不同灌水下限對(duì)梨樹生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響的研究

范肖予，吳文勇，肖 娟，王林林

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所，北京 100044）

1 研究背景

水資源匱乏已嚴(yán)重影響了我國(guó)農(nóng)業(yè)有效發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)，通過合理的灌溉緩解水資源供需將成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然選擇[1]。土壤水分對(duì)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量產(chǎn)生重要影響[2，3，4]，但并不是土壤中所有的水分都能被作物有效利用，只有介于田間持水率和永久萎蔫率之間的水分才可被作物有效使用[5]。對(duì)果樹采取何種科學(xué)合理的灌溉方式，能提升灌溉水利用效率以及收獲性價(jià)比較高的水果，已引起國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者的關(guān)注。針對(duì)一年生農(nóng)田作物，魏巍等人[6]指出適宜溫室番茄栽培的灌水控制上、下限，分別為土壤水吸力12 kPa和45 kPa；申孝軍[7]在華北地區(qū)冬小麥的研究中，得出冬小麥的優(yōu)質(zhì)高效節(jié)水灌溉指標(biāo)是:播種—拔節(jié)前期、拔節(jié)—抽穗前期、抽穗揚(yáng)花期和灌漿成熟期的灌水控制下限，分別為田間持水率的50%、65%、70%和65%；姚佳賓等人[8]研究表明，當(dāng)油葵的灌水下限把控在田間持水量的60%～70%時(shí)，會(huì)得到最高的產(chǎn)量和水分利用效率。對(duì)于多年生果樹，李波[9]在日光溫室自動(dòng)控制灌溉條件下葡萄的水分管理研究中得出，最適宜的土壤水分區(qū)域占田間持水率的75%～90%；馬軍勇[10]對(duì)沙漠綠洲區(qū)不同灌水下限的灰棗樹進(jìn)行研究，得出灌水下限保持在田間持水率的55%比較適宜灰棗樹的生長(zhǎng)，提高其水分利用效率；雷廷武[11]曾將調(diào)虧灌溉運(yùn)用于17年生的桃樹上，得出降低灌溉水不僅有助于提高產(chǎn)量，亦能提高水的利用效率。盡管諸多學(xué)者對(duì)果樹的灌溉水分管理作了研究，但對(duì)梨樹在該方面的研究相對(duì)較少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2005—2014年10年間梨樹的年平均用水量，排在各果樹樹種之首[12]，基于此背景，本試驗(yàn)決定以黃金梨為研究對(duì)象，探討不同灌水下限對(duì)黃金梨的生長(zhǎng)情況和果實(shí)產(chǎn)量等有何影響，為下一步研究果園的節(jié)水增量機(jī)制、指導(dǎo)果園生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

2 研究區(qū)域與方法

2.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

試驗(yàn)區(qū)位于在北京大興區(qū)安定鎮(zhèn)圣澤林莊園內(nèi)，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸季風(fēng)氣候，海拔28 m，年平均氣溫11.6℃，多年平均降雨量為556 mm，年均水面蒸發(fā)量約946.9 mm，土面蒸發(fā)量為466.7 mm。本試驗(yàn)時(shí)間區(qū)間為2019年4月—2019年10月。試驗(yàn)首先分析和測(cè)定土壤的基本物理化學(xué)性質(zhì)，見表1。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

2.2 水分調(diào)控試驗(yàn)

試驗(yàn)品種為9年成熟黃金梨，占地面積共0.14 hm2，劃分了A、B、C三個(gè)試驗(yàn)區(qū)（重復(fù)處理），各試驗(yàn)區(qū)面積約480 m2（長(zhǎng)30 m，寬16 m），小區(qū)內(nèi)共種植梨樹4行，每行梨樹10顆，種植行距4 m，株距3 m。每隔一年的秋季，施用一次有機(jī)肥，在距離每顆樹干約100～120 cm、深40～80 cm處，施用肥料（牛糞）2 m3。本次試驗(yàn)規(guī)定了幾種不同百分比的灌水下限，設(shè)置了4個(gè)處理，包括了3個(gè)水平：80%（0.8 FC）、70%（0.7 FC）、60%（0.6 FC）和1個(gè)對(duì)照組（以當(dāng)?shù)氐孛鎲涡械喂嘧鳛閷?duì)照組，灌水量依據(jù)當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)處理）。對(duì)照組滴灌帶布設(shè)于每行梨樹西側(cè)40 cm處；水平組每行梨樹的兩側(cè)40 cm布置了雙行滴灌帶。

2.3 觀測(cè)內(nèi)容

（1）土壤水分。使用TRIME-PICO-IPH進(jìn)行測(cè)定。從每種灌水下限隨機(jī)挑選一棵造型相似、長(zhǎng)勢(shì)均勻的樹，各打5根Trime管（按樹的行間每隔40 cm、棵間每隔30 cm的規(guī)格），共100個(gè)水分監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照測(cè)定深度100 cm、間隔10 cm布設(shè)測(cè)量的規(guī)律，并取其平均值。每7 d監(jiān)測(cè)1次水分，采摘后每1個(gè)月測(cè)一次。

