覆蓋及虧缺灌溉對(duì)山地蘋果生長(zhǎng)、耗水及產(chǎn)量的影響

廖 陽(yáng)，曹紅霞，劉 星，薛文凱

(西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

陜北山地蘋果產(chǎn)區(qū)具有海拔高、土層厚、通風(fēng)好、光照時(shí)間長(zhǎng)、晝夜溫差大等自然條件優(yōu)勢(shì)，是世界上最大的蘋果產(chǎn)區(qū)[1]。然而該地區(qū)降雨少而不均，土壤水分蒸發(fā)大，加之蘋果樹強(qiáng)烈的蒸騰耗水作用，導(dǎo)致蘋果園水分的供需矛盾十分突出，嚴(yán)重影響到果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。因此，水資源短缺嚴(yán)重限制了陜北山地蘋果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

作為一種地面管理措施，地面覆蓋在干旱與半干旱區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用[3-5]。果園中土壤蒸發(fā)和作物蒸騰消耗了大量的水分，相對(duì)于傳統(tǒng)的裸地清耕種植模式，地面覆蓋可以通過減少地表暴露和土壤擾動(dòng)以減少土壤表面與大氣之間的水汽交換，有效地減少土壤蒸發(fā)，因此更多的水分可以被作物根系吸收，用于作物蒸騰。土壤溫度是影響作物生長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)境因子，它通過調(diào)節(jié)根區(qū)的水分和養(yǎng)分吸收來(lái)影響作物的生長(zhǎng)。已有研究表明，地面覆蓋能有效調(diào)節(jié)土壤溫度，不同的覆蓋材料對(duì)溫度的影響不同，這取決于覆蓋材料的性質(zhì)[6-7]。據(jù)報(bào)道，地膜覆蓋可以通過吸收更多的太陽(yáng)輻射、減少熱損失來(lái)提高土壤溫度[8-9]，而有機(jī)覆蓋，如秸稈、木屑，可以通過截取入射的太陽(yáng)輻射、減少熱交換來(lái)有效降低土壤溫度[10-11]。此外，地面覆蓋還可以提高土壤肥力[12]，調(diào)節(jié)降雨入滲[13]，影響作物生長(zhǎng)和生理狀況[4,14-15]。

