陜北風沙區溫室滴灌油桃生長和產量對水分虧缺的響應

張 鵬，曹紅霞，張建鍇, 胡笑濤

(西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室，陜西 楊凌 712100)

干旱缺水始終是影響農業發展的重要原因，嚴重的水分虧缺致使果樹產量下降及果實品質低劣，并對樹勢培養造成不良影響[1-2]，但對果樹進行適度虧缺灌溉可以達到節水增產和改善果實品質的目的[3]。陜北風沙區為半干旱氣候向半濕潤氣候過渡區，年平均降水量僅350～450 mm，且分布極不均勻，極易造成干旱[4-5]。該地區主要土壤為風沙土，松散多孔，漏水漏肥嚴重[6]。近年來，隨著當地經濟發展和人民生活需求的提高，設施果蔬產業已具有一定規模。油桃作為當地的設施果品之一，果皮光滑無毛，風味濃甜，富含VC等營養物質，比普通毛桃更耐存儲運輸，經濟價值較高，種植較廣[7]。但當地設施果樹仍采用經驗性的大水漫灌方式，導致果實產量和品質下降，農田無效水消耗過多。因此，需要研究該地區設施油桃的節水灌溉模式以解決生產中存在的問題。

馬福生等[8]對溫室梨棗樹的畦灌試驗研究表明，在果實成熟期進行重度虧缺灌溉，減產效應并不顯著；而強薇等[9]對滴灌核桃的水分虧缺試驗結果顯示：調虧灌溉對果型發育和產量產生了負效應；婁玉穗等[10]對盆栽葡萄的水分虧缺試驗顯示，中度灌溉條件下葡萄新梢生長適中，果實生長最快且葉片的凈光合速率最高；武陽等[11]對滴灌香梨果樹的研究表明，在果實細胞分裂期和果實緩慢膨大期進行適度調虧灌溉可以有效抑制營養生長，提高產量和水分利用效率；周罕覓等[12]在遮雨棚條件下對桃樹的虧水研究表明：輕度水分虧缺在液流速率、凈光合速率及產量下降不明顯的情況下，能顯著提高果實單果重及水分利用效率。目前關于滴灌設施果樹生長對水分虧缺響應的研究較少涉及，大多數研究針對大田栽培或桶栽試驗進行；此外，在該地區特殊的土壤條件下油桃生長對水分虧缺的響應并不清楚。本研究以溫室栽培的“秦光6號”油桃[13]為對象，采用滴灌方式來探討水分虧缺對油桃樹體生長和果實產量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

試驗于2018年3月1日至6月15日在陜西省榆林市榆陽區魚河鎮金沙灣農業合作社溫室大棚內進行。該地位于北緯38°18′、東經109°43′，屬于溫帶半干旱大陸性季風氣候，溫室為占地面積1 333.4 m2的塑料膜拱棚，南北走向，內部光照、溫度及濕度條件較為一致(見圖1)。棚內桃樹共8行、72列，于2014年4月2日移植，將栽種行開挖深80 cm、寬60 cm深溝，在底層填置20 cm黃土以防止水肥滲漏，然后在其上堆放約5 cm厚的檸條枝作為有機肥料。試驗土壤為風沙土，1 m土層田間持水量為0.1417(質量)，土壤容重1.5817 g·cm-3，土壤有機質9.34 g·kg-1，速效磷19.74 mg·kg-1，速效鉀132.64 mg·kg-1，硝態氮32.85 mg·kg-1，銨態氮5.82 mg·kg-1。試驗用樹為5 a生早熟油桃“秦光6號”，株距為1m，行距2.3m。采用滴灌水肥一體化設備灌水，每行樹在距離樹干兩側垂直距離40 cm處各鋪設1根滴管，滴頭間距50 cm，額定流量4 L·h-1，計劃濕潤層0.6 m，滴灌濕潤比0.5。

