滴灌條件下釀酒葡萄園土壤速效養(yǎng)分和水分遷移特征

葛新偉，張 霞，王 銳，高陸旭，孫 權(quán)

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，銀川 750021)

0 引 言

水是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的最重要的因素之一，在西北地區(qū)水資源十分匱乏，僅占全國(guó)水資源總量的8%[1]。西部地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)條件差，生產(chǎn)條件簡(jiǎn)單，釀酒葡萄的種植還是沿用了傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理方式，盲目大水漫灌，照成了水資源的極大浪費(fèi)，也增加了生產(chǎn)成本[2]。寧夏紅寺堡地區(qū)屬于賀蘭山東麓釀酒葡萄優(yōu)質(zhì)產(chǎn)區(qū)，光熱充足，地源條件與世界許多特色優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)相似，但是本地區(qū)干旱缺水，年降水量250 mm，年均蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量[3-4]。隨著水肥一體化技術(shù)的推進(jìn)，科學(xué)種植理念的普及，現(xiàn)在灌水情況已經(jīng)有了一定的改善。但是受傳統(tǒng)思維的影響，很多葡萄園采用滴灌系統(tǒng)以后，仍然采用大量滴水的方式，這樣同樣是造成了水資源極大地浪費(fèi)。灌溉量過高也會(huì)造成土壤內(nèi)硝態(tài)氮的淋溶，甚至造成作物減產(chǎn)[5,6]。

因此，釀酒葡萄園的水肥管理一方面要滿足葡萄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的需要，另一方面要減少不合理水的過多投入，降低成本。

近幾年，水肥一體化技術(shù)對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)影響的研究較多，但是對(duì)于釀酒葡萄園水分和養(yǎng)分在土壤刨面中的遷移的研究較少。本試驗(yàn)以4年生釀酒葡萄“赤霞珠”為研究對(duì)象，采用田間試驗(yàn)方法研究灌水量對(duì)釀酒葡萄園土壤養(yǎng)分和水分遷移的影響。旨在建立適宜該地區(qū)釀酒葡萄種植的合理灌水制度，進(jìn)而為釀酒葡萄園水分進(jìn)行綜合管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016年5-10月在寧夏吳忠市紅寺堡區(qū)匯達(dá)酒莊釀酒葡萄基地進(jìn)行，該區(qū)域?qū)俚湫偷拇箨懶詺夂?，光能資源豐富，平均日照時(shí)長(zhǎng)為7.8～8.3 h，年均日照數(shù)在2 800 h以上，晝夜溫差10～15 ℃，年均溫度8.8 ℃，年均降雨量250 mm，年均蒸發(fā)量為降雨量9倍左右，氣候干燥。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為4年生赤霞珠，南北行向定植，株行距為0.5 m×3.5 m，單籬架，獨(dú)立龍干形整形方式，灌溉方式為滴灌。

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理，以1.05×103m3/hm2灌水量為第一梯度，各梯度之間梯度間隔為600 m3，即A處理：灌水量為1.05×103m3/hm2；B處理：灌水量為1.65×103m3/hm2；C處理：灌水量為2.25×103m3/hm2；D處理：灌水量為2.85×103m3/hm2；E處理：灌水量為3.45×103m3/hm2；F處理：灌水量為4.05×103m3/hm2；每個(gè)處理做3次重復(fù)，小區(qū)面積為70 m2，各小區(qū)施肥為450 kg/hm2全營(yíng)養(yǎng)滴灌肥，其中養(yǎng)分含量分別為純N 225 kg/hm2，P2O5390 kg/hm2，K2O 115 kg/hm2。

灌水方式為滴灌，整個(gè)生育期，從5月初到9月初，灌水8次，每次灌水按照試驗(yàn)方案實(shí)施灌溉，用水表控制灌水量，灌水時(shí)先施用滴灌肥。在釀酒葡萄生育期間，采用土鉆取不同處理的土壤表面土樣，根據(jù)樹體根系生長(zhǎng)深度，確定取樣深度為0～80 cm土層，每20 cm土層為一個(gè)樣品。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

測(cè)定不同土層中的速效養(yǎng)分量，即水解氮(堿解氮)、有效磷、速效鉀含量，不同土層中的土壤含水量、容重，田間持水量。土壤含水量采用烘干法測(cè)定，土壤容重、田間持水量采用環(huán)刀法測(cè)定，土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷含量采用鉬銻抗比色法，速效鉀含量采用火焰光度計(jì)法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以Excel 2003軟件整理數(shù)據(jù)和作圖，同時(shí)采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用鄧肯多重極差對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平為(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)量的影響

