苹果花期喷水的防霜冻效应

张继祥，聂佩显，张丁有，路超

（1.山东农业大学园艺科学与工程学院，山东 泰安 271018；2.山东省果树研究所，山东 泰安 271000）

随着全球气候变暖日趋加剧，我国极端天气日益增多[1，2]，加上苹果花期逐渐提前[3]，晚霜冻已成为制约我国苹果产业发展的主要自然灾害之一[4，5]。生产中预防苹果树霜冻的常规措施主要有改善果园小气候、推迟花期、喷施植物生长调节剂等[6]。研究表明，在果园内间隔一定距离放置加热器进行物理升温，或放置大型吹风机吹风增强空气流通，或在迎风面放置烟堆进行熏烟等，均可减缓环境温度的急剧下降，增温1～2℃[7，8]；春季灌水或树体涂白能推迟开花2～5 d，可避开霜冻[8，9]；喷施ABA[10]、芸苔素[11]等生物调节物质，可提高植物的抗逆性等。

喷水法是防御霜冻的一种应急措施，具有所用设备简单、操作方便、生态环保等优点，已经在现代化果园开始应用。前人研究表明，喷水可减轻苹果冻害[12，13]。但是，有关持续喷水时间对预防苹果霜冻的效果研究较少。在苹果开花期，选择发生霜冻概率较高的天气类型，分别采用夜间不同时段喷水和烟雾机喷水雾的方法进行霜冻预防效果研究，旨为有效预防苹果霜冻提供帮助。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为烟富3/M26/八棱海棠，5 a生，种植于山东省济宁市嘉祥县综合农场果园（北纬35°36′、东经116°16′）。果园面积4 hm2，苹果树株行距为4.5 m×2.5 m，高纺锤树形，南北行向，常规管理。

1.2 试验方法

2021年4月中旬至5月上旬苹果进入花期后，选择最有可能发生霜冻的天气类型，分别采用夜间不同时段喷水和烟雾机喷水雾的方法进行霜冻预防效果试验。

1.2.1 夜间喷水时段对不同高度树冠温度的影响 试验夜间喷水时段设00：00～02：00（Ⅰ）、00：00～4：00（Ⅱ）和00：00～06：00（Ⅲ）3个处理，在树下铺设黑色高压喷灌带，向上进行连续喷灌，喷灌高度为1.7 m左右，喷灌强度10 mm/h、流量2 m3/h；以不喷水处理为对照（CK）。为避免树枝遮挡，将空气温湿度探头固定在距树干1 m处的铁架上，距地面高度分别为0.5、1.5和3.0 m。以行内10株树为1个小区，3次重复。开始处理后，利用空气温湿度记录仪每隔1 h同时测定1次距地面高0.5 m、1.5 m、3.0 m处的树冠温度。

1.2.2 烟雾机喷水雾对不同高度树冠温度的影响 试验设烟雾机喷水雾和不喷水雾（CK）2个处理。烟雾机喷水雾处理方法为05：00～06：00（日出前）用烟雾机对树体进行持续喷雾，喷雾强度为4.7 mm/h，时长1 h，用水量70 L，覆盖面积约15 m2。以安装有温湿度记录仪的单株树体为中心，以其周围的4～5株树为1个小区，3次重复。开始处理后，利用空气温湿度记录仪每隔5 min同时测定1次距地面高0.5 m、1.5 m、3.0 m处的树冠温度。

1.3 数据统计分析

利用SPSS 17.0软件进行数据分析，利用Microsoft Excel 2007软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 夜间喷水时段对不同高度树冠温度的影响

2.1.1 00：00～02：00喷水对树冠温度的影响 00：00～02：00喷水处理后，距地面高0.5、1.5、3.0 m处的树冠温度在07：00前均较CK降低缓慢，降温幅度分别较CK低3.54百分点、11.62百分点和5.52百分点，平均温度分别较CK高0.59、1.93和0.85℃，其中最低温度分别较CK提高了1.2、2.57和1.17℃；但是白天，特别是10：00后，3个高度的树冠温度均与CK基本一致（图1～3）。可以看出，00：00～02：00连续2 h喷水对树冠温度的调节效应只能维持10 h左右，对白天的树冠温度没有显著影响。

