根域水分虧缺對(duì)涌泉灌蘋果幼樹產(chǎn)量品質(zhì)和節(jié)水的影響

鐘 韻，費(fèi)良軍※，曾 健，傅渝亮，代智光

（1. 西安理工大學(xué)西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，西安 710048；2. 深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司， 深圳 518022；3. 華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，鄭州 450045；4. 南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院，南昌 330099）

0 引 言

陜北黃土高原地區(qū)干旱缺水和水土流失，導(dǎo)致該地區(qū)水資源短缺問題日益突出，而近年來該地區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模迅速擴(kuò)大[1]，果樹生長(zhǎng)水分需求嚴(yán)重影響該地區(qū)的水資源分配，使得水資源供需矛盾日益顯著，水資源短缺問題嚴(yán)重制約著蘋果產(chǎn)業(yè)在該地區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，如何有效地提高水分利用效率（water use efficiency，WUE）及合理分配灌溉水已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。1

為了提高灌區(qū)WUE，學(xué)者們已提出了較多先進(jìn)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，有噴灌、滴灌、波涌灌、膜孔灌、涌泉根灌（surge-root irrigation，SRI）等多種形式，其中SRI直接將灌溉水輸送到作物根系，實(shí)現(xiàn)由灌溉土壤到灌溉作物的根本轉(zhuǎn)變，減少了地面無效蒸發(fā)且不受風(fēng)的影響，灌水器易堵塞問題也得以改善，有效的提高了WUE[2-3]。目前，SRI 灌水技術(shù)日益成熟，較多學(xué)者對(duì)SRI 灌水器材質(zhì)、流道等方面進(jìn)行了改良[4-5]，提升了其灌水器和套管抗裂性能，解決了泥沙堵塞問題，其灌水均勻度及抗堵塞能力也得以提升，使其更加適合旱地經(jīng)濟(jì)林灌溉。吳普特等[3]利用管灌、滴灌和SRI 3 種灌溉技術(shù)對(duì)棗樹進(jìn)行灌溉發(fā)現(xiàn)，SRI 對(duì)提高棗樹產(chǎn)量和品質(zhì)最為顯著，且3 種灌溉方式中SRI 帶來的凈收益率最大，與不灌溉相比，其凈收益率高達(dá)235%。

針對(duì)如何合理分配有限的灌溉用水，學(xué)者們通過制定合理的灌溉制度，將有限的可供水量在作物全生育期內(nèi)進(jìn)行灌水時(shí)間和灌水定額的最優(yōu)分配，提出了一種有效利用作物生理功能節(jié)水的調(diào)虧灌溉方法[6]。調(diào)虧灌溉是通過管理土壤水分調(diào)控作物根系生長(zhǎng)，以控制地上營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)及水勢(shì)，而氣孔開度由葉水勢(shì)調(diào)節(jié)，其又顯著的影響光合和作物水分利用，即水分虧缺可間接控制作物的蒸騰作用[7]。大量田間試驗(yàn)研究表明，作物對(duì)水分虧缺具有一定的適應(yīng)性，適度的水分虧缺不一定會(huì)顯著降低產(chǎn)量，在經(jīng)受短期水分虧缺后，作物生長(zhǎng)發(fā)育雖然會(huì)受到一定的抑制[8]，但恢復(fù)供水后，作物會(huì)出現(xiàn)超越補(bǔ)償效應(yīng)[9]。調(diào)虧灌溉正是利用作物這種本身具有的生理節(jié)水特點(diǎn)與抗旱能力，達(dá)到既節(jié)水增產(chǎn)，又提質(zhì)增效，以有限水量的投入獲得最大效益的目的。

