滴灌水肥一體化對溫室葡萄生理特性及水肥利用效率的影響

付詩寧，魏新光，鄭思宇，吳琳琳，李 波，王鐵良

（沈陽農業大學水利學院，沈陽 110866）

0 引 言

葡萄作為世界最古老的果樹樹種之一，其種植范圍約95%集中分布在北半球，葡萄不僅味美可口，而且營養價值很高[1]。中國是世界主要葡萄生產國之一，其中鮮食葡萄的年產值約800 萬t，居世界首位[2]。中國的東北地區四季分明，晝夜溫差大，其獨特的氣候條件為生產優質葡萄提供了所必需的日照和溫度條件[3]。然而在葡萄生長季節，由于該地區降水分布不均，霜凍、冰雹等災害性天氣較為頻繁[4]，嚴重制約了中國東北地區葡萄產業的可持續發展。而設施種植可以為葡萄生長提供相對穩定的生長環境，有效避免極端天氣對葡萄生長的影響。水和肥料是設施作物管理中兩個最重要的環節，在設施種植條件下水肥管理基本依靠人工進行控制，掌握科學合理的水肥管理對于保障設施葡萄綠色生產至關重要。

葡萄生長需要適宜的水分[5-6]。許多學者研究了適合葡萄生長的灌溉模式，并指出了灌溉對葡萄生長和生理指標的影響[7-8]。有研究結果表明[9]，水分虧缺使果樹光合速率略有下降，蒸騰速率顯著降低，但葉片水分利用效率顯著提高，說明果樹可以通過控制氣孔開度來適應一定程度的水分脅迫。此外，合理的灌溉措施可以達到節水穩產優質的效果[10]。Ma 等[11]研究發現減少35%的用水量，會使葡萄水分利用效率提高14%～23%，在不影響品質的前提下，葡萄產量僅降低15%～18%。Olak 等[12]對地中海鮮食葡萄的研究表明，在灌水量為75%充分灌溉的條件下產量僅比全生育期充分灌溉平均降低9.93%，但水分利用效率（Water Use Efficiency，WUE）最大提高41.82%。Hou等[13]研究發現，葡萄中度虧水（灌溉量750 mm）處理產量和水分利用效率均較高，同時該處理的葡萄品質指標達到優良水平。

在一定范圍內，隨著水肥投入的增加，產量和水肥利用效率也會提高，且水肥兩因素會對于植物生長起到協同作用[14-15]。鄭睿等[16]以荒漠綠洲區釀酒葡萄為研究對象，發現土壤水分虧缺會導致光合特性的下降，且輕度和重度水分虧缺會使葡萄產量降低32.2%～49.9%，而施氮量的增加能消減下降趨勢，即在氮肥充足的情況下，盡管水分不足，葡萄產量并沒有顯著下降。張江輝等[17]以陜北風沙地區的設施葡萄為研究對象，通過建立灌水量、施肥量與產量、水分利用效率等參數的函數模型，獲得適合于該地區的最佳水肥用量。盡管上述研究已經根據水、肥及水肥耦合對葡萄眾多指標的影響進行了討論，但是這些研究主要集中在陸地果園或處于中低緯度地區的溫室環境，適用于年溫差較小的地區，且水、肥因素對葡萄生長、光合作用、產量、及水肥利用效率等多目標優化尚未得到統一結論。

