王英師， 胡建芳， 陳建中， 杜慧玲

(1.山西運城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院農(nóng)林與工程系，山西運城 044000； 2.山西農(nóng)業(yè)大學文理學院，山西太谷 030801)

蘋果樹冠層溫度是一個復雜的變化量，它由土壤-蘋果樹-大氣連體之間的能量交換決定，取決于果樹本身冠層結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子。冠層溫度能反映果樹水分狀況，直接影響果樹蒸騰速率，進而對果樹生長、果實產(chǎn)量品質(zhì)和病蟲害發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生影響。近些年來，果樹科學工作者在果樹冠層溫度方面進行了諸多研究，包括果樹冠內(nèi)溫度分布狀況[1-4]、樹形樹冠枝葉分布與冠內(nèi)溫濕度關(guān)系分析[5-6]、冠層溫度與病蟲害的發(fā)生發(fā)展關(guān)系探討[7-8]，以及冠層微環(huán)境與果實產(chǎn)量品質(zhì)的關(guān)系方面的研究[9-10]，均取得不少成果。這些研究成果為指導果樹生產(chǎn)管理提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導，但定額灌溉用水對果樹冠層溫度變化影響方面的研究相對較少。近幾年來，我國北方果樹栽培區(qū)制定了有效的灌溉方案，合理水資源分配，使得果樹定額灌溉研究成為“精準農(nóng)業(yè)”的一項重要技術(shù)。準確掌握定額灌溉用水對果樹冠層溫度變化的影響，探討定額灌溉下果樹冠層溫度的變化規(guī)律，是果樹科學研究中不容忽視的基礎(chǔ)性工作。為了研究定額灌溉下果樹冠層溫度變化特征，在山西運城一個普通果園進行試驗，通過分析試驗數(shù)據(jù)，得到定額灌溉對蘋果樹冠層溫度變化的影響規(guī)律，為探討定額灌溉下果樹科學管理提供基礎(chǔ)依據(jù)和決策支持。

1 材料與方法

1.1 場地概況

試驗場地選在山西省運城市臨猗縣一個普通果園，果園地處35°20′N、110°42′E，多年平均氣溫為12.8 ℃，屬于半干旱半濕潤氣候，年平均降雨量為460 mm左右，土壤質(zhì)地為中壤，1 m 土層內(nèi)的田間持水率為23.5%，土壤干密度為 1.38 g/cm3。

1.2 果樹概況

供試果樹為長富2號，樹齡15年，行距4 m，株距3.5 m，樹形為小冠疏層形，樹勢強壯，3層主枝，主干高50 cm，樹高2.3～2.5 m，主枝層間距80～100 cm，冠層長寬各約為3 m，樹冠厚度為2 m左右。

1.3 灌溉設(shè)計

試驗在2016年進行，設(shè)計3個定額灌水處理，灌溉濕潤層深度為40、60、80 cm，對照為充分灌水，灌溉濕潤層深度為100 cm左右。定額灌溉用水量計算公式為：M=667×n×h(θmax-θmin)×15，其中M為單位面積定額灌水量，m3；n為計劃濕潤層土壤的干密度，g/cm3；h為計劃濕潤層深度，cm；θmax、θmin分別為土壤最大含水率、最小含水率。試驗灌溉日期和定額灌水量見表1。

表1 灌溉日期和定額灌水量

1.4 冠層溫度觀測

果樹冠層溫度采用JK-24U多路溫度測試儀進行定時定點觀測，用手持式溫度儀進行補充觀測。單株樹冠內(nèi)分3層固定布置12個溫度觀測點，距樹干90 cm處分東南西北4個方位，各層分別距地面80、150、200 cm。定時溫度觀測時間為北京時間，間隔為30 min。

1.5 數(shù)據(jù)處理

溫度觀測數(shù)據(jù)采用四舍五入法保留1位小數(shù)。數(shù)據(jù)采用SPSS進行統(tǒng)計分析，用Excel進行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 定額灌溉對冠層溫度垂直變化的影響

