基于透水混凝土滲灌不同灌水量對(duì)低丘紅壤區(qū)蜜桔生長(zhǎng)的影響

吳子涵，裴青寶*，胡 瑞，盧 斌，胡屈宇，郭文彬，林家順

（南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院，江西 南昌，330099）

0 引 言

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的70%以上，但是我國(guó)人口基數(shù)大，水資源稀缺，農(nóng)業(yè)用水水分利用效率低，需要研究和應(yīng)用新型的節(jié)水灌溉技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1-3]。目前我國(guó)對(duì)蓄水滲灌節(jié)水灌溉方式有一定的研究，該方法具有優(yōu)化果樹(shù)根系土壤水分養(yǎng)分分布、攔蓄徑流、保持水土及提高果樹(shù)抗旱性的效果[4]。當(dāng)土壤粒徑過(guò)大或肥料濃度過(guò)高時(shí)滴灌易發(fā)生堵塞的問(wèn)題[5，6]，滴灌在北方運(yùn)用較多，但在南方丘陵紅壤地區(qū)研究運(yùn)用較少。透水混凝土滲灌是一種直接將水輸送至作物根部的新型節(jié)水灌溉方式，可以有效地減少地表蒸發(fā)徑流損失，提高水肥利用效率，并且解決了蓄水坑灌中坑壁土壤坍塌、板結(jié)等問(wèn)題。臍橙和蜜桔生長(zhǎng)對(duì)需水量要求高，喜溫喜濕，適合生長(zhǎng)在溫暖潮濕的低丘陵地區(qū)[7]，江西雨量充沛，但降雨年內(nèi)分布不均[8]，易發(fā)生季節(jié)性干旱，夏季炎熱，土壤蒸發(fā)量高，且江西低丘陵區(qū)土壤多為紅壤，粘粒含量較高，水分和養(yǎng)分水平總體偏低[9，10]，導(dǎo)致臍橙、柑桔等經(jīng)濟(jì)作物無(wú)法從土壤中獲取充足的水分，難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)目標(biāo)，以節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)為目標(biāo)的生產(chǎn)模式已成為必然選擇[11]。本研究擬在南豐蜜桔灌溉中采用透水混凝土滲灌，通過(guò)室外大田試驗(yàn)探究透水混凝土滲灌不同灌水處理對(duì)低丘紅壤區(qū)柑橘生理生長(zhǎng)的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江西省水利科學(xué)院農(nóng)村水利科研示范基地（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“基地”）位于南豐縣白舍鎮(zhèn)茶亭村，屬于南豐蜜桔核心主產(chǎn)區(qū)，距離南豐縣城20km，離昌廈公路2km，交通十分便利，基地興建于2004 年，總面積約36hm2（540畝），種植南豐蜜桔約18 000 株，是集標(biāo)準(zhǔn)化管理、集約化生產(chǎn)、綠色防控和統(tǒng)防統(tǒng)治的蜜桔生態(tài)示范生產(chǎn)基地。平均畝產(chǎn)達(dá)1 650kg，精品率達(dá)90%以上?；貙儆诘颓鹆陞^(qū)，土壤類(lèi)型為紅壤，土壤容重約為1.34g/cm3，土壤田間持水量約為26.8%。

南豐縣位于江西省東南部，撫州市南部，地理位置116°8′49″-116°45′13″E，26°57′26″-27°21′18″N，多年平均氣溫18.2℃，多年平均降水量為1 802mm，多年平均日照時(shí)數(shù)為1 616h。

1.2 試驗(yàn)材料

透水混凝土滲灌是一種直接將水輸送到作物根部的新型節(jié)水灌溉方式，可以有效地減少地表蒸發(fā)徑流損失，提高水肥利用效率[12]，灌水器制作成本低[13]，且不易老化，壽命更長(zhǎng)，與土壤相容性更好，防堵塞，強(qiáng)度高，耐腐蝕[14，15]。本試驗(yàn)的透水砼灌水器由無(wú)沙水泥、2～5cm 卵石和水以0.34 的水膠比及2.8 的骨膠比混合而成，充分?jǐn)嚢韬髮⒒旌衔锏谷胄⊥爸?，靜置28 天，養(yǎng)護(hù)7 天后脫模即可使用。試驗(yàn)所用主管為口徑32mm 的PC 硬管，支管為口徑16mm 的PE 管，主管從引水鐵管處取水，主管首先通過(guò)三通與閥門(mén)相連，閥門(mén)出水口與水表連接，最后水表末端接支管。測(cè)量工具有TDR 土壤水分傳感器、卷尺、游標(biāo)卡尺、糖度計(jì)等。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該實(shí)驗(yàn)在基地大田進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)區(qū)長(zhǎng)50m、寬21m，詳見(jiàn)實(shí)驗(yàn)區(qū)域布置圖1。將實(shí)驗(yàn)區(qū)劃分為滴灌區(qū)、透水混凝土滲灌區(qū)、涌泉灌區(qū)、微潤(rùn)灌區(qū)4 個(gè)片區(qū)。每個(gè)片區(qū)分為3 組，依次與不同灌水處理H1、H2、H3相對(duì)應(yīng)，每組以5 棵柑橘樹(shù)作為試驗(yàn)研究對(duì)象，柑橘果樹(shù)間距為4.5m×5.0m。