釀酒葡萄的產(chǎn)量是葡萄生產(chǎn)中一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，由表1可以得出，隨著灌水量的增加葡萄的產(chǎn)量先增加后減少，各處理之間產(chǎn)量都有差別，除了A、B兩個(gè)處理間差異不顯著之外，其他各處理之間產(chǎn)量差異都達(dá)到顯著水平。其中處理D的產(chǎn)量達(dá)到最高，比處理A產(chǎn)量高出了88.3%，比處理B產(chǎn)量高出了76.7%。處理E、F兩個(gè)處理的產(chǎn)量均低于處理D，其中處理F與D差異達(dá)到顯著水平，產(chǎn)量降低了8.4%。試驗(yàn)表明，虧缺灌溉和過量灌溉均會(huì)造成作物不同程度的減產(chǎn)。

表1 不同處理下釀酒葡萄的產(chǎn)量 t/hm2Tab.1 Effect of different treatments on yield of wine grapes

注：數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同灌水量對(duì)土壤養(yǎng)分遷移的影響

2.2.1 土壤中堿解氮的含量變化

由表2可得，隨著灌水量的增加，0～20 cm土層中堿解氮的含量隨著灌水量的增加呈下降趨勢(shì)，20～80 cm土層卻呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，各土層水解氮的含量隨著灌水量的增加而增加。0～20 cm土層中水解氮含量與灌水量有著密切的關(guān)系，D、E、F處理的堿解氮含量與前面A、B、C處理呈現(xiàn)顯著差異，且灌水量最高的F處理堿解氮含量最低，比A處理降低了19.8 %。20～80 cm土層中，各層土層的堿解氮含量都隨著灌水量的增加呈現(xiàn)不同程度的增加，從 20～40 cm和40～60 cm土層中的堿解氮含量看,E、F處理顯著高于其他處理，A、B、C、處理之間差異不顯著，F(xiàn)處理的堿解氮與A處理相比變化最大，比A處理分別高出了13.4 %和17.7 %。從土層深度看，隨著土層深度的增加A、B、C處理的堿解氮含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，D、E、F處理的堿解氮含量呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)。從0～80 cm 堿解氮累積總量可得，處理E、F的積累量顯著高于A、B、C、D處理，A、B、C、D處理之間差異不顯著。其中0～60 cm 堿解氮累積總量D處理最低，表明該處理的堿解氮被植物吸收利用的較其他處理多。綜上可得，土壤中堿解氮有隨水向下遷移的趨勢(shì)，灌水量越多堿解氮向深層遷移的量越大。

表2 不同滴灌量下不同土壤層次水解氮的累積量Tab.2 Effects of different drip irrigation amounts onavailable N accumulation in different soil layers

注：累計(jì)總量=各層土壤體積×土壤容重×堿解氮含量之和。

2.2.2 土壤中有效磷含量變化

由表3可知，土壤中各土層內(nèi)的有效磷含量均較為接近，隨著灌水量的增加，0～20 cm和20～40 cm土層中速效磷的含量隨著灌水量的增加呈下降趨勢(shì)，40～80 cm土層卻呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，各土層有效磷的含量隨著灌水量的增加而增加。0～20 cm土層中是有效磷含量與灌水量有著一定的關(guān)系，D、E、F處理的有效磷含量與C處理呈現(xiàn)顯著差異，與其他處理差異不顯著。20～40 cm土層中，土層的有效磷含量隨著灌水量的增加而降低，但是各處理之間差異不明顯。從土層深度看，隨著土層深度的增加各處理的有效磷含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但下降的程度不同，處理F的下降程度最小，表明有效磷含量隨著土層深度的加深有向下遷移的趨勢(shì)。0～80 cm 有效磷累積總量各處理之間差異不明顯，但是0～60 cm 有效磷的累積量與灌水量有著一定的關(guān)系，即有效磷累積量有隨著灌水量增加而減少的趨勢(shì)，表明灌水量的增加會(huì)造成有效磷的淋失。在0～60 cm土層有效磷的累積量先降低后升高，在 D處理處的有效磷累積量最低，又結(jié)合葡萄產(chǎn)量表明D處理下葡萄對(duì)有效磷的吸收利用最多。綜上可得，土壤中有效磷有隨水向下遷移的趨勢(shì)，灌水量越多有效磷向深層遷移的量越大。

