寧夏中部干旱帶水肥一體化蘋果滴灌灌溉制度及生長影響研究

梁博惠，唐 瑞，張上寧，何寶銀

(寧夏水利科學研究院，寧夏 銀川 750021)

0 引 言

蘋果產業是我國第一大果品產業，據聯合國糧農組織統計，2013年我國的蘋果種植面積和產量分別占世界的46.19%和49.10%，居世界第一[1]，寧夏現有蘋果種植面積5.1 萬hm2，年產量約55 萬t，蘋果產業被列為寧夏13個農業特色優勢產業之一[2]，水分是果樹生長的必要條件，楊洪強研究表明，最適宜蘋果根系生長的土壤水分含量為田持的60%～80%[3]。

隨著節水技術的推廣，蘋果種植多采用溝灌、畦灌與滴灌，眾多學者針對不同的灌溉方式[4]、覆膜方式[5]等對蘋果的影響也進行了探究[4]，但是溝灌與畦灌耗水量大，而滴灌因其具有節水節能，對不同的土壤和地形適應性強，高產等優點，在當前水肥一體化的種植方式中被廣泛應用[6,7]。水肥一體化是集成了灌溉與施肥的農業技術[8]，因此合理的滴灌施肥技術參數與滴灌制度對節肥節水，果樹優質高產具有顯著影響[8]。杜志輝[10]等、張大鵬[11]研究表明在水肥耦合處理下不同的施肥處理會影響蘋果生長于產量，路永莉等研究表明滴灌施肥優于傳統施肥[12]，閆紅麗[13]等研究表明7cm深度蘋果生理狀況最好，李懷有[14]采用水量平衡方法得出滴灌蘋果最優灌溉四次，對于大株距果樹，毛管布設“S”形半固定式最佳。

由于寧夏中部干旱帶降雨較少，干旱缺水是最大的自然特征，這些自然環境嚴重制約著蘋果產業的發展，因此滴灌等節水技術的應用與推廣對于蘋果等產業的發展極其重要[15]，本文通過采用水肥一體化技術，探究適宜寧夏中部干旱帶不同水肥一體化灌溉制度對土壤水分及蘋果生長的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區基本情況試驗設計

試驗于2015年4月-2016年11月在同心縣丁塘鎮優質蘋果高效節水栽培綜合生產試點進行，試驗點位于北緯36°34′～37°32′，東經105°17′～106°41′，屬典型大陸性季風氣候，年均降水量277 mm，其中7-9月份降水量占全年總降水量的66.5%，蒸發量2 334.5 mm以上，年平均氣溫8.8 ℃，7月份平均氣溫為22.8 ℃，極端最高氣溫38.5 ℃，通過多點采樣與分析化驗，土壤母質主要是黃土母質和洪積沖積母質，黃土母質疏松多孔，通體均質，剖面中礫石含量很少，有效土層相對較厚，適宜于農業生產。試驗區土壤質地主要為粉沙壤土。試驗區土壤物理性質及2015年、2016年降雨量見表1和表2。

表2 2015、2016年試驗區降雨量監測表 mm

試驗以5-6年生矮化新紅星蘋果樹為研究對象，設置水分處理：低水(W1)2700 m3/hm2、中水(W2)3450 m3/hm2、高水(W3)4200 m3/hm2；肥料處理：低肥(F1)555 kg/hm2、中肥(F2)675 kg/hm2、高肥(F3)795 kg/hm2，全部處理為T1(W1F1)、T2(W2F1)、T3(W3F1)、T4(W1F2)，T5(W2F2)、T6(W3F2)、T7(W1F3)、T8(W2F3)、T9(W3F3)，采用隨機區組排列，共9個處理，重復3次，共27個小區，三株為一個小區，供試滴灌專用肥采用單質肥尿素、磷酸一銨、硫酸鉀進行配置，根據新紅星蘋果生長發育需水需費規律，分為6個生育期進行不同量的灌水和施肥，具體試驗設計方案見表3。栽植行株距為3 m×4 m，畝栽植55株。環狀鋪設Φ16的滴灌管，圓環直徑1 m，每株果樹安裝流量為4.2 L/h的滴頭5個，園區內農藝管理措施統一進行。

1.2 測定項目與方法

土壤含水量測定：利用環刀法測出試驗區土壤田間持水量為20.8%(占干土重百分比)，測得試驗區土壤容重為1.44 g/cm3。利用PR2/6土壤水分測量系統測定土壤體積含水量，測量10、20、30、40、60和100 cm 6個層面土壤含水量，生育期每10 d測一次，降雨階段前后、灌水前后加測一次。

