調虧灌溉對滴灌核桃樹生長及果實產量的影響

趙經華，張紀圓，李 莎，強 薇

（新疆農業大學水利與土木工程學院，烏魯木齊830052）

0 引 言

中國是世界核桃起源中心之一，世界核桃生產第一大國，擁有最大的種植面積和產量，占世界總產量的50%以上［1］。新疆光熱豐富，是我國重要的特色林果生產和出口基地。至2015年底，環塔盆地主要特色林果核桃種植面積已達32.2 萬hm2，年產量達3.96 億kg［2］。由于新疆地處歐亞大陸腹地，遠離海洋，降雨少，蒸發量大，嚴重阻礙著農業的發展。近年來，核桃園灌溉多數以溝灌和畦灌，浪費水資源，商品率低，嚴重阻礙核桃產業發展的問題，許多學者對核桃進行微灌技術的研究和灌溉制度的研究［3-5］。

調虧灌溉是一種高效的節水灌溉技術，在某一生育階段或者生育期人為的虧水，從而影響作物的生理和生化過程，改變其光合產物在營養器官和生殖器官之間的分配比例［6，7］，達到提高水分利用效率，改善果實品質同時提高產量［8］。近年來已有大量學者研究調虧灌溉，通過水分調控顯著影響光合和作物水分利用，間接的控制蒸騰作用［9］。大量的田間試驗表明作物對水分脅迫有一定的適應能力，水分脅迫后不一定都會降低產量，短期的干旱復水后會有超越補償效應［10，11］。對果樹的研究表明土壤水分虧缺可以抑制營養過剩生長，減少枝條的生長，轉向生殖器官的生長，有助于增大果實［12，13］。調虧灌溉降低光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度，隨著調虧程度的降低干物質量也隨之減小［14］。李煜鵬［15］等對調虧灌溉下梨棗樹產量與品質的研究發現，開花坐果期和果實膨大期調虧產量顯著降低；各生育期水分脅迫對棗品質指標有不同的偏好，萌芽展葉期增加單果重和可溶蛋白含量；開花坐果期和果實膨大期對棗品質指標產生了負效應。艾鵬睿［16］等以棗樹為對象開展的研究表明，果實膨大期進行調虧灌溉可以降低葉片光合生理特性和耗水量。趙瑞芬［17］等研究微灌核桃發現，核桃樹新稍長、葉面積、果實縱、橫徑隨灌水量的減少而減小。

目前國內外有大量學者對調虧灌溉進行研究，大多數是針對農作物，關于核桃樹的報道較少。南疆干旱少雨，核桃樹的種植是當地農民的主要經濟來源。本試驗將滴灌和調虧灌溉節水技術相結合，通過在核桃開花坐果期和果實膨大期進行調虧灌溉試驗，研究核桃的生理指標和果實產量，為南疆核桃的節水研究提供理論依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在位于新疆阿克蘇地區紅旗坡的新疆農業大學林果實驗基地（80°14'E，41°16'N）進行。該基地處于新疆中西部，海拔約1 133 m，屬于典型的溫帶大陸性氣候，降水稀少，年平均降水量42.4～94.4 mm。光熱資源豐富，日照時數2 910 h，全年無霜期達212 d。根據試驗地WATCHDOG 小型自動氣象站觀測，最高氣溫是39.9 ℃，平均氣溫是21.1 ℃，降雨89.8 mm。

1.2 試驗設計

本試驗以“溫185”核桃樹為試材。田間種植株、行距為2 m和3 m。灌溉方式采用滴灌，滴灌管分別布置在核桃樹兩側0.5 m 處，滴灌管為壓力補償式，滴頭間距0.5 m，流量3.75 L/h。本次調虧灌溉試驗設置3 個生育時期［核桃樹生長Ⅱ期（4/11～5/6）、Ⅲ期（5/7～6/2）和Ⅱ+Ⅲ期］和2 個程度的水分脅迫（輕度灌水：灌水75%ETc，中度虧水：灌水50%ETc）處理，對照為各生育期都按照ETC正常灌水，共計7 個處理，見表1。具體田間實施時，每個處理均選擇長勢相同的核桃樹3 棵作為3 次重復。所有處理均采用一樣的農藝措施，各處理除灌水處理不同外，其他管理措施均一致。

