蘋果分根交替灌溉不同水量對樹體生長和水分利用效率的影響

摘要：以3a生分根盆栽嘎拉蘋果為試材，研究了不同根域交替灌溉不同水量對樹體生長和水分利用效率的影響。結果表明，灌水量調控了蘋果新梢二次生長的發生、生長時間和速率，每一根域每次灌水量為500mL時，僅4/4根域灌水處理的新梢出現二次生長；灌水量為750mL時，2/4、3/4和4/4根域灌水處理的新梢均出現二次生長；灌水量為1000mL時，1/4、2/4、3/4和4/4處理的新梢均有二次生長，其二次生長隨著灌水根域的增多而時間提早，生長速率加快。每一根域灌水量相同時，植株主干、枝條、葉片、根系和總生物量隨灌水根域增多而提高，750mL與1000mL根域灌水處理差異不顯著。植株的水分利用效率隨灌水根域的增多而降低。從確保樹體正常生長和提高樹體水分利用效率綜合分析，2/4根域每次灌水750mL為最佳灌溉方案。

關鍵詞：蘋果；根域；交替灌溉；生長；水分利用效率

中圖分類號：S661.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-9980(2010)02-163-05

我國是世界上水資源極度缺乏的國家之一，人均水資源占有量不及世界人均水平的1/4。蘋果是我國主要種植水果之一，據統計，2007年我國蘋果栽培面積196萬hm²，產量達2786萬t，均居世界首位。我國的蘋果生產經過多年的發展，形成了渤海灣地區和西北高地等主要蘋果產區，春季干旱少雨，夏季降雨集中，自然降水與蘋果需水不協調及丘陵、干旱或半干旱區缺少灌溉條件等因素嚴重制約了蘋果樹體生長、產量增加和品質提高。改變傳統灌水方式、節水灌溉、調節果園土壤水分穩定供給、提高水分利用效率等是蘋果栽培的重要任務。近年來，國內外許多學者在果樹根系分區灌水(Partial RootzoneIrrigation，PRI)灌溉等方面做了探討和研究，為蘋果灌水方法、節水灌溉和提高果樹水分利用效率提供了新的方法。但是，關于蘋果不同根域灌溉和不同水量對蘋果樹體生長及水分利用效率的研究尚缺少詳細的報道。我們應用根系分區交替灌溉不同水量的方法，探討蘋果最佳灌溉根域和灌溉水量，為蘋果園的灌水方式、合理灌溉水量及提高水分利用效率等方面提供理論依據。

1 材料和方法

1．1 試驗地點與材料

試驗在北京市農林科學院林業果樹研究所(39°56′N，116°56′E)進行。試驗材料為3a生分根盆栽皇家嘎拉(Malus domestica cv．Royal Gala)蘋果樹，砧木為懷來海棠(M.prunifolia)。2004年春季用4個長、寬和高(20cm×20cm×36cm)的塑料盆捆在一起構成一個復合盆，將大小相對一致的2a生蘋果苗根系主根剪除，并將側根平分成4部分栽入4個小盆內。盆內裝入配比為腐熟雞糞：草炭：壤土=1:2:3(容重為0.93g·cm^-3)營養土，并按照株行距1m×1m將盆埋在地下。2005年春季將復合盆從土壤中挖出，選擇樹體大小、長勢和枝量基本一致的蘋果幼樹作為試驗材料，放人遮雨棚內，雨天蓋塑料膜避雨，晴天揭開，并從5月中旬至10月初進行根系分區交替灌溉不同水量處理。

1．2 試驗處理

交替灌水處理設1/4、2/4、3/4和4/4(全根系)根域4個處理，每個處理的每次灌水量分別為500、750、1000mL3種灌水量，共12個處理(表1)。在灌水前，把復合盆的4個小盆標記為a、b、c、d，首次各處理灌溉a、a+b、a+b+c和a+b+c+d根域。當1/4根域灌水和灌水量為500mL組合處理的土壤相對含水量達60％時，按順時針方向交替灌水b、b+e、b+c+d和b+c+d+a根域，以此類推。隨機區組設計，單株小區，重復5次。其他按常規管理。