中國東北地區獨特的氣候條件下，高緯度、高寒地區溫室水肥一體化與果樹生長發育以及水肥利用率互作相關研究還不多見。本文在前人研究的基礎上，針對中國東北寒區日光溫室氣候特點，采用雙因素試驗，合理設置3 個灌水和3 個施肥水平及一組對照試驗，研究滴灌水肥一體化對設施葡萄生長及生理過程的影響，以及滴灌水肥一體化對設施葡萄產量和水肥利用效率的調控機制，以期為溫室葡萄，特別是中國東北冷寒區溫室葡萄水肥一體化下最優灌溉施肥模式的確定提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2017－2019 年在位于中國東北地區的遼寧省沈陽市的沈陽農業大學教學科研基地內展開（123°57′E，42°82′N），該地屬于溫帶大陸性季風氣候。試驗期間溫室內日間平均溫度25.6 ℃，夜間平均溫度16.6 ℃。溫室類型為遼沈Ⅲ型日光節能溫室，溫室結構為單面采光拋物面式結構，棚高4 m，長60 m，寬9 m。棚膜采用PVC 防老化塑料無滴膜，以防雨棉被作為保溫措施，防雨棉被的卷起放下由溫度進行自動控制。日間室內溫度由一個較為狹窄的可調節的通風系統控制，棚頂上的通風系統最大開口為0.3 m。

1.2 試驗材料

試驗以3 年生的葡萄“醉金香”為供試品種，（Vitis vinifera L.cv. Muscat Ham-burg）。該品種品質優良，具有較強的抗病毒性[18]。種植方式采用“倒L”型葡萄棚架，南北兩側對稱種植。每年4 月初期進行修剪，11 月葡萄正式進入休眠期。依照作物的生長性狀將生育期劃分為5個階段：新梢生長期（3 月初—5 月中旬）、開花坐果期（5 月中旬—7 月初）、果實膨大期（7 月初—8 月中旬）、果實成熟期（8 月中旬—9 月中上旬）和落葉期（9 月中上旬—11 月）。

1.3 試驗設計

本試驗采用雙因素完全試驗設計，3 個灌水水平，3個施肥水平，1 個對照處理，共計10 個處理，每個處理3 個重復，共計30 個試驗小區，各小區面積為4.8 m2（1.2 m×4.0 m）。葡萄樹耐旱性較強，適宜的土壤含水率為50%θf～80%θf（θf為田間持水率，cm3/cm3），因此本試驗設置輕度（W3）、中度（W2）、重度（W1）3個程度水分脅迫，W1～W3 灌水控制下限分別為50%θf、60%θf、70%θf，灌水上限統一為90%θf，對照處理CK為充分灌溉，灌水控制上下限為80%θf～90%θf，均采用膜下滴灌，試驗選擇0.006 mm 的白色地膜，滴頭流量為2.0 L/h。在試驗小區內埋設土壤水分探頭（Time Domain Transmissometry，TDT）（Campbell Scientific, Inc., Logan,UT, USA），埋設深度10～60 cm，對水分、溫度及電導率3 個參數實時采集，采用烘干法進行水分校核，并在每個支管的末端用水表記錄每個地塊的灌溉量。為防止各小區之間土壤水橫向擴散，在各小區鋪設厚度為2 mm的PVC 板進行水分隔離，垂埋深為60 cm。0～60 cm 土壤基本理化性質如表1 所示。

表1 試驗土壤0～60 cm 耕層基礎理化性質Table 1 Physical and chemical properties of the experimental soil plow layer at 0-60 cm

設置輕度（F3）、中度（F2）、重度（F1）3 個程度肥量脅迫，參考當地果農對葡萄的施肥量和葡萄各生育期的需肥規律設定對照處理CK，CK 施肥量N-P2O5-K2O為260-119-485 kg/hm2，3 個施肥水平：F1（60%CK，N-P2O5-K2O 為 160-75-300 kg/hm2）、F2（75%CK，N-P2O5-K2O 為 200-92-374 kg/hm2）、F3（90%CK，N-P2O5-K2O 為240-110-449 kg/hm2）。供試肥料：尿素（N：46%）、磷酸二銨（N：18%，P2O5：42%）、硫酸鉀（K2O：50%），其中新梢生長期、開花期、果實膨大期和果實成熟期施氮比例為4∶4∶5∶3，除新梢生長期外，均施用磷肥和鉀肥，開花期、果實膨大期和果實成熟期施入比例為3∶3∶4。2017－2019 年葡萄各生育期的灌水量、施肥量如表2 所示。其他田間農藝管理，如修剪分枝莖和所有處理的病蟲害防治方法均參考當地設施葡萄生產實際進行相同處理。

