滴灌下限對日光溫室葡萄生長、產量及根系分布的影響

李波，孫君，魏新光，鄭思宇，葛東，付詩寧

滴灌下限對日光溫室葡萄生長、產量及根系分布的影響

李波，孫君，魏新光，鄭思宇，葛東，付詩寧

（沈陽農業大學水利學院，沈陽 110866）

【】探究自動控制灌溉條件下灌水水平對葡萄生長發育與水分消耗的影響，為溫室自動灌溉條件下葡萄水分管理提供決策依據。以3年生‘玫瑰香’為研究對象，利用CR1000數據采集器、土壤水分傳感器和電磁閥聯合自動控制灌水，設置8個不同的灌水下限（分別為田間持水率的50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%和85%），灌水上限均為田間持水率的90%，研究不同灌水下限對溫室葡萄地上部和地下部生物量、產量、水分利用等的影響。當灌水下限低于田間持水率的75%時，隨著灌水下限的提高，新梢長度、新梢莖粗以及葉面積指數均顯著增加，當灌水下限超過田間持水率的75%時，新梢的生長受到不同程度地抑制；葡萄根系在0—60 cm土層中均有分布，但主要分布在0—30 cm土層中，該層的根體積以及根系表面積分別占總根系的75%—89%、77%—83%。在葡萄根系分布最為集中的0—10 cm和10—20 cm土層中，各根系指標均隨著灌水下限的提高呈先增加后減少的趨勢，其中當灌水下限為田間持水率的75%時，各根系指標均最大。當灌水量低于6 000 m3·hm-2時，各根系指標均隨著灌水量的增加而增大，當灌水量達到7 000 m3·hm-2時，各根系指標均出現下降或增長緩慢的趨勢；當灌水下限是田間持水率的75%時，葡萄的產量和水分利用效率均為最高，分別達到32 270.31 kg·hm-2、4.85 kg·m-3。綜合考慮葡萄新梢生長、根系分布、產量和水分利用等因素，滴灌條件下葡萄水分管理的最佳土壤水分區間為田間持水率的75%—90%，可以作為該種植模式下適宜的灌溉控制指標的推薦值。

葡萄；滴灌；灌水下限；生長；產量；根系形態

0 引言

【研究意義】東北地區是我國重要的農業生產基地，區域內土地肥沃，水土資源相對豐富，旱地、水田、林果栽培面積均居全國前列[1]。同時東北地區氣溫較低，晝夜溫差大，具有發展設施農業的獨特優勢[2]。設施果樹栽培由于勞動強度較低，經濟附加值高的特點，種植規模逐年擴大。遼寧是東北地區設施果樹分布最為核心的區域，截至2017年，設施果樹栽培面積超過3.0×104hm2，其中設施葡萄栽培面積達2.19×104hm2，種植規模居全國首位，已成為當地設施農業主要的生產形式與農業經濟來源[3]。對設施葡萄進行科學、合理的水分管理與調控，是設施果樹生產管理的關鍵環節[4]。不合理的設施用水方式，不僅會造成水分利用效率的降低，還會造成設施內濕度過大、病害滋生，影響果實產量和品質[5-6]。設施水分管理的核心是通過一系列技術手段對果樹水分進行合理調控，以保障果樹需水過程的合理、有效。不同供水模式對葡萄植株耗水規律、果實產量等均會產生顯著影響[7]?；谥仓晷杷畔⒎答?，特別是土壤墑情信息反饋的自動控制灌溉，是當前設施灌溉中應用最為成熟的灌水形式。開展日光溫室葡萄自動控水適宜灌水下限研究，對溫室自動灌溉條件下葡萄的合理水分調控和合理灌溉決策具有重要意義。【前人研究進展】前人對自動控制灌溉條件下，灌水對植株生長發育、產量、耗水、根系分布等方面均有大量研究。梁鵬等[8]通過開展葡萄的自動灌水試驗，發現灌水下限為田間持水率的70%時，葡萄產量最高，Zeng等[9]認為當灌水上限為田間持水率的90%時，下限為田間持水率的60%時，甜瓜的產量和品質達到最優。也有研究發現蘋果[10]、溫室青茄[11]、大棚黃瓜[12]適宜的灌水下限分別為田間持水率的60%、70%和75%。由此可見不同作物，以及相同作物不同種植模式和氣候條件下適宜的灌水閾值并不相同。張曉霞等[13]認為耗水量為5 785.63 m3·hm-2時，葡萄產量最高，水分利用效率最大。趙建國[14]認為葡萄的最優灌溉定額為4 250 m3·hm-2。漆棟良等[15]認為通過灌水調控根系生長分布應集中在0—40 cm土層中?！颈狙芯壳腥朦c】前人對不同灌水條件下日光溫室葡萄的研究主要集中于地上部生物量、產量、水分利用效率等方面，但是不同研究條件下適宜的灌水下限以及耗水量不盡相同，此外在自動灌水條件下將地上部、地下部生物量進行系統分析的相關研究較少。特別在東北寒區日光溫室種植條件下，不同灌水水平對溫室葡萄地上部、地下部生長發育等方面的系統研究還較為薄弱。【擬解決的關鍵問題】以東北地區第一大設施果樹葡萄為研究對象，選用3年生‘玫瑰香’葡萄為材料，研究日光溫室種植條件下，不同灌水水平對葡萄生長指標、根系指標、產量和水分利用效率的影響，確定該種植模式下適宜的灌溉控制指標，以期為溫室自動灌溉條件下的葡萄水分管理提供決策依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與試驗材料

