蘋果花期噴水的防霜凍效應(yīng)

張繼祥，聶佩顯，張丁有，路超

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)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(zāi)害之一[4，5]。生產(chǎn)中預(yù)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(jìn)行物理升溫，或放置大型吹風(fēng)機(jī)吹風(fēng)增強(qiáng)空氣流通，或在迎風(fēng)面放置煙堆進(jìn)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(yīng)急措施，具有所用設(shè)備簡單、操作方便、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在現(xiàn)代化果園開始應(yīng)用。前人研究表明，噴水可減輕蘋果凍害[12，13]。但是，有關(guān)持續(xù)噴水時(shí)間對(duì)預(yù)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(shí)段噴水和煙霧機(jī)噴水霧的方法進(jìn)行霜凍預(yù)防效果研究，旨為有效預(yù)防蘋果霜凍提供幫助。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為煙富3/M26/八棱海棠，5 a生，種植于山東省濟(jì)寧市嘉祥縣綜合農(nóng)場(chǎng)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(yàn)方法

2021年4月中旬至5月上旬蘋果進(jìn)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(shí)段噴水和煙霧機(jī)噴水霧的方法進(jìn)行霜凍預(yù)防效果試驗(yàn)。

1.2.1 夜間噴水時(shí)段對(duì)不同高度樹冠溫度的影響 試驗(yàn)夜間噴水時(shí)段設(shè)00：00～02：00（Ⅰ）、00：00～4：00（Ⅱ）和00：00～06：00（Ⅲ）3個(gè)處理，在樹下鋪設(shè)黑色高壓噴灌帶，向上進(jìn)行連續(xù)噴灌，噴灌高度為1.7 m左右，噴灌強(qiáng)度10 mm/h、流量2 m3/h；以不噴水處理為對(duì)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(gè)小區(qū)，3次重復(fù)。開始處理后，利用空氣溫濕度記錄儀每隔1 h同時(shí)測(cè)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(jī)噴水霧對(duì)不同高度樹冠溫度的影響 試驗(yàn)設(shè)煙霧機(jī)噴水霧和不噴水霧（CK）2個(gè)處理。煙霧機(jī)噴水霧處理方法為05：00～06：00（日出前）用煙霧機(jī)對(duì)樹體進(jìn)行持續(xù)噴霧，噴霧強(qiáng)度為4.7 mm/h，時(shí)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(gè)小區(qū)，3次重復(fù)。開始處理后，利用空氣溫濕度記錄儀每隔5 min同時(shí)測(cè)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(jì)分析

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

2 結(jié)果與分析

2.1 夜間噴水時(shí)段對(duì)不同高度樹冠溫度的影響

2.1.1 00：00～02：00噴水對(duì)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(diǎn)、11.62百分點(diǎn)和5.52百分點(diǎn)，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(gè)高度的樹冠溫度均與CK基本一致（圖1～3）?？梢钥闯?，00：00～02：00連續(xù)2 h噴水對(duì)樹冠溫度的調(diào)節(jié)效應(yīng)只能維持10 h左右，對(duì)白天的樹冠溫度沒有顯著影響。

圖1 00：00耀02：00噴水對(duì)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(duì)樹冠溫度的影響 00：00～04：00連續(xù)4 h噴水處理后，對(duì)3個(gè)高度樹冠溫度的影響時(shí)間均長于00：00～02：00噴水處理，且對(duì)不同高度樹冠溫度的影響時(shí)間差異較大（圖4～6）。

圖4 00：00耀04：00噴水對(duì)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(dāng)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(diǎn)、15.50百分點(diǎn)和13.34百分點(diǎn)，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(duì)07：00后不同高度樹冠溫度的影響時(shí)間均較長，特別是對(duì)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(dāng)天07：00～14：00溫度的上升以及當(dāng)天16：00至翌日7：00溫度的下降，影響時(shí)間分別能持續(xù)到翌日的07：00和16：00；而對(duì)距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響時(shí)間相對(duì)較短，僅持續(xù)到當(dāng)天的15：00?？梢钥闯觯?0：00～04：00連續(xù)4 h噴水處理對(duì)不同高度樹冠溫度的調(diào)節(jié)效應(yīng)差異較大，其中，對(duì)距地面高1.5 m處樹冠溫度的影響持續(xù)時(shí)間最長，達(dá)到40 h左右；對(duì)距地面高0.5 m處樹冠溫度的影響次之，持續(xù)時(shí)間為31 h左右；對(duì)距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響持續(xù)時(shí)間最短，為13 h左右。

