滴灌模式對黃土高原蘋果樹生長、產量及根系分布的影響

劉 星，曹紅霞,廖 陽，周宸光

(西北農林科技大學水利與建筑工程學院，旱區農業水土工程教育部重點實驗室，陜西 楊凌 712100)

蘋果作為大眾水果之首，營養價值高、色澤艷麗、口感極佳，一直以來都受到人們的青睞。陜北黃土區土層深厚，海拔高，光照充足，晝夜溫差大，有利于果實糖分的積累，是蘋果的最佳適生區。生產的蘋果色艷、個大、細脆、香味濃厚、含糖量高、耐貯運、無污染，是該區頗具影響的特色產業[1]。但由于當地降雨量小且分配不均，蘋果樹生長發育對水分的需求與降雨的季節分配量錯位，水分供需矛盾突出，再加之日照強烈、空氣干燥，土壤水分蒸發散失快，山地蘋果園季節性干旱缺水嚴重[2]。灌溉是改善旱地果園水分供應狀況的有效措施，但不合理的灌水方式，不僅會造成水資源浪費以及水分利用效率的降低，還會造成土壤濕度過大、病害滋生，影響果實產量和品質[3]，因此對蘋果樹進行科學、合理的水分管理與調控，成為果樹生產管理的關鍵環節。不同灌水模式對蘋果樹耗水規律、果實產量等均會產生顯著影響[4]。開展適宜滴灌方式研究，對滴灌條件下蘋果的合理水分調控和灌溉決策具有重要意義。

分根交替灌溉是在作物的某些生育期或全生育期交替對部分根區進行灌溉，其余根區則采取水分脅迫的新型灌溉方式，通過根系產生根源信號脫落酸來調節最優氣孔開度，同時根系交替經受一定程度的干旱鍛煉，提高根系對水分和養分的利用率，達到不犧牲光合產物積累而減少棵間蒸發損失的節水目的[5]。分根交替灌溉在玉米[6]、葡萄[7]、番茄[8]、果樹[9]等作物進行了大量研究，發現其有提高水分利用效率、節水、適產和優質的效果。前人對分根交替灌溉在果樹生長發育、產量、耗水、根系分布等方面均有大量研究[10]，發現分根交替灌溉能顯著提高灌溉水利用效率和植物水分利用效率，誘導灌水區域的根系數目增加，調控營養生長和生殖生長的平衡，保證植株正常生長發育[11]。焦潤安等[12]研究發現，分根交替滴灌處理在促進蘋果幼樹根系生長上具有明顯的優勢，主要是由于這種灌溉方式改善了土壤的透氣性和水分環境，提高了根系活力，顯著增加了吸收根根長和輸導根干重，提高了根干重。劉賢趙等[13]研究發現，分根交替滴灌處理通過干、濕交替使部分根系經受一定程度的水分脅迫，利用植物普遍存在的補償生長機制刺激了根系的生長，從而分生出較多的毛細根群(即吸收根)，增強了根系吸收土壤養分、水分的能力，這可能是植物對環境的一種適應性反應。宋磊等[14]對桃樹的研究表明，分根交替灌溉的產量相比常規灌溉低10%，但水分利用率提高75%。Du[15]等通過對西北干旱地區的葡萄研究發現，分根交替灌溉提高葡萄產量13%(P<0.05)，WUE提高30%(P<0.05)。