表3 不同滴灌量下各土壤層次有效磷的累積量Tab.3 Effects of different drip irrigation amounts onavailable P accumulation in different soil layers

2.2.3 土壤中速效鉀的含量

由表4可得，隨著灌水量的增加，0～20和20～40 cm土層中速效鉀的含量隨著灌水量的增加呈下降趨勢(shì)，40～80 cm土層卻呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，各土層速效鉀的含量隨著灌水量的增加而增加。0～20 cm和20～40 cm土層中速效鉀的含量與灌水量有著密切的關(guān)系，D、E、F處理的速效鉀含量與前面A、B、C處理均呈現(xiàn)顯著差異，且灌水量最高的F處理速效鉀含量最低，比A處理分別降低了14.6%和10.9%。40～80 cm土層中，各層土層的速效鉀含量都隨著灌水量的增加呈現(xiàn)不同程度的增加，從 40～60 cm土層中的速效鉀含量看,E、F處理顯著高于其他處理，A、B、C處理之間差異不顯著，F(xiàn)處理的速效鉀與A處理相比變化最大，比A處理高出了11.9%。從土層深度看，隨著土層深度的增加A、B、C處理的速效鉀含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，D、E、F處理的速效鉀含量呈現(xiàn)先降低后增加再降低的趨勢(shì)。從0～80 cm 速效鉀累積總量可得，處理E、F的積累量顯著低于A、B、C處理，其中A處理的積累量最高，達(dá)到顯著水平。其中0～60 cm 速效鉀累積總量D處理最低，表明該處理的速效鉀被植物吸收利用的較其他處理多。綜上可得，土壤中速效鉀有隨水向下遷移的趨勢(shì)，灌水量越多速效鉀向深層遷移的量越大。

表4 不同滴灌量下不同土壤層次速效鉀的累積量Tab.4 Effects of different drip irrigation amounts on available Kaccumulation in different soil layers

2.3 不同灌水量對(duì)土壤中水分遷移的影響

圖1、2 為灌水后3 d與灌水后8 d的土壤剖面含水量，由圖1可得，在0～20 cm土層中各處理的土壤含水量低于20～100 cm的其他土層的含水量，表明灌水后土壤中的表層水向下遷移；在20～60 cm土層各處理水分含量的變化趨勢(shì)一致，該土層區(qū)域是葡萄根的主要分布區(qū)域；60～100 cm土層各處理含水量變化不明顯。在0～100 cm土層中F處理的土壤含水量是明顯高于其他處理，A處理的土壤含水量最低。由圖2可得，在葡萄園灌水8 d后，0～60 cm土層的土壤含水量明顯低于灌水后3 d的土壤含水量, 60～80 cm 土層土壤含水量基本持平，80～100 cm土層的土壤含水量高于灌水后3 d的土壤含水量。以上分析可得，釀酒葡萄園土壤刨面各土層的土壤含水量與灌水量密切相關(guān)，且隨著灌水量的增加而增加。由于紅寺堡地區(qū)釀酒葡萄的根系主要分布在30～60 cm土層，有機(jī)肥的施肥層也集中在該層次，當(dāng)水分遷移到60 cm土層以下時(shí)，能被葡萄利用的量極少。因此，灌水量過大會(huì)造成過多水分向土壤深層遷移，降低水分的利用率，處理A、B、C、D的水分向深層土壤遷移量相對(duì)較少，水分利用率較高，與表1釀酒葡萄的產(chǎn)量相結(jié)合可得，處理D 的灌水量既提高了水分利用率，又保證了釀酒葡萄的產(chǎn)量。

圖1 灌水3 d后土壤剖面含水量

圖2 灌水8 d后土壤剖面含水量

3 討 論

灌溉方式和灌溉量一直以來是釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的研究的重點(diǎn)，灌溉量對(duì)葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)有很大影響。陳秀香[7]研究表明過量灌溉和虧缺灌溉都能造成作物一定程度的減產(chǎn)。當(dāng)灌溉定額的量超過一定限度后葡萄產(chǎn)量會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，灌水量與產(chǎn)量之間不是正相關(guān)關(guān)系[8,9]。李磊等[10]研究表明，過量灌水會(huì)造成赤霞珠產(chǎn)量下降。本試驗(yàn)也得到了相同的結(jié)論，灌水量最高的處理F，產(chǎn)量并不是最高，葡萄產(chǎn)量隨著灌水量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。