在干旱與半干旱地區(qū)，常用虧缺灌溉來(lái)緩解缺水與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的矛盾。研究表明，作物對(duì)缺水具有一定的適應(yīng)性，適度缺水可能不會(huì)顯著降低作物產(chǎn)量[16]。為了評(píng)價(jià)果樹生長(zhǎng)對(duì)虧缺灌溉的響應(yīng)，學(xué)者們針對(duì)不同果樹做了大量的研究，如蘋果[17]、杏[18]、橙子[19]、葡萄[20]和梨棗[21]。研究發(fā)現(xiàn)，輕度的水分虧缺通過平衡營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)，抑制了果樹的過度生長(zhǎng)，因此不會(huì)影響作物的正常生長(zhǎng)與產(chǎn)量[22]。近些年，對(duì)地面覆蓋與虧缺灌溉均有大量的研究，但將兩者結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于果樹尤其是蘋果上的研究較少。因此，本研究的主要目的是研究地面覆蓋與虧缺灌溉對(duì)山地蘋果園蘋果生長(zhǎng)、土壤理化性質(zhì)、產(chǎn)量、WUE的影響，為陜北山地蘋果園的地面和灌溉管理提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018—2019年在陜西省榆林市子洲縣清水溝現(xiàn)代農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社(110°1′22″E，37°16′12″N)進(jìn)行。該區(qū)屬溫帶半干旱氣候，年平均無(wú)霜期170 d，年日照時(shí)數(shù)2 543.3 h，多年平均降水量428.1 mm,年均蒸發(fā)量2 290 mm。2019年生育期內(nèi)平均氣溫為20.8℃，高于2018年生育期內(nèi)平均氣溫(19.9℃)。2018年氣溫變化極不穩(wěn)定，尤其是萌芽開花期與果實(shí)成熟期，2018年4月6日、7日發(fā)生了極為嚴(yán)重的凍害，氣溫急劇降低，最低溫度達(dá)到了-5.5℃。2018、2019年有效降雨次數(shù)分別為30、22次(表1)，有效降雨量分別為486.8、452.2 mm。大部分降雨發(fā)生在果實(shí)膨大期，分別占到全年總降雨量的59.8%(2018年)、48.3%(2019年)。該區(qū)海拔1 100～1 200 m，地貌以丘陵溝壑為主，土壤類型主要為沙壤土，0～1 m土層平均土壤容重為1.41 g·cm-3，平均田間持水量為0.30 cm3·cm-3，平均pH值為8.5，塬面平均地下水埋深在50 m以下，是典型旱作中、晚熟蘋果適生區(qū)。園區(qū)內(nèi)果樹生長(zhǎng)健壯，無(wú)病蟲害，果樹生長(zhǎng)管理狀況在該區(qū)域具有代表性。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取8 a生蘋果‘密脆’(MalusdomesticaBorkh. cv. Honeycrisp)為試驗(yàn)材料，株行距為3.5 m×2 m(種植密度1 429株·hm-2)，東西向種植。樹干直徑9.5～10.6 cm，樹高2.7～3.0 m，樹體長(zhǎng)勢(shì)均一，個(gè)體差異小。根據(jù)‘蜜脆’蘋果的物候期規(guī)律，將整個(gè)生育期分為4個(gè)階段：萌芽開花期(I期，4月上旬—5月中旬)，葉片生長(zhǎng)期(II期，5月下旬—6月中旬)，果實(shí)膨大期(III期，6月下旬—8月下旬)，果實(shí)成熟期(IV期，9月上旬—9月下旬)。

試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置2個(gè)因素，分別是覆蓋與灌水。共有3個(gè)覆蓋處理：園藝地布覆蓋、秸稈覆蓋、裸地清耕。地布覆蓋(FM)：免耕，沿樹行向兩側(cè)挖10 cm深、1.2 m寬的溝，溝土堆于溝兩側(cè)，并修成深寬比為1∶12的斜面。溝兩側(cè)斜坡各覆蓋1 m寬園藝地布，溝底20 cm不覆地布，覆上果園修剪時(shí)遺留的枝條、落葉，以利于集雨，地布兩側(cè)用土壓實(shí)(圖1a,圖1b)。秸稈覆蓋(SM)：免耕，覆蓋秸稈前先平整地面，保證地面水平無(wú)斜坡。秸稈覆蓋層共分為上、下兩層，下層覆蓋7 cm厚粉碎過的秸稈節(jié)段，上層覆蓋約3 cm厚的完整秸稈，保證覆蓋層總厚度約為10 cm，秸稈取自果園附近玉米地。秸稈覆蓋層之上加蓋尼龍網(wǎng)以穩(wěn)固秸稈層(圖1c，圖1d)。穩(wěn)固層秸稈在覆蓋之前需在陽(yáng)光下暴曬3 d以殺死秸稈中的害蟲及病菌，秸稈覆蓋區(qū)域?yàn)闃湫凶笥覂蓚?cè)各1.2 m寬區(qū)域，10月份補(bǔ)施秸稈。裸地清耕(TL)：清耕，地表裸露。共設(shè)有3個(gè)灌水梯度，充分灌溉(W1)：85%θf(wàn)(θf(wàn)為田間持水量)、輕度虧缺灌溉(W2)：75%W1、重度虧缺灌溉(W3)：50%W1。采用滴灌方式灌水，滴灌管(φ16 mm)沿種植行左右兩側(cè)布置(圖1)，兩側(cè)滴灌管平行于樹行布置且距離樹行0.6 m，其中FM處理與SM處理的滴灌管放置于覆蓋層之下；滴頭流量3 L·h-1，滴頭間距30 cm，每個(gè)灌水小區(qū)采用獨(dú)立水表和閘閥控制灌水。以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)雨養(yǎng)蘋果樹作為對(duì)照(CK)，因此有TLW1, TLW2，TLW3, FMW1, FMW2, FMW3, SMW1, SMW2, SMW3, CK共10個(gè)處理，每個(gè)處理有3～5棵蘋果樹，重復(fù)3次，且在每個(gè)獨(dú)立小區(qū)周圍設(shè)置保護(hù)樹。于10月初(采摘后)以700 kg·hm-2P2O5、570 kg·hm-2K2O和430 kg·hm-2尿素作為基肥進(jìn)行施用，第2年6月中旬再追施430 kg·hm-2K2O和 300 kg·hm-2尿素。各小區(qū)除試驗(yàn)處理措施外其他農(nóng)藝管理措施一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

