調虧灌溉與施肥配比對滴灌葡萄生長、產量及品質的影響

溫 越 ，王振華 *，李文昊 ，丁宏偉 ，鄒 杰 ，陳 睿 ，張健利

（1.石河子大學 水利建筑工程學院，新疆 石河子 832000； 2.現代節水灌溉兵團重點實驗室，新疆 石河子 832000）

0 引 言

【研究意義】吐哈盆地位居亞歐大陸腹地，全年干旱少雨且蒸發強烈，水資源嚴重不足，而日照時間長，晝夜溫差大的優勢使吐哈盆地成為特色瓜果生產基地[1]。目前，吐哈盆地葡萄灌溉方式主要為大水漫灌，灌溉定額高達1 650 mm[2]，因施肥配比不當導致當地葡萄產投比不協調，葡萄品質較低。因此通過水肥聯合調控使滴灌葡萄節水、增產、提質是吐哈盆地葡萄發展的必然趨勢。【研究進展】調虧灌溉可以利用作物生理調節機制主動節水[3]，其原理即在作物某些生長時期進行控水，抑制作物非生產有機物的合成，進而提高產量或品質[4]。研究表明，在葡萄萌芽期、新梢生長期進行虧水灌溉可達到最高產量和水分利用效率[5-6]，而在漿果生長期進行調虧灌溉則會降低40.2%的產量[7]，但可以顯著提高可溶性固形物和可滴定酸[8]；在漿果成熟期進行適度調虧灌溉，對產量影響不顯著，但可以顯著提高還原性糖[9]。不同施肥配比對果樹的生長、產量和果實的品質影響顯著[10-12]。氮肥能夠提高果樹枝葉的生長速度，促進有機物的合成與積累[13]；適量的磷肥可以促進果樹根系對氮素及其他營養成分的吸收能力，并對植株花芽分化，果實成長及產量品質造成顯著影響[14-15]；鉀肥對葡萄的漿果膨大與成熟有重要影響，并能提高葡萄的抗旱與耐高溫等能力[16]。而郭修武等[17]在水分脅迫下對葡萄肥料配比進行了研究，認為氮、磷、鉀質量比為2∶5∶3時對葡萄的生長發育效果最好。【切入點】目前，吐哈盆地葡萄灌溉用水量受到了嚴格限制，而土壤肥力因濫用化肥逐年下降。長期以來，果樹的水肥制度研究主要集中于設定灌溉定額和固定施肥配比，而在極端干旱區對滴灌葡萄進行調虧灌溉并設置不同施肥配比的研究較少。【擬解決的關鍵問題】因此，探索吐哈盆地滴灌葡萄調虧灌溉的應用模式，確定最佳調虧生育期，同時研究調虧灌溉條件下不同施肥配比對滴灌葡萄生長，果實產量和品質的影響，從而確定最佳的水肥配比，為吐哈盆地滴灌葡萄種植提供科學理論依據，研究結果對緩解區域水資源短缺和促進農業可持續發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2019 年3 月下旬—9 月上旬在新疆第十三師哈密墾區灌溉試驗站（海拔660 m，93°37′E，42°42′N）進行。試驗區位于亞歐大陸腹地，是典型的溫帶大陸性干旱氣候區，年均氣溫為9.8 ℃，年均降水量38.0 mm，年均蒸發量3 092 mm，無霜期187 d，年均日照時間3 357.6 h，≥10 ℃積溫4 124.1～4 842.5 ℃。試驗站土壤為砂壤土，0～80 cm土壤平均體積質量1.56 g/cm3，田間體積持水率為18.42%。土壤全氮量為0.49 g/kg，有機質量為9.0 g/kg，有效磷量為20.61 mg/kg，速效鉀量為175.44 mg/kg。地下水埋深＞10 m。試驗區2019 年葡萄生育期內氣象要素見圖1。

圖1 2019 年氣象要素 Fig.1 Meteorological elements in 2019

1.2 試驗材料

試驗對象為16 a 生成齡無核白鮮食葡萄。葡萄種植方式采用大溝棚架栽培，溝寬×溝深×溝長=1.0 m×0.5 m×40 m，葡萄株距為1.0 m，行距5.0 m，每個小區面積為40 m×6 m=240 m2，定植80 株葡萄。葡萄使用井水灌溉，通過管道進行輸水。田間采用滴灌灌溉方式，每個小區滴灌帶按1 行3 管布置，在樹干根部及距根部二側25 cm 處各1 根，采用單翼迷宮式滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭設計流量3.2 L/h，滴灌帶工作壓力為0.10 MPa。每個小區用水表和施肥罐精確控制灌水施肥量。