1.4 觀測項目與方法

1.4.1 氣象數據

為監測溫室內環境因子的變化，在溫室內布設小型氣象站，測量要素包括太陽總輻射（Rs，W/m2）、光合有效輻射（PAR，μmol/(m2·s)）、氣溫（Ta，℃）、相對濕度（RH，%）以及水汽壓差（Δe，kPa）。利用 CR1000數據采集器（Campbell Scientific, Inc., Logan, UT, USA）對數據進行存儲與采集，測定頻率為10 min/次。

1.4.2 生物量測定

在葡萄新梢生長至果實成熟期內，定期觀測葉面積、新梢生長長度等指標。測定頻率為7～10 d/次。采用抽樣調查的方法每個小區在冠層上部、中上部，中下部和基部4 個代表位置選取具有代表性的植株4 株進行測定取其平均值，掛牌標記，用鋼卷尺（精度0.1 cm）測定新梢生長長度。用鋼卷尺測定每株各葉片的葉長和最大葉寬。通過imageJ 軟件算出準確的葉面積[19]，并以此估算整株、整個小區的葉面積，最后根據小區種植面積估算葡萄樹的葉面積指數（Leaf Area Index，LAI）。

1.4.3 光合指標測定

采用 LI-6400XT 便攜式光合測定系統（Li-Cor,Lincoln, Nebraska, USA）對葡萄樹葉片生理指標進行了監測。測定指標包括凈光合速率（Pn，μmol/(m2·s)）、蒸騰速率（Tr，mmol/(m2·s)）、氣孔導度（Cond，mmol/(m2·s)）和胞間二氧化碳濃度（Ci，μmol/mol）等指標的日變化過程。所有測定均于晴朗天氣07:00—17:00 之間進行，每隔2 h 測定一次。光源采用自然光源，CO2濃度為溫室葡萄園CO2濃度；每棵樹選取枝條外側完全展開、無病蟲害及機械損傷的3 個葡萄葉片進行測定并取其均值。測定前對葉片做好標記。

葉片瞬時水分利用效率計算公式[20-21]為

式中WUEi為瞬時水分利用效率，μmol/(mmol)。

羧化速率計算公式[20-21]如下：

式中ET1-2為階段耗水量，mm；γi為第i層的土壤容重，g/cm3；Hi為第i層的土壤厚度，mm；θi1，θi2為第i層土壤在計算時段始末的質量含水率；M，Pr，K為時段內灌水量、降雨量、地下水補給量，mm。由于溫室內沒有降雨，故Pr=0，本試驗地下水埋深在5 m 以下，故K也可忽略不計。

1.4.6 水分利用效率、肥料偏生產力的測定

1.5 數據分析

采用Excel 2013 和SPSS19.0 進行數據處理，對不同處理間各指標進行方差分析，采用Duncan 多重比較進行分析。運用Origin9.1 軟件進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 滴灌水肥一體化不同處理對葡萄生長發育的影響

2.1.1 不同水肥處理對葡萄新梢生長的影響

本文選取2017、2018 和2019 年典型生育期的新梢生長過程進行分析（圖1）。由圖1 可知，新梢長度的增長主要集中在新梢生長期（stage I），此階段的新梢生長量約占全生育期生長量的54.20%～60.10%，在開花坐果期（stage II）各處理對新梢生長影響逐漸顯現，在果實膨大期（stage III）至果實成熟期（stage IV），新梢的生長量很小，在果實成熟期各處理無顯著差異（P>0.05），但是隨著生育期的推進，新梢生長總量的差異逐漸明顯。對于全生育期而言，W3F1、W2F3、W1F3（2017、2018、2019）、W2F2、W1F2（2018、2019）等處理的新梢生長量均優于CK 處理，其中，W3F1處理的新梢生長量達到最大值，在2017、2018 和2019 年分別達到75.69、79.19 和86.57 cm，較CK 分別提高了11.55%、12.08%和13.13%，均達到顯著水平（P<0.05）。3a 中W1F1 處理均不利于新梢生長，該處理新梢生長量與CK 相比降幅最大達到4.99%（2018 年），達到顯著性水平（P<0.05），與W3F1 處理相比，降幅范圍為10.68%～19.72%，達到顯著性水平（P<0.05）。