試驗于2018年4月15日至9月30日在遼寧省沈陽市（41.82° N，123.56° E，海拔82.6 m）遼沈III型日光節能溫室[16]中進行，研究區屬于溫帶大陸性季風氣候，年日照時數為2 530 h，年平均氣溫為8℃，溫室大棚內日間平均溫度為30.7℃，夜間平均氣溫為20.6℃，棚內日間平均相對濕度46.8%，夜間平均相對濕度63.9%。溫室大棚坐北朝南，為單面采光拋物面式，長60 m，寬8 m。棚膜采用PVC防老化塑料無滴膜，以防雨棉被作為保溫措施。0—60 cm深度供試土壤基本理化性質如表1所示。試驗植株為‘玫瑰香’葡萄（L. cv. Muscat Hamburg），于2015年3月完成定植（3年生）。該品種為中晚熟的鮮食葡萄，它原產于英國，植株生長中等，二次結果率高，豐產。因品質優良，目前仍是北京、遼寧等地主栽品種。試驗區的樹形修剪均一、長勢良好。

表1 供試土壤（0—60 cm）基本理化性質

1.2 試驗設計與測定方法

本試驗為單因素控水試驗，試驗共設8個處理，每個處理設置3個重復，共24個試驗小區，每個小區長6.5 m，寬1.35 m。試驗區葡萄采用膜下滴灌，膜下滴灌土壤濕潤比為60%，根據測定，根系分布在0—60 cm，所以計劃濕潤層深度為60 cm，采用1行1管控制模式。各試驗小區土壤水分采用TDT土壤水分傳感器進行分層監測，每個小區布設共6個土壤水分傳感器，布設深度分別為15、30和50 cm，每層2只。布設位置為小區中部，距小區兩側的距離均為畦長的1/3。數據采集頻率為1 min/次，并用取土烘干法對土壤含水量進行校準。

葡萄灌溉采用基于土壤水分反饋的自動控制灌溉系統。根據前期預試驗結果，葡萄根系在0—20、20— 40和40—60 cm土層中占比分別約為60%、30%和10%，因此將15、30、50 cm處土壤水分測定值的權重，分別設定為0.6、0.3和0.1。小區內各探頭加權平均結果作為該小區灌水判斷指標，由于測定根系在0—20、20—40和40—60 cm處根系比例為6﹕3﹕1，所以加權平均能更準確地控制灌溉，使灌溉更具有科學性。土壤水分傳感器進行實時監測，當土壤含水率小于設定灌水下限時開始進行灌溉，達到設定的灌水上限值便停止灌溉，最長自動灌溉時長設定為20 min，灌溉20 min后，暫停灌溉20 min，使水分有時間充分下滲，20 min后若測得土壤含水量仍未達到灌水上限，則灌溉再次啟動，依次循環，直到測定的土壤含水率大于等于設定灌水上限值時停止灌溉。各試驗小區灌水上、下限設定如表2所示。各小區葡萄采用Y型棚架，一穴兩苗，對生種植，株間距0.43 m，行間距1.5 m，每個小區種植葡萄32株。各小區間均采用PVC板進行土壤水分隔離，隔離板高65 cm，其中地下埋深60 cm，地上露出約5 cm。

試驗小區施肥為基肥和追肥，其中基肥為腐熟雞糞干，春季萌芽前一次性施入，施入量為3.3×104kg·hm-2，雞糞干的主要成分為有機質62%，粗蛋白素30%，氮磷鉀約8%。追肥為尿素與磷鉀復合肥，具體施用方法為，先將尿素與磷鉀復合肥溶于水，再利用文丘里施肥器注入滴灌管，最終滴施到各個小區中。追肥分別在4個生育期進行：新梢生長期、開花期、果實膨大期和果實著色期，其中，新梢生長期施入N、P2O5、K2O分別占總施肥量的40%、15%、15%；開花期分別占30%、15%、15%；果實膨大期分別占20%、35%、35%；果實著色期分別占15%、30%、30%；隨水滴施，新梢生長期滴施4次，開花期滴施2次，果實膨大期滴施6次，果實著色期滴施3次。全生育期的追肥量（折合有效肥量）為N：200 kg·hm-2，P2O5：140 kg·hm-2，K2O：160 kg·hm-2。其他農藝管理措施與當地設施葡萄生產管理相同。

表2 試驗設計方案

1.3 測定方法

1.3.1 農田耗水量的計算 采用測定土壤含水率計算耗水量的方法[17]，耗水量公式為：

式中，為作物全生育期耗水量（mm）；ET為作物生育期階段耗水量（mm）；為作物生育階段數；為土壤層數；r為第層的土壤容重（g·cm-3）；H為第層的土壤厚度（cm）；θ，θ1)為第層土壤在計算時段始末的含水率，以占干土重的百分數計；M為時段內灌水量（mm）；P為時段內降雨量（mm）；K為時段內地下水補給量（mm）。由于溫室內沒有降雨，故P=0；本試驗地下水埋深在5 m以下，故K也可忽略不計。

1.3.2 葡萄新梢生長長度及新梢粗度 在葡萄生長期內，定期觀測新梢生長長度、新梢粗度等指標，每個小區選取具有代表性的植株6株，掛牌標記，用鋼卷尺（精度0.1 cm）測定新梢生長長度，游標卡尺（精度0.01 cm）測定新梢粗度。測定頻率為7—10 d/次。用鋼卷尺測定葉脈長度和垂直于葉脈方向葉片最寬處寬度，通過ImageJ軟件算出準確的葉面積，從而得到本試驗葡萄葉面積的折算系數為0.71。

