弥雾时长对骏枣冠层环境调控及枣果生长的影响

徐鹏翔，周少梁，窦文豪，蒋 敏，石永强，孙三民

（1.塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔 843300；2.塔里木大学 现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔 843300）

0 引 言

新疆南疆地区，枣树开花坐果期常遇高温、干旱天气，过高的气温破坏植物本身的抗逆能力[1]，影响植物的光合作用[2]，降低果实品质和产量[3]。面对季节性高温干旱天气对枣果的影响，通过对枣园微环境进行调控可以起到良好的效果。小规模种植常采用人工喷雾的方法降温增湿；而对于红枣产业化、规模化生产多采用大水漫灌的方法提高空气湿度，但会带来灌溉水利用系数下降以及农田污染问题[4]。

微环境调控技术是采用包括塑料棚、各类温室、人工气候室等其他设施或方法对作物的生长环境（空气温湿度、光照、风速等）进行改变，为作物提供更适宜的生长环境，使作物在最适宜的环境中生长发育，使其生长更加健康，获得更高的产量和经济价值，是通过高新科技产业，为世界提供健康农产品的重要技术措施[4,5]。

棵间蒸发是植株间的土壤蒸发，是土壤水分消耗的主要途径之一，其变化直接影响作物生理发育和灌溉制度的制定与优化[6]。影响棵间蒸发的因素有很多，主要包括天气和气象条件、叶面积指数、土壤温度、土壤表层含水量等[7,8]。进行地表覆盖也是降低棵间蒸发的有效方式。对夏玉米进行秸秆覆盖可显著降低棵间蒸发，比对照减少33%的蒸发量[9]。艾鹏睿[10]等人研究发现枣树棵间土壤蒸发日均温等气象因素均为显著正相关。对于减少棵间土壤蒸发多采用覆盖进行抑制，而对于弥雾灌后带来的枣园环境变化与土壤蒸发相关关系研究较少。

叶绿素是作物进行光合作用的重要基础物质，是反应作物健康程度重要指标，叶绿素的合成数量对于作物的释氧能力和干物质积累具有显著影响[11,12]。Zhang Yao[13]通过研究北半球草原样带物种的叶绿素发现与年平均温度呈正相关。Nagata Nozomi[14]通过研究发现温度可影响酶的反应从而干扰叶绿素的合成。郑宁[15]等人对草原牧场样品分析发现生长环境长期的干旱使植物叶绿素下降。刘洪波[16]在旱区葡萄种植过程中发现微喷会使SPAD日均值升高。弥雾微喷对枣园小气候降温增湿的作用显著，然而，不同时间段弥雾调控下冠层温湿度变化与SPAD相关关系的研究鲜有报道。

本文研究是将枣园间接地下滴灌技术与弥雾灌技术相结合，在现有的枣园间接地下滴灌的基础上新增一套弥雾系统对枣园冠层环境进行调控，探究通过弥雾时长对枣园微环境的调控以及对叶绿素、枣果生长的影响，以此来丰富旱区枣树生产的理论依据。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料试验区概况

试验于2022年6-8月在新疆阿拉尔市塔里木大学水利与建筑工程学院灌溉试验基地枣园内进行，位置：东经80°30'～81°58',北纬40°22'～40°57'。平均气温约10.8 ℃，全年≥10 ℃的有效温度累积超4 000 ℃，全年平均日照时长2 865 h，无霜期180～224 d，多年年平均降水量约67 mm，多年年平均蒸发量2 110 mm[17]。试验地地下水埋深2 m左右，试验地土壤理化性状见表1[18]。