不同水肥處理對溫室葡萄新梢生長的交互作用分析見表3。除果實成熟期（stage IV）外，灌水量對不同生育期的新梢生長均會產生顯著影響，特別是在果實膨大期（stage III）影響達到極顯著水平（P<0.01），但不同施肥對新梢的影響僅在于開花坐果期（stage II）和果實膨大期（stage III），水肥交互對新梢生長的影響僅存在于果實膨大期（stage III），其他生育期則沒有明顯的交互作用。在水肥一體化條件下，水分比肥料對于植株新梢生長量的影響更為明顯，肥料所發揮的作用相對滯后于水分。綜上，對溫室果樹新梢生長而言，果實膨大期（stage III）的新梢總量受到水肥調控作用最為顯著。

2.1.2 不同水肥處理對葡萄LAI 的影響

表4 展示了各生育期不同水肥處理對溫室葡萄LAI 的影響。葡萄LAI 在全生育期均呈現先迅速增長后基本穩定或略微下降的變化趨勢，即在新梢生長期（stage I）和開花坐果期（stage II）先快速增加，果實膨大期（stage III）至果實成熟期（stage IV）基本保持穩定。2018 和2019 年，CK 均在果實膨大期（stage III）達到最大值，同時W2F3、W2F2、W3F3、W3F2 與CK 相比無顯著差異（P>0.05）。由此可見，足水足肥對促進LAI 的增長至關重要。此外適度的節水節肥對LAI 影響并不顯著。表3 表明，灌水量對LAI 的影響主要集中于開花坐果期（stage II）和果實膨大期（stage III），肥料以及水肥交互對LAI 的影響則主要集中于開花坐果期（stage II）和果實膨大期（stage III），在葡萄的新梢生長期（stage I）、果實成熟期 （stage IV），水、肥以及水肥交互均不會對葡萄LAI 產生顯著影響。由此可見，開花坐果期（stage II）和果實膨大期（stage III）是利用水肥對葡萄LAI 進行調控最關鍵的時期。

表3 不同水肥處理對溫室葡萄新梢生長與葉面積指數的交互作用分析Table 3 Interaction analysis of different water and fertilizer treatments on greenhouse grapevine length of lateral branch and leaf area index

表4 不同水肥處理對溫室葡萄葉面積指數的影響Table 4 Effects of different water and fertilizer treatments on leaf area index of greenhouse grapevine

2.2 滴灌水肥一體化不同處理對葉片光合特性影響

2.2.1 日光合特性

水肥是植物進行各項生命活動的物質基礎，而光合作用是存在于植物體內最重要的代謝過程[22]。圖2 分別展示了不同水肥處理下葡萄的光合指標日變化特征。從圖2a 和圖2b 可知，葡萄葉片凈光合速率（Pn）日變化趨勢為“M”形，峰值基本出現在09:00 和15:00。12:00－14:00 出現“午休”現象。蒸騰速率（Tr）在日內呈低高低趨勢，最大值出現在13:00。這是由于溫室內13:00的飽和水汽壓差較低，太陽輻射充足，導致氣孔開度較高，Tr較大。對比不同水肥處理間的差異可以發現，Pn最大值均出現在W3 水平下，說明低水水平對Pn起到了抑制作用，而CK 處理下Pn和Tr未達到最優處理，說明過高的水肥處理會對光合特性產生抑制作用。而W1F1 處理導致Tr最弱。到了11:00 時，各處理間的Tr差異性最為明顯，W3F1 處理下Tr比W1F1 處理提高了45.12%，而到了17:00 各處理Tr達到日內最低值，且差異性并不顯著。