生長量的測定：新梢生長量從5月底-10月初，每15 d測定新梢長度(標記并用刻度尺測定)，計算新梢生長量。

葉綠素含量的測定：從5月底-10月初，早晨8∶00左右用CCM-200葉綠素計測定不同處理新梢葉片相對葉綠素含量，每重復選取不同方位有代表性的新梢成熟葉片，每15 d測定一次。

產量及品質的測定：在果實成熟期(9月下旬)，對果樹進行采摘、分級、稱重，并統計單株果數、單株產量、單果重。

1.3 數據處理

本試驗原始數據的前期歸納總結采用Microsoft Excel 2007軟件，用SPSS22.0 Duncan新復極差法對試驗數據進行因素方差和顯著性檢驗分析，用Origin9.0、Excel軟件繪圖。

表3 蘋果水肥耦合灌溉制度試驗設計表

注：施肥量為純營養元素的各單質肥(N、P2O5、K2O)的總量。

2 結果與分析

2.1 不同水肥處理對新紅星蘋果全生育期土壤水分變化的影響

2015年按照試驗設計全生育期共灌水12次，2016年按照試驗設計全生育期灌水12次。整理不同水肥處理0～20、20～30、30～40、40～60、60～100 cm土壤含水量數據并繪制各處理全生育期5個土層的土壤水分動態變化過程線(圖1)，以處理3、處理6、處理9為例，其他省略。

從圖1中看出2015-2016兩年整個生育期中，蘋果根區不同土層土壤水分變化規律基本一致，在各次灌水后土壤含水量發生顯著變化，各層土壤含水量隨著灌水量的增加而增加，整個土層深度中在20～60 cm土層土壤含水量最大，在8.6%～28.7%之間變化，各層土壤含水量均圍繞60%田間持水量(體積法測得田間持水量為29.9%)發生變化，100 cm深處灌水前后土壤含水率變化幅度較小，是因為計劃濕潤層為80 cm，因此灌水后土壤未濕潤至100 cm土層。在落葉期由于人為控制灌溉水量，各層土壤含水量較萌芽開花期、果實膨大期含水量低。但總體土壤含水量處于較適宜的范圍，為作物創造了有利的水分生長環境，在整個生育期作物長勢旺盛、均勻。

圖1 2015-2016年部分處理生育期部分處理土壤含水量動態變化過程

綜上得出，在各次灌水后土壤含水量發生顯著變化，隨著灌水量的增大，各層土壤含水量同期相應增大，各層土壤含水量均圍繞60%田間持水量發生變化，在20～60 cm土層土壤含水量最大，土壤含水量最大層在8.6%～28.7%之間變化。

2.2 蘋果生育期耗水量及耗水強度

本試驗在田間條件下采用水量平衡法對蘋果耗水量和耗水過程進行分析，試驗區地下水位埋藏較深，不考慮地下水補給，生育期內降雨量較少，因此對地表徑流量進行忽略，在不考慮深層滲漏量的情況下，試驗區水量平衡可用下式[16]：

ET=(W0-WE)+M+P

式中：ET為耗水量，mm；W0、WE為生育期某階段初、末100 cm土層的土壤含水量，mm；M為某階段內的灌水量，mm；P為某階段內的降雨量，mm。

從圖2中看出萌芽開花期氣溫較低，果樹生長緩慢，對水分的需求量較少，成熟期蘋果生理活動開始變緩，因此這兩個階段耗水量較低，而落葉期由于該生育期時間較，因該時段較長，為蘋果采摘階段，因此作物耗水量高于萌芽開花期與成熟期。

2015年各處理全生育期耗水量范圍在457.98～610.09 mm區間，2016年各處理全生育期耗水量在430.67～635.59 mm之間，2015年各處理總耗水量大小依次為T9>T6>T3>T8>T5>T2>T4>T7>T1，2016年耗水量大小依次為T3>T6>T9>T2>T5>T8>T4>T1>T7。可以看出灌水量高的處理T3、T6與T9的耗水量均高于其他處理但是施肥量的增加對作物的耗水量影響不明確。