前人對不同灌水條件下蘋果的研究主要集中于地上部生物量、產量、水分利用效率等方面[16]，但是不同研究條件下適宜的滴灌方式與灌水量不盡相同，此外在滴灌條件下將地上部、地下部生物量進行系統分析的相關研究較為少見。特別是不同滴灌方式對陜北山地蘋果地上部、地下部生長發育等方面的系統研究還較為薄弱。耗水量、根系分布、產量以及水分利用效率等綜合指標的復合聯系以及不同滴灌條件下的土層根系空間分布與產量的相關關系研究較少。本研究以陜北地區山地蘋果為研究對象，選用8 a生寒富蘋果樹為材料，研究不同滴灌條件對蘋果生長指標、根系指標、產量和水分利用效率的影響，確定該種植模式下適宜的滴灌方式與灌水定額，以期為山地蘋果園滴灌水分管理提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2018年3月下旬到2019年10月下旬在陜西省榆林市子洲縣前清水溝村現代農業示范園區(37°27′N，110°2′E，海拔1 020 m)進行。試驗地為典型的黃土高原山地地區，屬溫帶半干旱性氣候。多年年均降雨量453.6 mm，且年內分布不均，70%以上降雨主要集中于7—10月，年均蒸發量2 290 mm。多年平均氣溫9.1℃，無霜期164 d，年平均日照時數2 543.3 h(日照百分率達60%)。試驗地選在背風向陽的緩坡地山地蘋果園，該地區土層深厚，太陽輻射強，晝夜溫差大，供試土壤為砂壤土，pH值8.5，偏堿性，土壤容重為1.41 g·cm-3，塬面地下水埋深在150～250 m以下，是典型旱作中、晚熟蘋果適生區。

1.2 試驗設計

試驗選取8 a生矮化晚熟品種寒富為試驗樹。種植株行距為2 m×3 m，長勢大小均一，個體差異性較小。試驗地東西長約30 m，南北寬約31.5 m，面積約945 m2。試驗設計有3種滴灌方式、3個灌水量，共設有9個處理，每個處理均隨機選取長勢良好、大小均一的蘋果樹，各處理重復3次。3種滴灌方式分別為：單管滴灌(UDI)、雙管滴灌(BDI)、雙管分根交替滴灌(ADI)。單管滴灌(UDI)：沿樹干平行鋪設滴灌管(16 mm)，滴灌管位置緊貼樹干。雙管滴灌(BDI):兩側滴灌管平行于樹行布置且距離樹行0.6 m。雙管分根交替滴灌(ADI)：同雙管滴灌(BDI)布置，采用交替滴灌灌溉方式灌水，每次灌溉利用其中一根滴灌管灌水，隨灌水事件交替進行。共設有3個灌水量處理：高水(W1，85%θf，θf為田間持水量)、中水(W2，75%W1)、低水(W3，55%W1)。W1根據UDI-W1處理的灌水上限為85%θf確定，在不同滴灌方式下，同一灌水處理灌水量相同。具體灌溉定額見表1。采用滴灌灌水，滴頭流量3 L·h-1，滴頭間距30 cm，每個灌水小區采用獨立水表和水閥控制灌水。

根據TRIME-TDR系統測定的UDI-W1處理土壤含水量是否達到70%田間持水量作為灌水依據，若低于70%θf則進行灌水。土壤含水率測定每7 d進行1次，當發現土壤含水率低于下限時進行灌水，高于下限則不灌。灌水量計算公式為：

I=0.1r×H×P×S×(θmax-θTRIME)

(1)

式中，I為每棵樹灌水量(L)；P為計劃濕潤比，取0.3；H為計劃濕潤層(m)，取0.8 m；S為單棵試驗樹控制灌溉面積，為2 m×3 m=6 m2；θmax和θTRIME分別代表灌水上限(85%θf)和TRIME-TDR測定土壤實際含水量(土壤重量含水率%)；γ為土壤容重，取1.41 g·cm-3。2018—2019年各處理的灌水量見表1。每個處理設有3個重復，小區之間埋設有不透水膜隔阻每個獨立小區之間進行水分流動，同時在每個獨立小區周圍設置保護樹。

于10月末(采摘后)，施用700 kg·hm-2P2O5,570 kg·hm-2K2O和430 kg·hm-2尿素作為基肥，第2年6月中旬再施用430 kg·hm-2K2O和300 kg·hm-2尿素作為追肥。各小區除試驗處理外其他管理措施一致。