圖2c 為不同水肥處理條件下葡萄葉片氣孔導度（Cond）的變化情況。日內Cond 的最大值出現在09:00，此后呈下降趨勢，到達13:00 后又呈現小幅度上升趨勢。這是由葉片的“自我保護”造成的，避免水分的過度流失。W3F2 處理09:00－12:00 數值較高。Cond 的變化范圍為0.01～0.18 mmol/(m2·s)，與CK 相比，W3F2、W3F3處理均為正向處理（正向處理指優于該處理或與該處理無顯著性差異）。圖2e 中顯示Ci在日內變化呈現“V”形，日內最低值出現在11:00－13:00 之間，Ci在07:00－11:00呈下降趨勢，這主要是由于Pn在07:00－11:00上升，消耗了大量CO2，11:00－13:00 氣孔開度降低顯著增大氣孔阻力，限制CO2進入細胞內。不同處理下的Ci最大值均出現在W3 水平下，其次為CK，最小值出現在W1 水平下。Ci的變化范圍為305～435μmol/mol。

圖2d 顯示瞬時水分利用效率（WUEi）變化趨勢同樣接近于“ V ” 形， 日內變化范圍在 2.97 ～10.88μmol/(mmol)之間，11:00 時刻WUEi最大值出現在W2F3 處理下，最小值出現在CK 處理。WUEi在07:00－09:00 明顯大于13:00，這主要是由于07:00－09:00 的Tr較低，而Pn隨PAR 增大而提高，13:00 時刻由于Pn降低速率大于Tr，導致WUEi在13:00 達到最低值。圖2f 中CE 變化呈單峰形式，最大值出現在09:00－11:00，日變化范圍在0.012～0.035 mmol/(m2·s)之間。W1F3 處理為CE 較大的處理。

2.2.2 不同生育期的光合特性

表5 展示了各生育期不同水肥處理對葡萄葉片光合特性（Pn、Tr、WUEi）的影響。由表可知，Pn、Tr的變化隨著生育期的推進呈現先增大后減小的趨勢，在果實膨大期達到峰值。且各生育期的差異性顯著（P<0.05)。對比不同水肥處理下葡萄葉片的Pn和Tr，發現W3F2、W3F1、W2F3、W3F3 處理各生育期均是相對于CK 的正向處理，其中W3F2 處理下葉片的Pn最大達到8.51μmol/(m2·s)（stage III），相對于CK 處理提高39.51%（P<0.05）。Tr最大達到3.43 mmol/(m2·s)（stage III），相對于CK 處理提高了10.65%（P<0.05），而W1F1 處理光合特性最弱。WUEi變化范圍在1.60～3.74μmol/(mmol)之間，W2F2、W3F1、W3F3 均為相對于CK 的正向處理。其中，W2F2 處理達到最大值3.74μmol/(mmol)（stage III），相對于CK 處理最大提高了96.84%（P<0.05）。

表5 不同水肥處理對光合指標的日均值影響Table 5 Effects of different water and fertilizer treatments on daily mean values of photosynthetic indexes

總體而言，在果實膨大期的Pn、Tr的數值高于其他時期。這主要是由于此時為果實成熟需水關鍵期，且隨著PAR 的提高，溫室內的蓄熱升溫明顯，使得葉片蒸騰量較大，對水和肥的需求量顯著提升，光合作用較強。當對比不同水肥處理對溫室葡萄光合特性的交互作用分析時，發現對于Pn、Tr、WUEi，水分均對其產生顯著或極顯著的影響（P<0.05 或0.01），除果實膨大期Pn和新梢生長期WUEi外，施肥對其影響不顯著（P>0.05），水肥交互只在開花坐果期和果實膨大期對其影響顯著（P<0.05）。

2.3 滴灌水肥一體化光合參數驅動因素分析

復水后2 d（6 月21 日）溫室氣象因子日變化如圖3所示。溫室內的PAR 和Ta均呈現先升高后降低的變化趨勢。峰值出現在11:00，隨后急劇下降。6 月21 的PAR均值為524.15μmol/(m2·s)，Ta均值為30.50 ℃。Δe在09:00達到日內峰值，為3.41 kPa。RH 在日內呈下降趨勢，最大值出現在07:00，17:00 后又呈上升趨勢。

