集雨保墑措施對隴東黃土旱塬區(qū)紅富士蘋果產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

趙 剛 ，樊廷錄 ，李尚中 ，張建軍 ，黨 翼 ，王 磊

（1．甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省水土資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

隴東黃土旱塬區(qū)是中國蘋果的優(yōu)生區(qū)之一，但該區(qū)30 a平均降水量僅為503 mm，有限且分散的雨水可被強(qiáng)烈的果樹蒸騰作用快速消耗，從而無法滿足蘋果樹生長期的持續(xù)高強(qiáng)度耗水，干旱問題導(dǎo)致果園生產(chǎn)力降低與果樹衰敗速度加快［1-2］。土壤深層干燥化是旱塬區(qū)一種特殊的水文現(xiàn)象，持續(xù)干燥化最終導(dǎo)致土壤干層形成。有研究表明，土地利用方式為蘋果園時(shí)可明顯提高土壤表層入滲速率，減少地表徑流，但仍無法減緩生物利用性干層［3］。近年來，一些學(xué)者通過優(yōu)化灌溉方式、補(bǔ)灌策略等對降低土壤水分蒸散措施進(jìn)行了研究，探討了如何降低果園耗水與提高果園水分利用率的問題［4-6］。但這些研究均側(cè)重于土壤貯水量與含水量分布方面，而對土壤深層干燥化程度的研究未見報(bào)道。我們通過連續(xù)8 a在黃土旱塬區(qū)進(jìn)行較大樹齡果樹的定位觀測，對深層立體化集雨入滲技術(shù)改善果園產(chǎn)量與果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行分析，旨在為水資源匱乏及果園深層土壤干燥化的隴東黃土旱塬區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

定位試驗(yàn)于2009—2017年連續(xù)8 a在位于甘肅省東部隴東地區(qū)鎮(zhèn)原縣上肖鄉(xiāng)的農(nóng)業(yè)部西北旱作營養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬北方典型的半濕潤偏旱農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗(yàn)地海拔1 254 m，近30年年均降水量503 mm，年平均溫度8.3℃，無霜期165 d，土壤為土層深厚的黑壚土。該區(qū)年降水量500～600 mm，干燥度1.5左右，屬穩(wěn)定單向缺水農(nóng)業(yè)區(qū)。據(jù)測定，降水量的10%～15%形成徑流流失，60%～65%的無效蒸發(fā)，僅有25%～30%被作物利用，而且60%的降水多集中在7—9月。隴東旱塬地區(qū)年平均日照時(shí)數(shù)為2 300～2 500 h，日照百分率達(dá)50%～55%，太陽年輻射量為525～567 kJ/cm2。

1.2 試驗(yàn)材料

指示蘋果品種為長富2號(hào)，樹齡為20年生，株行距為3 m×4 m。供試肥料為尿素（含N 46%，甘肅劉家峽化學(xué)工業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)）、磷酸二銨（含N 18%、P2O548%，臨沂中魯大化肥業(yè)有限公司生產(chǎn)）、氯化鉀（含K2O 62%，西安藍(lán)宇化工原料有限公司生產(chǎn)）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

定位試驗(yàn)所選試驗(yàn)樹體生長健壯，樹勢整齊一致，樹姿開張，樹相整齊。試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，即常規(guī)果園管理方式處理（CK）。處理方法是在冬季或者次年春季進(jìn)行果園修剪，春季旋耕整地，保持果園地面水平，便于降水入滲。6月中下旬除草1次，施肥時(shí)期為秋季果實(shí)采收后，施肥方式采用傳統(tǒng)的條施法，即在離樹干80 cm處挖深寬長為20 cm×20 cm×200 cm的穴，施肥量為優(yōu)質(zhì)農(nóng)家肥75～90 kg/株，氮磷鉀施入質(zhì)量比例為N∶P2O5∶K2O＝1∶1∶1，化肥施量為1.5 kg/株。黑色寬膜覆蓋集雨保墑處理（BF）。處理方法是分別在離主樹干5 cm兩側(cè)覆寬120 cm的黑色地膜，覆膜時(shí)以樹干為中心，將樹冠兩側(cè)向外圍延伸100 cm，做成向主樹干外側(cè)傾斜的斜面，覆蓋黑色地膜，與地面貼緊壓實(shí)，便于集水。肥料使用量同對照，采用溝施，順地膜覆蓋邊緣挖深20 cm施入肥料后覆土，覆膜時(shí)間在春季即4月20日左右。黑色寬膜覆蓋+集雨立體入滲處理（BF+R）。處理方法是果實(shí)采摘后，在離主樹干80 cm樹盤處，挖50 cm×50 cm×40 cm的大穴3個(gè)，每穴中埋設(shè)30 cm×30 cm的有蓋入滲桶，入滲桶下部四周打上直徑為0.5 cm的小孔，孔間距約為5 cm，約40個(gè)/桶，作為集雨微灌。在果樹樹冠下400 cm×300 cm處做成淺盤狀，即樹干兩側(cè)各延伸200 cm和150 cm，做成外高向內(nèi)逐漸傾斜，便于降水流入入滲桶，將其分為3等分，分別埋設(shè)3個(gè)入滲桶，然后用寬120 cm黑色地膜將樹盤全部覆蓋，便于降水集水及保墑防止雜草。施肥量與埋設(shè)入滲桶及覆膜時(shí)間與處理BF相同。每處理5株樹，單株重復(fù)。

