王 冬 至

(河南省水文水資源局，鄭州 450003)

新疆吐哈盆地(即新疆吐魯番與哈密地區(qū))年平均降水量僅16.5 mm，而年平均蒸發(fā)能力高達(dá)3 300 mm，屬極端干旱區(qū)。在葡萄產(chǎn)量形成的關(guān)鍵物候階段果粒膨大期，即六七月間，最高溫度達(dá)到45 ℃以上，極端的干旱氣候環(huán)境，對葡萄產(chǎn)量造成極大的影響。因此，本試驗通過在滴灌葡萄園內(nèi)，在滴灌技術(shù)保證植株需水的基礎(chǔ)上，在葡萄果粒膨大期采用微噴彌霧調(diào)控技術(shù)，調(diào)控葡萄棚架下的微氣候環(huán)境，研究溫度、濕度變化條件下葡萄園微氣候變化特征，分析微氣候變化對葡萄果粒和產(chǎn)量的影響，對提高葡萄品質(zhì)產(chǎn)量，保障我國重要葡萄基地生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。葡萄是世界上目前加工比例最高、產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)鏈最長、產(chǎn)品種類最多的果樹，對此，國內(nèi)外眾多學(xué)者在葡萄高產(chǎn)栽培[1-3]、遺傳育種[4,5]、病蟲害防治[6-8]及水肥一體化[9,10]等多方面進(jìn)行了廣泛而深入的研究。在新疆，由于氣候干旱、少雨、蒸發(fā)量大等特點，對葡萄的正常生長發(fā)育和產(chǎn)量影響非常大。同時，由于葡萄灌溉普遍采用地面溝灌，耗水量增大，造成水資源日益緊張，對此，諸多學(xué)者對葡萄高效節(jié)水增產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了頗多研究，如楊艷芬[11]在極端干旱區(qū)采用地面滴灌技術(shù)，分析滴灌管道布置方式和系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)對葡萄植株生長發(fā)育特性和產(chǎn)量的影響，結(jié)果顯示地面滴灌采用 3 管布置、滴頭流量 2.7 L/h、滴頭間距 30 cm的處理達(dá)到了最優(yōu)效果，該處理下的土壤含水率、葡萄水分生理指標(biāo)和產(chǎn)量均處于較高水平。李淑芹[12]基于非飽和土壤水動力學(xué)理論，利用Hydrus-2D軟件分析了垂直線源入滲條件下的土壤水分分布特征，研究說明線源長度和直徑對土壤水分分布影響較大，其中線源長度主要影響垂直濕潤深度，線源直徑主要影響水平濕潤半徑，初始含水率高時，相同斷面處的含水率增大，在相同入滲時段內(nèi)，濕潤鋒水平運移距離和垂直運移距離隨土壤初始含水率的增大而增大。與常規(guī)滴灌相比，垂直線源灌方式根層土壤平均含水率可達(dá)到田間持水率的 75. 1%和 82. 8%，而常規(guī)滴灌方式為田間持水率的 60%和72%，而且垂直線源灌條件下凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均較常規(guī)滴灌高。同時，垂直線源灌方式較常規(guī)滴灌相比，產(chǎn)量提高了1.2%，水分利用效率提高了57.4%[13]。采用深層坑滲灌灌水技術(shù)對極端干旱區(qū)成齡無核白葡萄的研究認(rèn)為，葡萄果粒的果型指數(shù)和含糖量服從正態(tài)分布規(guī)律，并建立了以灌溉定額為參數(shù)的果型指數(shù)和含糖量模型[14]。隨著灌水技術(shù)的不斷發(fā)展，微噴灌水技術(shù)和作物之間關(guān)系的研究越來越多，如在小麥拔節(jié)期和開花期，進(jìn)行微噴補(bǔ)灌，可使水分利用效率提高2.1～2.9 kg/(hm2·mm)，達(dá)21.6～23.2 kg/(hm2·mm)[15]。在微噴灌水過程中，飄逸損失的水量一般占總灌水總量的25%，當(dāng)日照強(qiáng)烈、溫度較高和濕度小時，微噴灌蒸發(fā)飄移損失量可達(dá)到整個水量42%[16,17]。與傳統(tǒng)溝灌相比，噴灌和滴灌能有效控制每次灌水定額，提高水分利用效率和產(chǎn)量，成為當(dāng)前節(jié)水灌溉的重要灌水技術(shù)之一[18,19]。微噴灌溉在多種經(jīng)濟(jì)作物上的應(yīng)用研究結(jié)果已表明能促進(jìn)作物生長和提高產(chǎn)量，但針對果樹，尤其是極端干旱區(qū)的此類研究甚少，因此，對該地區(qū)進(jìn)行微噴彌霧調(diào)控灌溉的試驗研究，探明微噴彌霧調(diào)控下葡萄園微氣候的變化特征及對葡萄果粒和產(chǎn)量的影響，得到促進(jìn)葡萄果粒生長和提高產(chǎn)量的較優(yōu)的溫度、濕度范圍，對提高葡萄品質(zhì)產(chǎn)量，保障我國重要葡萄基地生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗條件