1.2 试验设计

弥雾试验从2022年6月初开始至7月末结束，以弥雾时长作为控制变量设置3个处理和1个对照，分别为20 min（T1）、40 min（T2）、60 min（T3），弥雾处理方案见表2，以及不进行弥雾的对照组CK。试验分成4个小区，每个小区9棵树，树为多年生骏枣，树木长势均匀，均高2.5 m，行间及株间距均为1.5 m。枣树灌溉方式采用间接地下滴灌[19]。喷雾系统采用全铜可调节雾化喷头，出水口直径0.9 mm，试验区水头压力为150 kPa，实际测得喷头的流速为29.79 L∕h，喷头高度为2.35 m，喷洒直径2 m[18]。距空气温湿度传感器0.75 m处埋设3个统一规格的微型土壤蒸发器，3个蒸发器呈等边三角形以传感器为中心进行环绕。喷雾过程中对蒸发器进行遮挡，防止水雾直接进入蒸发器。试验过程中采用2 m高塑料布对试验小区进行围挡，减少因弥雾制造的低温高湿环境受外界干扰。阴天以及降雨时不进行弥雾灌。其他田间管理，如施肥剪枝等工作与一般大田枣园相同。

表2 弥雾方案Tab.2 Fogging programme

1.3 测定项目与方法

自6月15日至7月25日，采用微型土壤蒸发器对棵间土壤蒸发进行测定，蒸发器采用PVC管件制成，内层桶高16 cm（上部1 cm为桶提手），直径9 cm，外层桶高18 cm，直径11cm。取土过程中将内桶压入土层15 cm，取出内桶，带出内部原状土，下部整平，采用纱布封堵。放入外桶，使内桶土层与地表齐平。每日10:00采用精度为0.01 g电子秤测量重量，计算蒸发状况，并取内桶变化平均值。由于试验地气候干燥，蒸发器中土壤失水速率高，试验过程中内桶土壤每三天更换一次，降雨后立即更换[10]。

每个试验小区中心安放空气温度、空气相对湿度二合一传感器（HOBO Micro Station Lo），检测弥雾处理下冠层（距地面220 cm）及地表附近（距地面30 cm）处空气温度以及空气相对湿度的变化。

冠层日平均空气温湿度的计算方式为11:30弥雾开始至21:30弥雾结束后一个小时内冠层空气温度、空气相对湿度平均计算得出。冠层弥雾期间平均空气温湿度是将弥雾期内冠层日平均空气温湿度平均计算得出。地表日均空气温湿度是将地表附近（距地面30 cm）全天空气温度、空气相对湿度平均计算得出。弥雾处理下冠层空气温湿度10日均值是将测量SPAD当日及前10天全天的冠层空气温度、空气相对湿度平均计算得出。

采用手持式SPAD检测仪对不同试验树不同方位不同方向随机选取10片叶子，每片叶子连续记录3次，时间从6月5日开始，每10 d左右采集一次。

从每棵试验树4个不同方位上下左右随机选取5个大小相近、花期一致的果实挂牌标记，采用千分位游标卡尺记录果实纵径和横径[20]，时间从7月15日开始，每5 d采集一次数据，直到弥雾结束。

1.4 数据处理分析

采用Excel 2016对试验数据进行收集整理，采用SPSS进行显著性分析，运用origin 2022绘图。

2 结果与分析

2.1 不同弥雾处理冠层空气温湿度变化

2.1.1 冠层空气温湿度全天变化情况

图1为7月20日各弥雾处理下冠层（距地面220 cm）空气温湿度全天变化图。00:00-11:30，未进行弥雾处理各试验小区温湿度变化基本一致，从零点起温度总体呈下降趋势而湿度则不断上升，8:00-11:00半温度随光照强度呈上升趋势，湿度随温度升高逐渐下降。

图1 冠层空气温湿度全天变化图Fig.1 Canopy air temperature and humidity diagram throughout the day

11:30随着弥雾设备打开，T1、T2、T3处理下空气温度分别下降15.98%、21.46%、28.46%，空气相对湿度分别由34.7%上升至40.5%、46.4%上升至54.8%、47.1%上升至57.7%。随着弥雾设备关闭温度回升湿度下降，但因为弥雾时长不同，各处理间温湿度变化不同，T3处理下冠层空气温度最低，为23.713 ℃，空气相对湿度最高，达到57.7%。T2、T3处理在弥雾结束后温度逐渐统一，正午时分温度相似。15:30空气干燥，增湿效果更加显著，3个处理湿度分别由24.1%上升至40.5%，上升68.05%；24.5%上升至51.7%，上升111%；30.9%上升至55.3%，上升78.96%。弥雾过后的空气温湿度阶梯状分布明显。19:30的弥雾加速了冠层空气温度下降以及空气相对湿度的增加，使3个试验小区最终保持相近的温湿度。温湿度的变化与弥雾时长并非线性关系，随着弥雾时长的增加，温湿度速度变化曲线变缓，当湿度达到55%左右时弥雾时长的增加不会使湿度发生较大的改变。

