为葡萄病虫害的发生与流行提供了有利条件,在我国西北地区东部气候暖湿化趋势下葡萄园结露温度与结露时间如何变化?为此,本文利用贺兰山东麓典型葡萄园及邻近气象站气象观测数据,分析酿酒葡萄产区结露温度变化和潜在结露时段及时长变化趋势,为病虫害预报和防控提供科学依据。
1 资料与方法
1.1 资料
所用资料为宁夏银川农业气象站2003—2020年葡萄生育期4—10月气象观测数据以及美域酒庄2019—2020年小气候监测站观测数据,观测要素包括逐日和逐时平均气温、降水量、相对湿度、地面温度等;与银川农业气象站同处一个区域的立兰葡萄园2019年6月逐10 min的叶面温度监测数据。
1.2 方法
1.2.1 露点温度的计算
式中:Td(℃)为露点温度;φ(%)为空气相对湿度;Ta(℃)为气温。
1.2.2 叶面温度的计算
通常情况下,环境温度(气温)与植物组织表面温度存在差异,气温的测量通常暴露在空气中,而结露对植物的影响主要存在于叶片及果实等植物组织表面,通过气温可以合理计算出植物叶面温度。与露点温度相比较,基于叶面温度得到的结露情况更接近植物组织表面的实际结露情况。因此,本文将有结露情况产生的温度定义为结露温度,并用来监测葡萄园结露情况。
宁夏酿酒葡萄于5月进入开花-坐果期,6月果实与枝叶均处于茂盛时期,因此对立兰葡萄园2019年6月叶面温度(简称“叶温”)与同期气温作相关分析,发现叶温和气温存在显著差异,二者差值在-1.1~1.9 ℃之间,平均为0.4 ℃,标准差为1.48 ℃(表略)。通常,葡萄园气温与叶温的差值在-2.01~1.65 ℃之间[17]。从图1看出,立兰葡萄园叶面最低温度比最低气温低,而叶面最高温度高于最高气温,表明叶温日波动幅度较气温更大。结露一般发生在夜间,且在温度较低情况下结露后的露水持续时间长[18]。研究表明,降露水的物体表面温度须比周围环境温度降得更快,这就需要存在一定的温度梯度[19],通常承载着露水的物体表面与周围大气之间理想温差约1~2 ℃,同时满足负辐射条件,这样物体表面温度才会下降[20]。因此,本文选取1.65 ℃作为银川市葡萄园气温与叶温的差值,可通过气温计算叶温,并与露点温度相比较,当叶温等于或低于露点温度时(差值△T≤0 ℃),物体表面开始结露,此时的露点温度即为结露温度。
图1
图1
2019年6月立兰葡萄园气温与叶温分布
Fig.1
The distribution of air temperature and leaf temperature in Lilan vineyard in June 2019
2 结果与分析
2.1 葡萄生育期结露温度的月际变化
2003—2020年银川葡萄生育期内最高、最低及平均结露温度的月际变化特征基本一致,均呈现“先升后降”的单峰型分布,7月的结露温度最高,平均为16.93 ℃,8月次之,10月最低,平均为5.66 ℃(图2)。另外发现,4、5月结露温度的波动幅度相对较大,表明春季处于大气环流转换季节,气温相对不稳定,导致结露温度波动大。
图2
图2
银川站2003—2020年葡萄生育期结露温度的均值及极值月际分布
Fig.2
The monthly distribution of average value and extreme values of dewing temperature in the growth period of wine grape at Yinchuan station from 2003 to 2020
2.2 葡萄生育期结露天数与时长的月际及年际变化
图3是银川站2003—2020年葡萄生育期4—10月结露天数和时长,发现葡萄生育期结露天数和时长均存在明显的月际及年际变化特征。从月际变化看,2003—2020年葡萄生育期结露天数总体上9月最多,10月次之,5、6月次少,4月最少;结露时长9月最长,10月次之,5月次短,4月最短。另外,葡萄生育期平均结露天数和时长大致呈逐月递增趋势,9月平均结露天数、时长最多,分别为12 d、64.5 h,4月最少,分别为2 d、8.4 h(图4)。综合来看,葡萄生育期结露天数和时长的月际变化基本一致,春季结露天数(时长)较少(短),秋季结露天数(时长)较多(长)。从年际变化来看,结露天数最多的年份是2011年,为64 d,最少的年份是2013年,仅21 d,而结露时长最长的年份是2007年,达408 h,最短的年份是2012年,短至98 h。
图3
图3
银川站2003—2020年葡萄生育期各月结露天数(a)和时长(b)
Fig.3
The dewing days (a) and hours (b) in each month during the growth period of wine grape at Yinchuan station from 2003 to 2020
图4
图4
银川站2003—2020年葡萄生育期各月平均结露天数(a,单位:d)与时长(b,单位:h)
Fig.4