自調(diào)虧灌溉理論提出以后，已有大量學(xué)者[10-14]從不同角度驗(yàn)證了其在促進(jìn)小麥、玉米、大豆和棉花等作物生長(zhǎng)及增產(chǎn)的作用，且調(diào)虧灌溉下對(duì)果樹的相關(guān)研究也較多，主要集中在蘋果[15]、梨樹[16]、葡萄[17]和棗樹[18]等旱地果樹在調(diào)虧灌溉下的生理生化反應(yīng)，研究表明適時(shí)適度水分脅迫下果樹主要通過平衡營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)之間的關(guān)系來減少營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，明顯抑制植物過盛生長(zhǎng)，且對(duì)果實(shí)正常生長(zhǎng)發(fā)育的影響較小，可同時(shí)達(dá)到節(jié)水、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的。其中蘋果樹的生理生化反應(yīng)受土壤水分條件約束較為顯著，Ebel 等[19]發(fā)現(xiàn)蘋果樹受水分脅迫后，果實(shí)生長(zhǎng)速率（橫、縱徑）為充分灌溉處理的一半，果實(shí)膨大期復(fù)水處理后，葉片氣孔導(dǎo)度、果實(shí)生長(zhǎng)速率均與充分灌溉處理一致；Faghih 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，隨著調(diào)虧程度的增大，蘋果樹新稍生長(zhǎng)量、樹干橫截面積生長(zhǎng)量和葉面積指數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)均下降，而WUE、葉片和果實(shí)總酚含量及果實(shí)花青素含量均增加；Kucukyumuk 等[21]發(fā)現(xiàn)在蘋果樹生長(zhǎng)階段進(jìn)行短期（30 d）缺水灌溉處理將導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和產(chǎn)量下降，適度的缺水灌溉處理可獲得最高可銷售產(chǎn)量和最優(yōu)著色度的蘋果。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)調(diào)虧灌溉進(jìn)行了大量研究，但針對(duì)陜北黃土高原地區(qū)SRI 這種特殊灌水方式下蘋果樹的調(diào)虧灌溉研究甚少，且蘋果樹耗水量高于普通農(nóng)作物，其不同生育期內(nèi)的需水要求又較為嚴(yán)格，而該地區(qū)灌溉方式以漫灌為主，WUE 低下，急需制定合理的灌溉制度，提高蘋果樹的WUE?；诖耍疚耐ㄟ^在不同生育期設(shè)置不同的水分虧缺程度，研究水分虧缺對(duì)蘋果樹生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)及WUE 的影響，再在其基礎(chǔ)上建立最優(yōu)調(diào)虧灌溉模式，為陜北山地蘋果水分管理、精準(zhǔn)灌溉提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持，對(duì)促進(jìn)陜北黃土高原地區(qū)山地蘋果高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有著重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016—2018 年4—11 月在陜西省榆林市子洲縣前清水溝村現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)（37°27′N，110°2′E，海拔1 020 m）進(jìn)行。試驗(yàn)地為典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，屬于溫帶半干旱性氣候特征，該地區(qū)土壤為砂壤土。2016—2018 年試驗(yàn)地區(qū)蘋果生育期年有效降雨量分別為441.7、475.0 和477.2 mm，最高日平均氣溫分別為28.9、30.0 和27.9 °C，日平均氣溫大于15 ℃分別有151、148和148 d（見圖1）。多年平均日照時(shí)數(shù)2 632.9 h（日照百分率達(dá)60%），地下水埋深50 m 左右。試驗(yàn)區(qū)各土層土壤顆粒級(jí)配及基本物理參數(shù)見表1。

表1 0～80 cm 土壤剖面基本屬性 Table 1 Basic properties of 0-80 cm soil profile

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地選在背風(fēng)向陽(yáng)的緩坡山地蘋果園，該地區(qū)土層深厚，太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，晝夜溫差較大，種植面積約0.15 hm2，該研究品種選取樹齡5 a 的寒富蘋果樹，八棱海棠作砧木，矮化處理，種植密度為3 m×2 m(1 667 棵/hm2)，樹高2.8～3.0 m，樹冠直徑2.0～2.5 m，呈自由紡錘形，長(zhǎng)勢(shì)大小均一，個(gè)體差異性較小。采用根鉆法測(cè)得 0～80 cm 深度內(nèi)蘋果樹根系占0～2 m 深度內(nèi)總量的85.6%，因此試驗(yàn)計(jì)劃濕潤(rùn)層深度為80 cm。試驗(yàn)灌溉系統(tǒng)布置見圖2。

圖2 涌泉根灌試驗(yàn)布置 Fig.2 Sketch of test arrangement of surge-root irrigation

蘋果樹的生長(zhǎng)有4 個(gè)階段：萌芽期（I），開花坐果期（II），果實(shí)膨大期（III），果實(shí)成熟期（IV）。2016—2018 年各生育期階段劃分及各階段有效降雨量見表2。

表2 2016—2018 年各生育階段有效降水量 Table 2 Effective precipitation in each growing stage in 2016—2018

蘋果樹耐旱，適宜的土壤含水率為40%θf(wàn)～85%θf(wàn)（θf(wàn)為田間持水量），因此本次調(diào)虧灌溉試驗(yàn)對(duì)I 期（4 月中旬到5 月中旬）、II 期（5 月下旬到6 月中旬）和III期（6 月下旬到9 月下旬）進(jìn)行輕度（L）、中度（M）、重度（S）3 個(gè)程度水分脅迫（土壤含水率控制范圍分別為70%θf(wàn)～85%θf(wàn)，55%θf(wàn)～70%θf(wàn)，40%θf(wàn)～55%θf(wàn)，當(dāng)土壤含水率低于水分處理下限時(shí)灌水至上限[12,18,22]）；因2016—2018 年降雨量較大導(dǎo)致蘋果樹II 期與III 期內(nèi)土壤水分無法降至重度虧缺狀態(tài)（S，40%θf(wàn)～55%θf(wàn)），故II 期與III 期無S 處理；另外，由于IV 期溫度迅速下降，該時(shí)期蘋果樹生理活動(dòng)緩慢，因此在IV 期也沒有灌水，即在IV 期無灌溉處理；以全生育期充分灌溉（FI，土壤含水率85%θf(wàn)～100%θf(wàn)）與不灌水處理（NI）為對(duì)照組進(jìn)行設(shè)計(jì)，共設(shè)置9 個(gè)處理，具體調(diào)虧灌溉試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)見表3。每個(gè)處理均隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)良好、大小均一的3棵蘋果樹，并進(jìn)行3 次重復(fù)，共選取了81 顆蘋果樹。試驗(yàn)中每個(gè)處理間均設(shè)置了隔離行（各處理間空出2 列），所有處理均采用標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)藝措施，如修剪，環(huán)剝，噴灑殺蟲劑和雜草控制等，各處理間除土壤水分調(diào)虧程度不一致外其他處理均相同。

