蘋果花期噴水的防霜凍效應

張繼祥，聶佩顯，張丁有，路超

（1.山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東 泰安 271018；2.山東省果樹研究所，山東 泰安 271000）

隨著全球氣候變暖日趨加劇，我國極端天氣日益增多[1，2]，加上蘋果花期逐漸提前[3]，晚霜凍已成為制約我國蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要自然災害之一[4，5]。生產(chǎn)中預防蘋果樹霜凍的常規(guī)措施主要有改善果園小氣候、推遲花期、噴施植物生長調(diào)節(jié)劑等[6]。研究表明，在果園內(nèi)間隔一定距離放置加熱器進行物理升溫，或放置大型吹風機吹風增強空氣流通，或在迎風面放置煙堆進行熏煙等，均可減緩環(huán)境溫度的急劇下降，增溫1～2℃[7，8]；春季灌水或樹體涂白能推遲開花2～5 d，可避開霜凍[8，9]；噴施ABA[10]、蕓苔素[11]等生物調(diào)節(jié)物質(zhì)，可提高植物的抗逆性等。

噴水法是防御霜凍的一種應急措施，具有所用設備簡單、操作方便、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點，已經(jīng)在現(xiàn)代化果園開始應用。前人研究表明，噴水可減輕蘋果凍害[12，13]。但是，有關持續(xù)噴水時間對預防蘋果霜凍的效果研究較少。在蘋果開花期，選擇發(fā)生霜凍概率較高的天氣類型，分別采用夜間不同時段噴水和煙霧機噴水霧的方法進行霜凍預防效果研究，旨為有效預防蘋果霜凍提供幫助。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為煙富3/M26/八棱海棠，5 a生，種植于山東省濟寧市嘉祥縣綜合農(nóng)場果園（北緯35°36′、東經(jīng)116°16′）。果園面積4 hm2，蘋果樹株行距為4.5 m×2.5 m，高紡錘樹形，南北行向，常規(guī)管理。

1.2 試驗方法

2021年4月中旬至5月上旬蘋果進入花期后，選擇最有可能發(fā)生霜凍的天氣類型，分別采用夜間不同時段噴水和煙霧機噴水霧的方法進行霜凍預防效果試驗。

1.2.1 夜間噴水時段對不同高度樹冠溫度的影響 試驗夜間噴水時段設00：00～02：00（Ⅰ）、00：00～4：00（Ⅱ）和00：00～06：00（Ⅲ）3個處理，在樹下鋪設黑色高壓噴灌帶，向上進行連續(xù)噴灌，噴灌高度為1.7 m左右，噴灌強度10 mm/h、流量2 m3/h；以不噴水處理為對照（CK）。為避免樹枝遮擋，將空氣溫濕度探頭固定在距樹干1 m處的鐵架上，距地面高度分別為0.5、1.5和3.0 m。以行內(nèi)10株樹為1個小區(qū)，3次重復。開始處理后，利用空氣溫濕度記錄儀每隔1 h同時測定1次距地面高0.5 m、1.5 m、3.0 m處的樹冠溫度。

1.2.2 煙霧機噴水霧對不同高度樹冠溫度的影響 試驗設煙霧機噴水霧和不噴水霧（CK）2個處理。煙霧機噴水霧處理方法為05：00～06：00（日出前）用煙霧機對樹體進行持續(xù)噴霧，噴霧強度為4.7 mm/h，時長1 h，用水量70 L，覆蓋面積約15 m2。以安裝有溫濕度記錄儀的單株樹體為中心，以其周圍的4～5株樹為1個小區(qū)，3次重復。開始處理后，利用空氣溫濕度記錄儀每隔5 min同時測定1次距地面高0.5 m、1.5 m、3.0 m處的樹冠溫度。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，利用Microsoft Excel 2007軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 夜間噴水時段對不同高度樹冠溫度的影響

2.1.1 00：00～02：00噴水對樹冠溫度的影響 00：00～02：00噴水處理后，距地面高0.5、1.5、3.0 m處的樹冠溫度在07：00前均較CK降低緩慢，降溫幅度分別較CK低3.54百分點、11.62百分點和5.52百分點，平均溫度分別較CK高0.59、1.93和0.85℃，其中最低溫度分別較CK提高了1.2、2.57和1.17℃；但是白天，特別是10：00后，3個高度的樹冠溫度均與CK基本一致（圖1～3）。可以看出，00：00～02：00連續(xù)2 h噴水對樹冠溫度的調(diào)節(jié)效應只能維持10 h左右，對白天的樹冠溫度沒有顯著影響。

圖1 00：00耀02：00噴水對距地面高0.5 m處樹冠溫度的影響Fig.1 The effect of spraying water from 00：00 to 02：00 on canopy temperature at 0.5 m above the ground