試驗設置4個水分處理，分為3個滴灌處理和當地漫灌處理。滴灌處理按灌水量由高到低分為W1、W2、W3，當3個水分處理中任一個0～60 cm土層的平均土壤含水率接近灌水下限50%θf(田間持水量)即開始統一灌水(誤差為±2%)，W1、W2、W3的灌水上限分別為90%θf、75%θf、60%θf，以實際土壤含水率和灌水上限進行灌水量計算(見圖2)。滴灌處理的氮、磷、鉀施肥量為：200 kg·hm-2(以N計)、120 kg·hm-2(以P2O5計)、240 kg·hm-2(以K2O計)，總施肥量分5次滴施完畢。萌芽期：N 40%+P2O560%+K2O 20%(2次均量)；花后肥：N 30%；果實第一膨大期：K2O 20%；果實第二膨大期：N 30%+P2O540%+K2O 60%(2次均量)。漫灌處理(CK)的灌水和施肥均參照當地同年的方式做一致處理。CK的氮、磷、鉀施肥量分別為300 kg·hm-2(以N計)、180 kg·hm-2(以P2O5計)、280 kg·hm-2(以K2O計)，氮肥和磷肥一次性在花期后10 d溝施完畢，鉀肥在掛果約30 d后全部溝施，所有處理在10月份溝施15 m3·hm-2羊糞作為基肥。

圖2 不同水分處理的灌水時間和灌水量Fig.2 Irrigation time and quantity for different water treatments

試驗按水分處理劃分4個小區，隨機排列，每個小區6列，橫跨8行，共48棵樹；以外側兩列樹為保護行，分別選取內側各列長勢較為一致的3棵樹作為觀測樹。在該年試驗開始前，于2017年生育期進行相同試驗處理。由實際觀測得出各生育期所對應的年天數(Day of year，DOY)：萌芽期(59～77)、花期(78～93)、果實生長初期(94～129)、硬核期(130～141)、果實第二膨大期(142～160)，成熟采摘期(161～166)[7]。

1.2 測定項目與方法

土壤含水率的測定采用打土鉆和時域反射儀(TDR)觀測結合的方法。Trim管安裝于小區中部距離滴灌毛管垂直距離10 cm處，每個小區6根，在土壤含水率接近灌水下限時，利用打土鉆準確測定各小區灌水前一天土壤含水率，打鉆位置距離毛管垂直距離10～15 cm。滴灌灌水量計算公式為：

M= (θ1-θ2) ·γ·s·h·p·η-1

式中,M為灌水量(m3)；θ1為灌水上限(重量含水率)；θ2為土壤實際含水率；γ為土壤容重，取1.5817 g·cm-3；s為灌水面積(m2)；h為計劃濕潤層，取0.6 m；p為滴灌濕潤比，取0.5；η為水分利用效率，田間水損失可忽略，故取100%。

在果實生長初期于每棵觀測樹東南西北4個不同方位各選取一個新梢，在果實成熟采摘期的6月12日測定新梢生長量。

樹干直徑變化的測定利用德國Ecomatic公司生產的DD-L型直徑測量儀進行自動觀測，并采用DL-18型樹木生長記錄器進行數據記錄。測量儀安裝于樹干距離地面垂直高度15 cm處，記錄間隔30 min，傳感器靈敏度0.2 μm。

利用日本柯尼卡美能達公司所產SPAD-502 Plus葉綠素儀進行不同生育期葉片葉綠素相對含量的即時觀測。在觀測日12∶00選擇觀測樹新梢頂端到新梢末的第3片葉片進行測定，測定前用紗布將葉片擦拭干凈以免污染探頭，每個小區測定12個葉片。

果徑生長變化利用游標卡尺測定，每棵觀測樹選取東南西北4個不同方位的果實進行測量。在第一次觀測時，利用記號筆標記好果實的觀測位置，每隔7 d觀測一次，游標卡尺測量精度為0.1 mm。果形指數(fruit shape index，FSI)的計算方法如下：

FSI=HD·TD-1

式中,TD為橫徑(cm)；HD為縱徑(cm)。

對于果實產量的測定，各處理隨機選取6棵樹測定果實總重量和單株果個數。利用各小區的平均單果重和單株果個數計算果實產量。對于果實含水率的測定，隨機選取每個處理的成熟果實20個，切片去核，稱取鮮重，在75℃下烘至恒重進行計算。水分利用效率(water use efficiency,WUE)的計算公式如下：

