彌霧栽培對姜田小氣候及生姜生長的影響

夏 杰 尹豐滿 徐 坤 曹逼力

（山東農業大學園藝科學與工程學院，山東果蔬優質高效生產協同創新中心，農業部黃淮地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，山東泰安 271018）

光照、溫度、濕度等環境因子密切相關，對植物生長發育和形態建成具有重要影響（Pires et al.，2011）。研究發現，遮光處理可以降低環境溫度，增加空氣濕度，顯著影響植株冠層小氣候（Aberkani et al.，2008）；遮光還可以減輕番茄葉片光合“午休”及對光合機構的損傷，提高光合效率（Jung et al.，1998）。提高空氣濕度可以緩解高溫對植物的傷害，夏季高溫時段增加空氣濕度，能夠有效提高葉片氣孔導度及凈光合速率（許大全，2002）；在較高的空氣濕度下，植物葉片結構發生相應的改變，使植物具有較大的氣孔開度，有利于保持較高的蒸騰速率（Giday et al.，2013；Arve et al.，2017）。Schwerbrock和Leuschner（2016）對稀有溫帶林地蕨類的研究發現，當空氣濕度從65%上升至95%時，9種蕨類生育能力增強，且地上部和地下部生產力均得到提升；趙超等（2014）研究表明，空氣濕度增加可以提高開蕨組培苗的光合作用。

生姜起源于熱帶雨林地區，具有喜濕、不耐強光的特性。生姜越夏栽培易遭遇強光或高溫逆境脅迫，因此生產中多采用遮光栽培。研究表明，在土壤水分脅迫時，遮光可有效緩解生姜葉片的光抑制程度，提高光合效率（張永征 等，2013）；遮光生長的茶樹葉片凈光合強度較高，呼吸強度較低（趙甜甜 等，2016）；夏季遮光50%條件下生長的番茄植株葉溫較低，光化學脅迫減輕，較全光照果實商品率增加（Masabni et al.，2016）。Bertin 等（2000）通過噴霧使空氣相對濕度從55%增加到70%，顯著提高了夏季溫室番茄的產量和品質。有鑒于此，本文研究彌霧栽培對姜田小氣候及生姜生長、葉片光合作用的影響，以期為合理調控生姜栽培環境、創新栽培模式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

在2015年預備試驗基礎上，本試驗于2016年在山東農業大學園藝實驗站進行。供試生姜品種為萊蕪小姜，4月7日播種，行距60 cm，株距18 cm，播種后覆蓋地膜小拱棚；待6月4日姜株長至2～3個分枝時撤除地膜，于6月5日至7月30日的每個晴天在田間進行彌霧（Fogging，F）處理，以遮光（Shading，S）及裸地（Bare land，Bl）栽培為對照，小區面積39.6 m2（11 m×3.6 m），4次重復，順序排列。田間遮光采用高1.5 m棚架頂部覆蓋透光率50%的遮陽網，彌霧采用自制自動彌霧系統進行，由高壓泵、彌霧噴頭、高壓軟管及時間控制器組成，噴頭出水量0.8 mL·min-1，每2行生姜設置1列噴頭，間距1.2 m，行距1.5 m，高度70 cm，于每個晴天9：30～16：30，每隔30 min啟動1次，每次10 s。為防止彌霧擴散，在不同小區間張掛高1 m的塑料薄膜進行隔離。至7月30日植株培土時，撤除遮陽網及彌霧裝置。其他管理均按常規方法進行。

1.2 項目測定

試驗過程中，測定不同處理姜田小氣候，其中5 cm地溫、植株冠層氣溫、空氣相對濕度（RH）均于測定日2：00、8：00、14：00和20：00測定，并計算日平均值，若遇彌霧時間段，則在彌霧結束10 min后進行測定；土壤濕度及光量子通量密度（PFD）于午間13：00測定；環境參數日變化選晴天進行測定。每小區選取中間行生姜5株分別測定株高、莖粗、分枝數、根、莖、葉及根莖鮮質量，于10月20日收獲時每小區測定10 m2實有株數稱重計產，并折算667 m2產量。同時測定植株上數第3片完全展開功能葉的色素含量、水氣交換參數。葉片色素含量采用95%乙醇浸提，UV-2450紫外分光光度計比色法測定。葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（E）等水氣交換參數采用英國PP-Systems公司生產的Ciras-3便攜式光合測定系統測定。

1.3 數據處理

采用Excel 2010軟件進行數據處理，DPS軟件進行統計分析，Duncan’s新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 彌霧栽培對姜田小氣候的影響

從表1可知，姜田彌霧栽培條件下，生姜冠層氣溫較裸地栽培顯著降低，如6月25日彌霧栽培處理（F）日平均氣溫分別較遮光處理（S）及裸地栽培處理（Bl）低1.5 ℃和4.6 ℃，說明彌霧栽培通過提高空氣濕度，可顯著降低植株冠層溫度。F處理姜田5 cm地溫也大多低于S及Bl處理，而姜田土壤水分含量則以S處理較高，F處理次之，Bl處理較低。F、S處理均可在一定程度上增加空氣濕度，如7月28日F、S處理的空氣濕度分別較Bl處理增加了5.95個百分點和3.52個百分點，而F處理較S處理增加了2.43個百分點。F處理和Bl處理的光量子通量密度顯著高于S處理。

表1 彌霧栽培對姜田小氣候的影響

2.2 彌霧栽培對晴天姜田環境因子日變化的影響

從圖1可見，各處理氣溫及PFD均在13：00達到最大，5 cm地溫則在15：00達到最大，且氣溫和5 cm地溫均為F處理較低，Bl處理較高。F處理的最高氣溫為31.37 ℃，而S處理和Bl處理分別達32.04 ℃和34.90 ℃?？諝庀鄬穸壬衔缰饾u降低，在13：00出現最小值，此時F、S、Bl處理的空氣相對濕度分別為52%、48%和46%，13：00后均有一定程度回升。