表1 不同處理采用的核桃樹調虧灌溉制度Tab.1 Regulated deficit irrigation system for walnut trees in different treatments

1.3 測定項目與方法

（1）氣象數據：使用可全天自動觀測氣象數據的WATCHDOG小型自動氣象站獲取。

（2）土壤含水率：采用土壤水分儀TRIME-IPH 測定土壤含水率。測定深度為120 cm，每20 cm 一測。測點觀測層次：0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm。每棵試驗用樣本樹布設5 根TRIME 管，分別布置在樹旁邊滴灌管正下方、行間距樹100 和150 cm 處。株間距樹50 和100 cm 處。測定時間為核桃樹灌水前和灌水后。

（3）新稍長：選擇試驗用樣本樹樹冠外圍生長勢強的新梢，在樣本樹的東南西北4 個方向各選取5 個枝條編號標記，每10 d用皮尺測量一次。

（4）葉面積指數：在每個處理中用樣本樹東、南、西、北4 個方向半球影像圖片，并采用Hemi View 數字植物冠層分析系統對核桃樹進行葉面積指數分析，每隔15天，進行一次分析。

（5）果實縱、橫徑：采用精度為0.01 mm 的數顯式游標卡尺進行測量。在所選固定的葉片樣本附近選取大小基本一致的核桃做標記，每7天進行一次果實縱、橫徑的測量，直到果實縱、橫徑不再發生變化為止。

（6）果實產量：核桃成熟時，分別測算每個處理固定樣本樹上的核桃個數。每棵樹隨機抽取100 顆，去掉青皮曬干后稱取單顆核桃的干重。

1.4 數據分析

試驗數據經Excel2019 整理后，利用SPSS19.0 對數據進行單因素方差分析，利用LSD 法檢驗差異顯著性（P＜0.05）。采用Origin2018進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 調虧灌溉對核桃園土壤水分垂直分布的影響

核桃樹根系主要分布在地表以下40～60 cm 深度的范圍內［18］。不同調虧處理下的土壤體積含水量在垂直剖面上的分布如圖1所示。Ⅱ期在灌前5月4日，灌后5月6日測，Ⅲ期在灌前5月19日，灌后5月21日測。灌水前后各處理土壤含水量在垂直方向上呈倒“S”型分布。核桃樹土壤含水量在垂直方向呈現空間差異。圖1（a）和圖1（c）顯示的是生育Ⅱ期測定的剖面分布，可以看出地表以下0～40 cm 土壤含水量變化幅度最大，其次是40～80，80～120 cm 變化最小。Ⅱ期是核桃樹生長初期，枝葉生長較為緩慢，蒸騰消耗的水分較少，土壤表面的地面蒸發消耗的水分較多，因此0～40 cm土壤含水量變化最為劇烈。圖1（b）和圖1（d）可以看出在Ⅲ期土壤含水量主要在40～60 cm土壤深度之間變化，與核桃樹根系分布深度有關。樹冠的郁閉度逐漸增大且果實和枝葉都處于生長旺盛期，需要消耗大量水分來滿足核桃樹生長所需。因此蒸騰所消耗的水分增多，而地面蒸發所消耗的水分相對減少。

圖1調虧灌溉土壤水分垂直分布Fig.1 Vertical distribution of soil moisture under regulated deficit irrigation