CK处理下的温湿度从8:00-24:00呈现单峰曲线，14:30左右空气温湿度分别到达最高点和最低点，并随时间发展温湿度逐渐下降和上升。

在弥雾期间选择7个晴天，分析各处理间11:30开始到20:30期间的最高温度状况，如表3所示。

从表3中可以看出，弥雾处理下的冠层最高空气温度均比CK低，尤其T3处理，在6月28日最高空气温度比CK降低17.15%。可缓解植物光合午休现象，延长高温下光合作用时间。

表3 弥雾期间的冠层最高空气温度 ℃Tab.3 Maximum air temperature in the canopy during fogging

2.1.2 弥雾期间冠层平均空气温湿度变化

图2为弥雾处理期间冠层（距地面220 cm）日平均温湿度变化图，图3为各处理下冠层（距地面220 cm）弥雾期间平均温湿度图。图2可看出在整个试验过程中3个弥雾处理与对照组的温湿度成阶梯式分布且变化波动趋势变化波动趋势具有近似性。

图3反应CK组在冠层弥雾期间平均空气温度最高，为32.17 ℃，平均空气相对湿度最低，为39.08%。T3处理则相反，冠层弥雾期间平均空气温度最低，为28.62 ℃，平均空气相对湿度最高，为49.84%，T2次之，T1处于CK与T2之间。T1、T2、T3冠层弥雾期间平均空气温度较CK显著下降3.01%、4.12%、11.05%，平均空气相对湿度T2、T3较CK增幅显著，达到12.49%、27.51%。每天进行三次20 min或40 min弥雾灌对冠层温湿度的变化影响较为一致，每天三次的60 min弥雾处理相较于CK处理对试验小区的空气温度降低以及空气相对湿度增加量明显。枣园弥雾灌有助于枣园冠层降温增湿，可以使枣园空气温度相对稳定。弥雾时间与冠层空气温度之间有明显的相关关系，弥雾时间越长冠层气温越低。

图3 各处理下冠层弥雾期间平均空气温湿度图Fig.3 Average air temperature and humidity during canopy misting under each treatment

2.2 弥雾处理下蒸发量变化分析

2.2.1 弥雾处理日蒸发量变化

图4为各处理下微型土壤蒸发器日蒸发量变化情况。从图4中可以看出CK在整个试验过程中蒸发耗水量处于在较高水平，蒸发量最大；T3在各周期中的蒸发耗水量最小，且蒸发量的波动幅度较大，T1、T2处于两者之间，蒸发耗水量及其变化量以及趋势十分接近，T1略高于T2。结合整体来看，T1、T2、T3的蒸发量波动趋势有一定的近似性，与弥雾后底层空气温湿度变化相关。比较弥雾处理下的土壤蒸发状况可发现T1＞T2＞T3。T1、T2、T3处理下的日棵间土壤蒸发量相较于CK处理分别减少1.38%～17.78%、1.11%～19.47%、6.63%～48.11%。图5为各处理总日均蒸发量，其中CK蒸发量最大为18.51g，T3最小为14.48g。弥雾处理下的棵间蒸发均比CK低，彼此差异达显著水平。试验所采用的方法有利于棵间蒸发的调控。

图4 弥雾处理下日棵间土壤蒸发量变化图Fig.4 Inter-day soil evaporation under misting treatment

图5 各处理总日均蒸发量Fig.5 Total average daily evaporation by treatment

2.2.2 弥雾带来的地表温湿度变化与蒸发量的相关关系

空气的温湿度是影响土壤棵间蒸发的重要因素，图6为各处理下地表附近（距地面30 cm）日均空气温湿度变化对土壤蒸发量影响。CK处理下的地表附近日均空气温度最高，范围在21.34～27.76 ℃，日均空气相对湿度最低，范围在38.24%～69.24%，此处理下的蒸发量最大，为12.98～27.01 g。随着弥雾时长的增加，地表空气温度下降、空气相对湿度上升。T3处理下地表附近日均空气温度最低，范围在20.03～25.75 ℃，日均空气相对湿度最高，范围在49.05%～84.21%，此处理下的蒸发量最小，为9.63～19.96 g。