1．3 測定項目和數據處理

從5月上旬開始，每周用卷尺測定新梢生長量，5月中旬和9月底用游標卡尺測定主干基部粗度，并分別計算新梢生長量、主干增加量及其生長速率。10月上旬，每處理隨機選擇3株，摘下葉片統計葉片數量，并用CI-600掃描儀測量總葉面積；11月中旬，每處理隨機選取3株，分別將其枝條和主干、葉片、根系等分開，測定植株各部分的鮮質量生物量和總生物量。

水分利用效率由公式W_ET=W_T+I+P-S+D-W_O計算得出(w_ET一時段內的耗水量，W_O-試驗初期土體內保持的水量，W_T-試驗末期土體內保持的水量，I-試驗期間的灌水量，p-試驗期間的降水量，S-試驗期間內的深層滲漏量，D-試驗期間的地下水補給量)。由于本試驗中試驗期間的降水量P、深層滲漏量S和地下水補給量D為0，所以公式簡化為：W_ET=W_T+I-W_O其中W_T和W_O由土壤水分特征曲線和各處理的土壤水勢求得。

用SAS分析軟件(Version 8.2;SAS Institute，Cary，NC)對試驗數據進行統計分析，并在5％水平下LSD多重比較檢驗各處理平均值之間的差異顯著性。

2 結果與分析

2．1 蘋果根域交替灌溉不同水量對新梢生長動態的影響

從圖1看出，在每次灌水量為500mL時，僅4/4根域灌水處理的新梢在7月下旬出現第2次生長，而1/4、2/4和3/4根域灌水處理僅有一次生長，表明了后3個處理的灌水量不足。每次灌水量為750mL時，僅1/4根域灌水處理的新梢只有一次生長，其它3個處理的新梢均有2次生長，并且隨灌水根域的增加新梢第2次生長的開始時間提早(4/4>3/4>2/4根域灌水處理)。灌水量為1000mL時，1/4、2/4、3/4和4/4處理的新梢均有二次生長，新梢第2次生長的時間隨著灌水部位的增加而提早，并且生長速率加快。表明了灌水量不僅調控蘋果新梢二次生長的發生，還可以調節新梢二次生長的起始時間。

同一灌水根域不同灌水量對蘋果新梢生長的影響由圖2所示，僅1/4、2/4、3/4根域每次灌水500mL和2/4根域每次灌水750mL蘋果新梢均無二次生長發生，其他各處理蘋果新梢均有二次生長。表明了灌水根域不是影響蘋果新梢二次生長的決定因素，只要部分根域(1/4或2/4)水分供應得到保證，蘋果二次新梢生長就可以發生；過多灌水根域(3/4或4/4)和每次灌水量大于750mL時，不僅浪費了水分，而且導致新梢二次生長發生提前、秋梢生長過旺等問題。從理論上證明了部分根域灌溉的可行性，為蘋果樹灌水方式提供理論依據。

2．2 蘋果根域交替灌溉不同水量對樹體生物量的影響

由表2可見，相同灌水量下，隨著灌水部位增加，植株主干和枝條、葉片、根系及植株總生物量逐漸增加，并且4/4灌水部位處理顯著高于1/4、2/4和3/4處理。500mL灌水量處理下，1/4灌水部位處理主干和枝條及根系生物量與2/4、3/4處理差異不顯著，但是顯著低于4/4處理，而葉片和總生物量則顯著低于2/4、3/4和4/4處理，且2/4、3/4處理也顯著低于4/4處理。750mL灌水量處理和1000mL灌水量處理與500mL處理各器官生物量有著相似的變化趨勢。灌水部位相同時，隨灌水量增加，蘋果各器官生物量也逐漸增加，1000mL灌水量下各器官生物量顯著高于500mL灌水量處理下的生物量。就本試驗而言，灌水量為750mL時蘋果樹體總生物量顯著高于500mL灌水量處理，但與1000mL灌水量處理沒有差異。

