水分虧缺對柑橘果實(shí)生長、產(chǎn)量和水分利用效率的影響

李鴻平，陳昱辛，崔寧博，高 維

(1. 四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610065；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，成都 610065；3.河北潤農(nóng)節(jié)水科技股份有限公司，河北 唐山 064100)

0 引 言

柑橘(Citrus)是世界產(chǎn)量第一大水果，我國柑橘種植面積居世界首位，2016 年中國柑橘種植面積255.667萬hm2，年產(chǎn)量達(dá)3617萬t[1]，四川省是中國柑橘生產(chǎn)大省，柑橘栽培面積 25.32 萬hm2，年產(chǎn)量達(dá)292.9萬t，但近年來頻發(fā)的季節(jié)干旱與粗放式水肥管理導(dǎo)致其品質(zhì)較低、產(chǎn)量不穩(wěn)定。調(diào)控虧水度灌溉,即調(diào)虧灌溉(Regulated deficit irrigation, RDI)是一種在非充分灌溉 (Non-full irrigation)或限水灌溉(Limited irrigation)基礎(chǔ)上延伸出的節(jié)水灌溉技術(shù)[2]。RDI是在作物特定生長階段施加水分脅迫，以調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物在其不同器官的分配比例，抑制其過盛的營養(yǎng)生長，促進(jìn)其生殖生長[3],研究表明RDI可提高水果產(chǎn)量、提高水分利用效率并改善果實(shí)品質(zhì)等[4-6]。有研究認(rèn)為水分虧缺處理可有效地抑制果樹的營養(yǎng)生長，促進(jìn)果實(shí)生長[3,7,8]；Panigrahi等[9]對金諾橘的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)灌溉水量是充分灌溉的1/2時(shí)，其產(chǎn)量最高，較充分灌溉提高30%；李晶等[10]對葡萄、Víctor Blanco等[11]對甜櫻桃以及Cuevas等[12]對枇杷的研究結(jié)果均表明水分虧缺不會導(dǎo)致果樹產(chǎn)量減小，同時(shí)可以提高水分利用效率。

滴灌是一種有效的節(jié)水灌溉方式，灌溉水的有效利用率可達(dá)90%以上，同時(shí)可以結(jié)合施肥，提高肥效，是一種適宜果樹的灌溉方式[13]。但目前灌水器一般工作壓力水頭為 10 m 左右，導(dǎo)致了較高的工程造價(jià)和大量的能量浪費(fèi)，而低壓滴灌系統(tǒng)既能夠滿足灌溉要求, 又能避免過多能量浪費(fèi)，是一種能量優(yōu)化利用的經(jīng)濟(jì)節(jié)能灌溉系統(tǒng)[14]，具有明顯的推廣意義。

