滴灌方式對干旱區葡萄植株生長及果實品質的影響

蔣 宇，蘭 琦，趙豐云，郁松林，李鵬程，董明明，楊 湘，于 坤，趙寶龍

（1.石河子大學農學院/新疆兵團特色果蔬重點實驗室，新疆石河子 832003；2.新疆農墾科學院，新疆石河子 832003）

新疆地區是我國微灌面積最大的區域，占全國微灌面積的68%［1］，主要形式包括地表滴灌、微噴灌、涌泉灌（或小管出流灌）等［2］。截至2015年，新疆特色林果種植面積已突破133萬hm2，但生產中現有的滴灌方式并不適用于新疆特色林果的生產［3］。如生產中發現地表滴灌較傳統漫灌節水效率大幅度提高，但由于灌水量減少，根系分布范圍變淺，對干旱、低溫逆境的抵御能力降低。新疆地區冬季凍土層較厚，根系上浮導致果樹凍害嚴重，造成果實品質下降和產量降低，影響特色林果產業的可持續發展［4］。生產中迫切需要建立1種新的節水模式和方法以適應新疆地區林果的實際生產。

果樹滴灌節水研究已進行了多年，但多集中于地表滴灌或灌溉模式研究［5-7］，目前國內關于地下滴灌（滲灌）在果樹方面的應用研究較少。果樹作為多年生作物，地下滴灌1次鋪設多年使用的特點保證了其在果樹生產中應用的廣闊前景。國外研究表明，地下滴灌較地表滴灌具有更加節水、提高水分利用效率、提高品質的特點，在美國、西班牙等國家已進入大面積推廣階段［8-9］。在我國由于地下滴灌（滲灌）系統造價較高、易堵塞、管理維護難度大、出水孔間距固定或較均勻，無法根據果樹株距進行適應性調整等因素而沒有大面積推廣［10］。于坤等根據干旱區果樹生產實際需求，為有效解決地表滴灌導致的根系上浮及普通地下滴灌堵塞問題，將滴灌與“穴貯肥水技術”有機結合而開發出的1項新的節水滴灌方法即地下穴貯滴灌，目前已獲國家專利授權［11］。但關于該技術與地表滴灌、膜下滴灌的田間比較試驗尚未見報道。基于以上原因，本研究擬從新疆地區葡萄實際生產角度出發，通過連續2年田間試驗，比較地表滴灌、膜下滴灌、地下穴貯滴灌3種不同滴灌方式對成齡紅地球葡萄生長和果實品質的影響，篩選出適宜新疆干旱地區葡萄發展的較佳滴灌措施和方式。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2014、2015年在新疆石河子大學農學院試驗站葡萄標準試驗園進行，試驗地區多年平均氣溫為6.5～7.2℃，無霜期為168～171 d，年日照時數為2 721～2 818 h。供試品種為鮮食葡萄紅地球，2004年定植，東西行向，行距2.7 m，株距1 m。葡萄架式為單籬架，置于葡萄樹南，灌水溝位于每行葡萄北側。沿葡萄行每隔8 m豎立水泥支柱，其上拉3道鐵絲，葡萄架高約為1.5 m。試驗設地表滴灌、膜下滴灌和地下穴貯滴灌3種滴灌方式。每個小區面積為2.7 m×16 m，約15～20株葡萄植株，各小區隨機分布。每小區每行葡萄灌水溝中央設置1條滴灌帶，每條滴灌帶與主管連接處由開關與水表控制。

