不同灌溉保墑措施對春光葡萄土壤含水量和果實產量的影響

王偉軍，陳文朝，郝建宇，王 巖，徐 敏，楊 茜

（張家口市農業科學院，河北 張家口 075000）

京津冀地區是資源型缺水地區，也是我國的主 要農業區之一。截至2018年底，河北省農業用水量為1.21億m3[1]。據分析，河北灌溉水利用系數為0.64，但與發達國家農業灌溉水利用系數0.7～0.8相比，還有較大差距[2]。河北省葡萄栽培歷史悠久，是我國葡萄的重要產區之一。據統計，截至2019年底，現有栽培面積8.9萬hm2，產量176.33萬t，分別占全國面積、產量的10.9%、12.42%，面積和產量均位居全國第2位。張家口葡萄種植面積為3.39萬hm2，產量為50.03萬t[3]。隨著葡萄產業發展，如何提高葡萄灌溉水利用系數，采用合理的灌溉方式、灌水制度以達到提高葡萄水分利用效率顯得尤其重要。近年來，已有學者圍繞葡萄水分管理[4]、根區交替灌溉減施氮肥[5]等方面進行了大量研究工作。雷金銀等[6]、王東等[7]采用不同灌溉水平對釀酒葡萄研究，結果表明，赤霞珠最優的灌溉量為3600～3750 kg/hm2。沈甜等[8]采用4種灌水量對赤霞珠根際微生物多樣性進行研究，結果表明，水分含水量變化直接影響根際土壤細菌和真菌的多樣性和豐度。駱萌等[9]采用密閉式營養液循環供給系統栽培無核白葡萄，得到了吐魯番地區葡萄年需水量為4149.5 m3/hm2。張玥[10]研究表明，調虧灌溉可以提高葡萄果實品質、提高葡萄花色苷類物質含量。李晶等[11]、趙霞等[12]通過不同生育期水分調虧處理，得出果實膨大期虧水處理會降低果實產量的結論。孔維萍等[13]采用不同生育期土壤水分處理得出梅鹿輒漿果膨大期耗水量最高，是控制土壤水分的關鍵生育期。郝旺林等[14]、楊湘等[15]研究了不同覆蓋物對葡萄土壤溫度和水熱環境的影響，結果表明，黑膜、酢漿草和地膜是葡萄園較為適宜的覆蓋模式。付詩寧等[16]采用不同水分和肥料處理得出，田間持水率60%+中肥是東北地冷寒區溫室葡萄水肥一體化最優灌溉施肥模式。針對冀西北地區葡萄不同灌溉量、灌溉方式和不同覆蓋方式相結合對葡萄生長、果實產量的研究較少。本研究對蜜光葡萄灌溉覆膜進行研究，旨在為張家口地區葡萄合理灌溉保墑措施提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在河北省張家口市農業科學院沙嶺子葡萄園進行。該園位于北緯40°39′57″，東經114°55′30″，海拔高度636 m，年均氣溫7.7 ℃，無霜期110～140 d，≥10 ℃的有效積溫為3300 ℃，年降水量為400 mm，6—8月降水量占全年降水量的70%左右。0～100 cm土層的土壤容重為1.47 g/cm3，0～20 cm土層的土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀、pH值分別為18.4 g/kg、1.24 g/kg、73.1 mg/kg、184 mg/kg和8.02。

2021年葡萄出土后到埋土前降水總量為369.1 mm，7月9日降水量為53.1 mm，占生育期的41.39%，開花前期降水量為24.8 mm，占生育期的6.72%，前期降水量很少，降雨主要集中在葡萄果實膨大期到果實轉色期這一階段。

1.2 試驗材料

供試材料為5年生春光葡萄（自根苗），株行距為1.0 m×6.0 m，東西行向，每行長為40 m，獨龍干棚架種植模式。園藝地布寬1.0 m，厚度為0.2 mm。

1.3 試驗設計

試驗設滴灌（DI）、滴灌覆膜（DIFM）、調虧滴灌（RDDI）和調虧滴灌覆膜（RDDIFM），以常規灌溉為對照，共5個處理。隨機區組設計，每個小區240 m2，重復3次，共15個小區。