1.3.3 葉面積 植株葉面積利用新梢長度進行估算，具體方法為：首先選定不同生長長度的葡萄新梢，利用卷尺測出新梢長度以及新梢上所有葉片的總面積，從而得到二者的的經驗方程=0.03762+9.3504+ 82.492（2=0.74），然后通過測定每株葡萄各新梢的長度，最終估算出整株葡萄的總葉面積。

1.3.4 產量、果實形態及水分利用效率 葡萄成熟季節，各小區單獨采收，用精度為0.1 g電子稱量各小區所有葡萄產量，葡萄果實的縱、橫徑采用游標卡尺進行測定，并用果實的縱徑與橫徑的比值來描述果形指數，葡萄水分利用效率（）的計算公式為：

式中，為水分利用效率（kg·m-3）；為單位面積葡萄的產量（kg·hm-2）。

1.3.5 根系指標 根系測定采用根鉆法（洛陽鏟）進行取樣，在距離葡萄主桿15—20 cm的地方用根鉆打孔測量根系，以地面為基準水平向下取樣，每隔10 cm土層作為一個取樣深度，取到60 cm發現以下幾乎無根系，洛陽鏟的優點在于能借助鉆頭及鉆桿的重力插入土壤中直接提升鉆桿就能取得土芯，比常用的旋轉式根鉆能更快捷地獲取土芯樣品[18]，孫三民等[19]研究結果表明根徑在1.5—2 mm為主要吸水根，所以本文定義為根徑小于2 mm的根為吸收根。本試驗選用的洛陽鏟獲得的土芯直徑為10 cm，能更好地代表設施葡萄根系分布狀況。將根系取出后清除土壤及雜草，采用EPSON Expression 2400型掃描儀（EPSON，Japan）對每一層根系進行掃描，然后用WinRHIZO圖像分析軟件（Regent Instrument Inc., Canda）對掃描出的圖片進行分析，得到各層根系樣品的根系長度、表面積和體積。葡萄根系于9月30日試驗結束后進行1次取樣?；诟L，折算根長密度公式如下：

式中，R為根長密度（cm·cm-3）；R為根長（cm）；R為根鉆體積（cm3）。

1.3.6 統計分析 利用DPS7.05對數據進行單因素方差分析，采用Duncan’s新復極差檢驗法進行顯著性分析（＜0.05），采用Origin 9.1（OriginLab，USA）作圖。

2 結果

2.1 土壤含水率變化

不同水分處理的土壤水分變化趨勢如圖1所示，每個試驗小區垂直方向布設3個土壤水分探頭，以T4小區為例，不同層土壤水分的變化趨勢基本一致，但深層土壤水分的變化存在滯后現象，每次灌水時，15 cm處探頭數值最先開始增加，隨后是30 cm處，最后是50 cm處（圖1-a）。各水分處理的全生育期土壤水分動態如圖1-b所示，以15 cm處為例（30和50 cm處深度變化趨勢與15 cm處的基本一致，灌水后土壤含水量的變化時間隨著土層深度的加深逐步滯后）。隨著灌水下限的升高，灌水頻率也逐漸增大。圖2為不同灌水處理葡萄全生育期灌水量對比，隨著灌水下限的提高，灌水量依次增大，T1處理灌水量最小，為4 890.81 m3·hm-2，T8處理灌水量最大，達7 337.01 m3·hm-2。

2.2 不同水分處理對葡萄生長特性的影響

不同水分處理對葡萄生長指標的影響如表3所示，由表可知，不同的水分處理對葡萄新梢生長和發育存在顯著影響。在生育初期，不同處理新梢生長長度在22.33—27.42 cm，新梢粗度在5.77—6.55 mm，葉面積指數在0.36—0.42，且各處理間沒有顯著差異。在葡萄生長的中期和后期，不同灌水處理對葡萄新梢長度、新梢粗度和葉面積指數的影響存在差異。葡萄的新梢莖粗在生長中期為T8處理最大，在生長后期T5處理的最大，但生育后期除T1、T2處理，其他處理間并無顯著差異；T6處理的新梢長度以及葉面積指數在生長中期以及生長后期都最大，當在生長后期時，T6處理僅與T1處理有顯著差異，與其他6個處理均無顯著性差異。由于葡萄生長后期新梢長度受修剪控制，根據生長后期葉面積指數和新梢粗度兩個指標均最優，且處理間無顯著性差異的原則，確定較優水分處理的排序依次為：T6、T7、T5、T8、T4、T3。

a：T4處理3個不同埋深土壤水分傳感器監測的土壤含水率；b：T1—T8處理的土壤含水率（15 cm處）

不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）。下同Different lowercase letters indicate significant differences (P＜0.05). The same as below

表3 葡萄新梢生長長度、新梢粗度、葉面積指數

數據為平均值±標準差。同列不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）。下同

Data are mean ± standard deviation. Different letters of the same column values indicate significant differences (＜0.05). The same as below

