滴灌水肥一體化對柑橘光合生長及產(chǎn)量的影響

陳昱辛，崔寧博,2，楊永剛，胡笑濤，龔道枝

(1. 四川大學水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室水利水電學院，成都 610065；2. 南方丘區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究四川省重點實驗室，成都 610066；3. 西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室，陜西 楊凌 712100；4.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所作物高效用水與抗災(zāi)減損國家工程實驗室，北京 100081)

0 引 言

柑橘是在世界范圍廣泛種植的水果作物[1]，柑橘產(chǎn)業(yè)已成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一[2]。中國柑橘主要栽培在南方灌溉條件較差的丘陵山地一帶，近年來這些區(qū)域工程性缺水與季節(jié)性干旱尤為嚴重[3]，嚴重影響和制約了柑橘產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。此外，在傳統(tǒng)的灌溉施肥方式下，深層滲漏和地表徑流損失的大量營養(yǎng)物質(zhì)將污染該地區(qū)地表水和地下水資源，威脅居民生命安全[4]。

水肥一體化是基于滴灌系統(tǒng)發(fā)展而成的節(jié)水、節(jié)肥、高產(chǎn)、高效的，并實現(xiàn)水肥協(xié)同效應(yīng)的重要農(nóng)業(yè)工程技術(shù)[5,6]，滴灌水肥一體化能有效改善果樹光合特性[7]、促進果樹幼苗及新生枝條生長[8]和提高果實產(chǎn)量[9]。光合作用作為植物體干物質(zhì)積累的直接來源，對植物的生長及產(chǎn)量有著直接的影響[10,11]，其強弱受到不同水肥一體化處理和環(huán)境因子的綜合影響。Gasque等[12]研究表明由于復水后光合過程、果實器官發(fā)育過程均有一定的超補償效應(yīng)，而Liu等[13]研究表明由于適度的虧水處理抑制了果樹的營養(yǎng)生長，使更多的同化物向果實分配，均解釋了適度虧水處理后，產(chǎn)量和灌溉水利用效率提高的原因。國內(nèi)外大量研究表明[7,9,14]，科學的水肥一體化管理模式有利于提高作物的光合特性和產(chǎn)量，由于作物不同生育期需水需肥特性的差異及生理過程、生長發(fā)育特性的差異，同一作物在不同生育期的最佳水肥一體化管理模式會有明顯差異。杜少平等[7]發(fā)現(xiàn)滴灌施肥處理較對照在甜瓜生長后期光合指標顯著提高，增產(chǎn)7.4%～14.4%，水分利用效率提高28.8%～40.7%；楊小振等[13]指出當灌溉量為900 m3/hm2，施肥量為N 163.05 kg/hm2+P2O566.85 kg/hm2+K2O 202.18 kg/hm2時，西瓜光合作用強，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，且水分利用效率較高；Panigrahi等[14]發(fā)現(xiàn)I2F2(灌水量、施肥量為充分灌溉施肥的75%)處理下，柑橘葉片水平水分利用效率最高，且獲得最高的果實產(chǎn)量，達16.39 t/hm2。

本研究擬分析不同滴灌水肥一體化管理模式在柑橘果實膨大期和果實成熟期對光合特性、果實發(fā)育及產(chǎn)量的影響，以期為優(yōu)化不同生育期滴灌水肥一體化管理模式、提高柑橘產(chǎn)量，實現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥、優(yōu)質(zhì)高效型水果生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2017年4月-2018年1月在四川省成都市蒲江縣長林農(nóng)場(海拔544 m，30.32°N，103.43°E)避雨棚內(nèi)進行，試驗地土壤類型為黃壤土，平均密度為1.45 g/cm3，田間持水量為26.13%(體積含水率)。試驗區(qū)位于成都平原腹地，屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，年平均氣溫16.3 ℃，平均相對濕度87.84%，年平均風速1.67 m/s，年平均降水量1 196.2 mm。