WUE=Y·I-1

式中,Y為產量(kg·hm-2)；I為灌水量(m3)。

利用溫室的自動氣象站按照國家氣象局標準連續采集氣溫(℃)、空氣相對濕度(%)、飽和露點溫度(℃)、日照時數(h)、距離地面2 m處風速(m·s-1)。參考作物蒸發蒸騰量(reference crop evapotranspiration，ET0)的計算采用FAO-56 Penman-Monteith方法[14]。

1.3 數據處理

利用DPS進行ANOVA分析(α=0.05)，采用LSD法進行多重比較，運用Excel 和Origin 9.6進行數據處理和繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同水分處理對桃樹生長的影響

2.1.1 不同水分處理對桃樹新梢生長的影響 不同處理間的新梢生長量存在一定顯著差異(P<0.05)(圖3)。在滴灌處理W1、W2、W3下，6月12日(果實成熟采摘期)的新梢長度分別為24.0、21.8、20.6 cm，隨著灌水量的提升新梢生長量變大。而當地漫灌處理CK的新梢生長量和高水處理W1較一致，僅相差0.69 cm。

2.1.2 不同水分處理對桃樹莖干日最大收縮量(maximum daily shrinkage，MDS)的影響 桃樹的莖干日最大收縮量即樹干直徑日最大值和最小值的差值，其值的變化由樹木蒸騰強度和土壤水分可利用率的相對大小而不同[15]，不同水分處理下各生育期樹干MDS變化如圖4所示。在土壤水分不斷消耗及灌溉補水過程中，MDS呈現動態震蕩變化，在灌水后的前幾天MDS急劇下降，而后在震蕩中呈上升趨勢，且隨著生育期的持續MDS整體呈現上升趨勢。不同生育期各處理MDS最大值、最小值及變異系數差異明顯，且不同處理的生育期均值差異顯著(表1)。

注：不同小寫字母表示不同處理間的顯著性差異(P<0.05)，下同。Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments at 0.05 level. The same below.圖3 不同水分處理下新梢生長量Fig.3 Shoot growth under different water treatments

表1 不同水分處理下油桃樹各生育期MDS最大值、最小值及均值

除萌芽期和花期，W1在其他生育期的MDS均值顯著大于其他處理，從萌芽期到硬核期，W1的生育期均值不斷增大，增幅為470.0%；W2處理下除了成熟采摘期是前5個生育期均值(66.1 μm)的194.4%,各生育期MDS均值處于較穩定范圍；W3、CK的均值隨生育期的進行持續增大，但其最大值僅為W1最大均值的66.3%、48.2%。由變異系數可以得出各生育期MDS波動較劇烈的水分處理：在花期CK的變化范圍為0.4～25.3 μm，波動強度大小依次為CK>W3>W2>W1；在果實生長初期，W3和CK的MDS波動范圍分別為16.9～193.6 μm和1.5～148.7 μm，波動強度為CK>W3>W1>W2；在硬核期，W1、W3、CK的MDS波動范圍分別為32.4～388.7、1.5～253.3、1.3～220.7 μm，波動強度大小依次為CK>W3>W1>W2。

由于樹干MDS值由樹干直徑的日最大值和最小值共同決定，一個生育階段MDS的最大和最小值出現時間可以反映樹體的水分變化狀況。萌芽期于第69天進行灌水，W1、W2、W3的MDS最小值均出現在第77天，這可能與桃樹的生育期特性有關，而最大值出現在第73～74天，在此生育階段樹木蒸騰緩慢，莖干處于收縮狀態，灌水后隨著根系不斷吸水，樹體木質部和韌皮部的細胞吸水膨脹，MDS值變大；在果實第二膨大期于第148天進行滴灌、第158天各處理統一灌水，W1、W2和W3、CK的最大值分別發生在第156天、第159天，W1和W2由于相對較高的蒸騰量致使樹體水分變化大，細胞收縮嚴重，而W3、CK則由于組織復水引起木質部和韌皮部細胞發生較大的膨脹；在成熟采摘期，W1、W2、W3、最小值發生在第161～162天，此時在復水后3～4 d細胞水分較充足，MDS變小。