在Ⅱ期進行調虧時，如圖1（a）和圖1（c）所示，隨著灌水量的減少，同層土壤含水量變化幅度也減小。與W0、W1和W5的土壤含水量變化幅度相差不大；但W2 和W6 與W0 相比，土壤含水量變化幅度相差較大。Ⅲ期進行調虧時，由圖1（b）和圖1（d）所示，土壤含水量變化情況和Ⅱ期調虧的趨勢相似。說明隨著調虧度的增加，土壤含水量變化幅度也減小。W5和W6是在Ⅱ+Ⅲ期這兩個時期連續調虧，對比圖1（c）和圖1（d），發現圖1（d）在同層土壤含水量變化幅度整體小于圖1（c），說明Ⅱ期的調虧對后期Ⅲ期調虧有較大影響。

如圖2 所示，不同調虧處理下滴灌核桃樹土壤水分連續動態監測，各個調虧處理之間的土壤含水率變化趨勢相似，全生育期總體呈現下降趨勢。調虧期間，在Ⅱ期W2和W6的土壤水分消耗最大，其次是W1 和W5；在Ⅲ期，虧水的W5 和W6 處理消耗最明顯，其次是W3。在整個生育期內，W0 的土壤含水率明顯高于其他幾組處理；在Ⅳ期，W0 處理的土壤含水率小于個別處理，說明Ⅳ期是需水關鍵期，此時耗水量達到最大。

圖2 調虧灌溉土壤水分動態分布Fig.2 Dynamic distribution of soil moisture in regulated deficit irrigation

2.2 調虧灌溉對核桃樹新稍長及葉面積指數的影響

植物是通過根系吸收土壤中的水分，供給枝葉生長和果實生長。枝葉的生長狀況可以直觀的反映作物的生長情況［19］。如表2 所示，核桃樹的新梢在4月初開始生長，隨著生長時間呈遞增的趨勢，但5月中旬生長量呈現緩慢上升趨勢，8月份進入緩慢生長期。

表2 調虧灌溉后新稍長生長量的變化Tab.2 The change of new growth rate after regulated deficit irrigation

通過不同生育期的調虧灌溉，各處理的最終新稍長與W0相比，分別減少了3.54%、6.09%、5.89%、9.63%、10.02%、12.57%，可見水分脅迫在一定程度上抑制了核桃樹新稍長。下一階段復水后，正常灌水始終最大。Ⅱ期虧水時，W1 和W2 的新稍長比W0 分別降低11.97%和18.67%；W2 比W1 減少了7.59%。Ⅲ期虧水時，W3 和W4 比W0分別減少7.07% 和12.53%；W4 比W3 減少了5.87%。由此可見，隨著虧水度的增加，新稍長的減少幅度越大。II 期和III 期相比，Ⅲ期虧水對新梢的生長影響較小，這是因為Ⅲ期重在果實生長，并且新稍長的生長漸緩。Ⅱ+Ⅲ期連續調虧灌溉，新稍長由大到小為W0＞W5＞W6。相比W0，W5 和W6 減少15.54%、21.94%和11.43%、18.37%，是因為Ⅱ期進行水分虧缺，新梢生長受到抑制，又在Ⅲ期連續水分虧缺，由于水分供給不足，果樹的本能反應是先滿足生殖生長所需的水分，剩余的在供給營養生長，導致新梢生長受到二次抑制，故新枝累計生長量上出現較大差異。在Ⅲ期后期，單生育期虧水與雙生育期虧水相比存在顯著性差異。與W1 相比，W5 的新稍長分別降低了8.40%，與W3 相比W5 降低了4.79%；與W2和W4相比，W6的新稍長分別降低了12.18%和7.19%。

葉片是植物的主要營養器官，通過進行光合作用提供一定量的營養物質，葉片上的氣孔能夠進行呼吸作用，蒸騰也主要由葉片進行，因此要對葉片進行深入的研究。葉面積指數［20］是研究葉片性狀指標的一項參數，葉面積的大小直接影響光合作用、蒸騰作用和呼吸作用。表3所示，核桃樹葉面積指數從Ⅰ期到Ⅲ期初期迅速增大，Ⅲ期中期到Ⅴ期末期的變化逐漸緩慢，進入成熟期后逐漸減小。