1.3 觀測項目與方法

新梢長度和粗度分別采用卷尺和游標卡尺測定。在蘋果樹東、南、西、北4個方向的上、中、下部各選取1個新梢進行測定，每處理測定36個新梢。新梢長度和粗度測定于5月初開始至8月中旬新梢停長結束，每隔7 d測定1次。葉面積指數(LAI)采用冠層分析系統(Sunscan)從葉片生長期開始測定，每隔7 d測定1次，直至生育期結束。

根系樣品于2018年10月與2019年10月(果實收獲后)采用根鉆法進行取樣，根鉆直徑10 cm，距離樹干60 cm，于樹干東、南、西、北4個方位取樣，取樣深度80 cm，每個處理3個重復，每個取樣位置每層土壤樣品分別標記帶回室內，將所有根系挑揀出來，充分洗凈，將分離出的根系用鑷子平鋪于尺寸為20 cm×25 cm的有機玻璃皿中，用掃描儀(Epson perfection 4870型)對根系進行掃描，再用WinRHIZO根系分析軟件(Regent Instruments Company，Canada)對掃描結果進行分析，并計算吸水根(直徑≤2 mm) 的根長密度[17]，即

RDL=LR/VS

(2)

式中,RDL為根長密度(m·m-3)；LR為根系長度(m)；VS為土壤體積(m3)。

掃描后的根系先在105℃下進行殺青5 min，然后在75℃恒溫下烘干36 h，用精度為0.0001 g的電子天平進行稱量，獲得根系干質量，再將根系干質量除以土芯體積得到每個樣品的根系干質量密度。

2018—2019年實際收獲日期分別為10月23、10月24日。收獲后，測定每個蘋果樹的果實數量、質量，得到每處理單株產量后換算為每公頃產量。

土壤含水率測定采用TRIME-T3管式TDR系統(IMKO公司德國)。在試驗樹周圍布設4根Trime管，離樹干60 cm處分別布置在樹干東、南、西、北4個方向。在0～80 cm土層，每隔10 cm測定土壤含水率。

作物耗水量(ET)計算方法[18]為：

ET=ΔW+I+Pr+G-D-R

(3)

式中，ET為作物耗水量(mm)；ΔW為2次測量土壤貯水量的減少量(mm)；I為灌水量(mm)；Pr為有效降雨量(mm)；G為地下水補給量(mm)；D為深層滲漏量(mm)；R為地表徑流(mm)。由于試驗地點地下水位在地表50 m以下故不考慮地下水補給，即G=0；試驗滴灌流量較小，且灌水定額較低，灌水引起的深層滲漏可忽略不計，即D=0；地表徑流較小，故地表徑流(R)可忽略，因此(3)式可簡化為

ET=ΔW+I+Pr

(4)

WUE計算方法為

WUE=Y/ET

(5)

式中，Y為產量(kg·hm-2)。

1.4 數據統計與分析

用SPSS數據處理系統(SPSS 23.0)進行蘋果樹根系和果樹生長指標的方差分析，采用Duncan新復極差多重比較法進行顯著性分析。采用Origin 2018進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同滴灌處理下蘋果樹各生育期耗水量

表2為2018—2019年不同滴灌條件下各生育階段蘋果樹的耗水量(ET)。2018—2019年各處理下蘋果全生育期的耗水量(ET)分別為5 847～7 001.5、6 009.9～6 945.3 m3·hm-2，各滴灌方式下的W2、W3與W1相比耗水量差異顯著，耗水量為W1>W2>W3。

各處理下蘋果樹各生育階段耗水量為果實膨大期(III期)>開花坐果期(II期)>萌芽展葉期(I期)>果實成熟期(IV期)。蘋果樹I期耗水量約占全生育期耗水總量的7.4%～10.9%，II期約占15.4%～24.6%，IV期約占2.9%～7.1%，而III期耗水量占全生育期耗水總量的64.7%～68.6%，遠高于其他3個生育階段。