圖1 透水混凝土滲灌試驗(yàn)區(qū)及透水混凝土灌水器布置圖

透水混凝土滲灌區(qū)有三排蜜桔樹(shù)，每排5 棵，每排用不同的灌水量水平處理（H1、H2、H3），灌水下限均為田間持水量的56%，根據(jù)蜜桔不同生育階段的需水量，灌水上限不宜超過(guò)田間持水量的90%，故灌水上限分別定為田間持水量的70%、80%及90%，即三個(gè)不同水平灌水處理含水量上下限分別為H1：田間持水量的56%～70%，H2：田間持水量的56%～80%，H3：田間持水量的56%～90%。土壤容重γ 為1.34g/cm3，計(jì)劃濕潤(rùn)層H 為60cm。根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》SL103-95，土壤計(jì)劃濕潤(rùn)比α 取0.3，灌溉水利用系數(shù)η 取0.9；設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度e 為5mm/d，每個(gè)灌水器設(shè)計(jì)流量q 為2L/h，每棵果樹(shù)所用灌水器數(shù)量ns為4，相鄰果樹(shù)之間的行距S1為4.5m，株距S2為5m，依據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出灌水定額m，設(shè)計(jì)灌水周期T1及灌水延續(xù)時(shí)間T2，從而確定該試驗(yàn)的灌溉制度。計(jì)算公式如下：

式中：m為灌水定額；γ 為土壤容重；θ 為田間持水量；η 為灌溉水利用系數(shù)。T1為設(shè)計(jì)灌水周期；T2為灌水延續(xù)時(shí)間；e 為設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度；S1為行距；S2為株距。計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 果樹(shù)灌水定額、設(shè)計(jì)灌水周期及灌水延續(xù)時(shí)間

1.4 觀測(cè)項(xiàng)目及方法

用游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)橫縱徑，用糖分儀測(cè)量果實(shí)糖分，用卷尺測(cè)量果樹(shù)枝條長(zhǎng)度。每排取固定的三個(gè)果實(shí)，并作好標(biāo)記，測(cè)量其橫縱徑，選取原則是可以代表每排果實(shí)普遍長(zhǎng)勢(shì)，第一次試驗(yàn)時(shí)在每排每棵樹(shù)上按東南西北四個(gè)方向每個(gè)方向各選一根嫩綠且長(zhǎng)勢(shì)相近的枝條。最后把所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總，通過(guò)果實(shí)橫縱徑得到果實(shí)果型指數(shù)，用每次測(cè)得的枝條長(zhǎng)度計(jì)算枝長(zhǎng)增長(zhǎng)率，每個(gè)不同灌水處理取一個(gè)蜜桔用糖分儀測(cè)定其糖分，通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析紅壤透水混凝土灌水條件下不同灌水量對(duì)蜜桔生理生長(zhǎng)的影響。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 對(duì)土壤含水量，蜜桔果樹(shù)枝長(zhǎng)，蜜桔果實(shí)橫縱徑及糖分等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

蜜桔的物候期可分為萌芽展葉期（3 月5 日～3 月30 日）、開(kāi)花坐果期（4 月2 日～6 月15 日）、果實(shí)膨大期（6 月16 日～8 月31 日）和果實(shí)成熟期（9 月1 日～11 月15 日）4 個(gè)生育階段[18]。按期測(cè)量各項(xiàng)指標(biāo)。

2.1 土壤含水量分析

土壤水分垂向分布狀況如圖2 所示，經(jīng)觀測(cè)，土壤水分垂向分布大致呈先增大后減小的趨勢(shì)，0～30cm 土壤水分增量隨深度的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，灌后的土壤水分主要分布在中深層土壤[19]，30cm 處土壤含水量接近峰值。30cm～50cm 處土壤含水量在峰值附近波動(dòng)。50cm 后土壤含水量急劇下降，且隨深度的增大土壤含水量下降越劇烈。