試驗(yàn)地建有全自動(dòng)氣象站，可監(jiān)測(cè)降雨、氣溫、大氣壓強(qiáng)、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射、風(fēng)速與風(fēng)向等氣象指標(biāo)，單次降雨量大于5 mm的降雨被視為有效降雨。

新梢長(zhǎng)度從其長(zhǎng)度10 cm左右開始測(cè)量，在蘋果樹東、南、西、北各個(gè)方位各選取2個(gè)新梢，共8個(gè)新梢，每隔7 d使用軟皮尺和游標(biāo)卡尺測(cè)量新梢長(zhǎng)度、新梢直徑，直至新梢停止生長(zhǎng)。采用冠層分析系統(tǒng)(Sunscan)從葉片生長(zhǎng)期開始，每隔7 d測(cè)定葉面積指數(shù)(LAI)，直至生育期結(jié)束。

在TLW1, TLW3, FMW1, FMW3, SMW1, SMW3與CK處理中各選取一株具有代表性的試驗(yàn)樹，用直角地溫計(jì)分別測(cè)定5、10、15、20、25 cm 5個(gè)土層的土壤溫度，每7 d定時(shí)(8∶00、10∶00、12∶00、14∶00、16∶00、18∶00、20∶00)測(cè)定1次。

表1 蘋果生育期有效降雨

采用TRIME-T3管式TDR系統(tǒng)(德國(guó)IMKO公司)每隔10 d左右測(cè)定土壤水分，距樹行40、80 cm埋設(shè)Trime管(圖1)，每隔20 cm測(cè)定土壤含水率，直至土深100 cm為止。以裸地清耕充分灌溉處理(TLW1)土壤含水量是否低于70%θf(wàn)為依據(jù)，判斷是否灌水，若低于70%θf(wàn)則進(jìn)行灌水。灌水量計(jì)算公式為：

W=1000P×H×(θmax-θTLW1)

(1)

式中,W為灌水量(mm)；P為計(jì)劃濕潤(rùn)比，取0.3；H為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(m)，取0.8 m；θmax為灌水上限(v/v,%)，即85%θf(wàn)；θTLW1為TLW1處理灌水前土壤含水率(v/v,%)。

2018、2019年分別灌水7、6次，均發(fā)生在前3個(gè)生育期，W1、W2、W3總灌水量分別為122.6、92.0、61.3，123.5、92.6、61.8 mm(圖2)。

1.輸水管 Water delivery pipe;2.滴灌管 Drip irrigation pipe;3.Trime管 Trime tube;4.園藝地布 Horticultural fabric;5.尼龍網(wǎng) Nylon net;6.玉米秸稈 Corn straw;7.蘋果樹 Apple tree;8.土壤 Soil;9.完整秸稈 Complete straw;10.秸稈節(jié)段 Straw section圖1 地布覆蓋與秸稈覆蓋布置示意圖Fig.1 Layout plan of FM and SM treatments