表1 2018—2019 年蘋果樹各灌水量處理的灌溉定額/(m3·hm-2)

表2 2018—2019 年滴灌處理下蘋果樹不同生育期耗水量(ET)/(m3·hm-2)

表3 2018年蘋果樹新梢長度、粗度和葉面積指數

表4 2019年蘋果樹新梢長度、粗度和葉面積指數

不同滴灌方式相同灌水量下，分根交替滴灌(ADI)處理在各灌水量下的耗水量最小，雙管滴灌(BDI)耗水量最大，單管滴灌(UDI)處理處于上述兩者之間；而在W2下，ADI處理在蘋果II、III期的耗水量較BDI處理和UDI處理減少更多，2018年BDI-W2處理的II期耗水量比ADI-W2處理增多了9.1%，2019年增多了22.1%(P<0.05)，2018年UDI-W2處理的III期耗水量比ADI-W2處理增多了4.4%，2019年增多了4.3%。

2.2 不同滴灌處理對蘋果生長特性的影響

2018年蘋果生育初期，不同處理新梢長度16.25～17.26 cm，新梢粗度在3.17～3.97 mm，葉面積指數在0.53～0.63之間;2019年的生育初期，新梢生長長度在17.37～18.77 cm，新梢粗度在4.46～5.32 mm，葉面積指數在0.72～0.85，2 a各處理指標在生育初期沒有顯著差異(表3、表4)。在蘋果生長的中期和后期，不同滴灌處理對蘋果樹新梢長度、粗度和LAI的影響出現差異。蘋果樹的新梢莖粗與長度以及LAI在生長中期與生長后期為ADI-W2處理最大，且第二年出現了小幅度的增長，新梢長度在2019年生長中期與生長后期分別增長了4.8%與0.5%。2018年新梢粗細的生長后期與2019年新梢長度的生長中期，僅有ADI-W2與UDI-W3出現了顯著差異，其他7個處理間并無顯著性差異。

當滴灌方式相同而滴灌量不同時，蘋果生長中期和后期的新梢長度、粗度以及LAI大小隨滴灌量增加出現先增大后減小的整體趨勢，大小規律排序大致為W2>W1>W3。2018年新梢生長后期的長度ADI-W2處理分別比ADI-W1與ADI-W3長9.5%和12.3%。當滴灌方式不同而滴灌量相同，蘋果生長中期和后期的新梢長度、粗度以及LAI大小的整體規律為ADI>BDI>UDI，在2019年ADI-W2處理新梢生長后期的粗度分別比BDI-W2與UDI-W2多28.4%、51.1%。生長初期灌水量和滴灌方式以及二者的交互作用對蘋果新梢莖粗與長度以及LAI沒有顯著影響；生長中期灌水量和滴灌方式對蘋果新梢的長度和粗細均有顯著影響，二者的交互作用沒有顯著影響；僅有2019年灌水量和滴灌方式在生長中期對LAI有顯著影響。根據生長中后期新梢生長長度、莖粗與LAI3個指標整體最優原則分析，確定較優滴灌處理的排序依次為：ADI-W2、ADI-W1、BDI-W2、BDI-W1、ADI-W3、UDI-W2、BDI-W3、UDI-W1、UDI-W3。