供試柑橘品種為7年生“不知火”，株高為2.8～3.0 m，株徑約10 cm，株行距為2.5×3.0 m，主要生育期為每年4月初-次年1月底，根據(jù)其主要生育特征，將其劃分為抽梢開花期(Ⅰ)、幼果期(Ⅱ)、果實膨大期(Ⅲ)和果實成熟期(Ⅳ)4個生育期。供試肥料為尿素、磷酸二銨和硫酸鉀，灌溉施肥設(shè)備采用低壓滴灌水肥一體化系統(tǒng)，滴灌采用以色列進口Dripnet PC壓力補償式滴灌管，沿地面布設(shè)，滴灌管環(huán)形布置，環(huán)形等間距內(nèi)嵌10個迷宮式壓力補償?shù)晤^，流量為1.6 L/h，試驗每2棵樹1個處理小區(qū)，每個處理1條毛管，支管進口設(shè)置閥門，且毛管流量為32.0 L/h；干管垂直支管布置，在各小區(qū)安裝閥門和水表以精確控制每次灌水量和生育期灌水量。試驗地各小區(qū)間均用埋深1 m的硬塑料薄膜相隔，防止處理間側(cè)向水分運移的影響，以3.6 m高透光薄膜電動防雨棚作為避雨設(shè)施，地下水埋深12 m，地下水對試驗無影響。其他田間管理措施均相同。

1.2 試驗設(shè)計

按照土壤含水率的下限來控制灌水量可以達到較為準確的精度，但在指導實際的山丘區(qū)果樹種植灌溉時，農(nóng)戶缺乏相應(yīng)的儀器設(shè)備，而試驗地土壤質(zhì)地比較均一、土壤空間變異性較低，考慮到實際應(yīng)用，本文通過控制灌水量來進行調(diào)虧灌溉。設(shè)置1個對照處理(CK)，灌水周期約為7～10 d。CK處理灌水量為100%，相當于90%的田間持水量；施肥量按照安杰農(nóng)業(yè)有限公司的水溶肥配方施加，抽梢開花期N、P、K肥各施 42.75 kg/hm2，幼果期分別施 N、P、K 肥 19.50、55.50、19.50 kg/hm2，果實膨大期分別施 N、P、K 肥 250.95、259.35、395.55 kg/hm2，果實成熟期分別施 N、P、K 肥84.00、203.70、235.50 kg/hm2。在果實膨大期和果實成熟期分別設(shè)置2個虧水水平(即輕度、重度虧水處理，分別記為HW、LW，灌水量分別為CK 80%、60%)和3個施肥水平(即高肥、中肥和低肥，分別記為HF、MF、LF，施肥量分別為CK85%、70%和55%)，共計13個處理，具體試驗方案見表1。

表1 柑橘果實膨大期滴灌水肥一體化試驗各處理灌水量、施肥量Tab.1 Experiment design and the amount of irrigation and fertilizer

注：表中HW、LW分別表示輕度水分虧缺、重度水分虧缺；LF、 MF、HF分別表示低肥處理、中肥處理、高肥處理；W表示灌水量，F(xiàn)表示施肥量；下同。

1.3 測定項目和方法

本試驗光合作用測定儀器為全自動便攜式光合儀(LCPro-SD，英國ADC)，每個生育期灌水前后3 d內(nèi)各選光照條件良好的一天，每個處理選擇東南西北方相對同一位置4片葉測量，每片葉片測3次，取平均值；分別測定蒸騰速率Tr，mmol/(m2·s)、氣孔導度Gs, mmol/(m2·s)、胞間CO2濃度Ci, ppm以及凈光合速率Pn，μmol/(m2·s)。將同一處理的各項觀測指標取平均，以瞬時葉片凈光合速率Pn與蒸騰速率Tr之比作為葉片瞬時水分利用效率WUEi, μmol/mmol，以葉片凈光合速率Pn與胞間CO2濃度Ci之比作為葉片羧化速率CE,mmol/(m2·s)。

果實生長速率測定：果實生長量測定自座果后開始，每樹選取有代表性的果實4個，柑橘果實近似看為球體，每次測量果實中心直徑3次(分別計為D1、D2、D3)，再將所測的3個值取平均值作為實際橫徑D=(D1+D2+D3)/3，果實體積近似用橢球體體積計算公式，果徑每10 d測定1次，當次和前次果實體積之差為兩次調(diào)查期間果實體積生長量，并將其折算為每天生長量，即果實體積生長速率，記為Vf，cm3/d。

柑橘成熟時，進行小區(qū)測產(chǎn)，并折合成公頃產(chǎn)量。

試驗數(shù)據(jù)均以Excel軟件處理，以SPSS17.0軟件進行統(tǒng)計分析，處理間差異顯著性檢驗采用Duncan新復極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌水肥一體化對柑橘光合的影響