試驗點位于火焰山以南，吐魯番市東南部的葡萄鄉(xiāng)鐵提爾村，距吐魯番市區(qū)12 km，地理坐標(biāo)：北緯42°56′，東經(jīng)89°13′，海拔-68.8 m。年均降雨量為16.6 mm，年均蒸發(fā)量為3 300 mm，地下水位為30 m，年均氣溫為14.4 ℃，多年最高氣溫、最低氣溫分別為48.3、-28.8、10 ℃以上活動積溫為5 455 ℃，全年年均日照時數(shù)為3 095 h，無霜期達(dá)210 d。

試驗葡萄品種為無核白，1998年開始定植，栽培方式為小棚架栽培，東西走向，溝長60 m，溝寬1.0～1.2 m，溝深0.5 m；葡萄株距1.2～1.5 m，行距3.5～4.5 m。試驗區(qū)土壤為黏壤土，質(zhì)地較均一。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在2012-2014年間連續(xù)進(jìn)行，共設(shè)3個噴水周期處理，分別為每天噴水1 h(WP1)，每隔1 d噴水2 h(WP2)，每隔2 d噴水3 h(WP3)，對照處理(CK)采用常規(guī)滴灌，不噴水，共計4個處理，每個處理重復(fù)2次，每個試驗小區(qū)面積約0.02 hm2。噴水裝置采用噴射直徑200 cm、流量40 L/h，噴頭間距2 m，噴頭的高度為離地面50 cm。噴水是在葡萄果實膨大初期(每年6月4日-7月4日)15∶00-17∶00開啟，按試驗方案嚴(yán)格控制開啟時間，各灌溉定額均為9 150 m3/hm2。

1.3 測定指標(biāo)

(1)溫、濕度監(jiān)測。采用EasyLog-usb-2型溫濕度傳感器進(jìn)行自動采集，傳感器放置在百葉箱內(nèi)，百葉箱用自制角鋼架固定在棚架下離地面約50 cm處。各處理按前、中、后位置各放置1個，傳感器設(shè)置為每30 min記數(shù)一次。

(2)葡萄果粒測定。每個處理選取3個大小均一，長勢良好的葡萄蔓，每個葡萄蔓按頂部、中部、下部選取3個枝條，在每個枝條上按上、中、下3個部位選取3串葡萄，然后在選取的葡萄串上按上、中、下選取3顆葡萄，并做好標(biāo)記。每次用游標(biāo)卡尺對標(biāo)記的葡萄果粒進(jìn)行縱徑、橫徑測量。

(3)產(chǎn)量的測定。每個處理隨機(jī)摘取18串有代表性葡萄，所摘葡萄盡量能夠反映整個處理葡萄的生長狀況，對每串葡萄進(jìn)行稱重，并統(tǒng)計每個處理的葡萄總串?dāng)?shù)，同時根據(jù)各處理實際面積及果樹形態(tài)等換算成畝產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 微噴彌霧調(diào)控對葡萄園溫、濕度的影響