2.3 不同水分處理對葡萄根系的影響

常見的根系指標主要包括根長密度、吸收根根長密度、根系表面積以及根系體積等，它們均為根系研究中的重要參數[20]。不同灌水處理根系指標變化如圖3所示，為了避免各處理累積曲線均呈現所帶來的圖形辨識度降低，僅對3個典型處理的累積曲線進行呈現。從圖3-a可以看出，葡萄的總根長在0—60 cm土層中均有分布，但主要分布在0—30 cm，該層根系占到總根系的68.6%—87.2%，尤以0—10 cm根系分布最為密集，各處理的根長密度在0.28—0.99 cm·cm-3變化，占總根長密度的27.0%—37.4%，且隨著灌水下限的提高，各處理的根長密度呈現先增加后減少的趨勢，其中T6處理最大，其在0—10 cm土層的總根長密度達到0.99 cm·cm-3，且與其他7個處理均有顯著差異。30 cm以下各層根長密度較少，且無顯著性差異；葡萄的吸收根根長則主要分布在0—20 cm土層中（圖3-b），累積吸收根根長占總吸收根根長的49.1%—70.9%，且在0—10 cm與10—20 cm中分布差異不大，各土層中吸收根根系均隨著灌水下限的上升呈現先增加后減小的趨勢，其中T6處理最大，在0—10 cm和10—20 cm土層中吸收根根系密度分別達到0.81 cm·cm-3和0.68 cm·cm-3。葡萄的根體積以及根系表面積也主要分布在0—20 cm（圖3-c、圖3-d），該層的根體積以及根系表面積分別占總根系的59.0%—75.9%、58.1%—62.0%（T6最優處理累積根系體積和根表面積在0—20 cm土層中分別達到58.5%和75.0%）。其中10—20 cm土層中分布最為集中，其次為0—10 cm和20—30 cm，各土層中根系指標的變化均呈現先增加后減少的變化規律，其中T6處理均最大，在0—10 cm、10—20 cm和20—30 cm中的根系體積和根表面積分別達1.32 cm3、1.42 cm3、0.51 cm3和100.97 cm2、132.49 cm2、89.18 cm2。30 cm以下各根系指標則無顯著性差異。根據上述4個根系指標在0—10 cm、10—20 cm和20—30 cm這3層土壤中的表現，從根系指標綜合考慮，T6處理均為最優的水分處理。此外，雖然葡萄根系在0—60 cm土層中均有分布，但吸收根系、根系表面積及根系體積均主要分布在0—20 cm土層中，所以在進行灌溉時，0—20 cm處的水分狀況應重點考慮。

圖3 不同灌水處理對葡萄根系形態的影響

根系形態會直接影響作物對水分的吸收，從而影響作物的產量。適度的控制灌溉水量可以促進根系的生長發育[21]。由圖4可以看出，不同灌水量對根系生長發育產生顯著影響，根系表面積（圖4-a）和根體積（圖4-b）與灌水量均呈現明顯地先增加后減少趨勢，當灌水量達到6 500 m3·hm-2時，根系表面積和根體積均較大，其根系表面積＞340 cm2，根體積＞3.5 cm3；總根長（圖4-c）和吸收根長（圖4-d）與灌水量均呈現增加趨勢，但當灌水量超過6 500 m3·hm-2時，增長不明顯。其中當灌水量為6 703.49 m3·hm-2時最大，總根長和吸收根根長分別達到1 796.28 cm和1 321.42 cm。由此可見，較高的灌水處理，只會導致葡萄灌水量增加，并不會促進葡萄根系的生長，特別是吸收根系的生長。將葡萄灌水量控制在6 500—7 000 m3·hm-2時，對葡萄根系的發育最為有利。即從根系生長指標綜合判斷，T6、T5和T7處理均是較好的水分處理。

圖4 灌水量與根系生長的關系

2.4 不同水分處理對葡萄產量和水分利用效率的影響

不同水分處理會對設施葡萄的產量和水分利用產生顯著的影響。由表4可以看出，不同水分處理中，T6處理產量最高，達到32 270.31 kg·hm-2，T5次之，且二者無顯著性差異。但上述2處理與與其他6個處理均存在顯著的產量差異（＜0.05）；與T6處理相比，T1、T2、T3、T4、T7、T8均有不同程度的減產，減產率依次為61.0%、60.9%、42.7%、16.8%、38.8%、41.6%。說明當灌水下限控制在田間持水率的70%—75%時，最有利于葡萄高產。

不同水分處理，不僅會影響葡萄的產量，還會對葡萄的果實形態產生較大的影響。對于果實縱莖而言，T3處理最大，縱徑達到25.09 mm，T8處理最小，縱徑為22.44 mm，兩者之間存在顯著差異。比較不同處理對應的果實橫徑可知，T1處理的最大，橫徑達到20.93 mm，其次為T3處理，而T7處理的最小，橫徑僅為17.88 mm，與T1處理和T3處理均達到顯著差異，不同處理對應果實的果形指數在1.14—1.28，其中T7處理對應的果形指數最大，T8處理最小。總體而言，不同灌水水平對葡萄果形發育造成一定的影響，但對果型指數的影響不大；就水分利用效率（）而言，T4、T5、T6處理的水分利用效率均較高，其中T6處理最大，達到4.85 kg·m-3，但上述3個處理間不存在顯著差異，其他處理水分利用效率均有不同程度的減小，其中T2處理最低，僅為2.42 kg·m-3。就水分利用效率而言，灌水下限設置為田間持水量的65%—75%，葡萄的水分利用效率均較高。從產量、果型指數、水分利用效率等方面綜合，當灌水下限設置為70%—75%時，各方面指標均較優，即T5和T6處理是較優的水分處理，其中T6處理最優。