1.2 試驗材料及方法

試驗以10年生紅地球葡萄為試驗材料，設地表滴灌、膜下滴灌和地下穴貯滴灌3種滴灌方式。以地表滴灌單次灌水量為標準，膜下滴灌、地下穴貯滴灌灌水量分別為地表滴灌的70%，共3個處理，3次重復，9個小區。每小區每行葡萄灌水溝中央設置1條滴灌帶，每條滴灌帶與主管連接處由開關與水表控制。地下穴貯滴灌（SDI，圖1）采用新疆惠利節水工程公司生產的Ф20 mm PE（聚乙烯）管作主管、Ф4/7毛管作進水支管，毛管與進水支管連接穩流器（壓力補償式滴頭，4 L·h）以穩定水流。地下穴貯滴灌（SDI）透水小桶為直徑18 cm、高15 cm的PVC（聚氯乙烯）管，PVC管上部密封留有進水孔，管下部0～8 cm處均勻分布3行直徑為0.5 cm的微孔，透水小桶外壁與植株距離為15 cm，上部與地面距離為20 cm；地表滴灌（DI）所用主管和滴頭與地下穴貯滴灌一致，每株1個滴頭，滴頭與植株距離25 cm，用別針固定。地下穴貯滴灌系統鋪設于2014年5月20日，鑒于試驗擾動過大，2014年做預試驗，本研究對2015年的相關數據進行討論。

根據葡萄各生育期的需水規律確定灌水次數、灌水周期和灌水量，葡萄的灌水次數和灌水周期是以各生育階段的土壤相對含水率下限值來確定的。為保證觀測資料的準確可靠性，試驗采用在田間安裝水分測定儀結合取土烘干法觀測土壤含水量變化，能夠及時反映土壤含水量的變化情況，根據葡萄需水情況，確定灌水定額和灌概周期。萌芽期—開花期：土壤相對含水率上、下限分別取土壤含水率（38%）的90%和65%；果實膨大期：土壤相對含水率上、下限分別取土壤含水率（38%）的90%和70%；結果期：土壤相對含水率上、下限分別取土壤含水率（38%）的90%和55%，2015年灌水量如表1所示。

表1 紅地球葡萄不同生長期灌水量分配（2015年）

1.2.1 植株生長指標的測定 分別對3種不同的處理隨機選取各3株長勢相同的葡萄，在試驗的5月16日、6月21日和9月30日測量葡萄枝的莖粗（植株的第5、6、7節）、節間距和分枝。當果實開始發育時，開始計算果穗的數量并前后進行比較。

1.2.2 光合指標的測定 采用LI6400便攜式光合作用測定儀，測定葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間二氧化碳濃度（Ci）。選擇晴朗無云的天氣測定，于每株葡萄外圍光照充足部位（分別是植株的底部、中部和上部重復3次）選取正常生長的新梢第3～5張葉片并做好標記。每個處理均選3株，取平均值。

1.2.3 果穗、果粒大小的測定 果實完全成熟時，每個處理小區隨機選擇5株有代表性的植株，從每株上選取10個果穗測果穗質量，計算平均值；從每個果穗的上、中、下3個部位各取1粒果實，共計20粒，再用游標卡尺測量果粒的橫徑和縱徑，用電子天平測量果粒質量，計算其平均值；用GY-1型水果硬度計測量果粒硬度，計算其平均值。

1.2.4 果實品質的測定 每個處理小區隨機選擇5株有代表性的植株，按上、中、下3個部位隨機選擇10個果穗。采用GB/T 5009.7—2008《食品中還原糖的測定》中的直接滴定法測量果實的還原糖含量，結果以葡萄糖計。用滴定法測量果實的總酸含量，結果以酒石酸計。

1.2.5 根系測定 取根采用米字形取根法（圖2），按A、B、C 3個方向取根。根系指標以10 cm為1層（0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、60～70、70～80、80～90 cm），分層挖出每層全部土體土，迅速收集、撿出根系、洗凈。用根系掃描儀掃描根系，利用圖像分析軟件（WinRHIZO，Canada）對掃描根系圖像進行分析，獲得有效根表面積（cm2）、有效根體積（cm3）、根長（cm）、根尖數和根系直徑（mm），掃描后將根系在80℃條件下烘干至恒質量后稱量，獲得根系質量。

1.2.6 數據處理與分析 采用Microsoft Excel 2003軟件對數據進行處理和繪圖，采用DPS 7.5和SPSS 13.0統計分析軟件對植株生物量和根系形態進行差異顯著性檢驗（LSD法）。