耗水強度( mm/d)=耗水量/灌水時間，新紅星蘋果各生育期耗水強度見圖2。由圖2可知，2015-2016年蘋果全生育期內耗水強度從萌芽開花期至落葉期呈先上升后著下降再上升又下降的趨勢，果實膨大期耗水強度達到頂峰。從總體來看，各處理隨著灌水量的增加，耗水強度也隨之增加。

圖2 2015-2016年蘋果耗水量及耗水強度變化圖

綜合得出5～6年生的新紅星蘋果在萌芽開花期耗水強度為1.28～3.22 mm/d；花后期耗水強度為1.97～4.10 mm/d；花芽分化期耗水強度為1.56～3.52 mm/d；果實膨大期耗水強度為2.90～4.91 mm/d；成熟期耗水強度為1.33～3.08 mm/d，落葉期耗水強度為0.97～2.15 mm/d。

2.3 不同處理對新紅星蘋果生理指標的影響分析

生理指標主要監測不同處理葉片葉綠素含量。蘋果產量源于光合作用，而光合作用的完成又依賴于葉綠素含量的多寡[17]。于2015年8月27日與2015年9月1日對各處理葉片葉綠素含量進行監測，不同處理對新紅星蘋果成熟期葉綠素監測值見圖3所示。2015、2016年T9的葉綠素含量最高，分別為69.1和67.1，兩年間蘋果樹整個葉綠素的變化范圍為57.7～69.1，2015年與2016年相比變化不大。隨著生育期的推進，當施肥量相同灌水量不同時各個處理之間的葉綠素相差不大，當灌水量相同施肥量不同時，各處理中隨著施肥量的增加各處理葉綠素呈增加趨勢。

2.4 不同水肥處理對新紅星蘋果品質及產量的影響

2.4.1 不同水肥處理對新紅星蘋果外觀品質的影響

不同試驗處理新紅星蘋果外觀品質見表4，由表4可以看出2015與2016年年單果最大重均為T5，分別為224.4 g，314.8 g，兩年的整體表現分別為T5>T6>T8>T3>T2>T9>T4>T7>T1，T5>T9>T6>T8>T2>T4>T7>T3>T1；果形指數最大分別為T8與T9，果實分級中2015年T5處理80 mm以上達66.06%，T9處理70 mm以上達98.8%，T1處理70 mm以上為86.11%，2016年T6處理蘋果直徑80 mm以上達86.57%，T8處理80 mm以上達86.14%。綜合得出施肥量和灌水量對單果重和商品果率影響較大。2016年蘋果單果重和蘋果直徑大于80 mm以上的均比2015年高。

圖3 不同處理蘋果葉片葉綠素含量 注：不同小寫字母表示不同生育階段各個處理之間的差異性達到顯著水平，下同。

表4 2016年試驗處理新紅星蘋果外觀品質

注：各處理定級用100個樣品；果形指數=果實縱徑/果實橫徑。

2.4.2 不同水肥處理對新紅星蘋果內在品質及產量的影響

不同水肥處理對新紅星蘋果內在品質及產量的影響見表5。從表5中看出，2015年新紅星蘋果產量T6最高為7 103.25 kg/hm2，表現為T6>T9>T5(T8)>T7>T3>T4>T2>T1；當施肥量相同，隨著灌水量的增加，產量的增量變化范圍為4.13%～32.52%，當灌水量相同，隨著施肥量增加，產量的增加范圍為28.94%～48.78%；2016年新紅星蘋果產量T5最高為8 318.85 kg/hm2，表現為T5>T6>T9>T4>T8>T7>T3>T2>T1，當施肥量相同，隨著灌水量的增加，產量的增量變化范圍為7.25%～22.31%；當灌水量相同，隨著施肥量增加，產量的增加范圍為21.34%～46.57%。說明蘋果的產量會隨著灌水量與施肥量的增加而增加，且施肥量對蘋果的產量較灌水量的影響大。

根據水利行業標準《農村水利技術術語》(SL56-2013)[18]，作物水分生產率為作物產量與全生育期耗水量的比值，單位為kg/m3。2015年水分生產率T5最大為1.21 kg/m3，表現為T5>T6>T8>T7>T9>T4>T2>T1>T3；2016年水分生產率T5最大為1.60 kg/m3，表現為T5>T4>T8>T7>T9>T6>T1>T2>T3，各處理間灌水分生產率差異不大。