試驗灌溉方式為常規灌溉（大水漫灌）和滴灌，滴灌在距葡萄根部30 cm處設置一個滴灌帶，采用一行一管控制模式，滴灌帶直徑為14 mm，滴頭流量為3.0 L/h，滴頭間距為20 cm，葡萄種植行開溝寬度1.0 m。常規灌溉不覆蓋園藝地布，滴灌覆膜和調虧滴灌覆膜為覆蓋園藝地布，園藝地布覆蓋在葡萄根系兩邊的整個葡萄種植行。2021年4月15日葡萄出土，葡萄出土后（4月16日）和埋土前（10月23日）均采用大水漫灌澆水方式，4月17日鋪地布，10月23日收地布，10月27日埋土防寒。各處理灌水量和灌水時間如表1所示。

表1 不同處理灌水總量Tab.1 Total amount of irrigation water under different treatments m3/hm2

1.4 測定項目及方法

土壤含水量測定：每個處理在葡萄根系40 cm處用土鉆分5層（0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm）取土，采用烘干法測定土壤含水量，每隔10～15 d取土，灌溉及降雨前后取土加測。

θi=土壤含水量（%）×相應土層土壤容重（2）

式中，Et為土壤耗水量（mm），P為降水量（mm），I為灌水量（mm），ΔS為土壤貯水量變化量（mm），θi為土壤某一層次體積含水率（%），Zi為土層厚度（cm），i為土壤層次。

葡萄產量測定：于葡萄完全成熟后，每處理隨機采摘5株葡萄，測定每株葡萄產量；每株葡萄選取果穗大小一致的葡萄9穗，測定單穗質量、單株產量。

式中，WUE為灌溉水水分利用效率（kg/m3），Y為葡萄產量（kg/hm2），Q為灌溉總量（m3/hm2）。

1.5 數據處理

數據采用Excel軟件和SPSS 11.5進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉覆膜處理對1 m土層土壤水分動態變化的影響

2.1.1 不同處理0～20 cm土壤含水量動態變化 不同處理0～20 cm土壤含水量變化動態如圖1所示。

圖1 不同處理0～20 cm土壤含水量變化動態Fig.1 Dynamic diagram of 0-20 cm soil water content under different treatments

從圖1可以看出，葡萄出土后（4月15日），5個處理0～20 cm土層土壤含水量接近，介于16.12%～16.45%，隨著第1次灌溉（4月15日）和覆蓋地布的不同處理，在4月18日、4月24日、4月30日均是覆蓋地布土壤含水量高于不覆蓋地布處理。4月30日進行第2次灌水，由于CK、滴灌、滴灌覆膜3個處理灌水量均為450 m3/hm2，調虧滴灌和調虧滴灌覆膜處理灌水量均為300 m3/hm2，在灌水后2 d（5月2日）滴灌覆膜處理土壤含水量最高（23.34%），調虧滴灌處理最低（20.12%）。5個處理均是6月17日土壤含水量最低，CK、滴灌覆膜、滴灌、調虧滴灌覆膜、調虧滴灌含水量分別為8.44%、13.67%、8.85%、13.12%和8.64%。7月16日（果實轉色期）至9月22日（埋土前）均是覆膜處理（滴灌覆膜、調虧滴灌覆膜）土壤含水量高于不覆膜處理（CK、滴灌、調虧滴灌）。

2.1.2 不同處理20～40 cm土壤含水量動態變化由圖2可知，葡萄出土后，4月15日各個處理土壤含水量接近。5月2日（灌水后）各個處理土壤含水量由高到低依次為滴灌覆膜（24.08%）、CK（22.19%）、滴灌（21.33%）、調虧滴灌覆膜（20.38%）、調虧滴灌（19.98%)，主要是CK、滴灌、滴灌覆膜3個處理的灌水量均為450 m3/hm2，而調虧滴灌覆膜和調虧滴灌灌水量均為300 m3/hm2，灌水量不同導致土壤含水量的不同。6月17日各個處理的土壤含水量均為最低，隨著當日灌水，在6月20日各個處理的土壤含水量得到顯著提升。葡萄采收后到埋土前（9月22日—10月22日）各個處理的土壤含水量隨著時間推移呈增加的趨勢，主要原因可能是氣溫降低、濕度增加和降水共同導致的結果。

