一种设施果树根域土壤双向温控促早栽培方法

本发明涉及设施果树栽培方法，具体涉及一种通过对果树根系集中分布层土壤温度进行升温和降温的双向调控以实现设施果树促早栽培的方法。

背景技术：

1、设施果树促早栽培是指利用日光温室、塑料大棚等人工保护设施，在不适合果树自然生长发育的季节或区域，依托自然低温或人工低温调控，精准累积满足对应品种果树所需的有效低温时数，完成自然休眠解除后，通过提前升温、同步调控设施内温湿度、光照、水肥等环境因子，人为提前果树萌芽、开花与果实发育进程，最终实现果实比露地常规栽培提早成熟、反季节上市的果树栽培模式。‌

2、然而，仅仅调控室温存在明显局限。果树树体由地上部分（茎、枝、叶、花、果实等）和地下部分（根系）两大部分构成，二者协同完成营养吸收、运输、光合与繁殖等功能。果树根系不仅起到固定树体的作用，还负责吸收水分和养分，其活力状态直接影响地上部分的生长发育。

3、在设施促早栽培中，由于土壤热容量大、导热性差，温室内气温发生变化后，根域土壤温度（尤其是深层（20-50cm）根系集中分布区）的响应明显滞后且变化幅度有限。若休眠期根域地温未能同步降至有效低温区间（一般指0–7℃，或其他温度模型温度范围），根系可能维持半活跃状态，导致整株树体休眠深度不足，需冷量积累的实际有效性降低，会造成地上地下物候错配，引发萌芽不齐、树势早衰、坐果率低、果实品质下降等不良后果。而在升温催芽阶段，若根域地温回升滞后于气温，根系吸水吸肥功能未能与新梢萌芽同步恢复，则可能发生根芽发育不同步的生理失调，表现为新梢生长不良、落花落果，严重时新梢幼果急性萎蔫。因此，果树促早栽培中，地上环境温度与根域土壤温度的协同调控，是保障树体正常健壮、果实优质早熟的重要条件，是提升设施种植经济效益的前提保障。

4、在本行业中，已有较多针对果树根区温度调控的技术研究和方案。但目前现有技术方案多聚焦于解决冬季低温胁迫问题，即以防止根系受冻、保障树体安全越冬为主要目标。而对于设施促早栽培中出现的休眠期根域地温偏高导致需冷量积累不足以及生育期根域地温与气温不同步这两类问题，现有技术则关注较少，也少见报道；更缺乏根据果树不同物候期对根域土壤温度进行升、降温动态切换的系统性方案。

5、例如，宁夏大学申请的专利文献cn204994327u《用于设施落叶果树栽培的根域加温装置》，采用发热电缆配合温控探头，对果树根系进行精确加温，可使萌芽提前10-20天。该文献仅公开了根域加温（升温）对促早栽培的促进作用和研究，但未涉及任何降温调控对促早栽培影响的研究。

6、又例如其他一些专利文献（如cn101653089a、cn113743030a、cn108651096a、cn221178667u等）则公开了通过加热管或局部土壤加热装置对果树根区进行加热。也都是以单向加热为主，不具备根据物候期进行升降温动态切换的功能。根据检索结果我们认为，目前在本领域，对于桃、葡萄、柑橘等深根系果树成龄树深层根域（30–50cm）进行土壤温度双向调控，现有技术中尚无相关方案。

7、现有对土壤温度的控制手段主要分为被动式保温与主动加热增温两类。被动式保温包括地膜覆盖、秸秆或有机物覆盖、砂石覆盖、搭建拱棚、多层膜覆盖等；主动加热增温包括灌溉温水、热风管道加热、发热电缆加热等。上述手段在实际应用中存在以下有待改进之处：（1）温度控制精度有限，难以根据果树不同生育阶段的需求进行动态调整；（2）对深层土壤（30cm以下）的温度调控效果有限；（3）其关键是多不具备主动降温调控功能，难以应对生育期根域温度偏高或休眠期根域温度难以下降的情况。

技术实现思路

1、本发明的发明目的就在于针对现有技术的问题和不足提供一种设施果树根域土壤双向温控促早栽培方法，该方法在现有室温调控技术方案的基础上，通过对果树根系集中分布层土壤温度进行升温和降温的双向准确调控，使根域土壤温度与地上部物候期需求相协调，根系活力与地上部生长发育同步匹配，从而使整株树体在集中的短时间内完成足够的休眠深度，并加速整个生育进程，实现设施果树稳定促早栽培和保障果实品质。

2、本发明的技术方案为：

3、一种利用精准调控土壤温度实现设施果树促早栽培的方法，其包括如下方法步骤：

4、s1：构建设施温室土壤温控系统

5、在设施温室内果树行间，于目标品种果树根系集中分布层（距地表20–50cm）埋设可调控温度升或降的土壤温度调控装置，并相应埋设土壤温度检测装置，以埋设好的土壤温度调控装置和土壤温度检测装置为基础建立温室土壤温控系统。