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

圖7 00：00耀06：00噴水對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(dāng)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(diǎn)、15.04百分點(diǎn)和17.11百分點(diǎn)，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(duì)07：00后不同高度樹冠溫度的影響時(shí)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(dāng)天07：00～14：00溫度的上升以及當(dāng)天16：00至翌日07：00溫度的下降，影響時(shí)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?？梢钥闯?，00：00～06：00連續(xù)6 h噴水處理對(duì)不同高度樹冠溫度的調(diào)節(jié)效應(yīng)差異較大，其中，對(duì)距地面高1.5 m處樹冠溫度的影響持續(xù)時(shí)間最長，達(dá)到79 h左右；對(duì)距地面高0.5 m處樹冠溫度的影響次之，持續(xù)時(shí)間為67 h左右；對(duì)距地面高3.0 m處樹冠溫度的影響時(shí)間最短，為65 h左右。

2.2 煙霧機(jī)噴水霧對(duì)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(gè)樹冠的平均溫度較CK增加1.27℃（圖10～12）。噴水霧處理對(duì)不同高度樹冠溫度的增溫效果差異較大，其中對(duì)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(jī)停止噴施水霧后，水霧對(duì)果園氣溫的上升也有一定的影響，且這種效應(yīng)能持續(xù)1 h左右。

圖10 煙霧機(jī)噴水霧對(duì)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(jī)噴水霧對(duì)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(jī)噴水霧對(duì)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(xué)者認(rèn)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(shí)細(xì)胞可以恢復(fù)，反之則會(huì)引起細(xì)胞死亡[14]。噴水法作為一種應(yīng)急的霜凍防御措施，在溫度下降時(shí)可以減緩降溫速度，在溫度升高時(shí)可以減緩升溫速度[12，13]。晚霜凍的發(fā)生時(shí)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(yán)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(shí)段溫度的劇降，減緩當(dāng)天14：00前的升溫速度，且這種調(diào)節(jié)效應(yīng)的持續(xù)時(shí)間呈現(xiàn)隨噴水時(shí)間延長而延長的趨勢(shì)。3個(gè)噴水時(shí)段均對(duì)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(yàn)采用的噴灌設(shè)備有關(guān)：噴水時(shí)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(duì)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(dá)3.42℃，最低溫度較CK提高4.73℃?，F(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(yàn)結(jié)果好于魏象廷等[13]的試驗(yàn)效果，可能與噴水設(shè)備、時(shí)間、強(qiáng)度以及樹形不同有關(guān)：本研究采用的設(shè)備先進(jìn)，噴水均勻，噴水強(qiáng)度是其處理強(qiáng)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(dòng)性好。而雷延鵬等[15]的噴水防霜凍試驗(yàn)效果不佳，可能是由環(huán)境絕對(duì)溫度過低（-5.9℃）、噴水開始時(shí)間晚，而結(jié)束時(shí)間早，中間沒有進(jìn)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(shí)，一旦噴水開始，最好要連續(xù)噴水至日出以前，中途停止會(huì)加重凍害的嚴(yán)重程度。在實(shí)際應(yīng)用中，如果預(yù)報(bào)降溫幅度小，在水資源緊缺地區(qū)，有經(jīng)驗(yàn)的果農(nóng)可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整噴水的起止時(shí)間。

美國學(xué)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(fù)；如果樹冠頂部噴水不足，樹冠溫度會(huì)因蒸發(fā)散熱而大大降低，霜凍來臨時(shí)會(huì)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(duì)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(shí)，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(yàn)相比，煙霧機(jī)噴水霧試驗(yàn)調(diào)溫效果以及對(duì)環(huán)境氣溫影響的持續(xù)時(shí)間不佳。分析原因，可能是噴霧時(shí)間不夠、噴霧不均勻造成的。

3.2 結(jié)論

夜間不同時(shí)段噴水和煙霧機(jī)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。