表3 蘋果樹調(diào)虧灌溉試驗(yàn)方案 Table 3 Experiment of regulated deficit irrigation for apple tree

4 月初以0.6 kg/棵 P2O5，0.5 kg/棵K2O，1 kg/棵有機(jī)肥（羊糞）作為基肥在距果樹主干30 cm 處以穴施方式加入，利用文丘里施肥器將0.33 kg/棵尿素溶于水通過SRI灌水器施入土壤；果實(shí)膨大初期（2016 年6 月20 日，2017年6 月16 日，2018 年6 月09 日）施加0.3 kg/棵K2O 及0.17 kg/棵尿素（含N 量46%）作為追肥形式施入[23-24]。試驗(yàn)于蘋果樹樹干東側(cè)30 cm，埋深40 cm處布置一個(gè)SRI灌水器（PVC 材料），灌水時(shí)刻灌水器流量為5 L/h，其高20 cm，外徑為4 cm，流態(tài)指數(shù)約為0.5，處于紊流狀態(tài)，同一支管上首末灌水器工作壓力差值小于2%，壓力變化較小，灌水器出流量差別小于5%，因此各灌水器出流的均勻性較高（圖3）。

圖3 涌泉根灌示意圖 Fig.3 Schematic of surge root irrigation

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

氣象數(shù)據(jù)通過試驗(yàn)地全自動(dòng)氣象站獲得，主要包括：溫度、空氣相對(duì)濕度、大氣壓強(qiáng)、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量等。每隔1 min 測(cè)定1 次，每隔30 min 記錄1 次。

土壤含水率測(cè)定采用TRIME-T3 管式TDR 系統(tǒng)（德國(guó)IMKO 公司），距灌水器水平距離10、20、30 cm 處埋設(shè)TRIME 管，如圖3 所示，每隔10 cm 測(cè)定土壤含水率，直至深80 cm 為止，取其平均值，以確定灌水量。土壤含水率測(cè)定每7 d 進(jìn)行1 次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)土壤含水率低于下限時(shí)進(jìn)行灌水，高于下限則不灌水。

灌水量計(jì)算方法為

式中I 為灌水量，L；γ 為土壤容重，g/cm3；z 為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，m；p 為濕潤(rùn)比；S 為單棵面積，m2；θmax和θmin為土壤含水率上下限（占土質(zhì)量百分比）；η 為灌溉水利用系數(shù)。經(jīng)計(jì)算各處理的灌水量見表4。

表4 2016—2018 年蘋果樹各處理的灌水量 Table 4 Irrigation amount of each treatment of apple trees from 2016 to 2018

在蘋果樹東南西北4 個(gè)方位上下2 層共選取選8 個(gè)新梢，用標(biāo)簽牌依次標(biāo)上序號(hào)，用鋼卷尺每7 d 測(cè)1 次新梢長(zhǎng)度，直至連續(xù)4 個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)新梢不再生長(zhǎng)時(shí)停止監(jiān)測(cè)。

收獲后立即對(duì)試驗(yàn)處理中每個(gè)蘋果樹果實(shí)數(shù)量、質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定，得每處理單棵產(chǎn)量后換算每公頃產(chǎn)量。2016—2018 年實(shí)際收獲日期分別為10 月28 日、10 月24 日和10 月17 日。

果實(shí)成熟后對(duì)果實(shí)進(jìn)行采樣測(cè)定品質(zhì)，每棵蘋果樹于東南西北方位上中下位置各取1 顆蘋果，共12 顆，分別測(cè)得單果質(zhì)量、優(yōu)果率、果實(shí)著色度、硬度、可溶性物質(zhì)含量、果實(shí)含水率、可溶性還原糖含量、有機(jī)酸、維生素C 等指標(biāo)。利用Fruit Tester FT-327 型硬度計(jì)（意大利Fruit TestTM公司）測(cè)定樣品上中下3 個(gè)不同位置果實(shí)硬度，計(jì)算結(jié)果取平均值。使用游標(biāo)卡尺測(cè)量每個(gè)果實(shí)的水平和縱向直徑，并將水平直徑（dd）用作蘋果等級(jí)劃分參數(shù)；根據(jù)當(dāng)?shù)胤诸?，蘋果分為三級(jí)果（dd＜60 mm），二級(jí)果（60≤dd＜75 mm），一級(jí)果（75≤dd＜90 mm）和特級(jí)果（dd＞90 mm），其中一級(jí)果和特級(jí)果被定義為優(yōu)果。將果實(shí)樣品放置于室內(nèi)，在同等光照強(qiáng)度下對(duì)其進(jìn)行拍照，將圖片利用Photoshop 軟件進(jìn)行處理，選取蘋果著色區(qū)域后根據(jù)直方圖中得到紅色度R 值與亮度L 值，R/L 則能表示蘋果著色情況。采用烘干法測(cè)定果實(shí)含水率，先將新鮮水果在105℃下干燥30 min，然后在70℃下干燥直至質(zhì)量沒有變化。有機(jī)酸含量利用NaOH 滴定法，維生素C 含量使用2, 6-二氯靛酚試劑進(jìn)行滴定，使用手持糖分儀測(cè)量可溶性物質(zhì)含量，并使用Fehling 試劑的熱滴定法測(cè)量可溶性還原糖含量。