2.3 不同滴溉處理對蘋果樹根系分布的影響

常見的根系指標主要包括吸收根長密度、根干重密度，均為根系研究中的重要參數。不同滴灌處理下根系指標隨土層深度變化如圖1、圖2所示，為避免各處理根系累計曲線均呈現所帶來的圖形辨識度降低，僅對3個典型處理的累計曲線進行呈現。圖1顯示蘋果樹的根系在0～80 cm土層中均有分布，但主要分布在20～60 cm土層，該土層根系在2018年與2019年分別占總根系的56.7%與66.3%。各處理土層南北側(NS)與東西側(EW)的根長密度在不同深度土層差異較大，其中0～20 cm與60～80 cm土層的根長密度較小，各處理間土層的南北側和東西側均無明顯差異。ADI處理的各土層中吸收根根長密度均隨著灌水量的提高出現先增加后減小的趨勢，其中W2處理最大，而BDI處理和UDI處理的各土層中根長密度均隨著灌水量的上升出現增加的趨勢，其中W1處理最大。2018年各處理土層南北側的吸收根根長密度在226～513 m·m-3，東西側的根長密度在237.7～452.1 m·m-3；2019年各處理土層的吸收根根長密度較2018年增長9.1%～18.2%。ADI處理與BDI處理的吸收根長密度主要集中在南北側，而UDI處理主要集中在東西側，分根交替滴灌有明顯的生根效果，3種滴灌方式的吸收根根長密度在南北側土層排序為ADI>BDI>UDI，ADI處理的吸收根根長密度在2018年分別比BDI處理與UDI處理增大24.6%、66.3%，2019年增大為23.6%、64%。ADI-W2處理土層的吸收根根長密度最大值出現在南北側的40～60 cm的土層(2018年與2019年分別為820.1、959.9 m·m-3)，ADI-W2處理累計吸收根根長分別在南北側與東西側的40～60 cm土層中達到87.9%和85.8%。由圖2可知，根干重密度受灌水方式和灌溉定額作用導致在不同側的土層中出現差異，各處理南北側土層平均根系干重密度集中在35.69～93.3 g·m-3，東西側在39.7～69.3 g·m-3。20～40 cm土層，3種滴灌方式下根系干密度差異較大，2018年ADI處理土層的根系干重密度在W2水平下達到最大值(137.9 g·m-3)，較BDI處理與UDI處理最大值分別增加31.5%與22.1%，2019年ADI-W2處理土層的根系干重密度為163.7 g·m-3。與UDI處理相比，W1、W2和W3水平下ADI處理土層的根系干重密度在2018年分別高2.1%、29.4%和12.6%，而UDI-W1處理的根系干重密度在東西側土層達到最大值(83.2 g·m-3)。W1、W2和W3水平下ADI處理土層的根系干重密度在2018年分別比UDI處理高2.1%、29.4%和12.6%。在2019年，ADI-W2處理累計根干重密度在南北側20～40 cm與40～60 cm土層中分別達到44.8%和88.7%，在東西側土層分別達到52.8%和82.7%。在0～20、60～80 cm土層，各處理土層根系干重密度在不同側無明顯差異。

圖1 不同滴灌處理對蘋果樹吸收根根長密度的影響Fig.1 Effects of different drip irrigation treatments on absorption root length density of apple trees

圖2 不同滴灌處理對蘋果樹根系干重密度的影響Fig.2 Effects of different drip irrigation treatments on root dry weight density of apple tree

綜上，ADI處理在適度灌水量下能有效促進根系干物質量和根長的累積，且其干物質量和根長并非平均分配到各土層，而是集中分布在南北側40～60 cm土層，占總根干物質量的40.01%。本試驗結果表明，分根區交替灌溉主要通過增加土層南北側40～60 cm根系生長來提高總根系干物質量和根長，為果樹生長和產量的形成提供營養基礎。根據上述 2個根系指標在各層土壤中的表現，從根系指標綜合考慮，ADI-W2處理為最優的滴灌處理。雖然蘋果根系在0～80 cm土層中均有分布，但根系干物質量和吸收根根長均主要分布在40～60 cm土層中，所以在進行灌溉時，40～60 cm土層的水分狀況應作為重點依據。