表4 不同灌水處理下的葡萄果形指數、產量和水分利用效率

2.5 不同灌水下限對各指標影響的排序

通過上述研究可知，不同的灌水處理會對葡萄的生長發育和水分利用等產生顯著影響。將不同指標的較優處理進行排序，結果如表5所示。

由表5可知，從葡萄的生長指標、根系指標、產量以及水分利用效率等來看，T6均是最優水分處理。綜合上述指標分析，T6處理是最優的水分處理。即在東北寒區日光溫室自動灌溉條件下，灌水下限為田間持水率的75%，上限為田間持水率90%的水分處理為最適宜水分處理。

3 討論

當植株遭受水分虧缺時，最早受到影響的是根系，土壤水分含量下降會導致根吸收的水分含量降低，從而直接影響到根系和地上部生物量的生長發育[22-23]。本研究發現葡萄的根系垂直分布在0—60 cm，且主要分布在0—30 cm范圍土層內，這與王凱等[24]的研究成果類似，王凱等對瑪納斯地區‘赤霞珠’葡萄根系分布研究表明，葡萄的根系垂向分布在0—60 cm，集中分布在深度為0—30 cm土層中，但也有研究發現，葡萄的根系垂直分布在0—70 cm[25]，0—90 cm[26]，主要分布在0—40 cm[27]、0—65 cm[28]，這可能是由于樹齡[25]、灌水方式[26]、施肥方式[27]以及葡萄品種[29]的差異所導致。此外，研究發現葡萄根系的生長有明顯的趨水、趨肥特征。溝灌灌水施肥，根系分布較寬、較深；滴灌施肥，根系根部較淺；而根灌條件下，根系分布則取決于根灌滴頭的出水位置。

根系功能不僅取決于根系生物量，還取決于它的空間分布[26]。本研究表明根表面積以及根體積隨土壤深度呈先上升后下降的趨勢，且主要分布在0—20 cm處，于坤[27]則認為根表面積和根體積主要分布在0—40 cm處，周青云[26]認為主要垂直分布在0—60 cm處，并且占總根系的75%以上，這可能是由于灌水方式不同所導致的，根系受灌水方式的影響較大[26]，本試驗采用的是膜下滴灌，滴灌條件下葡萄的垂直距離分布更加集中，水分對根系有引導作用，由于灌水量的減少，導致水分在土壤中的分布空間變小，果樹的根系分布范圍也就受到了抑制。而周青云等[26]采用的根系分區交替滴灌，交替灌溉會使未灌水根區根系受到一定程度的水分脅迫后，刺激根系的吸水補償功能，同時也會增強根系的傳導能力。于坤等[27]采用的是穴貯滴灌，這樣會使水分向下運移得更深，水分對根系分布具有引導作用，同樣也會向下深扎，這就導致了根系指標主要分布的深度不同。

灌水下限不同會影響果樹的生長，同時也會抑制新梢的生長，遭受水分脅迫的植物會首先保證根系生長[30]。較高的灌水下限，會使果樹坐果率偏低從而造成減產，較低的灌水下限，同樣不利于營養物質在果實中累積，從而使果實質量較低[14]。本研究結果表明，當灌水下限為田間持水率的75%、灌水上限為田間持水率的90%、耗水量為6 658.8 m3·hm-2時，葡萄的新梢生長長度、新梢莖粗以及葉面積指數綜合最優，這與殷飛[31]、李澤霞[32]等的研究結果相似。唐龍等[33]對蘋果也得出相似結論。但也有研究發現，葡萄的滴灌量為2 700 m3·hm-2最適合葡萄生長[34]，成熟期的灌水下限應為70%的田間持水率[35]，這可能是由于土壤類型不同、葡萄各生育期需水規律不同所導致。此外，土壤類型、質地的不同也會導致不同地區的灌水上、下限值不同，研究結果可能不具有普適性，探究適宜的土壤水勢閾值是今后的一個研究方向。本研究的結果表明，灌水上限為90%時，葡萄的生長特性最好，產量最高，但崔德芹等[35]的研究表明75%田間持水率只適合于葡萄萌芽展葉期的生長，而果實成熟期則是70%田間持水率最適合果實后期的發育和品質的提高，造成這種情況的原因可能是果實膨大期植株對水分比較敏感，樹齡比較短，根系也比較淺，更加適合灌水量小、頻率高的灌水模式，這樣可以使水分緩慢地滲入到土壤中，水分對根系有引導作用，這樣能促進根系垂直向下生長從而促進果實的發育，灌水過多可能會導致根系只在表層生長。在控制灌水下限時，除了要考慮產量和節水，還要考慮果實形態、果實飽滿度對提高果實銷售價格的影響，本研究得到的適宜灌水下限為75%田間持水率，這一灌水下限可為東北日光溫室灌溉提供依據，同時可以保證日光溫室種植條件下葡萄高產、節水、果實飽滿。下一步將對不同生育階段適宜的灌水上、下限進行區分研究。

4 結論

本試驗條件下，不同灌水下限對日光溫室葡萄的生長、根系、產量以及水分利用效率均有顯著影響。T6處理的新梢長度后期數值最大，為178.67 cm，葉面積指數最大，為3.79，新梢粗度則為T5處理的最大，為11.72 mm，T6處理次之，為11.60 mm。日光溫室葡萄根系主要分布在0—30 cm土層中，其中吸收根系、根系表面積及根系體積則主要分布于0—20 cm土層中。各土層中T6處理的各根系指標均為最優。此外，T6處理的產量最高，水分利用效率也最大，綜合考慮，灌水下限為75%田間持水率，上限為90%田間持水率可以作為東北寒區日光溫室種植條件下葡萄適宜灌水控制指標的參考值。

[1] 劉春. 東北地區生態農業發展研究[D]. 長春: 吉林大學, 2014.