2.1.2 00：00～04：00噴水對樹冠溫度的影響 00：00～04：00連續(xù)4 h噴水處理后，對3個高度樹冠溫度的影響時間均長于00：00～02：00噴水處理，且對不同高度樹冠溫度的影響時間差異較大（圖4～6）。

圖4 00：00耀04：00噴水對距地面高0.5 m處樹冠溫度的影響Fig.4 The effect of spraying water from 00：00 to 04：00 on canopy temperature at 0.5 m above the ground

噴水處理后，距地面高0.5、1.5、3.0 m處的樹冠溫度在當天07：00前均較CK降低緩慢，降溫幅度分別較CK低11.31百分點、15.50百分點和13.34百分點，平均溫度分別較CK高1.39、2.01和1.03℃，其中最低溫度分別較CK提高了1.96、2.93和2.13℃。連續(xù)4 h噴水處理對07：00后不同高度樹冠溫度的影響時間均較長，特別是對0.5 m和1.5 m高處的溫度影響較大，可明顯延緩距地面高0.5 m和1.5 m處樹冠當天07：00～14：00溫度的上升以及當天16：00至翌日7：00溫度的下降，影響時間分別能持續(xù)到翌日的07：00和16：00；而對距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響時間相對較短，僅持續(xù)到當天的15：00。可以看出，00：00～04：00連續(xù)4 h噴水處理對不同高度樹冠溫度的調(diào)節(jié)效應差異較大，其中，對距地面高1.5 m處樹冠溫度的影響持續(xù)時間最長，達到40 h左右；對距地面高0.5 m處樹冠溫度的影響次之，持續(xù)時間為31 h左右；對距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響持續(xù)時間最短，為13 h左右。

2.1.3 00：00～06：00噴水對樹冠溫度的影響 00：00～06：00連續(xù)6 h噴水處理后，對3個高度樹冠溫度的影響時間均長于00：00～04：00噴水處理，且對不同高度樹冠溫度的影響時間差異較大（圖7～9）。

圖7 00：00耀06：00噴水對距地面高0.5 m處樹冠溫度的影響Fig.7 The effect of spraying water from 00：00 to 06：00 on canopy temperature at 0.5 m above the ground

圖2 00：00耀02：00噴水對距地面高1.5 m處樹冠溫度的影響Fig.2 The effect of spraying water from 00：00 to 02：00 on canopy temperature at 1.5 m above the ground

圖3 00：00耀02：00噴水對距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響Fig.3 The effect of spraying water from 00：00 to 02：00 on canopy temperature at 3.0 m above the ground

圖5 00：00耀04：00噴水對距地面高1.5 m處樹冠溫度的影響Fig.5 The effect of spraying water from 00：00 to 04：00 on canopy temperature at 1.5 m above the ground

圖6 00：00耀04：00噴水對距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響Fig.6 The effect of spraying water from 00：00 to 04：00 on canopy temperature at 3.0 m above the ground

圖8 00：00耀06：00噴水對距地面高1.5 m處樹冠溫度的影響Fig.8 The effect of spraying water from 00：00 to 06：00 on canopy temperature at 1.5 m above the ground

圖9 00：00耀06：00噴水對距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響Fig.9 The effect of spraying water from 00:00 to 06：00 on canopy temperature at 3.0 m above the ground

噴水處理后，距地面高0.5、1.5、3.0 m處的樹冠溫度在當天07：00前均較CK降低緩慢，降溫幅度分別較CK低11.55百分點、15.04百分點和17.11百分點，平均溫度分別較CK高1.94、3.42和2.36℃，其中最低溫度較CK分別提高了2.36、4.73和3.86℃。連續(xù)6 h噴水處理對07：00后不同高度樹冠溫度的影響時間更長，基本上均可影響到第3天，可明顯延緩距地面高0.5、1.5、3.0m處樹冠當天07：00～14：00溫度的上升以及當天16：00至翌日07：00溫度的下降，影響時間分別可持續(xù)至第3天的19：00、第4天的07：00和第3天的17：00。可以看出，00：00～06：00連續(xù)6 h噴水處理對不同高度樹冠溫度的調(diào)節(jié)效應差異較大，其中，對距地面高1.5 m處樹冠溫度的影響持續(xù)時間最長，達到79 h左右；對距地面高0.5 m處樹冠溫度的影響次之，持續(xù)時間為67 h左右；對距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響時間最短，為65 h左右。