2.4 不同滴灌處理對蘋果樹產量和水分利用效率的影響

分根交替滴灌下蘋果產量與灌水量之間的關系不是線性的，其他兩種滴灌方式下產量隨灌水量的增加而增加，灌水量最大的處理并未達到最高產量(圖3)。不同水分處理下，ADI-W2處理產量最高，在2 a分別達到33 010.15、43 970.08 kg·hm-2，使用單管滴灌會導致產量明顯降低，分根交替滴灌增產效果明顯，2018年分根交替滴灌在W2條件下比W1和W3分別增產13.4%和21.7%，2019年分別增產4%和18.5%。在灌水量為W2時，2018年分根交替滴灌比BDI和UDI分別增產28.3%和42.7%，2019年分別增產30.7%和54.3%。對于水分利用效率，除了UDI-W2和UDI-W3，各處理的WUE均達顯著水平，除ADI以外，其他兩種滴灌方式WUE隨灌水量的增加而減少，ADI-W2達到各處理水分利用效率的最大值(7.12 kg·m-3)，3種滴灌方式WUE排序為ADI>BDI>UDI，分根交替滴灌在適度的虧缺下能夠較大提升水分利用效率。

2.5 黃土高原蘋果樹生長指標與產量之間的關系

由圖4可知，蘋果產量與新梢長度、粗度以及葉面積指數在生長后期均出現了顯著的正相關關系，而在生長初期與生長中期相關關系不顯著，提高生育后期的新梢長度葉、粗度以及葉面積指數有利于提高產量。隨著蘋果樹的生長發育，葉片會出現衰敗等情況，可以通過調節灌溉措施來達到最適葉面積指數。新梢長度在后期達到45～50 cm、新梢粗度在10～14 mm有利于獲得較高的產量，2018年生長中期，隨新梢粗度增加，產量先增大后減小，新梢粗度7 mm產量達到最大值，可能是因為生長旺盛的中期新梢與果實生長存在競爭關系，控制新梢粗度有利于最終產量的形成。葉面積指數在生長后期與產量的關系為速率逐漸變緩的增加趨勢，葉面積指數在2.1左右能夠保持較高產量，葉面積指數繼續增加對產量影響減小。

在不同滴灌條件下，為了進一步明確產量與根系指標的關系，對不同土層根長密度和根干重密度與產量進行回歸分析。由表5可知，各處理產量與不同深度的根干重密度與根系長密度呈正相關，在20～40、40～60cm土層具有顯著的線性回歸關系，一定范圍內的根干重密度與根系長密度增加有利于產量的提高。根干重密度比根長密度與蘋果產量相關系數更大(40～60 cm土層中2 a分別為R2=0.87，R2=0.80)，在0～20 cm土層，各處理產量與根干重密度及根系長密度無顯著相關性，這可能是由于表層土壤根系分布處理間無差異所致。在60～80 cm土層，根系指標與產量沒有顯著的相關性，可能是該層根系分布比較少所致。

綜上所述，土層20～60 cm蘋果根長密度和根干重密度與蘋果產量呈正向線性相關。20～60 cm土層根系的占比較大，因此對本試驗滴灌布置而言，合理控制水分濕潤深度，對促進該層的根系生長、增加產量十分有利。

圖3 2018年和2019年滴灌處理下蘋果產量和水分利用效率(WUE)Fig.3 Fruit yield and WUE under drip irrigation in 2018 and 2019

圖4 2018年和2019年蘋果樹不同生長時期各生長指標與產量的關系Fig.4 Relationship between growth indexes and yield of apple trees in different growth periods in 2018 and 2019