表3 調虧灌溉后葉面積指數變化Tab.3 Changes in leaf area index after regulated deficit irrigation

如表3 所示，Ⅱ期進行虧水，W1 和W2 的葉面積指數均小于W0，葉面積指數平均降低了17.10%和28.89%；W2 比W1 減少了14.28%。隨著調虧度的增加，葉面積指數增長的越小，階段性變化曲線也更加緩慢。W1 和W2 在Ⅲ期進行復水后，W1能迅速恢復到對照水平，而W2恢復的較為緩慢。

從表3 中可以看出Ⅲ期與前一個生育期相比，葉面積指數明顯降低。W3、W4 比W0 降低了16.31%和25.75%；W4 比W3減少了11.28%，隨著調虧度的增加，降低幅度也增加。主要是因為該時期是果實發育的重要階段，水分脅迫會使部分營養生長受到抑制，樹體將更多地養分和水分提供給果實生長和發育。由于在Ⅲ期調虧，對新梢的影響程度較小，而對葉面積指數的影響確很明顯，可見葉片比新梢對水分的敏感程度更高一些。

Ⅱ+Ⅲ期連續調虧灌溉，W5和W6比對照W0的葉面積指數平均降低了18.52%、19.74%和32.03%、38.20%，W5 比W1 葉面積指數平均降低了19.05%，比W3減少4.10%；W6比W2葉面積指數平均降低了35.14%，比W4 減少16.76%。主要原因是W5和W6進行了兩個生育階段的調虧，疊加了兩次水分虧缺，影響了核桃樹的營養生長，葉面積指數也會相對減小。復水后，W5和W6 葉面積指數逐漸增加，但這兩個處理的葉面積指數始終低于W0。

2.3 調虧灌溉對核桃產量構成要素的影響

核桃樹經過調虧灌溉后，對其果實的縱徑、橫徑、體積、單果重及產量均有顯著影響。由表4可知，Ⅱ期進行水分脅迫后，W1 縱徑增加3.02%，橫徑增加3.42%，體積增加約10.05%；W2縱徑增加6.23%，橫徑增加7.82%，體積增加約23.38%。當Ⅲ期和Ⅱ+Ⅲ期連續虧水，出現了虧水程度越大，果實體積越小的變化趨勢，與Ⅱ期結論相悖。這是由于Ⅱ期進行虧水，會抑制核桃樹的枝條生長，把營養物質供給果樹生殖器官，果實體積比充分灌溉的W0 相比明顯增大。Ⅲ期為需水關鍵期，果實體積提升核心期，缺水將會嚴重影響果實的正常發育，造成果實體積偏小。

表4 不同生育期調虧灌溉的核桃產量及其構成因素Tab.4 Walnut yield and its components under regulated deficit irrigation in different growth periods

果實產量最高出現在W1處理，為4 150.70 kg/hm2。由單果重知，相比W0，增加3.53%，最后增產7.12%。說明輕度缺水對單果重影響較弱，反而會增加果實數量，與張鵬［21］等結果類似。可見在Ⅱ期，水分充足，花朵數量多，競爭大造成大量落花現象，而適當虧水可以提前落花［22］，減少競爭有助于幼果的發育，提高產量。W2處理與W0處理相比，單果重增加2.81%，產量卻下降2.25%，說明過度的虧水也會降低果實數量，造成減產。Ⅲ期進行調虧后，W3、W4 兩個處理的單果重顯著降低，產量也降低了2.72%和5.77%。這是因為Ⅲ期為需水關鍵期，缺水會影響生殖生長。Ⅱ+Ⅲ期連續調虧灌溉，W5 和W6 兩個處理的產量分別降低8.79%和15.50%。盡管只在Ⅱ期調虧會增加果實數量，但由加上在Ⅲ期連續虧水則會造成減產。