The average dewing days (a, Unit: d) and durations (b, Unit: h) in each month during the growth period of wine grape at Yinchuan station from 2003 to 2020
2.3 葡萄生育期结露时段的变化
2003—2020年葡萄生育期结露时段较为集中。从生育期各月结露时段来看,4—10月各月结露差异显著,其中4、5月结露次数很少,结露时间主要分布在21:00—23:00(北京时,下同);6、7月结露次数增多,结露时间开始前移,主要分布于18:00—23:00;8月结露次数较之前显著增多,结露时段有所扩大,结露主要分布在17:00—00:00;9月各时刻结露次数均最多(00:00除外),结露主要分布在16:00至翌日02:00;10月结露时段与8月相似,主要分布在17:00—00:00,但主要结露时段的结露次数较9月略微偏少(图5)。从葡萄生育期各年结露时段来看,全天均可出现结露现象,但结露主要出现在17:00至翌日01:00,且存在明显的年际变化,其中2005、2012、2013、2018年结露时间相对较晚,集中在19:00—00:00;2007、2010、2014年结露时间相对较早,在13:00结露就已频繁出现;2020年结露次数较少,结露时间主要集中在凌晨(表1)。
图5
图5
银川站葡萄生育期各月不同时刻结露次数
Fig.5
The dewing times at different time in each month during the growth period of wine grape at Yinchuan station
表1 银川站2003—2020年葡萄生育期不同时刻结露次数
Tab.1
| 时刻 | 年 份 | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | |
| 09:00 | 7 | 0 | 1 | 1 | 3 | 3 | 2 | 3 | 5 | 2 | 1 | 2 | 3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 4 |
| 10:00 | 6 | 1 | 0 | 3 | 5 | 4 | 3 | 4 | 6 | 1 | 1 | 2 | 3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 11:00 | 4 | 2 | 1 | 4 | 7 | 3 | 3 | 5 | 5 | 1 | 2 | 1 | 2 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 12:00 | 7 | 2 | 1 | 4 | 8 | 4 | 4 | 6 | 4 | 1 | 2 | 2 | 3 | 1 | 3 | 1 | 1 | 0 |
| 13:00 | 7 | 3 | 1 | 6 | 12 | 6 | 6 | 10 | 6 | 1 | 3 | 9 | 4 | 2 | 4 | 2 | 4 | 0 |
| 14:00 | 7 | 5 | 2 | 6 | 17 | 7 | 5 | 9 | 10 | 0 | 3 | 11 | 4 | 6 | 6 | 2 | 4 | 0 |
| 15:00 | 8 | 8 | 2 | 7 | 17 | 7 | 8 | 11 | 11 | 2 | 3 | 13 | 5 | 6 | 11 | 4 | 7 | 1 |
| 16:00 | 10 | 11 | 2 | 9 | 20 | 10 | 10 | 14 | 13 | 3 | 3 | 14 | 8 | 8 | 13 | 7 | 13 | 1 |
| 17:00 | 7 | 16 | 4 | 13 | 25 | 15 | 12 | 16 | 16 | 4 | 5 | 21 | 11 | 12 | 14 | 9 | 16 | 1 |
| 18:00 | 10 | 16 | 7 | 14 | 26 | 19 | 9 | 18 | 19 | 6 | 7 | 26 | 18 | 14 | 17 | 8 | 19 | 2 |
| 19:00 | 10 | 16 | 7 | 15 | 31 | 24 | 15 | 23 | 25 | 5 | 10 | 27 | 20 | 14 | 23 | 10 | 23 | 5 |
| 20:00 | 12 | 16 | 9 | 21 | 35 | 26 | 15 | 20 | 30 | 9 | 10 | 32 | 25 | 18 | 26 | 15 | 25 | 4 |
| 21:00 | 15 | 20 | 13 | 25 | 39 | 28 | 17 | 26 | 29 | 11 | 13 | 36 | 24 | 24 | 3 | 18 | 25 | 5 |
| 22:00 | 23 | 24 | 19 | 31 | 43 | 30 | 22 | 30 | 35 | 18 | 13 | 42 | 27 | 34 | 39 | 19 | 35 | 6 |