表5 蘋果樹產量與不同土層深度的根系生理指標間的相關關系

3 討 論

本研究發現蘋果樹在4個生長階段的耗水量依次為III>II>I>IV，這與以前的研究結果相似[19]。通常蘋果樹生長的Ⅰ階段光強度較弱，主要是葉片發芽和初期生長，耗水量較低；在Ⅱ階段，果樹葉片進入快速生長的初期，耗水量增加;蘋果樹進入生長的Ⅲ階段，溫度較高，太陽輻射強烈，果實快速膨大，蒸騰蒸發加強，耗水量進一步升高；蘋果樹生長的Ⅳ階段，由于降雨增加，同時蘋果樹的生長減緩，葉片蒸騰功能變弱，水的消耗量很低[20]。研究表明，在不同的生長階段適度的水分虧缺處理能有效減少蒸散[21]，與W2和W3處理相比，W1處理的水分消耗更高，但W3不利于產量的形成，特別在Ⅲ階段沒有足夠的水分補給，抑制果實的膨大，所以W3處理下果實的產量較其他處理低，這一研究已得到證實[22]。這可能是因為缺水使樹冠的生長受到抑制，葉面積減小，從而降低蒸騰作用。同時對于不同滴灌方式而言，ADI處理在各灌水梯度下的耗水量更小，能夠利用部分根系產生的根源信號ABA來調節氣孔保持最適開度，減少蒸騰耗水而節水，同時還可以減少每次灌水間隙棵間土壤濕潤面積，減少棵間蒸發損失[23]，這一現象在溫度較高的III階段更為突出。

本研究發現蘋果的根系分布在0～80 cm土層，吸收根根長密度和根干重密度隨土壤深度呈先上升后下降的趨勢，且主要分布在20～60 cm土層內，這與孫文泰等[24]的研究結果類似。孫文泰等[24]對隴東旱塬蘋果的根系分布研究表明，根系主要分布在距樹干0～90 cm范圍內的20～60 cm土層中，以20～40 cm根系最為密集。

根系分布取決于滴灌滴頭的出水位置與出水量，根系功能不僅取決于根系生物量與吸收根長，還取決于它的空間分布[25]。于坤等[26]采用的穴貯滴灌，水分運移更深，根系隨水分下沉更深，這樣會使水分向下運移得更深，水分對根系分布具有引導作用，同樣根也會向下深扎，這就導致了根系主要分布的深度不同。宋小林等[27]對黃土高原蘋果樹根系研究發現，根系分布與水分分布相關，果樹根系的生長和根系在不同濕潤土層的分配比例與灌水濕潤的土體范圍有關，根系的生長有明顯的趨水特征。周青云等[28]采用根系分區交替滴灌，研究發現未灌水根區根系受到一定程度的水分脅迫后，刺激根系的吸水補償功能，同時也會增強根系的生長。本試驗中分根交替處理根系發育較BDI處理與UDI處理要優。而ADI處理在南北側根系發育優于東西側，交替的滴灌方式主要濕潤南北側的土壤，使得南北側具有更適宜的根系生長水分條件，促進該側根系發育。當植株遭受水分虧缺時，最早是根系受到影響，土壤水分降低會直接導致根吸收的水分含量減少[29]，從而影響到根系和地上部生物量的生長發育[30]。由于灌水量的減少，導致水分在土壤中的分布量變小，果樹的根系分布范圍也就受到了抑制[31]。當灌水量為W3時，滴灌只能濕潤上部土層，下部根系得不到水分供應，長期處于水分虧缺狀態，從而抑制了下部土層根系的生長，此現象對于未滴灌側更為明顯，ADI-W3處理東西側根系發育受到明顯抑制。W2比W3水分向下運移更深，可以減少上層根系冗長，促進蘋果根系向深層分布，增加根系對深層土壤水分的利用，因此ADI-W2處理下土層南北側根系在土壤中(40～60 cm)分布更加密集；而ADI-W1處理并不有利于促進生根，同時土壤水分含量高，通氣性差也會影響根系發育，因此ADI-W2處理根系發育最佳。本研究通過對蘋果產量與各層根系干質量密度和根長密度進行回歸分析，得出在20～60 cm土層蘋果根系干質量密度和根長密度在一定范圍內增大有利于蘋果產量的提高。

