基于水肥耦合效應的蘋果精量灌溉制度研究

唐 瑞，何寶銀，張上寧，徐利崗，李金澤

(寧夏水利科學研究院，寧夏 銀川 750021)

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基于水肥耦合效應的蘋果精量灌溉制度研究

唐 瑞，何寶銀，張上寧，徐利崗，李金澤

(寧夏水利科學研究院，寧夏 銀川 750021)

針對寧夏中部干旱帶蘋果水肥利用效率低的問題，以5 a生滴灌蘋果為研究對象，分析不同水肥處理條件下滴灌蘋果根區土壤水分動態、耗水規律和水分生產效率。得出在枯水年型下蘋果水肥耦合滴灌灌溉制度為灌溉定額3300 m3/hm2，灌水次數12次，其中萌芽開花期2次，落花后2次，花芽分化期2次，果實膨大期3次，成熟期2次，落葉期1次。施肥定額705 kg/hm2，肥料配比N∶P2O5∶K2O為12∶7∶13，施肥7次，其中萌芽期施肥1次，落花后2次，花芽分化期1次，果實膨大期2次，成熟期1次。在該水肥耦合灌溉制度下5 a生新紅星蘋果產量為6237 kg/hm2，灌溉水利用效率為1.89 kg/m3；水分生產效率為1.21 kg/m3。

蘋果；滴灌；灌溉制度

寧夏現有蘋果種植面積5.1萬hm2，年產量約55萬t，蘋果產業被列為寧夏13個農業特色優勢產業之一。寧夏中部干旱帶水資源嚴重短缺，水肥利用率低成為制約蘋果產業發展的主要瓶頸。發展基于水肥耦合的高效節水農業已迫在眉睫。目前國內主要從肥料對蘋果品質的影響[1]、灌水對蘋果生理功能的影響[2]、蘋果栽培技術[3]、施肥技術[4]等方面開展研究，在蘋果灌溉方面，鄒養軍開展了不同種植年限蘋果土壤水分的變化特征[5]的研究，劉偉[6]開展了根域水分調控與蘋果生長節律相關研究,李懷有[7]開展了蘋果滴灌試驗及節灌制度研究。對干旱地區蘋果水肥耦合灌溉制度研究較少。本文以滴灌蘋果為研究對象，根據蘋果根區土壤水分動態、耗水規律和水分生產效率等確定蘋果水肥耦合滴灌灌溉制度，為干旱地區蘋果產業發展提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗區位于寧夏同心縣丁塘鎮，屬典型的溫帶大陸性氣候，四季分明，日照充足，晝夜溫差大，年均降水量278.7 mm左右，蒸發量高達2334.5 mm，試驗區土壤屬黏壤土，田間土壤飽和含水率為21.6%(占干土重%)，土壤干容重1.40 g/cm3。有機質7.56 g/kg，全氮0.28 g/kg，全磷0.38 g/kg，全鉀18.3 g/kg，全鹽量0.16 g/kg，pH值8.8。試驗水源采用揚黃水，在田間經過濾器過濾進入滴灌管進行滴灌。2015年蘋果生育期降雨量為226.0 mm，見表1。

表1 2015年試驗區降雨量監測表 mm

1.2 試驗設計

試驗以5 a生新紅星蘋果為研究對象，栽植行株距為3 m×4 m，畝栽植55株。選擇樹勢良好、生長健壯、無病蟲害、樹干通直、直徑等基本相同矮化新紅星蘋果樹為材料。試驗區采用滴灌灌溉方式，鋪設毛管為Φ16的滴灌管，環狀鋪設，直徑1 m，每株安裝流量為4.2 L/h的滴頭5個。設置水分處理：低水(W1)、中水(W2)、高水(W3)；肥料處理：低肥(F1)、中肥(F2)、高肥(F3)。2因素3水平完全設計，全部處理為T1(W1F1)、T2(W2F1)、T3(W3F1)、T4(W1F2)，T5(W2F2)、T6(W3F2)、T7(W1F3)、T8(W2F3)、T9(W3F3)。具體試驗設計方案見表2。