LIU C. The research on ecological agriculture development in northeast of China [D]. Changchun: Jilin University, 2014. (in Chinese)

[2] 趙曉彤, 須暉, 李天來, 王蕊. 東北地區日光溫室冬季能量分配模型的建立. 沈陽農業大學學報, 2019, 50(1): 43-50.

ZHAO X T, XU H, LI T L, WANG R.Establishment of winter energy distribution model for solar greenhouse in northeast China., 2019, 50(1): 43-50. (in Chinese)

[3] 劉威生. 遼寧省及類似氣候區是我國設施果樹優勢區. 北方果樹, 2017(5): 1-2.

LIU W S.Liaoning province and its similar climatic zones are the dominant producing areas for protected fruit trees in China., 2017(5): 1-2. (in Chinese)

[4] DOGAN A, ERLER F, Erkan M, ATES A, SABANCI H S, POLATE. Microbial-based production system: a novel approach for plant growth and pest and disease management in greenhouse-grown peppers (L)., 2016, 18(2): 371-386.

[5] 房玉林, 孫偉, 萬力, 惠竹梅, 劉旭, 張振文. 調虧灌溉對釀酒葡萄生長及果實品質的影響. 中國農業科學, 2013, 46(13): 2730-2738.

FANG Y L, SUN W, WAN L, HUI Z M, LIU X, ZHANG Z W. Effects of regulated deficit irrigation (RDI) on wine grape growth and fruit quality., 2013, 46(13): 2730-2738. (in Chinese)

[6] 張芮, 成自勇, 李毅, 楊阿利. 小管出流虧缺灌溉對設施延后栽培葡萄產量與品質的影響. 農業工程學報, 2012, 28(20): 108-113.

ZHANG R, CHENG Z Y, LI Y, YANG A L.Effects of small tube flow deficit irrigation on yield and quality of greenhouse grape under delayed cultivation., 2012, 28(20): 108-113. (in Chinese)

[7] 李雅善. 滴灌葡萄不同灌水處理對其耗水規律及品質和產量的影響[D]. 楊陵: 西北農林科技大學, 2014.

LI Y S. Effects of different irrigation treatments on the law of water consumption, fruit quality and yield of grapevine under drip irrigation model [D]. Yangling: Northwest A&F University, 2014. (in Chinese)

[8] 梁鵬. 部分根域干燥栽培條件下葡萄樹體生長及根域土壤水分調控研究[D]. 上海: 上海交通大學, 2009.

LIANG P. Effect of partial root-zone drying on the growth of grapevine and the regulation of water statue [D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2009. (in Chinese)

[9] Zeng C Z, Bie Z L, Yuan B Z. Determination of optimum irrigation water amount for drip-irrigated muskmelon (L.) in plastic greenhouse., 2009, 96(4): 595-602.

[10] 馬文云, 孫西歡, 馬娟娟, 郭向紅, 孟瑋.蓄水坑灌不同灌水上下限對蘋果樹葉片蒸騰日變化的影響. 節水灌溉, 2019(5): 51-56.

MA W Y, SUN X H, MA J J, GUO X H, MENG W.Effects of different irrigation upper and lower limits on the diurnal variation of transpiration of apple tree leaves under water storage pit irrigation., 2019(5): 51-56. (in Chinese)

[11] 胡蘭, 翟國亮, 鄧忠, 蔡九茂, 張文正, 高劍民.灌溉方式和灌水下限對溫室青茄生長、耗水特性及產量的影響. 灌溉排水學報, 2019, 38(2): 16-22.

HU L, ZHAI G L, DENG Z, CAI J M, ZHANG W Z, GAO J M.Effects of critical soil moistures for different drip irrigations on growth water consumption and yield of greenhouse green eggplant., 2019, 38(2): 16-22. (in Chinese)

[12] 竇超銀, 孟維忠, 陳偉, 延瑋辰.遼寧地區秋冬茬大棚黃瓜滴灌水肥一體化試驗研究. 灌溉排水學報, 2018, 37(8): 22-26.

DOU C Y, MENG W Z, CHEN W, YAN W C.Fertigation of autumn-winter greenhouse cucumber in East Liaoning province., 2018, 37(8): 22-26. (in Chinese)

[13] 張曉霞, 張芮, 成自勇, 何釗全, 高陽, 戴文淵, 劉靜霞, 陳娜娜, 馬奇梅. 不同覆蓋方式和灌水量對設施延后栽培葡萄生長特性和產量品質的影響. 干旱地區農業研究, 2016, 34(3): 102-107.

ZHANG X X, ZHANG R, CHENG Z Y, HE Z Q, GAO Y, DAI W Y, LIU J X, CHEN N N, MA Q M. Effects of water amount and mulching methods on growth characteristics and quality of grape with facility-delayed cultivation., 2016, 34(3): 102-107. (in Chinese)

[14] 趙建國, 馬英杰. 吐魯番地區不同灌水量和毛管間距對葡萄生長和產量的影響. 節水灌溉, 2014(5): 25-28, 37.

ZHAO J G, MA Y J.Effect of different irrigation water quantity and drip tape interval on growth and yield of grapes in Turpan., 2014(5): 25-28, 37. (in Chinese)

[15] 漆棟良, 胡田田, 吳雪, 牛曉麗. 適宜灌水施氮方式利于玉米根系生長提高產量. 農業工程學報, 2015, 31(11): 144-149.