图6 弥雾处理地表日均空气温湿度变化对蒸发量的影响Fig.6 The effect of changes in daily average air temperature and humidity at the surface of a misting treatment on evapotranspiration

由图6发现，不同试验小区日棵间蒸发量的分布方式与地表空气温湿度分布具有相关性，纵坐标表示地表空气相对湿度，随着湿度的增加蒸发量减少，进一步说明了弥雾后的高湿环境抑制了土壤的蒸发。横坐标表示地表空气温度，蒸发量与温度呈正比。整体上弥雾带来的低温高湿抑制了土壤的蒸发。

总结地表平均温湿度与土壤蒸发量的测量结果，采用origin多元线性回归来拟合每日地表平均温湿度与棵间土壤蒸发量之间的关系，可得到表4。表4中拟合方程的R2均大于0.8，表明了当日地表空气温湿度的变化和棵间土壤蒸发之间具有良好的函数关系。

2.3 弥雾时长对叶片叶绿素的（SPAD）的变化分析

2.3.1 不同弥雾时长下SPAD的变化

图7为不同处理下枣叶SPAD变化图。CK处理下，6月25日测得的值为39.3，较6月5日增长1.3%，8月5日测量的值为42.7，较6月5日测量值增长10%。SPAD值与叶龄呈正相关，前期数值增长较慢是枣树进入开花坐果期时间较短，叶片成长发育不足，叶绿素含量较少[21]。

图7 不同处理下枣叶SPAD变化Fig.7 Changes in SPAD of date leaves under different treatments

高温干旱的气候环境抑制叶绿素含量[22,23]，枣园弥雾会对冠层起到降温增湿的作用促进叶绿素的合成使得弥雾处理下试验小区SPAD均高于CK组。7月5日叶片发育趋于成熟，CK、T1、T2、T3处理下的值分别为42.4、48.6、49.1、53.2，与6月25日相比，分别提升7.89%、16.55%、12.1%、15.65%，弥雾下的SPAD值数值更高，增长幅度更大。图8为每次测量SPAD当日及前10天全天冠层空气温湿度均值与SPAD值关系图，图8中7月5-15日CK、T1、T2、T3平均湿度较6月25日-7月5日分别下降11.4%、8.65%、5.69%、6.34%，7月15日各试验小区SPAD值分别下降4.72%、9.67%、6.92%、12.03%，并随着空气湿度的提高各试验小区所测数值重新升高，并在8月5日最后一次测量达到最大值，环境的变化是使得7月15日SPAD值下降的重要原因。最后一次测量的数值T1、T2、T3分别比CK高16.9%、26.2%、30.9%。综上，枣树叶的SPAD值随弥雾时长呈正相关，且这种优势可随时间进行累积。

2.3.2 弥雾带来的温湿度变化与SPAD的相关关系

图8为每次测量SPAD当日及前10天全天冠层空气温湿度均值与SPAD值关系图。T1、T2、T3处理下冠层空气温湿度均值较CK空气温度下降、空气相对湿度上升，伴随着环境的变化，弥雾处理的叶片SPAD值均高于CK组。且随着弥雾时长的增加，环境变化明显，使得T3处理下SPAD值较CK各时间段均有较大提升。并伴随着各时间段温湿度的增减，SPAD值随之发生变化。

图8 各处理冠层空气温湿度十日均值与SPAD值关系图Fig.8 Plot of canopy air temperature and humidity decadal means versus SPAD values for each treatment

结合冠层空气温湿度均值以及SPAD的测量结果，采用origin多元线性回归来拟合空气温湿度与SPAD之间的关系，可得表5。表5中拟合关系式的R2均大于0.8，表明了日均温湿度的变化和SPAD之间具有良好的函数关系。随着弥雾时长的增加，SPAD值逐渐上升，但在相同处理下温湿度共同上升作用下使得SPAD上升，并非温度的下降带来数值的升高。