圖2 蘋果生育期有效降雨量、灌水量和氣溫Fig.2 Effective precipitation, irrigation and air temperature during apple growth seasons

2018、2019年采摘時(shí)間分別為9月17日、9月21日，蘋果采摘時(shí)對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定。

作物耗水量計(jì)算公式為：

ET=ΔW+I+P+G-D-R

(2)

式中，ET為作物耗水量(mm)；ΔW為生育期初土壤儲(chǔ)水量減去生育期末土壤儲(chǔ)水量(mm)；I為灌水量(mm)；P為有效降雨量(mm)；G為地下水補(bǔ)給量(mm)；D為深層滲漏量(mm)；R為地表徑流(mm)。試驗(yàn)地地下水位在50 m以下，深層滲漏量與地表徑流較小，故不考慮地下水補(bǔ)給、深層滲漏與地表徑流。故公式簡(jiǎn)化為：

ET=ΔW+I+P

(3)

水分有效利用率(WUE)計(jì)算公式為：

WUE=Y/ET

(4)

式中，Y為作物產(chǎn)量(t·hm2)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，使用最小顯著性差異法(LSD)在P<0.05的顯著性水平上進(jìn)行多重比較，使用Origin 2018軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋及虧缺灌溉對(duì)蘋果新梢生長(zhǎng)及葉面積指數(shù)(LAI)的影響

表3為2018—2019年不同覆蓋及虧缺灌溉處理下的新梢長(zhǎng)度、新梢莖粗、LAI。由于凍害的影響，2018年新梢長(zhǎng)度、莖粗、LAI平均值分別只有2019年的80%、87%、85%。2 a間覆蓋極顯著地(P<0.01)增加了新梢長(zhǎng)度與莖粗。2018年FM與SM 的新梢長(zhǎng)度分別較TL增加14.22%、18.67%，2019年則分別增加10.16%、16.84%。2018年FM與SM新梢莖粗分別較TL增加19.43%、23.22%，2019年則分別增加14.98%、19.43%。

表2 2018—2019年充分灌溉(W1)灌水量

表3 覆蓋及虧缺灌溉對(duì)蘋果新梢、LAI的影響

不同的水分虧缺并未對(duì)新梢長(zhǎng)度產(chǎn)生顯著性影響。TL處理下新梢莖粗隨著灌水量的減少而減少， 且2019年，TLW1顯著高于TLW3，但TLW1與TLW2差異不顯著。覆蓋處理下新梢莖粗隨著灌水量的減少而減少，但差異均不顯著。不同的水分虧缺處理未對(duì)LAI產(chǎn)生顯著性影響，覆蓋處理下LAI較TL有所增加，但未產(chǎn)生顯著性的差異。CK處理下新梢長(zhǎng)度、新梢莖粗及LAI均處在最低的水平。因此，覆蓋能提高蘋果樹樹體生長(zhǎng)量、增強(qiáng)蘋果樹的長(zhǎng)勢(shì)，且秸稈覆蓋優(yōu)于地布覆蓋；灌水對(duì)樹體長(zhǎng)勢(shì)的提升主要體現(xiàn)在新梢莖粗上，對(duì)新梢長(zhǎng)度沒有影響。覆蓋和灌水以及兩者的交互作用均對(duì)LAI影響不顯著。