1.3 試驗設計

試驗設置灌水和施肥配比2 個因素。試驗組分別在葡萄新梢生長期、開花期、漿果生長期和漿果成熟期進行控水，并設置全生育期充分灌溉為對照組（分別記為W1、W2、W3、W4、CK）。由于試驗地塊土壤為砂壤土，持水性較差，因此將充分灌溉土壤含水率上限定為田間持水率θf的100%，調虧灌溉處理土壤含水率上限定為田間持水率θf的90%，當土壤含水率降至下限時進行灌水。具體設計方案如表1 所示。施肥配比按照侯裕生等[1]對無核白葡萄的施肥配比設置3 個水平，N、P2O5、K2O 質量比分別為1∶1∶1、2∶2∶3、2∶1∶2（分別記為F1、F2、F3），常規施肥水平為F3（N 330.0 kg/hm2+P2O5165.0 kg/hm2+K2O 330.0 kg/hm2）處理，肥料類型為：氮肥（尿素，含N 46%）、磷肥（磷酸二銨，含P2O551%）、鉀肥（硫酸鉀，含K2O 51%）。全生育期施肥量統一定為825 kg/hm2，共施肥9 次，其中萌芽期隨水施肥1 次，新梢生長期2 次，花期1 次，漿果生長期3 次，漿果成熟期2 次，具體實施方案見表2。試驗按照2 因素水平進行完全區組設計，共計15 個處理，設置3 次重復。為保證植株順利萌芽和試驗準確性，各處理在4月17 日進行開墩水灌溉，灌水定額為60 mm，各處理田間管理措施均保持一致。

表1 不同生育期灌水設計方案 Table 1 Design scheme of irrigation in different growth periods

1.4 測定項目及方法

新梢生長指標：在進行測量前于每個小區選取長勢一致的3 株葡萄，并用紅繩進行標記。于4 月25日開始測量，每個生育期定期對葡萄新梢長度及莖粗進行測定。其中，新梢長度用鋼卷尺測量，莖粗用游標卡尺測定。

果實采樣及標準：以果實色澤鮮亮均勻，可溶性固形物質量不再增加作為成熟標志。取樣時間為8 月28 日07:00－09:00，每個處理選取相同部位的果穗10 串，帶回實驗室保鮮。

果實產量及形態指標：對各處理小區隨機選取3株摘取全部葡萄進行單株測產，推算各處理小區產量并換算為標準產量，用電子天平對單粒質量，單穗質量進行測量；然后用游標卡尺測定果實縱徑（a）、橫徑（b），并計算果形指數L（a/b）。

果實品質：每個處理選取500 g 鮮樣，送至新疆農墾科學院進行葡萄品質的測定。對可溶性固形物采用手持糖量計法進行測定；對還原性糖采用斐林試劑滴定法進行測定；對可滴定酸采用NaOH 滴定法進行測定；維生素C 采用分光光度法測定。

1.5 數據處理

使用Microsoft Excel 2016 進行數據處理，SPSS 24.0 進行數據分析，采用Duncan 法進行多重比較。

表2 不同生育期施肥量 Table 2 Fertilization amount in different growth periods kg/hm2

2 結果與分析

2.1 不同水肥處理對葡萄植株新梢生長量的影響

表3 為不同水肥處理下無核白葡萄各生育期植株新梢生長量。由表3 可知，水肥交互作用對各生育期新梢長度影響均不顯著（P＞0.05）。灌水單因素對萌芽期新梢長度影響不顯著（P＞0.05），對新梢生長期、花期、漿果膨大期、漿果成熟期新梢生長量影響極顯著（P＜0.01）。施肥因素對各生育期新梢長度影響均極顯著（P＜0.01）。