2.2 水分虧缺對葉片葉綠素相對含量(SPAD)的影響

除了果實生長初期前段和硬核期，各處理的葉片SPAD值在不同生育期差異顯著(圖5)。在果實生長初期前段的觀測中(4月13日)，各處理的SPAD無顯著差異；到果實生長初期末段(5月1日)，W1、W3的SPAD值顯著低于CK，分別為CK的96.8%、96.0%；在果實硬核期后第一天(5月22日)，各處理SPAD值無顯著差異；到果實第二膨大期前段(5月30日)，W1、W3的SPAD值顯著低于W2處理；W1的SPAD值果實第二膨大期前段為39.85，到果實第二膨大期分段和成熟采摘期變為42.35，到果實第二膨大期后段和成熟采摘期增大6.3%，且W1的SPAD值顯著高于W3和CK處理。

圖5 生育期葉片SPAD變化Fig.5 Variation of leaf SPAD in growing period

2.3 不同水分處理對果徑生長的影響

不同水分處理對油桃果徑及果形指數變化的影響如圖6所示。隨著生育期的推進果徑不斷增大，果形指數不斷變小，由1.5趨于1。各處理的TD、HD、SD在果實生長初期和第二膨大期的平均增長速率分別為0.63、0.96、0.75、0.98、0.58、0.87 cm·d-1，由此可見，在果實第二膨大期果實橫徑和縫徑增大加快，縱徑生長較果實生長初期變緩。從4月

30日到5月14日，在果實生長初期的第一次觀測中，W1的縱徑顯著低于W3，此外，各處理果實縱徑在其他觀測中未表現出顯著差異；在5月21日至6月7日的后3次觀測中，CK的果徑明顯小于其他處理，但未達到顯著水平；到果實收獲期，CK的橫徑和縫徑顯著低于其他處理。從果形指數來看，在成熟采摘期，滴灌處理的果形指數均接近于1，CK為1.16，顯著大于其他處理，不同灌溉方式對果實形狀產生一定影響。

2.4 不同水分處理對桃樹產量、水分利用效率和果實參數的影響

不同水分處理下油桃的產量、單株果個數、單果重、WUE均存在一定顯著性差異(P<0.05)(表2)。對比處理間的單株果個數和單果重，W1、W3的單株果個數分別比W2高出20.8%和5.7%，比CK高出46.6%和28.3%；雖然W2的單株果個數僅為49.3，但其單果重顯著大于其他處理。一定程度水分脅迫能夠產生顯著的減產效應，W1、W2的產量分別是W3的117.7%、112.2%，是CK的154.3%、147.1%。不同處理對產量的水分利用效率差異顯著，W3處理的WUE顯著高于其他處理，且CK處理WUE值最低，W1、W2、W3分別是CK的188.0%、299.0%、614.4%。不同處理間的果實含水率無顯著差異。

表2 不同水分處理對桃樹產量、水分 利用效率和果實參數的影響

注：TD:橫徑；HD:縱徑；SD:縫徑。不同小寫字母表示各觀測日期不同處理間的顯著性差異(P<0.05)。Note：TD: Transverse diameter；HD: Horizontal diameter；SD: Seam diameter. Different lowercase letters indicate significant difference among treatments on the observation date at 0.05 level.圖6 生育期果徑變化Fig.6 Variation of fruit diameter in growing period

3 討 論

桃樹的新梢生長量和MDS的變化反映了不同水分處理對于樹體營養生長的影響。本文研究顯示，在滴灌條件下新梢生長量隨灌水量的增加而增加，這與王連君等[16]、李雙雙等[17]的研究結果一致。試驗結果表明：漫灌處理在花期、果實生長初期和硬核期的MDS波動較強，而MDS波動越強表明樹體水分狀況越不穩定[15,18]。在滴灌處理下高水處理W1在果實生長期到成熟采摘期的MDS值顯著高于W2和W3，而W2在整個生育期均維持較低值。究其原因，由于CK的果實產量顯著低于其他處理，因而MDS相對較低[17]；而W1由于高的果實產量和旺盛的營養生長，致使樹干組織細胞收縮或膨脹強烈，因而其MDS值在果實生長發育期顯著較高[18-19]。由各生育期不同水分處理下MDS最大值和最小值出現的時間可以推斷，MDS的變化與果樹的生育期有一定關系。