2.1.1 微噴彌霧調(diào)控開啟期間葡萄園溫、濕度變化

微噴彌霧調(diào)控在每年的葡萄果實膨大初期開啟(6月4日-7月4日)，在微噴開啟期間，葡萄園棚架下溫度、濕度在10∶00-15∶00、15∶00-18∶00、18∶00-22∶00 3個時段的變化情況如表1所示。從表1可看出，微噴各處理與對照處理相比，可以降低棚架下的溫度和提高濕度，而且在2012-2014年的試驗期間溫度、濕度變化均表現(xiàn)出一致的規(guī)律性，即在各年份的3個時段中，溫度降低值在10∶00-15∶00時最小，在15∶00-18∶00時最大，而在18∶00-22∶00居中。濕度同樣在15∶00-18∶00時增加值最大，在10∶00-15∶00時次之，而在18∶00-22∶00時增加值最小。如在2012年，微噴處理在10∶00-15∶00時溫度平均降低0.4～1.2 ℃，濕度增加3.6%～8.4%；在15∶00-18∶00時溫度平均降低1.4～2.2 ℃，而濕度增加3.7%～11.2%；在18∶00-22∶00時溫度平均降低0.7～2.2 ℃，而濕度增加2.0%～7.3%；微噴處理在棚架下的溫度和濕度增量平均值分別為-1.3℃和7.2%。在2013年和2014年棚架下溫度和濕度的增量變化與2012年具有相同的規(guī)律，其溫度、濕度增量平均值各年分別為-3.05 ℃、7.97%和-3.88 ℃、9.65%。3年的平均溫度、濕度增量在10∶00-15∶00時間段為-1.71 ℃、7.89%，在15∶00-18∶00時間段為-3.24 ℃、9.89%，在18∶00-22∶00時間段為-2.51 ℃、5.95%。在整個微噴彌霧調(diào)控期間，2012-2014年的溫度和濕度的平均增量分別為-0.76 ℃和3.61%、-1.17 ℃和4.77%、-4.11 ℃和20.47%。

同時，從表1可以看出，各年份在不同時段的溫度和溫度變化同樣表現(xiàn)出一致的規(guī)律性，即隨著溫度增量值的增大濕度增量值隨之增大。在相同的試驗設(shè)計條件下，3 a的溫、濕度增量數(shù)據(jù)中，2012年的值最小，2013和2014年的增量值相差很小，這是由于不同年份的氣候條件差異所致。

表1 不同年份微噴彌霧調(diào)控下溫度、濕度在不同時段的增量變化Tab.1 The increment of temperature and humidity at different times in different years under micro spray fog control

2.1.2 微噴彌霧調(diào)控下葡萄園溫、濕度日變化

2012年，微噴彌霧調(diào)控處理下溫度日變化過程如圖1(a)所示，數(shù)據(jù)為2012年6月28日至7月3日。從圖1(a)可知，各處理的溫度表現(xiàn)出明顯的先增大后減小的規(guī)律性，即均在10∶00時較小，然后隨著時間推移逐漸增大，到16∶00時達(dá)到一天中的最大值，然后再逐漸降低。各處理中，CK處理的溫度值在一天中的各時刻始終最大，微噴彌霧調(diào)控處理雖然也隨著時間先增大后減小，同樣在14∶00時達(dá)到最大值，但各處理間并沒有一致的規(guī)律性，如WP1處理在10∶00時溫度值最低，而在14∶00-18∶00時高于WP2和WP3處理，其他微噴處理也有類似的表現(xiàn)。WP1、WP2、WP3處理在16∶00時的最高溫度分別為41.5、40、39.5 ℃，與CK處理在此時的溫度差值分別為-2.1、-3.6和-4.1 ℃。WP1、WP2、WP3處理的日平均溫度分別為35.5、35.3和35.8 ℃，分別比CK處理低3.4、3.6和3.1 ℃。將微噴各處理相同時刻數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后與CK處理相比，表現(xiàn)為，微噴彌霧調(diào)控與CK處理的溫度差值也隨著時間逐漸增大，在10∶00時，溫度差值為-1.9 ℃，到18∶00時為-5.5 ℃，然后再隨著時間推移而減小，到22∶00時，溫度差值為-3.0 ℃。微噴處理日平均溫度與對照處理相比降低3.4 ℃。