表2是滴灌水肥一體化不同處理對柑橘果實膨大期葉片光合作用影響。表2顯示，灌溉水平對復水前后Pn、Tr、Gs、Ci、CE影響均達極顯著水平(P<0.01)，施肥水平對復水前后Pn、Gs影響均達極顯著水平(P<0.01)，水肥一體化處理對復水前Pn影響達顯著水平(P<0.01)。相同施肥水平下，除WUEi外，果實膨大期柑橘葉片各光合指標隨虧水程度的下降均呈上升趨勢；但相同灌溉水平下不同施肥處理間差異基本不顯著。復水前后，T1～T6處理Pn、Tr、Gs、Ci、WUEi、CE變幅分別為0.23～0.58 μmol/(m2·s)、0.16～0.48 mmol/(m2·s)、0.006～0.019 mmol/(m2·s)、-4.1～31.0 ppm、-0.32～0.08 μmol/mmol、-0.000 4～0.002 2 mmol/(m2·s)。復水后與CK相比，Ⅲ-HWHF(T4)和Ⅲ-HWMF(T5)處理Pn、Tr變化分別為3.93%和1.31%、-5.98%和-5.13%，凈光合速率提高，蒸騰速率降低，因此WUEi分別提高10.43%和6.75%，分別為1.80、1.74 μmol/mmol，與CK差異達顯著水平(P<0.05)。

表3是滴灌水肥一體化不同處理對柑橘果實成熟期葉片光合作用影響。表3顯示，灌溉水平對復水前后Pn、Tr、Gs、Ci影響均達極顯著水平(P<0.01)，施肥水平對復水前后Pn、CE影響達均顯著水平(P<0.05)。復水前后，T7～T12處理Pn、Tr、Gs、Ci、WUEi、CE變幅分別為0.11～0.40 μmol/(m2·s)、0.13～0.28 mmol/(m2·s)、0.005～0.013 mmol/(m2·s)、9.9～29.5 ppm、-0.12～0.03 μmol/mmol、0.000 1～0.001 2 mmol/(m2·s)。復水后與CK相比，除Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWLF(T12)處理Pn分別下降8.75%、7.74%，且差異達顯著水平(P<0.05)，Ⅳ-HW(T10、T11、T12)各處理各光合指標差異均未達顯著水平(P>0.05)。

表2 低壓滴灌不同水肥一體化管理模式對柑橘果實膨大期光合指標的影響Tab.2 Effect of different treatments on photosynthetic parameters at fruit swelling stage

注：同列不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)；*表示差異達顯著水平(P<0.05)；**表示差異達極顯著水平(P<0.01)；NS表示差異不顯著；下同。

表3 低壓滴灌不同水肥一體化管理模式對柑橘果實成熟期光合指標的影響Tab.3 Effect of different treatments on photosynthetic parameters at fruit maturity stage

2.2 滴灌水肥一體化對柑橘果實發(fā)育的影響

圖1為滴灌水肥一體化對柑橘果實體積生長速率(Vf)的影響。圖1顯示，不同生育期不同水肥一體化處理均對柑橘Vf有一定影響。在果實膨大期不同條件下均呈先增加再減小的趨勢，同時各處理Vf不同程度的低于CK。在同樣灌溉水平下，不同施肥水平Vf的關(guān)系分別為：Ⅲ-LWLF>Ⅲ-LWMF>Ⅲ-LWHF，Ⅲ-HWHF>Ⅲ-HWMF>Ⅲ-HWLF。果實膨大期間，CK平均果實體積生長速率為2.47 cm3/d，Ⅲ-HWHF(T4)平均果實體積生長速率為2.33 cm3/d，差異未達顯著水平(P>0.05)。這表明灌水量充足時，施肥量的增加可提高果實生長速率，但當虧水程度較大時，施肥量增加反而抑制了果實的生長，且相同肥料條件下，灌水量的增加可顯著提高柑橘果實生長速率。

進入果實成熟期后，果實生長速率逐漸減小，在11月5日之前不同處理之間果實發(fā)育情況基本一致，進入11月進行處理后，不同處理之間果實發(fā)育情況出現(xiàn)差異，相同施肥水平下，LW處理均較HW處理果實Vf下降迅速，而Ⅳ-HW各處理對柑橘果實生長速率的影響較小，與CK處理的變化趨勢基本一致。果實成熟期間，CK平均果實體積生長速率為1.07 cm3/d，Ⅳ-HWHF(T10)、Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWHF(T12)平均果實體積生長速率分別為1.07、1.08、1.09 cm3/d，差異未達顯著水平(P>0.05)。

圖1 滴灌水肥一體化處理對柑橘果實體積生長速率的影響Fig.1 Effect of different treatments on fruit growth rate of citrus

