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摘要：苹果园中温度是影响苹果质量及产量的主要因素。为明确苹果结果期果园中温度空间分布变化规律，在北京普通苹果园中进行了实地试验，通过采样的方法测量了3个果树冠层及果树间隙不同高度各16个点的温度，通过分析测量数据，结果表明，在不同高度空气温度在水平方面具有相似的变化趋势；空气温度在单个冠层的变化快慢及变化幅度和果树所处的环境有关，处于果园边缘或周围环境不均衡的果树冠层的温度变化幅度对整个冠层温度极差的贡献最大；在同一位置点，温度在不同高度的极差较小，至少87.5%以上的极差小于0.5 ℃；相同高度层、不同冠层的温度极差相差较大，差值最大达到1.6 ℃；果树间隙的温度极差处于整个果园冠层的水平方向温度极差和垂直方向温度极差之间。在另外果园的结果期进行了验证试验，结果验证了结论的正确性。
关键词：苹果园；结果期；温度；空间分布；冠层；北京
中图分类号： S126文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0483-04
收稿日期：2015-02-02
基金项目：国家“863”计划（编号：2013AA102405）；农业系统智能控制与虚拟技术团队（编号：CAAS-ASTIP-2015-AII-03）。
作者简介：郭秀明（1981—），女，河北沧州人，博士，助理研究员，主要从事农业信息化研究。E-mail：guoxiuming@caas.cn。
通信作者：周国民，博士，研究员。E-mail：zhouguomin@caas.cn。作物通过与周围环境进行能量和物质的交换以进行生长，其生长环境参数是决定农作物产量和质量的直接因素[1-2]。温度是影响作物生长的重要因素之一，不同作物中的温度分布规律的研究能为作物环境中温度参数的监测方案打下基础，为温度与作物产量及质量之间的关系提供支持，最终提高作物生产水平。
温度和苹果的产量及质量密切相关[3-5]。刘雯斐等研究了果实微域环境温湿度与红富士苹果果面碎裂发生的关系，结果温度越高，相对湿度越低，果面碎裂现象越严重[3]。吴芳芳等为深入了解苹果炭疽菌的侵染规律，研究组建了温度、湿度对苹果炭疽病菌分生孢子萌发和芽管伸长的影响的Logistic模型[6]。刘增辉等综述了干旱、盐、高温和低温胁迫条件下 NADP-苹果酸酶活性及该酶基因表达变化的特点，揭示了其在对植物体抵御各种胁迫带来的危害时所发挥的作用以及作用机理[7]。本研究主要关注苹果园中的温度参数，研究其温度的空间变化特性，为研究温度与苹果品质之间的关系打下基础，为苹果园中温度的监测方案提供技术支持。
关于果园中空气温度的变化特性的研究较少。孙志鸿等研究了北京地区树冠不同层次和部位温度的分布、动态变化与枝叶数量间的关系，结果表明，树冠不同层次温度从上到下逐渐降低，同一层次内温度从内膛到外围逐步增大[8]。李光晨等研究了果树冠层空气温度的分布，结论为树冠中由上至下温度逐渐降低[9]。以上研究均针对果树冠层，有关整个果园中温度分布规律的研究还未见报道。在果园中温度监测中，监测方案和整个果园的温度分布特性及规律有关。为了研究果园中空气温度的分布特性，在北京市的2个果园进行了实地试验，以期发现果树冠层的温度分布规律，不同果树冠层及果树间隙的温度差异，为苹果园中温度监测时监测位置的布局方案打下基础，为研究温度和苹果质量之间的关系打下基础。
1材料与方法
1.1试验果园
试验地点选取北京市丰台区的一个普通苹果园，果园树龄为18年，主栽品种为富士和华红。果树的行距为4 m，株距4 m，果树高3 m，主干高0.5 m。果树冠层为纺锤形，冠层长为3 m、宽3 m。试验果园情况见图1。
为了对试验结果进行验证，分别于9月、10月进行试验。试验时间均为苹果即将成熟的秋天，天气均无风。
1.2测定仪器
选用台湾TES数字温湿度测量仪测量果园中的空气温度，型号为1360A（图2）。空气温度的分辨率为0.1 ℃，准确度为±0.8 ℃。
1.3试验方法
果园中的果树离散分布，分别对果树冠层、果树间隙进行采样测量。依据果园中的位置选定3棵长势较均匀的果树，
对每棵果树以0.5 m3立方体为隔断将其划分为80个正方体，测量每个正方体中心点的空气温度。对每棵果树的测量方法见图3。为清晰起见，只画出了2个测量高度（共5个测量高度：0、0.5、1.0、1.5、2.0 m）各16个测量位置点。
对果园间隙，采用“弓”字形测量方法以能覆盖整个果园，反映整个果园的空气温度变化。测量方法见图4。