微噴彌霧調(diào)控處理的濕度日變化過程與溫度日變化過程相反，如圖1(b)所示，濕度日變化表現(xiàn)為隨著時間推移而呈先減小后增大的變化趨勢，具體表現(xiàn)為在10∶00時濕度較大，然后隨著時間開始降低，到16∶00時達(dá)到一天中的最低值，之后再開始增大，到22∶00時逐漸回到早上開始時的水平，WP1、WP2和WP3處理在16∶00時的濕度分別為44.0%、54.5%和49.0%，與CK處理相同時刻的濕度差值為9.5%、20.0%和14.5%。同理，對微噴各處理在相同時刻的濕度值進(jìn)行平均后，與CK處理相比，1天中的濕度差值范圍為4.8%～18.0%。微噴處理日平均濕度與對照處理相比升高12.0 ℃。

2013和2014的6月28日至7月3日的溫度、濕度日變化如圖1(c)至圖1(f)所示，其溫度、濕度日變化規(guī)律與2012年一致，其中2013年微噴處理溫、濕度日平均值與對照處理相比，差值為-1.8～-4.1 ℃和6.2%～16.7%；同理，2014年微噴處理溫、濕度日平均值與對照處理差值為-6.2～-6.6 ℃和10.5%～20.7%。各年份間由于氣候差異導(dǎo)致溫度、濕度值的差異較大。

圖1 不同年份各處理棚架下溫度、濕度日變化Fig.1 The diurnal variation of temperature and humidity in the scaffolding of different years

2.1.3 微噴停止后葡萄園溫、濕度增量隨時間變化

為弄清微噴彌霧調(diào)控對葡萄園棚架下溫度、濕度變化特征的影響，對2012年7月1日至7月3日、2013年7月1日至7月3日和2014年7月1日至7月3日噴水停止后棚架下的溫度和濕度增量進(jìn)行進(jìn)一步分析，如圖2(a)和圖3(a)所示。在噴水停止后，各處理在棚架下的溫度增量如圖2(a)所示，可看出，各處理在噴水停止時的溫度增量最大，其中WP3的增量值最大，為-3.5 ℃，而WP1最小，為-1.5 ℃。隨著停止時間的延續(xù)，溫度在逐漸升高，溫度增量也隨之逐漸減小，當(dāng)停止時間達(dá)到3 h時，其中WP1和WP2的溫度增量僅為-0.2、-0.3 ℃，即微噴處理的溫度接近CK處理的溫度。在微噴停止后，溫度增量隨著時間延續(xù)開始下降，當(dāng)停止1 h后，溫度增量下降減緩，如圖2(a)所示W(wǎng)P1、WP2和WP3處理在微噴停止時的溫度增量為-1.5、-2.0和-3.5 ℃，到停止后1 h為-1.0、-1.0和-2.5 ℃，即在停止1 h后，溫度升高了0.5～1.0 ℃。而從停止后1 h到3 h的2 h中，各微噴處理的溫度升高了0.5～1.0 ℃，此時各處理的溫度接近CK。對噴水停止后3 h時溫度增量與延續(xù)時間的相關(guān)分析顯示，3個微噴處理的溫度增量與延續(xù)時間的決定系數(shù)均在0.92以上，表明二者之間具有顯著的相關(guān)關(guān)系。同時，由圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)可看出，不同年份下，溫度增量隨著噴水停止時間的延續(xù)約在3 h時逐漸接近不噴水處理的溫度，且相關(guān)關(guān)系達(dá)到極顯著，R2均在0.96以上。

圖2 各年份葡萄園在噴水停止后溫度增量隨時間的變化Fig.2 The temperature increase of the vineyards in each year after the water stops