2 結果與分析

2.1 不同滴灌方式對葡萄生長發育的影響

由圖3可知，紅地球葡萄莖粗、節間距在5—6月變化幅度明顯，而6—9月莖粗、節間距變化不大。5月16日與6月21日，DI處理的莖粗最大，SDI處理最小。9月30日葡萄節間距以DI處理最高，MDI處理最低，DI處理分別比MDI、SDI處理高21.5%、17.6%，DI處理與SDI、MDI處理間均差異顯著，MDI與SDI處理間差異不顯著。

2.2 不同滴灌方式對葡萄光合速率、水分利用速率的影響

滴灌方式對葡萄不同部位葉片光合特性的影響不盡相同（表2）。灌水后2 d，3種滴灌方式條件下葡萄葉片凈光合速率呈“上高、中低、下高”的趨勢；灌水后11 d，葡萄不同部位葉片凈光合速率雖有差異，但趨于一致。由表2還可看出，灌水后2 d，DI處理葡萄上下部葉片凈光合速率均明顯高于SDI、MDI處理；灌水后11 d，DI處理上部葉片凈光合速率與SDI、MDI處理間差異不大，中下部葉片凈光合速率均顯著低于SDI、MDI處理。對瞬時水分利用效率的分析表明，灌水后2 d，DI處理葡萄葉片上下部葉片瞬時水分利用效率顯著高于SDI、MDI處理。灌水后11 d，各處理間葉片瞬時水分利用效率雖有差異，但不規律。對氣孔導度的分析表明，MDI處理的氣孔導度在灌水后11 d均低于DI、SDI處理。

表2 滴灌方式對北疆紅地球葡萄光合速率、水分利用效率的影響

2.3 滴灌方式對產量及水分利用效率的影響

由表3可知，MDI處理穗質量和粒質量在3種滴灌方式中最大，SDI處理最小，其中MDI處理穗質量、粒質量分別比DI處理高11.0%、2.56%，比SDI處理高21.3%、10.4%；果粒的橫徑和縱徑在3種滴灌方式下差異并不大。由表3亦可看出3種滴灌方式對果實產量的影響并不大，但對于水分利用效率有較大影響，MDI、SDI處理水分利用效率分別比DI處理高35.2%、30.6%。

2.4 滴灌方式對果實品質的影響

由表4可以看出，不同滴灌方式對葡萄果實含糖量的影響較為顯著，9月18日DI處理含糖量顯著高于SDI和MDI處理，10月3日MDI與DI處理的果實含糖量均顯著高于SDI處理。9月18日不同滴灌方式中以SDI處理的總酸含量最高，10月3日以MDI處理的總酸含量最高，但糖酸比與SDI處理差異不大。對于果實硬度，9月18日SDI、DI處理下的果實硬度顯著高于MDI處理，10月3日以DI處理的果實硬度最大，SDI、MDI處理差異不顯著。果實果皮的葉綠素含量在9月18日DI處理分別比SDI、MDI處理高35.7%、46.2%，10月3日MDI處理顯著低于DI、SDI處理。

2.5 滴灌方式對葡萄根系分布的影響

由圖4、圖5可以看出，在水平分布上，SDI、MDI、DI處理的灌水側根系長度、根表面積指數均大于未灌水側，距離灌水點越遠各處理的根系長度、根表面積越來越少，SDI與DI、MDI處理最大差異主要表現為在未灌水側根系亦有一定范圍的分布。在垂直分布上，DI處理根系長度、根表面積指數在土層深度0～30 cm分布較多，隨著土層深度的加深，根系數量逐步減少；MDI處理根系長度、根表面積指數在土層深度30～60 cm顯著高于0～30、60～90 cm土層，且主要分布于灌水側；SDI處理根系長度、根表面積指數在各土層深度分布比較均衡。