为了对试验结果进行验证，10月在另外的果园进行了验证试验，试验方法相同。
2结果与分析
2.1苹果不同高度温度变化
9月不同高度的16个点的温度测量结果见图5。1～16个位置点分别沿着“弓”字形顺序定位。
不同高度层空气温度具有相似的走势，表明空气温度在水平方面具有相似的变化趋势。在冠层1中，不管在哪个高度层，温度在1～8个测量位置点的温度明显低于9～16位置点的测量值。在果树间隙，温度从1至16个测量点逐渐减小（图5）。
空气温度在单个冠层的变化快慢及变化幅度与果树所处的环境有关。果树周围及其本身的枝叶分布越均匀，空气温度越趋于稳定，变化幅度小，变化速度慢，如冠层2、冠层3。果树周围的环境不均衡，冠层温度的变化较快，变化幅度较大，如冠层1（图5）。
果树周围环境是否均衡主要和果树所处的位置及相邻果树的生长状况有关。处于果园边缘的果树由于其一边直接和外界环境接触，而另一边为茂密的果树，造成冠层温度变化较大。即使果树在果园内部，若果树的邻树茂密程度较大，也会造成温度的变化较大，如其中1棵相邻的果树由于病虫害造成树体矮小且枝叶较少的情况。 2.2苹果不同高度温度极差分布
对于多数果树，不同高度的温度曲线集中分布，说明在每个位置点，空气温度随着高度的变化很小。对于所测量的64个位置点中，每个位置点的不同高度的温度极差所占的百分比，87.5%的温度极差小于0.5 ℃，>0.1～0.2 ℃的极差所占比例最多，占32.8%（图6）。
2.3不同冠层及果园高度的温度变化
为了深入研究空气温度在3个冠层、果树间隙、整个果园的变化情况，计算了不同高度层的极差，结果见图7。从图7可以看出， 总体上极差由大到小排列分别为整个果园、冠层1、果树间隙、冠层2、冠层3。虽然冠层1的覆盖空间远小于果树间隙，但其温度极差却大于果树间隙。整个果园的极差主要由冠层1造成，表明在果园中周围环境不均衡，果园边缘的果树或者邻树缺位及长势相差较大的果树冠层的空气温度变化幅度基本能反映整个果园的变化幅度，结果为苹果园中空气温度的监测方案提供了依据。
对任一冠层、果树间隙或整个果园，极差随着高度的变化波动较小，总体呈水平趋势。表明空气温度在水平方面具有相似的变化趋势。整个果园的最大极差出现在高160 cm处，为2.3 ℃。
2.4验证试验
为了对所得到的结果进行验证，于10月进行了同样的试验，3个冠层及果树间隙的不同高度16个测量点空气温度测定结果见图8。10月与9月比较温度均有所降低。
验证试验结果，冠层1中同一水平高度的温度变化较大，与9月试验结论一致，与果树1所处的位置靠近果园边缘有关。10月空气温度在同一冠层不同高度的曲线具有相似的走势，且分布较集中，验证了空气温度在不同水平面上具有相同走势的结论。
10月冠层中的空气温度曲线分布更集中，表明在同一测量位置点空气温度随着高度的变化较小。每个位置点的最大最小值之差分布见图9。从图9可以看出，温度极差最大值为0.7，0～0.1的极差所占比例最高，为46.9%。
空气温度在3个冠层、果树间隙及整个果园不同高度层的极差见图10。从图10可以看出，冠层1不同高度的极差最大，对整个果园极差的贡献最大。冠层2、冠层3不同高度的极差值近似，果园中果树间隙的极差在前二者间，验证了9月试验的结论。整个果园的极差最大值为2.3 ℃，与9月试验结论一致，验证了果园中整个果园空气温度最大最小值之差在2～3 ℃之间的结论。
3讨论与结论
果园冠层中空气温度在不同高度具有相同的走势。这与王大铭研究的树冠不同层次温度从上到下逐渐降低，同一层次内温度从内膛到外围逐步增大的结论[1]不同。可能和试验时节和天气有关，本研究试验季节均为秋天，在果实成熟前进行，虽然没有风，但空气相对湿度较低。本研究结论为秋季苹果成熟前果园中空气温度的监管提供依据，并为研究温度与果实品质及产量之间的关系提供理论支持。
果园中空气温度的极差不同冠层相差很大，与果树所处的位置有关，果树周围环境越是不均衡，冠层空气温度的极差越大。果园间果树间隙的极差处于冠层极差之间。处于果树边缘或临树茂密度相差很大的果树冠层的空气温度极差较大，对整个果园中不同高度的温度极差贡献最大。
空气温度在水平方向的变化大于其在垂直方向的变化。通过2次试验表明，同一位置点不同高度处空气温度的最大最小值之差小于0.5 ℃。而在水平方向即使在同一冠层，极差最大值为2.3 ℃。
参考文献：
[1]王大铭. 不同氮、钾肥水平对红富士苹果产量和品质的影响[J]. 吉林林业科技，2014，43（5）：47-49.