圖2 土壤含水量垂向分布圖

不同灌水處理中，灌水量越大，同深度處含水量越大。

2.2 枝長(zhǎng)增長(zhǎng)率分析

該試驗(yàn)分別在2021 年5 月8 日、2021 年6 月16日、2021 年8 月17 日、2021 年8 月31 日、2021 年9 月27 日、2021 年10 月15 日、2021 年10 月27 日各測(cè)一次枝條長(zhǎng)度。從第二次測(cè)量數(shù)據(jù)開(kāi)始，通過(guò)本次數(shù)據(jù)減去上次數(shù)據(jù)得到本次的枝長(zhǎng)增長(zhǎng)量，以此類(lèi)推從而得到從第二次到最后一次每根枝條的枝長(zhǎng)增長(zhǎng)量，然后整理每次每根枝條計(jì)算出的增長(zhǎng)量，計(jì)算每次試驗(yàn)增長(zhǎng)量的平均值，最后用平均值除以相應(yīng)試驗(yàn)時(shí)間間隔得到增長(zhǎng)率，分析發(fā)現(xiàn)枝條長(zhǎng)度及枝長(zhǎng)增長(zhǎng)率與天數(shù)存在較為明顯的二次函數(shù)關(guān)系，故用二次函數(shù)L（t）=at2+bt 進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如圖4。

圖3、圖4 揭示了蜜桔枝長(zhǎng)及其增長(zhǎng)率隨時(shí)間的變化規(guī)律，各灌水處理變化趨勢(shì)基本相同，在同時(shí)期內(nèi)中水處理H2枝條增長(zhǎng)率最大。

圖3 透水混凝土滲灌柑橘枝條增長(zhǎng)速率

圖4 透水混凝土滲灌不同灌水量下枝條長(zhǎng)度

2021 年基地大田蜜桔枝條快速增長(zhǎng)期為5 月上旬至6 月中旬，該時(shí)期是蜜桔的開(kāi)花坐果期，是果樹(shù)枝條迫切需要水分及養(yǎng)分的時(shí)期，因此這段時(shí)期果樹(shù)枝條生長(zhǎng)旺盛。在此時(shí)期末枝長(zhǎng)增長(zhǎng)率達(dá)到頂峰。6 月下旬至8 月上旬是蜜桔的果實(shí)膨大期，該時(shí)期果實(shí)會(huì)與枝條爭(zhēng)奪水分和養(yǎng)分，從而導(dǎo)致枝長(zhǎng)增長(zhǎng)速率放緩，最后到11 月枝條基本不再增長(zhǎng)。

2.3 果實(shí)橫縱徑及果型指數(shù)分析

試驗(yàn)采集每次不同灌水處理蜜桔的橫、縱徑，用果實(shí)縱徑與橫徑的比值表示果型指數(shù)[20]，計(jì)算每個(gè)蜜桔不同時(shí)期的果型指數(shù)，分析其變化規(guī)律。

從表2 可知，在全生育期內(nèi)蜜桔的果型指數(shù)在0.73～0.95 之間波動(dòng)，果型指數(shù)隨時(shí)間減小并在最后趨于穩(wěn)定，其中5 月果型指數(shù)最大，為0.95，9～10 月趨于0.81～0.83 之間。從圖5 和圖6 可以看出蜜桔果實(shí)橫縱徑先快速增長(zhǎng)后緩慢增長(zhǎng)再較快增長(zhǎng)，果實(shí)橫徑增長(zhǎng)速率快于縱徑，最后在11 月不同灌水處理橫徑日增長(zhǎng)量與縱徑日增長(zhǎng)量大概分別降至同一數(shù)值。不同灌水處理中H3處理橫縱徑增長(zhǎng)量最大，其次是H2處理，H1處理最小。

圖5 果實(shí)橫徑動(dòng)態(tài)變化圖

圖6 果實(shí)縱徑動(dòng)態(tài)變化圖

表2 不同灌水處理果型指數(shù)

2.4 糖分分析

試驗(yàn)于2021 年8 月31 日開(kāi)始檢測(cè)不同灌水處理的蜜桔糖分，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

由表3 可知，各灌水處理蜜桔糖分隨時(shí)間的增長(zhǎng)而升高，其中H3處理果實(shí)糖分最高，在果實(shí)成熟期果實(shí)糖分可以達(dá)到18.7%；其次是H1處理，果實(shí)成熟期糖分可達(dá)15.6%；H2處理在果實(shí)成熟期糖分最低，僅有14.6%。由此可見(jiàn)H3處理灌水技術(shù)最佳，具有很好的提高蜜桔糖分的效果。