作物耗水量（ET）計(jì)算方法為

式中ET 為作物耗水量，mm；ΔW 為2 次測(cè)量間隔土壤貯水量的減少量，mm；I 為灌水量，mm；Pr 為有效降雨量，mm；G 為地下水補(bǔ)給量，mm；D 為深層滲漏量，mm；R 為地表徑流，mm。

由于試驗(yàn)地點(diǎn)地下水位在地表50 m 以下故不考慮地下水補(bǔ)給，即G=0；試驗(yàn)灌水方式為SRI，灌水器流量較小，且灌水定額較低，灌水引起的深層滲漏可忽略不計(jì)，即D=0；地表徑流較小，故地表徑流R 可忽略，因此式（2）可簡(jiǎn)化為

WUE 計(jì)算方法為

式中Y 為產(chǎn)量，kg/hm2。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，每年的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析，利用最小顯著差數(shù)法（least significance difference，LSD）在顯著性水平0.05 上進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果樹各生育期耗水量

表5 為2016—2018 年不同水分虧缺條件下各生育階段蘋果樹的耗水量（ET）。從表5 可看出，2016—2018年全部處理中蘋果樹全生育期內(nèi)耗水量分別在

4590.74 ～7765.38 、 4770.36～7627.61 、 4874.69～7897.13 m3/hm2之間，調(diào)虧灌溉與NI 相比耗水量增長(zhǎng)顯著，而其與FI 相比節(jié)水效果顯著，2016—2018 年節(jié)水幅度（（充分灌溉耗水量—調(diào)虧灌溉耗水量）/充分灌溉耗水量×100% ） 分 別 在 3.81%～32.77% 、 2.63%～22.80% 、6.03%～18.71%范圍內(nèi)，各處理下蘋果樹各生育階段耗水量依次為III 期＞II 期＞I 期＞IV 期。蘋果樹I 期耗水量約占全生育期耗水總量的5%～14%，II 期約占10%～20%，IV期約占5%～11%，而III 期耗水量占全生育期耗水總量的59%～71%，遠(yuǎn)高于其他3 個(gè)生育階段，這可能是由于該時(shí)期氣溫高、太陽(yáng)輻射強(qiáng)，促使蘋果樹果實(shí)發(fā)育及葉片快速生長(zhǎng)，蒸騰蒸發(fā)作用較強(qiáng)，累積耗水量較大。

在蘋果樹某個(gè)生育階段進(jìn)行水分虧缺時(shí)，水分虧缺程度大的處理在下一個(gè)階段復(fù)水后其耗水量越大，例如對(duì)蘋果樹III 期進(jìn)行水分調(diào)虧時(shí)，在IV 期復(fù)水后，2016 年III-M處理的IV 期耗水量比III-L 處理增多了72.31%，2017 年增多了18.77%，2018 年增多了17.54%（P＜0.05）。

表5 2016—2018 年調(diào)虧灌溉處理下蘋果樹不同生育期內(nèi)耗水量（ET） Table 5 Evapotranspiration (ET) of apple tree in different growth period under regulated irrigation from 2016 to 2018 (m3.hm-2)

2.2 水分虧缺對(duì)蘋果樹新梢生長(zhǎng)的影響

圖4 為水分虧缺條件下蘋果樹新梢長(zhǎng)度隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化曲線，限于篇幅，僅列出2017 年。從圖4 可知，蘋果樹新梢生長(zhǎng)均始于4 月底，新梢長(zhǎng)度隨生長(zhǎng)時(shí)間呈遞增趨勢(shì)，但其遞增速率逐漸減緩，于7 月中旬進(jìn)入生長(zhǎng)緩慢期。通過將調(diào)虧灌溉（I-L～I(xiàn)II-M）的蘋果樹新梢長(zhǎng)度與FI 對(duì)比，其新梢長(zhǎng)度2016 年分別減少了9.9%、12.1%、18.0%、19.1%、29.2%、2.9%、8.8%，2017 年分別減少了13.9%、20.6%、23.8%、16.8%、32.1%、9.9%、5.7%，2018 年分別減少了10.3%、15.3%、16.9%、12.5%、24.0%、6.8%、8.2%，表明水分虧缺一定程度上抑制了蘋果樹新梢生長(zhǎng)。