表5 弥雾处理下冠层空气温湿度十日均值与SPAD值相关关系Tab.5 Correlation between canopy air temperature and humidity decadal means and SPAD values under misting treatment

2.4 弥雾时长对果实膨大速率变化及果实产量分析

7月10日前后部分果枝由开花期进入坐果期。图9为弥雾处理下果实膨大速率变化图，各处理果实在膨大初期5天纵径膨大速率很快，达到1.561～2.088 mm∕d。果实彭大速率与时间呈反比。

图9 弥雾对果实膨大速率影响Fig.9 Effect of misting on fruit expansion rate

果实纵径在7月15日-7月20日期间，T2膨大速率最大，达到2.088 mm∕d，与CK、T3相比显著增加了18.5%、33.72%，与T1无显著差异。之后各处理纵径随时间彭大速率逐渐降低。7月20日-7月25日，T2处理膨大速率最大为1.307 mm∕d，T3处理显著低于T1、T2处理；7月25日-7月31日，T2处理膨大速率仍高于其他处理，比CK、T1、T3处理显著提高21.64%、10.19%、35.94%；7月31日-8月5日为弥雾处理最后一个时间段，CK纵径膨大速率最高但仅为0.488 mm∕d，与T3有显著性差异。

8月5日测得CK、T1、T2、T3处理下的果实纵径分别为32.365 mm、34.24 mm、37.955 mm、29.62 mm，弥雾处理下的纵径平均膨大速率为0.985 mm∕d、1.05 mm∕d、1.135 mm∕d、0.874 mm∕d。T1、T2较CK处理下的果实纵径膨大速率提升6.6%、15.23%，但T3处理下果实纵径较CK下降11.27%。

弥雾处理下的枣果横径膨大速率在7月15日-7月20日最大，此时间段中T2速率最高，为1.316 mm∕d，与T1无显著差异，显著高于CK与T3；7月25日-7月31日，T1处理显著高于其他处理；7月31日-8月5日，T2果实横径膨大速率最高为0.366 mm∕d，较CK显著提高8.5%，其余各处理间无显著性差异。

8月5日测得CK、T1、T2、T3处理下的果实横径分别为19.39 mm、21.03 mm、21.425 mm、18.465 mm，弥雾处理下的横径平均膨大速率为0.646 mm∕d、0.705 mm∕d、0.749 mm∕d、0.628 mm∕d。T1、T2较CK果实横径膨大速率提升9%、15.9%， T3处理果实横径同CK相比下降2.8%。

枣园每天3次，每次40 min弥雾与CK相比枣果横纵径及膨大速率都有较大提升，但当弥雾时长60 min时膨大速率小于CK处理。

表6为各试验小区单果质量及产量。从表6中可看出单果质量T2与CK、T3相比显著增加10.9%、19.55%。与T1相比虽差异较小但高于T1；但产量方面T1与其他处理差异显著，T2虽然单果质量最高但产量低于T1，T3单果质量显著低于CK但产量方面没有显著差异。过量的弥雾灌反而抑制了枣果生长，减少产量。

表6 不同处理下果实单果重及产量Tab.6 Fruit weight per fruit and yield under different treatments

3 讨 论

在枣果盛花期喷洒清水可有效提高红枣的座果率，但对具体的时间研究较少[24,25]。且不同地区相同品种枣树开花时间不同[25,26]，因此单对开花时间进行弥雾的研究具有局限性。相关试验表明，虽然不同品种枣树开花时间差异明显，但大多数授粉时间均在白天，空气的温湿度对授粉影响巨大[27]。枣园盛花期会在12:00至19:00出现高温低湿现象，图1所示在14:30左右CK处理下空气温度达40.5 ℃，空气相对湿度仅为19.3%，而T1、T2、T3处理同时间下空气温度分别为36.824、34.387、33.245 ℃，空气相对湿度分别为23.2%、26%、40.2%。因此本试验验证在高温即将出现前进行弥雾可有效调控枣树冠层环境，起到降温增湿的效果。但弥雾时长到一定程度时，对空气温湿度的影响呈现逐渐减弱的趋势，每天三次40 min或60 min的弥雾均可产生有效降低空气的温度以及提升湿度的效果，并在弥雾结束后将空气温湿度维持在一个相对稳定范围。可当弥雾时间再增加时，弥雾对空气温湿度的调控能力减弱。这可能是因为随着空气温度下降湿度增加，其空气温湿度与弥雾的水温相差变小，这时水雾对吸收空气热量的能力减弱，减少了调节气温的能力，使空气温湿度趋于稳定。