各處理和不同年份在噴水停止后濕度增量的變化如圖3所示，在圖3(a)中，各處理濕度增量均呈下降拋物線變化規(guī)律，均在噴水停止時濕度增量最大，3個微噴處理中，WP1和WP3最大，均為11%；WP2次之，為10.5%，平均增量為10.8%。與溫度增量隨持續(xù)時間的變化相似，濕度在微噴停止后開始減小，在1 h時各處理濕度減小范圍為3%～4%；在停止后1 h到3 h時，濕度減小1.5%～3%，慢慢接近CK處理的濕度。其中，WP1、WP2、WP3處理在微噴停止時的最大濕度增量分別為11.0%、10.5%、11%，最小濕度增量分別為5.0%、5.5%和5.5%，在微噴停止后3 h時各微噴處理濕度增量分別減少了6.0%、5.0%、5.5%。當(dāng)隨著噴水停止時間的延長，在3 h時，各微噴處理平均濕度增量在5.0%～5.5%之間。各年份間平均濕度增量與噴水停止后時間的相互關(guān)系完全一致，見圖3(b)、圖3(c)和圖3(d)，且R2均大于0.94，呈極顯著相關(guān)關(guān)系。

圖3 各年份葡萄園在噴水停止后濕度增量隨時間的變化Fig.3 Variation of humidity increment over time in the vineyards of each year

在微噴停止后，溫度增量和濕度增量隨著時間延續(xù)增量逐漸降低，且之間具有很好的相關(guān)關(guān)系，對溫度、濕度增量與溫度及濕度之間的關(guān)系分析，得到擬合方程：

ΔT=35.064-0.046HR-0.976T(R2=0.91)

(1)

ΔHR=68.949-0.125HR+2.355T(R2=0.84)

(2)

式中：ΔT是溫度增量；ΔHR是濕度增量；HR是濕度；T是濕度。

表明溫度增量和濕度增量與溫度及濕度間隨停止時間的關(guān)系顯著，同理，對溫度增量和濕度增量間的關(guān)系進(jìn)行分析，如圖4所示，可以看出，二者之間呈極顯著相關(guān)關(guān)系，擬合方程為:

ΔT=-0.318ΔHR=0.618 3 (R2=0.95)

(3)

從圖4可知，當(dāng)濕度增加5%時，溫度降低0.97 ℃；當(dāng)濕度增加10%時，溫度可降低2.56 ℃。

圖4 噴水停止后濕度增量與溫度增量間的關(guān)系Fig.4 Relationship between humidity increment and temperature increment after water jet stopping

2.2 微噴彌霧調(diào)控對葡萄果粒的影響

在葡萄果實膨大期，葡萄果粒體積增長迅速，同時，由于在此期間采用了彌霧微噴調(diào)控，與不噴水處理(CK)相比，微噴各處理的果粒體積增長更快，其中，WP1、WP2、WP3和CK處理在2012年6月5日至7月3日的果粒體積分別增大了6.11、8.50、12.25和5.50 cm3，在2013年6月5日至7月3日的果粒體積分別增大了6.11、10.78、12.20和5.3 cm3，在2014年6月4日至7月3日的果粒體積分別增大了6.00、7.20、10.80、5.10 cm3。從2012-2014年果實膨大期的果粒體積上看，WP3處理最大，其次是WP2，其后是WP3處理，而CK處理的果粒體積在各年份均最小。微噴處理的平均葡萄果粒體積增量在2012-2014年的試驗中分別比對照高3.5、4.4和2.9 cm3。

2012-2014年彌霧調(diào)控期間葡萄果粒增長速率與平均溫度和濕度變化如表2所示。從表2可以看出，通過微噴彌霧調(diào)控改善了葡萄園微氣候，與CK處理相比，明顯提高了葡萄果粒的增長速率。各處理間相比，WP3和WP2處理的增長速率顯著大于其他處理，各年份間相比，2014年的平均果粒增長速率最小，且平均溫度和濕度也最小。綜合2012-2014年數(shù)據(jù)可知，當(dāng)平均溫度在26～29 ℃，平均濕度在57%～59%之間時，可明顯提高葡萄果粒增長速率，其平均增長速率比CK處理高0.12 cm3/d，通過3年的數(shù)據(jù)擬合得到微噴彌霧調(diào)控下果粒增長速率與平均溫度、濕度的擬合方程為：