圖4 2017 年水分虧缺條件下蘋果樹新梢長(zhǎng)度生長(zhǎng)動(dòng)態(tài) Fig.4 Effect of water deficit on length growth of apple new shoots in 2017

由圖4a 和圖4b 表明I 期與II 期水分虧缺條件下新梢長(zhǎng)度均隨水分虧缺程度的增大而減小，由于I 期時(shí)間較短導(dǎo)致各虧缺處理間新梢長(zhǎng)度差值較低；II 期進(jìn)行水分調(diào)虧后（2016 年為5 月22 日，2017 年為5 月18 日，2018 年為5 月11 日），其II-L 處理和II-M 處理的新梢長(zhǎng)度與FI 的差值增大，2016 年最終差值分別為10.6、16.2 cm，2017 年最終差值分別為8.5、16.2 cm，2018 年最終差值分別為7.2、13.8 cm，新梢長(zhǎng)度差值明顯，可知II 期水分虧缺對(duì)新梢生長(zhǎng)影響顯著。由圖4c 可知新梢長(zhǎng)度由大到小依次為FI、III-L 處理、III-M 處理，III 期各處理間新梢長(zhǎng)度差值均小于5.0 cm，表明III 期水分虧缺對(duì)新梢生長(zhǎng)影響較小，這是由于III 期新梢生長(zhǎng)速率減緩，葉面積指數(shù)達(dá)到最大值停止生長(zhǎng)，水分消耗主要為果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育，因此該時(shí)期水分虧缺對(duì)新梢長(zhǎng)度影響較小

因此，可知水分虧缺對(duì)蘋果樹新梢長(zhǎng)度的影響主要是在II 期，而I 期受水分虧缺的影響較小，III 期進(jìn)行水分虧缺對(duì)其影響可忽略。

2.3. 水分虧缺對(duì)蘋果品質(zhì)的影響

涌泉根灌水分虧缺對(duì)蘋果品質(zhì)物理指標(biāo)的影響如表6 所示。在蘋果樹不同生育階段設(shè)置水分虧缺處理影響果實(shí)硬度，不同水分虧缺處理之間的果實(shí)硬度存在差異。在2016—2018 年，水分虧缺下III-M 處理的果實(shí)硬度最高，分別為7.6、7.4 和7.3 kg/cm2，而FI 處理的果實(shí)硬度分別為6.3、6.1 和6.5 kg/cm2，表明果實(shí)硬度受水分虧缺影響較大。與FI 處理相比，在這3 a 的III 期（2018 年III-L處理除外）進(jìn)行水分虧缺顯著增加果實(shí)硬度（P ＜0.05）。

表6 不同生育階段水分虧缺對(duì)蘋果物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)的影響 Table 6 Effect of water deficit at different growth stages on physical and chemical attributes of apples

2016—2018 年在不同的生育階段進(jìn)行水分虧缺處理對(duì)果實(shí)著色度影響較小，而對(duì)單果質(zhì)量影響較大。在這3 a 中，I-L 和II-L 處理顯著增加了單果質(zhì)量（P＜0.05），與FI 處理相比，2016 年I-L 和II-L 處理后的單果質(zhì)量分別高4.17%和9.69%，2017 年分別高3.16%和4.40%，2018 年分別高7.93%和3.77%；I-M、I-S 和II-M 處理對(duì)單果質(zhì)量無顯著影響（P＜0.05）；在蘋果樹III 期設(shè)置水分虧缺導(dǎo)致蘋果單果質(zhì)量較低，其中M 處理單果質(zhì)量顯著降低（P＜0.05）。

從表6 還可看出，在不同生育階段進(jìn)行水分虧缺處理影響蘋果優(yōu)果率。與FI 處理相比，III-L 和III-M 處理顯著降低了優(yōu)果率（P＜0.05），2016—2018 年分別降低了15.24%～20.36%、15.27%～18.45%、10.00%～15.08%；而2016 年II-M 處理、2017 年I-L、II-L 處理和2018 年II-L、II-M 處理的蘋果優(yōu)果率顯著提高（P＜0.05）。

涌泉根灌水分虧缺對(duì)對(duì)蘋果品質(zhì)化學(xué)指標(biāo)的影響如表6。2016—2018 年的試驗(yàn)結(jié)果表明，在蘋果樹II 期（2016年II-L 處理除外）和III 期設(shè)置水分虧缺處理顯著降低了果實(shí)含水率（P ＜ 0.05），但對(duì)I 期設(shè)置水分虧缺處理對(duì)果實(shí)含水率影響不顯著（P ＞ 0.05），而在蘋果樹III 期設(shè)置水分虧缺處理對(duì)果實(shí)含水率影響最大，與FI 處理相比，III-L 和III-M 處理使2016 年果實(shí)含水率分別降低4.26%和5.26%，2017 年果實(shí)含水率分別降低5.58%和10.07%，2018 年果實(shí)含水率分別降低6.77%和7.69%。