目前對于虧缺灌溉的研究很少涉及低壓滴灌這種灌溉方式，而本文正是研究低壓滴灌下柑橘果實(shí)生長、產(chǎn)量和水分利用效率對水分虧缺的響應(yīng)規(guī)律，以期為山丘區(qū)的柑橘種植提供節(jié)水、豐產(chǎn)和增收的管理方式和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)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(jìn)行，試驗(yàn)地土壤類型為黃壤土，平均體積質(zhì)量為1.45 g/cm3，田間持水量為26.13%(體積含水率)。試驗(yàn)區(qū)位于成都平原腹地，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫16.3 ℃，平均相對濕度87.84%，年平均風(fēng)速1.67 m/s，年平均降水量1 196.2 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試柑橘品種為8年生“不知火”，株高為2.8～3.0 m，株徑約為10 cm，株行距為2.5 m×3.0 m，根據(jù)其主要生育特征，將其生育期劃分為抽梢開花期(Ⅰ期，4月上旬-4月下旬)、幼果期(Ⅱ期，5月上旬-6月下旬)、果實(shí)膨大期(Ⅲ期，7月上旬-10月下旬)和果實(shí)成熟期(Ⅳ期，11上旬-次年1月下旬)4個(gè)生育期。試驗(yàn)分別在Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期和Ⅳ期設(shè)置輕度虧水、中度虧水、偏重度虧水和重度虧水處理，單次灌水量分別為對照(CK)的85%(LD)、70%(MD1)、55%(MD2)和 40%(SD)，設(shè)置1個(gè)對照處理(CK)。根據(jù)調(diào)查，適宜“不知火”生長的土壤含水率為田間持水量(θfc)的60%～80%，故將土壤含水率下限定為60%θfc，當(dāng)CK的土壤含水率接近下限時(shí)，各處理同時(shí)灌水，計(jì)劃濕潤層為0.6 m，設(shè)計(jì)濕潤比為0.5，根據(jù)柑橘各生育期的耗水規(guī)律和2016-2017年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定了不同生育期CK的灌水定額，4個(gè)生育期各處理灌水定額見表1，各生育期灌水次數(shù)見表2。試驗(yàn)采用低壓滴灌水肥一體化系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的工作水頭為12 m左右，每2棵樹為1個(gè)處理小區(qū)，共計(jì)51個(gè)處理小區(qū)，每個(gè)處理有2條圍繞果樹環(huán)形布置的滴灌管，每根滴灌管上環(huán)繞果樹根區(qū)的部分等距離內(nèi)嵌10個(gè)滴頭(即每棵樹10個(gè)滴頭)，滴灌采用以色列進(jìn)口Dripnet PC壓力補(bǔ)償式滴灌管，滴頭為迷宮式壓力補(bǔ)償?shù)晤^，設(shè)計(jì)工作水頭為3 m，流量為1.6 L/h。并在每個(gè)小區(qū)的支管進(jìn)口(支管末端連接著滴灌管)設(shè)置精量水表和閥門用于控制灌水量。試驗(yàn)各小區(qū)間用埋深1 m的硬塑料薄膜相隔，防止處理間側(cè)向水分運(yùn)移的影響，以3.6 m高透光薄膜電動(dòng)防雨棚作為避雨設(shè)施，試驗(yàn)區(qū)地下水埋深12 m，地下水對試驗(yàn)無影響，其他田間管理措施均相同。

表1 低壓滴灌柑橘不同生育期水分虧缺處理灌水定額 m3/hm2

表2 低壓滴灌柑橘不同生育期水分虧缺處理灌水次數(shù)情況

1.3 測定指標(biāo)及方法

土壤含水量測定：測定土壤重量含水率采用取土烘干法測定，整個(gè)生育期內(nèi)每10 d 用直徑4 cm的土鉆取一次，每10 cm取一次，取至60 cm土層，每個(gè)處理取3次，取平均值。

柑橘果實(shí)體積和生長速率測定：果實(shí)橫、縱徑的測定自幼果期開始，每棵樹選取各方向的長勢基本相同(高度基本一致，所在枝條均為2016年長出，掛果數(shù)均為2個(gè))的果實(shí)共4個(gè)，柑橘果實(shí)近似看為球體，每次測量果實(shí)中心直徑3次(分別計(jì)為D1、D2、D3)，再將所測的3個(gè)值取平均作為實(shí)際橫徑(D=(D1+D2+D3)/3)，果實(shí)體積采用球體體積計(jì)算公式，果實(shí)體積之差為兩次調(diào)查期間果實(shí)體積生長量，并將其折算為每天生長量，即果實(shí)體積生長速率，記為Vf(cm3/d)。

耗水量的計(jì)算：耗水量采用水量平衡法計(jì)算：

ET=I-Pr+U-Rf-D+W0-Wf

(1)

式中：ET為果樹耗水量，mm；I為灌水量，mm；Pr為有效降雨量，mm；U為地下水補(bǔ)給量 mm；Rf為地表徑流量，mm；D為深層滲漏量，mm；W0和Wf分別為時(shí)段初和時(shí)段末的土壤儲水量， mm；因?yàn)樵囼?yàn)在避雨棚內(nèi)進(jìn)行，因此無降雨和徑流量產(chǎn)生，因?yàn)樵摰貐^(qū)地下水埋深在地表12 m以下，忽略地下水補(bǔ)給和深層滲漏，故Pr=0，Rf=0，U=0，D=0。因此，式(1)可以簡化為：

ET=I+W0-Wf

(2)

產(chǎn)量測定：摘取各處理每棵樹上的所有果子，放到電子秤上測量。

作物水分利用效率(WUEET)為產(chǎn)量與耗水量的比值，kg/m3。

采用SPSS19.0軟件的單因素方差法(Analysis of Variance，ANOVA)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，文中圖表在Microsoft Excel 2016 繪制。