表2 蘋果水肥耦合灌溉制度試驗設計表

1.3 監測指標及方法

(1)土壤含水量測定。采用英國生產的利用PR2/6 土壤水分測量系統測定土壤體積含水量，測量10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm和100 cm六個層面土壤含水量，生育期每10 d測一次，降雨階段前后、灌水前后加測。

(2)產量的測定。在果實成熟期 (9月下旬) ，對果樹進行采摘、分級、稱重，并統計單株果數、單株產量、單果重。

(3)氣象要素的測定。采用小型自動氣象站觀測試驗區的天氣現象、空氣溫度和濕度、風、降水、太陽輻射等要素。

2 結果與分析

2.1 不同水肥處理對新紅星蘋果全生育期根區土壤水分變化的影響

按照試驗設計分別在4月16日、5月5日、5月20日、6月3日 、6月19日、7月4日、7月15日、7月26日、8月15日、8月27日、9月16日、10月21日灌水，全生育期共灌水12次，8月10日單日有效降雨量為40.6 mm，整理不同水肥處理0～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～60 cm、60～100 cm土壤含水量數據，全生育期5個土層的土壤水分動態變化過程圖，見圖1。

由圖1得出在整個生育期不同水肥處理條件下蘋果根區不同土層土壤水分變化規律基本一致，在各次灌水后土壤含水量發生顯著變化，且在30～60 cm土層土壤含水量最大，土壤含水量最大層12.4%～28.7%之間變化，灌水前后土壤含水量增幅在1%～12.4%之間變化。在果實膨大期灌水前后土壤含水量的變化量較小，花芽分化期和成熟期灌水前后土壤含水量變化量較大。

2.2 不同處理灌水前后對土壤水分變化的影響

果實膨大期(第7次)灌水時間為7月15日，處理T1、T4、T7灌水定額為225 m3/hm2，處理T2、T5、T8灌水定額為300 m3/hm2，處理T3、T6、T9灌水定額為375 m3/hm2。處理T1、T2、T3施肥量為90 kg/hm2，處理T2、T5、T8施肥量為120 kg/hm2，處理T3、T6、T9施肥量為150 kg/hm2，各處理肥料配比N∶P2O5∶K2O為2∶1∶2。新紅星蘋果果實膨大期灌水前后各層土壤含水量變化情況見圖2。

圖1 各試驗小區生育期土壤含水量動態變化過程

圖2 第7次(果實膨大期)灌水前后土壤含水量變化

由圖2可知，當施肥量不變隨著灌水量由225 m3/hm2增加至 375 m3/hm2時，土壤含水量最大值由30 cm降低至40～45 cm；當灌水量為225 m3/hm2時對100 cm處土壤水含水量影響不大；灌水前后土壤含水量增幅較大值主要分布在30～60 cm處，說明30～60 cm處為蘋果根系耗水主要區域。

2.3 不同水肥處理蘋果不同生育期耗水量分析

(1)蘋果生育期耗水量

在田間條件下采用水量平衡法對蘋果耗水量和耗水過程進行分析。根據水分收支情況，試驗區水量平衡可用式(1)計算。

(1)

式中：ET為耗水量,mm；W0、WE為生育期某階段初、末100 cm土層的土壤含水量,mm；M為某階段內的灌水量,mm；P為某階段內的降雨量,mm；K為某階段內地下水補給量,mm；D為深層滲漏量,mm；R為徑流量,mm。

土壤含水量變化考慮1 m深土層的含水量變化。試驗區地下水位埋藏較深，可不計地下水補給，生育期內降雨量較少，降水就地入滲，地表徑流量可以忽略，不考慮深層滲漏量，蘋果生育期內各階段各處理實際耗水量及耗水強度，計算結果見表3、表4。

