弥雾栽培对姜田小气候及生姜生长的影响

夏 杰 尹丰满 徐 坤 曹逼力

（山东农业大学园艺科学与工程学院，山东果蔬优质高效生产协同创新中心，农业部黄淮地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，山东泰安 271018）

光照、温度、湿度等环境因子密切相关，对植物生长发育和形态建成具有重要影响（Pires et al.，2011）。研究发现，遮光处理可以降低环境温度，增加空气湿度，显著影响植株冠层小气候（Aberkani et al.，2008）；遮光还可以减轻番茄叶片光合“午休”及对光合机构的损伤，提高光合效率（Jung et al.，1998）。提高空气湿度可以缓解高温对植物的伤害，夏季高温时段增加空气湿度，能够有效提高叶片气孔导度及净光合速率（许大全，2002）；在较高的空气湿度下，植物叶片结构发生相应的改变，使植物具有较大的气孔开度，有利于保持较高的蒸腾速率（Giday et al.，2013；Arve et al.，2017）。Schwerbrock和Leuschner（2016）对稀有温带林地蕨类的研究发现，当空气湿度从65%上升至95%时，9种蕨类生育能力增强，且地上部和地下部生产力均得到提升；赵超等（2014）研究表明，空气湿度增加可以提高开蕨组培苗的光合作用。

生姜起源于热带雨林地区，具有喜湿、不耐强光的特性。生姜越夏栽培易遭遇强光或高温逆境胁迫，因此生产中多采用遮光栽培。研究表明，在土壤水分胁迫时，遮光可有效缓解生姜叶片的光抑制程度，提高光合效率（张永征 等，2013）；遮光生长的茶树叶片净光合强度较高，呼吸强度较低（赵甜甜 等，2016）；夏季遮光50%条件下生长的番茄植株叶温较低，光化学胁迫减轻，较全光照果实商品率增加（Masabni et al.，2016）。Bertin 等（2000）通过喷雾使空气相对湿度从55%增加到70%，显著提高了夏季温室番茄的产量和品质。有鉴于此，本文研究弥雾栽培对姜田小气候及生姜生长、叶片光合作用的影响，以期为合理调控生姜栽培环境、创新栽培模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

在2015年预备试验基础上，本试验于2016年在山东农业大学园艺实验站进行。供试生姜品种为莱芜小姜，4月7日播种，行距60 cm，株距18 cm，播种后覆盖地膜小拱棚；待6月4日姜株长至2～3个分枝时撤除地膜，于6月5日至7月30日的每个晴天在田间进行弥雾（Fogging，F）处理，以遮光（Shading，S）及裸地（Bare land，Bl）栽培为对照，小区面积39.6 m2（11 m×3.6 m），4次重复，顺序排列。田间遮光采用高1.5 m棚架顶部覆盖透光率50%的遮阳网，弥雾采用自制自动弥雾系统进行，由高压泵、弥雾喷头、高压软管及时间控制器组成，喷头出水量0.8 mL·min-1，每2行生姜设置1列喷头，间距1.2 m，行距1.5 m，高度70 cm，于每个晴天9：30～16：30，每隔30 min启动1次，每次10 s。为防止弥雾扩散，在不同小区间张挂高1 m的塑料薄膜进行隔离。至7月30日植株培土时，撤除遮阳网及弥雾装置。其他管理均按常规方法进行。

1.2 项目测定

试验过程中，测定不同处理姜田小气候，其中5 cm地温、植株冠层气温、空气相对湿度（RH）均于测定日2：00、8：00、14：00和20：00测定，并计算日平均值，若遇弥雾时间段，则在弥雾结束10 min后进行测定；土壤湿度及光量子通量密度（PFD）于午间13：00测定；环境参数日变化选晴天进行测定。每小区选取中间行生姜5株分别测定株高、茎粗、分枝数、根、茎、叶及根茎鲜质量，于10月20日收获时每小区测定10 m2实有株数称重计产，并折算667 m2产量。同时测定植株上数第3片完全展开功能叶的色素含量、水气交换参数。叶片色素含量采用95%乙醇浸提，UV-2450紫外分光光度计比色法测定。叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（E）等水气交换参数采用英国PP-Systems公司生产的Ciras-3便携式光合测定系统测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2010软件进行数据处理，DPS软件进行统计分析，Duncan’s新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 弥雾栽培对姜田小气候的影响

从表1可知，姜田弥雾栽培条件下，生姜冠层气温较裸地栽培显著降低，如6月25日弥雾栽培处理（F）日平均气温分别较遮光处理（S）及裸地栽培处理（Bl）低1.5 ℃和4.6 ℃，说明弥雾栽培通过提高空气湿度，可显著降低植株冠层温度。F处理姜田5 cm地温也大多低于S及Bl处理，而姜田土壤水分含量则以S处理较高，F处理次之，Bl处理较低。F、S处理均可在一定程度上增加空气湿度，如7月28日F、S处理的空气湿度分别较Bl处理增加了5.95个百分点和3.52个百分点，而F处理较S处理增加了2.43个百分点。F处理和Bl处理的光量子通量密度显著高于S处理。

表1 弥雾栽培对姜田小气候的影响

2.2 弥雾栽培对晴天姜田环境因子日变化的影响

从图1可见，各处理气温及PFD均在13：00达到最大，5 cm地温则在15：00达到最大，且气温和5 cm地温均为F处理较低，Bl处理较高。F处理的最高气温为31.37 ℃，而S处理和Bl处理分别达32.04 ℃和34.90 ℃。空气相对湿度上午逐渐降低，在13：00出现最小值，此时F、S、Bl处理的空气相对湿度分别为52%、48%和46%，13：00后均有一定程度回升。