為了研究定額灌溉對冠層溫度垂直變化的影響，在原有冠層溫度觀測的基礎(chǔ)上，于6月9日(晴天)逐時加測了樹冠中心(樹干)位置不同高度的溫度，觀測位置分別距離地面高度30、50、80、150、20、250 cm，簡稱高度1～6。圖1是10：00蘋果樹冠層溫度垂直分布變化曲線，可以看出樹冠上層溫度高，下層溫度低，樹冠上下層之間溫度變化大于相同高度間大氣層溫度變化；灌溉用水量小的處理冠層溫度變化幅度大，灌水量大的冠層溫度變化幅度小。由于灌水量影響土壤含水量、果樹新梢枝葉生長、葉片厚度及樹體含水量等，在太陽輻射作用下，果樹蒸騰速率發(fā)生差異，導致果樹冠層溫度產(chǎn)生變化。在10：00，果樹冠層溫度最大變化在高度4、5之間。高度3以上樹冠溫度高于大氣溫度，高度3以下的樹冠溫度接近或低于大氣溫度。各高度之間、各處理之間冠層溫度存在差異，處理Ⅰ在高度4、5之間溫差是3.6 ℃，處理Ⅱ是 3.4 ℃，處理Ⅲ是3.1 ℃，對照組是2.9 ℃，各處理與對照組相比分別增溫 6.8%、20.6%和24.1%，處理Ⅰ與處理Ⅱ之間差異不明顯，處理Ⅰ與處理Ⅲ、對照組之間差異明顯。處理Ⅰ在高度2、3之間溫差是1.0 ℃，處理Ⅱ是0.9 ℃，處理Ⅲ是0.6 ℃，對照組是0.5 ℃，處理Ⅰ與處理Ⅱ之間差異不明顯，處理Ⅰ與處理Ⅲ、對照組差異明顯。到12：00，果樹冠層垂直溫度變化與上午之間出現(xiàn)差異(圖2)，樹冠層高度4、5之間溫差縮小到 0.5～1.5 ℃，灌水少者溫差大，灌水多者溫差小，這是因為在太陽直射下，灌水較多的果樹葉片蒸騰速率較大，溫度相對較低。樹冠底部(高度2、3之間)溫差增大到2.1～3.1 ℃，灌水少者溫差小，灌水多者溫差大。樹冠底部溫差增大反映了冠層熱量交換特征，灌水較多的果樹，枝葉生長量大，樹冠內(nèi)膛蒸騰熱量不易擴散，加上枝葉較多易遮擋太陽光，造成底層增溫不明顯，導致溫差增大。此外，樹冠底部溫度低于大氣溫度，上層樹冠溫度高于大氣溫度，轉(zhuǎn)變拐點出現(xiàn)在高度3左右，高度2、3之間樹冠溫差在處理Ⅰ條件下是2.1 ℃，處理Ⅱ是 2.3 ℃，處理Ⅲ是3.0 ℃，對照組是3.1 ℃，處理Ⅰ與處理Ⅱ之間差異不明顯，與處理Ⅲ和對照組差異明顯。到15：00，隨著太陽輻射減弱，果樹冠層溫度下降，各冠層溫度普遍比 12：00時的低，樹冠各層之間溫差縮小，果樹冠層溫度均低于大氣溫度。各處理之間其變化程度不同，處理Ⅰ樹冠層高度4、5之間溫差為0.6 ℃，處理Ⅱ是0.5 ℃，處理Ⅲ是0.3 ℃，對照組是0.2 ℃，處理Ⅰ與處理Ⅲ、對照組差異明顯。處理Ⅰ在樹冠底部高度2、3之間溫差是1.9 ℃，處理Ⅱ是2.0 ℃，處理Ⅲ是2.2 ℃，對照組是2.3 ℃，其特征與中午相似(圖3)。日落后，果樹冠層溫度變化明顯小于白天冠層溫度變化。冠層溫度受大氣溫度和果樹本身放射輻射的影響。19：00—24：00 冠層溫度降低3.0 ℃左右，各定額灌溉處理間的差異不大，并且果樹冠層降溫幅度大于大氣降溫幅度。后半夜之后，果樹冠層內(nèi)不斷有水氣凝結(jié)，凝結(jié)潛熱釋放使得果樹冠層溫度有所增加，果樹冠層溫度大于大氣溫度，灌水多的果樹冠層溫度大于灌水少的果樹冠層溫度(圖表略)。在陰雨天，沒有太陽輻射，樹冠各層之間溫度變化幅度小，規(guī)律性不明顯；在多云天氣條件下，果樹冠層高度5處溫度變化幅度大，樹冠底部溫度變化小，其變化程度與太陽輻射強度、光照時間、天空云量等有關(guān)，在此不展開分析。