土壤干旱通過抑制樹體葉片氣孔的開度而降低光合效率，從而使葉綠素含量降低，減少有機物的累積[18,20]。張青[21]和張曼義[22]等分別對七葉樹幼苗和設施黃瓜的試驗顯示，隨著水分脅迫時間的持續，七葉樹葉片的葉綠素總含量先上升后下降；重度脅迫對黃瓜葉片葉綠素含量影響顯著。本試驗結果顯示：在果實第二膨大期前段，W1、W3的SPAD值顯著低于W2，此時由于果實膨大期需水量大，在復水后的2～3 d內高水處理W1的土壤含水率較高，使得葉片中Mg+合成受阻，導致葉綠素含量下降[23]，到果實第二膨大期后段和成熟采摘期W1的SPAD值增大，顯著高于W3和CK，可見：由于W3較低的灌水量以及漫灌處理在需水關鍵期灌水時間太靠后，使土壤水分脅迫嚴重，葉綠素含量降低。由W2處理在整個果實生長期間較高的SPAD值可以說明，適宜的滴灌灌水上限能在減少灌水量的同時使葉片在果實生長期具有較高的葉綠素含量。

果實的細胞分裂受水分脅迫影響較小，但細胞膨大對土壤干旱十分敏感[24]。婁玉穗等[10]通過不同灌水閾值對‘巨峰’葡萄生長影響的研究表明，中度灌溉的成熟葡萄果徑顯著大于脅迫灌溉和嚴重脅迫灌溉處理，曹曉慶等[25]對膜下滴灌櫻桃樹的研究也表明，果實的單果重受灌水量影響顯著，適宜灌水確實增加了單果重；而在桃樹果實生長的非關鍵期進行調虧灌溉，最終的果徑與充分灌溉無顯著差異[26]。本試驗結果顯示：CK的果實橫徑和縫徑在成熟采摘期顯著低于其他處理。W2處理果徑和單果重最大的原因，可能是適度的水分虧缺使得桃樹葉片經過硬核期的水分脅迫在復水后葉水勢較高，其在果實第二膨大期的果實液胞水勢較高，更有利于果實的膨大[27]；從庫—源關系來看，W2較高的葉片SPAD值產生較多的光合產物，在果個數相對較少時，單果重增大。武陽等[28]對于虧缺灌溉對成齡香梨產量的研究表明，適度水分虧缺較充分灌溉提高了果實體積和產量，但李雅善等[29]的研究卻顯示虧缺灌溉較充分灌水會顯著降低果實產量。本研究表明，由于W2處理單果重大，產量下降并不嚴重，是W1的95.3%，而W3和CK處理本身單株果個數較小，在第二膨大期果實水分需求不能滿足，單果重均小于W1，產量顯著低于W1。漫灌處理雖單次灌水量較大，但滲漏嚴重，并不能滿足桃樹生育期的水分需求；尤其在果實第二膨大期，桃樹需水強烈，在膨大期未進行灌水導致補水不及時，果實膨大不充分，影響了單果重。因此，滴灌條件下適度的水分虧缺在減產不明顯的情況下，能夠大幅度提高水分利用效率，增加果實單果重，提升果實商品價值。

4 結 論

1)漫灌較地表滴灌劣勢明顯，由于該地區土壤為風沙土，當地的漫灌方式造成水分滲漏嚴重，果實生長關鍵期的水分需求不能滿足，樹干直徑變化在生育期波動強烈，果實產量顯著低于滴灌處理。

2)在滴灌條件下，過高的灌水量導致新梢生長量加大。低水處理W3由于灌水量過小，僅為高水處理W1的25.9%，果實產量顯著低于W1。中水處理W2相比于高水處理W1節水150 mm·hm-2，成熟期果實產量達到W1的95.3%，且樹干的MDS均值在各生育期穩定，樹體水分狀況較優；在果實生長發育階段，該處理的樹體光合作用亦優于其他處理，成熟期果實單果重顯著大于其他處理，經濟價值較高。因此，W2處理較優，其生育期對應灌溉定額為1 120 m3·hm-2，灌水次數為7次。