2.3 弥雾栽培对生姜生长及产量的影响

图1 弥雾栽培对晴天环境因子日变化的影响（2016-07-12）

由表2可知，不同处理生姜植株生长量存在差异，整个生育期内，遮光栽培（S）的生姜株高明显高于弥雾栽培（F）及裸地栽培（Bl），而茎粗则以F处理较大，如7月12日S处理株高较F处理及Bl处理分别增加了4.09%及9.77%，F处理茎粗较S处理和Bl处理分别提高了11.70%和15.38%；单株分枝数以Bl处理较低，收获时F、S、Bl处理单株分枝数分别为14.6、14.3、12.6个。整个生育期内，不同处理生姜根、茎及叶片鲜质量变化趋势相似，均随生长期的延长明显增加，且处理间差异逐渐加大，S处理较高，F处理次之，Bl处理较低，收获时S处理叶片鲜质量较F处理及Bl处理分别显著提高了11.67%和26.11%。

弥雾处理下生姜地上部生长量虽不及遮光处理，但生长后期的根茎鲜质量略高于遮光处理，收获时F、S、Bl处理平均单株根茎鲜质量分别为447.3、439.7、342.5 g，F、S处理分别比Bl处理显著提高了30.59%和28.37%。收获时F、S及Bl小区产量分别为40.31、39.59、30.70 kg，每667 m2产量分别为2 688.68、2 640.65、2 047.69 kg，F、S处理分别比Bl处理显著增产31.30%和28.96%。

2.4 弥雾栽培对生姜叶片光合色素含量的影响

由表3可知，不同处理叶片色素含量均呈现先升高后降低的趋势，F处理生姜叶片叶绿素含量整体上高于Bl处理，但低于S处理。F处理的叶绿素a/b值明显高于S处理，表明增加空气湿度可在一定程度上提高叶绿素a/b值。叶片类胡萝卜素含量变化趋势与叶绿素含量变化趋势相似，但以S处理叶片类胡萝卜素含量较低，如7月12日F及Bl处理类胡萝卜素含量均为0.37 mg·g-1（FM），较S处理显著增加了12.12%。

表3 弥雾栽培对生姜叶片光合色素含量的影响 （FM）

图2 弥雾栽培对生姜水气交换参数的影响（2016-07-12）

2.5 弥雾栽培对生姜叶片水气交换参数的影响

由图2可以看出，不同处理生姜叶片净光合速率（Pn）日变化均呈双峰曲线，全天均以F处理较高。尤其13：00时差异最大，F、S、Bl处理叶片净光合速率分别为10.63、8.39、5.57 μmol·m-2·s-1，F处理分别较 Bl、S处理显著增加了90.84%和26.69%。可见，在10：00～16：00高温干燥时段，通过增加空气湿度有利于生姜叶片净光合速率的提高，减轻光合“午休”。气孔导度（Gs）呈先升高后降低的趋势，全天均以F处理最高，显著高于S处理及Bl处理，说明弥雾栽培有利于气孔开放，因此蒸腾速率也表现为F处理较高，S次之，Bl较低。不同处理生姜叶片瞬时水分利用效率（WUE）在一天中表现为双峰曲线变化，峰值分别出现在11：00和15：00，峰值时均以F处理较高，S次之，Bl较低。

3 结论与讨论

前人研究表明，遮光降低了糯玉米籽粒灌浆率、籽粒粒径和重量（Yang et al.，2016）；高温条件下，髙湿处理可以促进番茄幼苗生长（薛义霞和李亚灵，2010）；随着空气湿度的下降，蓝果忍冬株高及相对生长量呈下降趋势（秦栋 等，2011）。本试验结果表明，在自然光照下，通过弥雾增加空气湿度，有效降低了环境温度，为生姜生长提供了适宜的环境，弥雾处理下生姜地上部生长量虽不及传统遮光处理，但根茎产量略高于遮光处理，根茎生长量较大，生姜产量可达2 688.68 kg·（667 m2）-1，较裸地栽培增产31.30%。已有报道显示，遮光处理下植物叶片叶绿素含量高于自然光照（刘国顺 等，2007），但叶绿素a/b值较低（牟会荣 等，2008），可导致光能捕捉和转换耦合的不平衡。本试验结果显示，增加空气湿度可在一定程度上提高叶绿素a/b值，增加类胡萝卜素含量，有利于增强叶片的光能利用效率。

在高温强光的自然环境下，光合作用是植物最敏感的生理过程（Wahid et al.，2007）。研究表明，高温胁迫可造成叶片超微结构损伤（黄磊 等，2016），抑制PSⅡ的功能（Sun et al.，2007），影响植物的净光合速率；同时高温胁迫常伴随着大气相对湿度降低，导致气孔关闭，蒸腾速率较低，以提高植株水分利用率（刘东焕和赵世伟，2002），但在较高的空气湿度下，植物叶片气孔保持着较高的开放程度（Fanourakis et al.，2016）。本试验结果表明，弥雾可降低植株冠层及叶片温度，增加空气湿度，提高叶片气孔导度，促进水气交换，增强叶片的光合速率及蒸腾速率，提高水分利用效率。尤其在夏季午间前后高温低湿时段（10：00～16：00）表现尤为突出。楼靓珺等（2013）在大豆上也有类似的研究结果。