（2）新梢長(zhǎng)勢(shì)。將每種處理隨機(jī)選取的3株生長(zhǎng)狀況均勻的梨樹作為試驗(yàn)對(duì)象，標(biāo)記出樹冠外圍生長(zhǎng)強(qiáng)勢(shì)的5枝新梢，隔一周用游標(biāo)卡尺量取一回新梢的長(zhǎng)度和直徑。

（3）百葉重。將每種處理隨機(jī)選取的3株生長(zhǎng)狀態(tài)均勻的梨樹作為試驗(yàn)對(duì)象，于2019年7月16日每棵樹隨機(jī)摘取100片新鮮葉子，用保鮮袋密封，防止水分蒸散損失，當(dāng)天帶回實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行稱重，稱重3次取平均值。

（4）果徑。將每種處理隨機(jī)選取的3株生長(zhǎng)狀態(tài)均勻的梨樹作為試驗(yàn)對(duì)象，在每棵梨樹上標(biāo)記出5個(gè)生長(zhǎng)健康的梨，每?jī)芍軜?biāo)記一回。

（5）產(chǎn)量。測(cè)量梨樹產(chǎn)量：各處理隨機(jī)選取4棵，計(jì)量出的平均值可作為單株產(chǎn)量。

2.4 計(jì)算公式及方法

（1）灌水量：按照0～100 cm土層（計(jì)劃濕潤(rùn)層）測(cè)得的的土壤含水率，計(jì)算灌水時(shí)間和灌水量。灌水量的計(jì)算公式為：

式中：I——灌水量，mm；

p——土壤濕潤(rùn)比，取0.33；

H——計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(cm)，由于調(diào)查該梨樹根深在0～80 cm范圍內(nèi)，根據(jù)果樹根系分布范圍，取100 cm；

β1、β2——灌水上、下限（占土壤田間持水量的百分比），其中田間持水量確定為灌水上限，灌水下限分別按照處理取田間持水量的百分比；

θ——土壤田間持水量。

（2）梨樹耗水量：參考水量平衡計(jì)算法，公式如下：

其中ΔS=1 000H（θt2-θt1）

式中：ET——梨樹耗水量，mm；

I——灌水量，mm；

P——降雨量，mm；

U——地下水補(bǔ)給量，由于試驗(yàn)區(qū)地下水埋深深于4 m，因此計(jì)U=0 mm；

D——深層滲漏量，由于此次試驗(yàn)采用的是滴灌，灌水定額較小，基本不會(huì)有滲漏情況發(fā)生，故取D=0 mm；

R——地表徑流量，該地區(qū)地形平緩，因此忽略R，mm；

θt1、θt2——分別為t1、t2時(shí)間點(diǎn)，位于根區(qū)計(jì)劃濕潤(rùn)層區(qū)間內(nèi)土壤的平均含水率。

2.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)做基礎(chǔ)研究，用Suffer軟件完成土壤水分的空間分布圖，方差和統(tǒng)計(jì)分析用SPSS 20.0進(jìn)行操作。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同灌水下限對(duì)土壤水分分布的影響

圖1為生育期內(nèi)不同處理含水率隨時(shí)間的變化規(guī)律，因降雨和灌水因素的存在，各處理組的含水率，均會(huì)產(chǎn)生不同程度的波動(dòng)。CK處理（對(duì)照處理）因灌水量最大，土壤含水率在生育期內(nèi)均最高；受灌水下限因素的影響，灌水下限越低，則T1（80%），T2（70%）和T3（60%）處理的生育期含水率越小。7月下旬開始，進(jìn)入多雨季節(jié)，不同處理組的含水率均上升，且差距逐漸縮小。

圖1 土壤含水率的時(shí)間變化規(guī)律

圖2為生育期內(nèi)各處理在不同土壤深度下的平均含水率，從圖2可以看出，0～60 cm土層內(nèi)的含水率均較低，60～80 cm土層的含水率逐漸升高。初步分析造成該結(jié)果的原因是：0～20 cm是受地表蒸騰作用的影響所致；20～60 cm是因?yàn)樵撏翆痈捣植济芗盍^強(qiáng)，吸水強(qiáng)度較大，屬于梨樹主根區(qū)，該結(jié)論與陳洪松、康紹忠等學(xué)者的研究結(jié)果一致[13-15]；60 cm以下，根系密度逐漸降低，吸水減少；其中T3處理在80～100 cm土層土壤含水率急劇下降，這可能主要受灌水下限的影響。