表3 新紅星蘋果各生育期各階段耗水量 mm

表4 果各生育期耗水強度 mm·d-1

由表3可知，萌芽開花期氣溫較低，耗水量較低，各處理因土壤水分條件不同，處理間耗水量也存在差異，各處理耗水量在43.42～78.37 mm之間。處理T1、T2、T3、T5、T6、T8土壤水分均出現較大盈余，呈現灌溉增加土壤水分的蓄存階段。

花后期新紅星蘋果新稍開始生長期，各處理耗水量67.48～96.47 mm之間，處理T1～T8土壤水分出現虧缺，作物生長消耗了部分土壤蓄存水分;花芽分化期各處理耗水量有所下降，耗水量在40.49～96.47 mm，各處理土壤水分多出現少量盈余;果實膨大期，生殖生長達到頂峰，耗水量陡增，各處理耗水量差距明顯拉大，耗水量范圍在134.17～204.84 mm區間，處理T1、T3、T6、T8出現虧缺; 成熟期新紅星蘋果生理活動開始變緩，耗水量也有所降低，耗水量55.08～77.07 mm，各處理土壤水分均出現盈余，土壤處于儲水階段;落葉期新紅星蘋果耗水量出現上升趨勢，耗水量67.78～102.18 mm。

各處理在萌芽開花期、花后期、花芽分化期、果實膨大期、成熟期、落葉期6個階段耗水量大小依次為：果實膨大期>花后期>落葉期>成熟期>萌芽開花期>花芽分化期。

(2)新紅星蘋果生育期耗水強度

耗水強度反映了作物不同生育階段內灌溉、施肥、氣象等對作物生長發育的綜合影響。新紅星蘋果各生育期耗水強度見表4。

由表4可知，蘋果全生育期內耗水強度從萌芽開花期至落葉期呈先上升后下降再上升又下降的趨勢，果實膨大期耗水強度達到頂峰。各處理在萌芽開花期耗水強度為1.28～2.37 mm/d；花后期耗水強度為2.2～3.11 mm/d，花芽分化期耗水強度為1.56至3.52 mm/d。果實膨大期耗水強度處于各生育期之首，在3.19～4.91 mm/d之間；成熟期耗水強度在2.20～3.08 mm/d，到落葉期逐步降至1.79～2.15 mm/d。從總體來看，各處理隨著灌水量的增加，耗水強度也隨之增加。

2.4 不同水肥處理對新紅星蘋果品質的影響

不同試驗處理新紅星蘋果外觀品質見表5。

表5 試驗處理新紅星蘋果外觀品質

注：各處理定級用100個樣品；果形指數=果實縱徑/果實橫徑。

由表5得出單果重T5最大為224.4 g，整體表現為T5>T6>T8>T3>T2>T9>T4>T7>T1；果形指數T8最大為0.90，整體表現為T8>T5>T6>T7(T2)>T4>T9(T3、T1)；果實分級中T5處理80 mm以上達66.06%，T9處理70 mm以上達98.8%，T1處理70 mm以上為86.11%。得出施肥量和灌水量對單果重和商品果率影響較大。

2.5 不同水肥處理對蘋果水分利用效率的影響

不同水肥組合對新紅星蘋果水分利用效率的影響見表6。

表6 不同處理新紅星蘋果生產效率

由表6可知，新紅星蘋果產量T6最高為7103.25 kg/hm2，表現為T6>T9>T5(T8)>T7>T3>T4>T2>T1；灌溉水利用效率T5、T8最大為1.89 kg/m3，表現為T5(T8)>T7>T4>T6>T9>T1>T2>T3；水分生產效率T5最大為1.21 kg/m3，表現為T5>T6>T8>T7>T9>T4>T2>T1>T3，綜合以上試驗結果，采用處理T5作為推薦水肥組合方式，可以達到更好的節水高產效果。

3 結 論

(1)在整個生育期不同水肥處理條件下灌水后土壤含水率發生顯著變化，且在30～60 cm土層土壤含水率最大，土壤含水率最大層在12.4%～28.7%之間變化，灌水前后土壤含水率增幅在1%～12.4%之間變化。在果實膨大期灌水前后土壤含水率的變化量較小，花芽分化期和成熟期灌水前后土壤含水率變化量較大，30～60 cm處為蘋果根系耗水主要區域。