图1 00：00耀02：00喷水对距地面高0.5 m处树冠温度的影响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喷水对树冠温度的影响 00：00～04：00连续4 h喷水处理后，对3个高度树冠温度的影响时间均长于00：00～02：00喷水处理，且对不同高度树冠温度的影响时间差异较大（图4～6）。

图4 00：00耀04：00喷水对距地面高0.5 m处树冠温度的影响Fig.4 The effect of spraying water from 00：00 to 04：00 on canopy temperature at 0.5 m above the ground

喷水处理后，距地面高0.5、1.5、3.0 m处的树冠温度在当天07：00前均较CK降低缓慢，降温幅度分别较CK低11.31百分点、15.50百分点和13.34百分点，平均温度分别较CK高1.39、2.01和1.03℃，其中最低温度分别较CK提高了1.96、2.93和2.13℃。连续4 h喷水处理对07：00后不同高度树冠温度的影响时间均较长，特别是对0.5 m和1.5 m高处的温度影响较大，可明显延缓距地面高0.5 m和1.5 m处树冠当天07：00～14：00温度的上升以及当天16：00至翌日7：00温度的下降，影响时间分别能持续到翌日的07：00和16：00；而对距地面高3.0 m处树冠温度的影响时间相对较短，仅持续到当天的15：00。可以看出，00：00～04：00连续4 h喷水处理对不同高度树冠温度的调节效应差异较大，其中，对距地面高1.5 m处树冠温度的影响持续时间最长，达到40 h左右；对距地面高0.5 m处树冠温度的影响次之，持续时间为31 h左右；对距地面高3.0 m处树冠温度的影响持续时间最短，为13 h左右。

2.1.3 00：00～06：00喷水对树冠温度的影响 00：00～06：00连续6 h喷水处理后，对3个高度树冠温度的影响时间均长于00：00～04：00喷水处理，且对不同高度树冠温度的影响时间差异较大（图7～9）。

图7 00：00耀06：00喷水对距地面高0.5 m处树冠温度的影响Fig.7 The effect of spraying water from 00：00 to 06：00 on canopy temperature at 0.5 m above the ground

图2 00：00耀02：00喷水对距地面高1.5 m处树冠温度的影响Fig.2 The effect of spraying water from 00：00 to 02：00 on canopy temperature at 1.5 m above the ground

图3 00：00耀02：00喷水对距地面高3.0 m处树冠温度的影响Fig.3 The effect of spraying water from 00：00 to 02：00 on canopy temperature at 3.0 m above the ground

图5 00：00耀04：00喷水对距地面高1.5 m处树冠温度的影响Fig.5 The effect of spraying water from 00：00 to 04：00 on canopy temperature at 1.5 m above the ground

图6 00：00耀04：00喷水对距地面高3.0 m处树冠温度的影响Fig.6 The effect of spraying water from 00：00 to 04：00 on canopy temperature at 3.0 m above the ground

图8 00：00耀06：00喷水对距地面高1.5 m处树冠温度的影响Fig.8 The effect of spraying water from 00：00 to 06：00 on canopy temperature at 1.5 m above the ground

图9 00：00耀06：00喷水对距地面高3.0 m处树冠温度的影响Fig.9 The effect of spraying water from 00:00 to 06：00 on canopy temperature at 3.0 m above the ground

喷水处理后，距地面高0.5、1.5、3.0 m处的树冠温度在当天07：00前均较CK降低缓慢，降温幅度分别较CK低11.55百分点、15.04百分点和17.11百分点，平均温度分别较CK高1.94、3.42和2.36℃，其中最低温度较CK分别提高了2.36、4.73和3.86℃。连续6 h喷水处理对07：00后不同高度树冠温度的影响时间更长，基本上均可影响到第3天，可明显延缓距地面高0.5、1.5、3.0m处树冠当天07：00～14：00温度的上升以及当天16：00至翌日07：00温度的下降，影响时间分别可持续至第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连续6 h喷水处理对不同高度树冠温度的调节效应差异较大，其中，对距地面高1.5 m处树冠温度的影响持续时间最长，达到79 h左右；对距地面高0.5 m处树冠温度的影响次之，持续时间为67 h左右；对距地面高3.0 m处树冠温度的影响时间最短，为65 h左右。