植物葉片的Pn不僅受Cond 和Ci等自身生理因子的影響，同時也受諸如PAR、Ta以及Δe等環境因子的綜合影響[23]。為進一步分析不同水分處理條件下植物葉片的光合參數與各環境因子間的關系，采用常見的線性模型擬合Pn-PAR，并采用常用的拋物線模型擬合Cond-Δe、Tr-PAR 的關系（圖4）。不同水分處理條件下，隨著PAR的提升，Pn呈增加趨勢，且Pn和PAR 具有良好的正相關關系，R2范圍在0.606～0.693 之間，在W1 水平下，Pn和PAR 相關性最好。Cond-Δe、Tr-PAR 也具有良好的相關關系，總體呈二次曲線關系。不同水分處理條件下Cond和Δe的R2范圍在0.689～0.851 之間，Tr和PAR 的R2范圍在0.568～0.606 之間，W3 水平下的相關性最好，W1 水平最弱。當PAR 大于650μmol/(m2·s)時，Tr出現下降趨勢，此時的葉肉細胞極易容易失水，氣孔開度減小導致Tr的下降。不同的灌溉處理對光合參數與氣象因子的響應關系并未造成顯著性影響（P>0.05）。

2.4 滴灌水肥一體化不同處理對葡萄產量、耗水量及水肥利用效率的影響

不同水肥處理對葡萄的產量、耗水量、WUE 和PFP的影響如表6 所示。由表可知，灌水量和施肥量以及水肥交互作用對葡萄的產量起到顯著或極顯著的影響（P<0.05 或0.01），其中灌水量和水肥交互對產量的影響達到極顯著水平（P<0.01）。隨著灌水量和施肥量的增加，葡萄的產量均呈現增加趨勢。在相同施肥條件下，隨著灌水水平的提高產量均顯著提高。以中肥水平為例，2017年，W1F2、W2F2、W3F2 產量分別達到37.78、40.51 和45.89 t/hm2，相對低水而言，中水和高水的增產幅度分別達到2.84%和3.22%，達顯著性水平（P<0.05）。但在相同的灌水水平下，隨著施肥量的增加，產量的變化規律不盡相同，在低水水平下，隨著施肥量的增加，產量呈現先增加后降低趨勢，W1F2 最高，W1F3 產量比W1F2下降了2.41 t/hm2，達顯著性水平（P<0.05）。在中水水平下，隨著施肥水平的升高，產量逐漸升高，W2F3 產量最高，達到43.96 t/hm2，而在高水水平下產量則呈現先升高后基本不變的趨勢，整體達到較高水平。各處理與CK產量的差異均不顯著。由此可見，在高水條件下，較高的施肥量對產量提升意義不大，2018 和2019 年也得到類似的研究結果。3a 試驗結果綜合分析，W3F2、W3F1、W3F3、W2F3 處理為相對CK 的正向處理，與CK 相比無顯著性差異（P>0.05）。灌溉水平對葡萄的耗水量產生顯著影響（P<0.05），而施肥量對葡萄的耗水無顯著影響（P>0.05）。隨著灌溉水平的提升，葡萄的耗水量基本呈現增加趨勢，CK 與W3 水平的各處理未出現顯著性差異（P>0.05），但與 W1 水平下的耗水量差異性顯著（P<0.05）。

表6 不同水肥處理對葡萄產量、耗水量、水分利用效率和肥料偏生產力的影響Table 6 Effects of different irrigation and fertilization treatments on the yield, water consumption , Water Use Efficiency (WUE) and Partial Factor Productivity (PFP) of grapevine