影响棵间蒸发的气象因素很多，主要是降雨、风速、温度、太阳辐射等[28]。本文通过研究证实了蒸发与空气温湿度的相关关系，棵间蒸发量与空气温度变化成正比，与空气相对湿度变化成反比，同时模拟后发现枣园棵间蒸发量与空气温度湿间具有良好的多元线性回归函数关系，这为通过微环境调控枣树间温湿度来控制枣园棵间蒸发提供了参考。

叶绿素的变化趋势与植物的生育期联系紧密，基本表现为萌芽展叶期较低、开花坐果期逐渐升高[22]，这与CK处理表现一致。同时叶绿素的变化也受温度、降雨等因素影响[29,30]。开花坐果期高温低湿现象严重，叶片缺乏水分导致叶绿素分解[31]。枣园弥雾改变了冠层的温湿度，随着弥雾时长的增加，CK、T1、T2、T3空气温度逐渐下降、空气相对湿度逐渐上升，使得SPAD的值逐渐上升。叶绿素是反应植株光合能力健康程度的重要指标[32]，这为通过调控微环境改变作物生理状况提供了参考。弥雾时长带来温度的下降湿度的上升，使得SPAD数值CK＜T1＜T2＜T3，但在同一处理下空气温湿度的增加共同作用使得SPAD值上升，并非温度的下降带来了数值的上升。这进一步说明了温湿度的变化是影响SPAD值的重要因素，但对其具体数值以及范围还需要进一步探索研究。

果实的发育既取决于品种，也受外界条件影响。弥雾带来的低温高湿环境促进了叶绿素的合成，有利于光合作用合成更多有机物，每天三次40 min弥雾处理下果实彭大速率最大，与CK相比纵横最高提升15.23%和15.9%。但并非弥雾时间越长越好，当采用每天三次60 min弥雾时，弥雾期间纵横径平均膨大速率反而比CK下降了11.27%和2.8%。气候条件的改变对骏枣果实的发育有显著影响[33]。研究发现，弥雾可以有效提升单果质量与最终产量，但并非时间越长产量及单果质量越高，可能是过长的时间导致枣树发生落花现象，多余的养分对剩余的枣果进行供给使得T2单果质量高于T1但产量低于T1。T3处理下弥雾时间最长单果质量却最低，可能是过长的弥雾不利于枣花发育，富裕的养分供给叶片使得SPAD数值最大。CK未进行弥雾，干燥炎热的气候条件产生焦花现象不利于结果，其产量最低。试验发现3种弥雾对于改善枣园小气候提升骏枣果重及产量有一定帮助，但探索最佳的处理方式提升骏枣果重及产量还需进一步研究。

4 结 论

（1）每天3次60 min的弥雾更有利于空气温湿度变化。冠层日平均空气温度相较于CK最高降低26.85%，空气相对湿度最高提升55.78%。

（2）温度越高湿度越小蒸发量越大，弥雾时长与棵间蒸发量呈反比。每日3次，每次持续60 min抑制蒸发效果最优，弥雾处理下日棵间蒸发量较CK最高降低48.11%。

（3）3个处理下的SPAD值均比对照组高，每天3次60 min弥雾更有利于叶绿素的合成，8月5日所测量叶绿素（SPAD）的值T3较CK提升了30.9%。但对于果实膨大，每天3次40 min弥雾最优，平均纵横膨大速率为1.135 mm∕d和0.749 mm∕d，较对照处理平均纵横膨大速率提高了15.23%和15.9%。T2单果质量最高，T1产量最高，较T2、CK提升6.5%、47.57%。