2．3 水分利用效率

根據水量平衡公式可得到蘋果整個生長季的耗水量和水分利用效率(圖3)。蘋果樹體的耗水量隨灌水部位增大或灌水量增加而增加，而水分利用效率則與之相反。同一根域灌水量相同時，隨灌水根域增加蘋果樹體水分利用效率降低。每次灌水量為500mL和750mL時，1/4根域灌水處理與2/4根域灌水處理間單株水分利用效率沒有差異，但均顯著高于3/4和4/4根域灌水處理；每次灌水量為1000mL時，2/4、3/4和4/4根域灌水處理間水分利用效率沒有差異，但均顯著低于1/4根域處理。灌水部位相同時，1/4根域處理灌水隨灌水量增加水分利用效率降低2/4、3/4和4/4根域灌水處理也有相同的變化趨勢，但750mL和1000mL灌水量處理問差異不顯著。總體而言，蘋果幼樹進行根系分區交替灌水能夠提高樹體的水分利用效率。有效地節約灌溉水。

3 討論

植物生長對水分脅迫最為敏感，即使是輕微的脅迫也會產生一定的反應。試驗結果表明，灌水量不足(500mL)對新梢二次生長不利，而灌水量多于750mL造成蘋果新梢旺長。因此，通過調節灌水量可以達到調控蘋果幼樹新梢二次生長的發生及其起始時間、主干等其他器官的營養生長，且與康紹忠等和Gu等在果樹上的研究結果一致。這可能是在減少灌水量的情況下，根系受到一定程度的水分脅迫，根系合成ABA運輸到地上部調控植株地上部的生長和物質分配，實現其在受限水分供應條件下的最優生長，調節了總生物量在地上部與地下部器官的分配，減少蘋果的生長冗余。

Loveys等研究認為，部分根域灌水，可以明顯調控新梢生長；與全根域灌水相比，1/2根域灌水可顯著減少樹體的生長量，并且干旱體積越大，抑制作用越強烈。本研究中，對于整個生長季中的新梢生長量而言，同Loveys等的研究結果相同，但就新梢的生長動態而言，只要1/4或2/4根域水分供應得到保證，蘋果二次新梢生長就可以發生；過多灌水根域和每次灌水量，不僅浪費了水分，而且會導致新梢二次生長發生提前、秋梢生長過旺，不利于樹體正常生長。同時，進行分根域灌水后，由于枝葉量減少，果實的內在品質和外觀品質得到顯著改善，但不會影響的葉片的各項生理指標。因此，可以改變目前的大水漫灌方式，如變為小溝灌溉，不僅節約灌溉水，還能防止新梢旺長、降低修剪強度、平衡營養生長與生殖生長的矛盾，促進光合產物向經濟產量轉化，而且提高了果實品質。本課題組在蘋果、梨、桃、櫻桃等成齡果樹上應用小溝灌溉方法不僅節約了灌溉水，調控了新梢生長，還能夠提高果實品質。

果樹的生長量大，生長周期長，正常生長大多需要一定的灌溉條件，但現在的灌溉方式多以傳統的大水漫灌為主，水分利用效率低，且浪費大量水資源。采用根系分區灌溉技術可有效地提高樹體的水分利用效率，節約灌溉水。本研究中，1/4根域灌水處理水分利用效率最高，與2/4根域灌水量處理相比差異不顯著，但顯著高于3/4和4/4根域灌水量，因此減少灌水根域有利于提高樹體水分利用效率。Leib等的研究也證實這一點，且蘋果產量沒有降低。這主要是由于果樹進行根系分區灌溉時，水分虧缺根域的根系吸收補償功能提高，根系分區灌水每次灌水僅濕潤一部分地表面積，株間土壤蒸發量得以明顯減少；與此同時，處于相對干燥區域中的根系感知土壤干旱所產生的根源信號又優化了氣孔行為，減少了植株蒸騰耗水量，提高了根系吸水補充功能的同時，提高了樹體水分利用效率。

4 結論

根系分區交替灌溉條件下，灌水量是調控蘋果幼樹新梢二次生長的主要因素，灌水根域與新梢二次生長的關系不密切；根系分區灌溉提高蘋果樹體的水分利用效率。本研究中，從減少樹體的生長冗余和節約水分、提高樹體水分利用效率及易于操作等方面考慮，2/4根域每次灌水750mL為最佳處理。