2.3 滴灌水肥一體化對柑橘產(chǎn)量的影響

圖2為滴灌水肥一體化不同處理對柑橘產(chǎn)量的影響。圖2顯示，與Ⅲ期相比Ⅳ期表現(xiàn)出更高的水肥敏感度，即在相同水肥虧缺程度下，Ⅲ期產(chǎn)量的變化程度較Ⅳ期大；Ⅲ、Ⅳ期各處理在相同施肥水平下，產(chǎn)量隨灌溉水平的上升均呈上升趨勢，且差異均達顯著水平(P<0.05)；果實膨大期各處理相同灌溉水平下，產(chǎn)量隨施肥量的增加呈上升趨勢，其中Ⅲ-HW(T4～T6)處理間差異達顯著水平(P<0.05)；果實成熟期Ⅳ-LW(T7～T9) 處理產(chǎn)量隨施肥量的增加而增加，Ⅳ-HW(T10～T12)處理間差異未達顯著水平(P>0.05)。 CK產(chǎn)量達39 440.85 kg/hm2，與CK相比，Ⅳ-HWHF(T10)、Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWLF(T12)、Ⅲ-HWHF(T4)產(chǎn)量變幅分別為-0.44%、-0.26%、-2.04%、-3.36%，且差異均未達顯著水平(P>0.05)。表明適宜的滴灌水肥一體化處理能在節(jié)水節(jié)肥的前提下，對柑橘產(chǎn)量無負面影響。

圖2 不同滴灌水肥一體化處理對柑橘產(chǎn)量的影響Fig 2 Effect of different treatments on yield

3 結(jié) 語

本文通過柑橘栽培試驗，研究了不同滴灌水肥一體化處理對柑橘光合生長及產(chǎn)量的影響，主要有以下結(jié)論。

(1)兩個生育期不同滴灌水肥一體化處理對柑橘光合特性影響效果顯著，水分虧缺處理會顯著降低Pn，復水后，Pn有所提高，存在一定的復水補償效應(yīng)。復水后與CK相比，Ⅲ-HWHF(T4)和Ⅲ-HWMF(T5)處理Pn提高，Tr降低，因此WUEi顯著提高10.43%和6.75%(P<0.05)，達1.80、1.74μmol/mmol；復水后與CK相比，除Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWLF(T12)處理Pn分別下降8.75%、7.74%，且差異達顯著水平(P<0.05)，Ⅳ-HW(T10、T11、T12)各處理各光合指標差異均未達顯著水平(P>0.05)。

(2)不同生育期不同水肥一體化處理均對柑橘果實體積生長速率有一定影響，果實體積生長速率在果實膨大期不同條件下均呈先增加再減小的趨勢，進入果實成熟期后，逐漸減小。在相同施肥水平下，Vf隨灌溉水平的降低基本呈下降趨勢。果實膨大期間，Ⅲ-HWHF(T4)處理平均果實體積生長速率為2.33 cm3/d，果實成熟期間，Ⅳ-HWHF(T10)、Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWHF(T12)平均果實體積生長速率分別為1.07、1.08、1.09 cm3/d，與CK處理差異未達顯著水平(P>0.05)。

(3)兩個生育期不同滴灌水肥一體化處理對柑橘產(chǎn)量影響顯著，果實膨大期、果實成熟期各處理在相同施肥水平下，產(chǎn)量隨虧水程度的下降均呈上升趨勢，且差異均達顯著水平(P<0.05)。CK產(chǎn)量達39 440.85 kg/hm2，與CK相比，Ⅳ-HWHF(T10)、Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWLF(T12)、Ⅲ-HWHF(T4)產(chǎn)量變幅為-0.44%～-3.36%，但差異均未達顯著水平(P>0.05)，表明適宜的滴灌水肥一體化處理能在節(jié)水節(jié)肥的前提下，對柑橘產(chǎn)量無負面影響。

綜合分析結(jié)果表明，Ⅲ-HWHF(T4)處理有利于改善柑橘光合特性和促進果實生長，且在節(jié)水節(jié)肥的前提下對產(chǎn)量無負面影響，具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究以7 a生柑橘為試材，果實發(fā)育的關(guān)鍵時期，研究結(jié)果對指導柑橘的生產(chǎn)具有重要的意義和參考價值。在今后的研究中，還將水肥一體化管理與果實品質(zhì)相結(jié)合，開展更加深入和系統(tǒng)的研究。

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