(2)萌芽開花期耗水強度為1.28～2.37 mm/d；花后期耗水強度為2.2～3.11 mm/d；花芽分化期耗水強度為1.56～3.52 mm/d；果實膨大期耗水強度處于各生育期之首，在3.19～4.91 mm/d之間；成熟期耗水強度在2.20～3.08 mm/d；落葉期耗水強度在1.79 ～2.15 mm/d。

(3)綜合5 a生新紅星在枯水年型下水肥耦合滴灌灌溉制度(表7)：灌溉定額3300 m3/hm2，全生育期灌水12次，其中萌芽開花期2次，落花后2次，花芽分化期2次，果實膨大期3次，成熟期2次，落葉期1次。施肥定額47 kg/畝，肥料配比N∶P2O5∶K2O為12∶7∶13，施肥7次，其中萌芽期施肥1次，落花后2次，花芽分化期1次，果實膨大期2次，成熟期1次。

表7 蘋果水肥耦合灌溉制度表

[1] 秦偉，崔新儀.不同氮磷鉀配比施肥對新疆紅富士蘋果糖分積累相關酶活性的影響[J].新疆農業大學學報，2013，36(6)：431-436.

[2] 鄒養軍.根系分區灌水對蘋果生理功能的影響及控梢促花效應研究[J].灌溉排水學報，2007,26(4):28-31.

[3] 吳富強，衛拯友.蘋果專用肥在富士蘋果栽培中的應用效果研究[J].陜西農業科學，2013(2):24-25.

[4] 馬海洋，同延安，路永利，等.診段施肥綜合法(DRIS在渭北旱塬紅富士蘋果營養診斷中的應用)[J].干旱地區農業研究，2013，31(2)：84-88.

[5] 鄒養軍.渭北旱塬不同種植年限蘋果園土壤水分的變化特征[J].干旱地區農業研究，2011，29(1):41-43.

[6] 劉偉.根域水分調控與蘋果生長節律相關研究[D].保定：河北農業大學，2012.

[7] 李懷有.蘋果滴灌試驗及節灌制度研究[J].干旱地區農業研究，2001，19(3):114-120.Study of water and fertilizer couping on precise irrigation program

TANG Rui, HE Baoyin, ZHANG Shangning, XU Ligang, LI Jinze

(NingxiaHydraulicResearchInstitute，Yinchuan750021,China)

To solve the low utilization efficiency of apple water and fertilizer in Ningxia middle arid area, taking apple as study subjects whose life cycle is two years long, analyzing apple root zone soil moisture dynamics, dynamic regulation of water consumption and water use efficiency of apple of different water and nitrogen applied level under the condition of drip irrigation. The result show that: an drip irrigation program of water and fertilizer couping for apple is proposed, which the irrigation quota is 3520 m3/hm2, irrigation time is 12 times, with two times at the early stage of the flower，the later stage of the flower and the flower bud differentiation, three times at rapid growing stage of young fruit, two times at the mature stage, one time at leaf senescence stage. Fertilization quota is 705 m3/hm2, The ratio of fertilizer of N,P2O5and K2O is 12∶7∶13 , fertilization frequency is 7 times, with one time at the early stage of the flower, two times at the later stage of the flower, one time at the flower bud differentiation, two times at rapid growing stage of young fruit, one time at the mature stage. Under this drip irrigation program for apple which life cycle is five years, the production is 6237 kg/hm2, irrigation water use efficiency is 1.89 kg/m3, water production efficiency is 1.21 kg/m3.

apple；drip irrigation；drip irrigation program

寧夏科技支撐計劃重大專項精量灌溉與水肥一體化技術研究示范；寧夏自然科學基金項目(NZ14216)

唐 瑞(1987-)，男，工程師，主要從事節水灌溉、水工新材料的研究。

S152.7

A

2096-0506(2016)10-0006-07