| 23:00 | 22 | 23 | 19 | 28 | 36 | 26 | 23 | 30 | 37 | 17 | 12 | 40 | 33 | 33 | 39 | 21 | 33 | 10 |
| 00:00 | 17 | 15 | 8 | 17 | 31 | 22 | 13 | 19 | 24 | 7 | 9 | 20 | 24 | 21 | 24 | 9 | 15 | 11 |
| 01:00 | 7 | 9 | 4 | 12 | 16 | 10 | 11 | 9 | 12 | 3 | 5 | 9 | 7 | 8 | 11 | 4 | 5 | 7 |
| 02:00 | 5 | 7 | 2 | 6 | 11 | 8 | 10 | 9 | 7 | 1 | 2 | 4 | 7 | 6 | 2 | 2 | 1 | 9 |
| 03:00 | 5 | 2 | 1 | 2 | 7 | 5 | 6 | 4 | 6 | 0 | 1 | 3 | 6 | 5 | 0 | 1 | 1 | 10 |
| 04:00 | 4 | 1 | 1 | 1 | 6 | 6 | 5 | 2 | 4 | 0 | 0 | 1 | 7 | 2 | 1 | 1 | 1 | 11 |
| 05:00 | 5 | 3 | 1 | 2 | 4 | 5 | 4 | 2 | 2 | 2 | 0 | 1 | 4 | 1 | 1 | 1 | 1 | 12 |
| 06:00 | 3 | 1 | 1 | 1 | 3 | 2 | 4 | 3 | 4 | 2 | 0 | 1 | 3 | 1 | 1 | 0 | 0 | 15 |
| 07:00 | 3 | 2 | 1 | 0 | 3 | 2 | 4 | 3 | 4 | 2 | 0 | 0 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 14 |
| 08:00 | 4 | 2 | 1 | 0 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | 1 | 0 | 1 | 3 | 2 | 1 | 2 | 1 | 13 |
2.4 葡萄园与气象站露点温度对比
美御酒庄是贺兰山东麓一个典型的葡萄园,通过该葡萄园中小气候站与银川站的露点温度比较,发现两站露点温度的月际变化特征相同(图6),总体呈“先升后降”的月际变化趋势,且露点温度较接近(9月最大露点温度和平均露点温度除外)。
图6
图6
2019年4—10月银川站与小气候站露点温度对比
(a)最大露点温度,(b)平均露点温度,(c)最小露点温度
Fig.6
Comparison of dew point temperature between Yinchuan station and microclimate station from April to October in 2019
(a) the maximum dew point temperature, (b) mean dew point temperature, (c) the minimum dew point temperature
另外,对2019年葡萄生育期4—10月美御酒庄小气候站与银川站小时露点温度(Td)、气温(Ta)及日降水量(R)进行相关分析,发现两站Td、Ta、R均存在显著正相关,相关系数分别为0.494、0.973、0.307,均通过α=0.01及以上的显著性检验。因此,银川站2003—2020年Td、Ta、R一定程度上能够反映葡萄园的结露情况。
2.5 结露温度与最低气温和降水量的关系
从图7看出,2019年葡萄生育期结露集中在降雨前后,降雨密集的日期结露情况较多,个别无降雨天气形成的结露可能是灌水所致;结露温度的变化与最低气温相似,无降水时,温度较低的情况下容易结露。
图7
图7
银川站2019年葡萄生育期结露温度、最低气温及降水量逐日变化
Fig.7
The daily changes of dewing temperature, the minimum air temperature and precipitation during the growth period of wine grape at Yinchuan station in 2019
统计发现,2003—2020年银川站结露温度和最低气温的变化趋势基本一致,葡萄生育期4—10月日最高结露温度与日降水量、日最低气温均存在显著正相关,相关系数分别为0.234、0.922(通过α=0.01及以上的显著性检验),即降水越频繁,结露情况越多,且最低气温较低情况下易结露。
3 结论与讨论
(1)银川站葡萄生育期4—10月结露温度呈“单峰型”月际分布,结露温度7月最高,10月最低,春季4、5月波动较大。