2.2 覆蓋及虧缺灌溉對(duì)土壤溫度的影響

圖3為2018、2019年蘋果生育期不同處理下土壤溫度的變化情況。在這2年中，盡管土壤溫度變化有著一定的波動(dòng)，但總體上2 a的土壤溫度變化均呈現(xiàn)出先增加后減少的變化趨勢(shì)。不同灌水梯度下土壤溫度并未產(chǎn)生顯著性差異。不同的覆蓋處理對(duì)土壤溫度變化產(chǎn)生的影響不同。FM與TL和CK的土壤溫度無(wú)顯著差異。SM土壤溫度在整個(gè)生育期中均顯著低于其他處理，2018、2019年SM土壤溫度較同時(shí)期TL土壤溫度分別低0.77℃～4.49℃、1.71℃～6.30℃，且隨著生育期進(jìn)程差異逐漸減小。表4是2018—2019年蘋果各生育期的土壤溫度日變化變異系數(shù)。由表4可知，2018年在I期、II期、IV期土壤溫度日變化變異系數(shù)較高，而2019年土壤溫度僅在I期有著較高的日變化變異系數(shù)，這可能與2018年氣溫的不穩(wěn)定有關(guān)。在2 a的各個(gè)生育期中，SM均顯著降低了土壤溫度日變化變異系數(shù)，這說(shuō)明秸稈覆蓋可以有效緩沖與調(diào)控土壤溫度變化。這從降雨氣溫下降后土壤溫度的變化中也能得到體現(xiàn)，在4次降雨(2018年6月18日，2019年4月27日、7月10日、8月24日)后的土壤溫度監(jiān)測(cè)中，各處理土壤溫度均有較大幅度的下降，而SM土壤溫度的變化則相對(duì)緩和。

2.3 覆蓋及虧缺灌溉對(duì)蘋果樹耗水量的影響

表5為2018—2019年不同覆蓋及水分虧缺處理下各生育期的蘋果耗水量。2 a間蘋果耗水量差異較小，2018年和2019年蘋果耗水量分別在475.44～580.24 mm、450.20～592.42 mm。蘋果各生育期耗水量依次為：III期>I期>II期>IV期，I期耗水量占生育期總耗水量的24%～28%，II期耗水量約占17%～20%，IV期耗水量約期占8%～11%，而III期耗水量占全生育期的44%～47%，遠(yuǎn)高于其他3個(gè)時(shí)期，這可能是由于這一時(shí)期蘋果進(jìn)入生長(zhǎng)旺盛期，加之氣溫較高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，蘋果園蒸發(fā)蒸騰作用較強(qiáng)。前3個(gè)生育期虧缺灌溉對(duì)蘋果耗水量產(chǎn)生了極顯著影響(P<0.01)，但在IV期并未產(chǎn)生顯著差異。而覆蓋對(duì)后2個(gè)生育期蘋果耗水量產(chǎn)生了顯著影響(P<0.05)。值得注意的是，相同的水分虧缺下，III期SM耗水量不僅顯著低于TL，也顯著低于FM。

圖3 2018—2019年蘋果生育期土壤溫度變化Fig.3 Variation of soil temperature during the growth season of apple in 2018 and 2019

表4 2018—2019年土壤溫度日變化變異系數(shù)/%

表5 蘋果生育期耗水量

不同水分虧缺處理下蘋果生育期總耗水量差異顯著，隨著虧缺程度的加重，蘋果總耗水量逐漸降低，且灌溉條件下蘋果總耗水量相對(duì)于CK顯著增加。2 a中，W2、W3分別較W1平均節(jié)水5.6%、10.7%。同一灌水梯度下，TL在各個(gè)生育期耗水量普遍大于FM與SM，2018年TL總耗水量較FM、SM生育期分別高29.81、27.63 mm，2019年則分別高23.41、36.80 mm。