2.2 定額灌溉對冠層溫度日變化的影響

果樹冠層溫度日變化與天氣變化有關(guān)，晴天時果樹冠層溫度日變化呈單峰曲線型，日出后冠層溫度隨太陽輻射增強而升高，在12：00—13：00果樹冠層溫度達到最大值，午后隨著太陽輻射減弱，冠層溫度呈下降趨勢。圖4是6月9日果樹冠層溫度逐時變化動態(tài)，可見在09：00前不同定額灌水處理下的冠層溫度差異不明顯，最大差值不超過1.0 ℃。在10：00后，各處理下的冠層溫度差異開始顯現(xiàn)，在10：00—11：00 之間，處理Ⅰ樹冠溫度增加4.8 ℃，處理Ⅱ增加 4.6 ℃，處理Ⅲ增加4.2 ℃，對照組4.0 ℃，處理Ⅰ比其他處理和對照組分別多增溫7.2%、14.3%和19.0%，處理Ⅰ與處理Ⅲ、對照組之間差異顯著。13：00樹冠溫度達到峰值，各處理之間最高溫差值約為1.0 ℃。午后隨太陽輻射強度的降低，冠層溫度開始回落，不同灌水處理間冠層溫度差異減小。日落前1～2 h由于太陽輻射強度降低很快，冠層溫度變化較大，在17：00—19：00，處理Ⅰ冠層溫度降低2.4 ℃，處理Ⅱ降低 2.2 ℃，處理Ⅲ降低1.8 ℃，對照組降低1.6 ℃，處理Ⅰ比其他處理多降溫0.2、0.6 ℃，比對照組多降溫0.8 ℃。

進入盛夏，晴天時果樹冠層溫度日變化與夏初相似，不同之處是冠層溫度隨太陽輻射增強而升高的時間集中在09：00—11：00，果樹冠層持續(xù)高溫時間延長。圖5是7月26日10：00—16：00逐時溫度變化曲線，09：00—11：00處理Ⅰ增溫4.7 ℃，處理Ⅱ增溫4.5 ℃，處理Ⅲ增溫4.2 ℃，對照組增溫4.0 ℃。灌水少的果樹在12：00左右冠層溫度達到最大值，比夏初果樹冠層溫度最大值出現(xiàn)的時間提早，這種提早現(xiàn)象與果樹蒸騰速率有關(guān)，可能是果樹應(yīng)對高溫和體內(nèi)水分虧損的表現(xiàn)；灌水多的果樹冠層溫度在13：00達到最高值，與夏初出現(xiàn)的時間接近。夏初冠層溫度大于35.0 ℃的持續(xù)時間為1～2 h，在盛夏，由于基礎(chǔ)溫度高，容易形成冠層高溫，冠層溫度大于35.0 ℃的持續(xù)時間在4～5 h左右，對果樹的生理生化過程影響較大。