葡萄的WUE 隨灌水量的提高呈現下降趨勢。W1 水平下WUE 普遍較高，但此灌溉水平下，提高施肥量對WUE 產生先上升后降低的趨勢，而在W2 和W3 水平下，隨著施肥量的增加，葡萄的WUE 也隨之增加。2017、2018年WUE 的最低值出現在中水低肥處理下，2019 年出現在高水低肥和CK 處理下。隨著灌水量的增加葡萄的PFP呈現增加趨勢，而隨著施肥量的增加，PFP 呈現降低的趨勢。灌溉對PFP 的影響僅2019 年達到顯著水平（P<0.05），而施肥量對各年PFP 均產生顯著影響（P<0.05）。綜上，在本試驗條件中，CK 處理下WUE、PFP 均較低，說明水肥脅迫均有利于WUE、PFP 的提高。W1F2 處理下，WUE 達到最大值，2017—2019 年分別為16.93、15.20、18.19 kg/m3，W3F1 處理下，PFP 達到最大值，2017—2019年分別為81.42、84.50、88.62 kg/kg。由此可見，適度減少施肥和提高灌溉水平均是提高葡萄PFP 的關鍵，但過高的灌溉水平會導致葡萄WUE 的顯著降低。綜合產量、耗水量、WUE 和PFP 指標而言，W3 水平下的各處理雖有利于提高葡萄產量，但WUE 和PFP 均相對該指標的最優處理出現顯著性下降，而W2F3 處理可在PFP 未產生大幅下降的同時，產量、WUE 均較優，并能夠保證作物良好生長，為本試驗中的最優處理。該處理在節水21.19%～23.27%，節肥7.52%基礎上，能夠實現東北寒區設施葡萄節水節肥穩產高效生產。

3 討 論

有研究表明，過高養分供應會造成鹽脅迫抑制養分的吸收，過低的養分供應難以滿足植株生長的需求，不利于植株對養分的吸收和生物量的積累[24]，而適量施氮促進作物干物質積累，使開花前“源”器官儲存的干物質在開花后向“庫”庫器官轉運增多[25]。LAI 作為一種綜合植被指數，與冠層特征密切相關[26]。李澤霞等[27]發現當灌水量增加時，葡萄的LAI 也會增加，本文的研究結果與上述一致。本文CK 處理下葉面積指數增長與W2F3、W2F2、W3F3、W3F2 無顯著差異，這可能是由于此時的水肥交互作用有利于葡萄葉片的生長發育和營養器官貯存的干物質吸收。

植物的光合作用是植物生長發育的基礎，鄭睿等[16]對釀酒葡萄的研究發現，不同生育期葡萄樹葉片光合速率變化趨勢均呈“M”形變化，在相同水分處理下高肥水平的葉片水分利用效率高于低肥水平，此結果與本研究光合速率變化趨勢相同。本研究在F2 水平下新梢生長期和開花坐果期，WUEi的大小依次為W2、W3、W1。W1 水平下WUEi最低，這主要是由于過度的水分脅迫會導致氣孔導度的降低，從而降低凈光合速率，導致WUEi較低[28]。W2 水平下適度的水分脅迫造成了氣孔導度的降低，但是凈光合效率影響不大，此時的WUEi達到最大值。此時蒸騰的減少，未減少物質同化和干物質的積累[29]。W3 水平下WUEi次之，說明當無水分脅迫時，此時氣孔導度較大，瞬時蒸騰較大，在光合效率一定的條件下WUEi同樣較低。肥料通過控制葉片氣孔開度，調節蒸騰速率，并有助于改善植株生理特性，提高植株的最大凈光合速率，從而達到提高葉片水分利用效率的目的[30]。此外本研究發現，在全生育期下，W3F2 處理使葡萄葉片的Pn達到最大值，這可能是由于適宜的灌水條件下有利于提高葉片的Cond，適宜的施肥條件下有利于植物葉綠素和光合酶的合成，亦或是此時的土壤條件可以提供最適宜植物生長的環境。但在CK 水平下，葡萄葉片的光合特性均受到抑制。一些學者的研究也得到了類似結論[31-32]，一方面是由于植物的特性不同導致其施氮量達到一定程度后，其光合能力和生長可能會對施氮量的增加反應不明顯甚至受到抑制。水肥的供應通過影響葉片中的葉綠素合成、氣孔和非氣孔因素等影響植株葉片的光合作用[33]。另一方面，適當的水肥脅迫提高了根系的抗旱能力，降低了根壓，有利于植株根系從土壤中吸收水分和養分（即增加了毛根數量和吸水深度）[34]，同時適度水肥脅迫降低了氣孔導度，凈光合速率降低緩慢，導致WUEi達到最大值。