[2]Kaack K H，Pedersen，H L. Prediction of diameter，weight and quality of apple fruit（Malus domestica Borkh.）cv.‘Elstar’using climatic variables and their interactions[J]. Europ J Hort Sci，2010，75（2）：60-70.
[3]刘雯斐，李保国，齐国辉，等. 微域环境温湿度与苹果果面碎裂的关系[J]. 果树学报，2008，25（4）：458-461.
[4]Warrington I J，Fulton T A，Halligan E A，et al. Apple fruit growth and maturity are affected by early season temperatures[J]. J Amer Soc Hort Sci，1999，124（5）：468-477.
[5]邸葆，张建光，孙建设，等. 不同袋型、光照强度和温度对苹果果实表皮细胞膜特性的影响[J]. 中国农学通报，2011，27（6）：161-165.
[6]吴芳芳，郑有飞，胡正华，等. 温度和湿度对苹果炭疽菌分生孢子萌发芽管伸长的影响的相应模型[C]. 北京：2007农业环境科学峰会，2007.
[7]刘增辉，邵宏波，初立业，等. 干旱、盐、温度对植物体NADP-苹果酸酶的影响与机理[J]. 生态学报，2010，30（12）：3334-3339.
[8]孙志鸿，魏钦平，杨朝选，等. 红富士苹果树冠枝（梢）叶分布与温度、湿度的关系[J]. 果树学报，2008，25（1）：6-11.
[9]李光晨，王茂兴，张福旺. 苹果树冠内温度的分布状况（简报）[J]. 北京农业大学学报，1995，21（4）：402.王思乐，杨文柱，卢素魁. 大田作物长势监控图像中绿色植物的识别方法[J]. 江苏农业科学，2015，43（11：487-492.
关键词：苹果园；结果期；温度；空间分布；冠层；北京
中图分类号： S126文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0483-04
收稿日期：2015-02-02
基金项目：国家“863”计划（编号：2013AA102405）；农业系统智能控制与虚拟技术团队（编号：CAAS-ASTIP-2015-AII-03）。
作者简介：郭秀明（1981—），女，河北沧州人，博士，助理研究员，主要从事农业信息化研究。E-mail：guoxiuming@caas.cn。
通信作者：周国民，博士，研究员。E-mail：zhouguomin@caas.cn。作物通过与周围环境进行能量和物质的交换以进行生长，其生长环境参数是决定农作物产量和质量的直接因素[1-2]。温度是影响作物生长的重要因素之一，不同作物中的温度分布规律的研究能为作物环境中温度参数的监测方案打下基础，为温度与作物产量及质量之间的关系提供支持，最终提高作物生产水平。
温度和苹果的产量及质量密切相关[3-5]。刘雯斐等研究了果实微域环境温湿度与红富士苹果果面碎裂发生的关系，结果温度越高，相对湿度越低，果面碎裂现象越严重[3]。吴芳芳等为深入了解苹果炭疽菌的侵染规律，研究组建了温度、湿度对苹果炭疽病菌分生孢子萌发和芽管伸长的影响的Logistic模型[6]。刘增辉等综述了干旱、盐、高温和低温胁迫条件下 NADP-苹果酸酶活性及该酶基因表达变化的特点，揭示了其在对植物体抵御各种胁迫带来的危害时所发挥的作用以及作用机理[7]。本研究主要关注苹果园中的温度参数，研究其温度的空间变化特性，为研究温度与苹果品质之间的关系打下基础，为苹果园中温度的监测方案提供技术支持。