(2)2003—2020年,贺兰山东麓葡萄生长季(4—10月)结露日数和时长大致呈逐月递增趋势,4月结露日数(时长)最少(短),9月结露日数(时长)最多(长);葡萄生育期结露天数和时长存在明显的年际变化,结露天数2011年最多为64 d,2013年最少为21 d,而结露时长2007年最长为408 h,2012年最短为98 h。
(3)葡萄生育期结露主要发生在18:00之后,但不同月份差异显著,且存在明显的年际变化,整体上结露时段随着结露日数和时长的增加逐渐扩大,9月结露时段最宽,主要分布在16:00至翌日02:00,而4月结露时段最窄,主要分布在21:00—23:00。
(4)美域酒庄小气候站与银川站2019年葡萄生育期4—10月气温、降水量及露点温度均具有高度相关性,故而银川站2003—2020年的结露情况一定程度上能够反映葡萄园实际结露情况。另外,结露与降水量、最低气温均呈显著正相关,降水量越大、最低气温越低,相邻日期结露情况越多。
据调查,贺兰山东麓葡萄园酿酒葡萄病害有14种,其中7种病害较为严重,分别是白粉病、霜霉病、黑痘病、灰霉病、卷叶病、酸腐病和穗轴褐枯病;虫害有9种,较为严重的有4种,分别是红蜘蛛、绿盲蝽、毛毡病和二斑叶蝉[21]。本文研究发现,葡萄生育期4—10月的结露天数与时长呈逐月递增趋势,结露温度在7月达到峰值,而4月葡萄处于萌发期,从5月开始各种病虫害相继发生,7、8月是病虫害的高发期。可见,葡萄园的病虫害与结露状况存在一定的联系。绿盲蝽喜欢阴冷潮湿的环境,4月结露时段太短,而5月开始结露时段延长且主要在18:00之后,葡萄园夜晚温度较低且潮湿,适宜其成虫活动,易发生绿盲蝽病害[22];6月中下旬,随着温度升高、降水增多,结露天数和时长增加,白粉病零星发生,高湿环境利于其生长[23];7月结露主要集中在中下旬,喜高温高湿的霜霉病、灰霉病开始发生[24];8—9月结露天数及时长明显增多,温度较高,霜霉病、灰霉病[25,26]、酸腐病和红蜘蛛等在潮湿环境下大量繁殖。近年来,随着宁夏气温的不断升高,结露起始时间逐渐推迟,结露最多的9、10月应注意晚上干燥通风,以减少病虫害的发生。
参考文献
Production of pycnidia and conidia by guignardia bidwellii, the causal agent of grape black rot, as affected by temperature and humidity
[J].DOI:10.1094/PHYTO-07-16-0255-R URL [本文引用: 1]
Factors affecting the infection of fruit of Vitis vinifera by the bitter rot pathogen greeneria uvicola
[J].DOI:10.1094/PHYTO-98-5-0580 URL [本文引用: 1]
Gibberellin application improved bunch rot control of Vignoles grapes, but response to mechanical defoliation varied between training systems
[J].DOI:10.1094/PDIS-06-20-1184-RE URL [本文引用: 1]
Comparison between grapevine tissue temperature and air temperature
[J].DOI:10.1016/j.scienta.2018.12.032 URL [本文引用: 1]
The achene mucilage hydrated in desert dew assists seed cells in maintaining DNA integrity: adaptive strategy of desert plant Artemisia sphaerocephala
[J].DOI:10.1371/journal.pone.0024346 URL [本文引用: 1]
Effects of humidity on the development of grapevine powdery mildew
[J].DOI:10.1094/PHYTO.2003.93.9.1137 URL [本文引用: 1]
Environmental conditions affect botrytis cinerea Infection of mature grape berries more than the strain or transposon genotype
[J].DOI:10.1094/PHYTO-10-14-0264-R URL [本文引用: 1]
Germination and establishment of infection on grape berries by single airborne conidia of botrytis cinerea
[J].DOI:10.1094/PDIS.2001.85.6.668 URL [本文引用: 1]