2.2 煙霧機噴水霧對日出前樹冠溫度的影響

05：00～06：00噴水霧處理期間，可顯著減緩05：40前溫度的下降以及05：40后溫度的上升，距地面高0.5、1.5、3.0 m處的樹冠平均溫度分別較CK高1.05、1.02和1.75℃，其中最低溫度分別較CK提高了2.06、1.56和3.20℃，整個樹冠的平均溫度較CK增加1.27℃（圖10～12）。噴水霧處理對不同高度樹冠溫度的增溫效果差異較大，其中對距地面高3.0 m處樹冠的增溫效果最為顯著，升溫幅度分別是距地面高0.5 m和1.5 m處樹冠溫度的1.67倍和1.72倍。此外，煙霧機停止噴施水霧后，水霧對果園氣溫的上升也有一定的影響，且這種效應能持續(xù)1 h左右。

圖10 煙霧機噴水霧對日出前距地面高0.5 m處樹冠溫度的影響Fig.10 The effect of spraying mist by smoke machine on canopy temperature at 0.5 m above the ground before sunrise

圖11 煙霧機噴水霧對日出前距地面高1.5 m處樹冠溫度的影響Fig.11 The effect of spraying mist by smoke machine on canopy temperature at 1.5 m above the ground before sunrise

圖12 煙霧機噴水霧對日出前距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響Fig.12 The effect of spraying mist by smoke machine on canopy temperature at 3.0 m above the ground before sunrise

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

國外學者認為，凍害引起植物死亡起作用的并不是冰凍本身，而是冰凍后的解凍，緩慢解凍時細胞可以恢復，反之則會引起細胞死亡[14]。噴水法作為一種應急的霜凍防御措施，在溫度下降時可以減緩降溫速度，在溫度升高時可以減緩升溫速度[12，13]。晚霜凍的發(fā)生時間多集中在夜間至第2天的日出前，樹冠1.2～1.5 m以下區(qū)域危害嚴重。本研究結(jié)果表明，夜間噴水可有效控制日出前最易發(fā)生霜凍時段溫度的劇降，減緩當天14：00前的升溫速度，且這種調(diào)節(jié)效應的持續(xù)時間呈現(xiàn)隨噴水時間延長而延長的趨勢。3個噴水時段均對減緩距地面高1.5 m處附近的降溫速度效果顯著，原因可能與本試驗采用的噴灌設備有關：噴水時采用的是黑色針孔噴灌帶，在正常水壓下水柱高度為1.5～2.0 m，故該高度處水汽含量高，對溫度的調(diào)節(jié)作用也最好。特別是00：00～06：00連續(xù)6 h噴水處理，距地面高1.5 m處的平均溫度較CK可高達3.42℃，最低溫度較CK提高4.73℃。現(xiàn)代果園樹形一般采用高紡錘形，干高通常在70 cm以上，因此理論上00：00～06：00連續(xù)6 h持續(xù)噴水可抵抗近-5℃的低溫。本試驗結(jié)果好于魏象廷等[13]的試驗效果，可能與噴水設備、時間、強度以及樹形不同有關：本研究采用的設備先進，噴水均勻，噴水強度是其處理強度的1.67倍，而且高紡錘樹形較傳統(tǒng)樹形干高、枝葉量少，空氣流動性好。而雷延鵬等[15]的噴水防霜凍試驗效果不佳，可能是由環(huán)境絕對溫度過低（-5.9℃）、噴水開始時間晚，而結(jié)束時間早，中間沒有進行持續(xù)性噴水造成的。本研究結(jié)果與龍志云[16]的研究結(jié)果一致，采用噴水結(jié)冰法防御霜凍時，一旦噴水開始，最好要連續(xù)噴水至日出以前，中途停止會加重凍害的嚴重程度。在實際應用中，如果預報降溫幅度小，在水資源緊缺地區(qū)，有經(jīng)驗的果農(nóng)可根據(jù)實際情況調(diào)整噴水的起止時間。

美國學者研究了平流霜凍下柑桔樹的受凍情況，發(fā)現(xiàn)微噴高度越高，水流量越大，越有利于凍害的防御以及凍害發(fā)生后樹體的恢復；如果樹冠頂部噴水不足，樹冠溫度會因蒸發(fā)散熱而大大降低，霜凍來臨時會加重凍害程度[17]。本研究中也發(fā)現(xiàn)同樣現(xiàn)象，噴水處理對距地面高1.5～2.0 m處樹冠層溫度的調(diào)節(jié)效果最好。因此，在成本可控的前提下，采用噴水法防御霜凍時，要盡可能提高噴水的高度和均勻性，保證不同高度樹冠層的空氣濕度都能得到提高。

與噴水試驗相比，煙霧機噴水霧試驗調(diào)溫效果以及對環(huán)境氣溫影響的持續(xù)時間不佳。分析原因，可能是噴霧時間不夠、噴霧不均勻造成的。

3.2 結(jié)論

夜間不同時段噴水和煙霧機噴水霧均可不同程度地調(diào)節(jié)果園氣溫的變化，其中0：00～06：00持續(xù)6 h噴水防霜凍效果最好，理論上可抵御-5℃的低溫，生產(chǎn)中可推薦使用。