关于果园中空气温度的变化特性的研究较少。孙志鸿等研究了北京地区树冠不同层次和部位温度的分布、动态变化与枝叶数量间的关系，结果表明，树冠不同层次温度从上到下逐渐降低，同一层次内温度从内膛到外围逐步增大[8]。李光晨等研究了果树冠层空气温度的分布，结论为树冠中由上至下温度逐渐降低[9]。以上研究均针对果树冠层，有关整个果园中温度分布规律的研究还未见报道。在果园中温度监测中，监测方案和整个果园的温度分布特性及规律有关。为了研究果园中空气温度的分布特性，在北京市的2个果园进行了实地试验，以期发现果树冠层的温度分布规律，不同果树冠层及果树间隙的温度差异，为苹果园中温度监测时监测位置的布局方案打下基础，为研究温度和苹果质量之间的关系打下基础。
1材料与方法
1.1试验果园
试验地点选取北京市丰台区的一个普通苹果园，果园树龄为18年，主栽品种为富士和华红。果树的行距为4 m，株距4 m，果树高3 m，主干高0.5 m。果树冠层为纺锤形，冠层长为3 m、宽3 m。试验果园情况见图1。
为了对试验结果进行验证，分别于9月、10月进行试验。试验时间均为苹果即将成熟的秋天，天气均无风。
1.2测定仪器
选用台湾TES数字温湿度测量仪测量果园中的空气温度，型号为1360A（图2）。空气温度的分辨率为0.1 ℃，准确度为±0.8 ℃。
1.3试验方法
果园中的果树离散分布，分别对果树冠层、果树间隙进行采样测量。依据果园中的位置选定3棵长势较均匀的果树，
对每棵果树以0.5 m3立方体为隔断将其划分为80个正方体，测量每个正方体中心点的空气温度。对每棵果树的测量方法见图3。为清晰起见，只画出了2个测量高度（共5个测量高度：0、0.5、1.0、1.5、2.0 m）各16个测量位置点。
对果园间隙，采用“弓”字形测量方法以能覆盖整个果园，反映整个果园的空气温度变化。测量方法见图4。
为了对试验结果进行验证，10月在另外的果园进行了验证试验，试验方法相同。
2结果与分析
2.1苹果不同高度温度变化
9月不同高度的16个点的温度测量结果见图5。1～16个位置点分别沿着“弓”字形顺序定位。
不同高度层空气温度具有相似的走势，表明空气温度在水平方面具有相似的变化趋势。在冠层1中，不管在哪个高度层，温度在1～8个测量位置点的温度明显低于9～16位置点的测量值。在果树间隙，温度从1至16个测量点逐渐减小（图5）。
空气温度在单个冠层的变化快慢及变化幅度与果树所处的环境有关。果树周围及其本身的枝叶分布越均匀，空气温度越趋于稳定，变化幅度小，变化速度慢，如冠层2、冠层3。果树周围的环境不均衡，冠层温度的变化较快，变化幅度较大，如冠层1（图5）。
果树周围环境是否均衡主要和果树所处的位置及相邻果树的生长状况有关。处于果园边缘的果树由于其一边直接和外界环境接触，而另一边为茂密的果树，造成冠层温度变化较大。即使果树在果园内部，若果树的邻树茂密程度较大，也会造成温度的变化较大，如其中1棵相邻的果树由于病虫害造成树体矮小且枝叶较少的情况。 2.2苹果不同高度温度极差分布
对于多数果树，不同高度的温度曲线集中分布，说明在每个位置点，空气温度随着高度的变化很小。对于所测量的64个位置点中，每个位置点的不同高度的温度极差所占的百分比，87.5%的温度极差小于0.5 ℃，>0.1～0.2 ℃的极差所占比例最多，占32.8%（图6）。
2.3不同冠层及果园高度的温度变化
为了深入研究空气温度在3个冠层、果树间隙、整个果园的变化情况，计算了不同高度层的极差，结果见图7。从图7可以看出， 总体上极差由大到小排列分别为整个果园、冠层1、果树间隙、冠层2、冠层3。虽然冠层1的覆盖空间远小于果树间隙，但其温度极差却大于果树间隙。整个果园的极差主要由冠层1造成，表明在果园中周围环境不均衡，果园边缘的果树或者邻树缺位及长势相差较大的果树冠层的空气温度变化幅度基本能反映整个果园的变化幅度，结果为苹果园中空气温度的监测方案提供了依据。
对任一冠层、果树间隙或整个果园，极差随着高度的变化波动较小，总体呈水平趋势。表明空气温度在水平方面具有相似的变化趋势。整个果园的最大极差出现在高160 cm处，为2.3 ℃。
2.4验证试验
为了对所得到的结果进行验证，于10月进行了同样的试验，3个冠层及果树间隙的不同高度16个测量点空气温度测定结果见图8。10月与9月比较温度均有所降低。