2016—2018 年中，I 期水分虧缺處理對(duì)可溶性物質(zhì)含量沒有顯著影響（P＞ 0.05），但I(xiàn)I 期和III 期水分虧缺處理均顯著提高了可溶性物質(zhì)含量（P ＜0.05）。在2016—2018年的II 期和III 期（2016 年和2018 年III-L 處理除外）設(shè)置水分虧缺處理顯著影響可溶性還原糖含量（P ＜0.05），與FI 處理相比，II 期水分虧缺處理使可溶性還原糖含量2016年增長(zhǎng)15.85%～28.34%，2017年增長(zhǎng)15.42%～31.45%，2018 年增長(zhǎng)18.51%～35.84%；3 a 來，II-M 處理其可溶性還原糖含量達(dá)到最大值，2016—2018 年分別為17.98%、17.64%、17.32%。水分虧缺處理對(duì)果實(shí)有機(jī)酸和VC含量的影響較小，蘋果中有機(jī)酸含量主要受呼吸作用及鉀肥的合理施用有關(guān)而受土壤水分的影響較小。

綜上，在蘋果樹不同生育階段適當(dāng)?shù)乃痔澣碧幚韺⒂绊懝麑?shí)品質(zhì)。水分虧缺處理主要是提高了果實(shí)硬度、單果質(zhì)量、優(yōu)果率、可溶性物質(zhì)含量和可溶性還原糖含量，但降低了果實(shí)含水率，表明水分虧缺處理可以調(diào)節(jié)蘋果的品質(zhì)。在II 期進(jìn)行水分虧缺處理使果實(shí)硬度略有增加，果實(shí)含水率略有下降，使這些蘋果更易儲(chǔ)存；另外，該時(shí)期水分虧缺處理使蘋果單果質(zhì)量、優(yōu)果率、可溶性物質(zhì)和可溶性還原糖含量均顯著提高，使蘋果更甜。因此，II期進(jìn)行水分虧缺處理對(duì)蘋果品質(zhì)具有顯著的積極影響，其中II-M 處理效果最佳的，II-L 處理次之。

2.4 水分虧缺對(duì)蘋果樹產(chǎn)量及水分利用效率的影響

表7 為2016—2018 年不同水分虧缺條件下蘋果樹的產(chǎn)量及WUE。由表7 可知，蘋果產(chǎn)量與其耗水量?jī)烧咧g并非簡(jiǎn)單呈正比關(guān)系，耗水量最高的FI 處理其蘋果產(chǎn)量并非最大值，3 a 中II-L 與II-M 處理的蘋果樹產(chǎn)量較FI 增產(chǎn)效果顯著（P＜0.05）。將2016—2018 年不同水分虧缺程度的蘋果產(chǎn)量與NI 處理進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)所有進(jìn)行了灌水處理的產(chǎn)量均顯著高于NI 處理（P＜0.05），表明SRI 灌水后能有效提高蘋果樹產(chǎn)量。

通過比較2016—2018 年FI 處理與I-L、I-M、I-S 處理的蘋果產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，對(duì)蘋果樹I 期進(jìn)行水分虧缺并不顯著影響蘋果產(chǎn)量（P＞0.05），該時(shí)期為蘋果樹營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)初始階段，主要為花芽分化積蓄更多水分。而通過比較FI 處理與II-L、II-M 處理的蘋果產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，II 期水分虧缺的蘋果產(chǎn)量顯著高于FI 處理（P＜0.05），這是由于II-L和II-M 處理時(shí)水分虧缺狀況能有效抑制新梢與葉片的生長(zhǎng)，有利于果實(shí)的形成。通過比較FI 處理與III-L、III-M處理的蘋果產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，在III 期對(duì)蘋果樹進(jìn)行水分虧缺將減小蘋果樹產(chǎn)量，其中2016 年III-L 和III-M 處理的蘋果樹產(chǎn)量比FI 分別減少了10.89%、13.46%，2017 年分別減少了3.66%、10.10%，2018 年分別減少了10.58%、13.42%；這是由于III 期新梢生長(zhǎng)速率減緩，葉面積指數(shù)達(dá)到最大值停止生長(zhǎng)，水分消耗主要為果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育，該時(shí)期水分虧缺對(duì)蘋果樹果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育影響較為顯著，直接損害蘋果樹經(jīng)濟(jì)效益。

通過對(duì)表7 中的蘋果樹WUE 分析可知，蘋果樹的WUE 在II-L 和II-M 時(shí)最大，均大于7.00 kg/m3；耗水量最大的FI 處理和最小的NI 處理其WUE 最小，2016 年分別為6.13、5.03 kg/m3，2017 年分別為5.97、5.19 kg/m3，2018 年分別為5.69、4.91 kg/m3，均低于6.20 kg/m3。III-L和III-M 處理的蘋果樹其WUE 均處在較低水平，而II-L和II-M 處理的蘋果樹其WUE 均處在較高水平，其中II-M處理的WUE 最大。