2015年各處理果實硬度在2.61～3.19 kg/cm2之間。處理T5、T7、T3、T1較高分別為3.19、3.12、2.96、2.88 kg/cm2，各處理間變化不大。2016年各處理果實硬度在5.01 ～6.12 kg/cm2之間。處理T5、T1、T2、T3較高分別為6.12、6.12、6.09、5.75 kg/cm2，各處理間相差較小。2015和2016年間差異較大是監測時間不同所造成。可溶性固形物是糖、有機酸及其他固體物質的總和，是蘋果重要的品質指標。2015年不同處理蘋果可溶性固形物值為9.1%～13.3%，其中處理T6、T5、T3、T8較大，分別為13.30%、13.1%、12.8%、12.8%，處理T2、T1分別為9.6%、9.1%。2016年不同處理蘋果可溶性固形物值為12.3%～14.1%，其中處理T5、T2、T4、T1較大，分別為14.3%、14.1%、13.5%、13.5%。2015年不同處理可滴定酸的范圍為1.43～2.18 g/kg，處理T7、T5、T4較大，分別為2.18、1.91、1.90、1.83 g/kg。2016年不同處理可滴定酸的范圍為1.74～2.68 g/kg，處理T3、T2、T1較大，分別為2.68、2.39、2.28 g/kg。2015年各處理可溶性糖在2.15%～2.44%之間，各處理間變化不大。2016年各處理可溶性糖在9.24%～10.04%之間。Vc具有還原性質，即抗氧化作用，保持蘋果的新鮮香味。2015年不同處理蘋果Vc含量在1.88～2.72 mg/100 g之間。處理T6、T3、T9的含量較大分別為3.69、2.72、2.85 mg/100 g,處理T7、T8較低分別為1.88、1.89 mg/100 g。2016年不同處理蘋果Vc含量在4.22～5.47 mg/100 g之間。處理T8、T9、T5的含量較大分別為5.47、5.24、5.01 mg/100 g，處理T4、T2較低分別為4.52、4.22 mg/100 g。綜合來看施肥量與灌水量的變化對果實的品質的影響不具有規律性，T5處理總體考慮品質指標較好。

表5 生育期不同處理對蘋果產量、品質及作物水分生產率的影響

因此綜合以上試驗結果，采用處理T5作為推薦水肥組合方式，可以達到更好的節水高產效果。

3 結 論

(1)在各次灌水后土壤含水量發生顯著變化，隨著灌水量的增大，各層土壤含水量同期相應增大，各層土壤含水量均圍繞60%田間持水量發生變化，在20～60 cm土層土壤含水量最大，在8.6%～28.7%之間變化。

(2)5～6年生的新紅星蘋果在萌芽開花期耗水強度為1.28～3.22 mm/d；花后期耗水強度為1.97～4.10 mm/d；花芽分化期耗水強度為1.56～3.52 mm/d；果實膨大期耗水強度為2.90～4.91 mm/d；成熟期耗水強度為1.33～3.08 mm/d，落葉期耗水強度為0.97～2.15 mm/d。

(3)隨著生育期的推進，當施肥量相同灌水量不同時各個處理之間的葉綠素相差不大，當灌水量相同施肥量不同時，各處理中隨著施肥量的增加各處理葉綠素呈增加趨勢。

(4)蘋果的產量會隨著灌水量與施肥量的增加而增加，且施肥量對蘋果的產量較灌水量的影響大，綜合來看施肥量與灌水量的變化對果實的品質的影響不具有規律性。

(5)綜合5～6年生新紅星在平水年型(P=50%)下水肥一體化滴灌灌溉制度：灌溉定額3 450 m3/hm2，全生育期灌水12次，萌芽期300 m3/hm2，花期300 m3/hm2，花后期灌水2次分別為300 m3/hm2，花芽分化期2次分別為225 m3/hm2，果實膨大期4次分別為300 m3/hm2，成熟期1次，225 m3/hm2，落葉期375 m3/hm2；施純營養元素肥共675 m3/hm2，全生育期共施肥8次，其中萌芽開花期施肥75 m3/hm2(N∶P2O5∶K2O為2∶1∶1)，花后期2次，各施肥75 m3/hm2(N∶P2O5∶K2O為2∶1∶1)，花芽分化期90 m3/hm2(N∶P2O5∶K2O為2∶1∶2)，果實膨大期3次，各90 m3/hm2(N∶P2O5∶K2O為2∶1∶2)，成熟期90 m3/hm2(N∶P2O5∶K2O為1∶1∶3)。在以上處理下新紅星蘋果產量為6 237～8 318.85 m3/hm2，水分生產率為1.21～1.60 kg/m3。

□