1.4 樣品的采集與分析

于每年10月中旬果實(shí)成熟后，按處理分別對每株果樹從東南西北4個(gè)方位隨機(jī)采收樣果12個(gè)，混合后稱其質(zhì)量，計(jì)入單株產(chǎn)量，隨后帶回實(shí)驗(yàn)室于7 d內(nèi)完成果實(shí)品質(zhì)的測定?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬y定，可測定酸含量采用氫氧化鈉滴定法測定，Vc含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定，可溶性固形物含量使用泉州光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的WYT-4型糖量計(jì)測定，果實(shí)硬度采用GY-1型硬度儀測定，果實(shí)縱徑與橫徑采用游標(biāo)卡尺測量［7］。根據(jù)果實(shí)縱、橫徑比值計(jì)算果型指數(shù)（V/H）。同時(shí)收獲剩余果實(shí)并稱重，統(tǒng)計(jì)單株產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013與SPSS22.0軟件進(jìn)行處理和分析［8-9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同集雨處理對蘋果產(chǎn)量的影響

連續(xù)8 a的觀察結(jié)果（表1）表明，不同集雨處理的蘋果平均單株產(chǎn)量較對照提高12.6%～17.2%。其中以BF+R處理的單株產(chǎn)量最高，達(dá)到43.7 kg，較對照增產(chǎn)17.2%，說明黑色寬膜覆蓋+深層立體化集雨處理可顯著提高蘋果平均單株產(chǎn)量。BF處理的蘋果平均單株產(chǎn)量次之，為42.0 kg，較對照增產(chǎn)12.6%，說明黑色寬膜覆蓋集雨保墑處理可提高蘋果平均單株產(chǎn)量，但差異不顯著。BF處理和BF+R處理平均單果質(zhì)量均顯著高于對照，分別較對照提高9.7%、13.2%。

表1 不同集雨處理對蘋果平均單株產(chǎn)量的影響①

2.2 不同集雨處理對蘋果品質(zhì)的影響

由圖1-a可以看出，BF處理和BF+R處理的果實(shí)硬度均低于對照，其中BF+R處理為9.38 kg/cm2，較對照低4.9%，與對照差異顯著；BF處理果實(shí)硬度較對照低0.9%，與對照差異不顯著。

由圖1-b可以看出，2個(gè)集雨處理的果實(shí)含水量均高于對照，從高到低依次為BF+R、BF、CK，且3個(gè)處理間均表現(xiàn)出顯著差異。與對照相比，BF+R處理和BF處理果實(shí)含水量分別較對照高出3.4百分點(diǎn)和2.2百分點(diǎn)。

由圖1-c可以看出，BF處理、BF+R處理的可溶性固形物含量均高于對照，BF+R處理可溶性固形物含量達(dá)15.34%，較對照增加7.2%，與對照差異顯著；而BR處理僅比對照高3.0%，與對照無顯著性差異。

圖1 不同集雨處理對蘋果果實(shí)平均品質(zhì)的影響（圖中數(shù)據(jù)為2009—2017年平均值）

從圖1-d、圖1-e、圖1-f可以看出，3個(gè)處理的有機(jī)酸含量、可滴定酸含量以及總糖含量的變化趨勢一致，均為BF+R>BF>CK，3個(gè)處理間表現(xiàn)出顯著性差異。其中，BF+R處理有機(jī)酸含量、可滴定酸含量以及總糖含量分別較對照高34.1%、182.1%、28.9%；BF處理有機(jī)酸含量、可滴定酸含量以及總糖含量則分別較對照高20.9%、100.6%、11.3%。

3 小結(jié)與討論

蘋果樹冠層較大，為高耗水多年生植物，其果實(shí)于生長期間需要充足水分，只有滿足果實(shí)生長所需水量果實(shí)品質(zhì)才能正常形成。但果實(shí)生長期黃土旱塬土壤水分虧缺增加，致使土壤深層有效持水減少，干燥化程度因蘋果樹齡增長而加重［10］，嚴(yán)重影響果園產(chǎn)量與果實(shí)品質(zhì)。地膜覆蓋可降低土壤容重，增加土壤孔隙度，擴(kuò)大土壤對水分保蓄能力，從而提高蘋果果實(shí)單果質(zhì)量［11-12］。本試驗(yàn)對果實(shí)平均單果質(zhì)量與單株產(chǎn)量的結(jié)果分析表明，黑色寬膜覆蓋集雨保墑處理（BF處理）與黑色寬膜覆蓋+深層立體化集雨處理（BF+R處理）均能顯著提高平均單果質(zhì)量，深層立體化集雨處理（BF+R處理）則使單株產(chǎn)量得到顯著提高。這2個(gè)處理通過覆膜措施有效改善了土壤微環(huán)境，使根層以下土壤含水量提高，進(jìn)而緩解干旱季節(jié)由于缺水而造成的干旱脅迫，而立體集雨措施則能更好地使水分進(jìn)入土壤深層，使果樹深層根系吸收水分。

在果實(shí)品質(zhì)方面，黑色寬膜覆蓋+深層立體化集雨處理（BF+R處理）各品質(zhì)指標(biāo)與對照相比均表現(xiàn)出顯著差異，其中果實(shí)硬度低于對照，果實(shí)含水量、可溶性固形物含量、有機(jī)酸含量、可滴定酸含量及總糖含量均是高于對照的。這與張坤等［13］對果園地面覆蓋的研究結(jié)果相一致。趙長增等［14］對果園覆蓋條件下的果實(shí)可溶性固形物含量進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)覆蓋技術(shù)可顯著提高果實(shí)可溶性固形物含量，這也與本研究相同。眾多相關(guān)研究表明不同覆蓋集雨保墑措施對果實(shí)品質(zhì)的影響呈正效應(yīng)［8-11］，這與研究結(jié)果也一致。我們研究提出的集雨立體入滲保墑技術(shù)，能有效減少土壤無效蒸發(fā)，將收集到的地表降水用于土壤深層灌溉，實(shí)現(xiàn)降水跨季節(jié)利用，從而緩解果園土壤深層干燥化。