2.4 覆蓋及虧缺灌溉對(duì)蘋果產(chǎn)量及WUE的影響

圖4是2018—2019年不同覆蓋及虧缺灌溉處理下的蘋果產(chǎn)量及WUE。2018年春季發(fā)生的凍害嚴(yán)重影響到蘋果產(chǎn)量，2018年蘋果平均產(chǎn)量?jī)H為2019年的49.9%。2 a中覆蓋均顯著提升了蘋果產(chǎn)量，2018年FM及SM平均產(chǎn)量分別為20.8、21.5 t·hm-2，均顯著高于TL(16.9 t·hm-2)與CK(14.2 t·hm-2);2019年也出現(xiàn)了相同的規(guī)律，F(xiàn)M、SM平均產(chǎn)量為42.6 t·hm-2，42.7 t·hm-2，顯著高于TL(34.0 t·hm-2)與CK(28.3 t·hm-2)。總的來(lái)看，F(xiàn)M與SM在2年中產(chǎn)量較TL提高了24.8%、25.9%。但在FM與SM處理下，不同的水分虧缺并未對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響。僅就虧缺灌溉對(duì)產(chǎn)量的影響來(lái)看，2018、2019年TL處理平均產(chǎn)量較CK增加14.2%與20.0%。2018年TL不同水分處理間并未出現(xiàn)顯著性差異，2019年TLW1產(chǎn)量顯著高于TLW3，但與TLW2之間未出現(xiàn)顯著性差異。各處理中，SMW1(21.88 t·hm-2)和FMW1(44.37 t·hm-2)的產(chǎn)量分別在2018年和2019年最高，CK的產(chǎn)量在2018年(14.21 t·hm-2)與2019年(28.31 t·hm-2)均最低。

無(wú)論是受到凍害的年份，還是正常年份，覆蓋均顯著提升了蘋果WUE。2018年FM、SM、TL處理WUE分別在3.74～3.99、3.84～4.22、3.03～3.10 kg·m-3，2019年則分別在7.56～7.95、7.49～8.10、5.89～6.26 kg·m-3。在覆蓋處理下，重度虧缺處理有著最高的WUE。TL處理在2018年重度虧缺也有著最高的WUE，而在2019年中度虧缺有著最高的WUE，CK處理WUE在這2年中均處于最低的水平。

圖4 2018—2019年蘋果產(chǎn)量及水分利用效率(WUE)Fig.4 Apple yield and WUE in 2018 and 2019

3 討 論

本研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋處理可以有效提升蘋果樹的長(zhǎng)勢(shì)，顯著增加新梢長(zhǎng)度及新梢莖粗，在秸稈覆蓋下效果更為顯著。這與之前的研究結(jié)果相似：覆蓋能有效增加樹體生長(zhǎng)量，其中有機(jī)覆蓋增加效果更為明顯[12-23]。El Jaouhari等[24]在研究中發(fā)現(xiàn)虧缺灌溉對(duì)新梢長(zhǎng)度沒有影響，但會(huì)顯著影響到新梢莖粗，且隨著虧缺的加重，莖粗逐漸降低。本研究中，2 a的虧缺灌溉并未影響到新梢長(zhǎng)度，新梢莖粗隨著虧缺程度的加重而降低，TL處理下更為明顯，但僅2019年達(dá)到顯著的差異，TLW1顯著高于TLW3，這可能是2018年的凍害和覆蓋下較高的土壤蓄水量抵消了部分灌水的效果。

土壤溫度是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子，其變化是隨太陽(yáng)輻射和大氣溫度變化吸收和釋放能量的過程[25]。在我們的研究中，SM處理顯著降低了土壤溫度，且隨著生育期的推進(jìn)差異逐漸減小，這與贠學(xué)鋒等[26]的研究結(jié)果一致。這可能是因?yàn)樵谕寥罍囟壬仙纳谇捌冢琒M有效延緩了土壤溫度的增加，因此與其他處理間的差異較大，而在土壤溫度下降的生育后期，SM又能延緩?fù)寥罍囟鹊南陆担虼藴p少了與其他處理間的差異。另一方面，秸稈會(huì)分解成殘?jiān)c有機(jī)質(zhì)而消減覆蓋效果。此外，隨著生育期推進(jìn)，冠層的增加和裸土面積減少也會(huì)降低覆蓋效果[27]。地溫的升高往往會(huì)導(dǎo)致作物物候期的提前，而地溫的降低也常會(huì)導(dǎo)致作物物候期的延后[26,28]。蘋果花的抗凍性更多取決于環(huán)境因素而非基因型，其抗凍性在紅芽期最高，隨著花期的進(jìn)行逐漸降低[29]，因此晚花型的蘋果樹受凍害的影響較小。秸稈覆蓋在早春升溫時(shí)能有效降低地溫，有利于降低蘋果花期凍害帶來(lái)的影響。但也有研究認(rèn)為秸稈等有機(jī)覆蓋會(huì)抑制早春地溫的上升，不利于根系生長(zhǎng)發(fā)育，影響作物生長(zhǎng)[30]。秸稈在土壤表面形成溫度隔離層，可以有效緩沖和調(diào)控土壤溫度的變化，降低土壤溫度波動(dòng)，有利于根系生長(zhǎng)及養(yǎng)分的吸收供給[23]，這在生育期的變化與日變化中均有所體現(xiàn)。馮浩等[31]在研究中發(fā)現(xiàn)，土壤水分變化會(huì)對(duì)土壤熱力學(xué)特性產(chǎn)生影響，引起土壤溫度降低。本研究中，降雨后土壤溫度均發(fā)生了降低，SM顯著地減弱了雨后土壤溫度的變化幅度。