不同水肥處理下葡萄植株新梢生長速率在整個生育期內呈現先增大后減小的趨勢，萌芽期新梢生長緩慢，新梢生長期枝條快速生長，花期之后，植株由生長繁殖轉向營養繁殖。灌水單因素下，在萌芽期,各灌水處理新梢生長量無顯著差異（P＞0.05）；在新梢生長期，W1 處理新梢生長量較CK 降低16.92%，其他處理與CK 無顯著差異（P＞0.05）；開花期，W1、W2 處理新梢生長量較CK 降低20.42%和26.20%，W3、W4 處理與CK 無顯著差異（P＞0.05）；漿果生長期，W1、W2 處理新梢生長量較CK 有明顯提高，而W3 處理明顯降低，這說明在適度調虧復水后會產生補償生長效應，進而促進新梢生長；漿果成熟期，新梢生長量最小，新梢生長幾乎停止，對葡萄植株整個生育期內新梢生長量影響較小。施肥單因素下，在萌芽期和新梢生長期，F3 處理新梢生長量較F1、F2處理分別提高10.99%、25.51%和6.97%、4.78%；而在漿果生長期，F2 處理新梢生長量較F1、F3 處理提高8.80%和5.29%。以葡萄植株最終新梢長度來看，在新梢生長期、花期、漿果膨大期、漿果成熟期進行調虧灌溉均會導致新梢長度降低，但漿果成熟期調虧灌溉新梢長度與充分灌溉相比無顯著差異（P＞0.05）；在葡萄植株生育前期，氮素對新梢生長的影響較大，而中后期，磷鉀元素對新梢生長影響更為顯著。CKF3處理新梢長度最大，而W4F2、W4F3 處理與CKF3處理間無顯著差異（P＞0.05）。說明灌水處理對新梢長度的影響要大于施肥配比，合適的水肥配比能讓新梢長度保持較高的水平。

2.2 不同水肥處理對葡萄植株新梢莖粗的影響

表4 為不同水肥處理下無核白葡萄植株新梢莖粗。水肥交互作用對不同生育階段莖粗影響不顯著（P＜0.01）；灌水單因素對萌芽期新梢莖粗無顯著影響（P＞0.05），對新梢生長期、花期、漿果膨大期、漿果成熟期新梢莖粗影響極顯著（P＜0.01）；施肥因素對花期新梢莖粗影響顯著（P＜0.05），對其他生育期影響極顯著（P＜0.01）。

由表4 可知，新梢莖粗生長速度在全生育期呈現逐漸遞減的趨勢，在萌芽期莖粗生長最快，隨后生長減緩，在漿果成熟期生長最慢，幾乎停滯。灌水單因素下，在萌芽期，各灌水處理新梢莖粗沒有顯著差異（P＞0.05）；新梢生長期，W1 處理新梢莖粗較CK降低5.21%，其他處理與CK 無顯著差異（P＞0.05）；開花期，W1、W2 處理新梢莖粗較CK 降低3.64%、2.00%，W3、W4 處理與CK間無顯著差異（P＞0.05）；漿果生長期，W1、W2 處理較W3 處理新梢莖粗有明顯的提高，此時W3處理新梢粗度較CK 降低3.50%；漿果成熟期，新梢莖粗達到最大，調虧灌溉處理新梢莖粗較CK 均有不同程度降低，其中W3 處理莖粗最小，較CK 降低4.27%。施肥單因素下，F2 處理新梢莖粗生長在不同生育期內均優于F1 和F3 處理，在新梢生長期和花期提升更大，較F1 和F3 處理分別提高3.99%、1.62%和4.32%、3.24%，W4F2 處理新梢莖粗最接近新梢莖粗生長最大CKF2 處理。以葡萄植株全生育期新梢莖粗來看，在漿果成熟期進行調虧灌溉對新梢莖粗影響最小，更能保證葡萄植株的正常發育。灌水處理對新梢莖粗影響要大于施肥配比，適宜的水肥配比能讓新梢莖粗保持較高的水平。

表3 不同水肥處理下無核白葡萄不同生育期植株新梢生長量 Table 3 Seedling growth of seedless white grapes at different growth periods under different water and fertilizer treatments cm

表4 不同水肥處理下無核白葡萄不同生育期植株新梢莖粗 Table 4 Thick shoot stems of seedless white grapes at different growth periods under different water and fertilizer treatments mm

2.3 不同水肥處理對葡萄產量及物理指標的影響

表5 為不同水肥處理下無核白葡萄產量及物理指標。果實縱徑、橫徑、果形指數、單果質量、單穗質量、產量均受灌水處理影響極顯著（P＜0.01），產量受水肥交互作用影響顯著（P＜0.05），施肥配比對除果形指數外其他指標影響均為極顯著（P＜0.01）。