表2 不同年份各處理在微噴彌霧調(diào)控期間溫度、濕度和果粒增長速率變化Tab.2 Changes of temperature, humidity and fruit grain growth rate during micro spray treatment in different years

V=0.358-0.025T+0.011HR(R2=0.84)

(4)

式中：V為果粒增長速率，cm3/d；T為平均溫度；HR為平均濕度。

2.3 微噴彌霧調(diào)控對葡萄產(chǎn)量的影響

彌霧微噴調(diào)控下各處理在2012-2014年與不噴水處理的葡萄產(chǎn)量對比如圖5所示。由圖5可知，在2012年，CK處理的產(chǎn)量為33 704.7 kg/hm2，大于WP2和WP3處理，WP1產(chǎn)量最高，為48 547.6 kg/hm2，微噴處理的平均產(chǎn)量比對照處理高出2 627.22 kg/hm2。在2013年和2014年中，WP1處理產(chǎn)量均最大，其次是WP2和WP3，且WP2、WP3和CK的產(chǎn)量均較接近。其中，2013和2014年微噴處理的平均產(chǎn)量分別為38 040.97和33 009.20 kg/hm2，比CK處理分別高出1 295.46和3 733.31 kg/hm2，3年平均產(chǎn)量比CK處理平均產(chǎn)量高出2 552.0 kg/hm2，說明通過彌霧微噴調(diào)控可以提高葡萄產(chǎn)量。

圖5 各處理不同年份葡萄產(chǎn)量對比Fig.5 Comparison of grape yield in different treatments in different years

3 結(jié) 語

通過對2012-2014年連續(xù)3年的大田試驗，采用微噴彌霧調(diào)控技術(shù)，分析對葡萄園棚架下溫度、濕度、果粒和產(chǎn)量的影響，結(jié)果顯示，溫度日變化表現(xiàn)為先增大后減小規(guī)律，濕度日變化呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，在一天中的不同時間段，溫度和濕度增量也表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，其中在10∶00-15∶00時間段，3 a的平均溫度、濕度增量為-1.71 ℃、7.89%，在15∶00-18∶00時間段為-3.24 ℃、9.89%，在18∶00-22∶00時間段為-2.51 ℃、5.95%，而在整個微噴彌霧調(diào)控期間，多年平均溫度和濕度增量為-2.01 ℃和9.62%。在微噴停止后，溫度增量和濕度增量與停止時間之間呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)在0.96以上，溫度和濕度增量隨著時間的延續(xù)逐漸減小，約在微噴停止后3 h時接近不噴水處理的溫度和濕度，而且微噴停止后的溫度增量與濕度增量之間存在極顯著的線性關(guān)系(R2=0.95)，可用公式表示為，ΔT=-0.318ΔHR+0.618 3。在果粒上，微噴處理的平均果粒體積增量在2012-2014年的試驗中分別比CK高3.5、4.4和2.9 cm3，平均增長速率比CK處理高0.12 cm3/d。在產(chǎn)量上，WP1處理3年試驗中均最大，微噴處理平均產(chǎn)量在2012-2014年中分別比CK高2 627.22、1 295.46和3 733.31 kg/hm2。

3年試驗表明，在滴灌的基礎(chǔ)上采用每天噴水1 h的彌霧調(diào)控灌溉，使棚架下溫度在26～29 ℃，濕度在57%～59%時，可明顯增大葡萄果實體積，提高果粒增長速率和葡萄產(chǎn)量。通過微噴彌霧調(diào)控，能夠改變棚架微氣候，改善葡萄生長環(huán)境，促進(jìn)葡萄果實生長，對葡萄增產(chǎn)起到了一定的作用。