圖2 不同處理20～40 cm土壤含水量變化動態Fig.2 Dynamic diagram of 20-40 cm soil water content under different treatments

2.1.3 不同處理40～60 cm土壤含水量動態變化由圖3可知，不同處理灌水2～3 d后，土壤含水量得到顯著提高，5月2日（灌水后2 d）CK（24.46%）、滴灌覆膜（25.70%）、滴灌（22.31%）、調虧滴灌覆膜（22.04%）、調虧滴灌（20.06%）5個處理的土壤含水量主要是不同處理的灌水量不同導致，CK、滴灌覆膜和滴灌處理灌水量均為450 m3/hm2，調虧滴灌覆膜和調虧滴灌處理灌水量均為300 m3/hm2。各個處理均是6月17日最低，8月16日進行第5次灌水，CK的灌水量為450 m3/hm2，其他處理為300 m3/hm2，9月1—12日，土壤含水量由大到小的順序均是CK>覆膜（滴灌覆膜、調虧滴灌覆膜）>不覆膜（滴灌、調虧滴灌）。

圖3 不同處理40～60 cm土壤含水量變化動態Fig.3 Dynamic diagram of 40-60 cm soil water content under different treatments

2.1.4 不同處理60～80 cm土壤含水量動態變化由圖4可知，葡萄出土后（4月15日）各處理的土壤含水量接近，隨著灌水土壤含水量也相應增加。5月2日各個處理的土壤含水量由高到低依次為滴灌覆膜（25.00%）、滴灌（24.06%）、CK（23.56%）、調虧覆膜（22.15%）和調虧滴灌（21.98%）。果實膨大期（6月17日—7月15日）各個處理的土壤含水量均是滴灌覆膜最高，CK和滴灌處理接近，調虧灌溉最低，在葡萄采收后各個處理均是滴灌覆膜處理土壤含水量最高。由此可見，覆膜可以使土壤含水量提高。

圖4 不同處理60～80 cm土壤含水量變化動態Fig.4 Dynamic diagram of 60-80 cm soil water content under different treatments

2.1.5 不同處理80～100 cm土壤含水量動態變化 由圖5可知，在6月15日，CK和滴灌覆膜處理的土壤含水量接近，分別為19.27%和19.18%，滴灌（16.16%）、調虧滴灌覆膜（16.69%）、調虧滴灌（16.08%）3個處理的土壤含水量接近，主要是第3次（5月15日）灌水量不同所造成，CK灌水量為450 m3/hm2，滴灌覆膜和滴灌灌水量均為300 m3/hm2，調虧滴灌覆膜和調虧滴灌灌水量均為225 m3/hm2。8月15日（第5次灌水）5個處理中均是滴灌覆膜處理的土壤含水量最高，滴灌和調虧滴灌覆膜處理的含水量接近，調虧滴灌處理的土壤含水量最低。在埋土前（10月22日），CK、滴灌覆膜、滴灌、調虧滴灌覆膜和調虧滴灌處理的土壤含水量接近，分別為20.51%、21.07%、21.95%、21.42%和20.61%。

圖5 不同處理80～100 cm土壤含水量變化動態Fig.5 Dynamic diagram of 80-100 cm soil water content under different treatments

2.2 不同灌溉覆膜處理對土壤耗水量的影響

不同灌溉保墑措施下土壤耗水量的對比如表2所示，5個處理均是在果實轉色期到成熟期耗水量最高、坐果期耗水量最低，CK、滴灌、滴灌覆膜、調虧滴灌、調虧滴灌覆膜處理在全生育期的耗水量分別為731.06、699.70、709.22、666.60、642.83 mm，與CK相比，滴灌、滴灌覆膜、調虧滴灌、調虧滴灌覆膜處理的耗水量分別減少了31.36、21.84、64.46、88.23 mm，耗水量分別是CK的95.71%、97.01%、91.18%和87.93%。