氮素是作物生長(zhǎng)繁殖的必要元素，重施氮素是現(xiàn)在一直沿用的施肥模式，但是這種施肥方式造成了氮肥的極大浪費(fèi)，加大了資源的浪費(fèi)。氮素有隨水分向下遷移的趨勢(shì)，對(duì)地下水和周圍環(huán)境有著較大的潛在威脅，加劇了地下水體的污染和水體的富營(yíng)養(yǎng)化[11]，氮素淋失是農(nóng)業(yè)面源污染中比較嚴(yán)重一個(gè)方面[12]。郭明華等[13]研究表明，灌溉水的下滲遷移可以攜帶土壤中的氮素向深層遷移。本試驗(yàn)得到的結(jié)論與前人結(jié)論基本一致，土壤中的水解氮有隨水分向下遷移的趨勢(shì)，灌水量越多堿解氮向深層遷移的量越大。本試驗(yàn)E、F處理下堿解氮向下遷移量最大，降低了肥料的利用率，提高了成本。

磷素作為作物生長(zhǎng)的三大必需元素之一，它對(duì)作物的重要性是不言而喻的。呂家瓏等[14]研究表明，土壤磷的遷移性較差，不容易被淋洗。后來研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于長(zhǎng)期施用磷肥的土壤，大量灌水時(shí)會(huì)造成土壤磷的淋溶損失，還能引起地下水和地表水的富營(yíng)養(yǎng)化[14-16]。金圣愛[17]等研究表明，短時(shí)間高強(qiáng)度的淋洗土壤后，磷素淋失率達(dá)到21.77 %～38.85 %，淋失的磷素直接可以淋洗出土壤耕層。本試驗(yàn)研究與前人結(jié)論基本一致，在大量灌水后，有效磷有向下遷移的趨勢(shì)，雖然遷移量達(dá)不到顯著水平，但遷移累積量隨著灌水量的增加而增加，有些直接淋洗出根區(qū)。本試驗(yàn)F處理下有效磷向下遷移量最大，A處理遷移量最小，綜合考慮有效磷的吸收利用效率和葡萄產(chǎn)量，D處理的灌水量效果最好。

鉀是植物所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，而土壤中對(duì)植物最有效的鉀為速效鉀[18,19]。土壤速效鉀含量可以直接反映土壤可供植物利用的鉀素含量水平。張會(huì)民[20]等研究表明速效鉀在土壤養(yǎng)分循環(huán)與利用中占有十分重要的地位，能直接反映土壤鉀素的肥力狀況。霍娜[21]等研究表明土壤水分含量的增加可以提高土壤中速效鉀的含量。鉀的陽(yáng)離子交換能力較弱，灌水量的增大，可以增加土壤速效鉀從土壤膠體上的解離。以上研究的結(jié)論與本試驗(yàn)結(jié)論有一定的支持作用，本試驗(yàn)研究認(rèn)為土壤中速效鉀有隨水向下遷移的趨勢(shì)，灌水量越多速效鉀向深層遷移的量越大。由0～80 cm 速效鉀累積總量可得，處理E、F的積累量顯著低于A、B、C處理，其中A處理的積累量最高，達(dá)到顯著水平。數(shù)據(jù)表明灌水量越大，速效鉀的淋失量越大，降低了鉀素的利用率，增加了生產(chǎn)的成本。

水分的遷移受灌水量的影響較大，黃耀華[22]等研究表明，在灌水施肥過程中采用小滴頭流量進(jìn)行時(shí),水分以垂直運(yùn)移為主。本文研究與前人基本一致，隨著灌水量的增加土壤含水量也隨之增加，灌水量過大會(huì)造成過多水分向土壤深層遷移，降低水分的利用率。

4 結(jié) 論

綜上所得，釀酒葡萄園土壤養(yǎng)分的空間遷移受不同灌水量的影響較為明顯，隨著灌水量的增加，土壤中速效養(yǎng)分向深層遷移的量也隨之增加。在灌水量為2.85×103m3/hm2時(shí)，釀酒葡萄的產(chǎn)量最高，土壤養(yǎng)分向下遷移的量較少，為最優(yōu)處理。

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