在陰雨天，果樹冠層溫度日變化緩慢，不同定額灌溉處理下的冠層溫度基本無差異。這是因為陰雨天沒有太陽直接輻射，大氣溫度日變化幅度縮小，果樹枝葉吸收和放射輻射變?nèi)酢０滋旃麡涔趯訙囟冉咏髿鉁囟?，樹冠上下層之間溫度差異很小，沒有晴天那么劇烈。在后半夜至日出前，果樹冠層溫度變化不超過1.5 ℃，后半夜有凝結(jié)潛熱釋放引發(fā)冠層溫度上升，但升溫幅度超過0.3 ℃。在多云天氣條件下，果樹冠層溫度日變化曲線不是單峰型，呈不規(guī)則變化，其變化程度與太陽輻射強度、直射時間長短、天空云量等因子有關(guān)，在此不作分析。

2.3 定額灌溉對冠層內(nèi)不同方位溫度變化的影響

定額灌溉影響果樹冠層溫度垂直變化和日變化，還影響冠層內(nèi)不同方位溫度變化。太陽輻射是影響果樹冠層溫度變化的重要因素之一，白天太陽光入射角的變化使樹冠有向光和背光之分，引起樹冠內(nèi)各個方位溫度分布的不一致。定額灌溉用水量的多少影響果樹生長與枝條長短，影響樹膛內(nèi)光照分布和熱量擴散。試驗地6月初，日出時太陽方位角是東偏南27°左右，上午時段樹冠東南方位溫度高于西北方位。在6月9日10：00和15:00分別觀測距離地面150 cm處果樹冠層內(nèi)東南西北4個方位的溫度變化，詳見表2。。

表2 不同時間各處理各方位的觀測溫度

由表2可以看出，10：00時，處理Ⅰ東、南、西、北各方位溫度差異在0.4～2.2 ℃之間，處理Ⅱ在0.5～2.2 ℃之間，處理Ⅲ在0.5～2.2 ℃之間，對照組在0.4～1.9 ℃之間，并且是灌水少的溫度差異大，灌水多的溫度差異??；而不同處理之間同高度、同方位的溫度變化范圍在0.1～0.9 ℃之間，不同處理之間的溫度變化小于不同方位之間的溫度變化。到 15：00，太陽方位由東偏南轉(zhuǎn)到南偏西，西南方位的溫度大于東北方位，同處理中不同方位形成的溫度差異在0.1～1.3 ℃之間，不同處理之間的溫度差異在0.1～0.9 ℃之間。以樹干為中心，分析東西兩側(cè)溫度變化，上午樹冠東側(cè)溫度由冠外向冠內(nèi)逐漸降低，而在樹冠西側(cè)由冠外向冠內(nèi)，溫度逐漸升高，這與太陽光入射方位和果樹枝葉生長量有關(guān)。到午后樹冠東西兩側(cè)溫度變化與上午相反。

為了分析影響冠層內(nèi)不同方位溫度變化的原因，用7月上中旬晴天10：30的觀測數(shù)據(jù)，進行各處理下果樹冠層正東方位溫度與太陽方位角、各處理下果樹冠層正東方位溫度與灌水量之間的相關(guān)性分析，相關(guān)關(guān)系式和相關(guān)系數(shù)見表3，由此可見太陽方位角與冠層內(nèi)正東方位溫度變化有關(guān)，但相關(guān)性沒有與灌水量之間的相關(guān)性高。灌溉用水量影響果樹生長，改變樹膛內(nèi)光照分布，對蒸騰速率和熱量擴散產(chǎn)生作用，在一定程度上對冠層內(nèi)不同方位溫度變化的影響大于太陽方位的影響。