表7 不周年份調(diào)虧灌溉下蘋果樹產(chǎn)量與水分利用效率 Table 7 Yield and water use efficiency (WUE) of apple trees under regulated deficit irrigation in different year

通過對(duì)蘋果樹產(chǎn)量和WUE 的比較可知，在III 期進(jìn)行水分虧缺時(shí)，蘋果樹產(chǎn)量與WUE 均較低，因此不宜在蘋果樹III 期設(shè)置水分虧缺，應(yīng)在該生育期保持充足的灌溉；在I 期進(jìn)行L 和M 水分調(diào)虧灌溉時(shí)，蘋果樹產(chǎn)量與WUE 均不低于FI 處理，因此在蘋果樹I 期可進(jìn)行適度的水分虧缺；然而最優(yōu)的進(jìn)行水分虧缺的時(shí)期應(yīng)是II 期，在該時(shí)期蘋果樹的產(chǎn)量及WUE 均達(dá)到最大值。

3 討 論

蘋果產(chǎn)量高、耐存儲(chǔ)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，已成為人們主要 消費(fèi)果類，然而由于其耗水量高于普通農(nóng)作物，不同生育期內(nèi)蘋果樹需水要求又較為嚴(yán)格，因此探尋蘋果耗水規(guī)律與生長(zhǎng)效應(yīng)具有重要意義。栗曉玲等[25]通過對(duì)滴灌條件下蘋果耗水規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)全生育期耗水量呈單峰型，郭小平等[26]以旱地富士蘋果為研究對(duì)象，干旱年耗水過程與栗曉玲等研究結(jié)果一致呈單峰型，6 月底—7 月初達(dá)到耗水強(qiáng)度峰值。本研究發(fā)現(xiàn)蘋果樹各生育階段耗水量依次為III 期＞II 期＞I 期＞IV 期，其中2016—2018 年III 期耗水量均占整個(gè)生育期耗水量的59%～71%，遠(yuǎn)高于其他3 個(gè)生育階段，這與前面的研究結(jié)論相似。徐巧[27]對(duì)米脂縣蘋果需水規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)一般水文年的I 期和II 期及III 期前期均需進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，III 期后期及IV 期降雨量均能滿足蘋果樹需水量，無需進(jìn)行灌溉，這與本文研究結(jié)果一致，因此本試驗(yàn)方案中未在蘋果樹II 期與III 期內(nèi)設(shè)置重度虧缺處理（S，40%θf(wàn)～55%θf(wàn)），在IV 期未設(shè)置水分虧缺處理。

本研究發(fā)現(xiàn)水分虧缺一定程度上抑制了蘋果樹新梢生長(zhǎng)，其中II 期水分虧缺對(duì)新梢生長(zhǎng)影響顯著（P＜0.05）。Cui 等[28]研究了西北干旱區(qū)調(diào)虧灌溉對(duì)梨棗樹生態(tài)指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)梨棗樹生育早期各虧水處理可明顯抑制樹體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，這與本文結(jié)果一致，這是因?yàn)樗痔澣睍?huì)改變果樹光合產(chǎn)物在根冠之間的分配，使根系得到更多同化產(chǎn)物，有利于后期的生長(zhǎng)發(fā)育。另外，水分虧缺解除后，葉面積生長(zhǎng)會(huì)逐漸恢復(fù)，耗水強(qiáng)度有明顯的補(bǔ)償效應(yīng)，這一點(diǎn)本文研究結(jié)果也可證明，與此相似，寇丹等[9]通過對(duì)調(diào)虧灌溉條件下苜蓿耗水規(guī)律的研究也發(fā)現(xiàn)復(fù)水后存在明顯的補(bǔ)償效應(yīng)。