表3 不同灌水處理果實(shí)糖分

3 討 論

3.1 滲灌不同灌水量處理對(duì)果樹(shù)枝條生長(zhǎng)的影響

透水混凝土滲灌下蜜桔枝條長(zhǎng)度與時(shí)間呈二次函數(shù)關(guān)系，枝條增長(zhǎng)速率隨時(shí)間先緩慢下降后快速下降，且與時(shí)間存在較為明顯的二次函數(shù)關(guān)系，其中中水處理H2枝長(zhǎng)增長(zhǎng)率最大。李中杰[21]采用陶瓷根灌針對(duì)蘋(píng)果開(kāi)展了灌溉技術(shù)研究，研究結(jié)果與李中杰相一致。陶瓷根灌是一種通過(guò)陶瓷孔隙將灌溉水均勻分布于作物根系土壤的灌溉方式，工作原理與透水混凝土滲灌相似。陶瓷根灌條件下蘋(píng)果果樹(shù)新梢長(zhǎng)度與時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系，新梢增長(zhǎng)速率隨時(shí)間先快速下降后下降速率逐漸變慢，其中枝長(zhǎng)增長(zhǎng)量隨著灌水量的增加而增加。

3.2 滲灌不同灌水量處理對(duì)果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

透水混凝土滲灌條件下蜜桔橫徑始終大于縱徑，蜜桔橫徑日增長(zhǎng)量基本高于縱徑日增長(zhǎng)量，而陶瓷根灌下中水處理蘋(píng)果橫徑最小，縱徑最大，高水處理與低水處理蘋(píng)果橫徑相近，但高水處理縱徑高于低水處理縱徑。這是由于在開(kāi)花坐果初期，蜜桔果樹(shù)果實(shí)近似球狀，之后果實(shí)形狀會(huì)漸漸由球狀向扁平狀轉(zhuǎn)變，到果實(shí)膨大期之前果實(shí)體積增大是由于果實(shí)內(nèi)部果肉細(xì)胞在不斷增殖，果實(shí)膨大時(shí)期果肉細(xì)胞基本不發(fā)生增殖，果實(shí)體積靠果肉細(xì)胞自身體積的增大而增大，到果實(shí)成熟期末期果實(shí)形狀基本定型，而且灌水量越大橫縱徑增長(zhǎng)量越大。陶瓷根灌蘋(píng)果糖分含量隨灌水量的增大而增大，透水混凝土滲灌下高水處理H3蜜桔糖分含量最高，中水處理H2糖分含量最小，結(jié)合中水處理H2枝長(zhǎng)增長(zhǎng)量最大的結(jié)果，可以推斷這種現(xiàn)象可能是果實(shí)枝條爭(zhēng)奪養(yǎng)分所致。

4 結(jié)論和建議

（1）土壤水分垂向分布大致呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)透水混凝土灌水器埋深在0～30cm 時(shí)，土壤水分增量隨深度的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，并在30cm處含水量到達(dá)峰值；土壤深度在30cm～50cm 時(shí)，土壤含水量在含水量峰值附近波動(dòng)；埋深大于50cm 后，土壤含水量急劇下降，且隨深度的增大土壤含水量下降速率越快。

（2）各灌水處理枝長(zhǎng)增長(zhǎng)速率變化趨勢(shì)基本相同，且與時(shí)間大致呈二次函數(shù)關(guān)系，在同時(shí)期內(nèi)中水處理H2枝長(zhǎng)增長(zhǎng)速率最快，其次是H3、H1。枝長(zhǎng)增長(zhǎng)率隨時(shí)間基本呈下降趨勢(shì)，枝長(zhǎng)與時(shí)間之間有顯著的二次函數(shù)關(guān)系。在整個(gè)生育期內(nèi)H2枝長(zhǎng)增長(zhǎng)率最大，最高可達(dá)2.20mm/d，H1最小，最高僅達(dá)1.62mm/d。

（3）試驗(yàn)結(jié)果顯示果型指數(shù)基本隨著灌水量的增大而減小，其中H3處理果實(shí)橫縱徑增長(zhǎng)量最大，其次是H2、H1處理。

（4）各灌水處理蜜桔糖分隨時(shí)間的增長(zhǎng)而升高，其中H3處理果實(shí)糖分最高，其次是H1處理，由此可見(jiàn)H3處理對(duì)提高蜜桔糖分具有很好的效果。

結(jié)合蜜桔枝長(zhǎng)及枝長(zhǎng)增長(zhǎng)率、果實(shí)橫縱徑、果型指數(shù)、果實(shí)糖分等指標(biāo)，建議南豐地區(qū)蜜桔在透水混凝土滲灌下采用H3灌溉處理方式進(jìn)行灌溉。