影響無核白葡萄效益的主要指標是縱徑、橫徑、單穗質量以及產量。灌水單因素下，CK 主要指標均大于其他調虧灌溉處理，這說明調虧灌溉對果實產量及物理指標會造成負面影響，其中W3 處理指標降低最多，縱徑、橫徑、單穗質量、產量分別比CK降低20.59%、18.13%、34.38%、32.45%，其次為W2 處理和W3 處理，W4 處理各指標與CK 差異不顯著（P＞0.05）。這說明在漿果成熟期之前進行調虧灌溉，會嚴重抑制葡萄植株的營養繁殖，影響果實發育，在漿果生長期進行虧水處理，降低葡萄產量及物理指標最大。施肥單因素下，F2 處理縱徑較F1 處理和F3處理提高2.40%、4.31%，橫徑提高3.00%、6.04%，單穗質量提高5.46%、8.88%，產量提高3.54%、3.95%。這說明N、P2O5、K2O 為2∶2∶3 的施肥配比更利于提高葡萄的產量及物理指標。從水肥處理看，CKF2處理縱徑、橫徑、單穗質量以及產量均為最大，W3F3處理均為最小，W4F2 處理各指標與CKF2 沒有顯著差異（P＞0.05）。

表5 不同水肥處理下無核白葡萄產量及物理指標 Table 5 Yield and physical indicators of seedless white grapes under different water and fertilizer treatments

2.4 不同水肥處理對葡萄品質指標的影響

表6 為不同水肥處理下無核白葡萄品質指標。灌水單因素對葡萄還原性糖、可溶性固形物、可滴定酸和維生素C 影響均為極顯著（P＜0.01），施肥單因素對還原性糖、可溶性固形物和維生素C 影響極顯著（P＜0.01），對可滴定酸影響顯著（P＜0.05）；水肥交互作用對還原性糖影響極顯著（P＜0.01），對維生素C 影響顯著（P＜0.05），對可溶性固形物和可滴定酸影響不顯著（P＞0.05）。

由表6 可知，W4F2 處理還原性糖最大（23.0%），W3F3 處理最小（16.4%）；W3F3 處理可滴定酸最大（0.665 2%），W4F2 處理最小（0.436 3%）。灌水單因素下，各處理還原性糖從大到小順序為W4 處理＞W1 處理＞CK 處理＞W2 處理＞W3 處理，其中W4處理較CK提高7.80%，W3 處理較CK降低14.15%，這說明在漿果生長期進行調虧灌溉會抑制葡萄果實糖分的積累并增加酸度，即使后續生育期進行復水也不能彌補虧水對植株造成的傷害。而在漿果成熟期進行調虧灌溉，可以顯著提高果實還原性糖量，這可能是由于虧水處理降低了果實中的水分，起到了“增糖”的作用。施肥單因素下，F2 處理還原性糖較F1、F3處理提高6.57%、9.90%，可滴定酸降低3.84%、8.72%，因此，W4F2 處理施肥配比可以提高葡萄糖分并降低酸度，使無核白葡萄口感更佳。

由表6 還可知，W4F2 處理可溶性固形物最高，為23.5%，W3F1 處理最小，為18.6%。灌水單因素下，W4、W1 處理可溶性固形物高達22.6%和22.3%，較CK 處理提高5.61%和4.21%，而W3 處理的可溶性固形物量最低，僅為19.4%，較CK 降低9.35%，其次為W2 處理。施肥單因素下，F2 處理可溶性固形物最高，為21.9%，較F1、F3 處理提高7.88%和4.29%，但差異不顯著（P＞0.05）。各水肥處理維生素C 變化趨勢與可溶性固形物相同，在W4F2 處理取得最大值，為8.64 mg/100 g，W3F1 處理最小，為7.11 mg/100 g。這表明在漿果成熟期進行虧缺灌溉可以顯著提高果實的可溶性固形物與維生素C，而在漿果生長期進行虧缺灌溉則會使果實發育不良，嚴重降低葡萄品質。因此W4F2 處理是提高果實品質的最優處理。

表6 不同水肥處理下無核白葡萄品質指標 Table 6 Quality indicators of seedless white grapes under different water and fertilizer treatments