蘋果樹的蒸騰強(qiáng)烈，耗水量高于普通農(nóng)作物，在水資源短缺的干旱與半干旱區(qū)，盡可能滿足蘋果樹的需水要求是保證該區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。土壤水分被認(rèn)為是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的最重要因素之一，即使土壤蓄水量發(fā)生很小的變化，也會(huì)極大影響作物的生產(chǎn)能力[32]。降雨與灌水是補(bǔ)充果園水分的兩條主要途徑，因此探尋降雨、灌水及蘋果樹耗水規(guī)律具有重要的意義。由圖2可知，灌水事件主要發(fā)生在生育期前期，而降雨事件主要發(fā)生在生育期后期，這體現(xiàn)了降雨和灌水在補(bǔ)充和保持土壤水分上的時(shí)間互補(bǔ)性。在前3個(gè)生育期，虧缺灌溉對(duì)蘋果耗水量產(chǎn)生了極顯著影響(P<0.01)，而在后2個(gè)生育期，覆蓋對(duì)蘋果耗水量產(chǎn)生了顯著影響(P<0.05)。這是由于灌溉發(fā)生在前3個(gè)生育期，而生育期后期氣溫高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)導(dǎo)致土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，而覆蓋在土壤表面阻止了土壤-大氣界面的水汽交換，因此有效降低了水分蒸發(fā)，使土壤蓄水量保持在一個(gè)較高的水平。粟曉玲等[33]在石羊河流域下游蘋果園中對(duì)滴灌條件下果園耗水規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明全生育期耗水量變化呈單峰型，6月中旬—7月上旬土壤耗水強(qiáng)度最大；鐘韻等[17]研究了蘋果的耗水規(guī)律，結(jié)果表明各生育階段耗水量依次為III期>II期>I期>IV期，III期耗水量最大，占到整個(gè)生育期的59%～71%。本研究發(fā)現(xiàn)，蘋果各生育期耗水量依次為：III期>I期>II期>IV期，其中III期耗水量最大，占到全生育期耗水量的44%～47%，這與鐘韻的結(jié)論總體上相似，而形成部分差異的原因可能是由于品種和生育期劃分的不同。在III期，相同的水分虧缺下SM耗水量不僅顯著低于TL，也顯著低于FM，這可能與秸稈不僅能降低蒸發(fā)，還可以吸收降雨增加降雨入滲有關(guān)。秸稈作為有機(jī)覆蓋物，其本身可以在土壤表面形成集雨吸收層和地面障礙物。因此，秸稈覆蓋不僅可以吸收部分降雨，而且可以有效地延緩和防止地表積水和徑流的形成[11，34]。在生育期后期高頻、大量的降雨事件中，F(xiàn)M處理中部分降雨將形成地表積水和徑流，而秸稈的吸收能力為水分入滲提供了額外途徑[35]。秸稈中的這種滯留水在幾天內(nèi)逐漸釋放，增加了降雨入滲[11]。在我們的研究中，覆蓋減少耗水量，增加了土壤貯水量，這與高茂盛等[36]在渭北旱作蘋果園中的研究結(jié)果一致。鄭悅等[37]研究了覆蓋處理下渭北旱地矮化蘋果的耗水規(guī)律，發(fā)現(xiàn)覆蓋減少無(wú)效蒸發(fā)15.16～26.93 mm，但與本研究結(jié)果不同的是其耗水量較清耕增加12.27～25.61 mm，這可能是品種及試驗(yàn)環(huán)境產(chǎn)生的差異。