QI D L, HU T T, WU X, NIU X L. Rational irrigation and nitrogen supply methods improving root growth and yield of maize., 2015, 31(11): 144-149. (in Chinese)

[16] 趙崠, 王鐵良, 山口智冶, 白義奎. 遼沈Ⅳ型日光溫室墻體保溫性能試驗研究. 節能技術, 2005, 23(5): 309-310, 429.

ZHAO D, WANG T L, SHANKOU Z Z, BAI Y K. Experimental research on wall’s heat preservation effect of solar greenhouse type Liaoshen IV., 2005, 23(5): 309-310, 429. (in Chinese)

[17] 劉增進, 李寶萍, 李遠華, 崔遠來. 冬小麥水分利用效率與最優灌溉制度的研究. 農業工程學報, 2004, 20(4): 58-63.

LIU Z J, LI B P, LI Y H, CUI Y L. Research on the water use efficiency and optimal irrigation schedule of the winter wheat., 2004, 20(4): 58-63. (in Chinese)

[18] 衛新東, 汪星, 汪有科, 周玉紅, 繆凌. 黃土丘陵區紅棗經濟林根系分布與土壤水分關系研究. 農業機械學報, 2015, 46(4): 88-97.

WEI X D, WANG X, WANG Y K, ZHOU Y H, MIAO L. Root distribution and soil water dynamics of jujube plantations in Loess Hilly Regions., 2015, 46(4): 88-97. (in Chinese)

[19] 孫三民, 安巧霞, 楊培嶺, 陸小波, 顧凱凱. 間接地下滴灌灌溉深度對棗樹根系和水分的影響. 農業機械學報, 2016, 47(8): 81-90.

SUN S M, AN Q X, YANG P L, LU X B, GU K K.Effect of irrigation depth on root distribution and water use efficiency of jujube under indirect subsurface drip irrigation., 2016, 47(8): 81-90. (in Chinese)

[20] 鄒海洋, 張富倉, 吳立峰, 向友珍, 范軍亮, 李志軍, 李思恩. 基于不同水肥組合的春玉米相對根長密度分布模型. 農業工程學報, 2018, 34(4): 133-142.

ZOU H Y, ZHANG F C, WU L F, XIANG Y Z, FAN J L, LI Z J, LI S E. Normalized root length density distribution model for spring maize under different water and fertilizer combination., 2018, 34(4): 133-142. (in Chinese)

[21] 齊廣平, 張恩和. 膜下滴灌條件下不同灌溉量對番茄根系分布和產量的影響. 中國沙漠, 2009, 29(3): 463-467.

QI G P, ZHANG E H. Effect of drip irrigation quota on root distribution and yield of tomato under film mulch., 2009, 29(3): 463-467. (in Chinese)

[22] YANG J C, ZHANG H, ZHANG J H. Root morphology and physiology in relation to the yield formation of rice., 2012, 11(6): 920-926.

[23] ZHANG H, XUE Y, WANG Z, YANG J, ZHANG J. Morphological and physiological traits of roots and their relationships with shoot growth in “super” rice., 2009, 113(1): 31-40.

[24] 王凱, 宋文彩, 羅宇晨, 房玉林. 瑪納斯地區不同樹齡赤霞珠葡萄根系分布的研究. 西北農林科技大學學報(自然科學版), 2015, 43(10): 138-144.

WANG K, SONG W C, LUO Y C, FANG Y L. Distribution of Cabernet sauvignon grape roots in Manas region., 2015, 43(10): 138-144. (in Chinese)

[25] 毛娟, 陳佰鴻, 曹建東, 王利軍, 王海, 王延秀. 不同滴灌方式對荒漠區‘赤霞珠’葡萄根系分布的影響. 應用生態學報, 2013, 24(11): 3084-3090.

MAO J, CHEN B H, CAO J D, WANG L J, WANG H, WANG Y X. Effects of different drip irrigation modes on root distribution of wine grape ‘Cabernet Sauvignon’ in desert area of Northwest China., 2013, 24(11): 3084-3090. (in Chinese)

[26] 周青云, 王仰仁, 孫書洪. 根系分區交替滴灌條件下葡萄根系分布特征及生長動態. 農業機械學報, 2011, 42(9): 59-63.

Zhou Q Y, Wang Y R, Sun S H. Distribution characteristic and growing dynamic of grape vine roots under alternate partial root zone drip irrigation., 2011, 42(9): 59-63. (in Chinese)

[27] 于坤, 郁松林, 劉懷鋒, 王文靜, 白澤晨, 孫軍利. 不同根區交替滴灌方式對赤霞珠葡萄幼苗根冠生長的影響. 農業工程學報, 2015, 31(4): 113-120.

YU K, YU S L, LIU H F, WANG W J, BAI Z C, SUN J L. Effects of alternate partial root-zone drip irrigation on growth of root and shoot of Cabernet Sauvignon grape seedlings., 2015, 31(4): 113-120. (in Chinese)

[28] 李銘, 鄭強卿, 郭紹杰, 蘇學德, 張建新, 吳鵬. 干旱區戈壁地灌溉量對‘克瑞森’無核葡萄根系及果實品質的影響. 北方園藝, 2012(5): 28-31.