3 討 論

吐哈盆地地下水大型嚴重超采區面積超過5 000 km2，水資源極度匱乏，因此調虧灌溉是區域農業可持續發展的合理灌溉方式。國內外研究發現，調虧灌溉可以顯著影響果樹的生長、產量和品質[18-20]。研究表明，在不同生育期進行調虧灌溉均會降低葡萄植株新梢的生長速度，但在新梢生長期、花期調虧復水后新梢生長速度加快，最終可恢復至CK 水平，而在漿果生長期調虧灌溉則不能恢復。這說明漿果生長期是葡萄植株生長的需水關鍵期，在此生育期進行調虧灌溉會導致植株組織損傷較大，影響果實發育，這不同于趙霞等[7]在不同生育期調虧灌溉對葡萄梢長莖粗無顯著影響的結論，可能是氣候條件以及灌溉方式不同造成的。產量是衡量果樹種植優劣的重要指標，高佳等[21]認為調虧灌溉可以在作物不減產的情況下提高水分利用效率，而本研究中，調虧灌溉處理葡萄產量較充分灌溉均有不同程度的降低，在漿果成熟期調虧灌溉葡萄產量與充分灌溉無顯著差異，而在漿果生長期調虧灌溉減產幅度高達32.45%，這與張梅花等[22]的研究結論一致，這說明，在葡萄漿果生長期進行調虧灌溉會嚴重影響果實發育，進而降低經濟效益。徐斌等[23]研究表明，在漿果膨大-聚糖著色期進行調虧灌溉，可以提高果實的可溶性固形物，并顯著降低可滴定酸。史星云等[24]研究表明，水分過低或過高都不利于葡萄糖分的積累和可溶性固形物的形成。鄧浩亮等[25]研究表明，在著色成熟期進行水分中度脅迫，會顯著提高釀酒葡萄花青苷、還原性糖的積累。本研究發現，在漿果成熟期進行調虧灌溉可以顯著提高果實可溶性固形物和還原性糖量，較CK 分別提高7.80%和5.61%，而可滴定酸降低22.19%，因此在漿果成熟期進行調虧灌溉是一種合理的灌溉方式。

氮、磷、鉀的施用比例對植株的發育與土壤的養分協調具有重要意義[26]。程勇等[27]研究表明，不同施肥配比對林木的生長指標影響顯著。試驗表明，當施肥配比為F2（N 235.7 kg/hm2+P2O5235.7 kg/hm2+K2O 353.6 kg/hm2）時，葡萄梢長及莖粗指標均優于常規施肥F3 處理（N 330.0 kg/hm2+P2O5165.0 kg/hm2+K2O 330.0 kg/hm2），提高5.48%和1.03%。在本試驗中，F2 處理單果質量、單穗質量、產量較F3 處理分別提高15.33%、8.88%和3.95%，這與周興本[28]氮肥和鉀肥對葡萄產量存在正效應的結論有所不同，這可能是由于土壤初始養分量不同所造成的。F2 處理可溶性固形物與還原性糖量較F3 處理提高4.29%和9.90%，可滴定酸量降低8.72%，這說明F2 處理能夠顯著提高無核白葡萄的品質，創造更大的經濟利益。

水肥聯合調控是實現葡萄高產優質的最佳途徑。王連君等[29]研究表明，灌水量270 mm，施肥量N 225 kg/hm2+P2O5180 kg/hm2+K2O 248 kg/hm2的水肥處理，葡萄新梢生長最好，且產量較優，品質更佳。史星云等[24]研究發現，水肥調控對葡萄新梢生長和果實形態影響顯著，葡萄生長及品質指標在適宜范圍內隨水肥用量增加呈現先升高后降低的趨勢，灌水量270 mm，施肥量 N 160 kg/hm2+P2O5120 kg/hm2+K2O 210 kg/hm2的水肥配比會促進葡萄新梢生長并顯著改善果實品質。本研究發現，在漿果成熟期進行調虧灌溉，施肥量N 235.7 kg/hm2+P2O5235.7 kg/hm2+K2O 353.6 kg/hm2時（W4F2），新梢生長不會受到抑制，且產量與最高CKF2 處理差異不顯著，而還原性糖、可溶性固形物和維生素C 量均顯著增加，可滴定酸量顯著降低。因此W4F2 處理是獲得較優葡萄產量品質較適宜的水肥配比。

4 結 論

1）水分對滴灌葡萄各項指標影響顯著，W1 處理在果實生長時期生長旺盛，W4 處理產量與CK 無顯著差異，但品質指標提升較大。

2）從水肥交互作用上看，W4F2 處理產量與產量最高處理CKF2 無顯著差異，可溶性固形物與還原性糖量最高，可滴定酸量最低。在漿果成熟期對無核白葡萄進行調虧灌溉，并采用施肥量為N 235.7 kg/hm2+P2O5235.7 kg/hm2+K2O 353.6 kg/hm2時，可以達到不抑制葡萄植株生長，維持產量并大幅提高果實品質的效果。