2018年春季發(fā)生的凍害不僅影響到作物長(zhǎng)勢(shì)，也極大地降低了蘋果產(chǎn)量與WUE。本研究表明，無(wú)論是發(fā)生凍害的年份還是正常的年份，覆蓋均顯著提高了作物產(chǎn)量。這與贠學(xué)鋒等[26]覆蓋處理提升了產(chǎn)量的研究結(jié)果一致，這可能是因?yàn)楦采w改善了土壤微環(huán)境，有利于根系吸收水分、養(yǎng)分，提升作物長(zhǎng)勢(shì)，增加作物產(chǎn)量。Wang等[38]的研究也出現(xiàn)了類似的結(jié)果，該研究同時(shí)提出由于產(chǎn)量提升，耗水量下降，WUE也得到了大幅提高。由于受凍害的影響，2018年不同的水分虧缺處理對(duì)蘋果產(chǎn)量未產(chǎn)生顯著性影響。2019年在TL處理下，TLW1產(chǎn)量顯著高于TLW3，而TLW2在降低25%灌水量的情況下產(chǎn)量沒有顯著的下降，這與Zhou等[39]的研究結(jié)果一致，這說(shuō)明蘋果對(duì)水分虧缺具有一定的適應(yīng)性，適度的水分虧缺不一定會(huì)降低蘋果產(chǎn)量[16,24]。但在覆蓋下水分虧缺對(duì)產(chǎn)量未產(chǎn)生顯著性的影響，這可能是因?yàn)楦采w減少了地表裸露與土壤擾動(dòng)，減少了土壤蒸發(fā)，土壤含水率保持在較高的水平，降低了灌水需要，因此與裸地清耕保持相同灌水量的虧缺灌溉并未對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響。

4 結(jié) 論

1)覆蓋可以有效提高蘋果樹體生長(zhǎng)量，增強(qiáng)樹勢(shì)，且秸稈覆蓋優(yōu)于地布覆蓋。虧缺灌溉對(duì)新梢長(zhǎng)度未產(chǎn)生顯著影響，但提高了新梢莖粗。

2)2018—2019年，SM在整個(gè)生育期較TL降低土壤溫度0.77℃～6.30℃，且隨著生育期的推進(jìn)，其降低的幅度減小。在每個(gè)生育期，SM均有效降低了土壤溫度日變化變異系數(shù)，有效穩(wěn)定地溫，F(xiàn)M沒有對(duì)土壤溫度產(chǎn)生顯著性影響。

3)蘋果樹各生育期耗水量依次為：III期>I期>II期>IV期，其中III期耗水量占全生育期的44%～47%，遠(yuǎn)高于其他時(shí)期。W2、W3分別較W1平均節(jié)水5.6%、10.7%，覆蓋下蘋果耗水量較TL減少23.41～36.80 mm。

4)FM與SM均顯著增加了蘋果產(chǎn)量與WUE，且兩者之間無(wú)顯著差異。在TL處理下，隨著水分虧缺加重，蘋果產(chǎn)量逐漸降低，且在2019年，TLW1產(chǎn)量顯著高于TLW3，但在覆蓋下虧缺灌溉對(duì)蘋果產(chǎn)量并未產(chǎn)生顯著性影響。