本研究表明，RDI 能提高果實(shí)硬度，這與Cui 等[8,29]的結(jié)論相似，因?yàn)樗痔澣笨墒构饧?xì)胞的擴(kuò)大和分裂受到一定限制，使果肉細(xì)胞排列密度增大；果實(shí)硬度隨水分虧缺程度的增加而增加，這可能是因?yàn)镾WC 不足會(huì)抑制生物酶的活性從而影響細(xì)胞壁纖維素和果膠的降解。RDI會(huì)降低水果最終的單果質(zhì)量與體積[8,18,29]，本研究發(fā)現(xiàn)I-L、I-M 和I-S 處理對(duì)蘋果單果質(zhì)量與果實(shí)體積影響較小，而III-L 和III-M 處理可使其明顯降低，原因可能是I 期水分虧缺明顯抑制果樹營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，為樹體的生殖生長(zhǎng)積蓄重要能量[28]；同時(shí)，水分虧缺后的復(fù)水效應(yīng)使經(jīng)歷虧水鍛煉的樹體產(chǎn)生“補(bǔ)償機(jī)制”，一定時(shí)段內(nèi)使光合速率大幅度提高[9]，更有利于樹體積蓄能量，所以I 期并未降低單果質(zhì)量與果實(shí)體積，而III 期是蘋果果肉細(xì)胞發(fā)育的重要時(shí)期，水分虧缺嚴(yán)重抑制果肉細(xì)胞的膨大，使單果質(zhì)量與果實(shí)體積均明顯下降。本研究中發(fā)現(xiàn)II 期水分虧缺增加了蘋果單果質(zhì)量與果實(shí)體積，這是因?yàn)镮I 期適當(dāng)?shù)乃痔澣睍?huì)導(dǎo)致花蕾的凋謝，影響受粉過程的完成[30]，并引起幼果脫落，存活果實(shí)會(huì)有更多的養(yǎng)分與水分供給，從而增大單果質(zhì)量與果實(shí)體積，這與Ansari 等[31]的研究結(jié)果一致。Cui 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，水分虧缺增加了果實(shí)可溶性物質(zhì)含量和可溶性還原糖含量，這與本文的研究結(jié)果一致。Verreynne 等[32]指出水分虧缺處理可使小柑橘有機(jī)酸增加11%～13%，而本研究發(fā)現(xiàn)虧水處理對(duì)蘋果有機(jī)酸無明顯影響，這與Bussakorn 等[33]的研究結(jié)果一致，可見水分虧缺對(duì)果實(shí)有機(jī)酸影響會(huì)因水果品種不同而有較大差異。Cui 等[8,34]研究發(fā)現(xiàn)在水分虧缺可增加糖酸比，這與本文的研究結(jié)果一致，2016—2018 年間糖酸比的差異可能是由于3 a 中III 期的溫度差異和水分脅迫造成的，陳發(fā)興等[35]也指出了高溫和干旱將使果實(shí)糖酸比增加。

本研究發(fā)現(xiàn)II-L、II-M 水分虧缺時(shí)顯著提高蘋果樹產(chǎn)量（P＜0.05），與強(qiáng)敏敏等[18]認(rèn)為適宜的水分虧缺對(duì)棗樹果實(shí)生長(zhǎng)與產(chǎn)量有促進(jìn)作用，且提高了水分利用率的結(jié)論一致，這是由于II 期土壤水分處于適度的水分虧缺狀況時(shí)能有效抑制新梢與葉片的生長(zhǎng)，有利于果實(shí)的形成；并且Gucci 等[36]研究也認(rèn)為在果樹II 期適宜的水分脅迫能抑制其營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)，有機(jī)物累積將由營(yíng)養(yǎng)器官轉(zhuǎn)向繁殖器官，用于果實(shí)生長(zhǎng)相關(guān)的過程，但水分虧缺程度較高時(shí)易使植物細(xì)胞壁因失去彈性，導(dǎo)致果樹減產(chǎn)。

4 結(jié) 論

本研究以陜北黃土高原地區(qū)山地蘋果樹為研究對(duì)象，通過大田試驗(yàn)，研究了涌泉根灌條件下水分虧缺對(duì)蘋果樹生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響，主要結(jié)論如下：

1）2016—2018 年蘋果樹各生育階段耗水量由大到小依次為III 期、II 期、I 期、IV 期，其中III 期耗水量占全生育期耗水總量的59%～71%，遠(yuǎn)高于其他3 個(gè)生育階段。水分虧缺與充分灌溉處理相比節(jié)水效果顯著（P＜0.05），水分虧缺程度大的處理在下一個(gè)階段復(fù)水后其耗水量越大。

2）蘋果樹新梢長(zhǎng)度隨生長(zhǎng)時(shí)間呈遞增趨勢(shì)，但其遞增速率逐漸減緩，直至新梢長(zhǎng)度保持不變。水分虧缺一定程度上抑制了蘋果樹新梢生長(zhǎng)，新梢長(zhǎng)度隨水分虧缺程度的加重而減小，其中II 期水分虧缺對(duì)新梢生長(zhǎng)影響顯著（P＜0.05）。

3）水分虧缺處理可調(diào)節(jié)蘋果的品質(zhì)，在II 期進(jìn)行水分虧缺處理使果實(shí)硬度略有增加，果實(shí)含水率略有下降，使這些蘋果更易儲(chǔ)存；另外，該時(shí)期水分虧缺處理使蘋果單果質(zhì)量、優(yōu)果率、可溶性物質(zhì)和可溶性還原糖含量均顯著提高，使蘋果更甜。

4）蘋果樹I 期進(jìn)行水分虧缺對(duì)蘋果產(chǎn)量影響不顯著（P＞0.05），在III 期對(duì)蘋果樹進(jìn)行水分虧缺顯著減小蘋果樹產(chǎn)量（P＜0.05），而在II 期進(jìn)行水分虧缺顯著增產(chǎn)（P＜0.05），其中II-M 的蘋果產(chǎn)量及水分利用效率均達(dá)到最高水平，因此最優(yōu)的水分虧缺的處理應(yīng)是開花坐果期中度虧缺。