不同滴灌處理除了會直接影響地下生物量，同樣也影響地上生物量如新梢的生長，遭受水分虧缺影響冠層的發育。徐巧等[32]對干旱山地蘋果樹生長的研究表明，整個新梢生長期，水分供應對新梢的加長生長影響較大，適宜的水分供應新梢平均長達到28.7 cm，比極度干旱條件下(13.4 cm)提高了114.2%。宋凱等[33]對蘋果幼樹的研究發現，分根交替灌溉處理(APRI)對蘋果幼樹的新梢粗度增長量在水分處理期間也表現為逐漸增加的趨勢，合理的滴灌方式加上適度的灌水量對果樹新梢長度、新梢莖粗以及葉面積指數各指標會產生積極的影響。這與殷飛等[34]，李澤霞等[35]的研究結果相似，唐龍等[36]對蘋果研究也得出相似結論。本試驗分根交替與灌水量對蘋果樹生理指標產生的影響大小跟其他人研究出現小幅度差異，這可能是由于土壤類型不同，土壤類型、質地等會導致不同地區的蘋果樹對滴灌方式與灌水量的響應不同，同時與品種、樹體大小、樹齡都有關系。蘋果產量與新梢長度、粗度以及葉面積指數在生長后期均出現了顯著的正相關關系，新梢長度在后期達到45～50 cm、新梢粗度在10～14 mm能保持較好的產量，新梢與葉面積指數的增大有利于提高樹體儲存營養水平，促進蘋果發育，提高產量。

其他處理隨虧缺程度加重產量有一定的減少，ADI未減產，這一點表明ADI自我調節重新分配養分的能力較其他處理要優。ADI在相同的灌水量下能保證更高的產量，這一點得益于分根交替處理下根系通過產生缺水信號物質ABA來調節氣孔實現最優開度，在保持凈光合速率適度下降的情況下使蒸騰速率顯著下降，最終提高水分利用效率[37]。另一方面ADI在適度灌水量下的根系發育較好，根系干重密度和根長密度在主要吸水層遠高于其他兩種滴灌方式，有著較好的根系吸水條件保證了ADI在果實成熟期的產量。

4 結 論

本研究以陜北黃土高原山地蘋果樹為研究對象，通過大田試驗，研究了不同滴灌模式對蘋果樹生長、產量、耗水量以及水分利用效率的影響，主要結論如下：

1)研究發現蘋果樹在4個生長階段的耗水量依次為III>II>I>IV，2018年和2019年Ⅲ階段的用水量分別占整個生長季節總用水量的66.7%和66.1%，遠高于其他生長階段。對于不同滴灌方式，ADI處理與BDI處理、UDI處理相比節水效果顯著。

2)分根交替促進新梢和葉面積的生長，ADI-W2處理蘋果樹的新梢莖粗與長度以及LAI在生長中期與生長后期最大，2019年該處理的新梢長度在生長后期為49.27 cm，LAI最大為2.12，新梢粗度則為11.81 mm。新梢長度與粗度隨水分虧缺程度的加重先增大后減小，W3處理水分虧缺一定程度上抑制了蘋果樹新梢與葉面積生長，生長后期的新梢長度和粗度與產量有顯著的正相關性。

3)蘋果根系分布在0～80 cm土層中，其中主要集中分布于20～60 cm土層中，該層的吸收根長密度在2018年與2019年分別占總根系的56.7%與66.3%。分根交替滴灌促進土層吸收根長密度與根系干重密度的增長，分根交替滴灌對南北側40～60 cm土層的根系促進作用最明顯，2018、2019年ADI-W2處理根系干重密度在南北側40～60 cm土層分別達到最大值(137.9 g·m-3，163.7 g·m-3)，吸收根長密度在南北側40～60 cm土層達到最大值(820.1 m·m-3，959.9 m·m-3)。灌水量增加會使根系分布下移，其中20～60 cm土層根干重密度與根系長密度與產量有顯著的相關性。

4)分根交替滴灌在適度水分虧缺下能夠大大提升果實產量與水分利用效率，ADI-W2處理的產量最高，水分利用效率也最大。綜合考慮，雙管分根交替滴灌，灌水量為W2可以作為陜北山地蘋果滴灌條件下灌水的最優模式。