表2 不同灌溉覆膜處理耗水量對比Tab.2 Comparison of water consumption under different irrigation film mulching treatments mm

2.3 不同灌溉覆膜處理對果實產量和水分利用效率的影響

由表3可知，5個處理下單粒質量由大到小依次為滴灌覆膜（9.96 g）、CK（9.61 g）、滴灌（9.52 g）、調虧滴灌覆膜（9.12 g）、調虧滴灌（8.59 g），滴灌覆膜處理與CK、CK與滴灌間差異均不顯著，滴灌覆膜、CK、滴灌、調虧滴灌覆膜共計4個處理均與調虧滴灌處理的單粒質量差異顯著。滴灌覆膜處理與其他處理間單穗質量差異均顯著，滴灌與CK間單穗質量差異不顯著。CK、滴灌、滴灌覆膜、調虧滴灌、調虧滴灌覆膜處理的單株產量分別為14.73、14.25、15.39、11.59、13.24 kg。5個處理的灌溉水利用效率由高到低依次為滴灌覆膜（10.69 kg/m3）、調虧滴灌覆膜（10.50 kg/m3）、滴灌（9.89 kg/m3）、調虧滴灌（9.20 kg/m3）、CK（9.10 kg/m3），與CK相比，滴灌覆膜、調虧滴灌覆膜、滴灌、調虧滴灌處理的灌溉水利用效率分別提高了17.49%、9.13%、8.64%和15.38%。

表3 不同處理對果實產量和水分利用效率的影響Tab.3 Effects of different treatments on fruit yield and water use efficiency

3 結論與討論

葡萄園不同灌溉保墑措施對葡萄的影響是多方面的，主要表現在土壤含水量、土壤溫度、土壤呼吸、果實產量及品質等方面。本研究發現，在果實轉色期至埋土前0～20 cm土層土壤含水量均是覆膜處理高于不覆膜處理，在葡萄采收后至埋土前各處理20～80 cm土層土壤含水量隨著時間推移呈增加的趨勢，主要原因可能是氣溫降低、濕度增加和降水共同導致的結果。研究還表明，對葡萄園進行覆蓋地布可以提高土壤含水量，提高葡萄園蓄水能力，這與郝旺林等[14]、楊湘等[15]的研究結果一致。

不同灌溉保墑措施下葡萄耗水量也不同。與常規灌溉相比，4種灌溉保墑措施均降低了葡萄耗水量。常規灌溉葡萄耗水量為731.06 mm，比蘇培璽[17]研究的巨峰葡萄耗水量為644.5 mm的結論略高，可能是不同地域、品種、覆蓋模式等原因導致結果略有差異。

不同地域、葡萄品種葡萄所需灌水量也不同。本研究結果表明，對5年生春光葡萄進行常規灌溉用水量為2700 m3/hm2，就可使葡萄正常生長結果，比王探魁等[18]在河北張家口地區赤霞珠推薦的灌水量（1821.6 m3/hm2）高900 m3/hm2，比駱萌等[9]在新疆吐魯番地區無核白葡萄的每年需水量（4149.5 m3/hm2）低1450 m3/hm2，灌水量的差異可能是不同品種、不同生態區、不同灌溉保墑措施等原因造成的。本研究發現，在葡萄果實膨大期應確保葡萄水分充足，即使采用地布覆蓋也會導致葡萄產量降低，與李晶等[11]和張芮等[19]研究結果一致。本研究結果表明，春光葡萄通過滴灌覆膜措施灌水量為2400 m3/hm2，可以顯著提高單穗質量、單株產量，提高灌溉水利用效率，比常規灌溉處理節約用水量300 m3/hm2。

綜上所述，滴灌覆膜處理可以提高0～100 cm土層土壤含水量，降低葡萄耗水量，提高果實產量和灌溉水利用效率，為最佳灌溉保墑措施。由于本研究只研究了不同灌溉保墑措施下土壤水分動態變化、果實產量、葡萄耗水量等，不同灌溉保墑措施下對土壤溫度、土壤濕度的影響，在果實膨大期提供充足供水，在果實膨大前期和后期減少灌水量對果實產量、品質、水分利用效率等還有待進一步研究。