圖2 土壤含水率的空間變化規(guī)律

3.2 不同灌水下限對(duì)生物指標(biāo)的影響

3.2.1 新梢長(zhǎng)勢(shì)和莖粗

不同灌水下限下的新梢長(zhǎng)度和莖粗變化如圖3、圖4所示。

圖3 新梢莖粗長(zhǎng)勢(shì)圖

圖4 新梢長(zhǎng)度長(zhǎng)勢(shì)圖

從圖中可以看出，不同處理組的新梢長(zhǎng)勢(shì)一致，隨生育期的增加而增加，灌水下限未對(duì)新梢長(zhǎng)勢(shì)的造成顯著差異（顯著性P＜0.05）。其中對(duì)照組的新梢莖粗（15.30 mm）和長(zhǎng)度（1 524.29 mm）最大，分別較實(shí)驗(yàn)組增加了6.1%～10.79%、11.40%～19.44%，這可能與灌水量大有關(guān)；T2處理的新梢莖粗（13.81 mm）和長(zhǎng)度（1 276.25 mm）最小，莖粗較T1和T3分別減小了4.20%、4.42%，長(zhǎng)度較T1和T3分別減小了6.14%、7.21%；T1和T3之間無明顯差異。

3.2.2 百葉重

在水分調(diào)控試驗(yàn)中，百葉重值從大到小排序：T3＞CK＞T2＞T1，土壤水分下限越低，百葉重值越大，百葉重指標(biāo)受到土壤水分下限的顯著影響。T3處理的百葉重值均值最大，比T1和T2處理分別提高16.64%和13.00%，差異較顯著（p＜0.05）；對(duì)照組CK比T1處理提高15.40%，差異較顯著（p＜0.05）。不同水分控制下百葉重值的統(tǒng)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 不同水分控制下百葉重值的統(tǒng)計(jì)參數(shù)

3.2.3 梨果體積

土壤水分的下限會(huì)直接控制土壤剖面水分含量的分布，影響梨樹根系的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響梨樹的開花結(jié)果。經(jīng)本次試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，黃金梨的生長(zhǎng)呈S型曲線，在6月份以前生長(zhǎng)較緩慢，土壤水分對(duì)果實(shí)的生長(zhǎng)影響不明顯，進(jìn)入7月后，各處理的果實(shí)體積開始快速增大，8月后果實(shí)開始上色，生長(zhǎng)速度放慢。從8月開始起，3個(gè)試驗(yàn)組的體積從大到小依次排序?yàn)門1處理＞T2處理＞T3處理。進(jìn)入8月后，T1處理果實(shí)體積增長(zhǎng)速度變慢，最終T2處理的果實(shí)體積領(lǐng)先。根據(jù)線性擬合公式可發(fā)現(xiàn)，T1處理的線性系數(shù)為34.401，比T2處理和T3處理高出1.06、5.969，且相關(guān)系數(shù)為0.938 7，擬合度比其他處理好。根據(jù)果實(shí)體積的線性擬合曲線可得出：土壤水分下限越高，果實(shí)體積變化越大，相關(guān)系數(shù)越大。對(duì)照組的體積在7月中旬之前及8月中旬之后一直最小，7月中旬到8月中旬之間其體積大于T3處理，這可能是受灌水量的影響，CK的灌水量比試驗(yàn)組T1、T2和T3處理高出22.84%～72.69%，過高的灌水量導(dǎo)致土壤處于飽和含水率狀態(tài)，通氣性變差，抑制了根系呼吸生長(zhǎng)，導(dǎo)致果實(shí)體積偏小。

圖5 不同水分調(diào)控下梨果的體積生長(zhǎng)趨勢(shì)

3.3 不同灌水下限對(duì)梨樹產(chǎn)量的影響

產(chǎn)量方面，T2處理明顯多于CK、T3處理（p＜0.05），較CK、T1處理和T3處理分別增加了16.1%、9.92%、21.92%，說明0.7 FC是梨園提高產(chǎn)量的適宜灌水下限，目前果園的產(chǎn)量效益有很大的提升空間，如表3所示。

表3 不同處理下的果實(shí)產(chǎn)量

4 結(jié)論

（1）土壤水分是果樹生長(zhǎng)的重要要素，灌水下限的不同造成土壤含水率的在時(shí)間與空間分布上很大的不同。0-60 cm深的土層是梨樹耗水的主要分布區(qū)間。

（2）新梢和產(chǎn)量方面，本次研究結(jié)果表明：與其他3組處理相比，T2處理的新梢莖粗和長(zhǎng)度分別減小了4.2%～10.79%、6.14%～19.44%，但果實(shí)產(chǎn)量提高了9.92%～21.92%；CK組的新梢莖粗和長(zhǎng)度最大，分別較實(shí)驗(yàn)組增加了6.1%～10.79%、11.40%～19.44%，但產(chǎn)量比T1和T2處理降低了5.63%、16.1%，說明營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)（新梢長(zhǎng)勢(shì)）與生殖生長(zhǎng)（果實(shí)）間具有相互制約的關(guān)系，這一結(jié)論與王麗云[16]、李彥連[17]等學(xué)者研究成果的一致。