2.2 烟雾机喷水雾对日出前树冠温度的影响

05：00～06：00喷水雾处理期间，可显著减缓05：40前温度的下降以及05：40后温度的上升，距地面高0.5、1.5、3.0 m处的树冠平均温度分别较CK高1.05、1.02和1.75℃，其中最低温度分别较CK提高了2.06、1.56和3.20℃，整个树冠的平均温度较CK增加1.27℃（图10～12）。喷水雾处理对不同高度树冠温度的增温效果差异较大，其中对距地面高3.0 m处树冠的增温效果最为显著，升温幅度分别是距地面高0.5 m和1.5 m处树冠温度的1.67倍和1.72倍。此外，烟雾机停止喷施水雾后，水雾对果园气温的上升也有一定的影响，且这种效应能持续1 h左右。

图10 烟雾机喷水雾对日出前距地面高0.5 m处树冠温度的影响Fig.10 The effect of spraying mist by smoke machine on canopy temperature at 0.5 m above the ground before sunrise

图11 烟雾机喷水雾对日出前距地面高1.5 m处树冠温度的影响Fig.11 The effect of spraying mist by smoke machine on canopy temperature at 1.5 m above the ground before sunrise

图12 烟雾机喷水雾对日出前距地面高3.0 m处树冠温度的影响Fig.12 The effect of spraying mist by smoke machine on canopy temperature at 3.0 m above the ground before sunrise

3 结论与讨论

3.1 讨论

国外学者认为，冻害引起植物死亡起作用的并不是冰冻本身，而是冰冻后的解冻，缓慢解冻时细胞可以恢复，反之则会引起细胞死亡[14]。喷水法作为一种应急的霜冻防御措施，在温度下降时可以减缓降温速度，在温度升高时可以减缓升温速度[12，13]。晚霜冻的发生时间多集中在夜间至第2天的日出前，树冠1.2～1.5 m以下区域危害严重。本研究结果表明，夜间喷水可有效控制日出前最易发生霜冻时段温度的剧降，减缓当天14：00前的升温速度，且这种调节效应的持续时间呈现随喷水时间延长而延长的趋势。3个喷水时段均对减缓距地面高1.5 m处附近的降温速度效果显著，原因可能与本试验采用的喷灌设备有关：喷水时采用的是黑色针孔喷灌带，在正常水压下水柱高度为1.5～2.0 m，故该高度处水汽含量高，对温度的调节作用也最好。特别是00：00～06：00连续6 h喷水处理，距地面高1.5 m处的平均温度较CK可高达3.42℃，最低温度较CK提高4.73℃。现代果园树形一般采用高纺锤形，干高通常在70 cm以上，因此理论上00：00～06：00连续6 h持续喷水可抵抗近-5℃的低温。本试验结果好于魏象廷等[13]的试验效果，可能与喷水设备、时间、强度以及树形不同有关：本研究采用的设备先进，喷水均匀，喷水强度是其处理强度的1.67倍，而且高纺锤树形较传统树形干高、枝叶量少，空气流动性好。而雷延鹏等[15]的喷水防霜冻试验效果不佳，可能是由环境绝对温度过低（-5.9℃）、喷水开始时间晚，而结束时间早，中间没有进行持续性喷水造成的。本研究结果与龙志云[16]的研究结果一致，采用喷水结冰法防御霜冻时，一旦喷水开始，最好要连续喷水至日出以前，中途停止会加重冻害的严重程度。在实际应用中，如果预报降温幅度小，在水资源紧缺地区，有经验的果农可根据实际情况调整喷水的起止时间。

美国学者研究了平流霜冻下柑桔树的受冻情况，发现微喷高度越高，水流量越大，越有利于冻害的防御以及冻害发生后树体的恢复；如果树冠顶部喷水不足，树冠温度会因蒸发散热而大大降低，霜冻来临时会加重冻害程度[17]。本研究中也发现同样现象，喷水处理对距地面高1.5～2.0 m处树冠层温度的调节效果最好。因此，在成本可控的前提下，采用喷水法防御霜冻时，要尽可能提高喷水的高度和均匀性，保证不同高度树冠层的空气湿度都能得到提高。

与喷水试验相比，烟雾机喷水雾试验调温效果以及对环境气温影响的持续时间不佳。分析原因，可能是喷雾时间不够、喷雾不均匀造成的。

3.2 结论

夜间不同时段喷水和烟雾机喷水雾均可不同程度地调节果园气温的变化，其中0：00～06：00持续6 h喷水防霜冻效果最好，理论上可抵御-5℃的低温，生产中可推荐使用。