验证试验结果，冠层1中同一水平高度的温度变化较大，与9月试验结论一致，与果树1所处的位置靠近果园边缘有关。10月空气温度在同一冠层不同高度的曲线具有相似的走势，且分布较集中，验证了空气温度在不同水平面上具有相同走势的结论。
10月冠层中的空气温度曲线分布更集中，表明在同一测量位置点空气温度随着高度的变化较小。每个位置点的最大最小值之差分布见图9。从图9可以看出，温度极差最大值为0.7，0～0.1的极差所占比例最高，为46.9%。
空气温度在3个冠层、果树间隙及整个果园不同高度层的极差见图10。从图10可以看出，冠层1不同高度的极差最大，对整个果园极差的贡献最大。冠层2、冠层3不同高度的极差值近似，果园中果树间隙的极差在前二者间，验证了9月试验的结论。整个果园的极差最大值为2.3 ℃，与9月试验结论一致，验证了果园中整个果园空气温度最大最小值之差在2～3 ℃之间的结论。
3讨论与结论
果园冠层中空气温度在不同高度具有相同的走势。这与王大铭研究的树冠不同层次温度从上到下逐渐降低，同一层次内温度从内膛到外围逐步增大的结论[1]不同。可能和试验时节和天气有关，本研究试验季节均为秋天，在果实成熟前进行，虽然没有风，但空气相对湿度较低。本研究结论为秋季苹果成熟前果园中空气温度的监管提供依据，并为研究温度与果实品质及产量之间的关系提供理论支持。
果园中空气温度的极差不同冠层相差很大，与果树所处的位置有关，果树周围环境越是不均衡，冠层空气温度的极差越大。果园间果树间隙的极差处于冠层极差之间。处于果树边缘或临树茂密度相差很大的果树冠层的空气温度极差较大，对整个果园中不同高度的温度极差贡献最大。
空气温度在水平方向的变化大于其在垂直方向的变化。通过2次试验表明，同一位置点不同高度处空气温度的最大最小值之差小于0.5 ℃。而在水平方向即使在同一冠层，极差最大值为2.3 ℃。
参考文献：
[1]王大铭. 不同氮、钾肥水平对红富士苹果产量和品质的影响[J]. 吉林林业科技，2014，43（5）：47-49.
[2]Kaack K H，Pedersen，H L. Prediction of diameter，weight and quality of apple fruit（Malus domestica Borkh.）cv.‘Elstar’using climatic variables and their interactions[J]. Europ J Hort Sci，2010，75（2）：60-70.
[3]刘雯斐，李保国，齐国辉，等. 微域环境温湿度与苹果果面碎裂的关系[J]. 果树学报，2008，25（4）：458-461.
[4]Warrington I J，Fulton T A，Halligan E A，et al. Apple fruit growth and maturity are affected by early season temperatures[J]. J Amer Soc Hort Sci，1999，124（5）：468-477.
[5]邸葆，张建光，孙建设，等. 不同袋型、光照强度和温度对苹果果实表皮细胞膜特性的影响[J]. 中国农学通报，2011，27（6）：161-165.
[6]吴芳芳，郑有飞，胡正华，等. 温度和湿度对苹果炭疽菌分生孢子萌发芽管伸长的影响的相应模型[C]. 北京：2007农业环境科学峰会，2007.
[7]刘增辉，邵宏波，初立业，等. 干旱、盐、温度对植物体NADP-苹果酸酶的影响与机理[J]. 生态学报，2010，30（12）：3334-3339.
[8]孙志鸿，魏钦平，杨朝选，等. 红富士苹果树冠枝（梢）叶分布与温度、湿度的关系[J]. 果树学报，2008，25（1）：6-11.
[9]李光晨，王茂兴，张福旺. 苹果树冠内温度的分布状况（简报）[J]. 北京农业大学学报，1995，21（4）：402.王思乐，杨文柱，卢素魁. 大田作物长势监控图像中绿色植物的识别方法[J]. 江苏农业科学，2015，43（11：487-492.