表3 冠層正東方位溫度與太陽方位角、灌水量的相關(guān)關(guān)系

在多云天氣條件下，太陽直接輻射在果樹冠層內(nèi)各方位分布變化較快，各方位的溫度變化沒有統(tǒng)一規(guī)律。在陰雨天，太陽直接輻射很弱，果樹冠層沒有向光和背光之分，果樹冠層內(nèi)溫度分布基本均勻，冠層內(nèi)各方位的溫度變化不明顯。

3 結(jié)論

3.1 定額灌溉處理下果樹冠層溫度變化特征

晴天時冠層溫度變化呈單峰曲線，規(guī)律明顯，上午變化大于下午變化，白天變化大于夜間變化。在陰雨天氣或多云天氣果樹冠層溫度變化規(guī)律不明顯。在不同處理之間，灌水量少的冠層溫度變化幅度大，灌水量多的變化幅度小。

3.2 定額灌溉影響果樹冠層溫度垂直變化和日變化

晴天時，上午果樹冠層吸收太陽輻射，樹冠上層增溫快，下層增溫慢，灌水量少的增溫幅度大于灌水量多的，各處理間溫度變化在0.5～1.2 ℃。12：00左右冠層溫度達到最大值，灌水量少的樹冠上下層溫差小，灌水量多的上下層溫差大。日落后，果樹枝葉釋放輻射降溫，灌水量少的降溫量大于灌水量多的，導致不同處理之間的果樹冠層溫度變化幅度不一致。

3.3 定額灌溉影響樹冠內(nèi)不同方位的溫度變化

相同處理的果樹冠內(nèi)不同方位之間溫度差異在10：00為0.4～2.2 ℃，不同處理間冠層溫度差異在0.1～0.9 ℃之間，灌水量少的差異大于灌水量多的。到15:00時同處理中不同方位形成的溫度差異較上午的差異小，而不同處理之間的溫度差異與上午基本相同。

3.4 定額灌溉對果樹春季、秋季冠層溫度變化的影響

由于本試驗沒有觀測定額灌溉是否對果樹新梢旺盛生長期和果實采摘期冠層溫度變化產(chǎn)生影響，而在這2個時期果樹冠層結(jié)構(gòu)變化大，易造成微環(huán)境狀況的變化，需要進一步完善試驗方案并進行相關(guān)研究。

參考文獻：

[1]李光晨，王茂興，張福旺. 蘋果樹冠內(nèi)溫度的分布[J]. 北京農(nóng)業(yè)大學學報，1995，21(4)：1-2.

[2]郭秀明，周國民，丘 耘，等. 蘋果結(jié)果期果園溫度空間分布規(guī)律[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2015，43(11)：483-486.

[3]鄧強輝，潘曉華，石慶華. 作物冠層溫度的研究進展[J]. 生態(tài)學雜志，2009，28(6)：1162-1165.

[4]郭秀明，樊景超，周國民，等. 晴天蘋果樹冠層溫濕度時空分布規(guī)律研究[J]. 中國農(nóng)學通報，2016，32(35)：188-192.

[5]何鳳梨. 桃開心形冠層微氣候與果實產(chǎn)量品質(zhì)關(guān)系的研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2007：21-26.

[6]孫志鴻，魏欽平，楊朝選，等. 紅富士蘋果樹冠枝(梢)葉分布與溫度、濕度的關(guān)系[J]. 果樹學報，2008，25(1)：6-11.

[7]劉雯斐，李保國，齊國輝，等. 微域環(huán)境溫濕度與蘋果果面碎裂的關(guān)系[J]. 果樹學報，2008，25(4)：458-461.

[8]高月娥，李保華，董向麗，等. 溫度和濕度對越冬后蘋果褐斑病菌產(chǎn)孢的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2011，44(7)：1367-1374.

[9]孫志鴻. 蘋果樹冠微氣候與果實品質(zhì)關(guān)系研究[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學院，2005：8-13.

[10]劉 娟，廖 康，安曉芹，等. 輪臺白杏樹冠微氣候與產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系[J]. 園藝學報，2012，39(增刊1)：2599-2601.