3 討 論

水分是影響作物高產的重要因素，節水灌溉又是當前熱點，因此在滴灌條件下研究調虧灌溉對核桃樹生長指標與果實產量有著重要意義。武陽［12］和強敏敏［23］等研究發現虧水可以減少枝條生長，與本研究結論一致。研究表明水分脅迫會制約作物株高和葉面積的生長［24］，龔雪文［25］等與本研究結論類似，隨著虧水度的加大，降低幅度越大。

本研究發現核桃樹在Ⅱ期進行調虧灌溉可以增加果實縱、橫徑和體積的大小，這與李鴻平［26］等的結論相似。Li等［27］認為果樹承受一定程度的水分脅迫，可抑制果樹的過旺營養生長，水分脅迫解除后反而能促進果實生長，從而能在采收時獲得更大體積的果實這一規律相符。其他處理與胡瓊娟［28］、劉新華［29］等研究滴灌核桃的結果一致，發現隨著土壤水分的降低，果實的縱、橫徑在減小。分析原因是當出現水分脅迫而使營養生長受到抑制時，果實可以繼續積累有機物，降低其在虧水期所受到的影響，復水后，調虧期間累積的有機物可被用于細胞壁的合成及其他與果實生長相關的過程，彌補由于光合產物減少帶來的損失。但脅迫過重或歷時過長會使復水后的細胞壁失去彈性而無法擴張，導致果實體積減小。

核桃樹是雌雄同株，雌花、雄花一同開放。在Ⅱ期虧水，可能會出現落花現象，影響授粉，導致坐果率降低；但存活的幼果會獲得更多的水分和營養供其生長發育，因此Ⅱ期缺水，單果重都會有所提高。這與Turner［30］的觀念：調虧灌溉并不總是降低產量，早期適度的缺水在某些作物上會有利于增產相一致。核桃樹在不同的生育期對水分需求的程度存在較大差異，Ⅲ期最為敏感，核桃最終體積的70%以上是在Ⅲ期生長完成。在Ⅲ期進行虧水會抑制果實的膨大，過度的缺水會使植物細胞失水，不能恢復［31］，導致單果的體積和重量均有所下降。崔寧博［32］在梨棗Ⅲ期做調虧灌溉試驗，使單果重與果實體積均明顯下降這一結論相同。在Ⅱ期和Ⅲ期均進行水分脅迫時，果實的單果重量明顯小于對照組，虧缺程度越大，減重越明顯。

4 結 論

（1）調虧灌溉條件下，發現0～40 cm 土壤含水率變化幅度最大，隨著土層深度的增加含水率的變化幅度逐漸減小。核桃樹全生育期各個調虧處理之間的土壤水分消耗曲線變化趨勢相似，呈現的是脈動狀態。各調虧處理在虧水的生育期內，虧水度越大，土壤含水率越小。

（2）調虧灌溉條件下，全生育期充分灌水的新稍長始終處于最高水平，隨著虧水度的增加，新稍長的減小幅度在增加。調虧生育期內，葉面積指數減小，下一階段復水后，僅有Ⅱ期輕度虧水恢復并高于正常灌水，其他處理均沒有。連續虧水的兩個生育期使新稍長和葉面積指數大幅度降低。

（3）調虧灌溉對核桃果實的物理指標有一定的影響，除Ⅱ期的單果體積和單果重有顯著增加，其他均有顯著降低（P＜0.05）。果實產量最高的是W1 處理，為4 150.70 kg/hm2，W2、W3、W4、W5 和W6 分別降低2.25%、2.72%、5.77%、8.79%和15.50%，其中Ⅲ期中度虧水和Ⅱ+Ⅲ期連續輕中度的虧水會對產量產生較為顯著的影響（P＜0.05）。