6、s2:休眠期进行主动降温控制并累计休眠时间

7、在北方地区一般选择在10月中下旬自然落叶期，扣棚进行人工促眠，当根域土壤日平均温度降至10–15℃时，开启土壤温控调控系统对根域土壤进行梯度降温，根域土壤温度每周下降1–2℃，使其平稳进入并维持在0–10℃的休眠期根域允许温度区间内；降温期间，温室环境温度与根域土壤温度同步协调变化维持在0-7℃，二者温度差值控制在0–3℃范围内，使地上与地下同步进入并维持在休眠状态；自温室环境温度和根域土壤日平均温度同步稳定降至7℃之日起，开始累计有效低温时数，按0～7.2℃模型累计需冷量，累记以温室环境温度为主根域温度为参照，当累计有效低温时数达到目标品种的需冷量阈值上限时，判定休眠解除。

8、s3：果树萌芽前进行主动梯度升温

9、休眠解除后，通过温室土壤温控系统对根域土壤进行逐渐缓慢升温并与地面保持同步协调，每周升温幅度控制在2-3℃，使土壤温度从有效休眠温度平稳过渡至12-13℃，避免根系因温度骤升产生生理应激；升温期间，温室环境温度与根域土壤温度的差值原则上不超过5℃，环境温度的上升速率不超前于根域土壤温度的上升速率。

10、s4：不同物候期的根域温度管理

11、萌芽期：根域土壤温度保持在12-13℃；花期：土壤温度调整并保持在13-17℃，自萌芽期进入花期时，延续步骤s3的梯度升温速率（每周升温不超过2-3℃）；幼果期至果实膨大期：自花期进入幼果期后，在花期结束后3-5天内将温度提升至18-20℃，此后以每周2–3℃的速率升至20–22℃并维持至果实膨大期。

12、s5：果树采后恢复期对根域土壤的温度管理

13、果实采收后，树体进入营养恢复期，若计划进行连续促早栽培，则在采后完成必要的修剪和肥水管理，给与20-30天树体恢复期；其间宜监测树体营养状况（如叶片光合速率、枝条充实度等），确认树势恢复后方可根据计划进行下一轮降温诱导休眠。连续促早栽培模式下，建议每隔2–3年安排一个自然休眠年度，以利于树势恢复。

14、若仅进行一年一季栽培，则可撤除棚膜，按常规露地管理至自然落叶后重新扣棚启动降温。若不再进行促早栽培，则可按常规露地管理至自然落叶后进行常规生产管理。

15、进一步地，本发明所述步骤s1中，所述土壤温度调控装置包括埋设在土壤内的热源设备和冷源设备；所述热源设备采用加热电缆，所述冷源设备则包括蓄水池、循环水管、泵和管路附件；所述蓄水池内可加入冰水混合物作为冷源，其中冰的体积占比为1/4至1/3；循环水经水泵驱动进入循环水管，通过管壁与周围土壤进行热交换，吸收土壤热量后回流至蓄水池，形成循环降温回路。

16、进一步地，本发明上述加热电缆与循环水管的具体铺设方法为：在果树行间，距离两边树干50±5cm处，开挖深度40±5cm的基坑；将基坑底部平整处理后安装加热电缆；回填土壤至深度20±5cm处并平整表面，再布设循环水管；所述加热电缆与循环水管的铺设方向上下对应一致，加热电缆与循环水管均采用回字形方式铺设，即按照从外向内再从内向外呈回字形布设，以此使加热区域形成均匀的温度变化；加热电缆采用双导恒功率发热电缆，单位面积功率为40w/m²，相邻电缆间距为20±2cm；循环水管相邻间距为30±2cm。

17、进一步地，本发明所述步骤s1中，所述土壤温度检测装置‌采用‌多层土壤温度传感器，探杆垂直埋设，可同时获取不同深度土层的温度数据；‌布设时：在每行果树的首株、中株和末株距树干40 cm处‌分别埋设‌传感器探杆，呈代表性点位分布‌。

18、进一步地，本发明所述步骤s1中，所述温室土壤温控系统包括土壤温度调控装置、控制单元、土壤温度探测单元、执行单元、显示单元、输入单元和供电单元；所述控制单元连接并接收土壤温度探测单元输入的温度实时采集信息，经内部运算后输出控制信号连接执行单元，通过执行单元控制驱动土壤温度调控装置产生热量或交换冷量，从而调控土壤温度的升降，实现对根域土壤温度的精准闭环调控；所述供电单元为系统各单元提供电源供给；所述显示单元和输入单元与控制单元连接完成人机交互。

19、进一步地，本发明所述步骤s2中，所述有效需冷温度区间为0-7℃，基于0-7.2℃需冷量估算模型计算需冷量；所述目标品种的需冷量阈值，以国家果树种质资源数据库或以《中国果树种质资源多样性》丛书（2025年）中记载的数据为准；或者以品种审定公告或正式发表的学术文献中记载的数据为准。