2.3 彌霧栽培對生姜生長及產量的影響

圖1 彌霧栽培對晴天環境因子日變化的影響（2016-07-12）

由表2可知，不同處理生姜植株生長量存在差異，整個生育期內，遮光栽培（S）的生姜株高明顯高于彌霧栽培（F）及裸地栽培（Bl），而莖粗則以F處理較大，如7月12日S處理株高較F處理及Bl處理分別增加了4.09%及9.77%，F處理莖粗較S處理和Bl處理分別提高了11.70%和15.38%；單株分枝數以Bl處理較低，收獲時F、S、Bl處理單株分枝數分別為14.6、14.3、12.6個。整個生育期內，不同處理生姜根、莖及葉片鮮質量變化趨勢相似，均隨生長期的延長明顯增加，且處理間差異逐漸加大，S處理較高，F處理次之，Bl處理較低，收獲時S處理葉片鮮質量較F處理及Bl處理分別顯著提高了11.67%和26.11%。

彌霧處理下生姜地上部生長量雖不及遮光處理，但生長后期的根莖鮮質量略高于遮光處理，收獲時F、S、Bl處理平均單株根莖鮮質量分別為447.3、439.7、342.5 g，F、S處理分別比Bl處理顯著提高了30.59%和28.37%。收獲時F、S及Bl小區產量分別為40.31、39.59、30.70 kg，每667 m2產量分別為2 688.68、2 640.65、2 047.69 kg，F、S處理分別比Bl處理顯著增產31.30%和28.96%。

2.4 彌霧栽培對生姜葉片光合色素含量的影響

由表3可知，不同處理葉片色素含量均呈現先升高后降低的趨勢，F處理生姜葉片葉綠素含量整體上高于Bl處理，但低于S處理。F處理的葉綠素a/b值明顯高于S處理，表明增加空氣濕度可在一定程度上提高葉綠素a/b值。葉片類胡蘿卜素含量變化趨勢與葉綠素含量變化趨勢相似，但以S處理葉片類胡蘿卜素含量較低，如7月12日F及Bl處理類胡蘿卜素含量均為0.37 mg·g-1（FM），較S處理顯著增加了12.12%。

表3 彌霧栽培對生姜葉片光合色素含量的影響 （FM）

圖2 彌霧栽培對生姜水氣交換參數的影響（2016-07-12）

2.5 彌霧栽培對生姜葉片水氣交換參數的影響

由圖2可以看出，不同處理生姜葉片凈光合速率（Pn）日變化均呈雙峰曲線，全天均以F處理較高。尤其13：00時差異最大，F、S、Bl處理葉片凈光合速率分別為10.63、8.39、5.57 μmol·m-2·s-1，F處理分別較 Bl、S處理顯著增加了90.84%和26.69%?？梢?，在10：00～16：00高溫干燥時段，通過增加空氣濕度有利于生姜葉片凈光合速率的提高，減輕光合“午休”。氣孔導度（Gs）呈先升高后降低的趨勢，全天均以F處理最高，顯著高于S處理及Bl處理，說明彌霧栽培有利于氣孔開放，因此蒸騰速率也表現為F處理較高，S次之，Bl較低。不同處理生姜葉片瞬時水分利用效率（WUE）在一天中表現為雙峰曲線變化，峰值分別出現在11：00和15：00，峰值時均以F處理較高，S次之，Bl較低。

3 結論與討論

前人研究表明，遮光降低了糯玉米籽粒灌漿率、籽粒粒徑和重量（Yang et al.，2016）；高溫條件下，髙濕處理可以促進番茄幼苗生長（薛義霞和李亞靈，2010）；隨著空氣濕度的下降，藍果忍冬株高及相對生長量呈下降趨勢（秦棟 等，2011）。本試驗結果表明，在自然光照下，通過彌霧增加空氣濕度，有效降低了環境溫度，為生姜生長提供了適宜的環境，彌霧處理下生姜地上部生長量雖不及傳統遮光處理，但根莖產量略高于遮光處理，根莖生長量較大，生姜產量可達2 688.68 kg·（667 m2）-1，較裸地栽培增產31.30%。已有報道顯示，遮光處理下植物葉片葉綠素含量高于自然光照（劉國順 等，2007），但葉綠素a/b值較低（牟會榮 等，2008），可導致光能捕捉和轉換耦合的不平衡。本試驗結果顯示，增加空氣濕度可在一定程度上提高葉綠素a/b值，增加類胡蘿卜素含量，有利于增強葉片的光能利用效率。

在高溫強光的自然環境下，光合作用是植物最敏感的生理過程（Wahid et al.，2007）。研究表明，高溫脅迫可造成葉片超微結構損傷（黃磊 等，2016），抑制PSⅡ的功能（Sun et al.，2007），影響植物的凈光合速率；同時高溫脅迫常伴隨著大氣相對濕度降低，導致氣孔關閉，蒸騰速率較低，以提高植株水分利用率（劉東煥和趙世偉，2002），但在較高的空氣濕度下，植物葉片氣孔保持著較高的開放程度（Fanourakis et al.，2016）。本試驗結果表明，彌霧可降低植株冠層及葉片溫度，增加空氣濕度，提高葉片氣孔導度，促進水氣交換，增強葉片的光合速率及蒸騰速率，提高水分利用效率。尤其在夏季午間前后高溫低濕時段（10：00～16：00）表現尤為突出。樓靚珺等（2013）在大豆上也有類似的研究結果。