表3 不同滴灌方式對果穗、果粒大小的影響

表4 不同滴灌方式對果實品質指標的影響

3 討論

3.1 滴灌方式對紅地球葡萄植株生長及果實品質的影響

滴灌與傳統灌溉方式的本質區別是改變了水的供給方式，使灌溉由向“土壤供水”轉為向“植株供水”，通過滴灌可精準地根據植物的生長確定適宜的水分供給，以最高效的方式獲得經濟產量［8］。地表滴灌、地下滴灌（滲灌）作為目前滴灌節水的主要方法［12］，其滴灌方式的改變不僅改變了灌溉植物根系的分布、構型，而且改變了植物根系對水分的吸收和利用效率［13］，不同空間和時間內土壤含水量和根系分布的不同必然引起植株地上部產生相應的變化。在本研究中，3種滴灌方式對紅地球葡萄生長和果實品質形成的影響不盡相同，DI與SDI、MDI處理相比能在生育期早期促使葡萄盡快生長，SDI較MDI、DI處理能夠促使新梢加粗，在節水方面MDI、SDI處理水分利用效率分別比DI處理高35%、30.6%，表現出明顯的節水優勢。Ayars等研究發現，地下滴灌較地表滴灌能有效提高果實產量和品質［9］，但在本研究中發現，在果實產量及果實大小方面3種滴灌方式間的差異并不大，這可能與試驗設計中灌水量的分配有關。從本研究結果亦可看出，在果實色澤調控方面，MDI較DI、SDI處理表現出明顯優勢，這可能與MDI處理地表覆膜，增加了地表光反射強度有關。

3.2 滴灌方式對紅地球葡萄根系分布的影響

根系功能不僅取決于根系生物量及其生理特性，還取決于它們的空間分布［14-15］。在干旱、半干旱地區，深層根系越多，植株越容易從土壤深層獲取水分和養分，其對抗逆境的適應性越強［16］。在小麥上的模擬結果表明，更多有效的深層根系有利于促進植株對水分和養分的吸收［17］。在短期或長期干旱條件下，深層根系有利于植株抵抗干旱脅迫，促進植株生長和產量形成［18-19］，因此增加根系在深層土壤的分布對促進深層土壤水分吸收、提高產量尤為重要。Carmi等發現，地表滴灌下的棉花根系缺乏深扎能力，抗旱性較差，而地下滴灌的棉花根系向下層發展［20］，本研究結果中紅地球葡萄根系多分布在0～90 cm土層，其中DI處理在土層深度0～30 cm處根系較為發達，MDI處理在土層深度30～60 cm處有較多根系，SDI處理根系在土層中分布比較均勻，這說明釆用地表滴灌后會出現根系上移的現象。近年研究發現，根系上移是導致葡萄冬季凍害的重要原因之一。根系生長有較強的趨水性，植株吸收水分最先從近樹干濕潤區域獲取，然后依次從其他土層吸取可利用的水分［21-22］。本研究發現在滴灌帶鋪設側，紅地球葡萄根系有較多分布，在未鋪設側，葡萄根系顯著減少，表明葡萄作為多年生果樹，單側鋪設滴灌帶可能對葡萄根系分布帶來不可逆的變化，影響葡萄的可持續生產能力。

4 結論

MDI、SDI處理在較DI處理分別節水35.2%、30.6%的基礎上，葡萄生長及產量并沒有顯著降低。不同滴灌方式處理對葡萄根層根系的分布有較明顯的影響，在根系水平分布上DI、MDI、SDI處理均表現出灌水側根系顯著高于未灌水側；在根系垂直分布上，MDI處理根系長度、根表面積指數在土層深度30～60 cm顯著高于0～30、60～90 cm土層，SDI處理根系長度、根表面積指數在各土層深度的分布比較均衡。

在果實品質調控方面，MDI較DI處理能較早促進果實著色，SDI處理并沒有表現出明顯優勢，這可能與在整個灌水周期中灌水量的分配有較大關系，此方面尚需進一步研究。