Intrigliolo 等[35]研究表明水肥耦合會顯著影響葡萄的產量，在一定范圍內，葡萄產量隨著水肥投入的增加而增加，但當水肥投入超過一定閾值時，產量下降。這與本研究類似。當水肥投入適宜時，更有利于獲得高產[36]。溫室內高溫促進了蒸騰，但是溫室內濕度較大，風速很低，因此部分環境因子的作用可相互抵消，此外溫室內積溫累積加快，導致葡萄生育期縮短，導致葡萄耗水量的降低。本研究中W3F3 處理與W2F3 處理的產量差異不大，但生物量差異較大，主要是因為在高水高肥條件下，葡萄吸收的水肥雖然增加了植株同化量，但光合產物向莖、葉等營養器官的分配比例并無影響，即增加了無效養分的損耗，而向果實器官的累積并未顯著增加[37]，因而產量增加不明顯。水肥一體化條件下，適度的水肥虧缺，葡萄水肥交互效應明顯，葡萄水肥吸收能力顯著增強，彌補了一部分水肥脅迫對葡萄產量的負效應，這也是本研究中W2F3 處理產量沒有明顯降低，但WUE 顯著提高的原因之一。由此可見，在水肥一體化條件下，適度的節水節肥可以實現葡萄穩產條件下葡萄WUE、PFP 的明顯提高。

4 結 論

本論文在滴灌水肥一體化不同水肥處理條件下，以設施葡萄為研究對象，設置不同水肥條件下的雙因素試驗，通過對溫室葡萄的生長指標、光合指標、產量以及水肥利用效率指標的綜合分析主要得出以下結論：

1）W3F1、W2F3、W1F3（2017、2018、2019）、W2F2、W1F2（2018、2019）等處理的新梢生長量均優于CK。2a 中W2F3、W2F2、W3F3、W3F2 處理的葉面積指數與CK 相比無顯著差異（P>0.05）。

2）不同水肥處理下光合參數的變化趨勢相同，就全生育期而言，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度的變化隨著生育期的推進呈現先增大后減小的趨勢，在果實膨大期達到峰值。其中W2F2、W3F1、W3F3 均為瞬時水分利用效率相對于CK 的正向處理。葉片的光合參數的日變化與環境因子光合有效輻射、水汽壓差呈現良好的相關關系。

3）葡萄的產量、水分利用效率、肥料偏生產力受到灌溉、施肥和水肥交互作用的綜合影響。其中，水分對產量起到極顯著的影響（P<0.01），W3F2、W3F1、W3F3、W2F3 處理為相對CK 的產量正向處理。低水處理下水分利用效率普遍較高，中水條件下隨著施肥水平的提高，水分利用效率呈上升趨勢，高水處理下的水分利用效率較低。低肥處理中肥料偏生產力較高，且隨著灌水量的提升，肥料偏生產力呈增加趨勢。

4）基于生理指標、產量、水分利用效率和肥料偏生產力綜合分析得出，W2F3 處理為最優水肥一體化管理模式，該處理可在肥料偏生產力未產生下降的同時，產量、水分利用效率、生長指標均較優。即灌水上下限分別為田間持水率的 60%和 90%，施肥量 N-P2O5-K2O 為240-110-449 kg/hm2是中國東北寒區設施葡萄適宜的水肥一體化處理，該處理可以在節水21.19%～23.27%，節肥7.52%基礎上，實現東北寒區設施葡萄節水節肥穩產高效生產。