20、进一步地，所述步骤s4中，当土壤温度超过22℃时，启动冷源设备（循环常温水，不加冰）对根域土壤进行主动降温，防止高温引起营养生长过旺。

21、进一步地，所述闭环温控系统采用变周期反馈控制策略：当实时温度与目标温度的偏差大于预设阈值时，以较短采样间隔（3–5秒）采集数据并快速响应；当温度进入目标区间后，以较长采样间隔（15–30秒）采集数据，减少设备频繁启停。升温、降温、维持三阶段根据反馈信号自动循环切换，使根域土壤温度稳定在预设目标范围内。

22、本发明的有益效果如下：

23、1、本发明通过温室土壤温控系统可以实现调控土壤内部的温度进行均匀地增温和降温，具有不同深度土壤层内部增温幅度适宜、平稳，与地上室温调整协调同步的优点。

24、本发明填补了现有技术对深根层（20-50cm）果树根系土壤温度精准双向调控的空白，通过将根系土壤温度的有效低温积累量作为树体休眠进程的基准参照，实现了地上部低温休眠与根系低温适应的协调统一，消除了常规促早栽培中因温室气温与地下温度变化不同步导致的地上地下生理脱节现象，显著提高了萌芽整齐度和坐果率。

25、2、本发明方法不催熟、不施用外源激素，仅通过顺应并引导果树的自然生理节律来实现促早，所产果实安全、健康、风味自然。同时，通过根域定向温控，热量或冷量集中供给根系分布区，减少了向空气散热的损耗，与空气加温方式相比，长期运行能耗更低。

26、3、本发明在连续促早栽培模式中安排了树势恢复期和周期性自然休眠年度，有利于维持果树经济寿命，保障设施果园的可持续生产。

27、4、本发明设计了具备回字形铺设和土壤温度闭环控制系统，使根域土壤温度分布均匀连续，且实现了规范而高效准确的控制。规范高效的土壤温度控制系统，可有效准确的实现将果树根际土壤温度稳定适宜区间，促进根系发育、激活土壤微生物活性，提升养分吸收效率等优点。该系统可联动水肥设施实现精准管控，大幅提升果质量与产量的稳定性。

28、下面是利用本发明方法在实践中作小区试验所取得的效果展示：

29、1、土壤温度升高还会加快土壤有机碳的矿化作用，释放更多的二氧化碳，提高果树的净光合速率和水分利用效率。

30、在小区试验中设置土壤增温10℃（加热电缆加热）、对照（不增温）2个处理，每个处理3个重复。采用气体井法抽取土壤气体测定co2浓度，采用土壤温湿度传感器测定土壤温度和水分。

31、表一：根域增温对土壤温度、co2通量及含水量的影响

32、

33、结果表明，土壤增温10℃，深层土壤含水量提高约10个百分点，土壤co2通气量提高30%左右。根系呼吸增强，侧根萌发迅速，侧根量增加20%，水分与养分吸收效率提高30%。

34、增加土壤温度驱动水汽从温度更高的表层向温度更低的深层迁移，显著降低土壤电导率，降低土壤呼吸速率，co2通气量增加。土壤中二氧化碳的含量在3.7％～5.5％时，果树根须生长会停滞。果树根系适宜的土壤温度上限为12-28℃，超过30℃后根系活性会明显降低，代谢能力下降，土壤中的氧气含量降低。相关试验数据显示，土壤中氧气含量为2％时，根系的生长会受到阻碍，而在2.5％时根系可以正常生长。需要说明的是，适度增温促进土壤有机碳矿化、co2通量增加，有利于提高果树冠层光合速率；但若土壤co2浓度持续超过3.7%，则会对根系生长产生抑制。因此，根域增温需配合土壤通气管理，避免co2在深层土壤中过度累积。

35、2、对果树生育期的影响

36、以河北地区的设施桃为例，10月下旬开始降温，桃树进入休眠期。由于季节气候的变化，根域土壤温度下降较慢，树叶迟迟不落，需要人工撸叶促进树体休眠。若此时逐步降低根域土壤温度，精准控制降温的温度，树体可自然顺利进入休眠期。休眠结束后需进行土壤增温，提前满足果树根系对地温要求，根区温度适宜，根系萌发早、根系发达，地上茎叶不会徒长，使得果树提早发芽，缩短生育期，实现果实提早成熟上市。土壤蓄热能力强，热量集中供给根区，减少空气散热损耗。相比棚内空气加温，同等能耗下根际温度提升更快，能源利用率明显会更高。土壤拥有良好热惰性，升温后蓄热持久。白天不会急剧超温，夜间缓慢释放储存热量。避免空气加温昼夜温差剧烈起伏，根区环境恒温性好，减轻花芽冻损，降低落花风险。而常规空气加温很难护住浅层土壤，采用土壤增温抗倒春寒效果更有效且长效。

37、本发明通过提高土壤温度，果树的侧根更加发达，水分与养分吸收效率更高，使得果树的结果期提前，果实品质提升。比现有的温室增温方式效率更高，长期来看投入更低，收入增加。对于设施果树种植来说，显著缩短生育期，对于实现一年两熟、果实春节上市和错峰上市奠定基础。且本发明方法本方法不催熟、不滥用激素，仅通过顺应并引导果树的自然生理节律来实现促早，所产果实安全、健康、风味自然。