LI M, ZHENG Q Q, GUO S J, SU X D, ZHANG J X, WU P. Effect of irrigation volume on root system and fruit quality of ‘Crimson’ seedless under drip irrigation in arid desert Gobi area., 2012(5): 28-31. (in Chinese)

[29] 杜太生, 康紹忠, 閆博遠, 王鋒, 李志軍. 干旱荒漠綠洲區葡萄根系分區交替灌溉試驗研究. 農業工程學報, 2007, 23(11): 52-58.

DU T S, KANG S Z, YAN B Y, WANG F, LI Z J. Experimental research of high-quality efficient irrigation on grape in the oasis region., 2007, 23(11): 52-58. (in Chinese)

[30] Huang B R, Fry J D. Root anatomical, physiological, and morphological responses to drought stress for tall fescue cultivars., 1998, 38(4): 1017-1022.

[31] 殷飛, 黃金林, 胡宇祥, 李瑞明. 不同灌水量對大棚葡萄生長、品質和水分利用效率的影響. 灌溉排水學報, 2016, 35(5): 85-88.

YIN F, HUANG J L, HU Y X, LI R M. Influences of different irrigation water amounts on growth, quality and water use efficiency of grape in greenhouse., 2016, 35(5): 85-88. (in Chinese)

[32] 李澤霞, 成自勇, 張芮, 紀學偉, 李敏, 高陽. 不同灌水上限對釀酒葡萄生長、產量及品質的影響. 灌溉排水學報, 2015, 34(6): 83-85.

LI Z X, CHENG Z Y, ZHANG R, JI X W, LI M, GAO Y. Effect of different irrigation water upper limits on the growth, yield and quality of wine grape., 2015, 34(6): 83-85. (in Chinese)

[33] 唐龍, 曹紅霞, 李宏禮, 李天星, 明剛. 不同氮肥追施量下滴灌水量對蘋果產量和品質的影響. 干旱地區農業研究, 2017, 35(6): 10-18.

TANG L, CAO H X, LI H L, LI T X, MING G. Influence of drip irrigation levels to yield and quality of apple under different amount of nitrogen., 2017, 35(6): 10-18. (in Chinese)

[34] 史星雲, 李強, 張軍, 金娜, 王鑫, 王多文, 牟德生, 徐珊珊. 滴灌條件下水肥耦合對釀酒葡萄生長發育及果實品質的影響. 西北農業學報, 2019, 28(2): 225-236. SHI X Y, LI Q, ZHANG J, JIN N, WANG X, WANG D W, MOU D S, XU S S. Effects of water and fertilizer coupling on growth and quality of wine grape under drip irrigation., 2019, 28(2): 225-236. (in Chinese)

[35] 崔德芹, 黃金林, 李恩彪. 灌水上限對大棚滴灌葡萄土壤水分和產量品質的影響. 北方園藝, 2016(20): 40-43. CUI D Q, HUANG J L, LI E B. Influences of different water control limit on soil moisture yield and quality of grape in greenhouse., 2016(20): 40-43. (in Chinese)

Effects of Lower Limit of Drip Irrigation on Growth, Yield and Root Distribution of Greenhouse Grapes

LI Bo, SUN Jun, WEI XinGuang, ZHENG SiYu, GE Dong, FU ShiNing

(College of Water Conservancy, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)

【】The experiment was carried out to explore the effects of irrigation level on grapes growth and water consumption under a controlled automatic irrigation, so as to provide a basis for grapes water management under an automatic irrigation in a greenhouse.【】With the 3-year-old ‘Muscat Hamburg’ grape as the study object, a combined utilization of data acquisition terminal of CR1000, soil moisture sensor and radiotube, the experiment was carried out and set 8 different irrigation limits (accounting for 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80% and 85% of field capacity, respectively), the same upper limit of irrigation being 90% of field capacity, so as to analyze the effects of different irrigation lower limits on biomass, yield and water consumption of ground and underground grapes in a greenhouse.【】The results showed that the length and stem diameter of new shoots, as well as the leaf area index increased significantly with the increase of irrigation lower limits when it was lower than 75% of field capacity. The growth of new shoots was restricted to a certain degree when the lower irrigation limit exceeded 75% of field capacity. The grapes roots were distributed in soil layers of 0-60 cm, and the main distribution area was in 0-30 cm, where the volume and surface area of roots accounted for 75%-89% and 77%-83% of the total, respectively. In the most concentrated root distribution region in soil layer of 0-10 cm and 10-20 cm, there was a tendency to decrease after an increase in root index with the increase of lower irrigation limits; the root index reached the maximum with lower irrigation limit being 75% of field capacity. The root index increased with the increase of irrigation volume when the volume was lower than 6 000 m3·hm-2,and decreased or increased slowly when the irrigation volume exceeded 7 000 m3·hm-2. Grapes yield and water utilization efficiency reached the maximum with the lower irrigation limit being 75% of field capacity, which were 32 270.31 kg·hm-2and 4.85 kg·m-3, respectively.【】Taking the factors such as new shoots growth, root distribution, grapes yield and water utilization into consideration, we could conclude that the optimal range of soil moisture was got when the lower irrigation limit took up 75% to 90% of water capacity under drip irrigation, which could be used as the recommended value of suitable irrigation control index under the planting mode.

grape; drip irrigation; irrigation lower limit; growth; yield; root morphology

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.07.012

2019-08-29；

2019-10-30

國家自然科學基金（51709174）、遼寧省博士科研啟動基金（20170520169）

李波，E-mail：250077704@qq.com。通信作者魏新光，E-mail：weixg_wi@163.com

（責任編輯 趙伶俐）