2 結(jié)果和分析

2.1 低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘果實(shí)生長發(fā)育的影響

圖1為低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘果實(shí)體積(V)、體積生長速率(Vf)的影響。如圖所示，柑橘果實(shí)的主要發(fā)育期為5月中旬至12月下旬，V呈“S”型發(fā)育，Vf呈雙峰型，峰值分別出現(xiàn)在6月下旬和9月上旬。在幼果期，Vf先基本保持約0.8 cm3/d的速率，在6月份迅速增大，并在6月20號時(shí)達(dá)到峰值，之后緩慢減?。辉诠麑?shí)膨大期，Vf先緩慢減小，在8月初迅速增大，9月中旬達(dá)到了峰值，然后減??；進(jìn)入果實(shí)成熟期后，Vf迅速減小，V趨于穩(wěn)定，最終不同處理的果實(shí)體積為280.43～402.34 cm3。

Ⅰ期不同虧水處理的柑橘在Ⅱ期的Vf均高于對照，且隨著虧水度加劇而增大，在Ⅱ期，Ⅰ-SD處理下柑橘Vf最大，為1.67 cm3/d，較CK處理增大了37.8%，差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)；Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理的Vf分別為1.45、1.43和1.40 cm3/d較CK處理分別增大19.8%、18.2%和15.7%，與CK處理間差異顯著(P<0.05)。在Ⅰ期進(jìn)行虧水處理的柑橘Vf進(jìn)入Ⅲ期后差異逐漸變小，柑橘生長并無明顯差異。說明在Ⅰ期對柑橘進(jìn)行虧水處理，隨著在Ⅱ期解除水分脅迫后，具有良好的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)，且復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)隨虧水度加劇而增加，其中Ⅰ-SD處理果實(shí)體積為402.3 cm3，較CK增大了8.5%，差異顯著(P<0.05)；Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理分別較CK增大2.9% 、0.9%和0.4%，與CK處理無顯著差異。

圖1 低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘果實(shí)體積、生長速率的影響

Ⅱ期不同虧水處理的柑橘Vf在Ⅱ期隨虧水度加劇呈減小的趨勢，Ⅱ-LD處理的Vf為1.120 m3/d，較CK處理減小1.2%，與CK處理無顯著差異(P>0.05)；Ⅱ-MD1、Ⅱ-MD2和Ⅱ-SD處理為1.057、0.902和0.837 m3/d，較CK處理減小13.2%、25.6%和31.0%，與CK處理差異顯著(P<0.05)。進(jìn)入Ⅲ期后,隨著灌水恢復(fù)到對照水平，Ⅱ-LD和Ⅱ-MD1處理的柑橘，在7月份的Vf分別為1.883和1.907 cm3/d，較CK處理增大8.9%和10.0%，與CK處理差異顯著(P<0.05)，Ⅱ-MD2和Ⅱ-SD與CK處理間無明顯差異(P>0.05)。在Ⅱ期進(jìn)行虧水處理的柑橘，Vf在進(jìn)入8月后無明顯差異。說明在Ⅱ期進(jìn)行輕度和中度水分虧缺不會明顯抑制柑橘果實(shí)的生長，并在恢復(fù)正常灌水后，有一定的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)；Ⅱ-MD2和Ⅱ-SD處理會抑制柑橘果實(shí)在Ⅱ期的生長，并且不會出現(xiàn)復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)。Ⅱ-LD處理的柑橘果實(shí)最終體積為381.17 cm3，較CK增大2.8%，差異不顯著(P>0.05)；Ⅱ-SD處理為347.88 cm3，較CK減小6.2%，與CK處理差異顯著(P<0.05)。

Ⅲ期不同虧水處理的柑橘Vf在Ⅲ期隨虧水加劇而減小，Ⅲ-LD、Ⅲ-MD1、Ⅲ-MD2和Ⅲ-SD處理的Vf分別為1.837、1.672、1.524和1.344 cm3/d，分別較CK處理減小7%、15.4%、22.9%和32.0%，與CK處理差異顯著(P<0.05)。進(jìn)入Ⅳ期后，灌水恢復(fù)到對照水平后，Ⅲ-MD1和Ⅲ-LD處理的柑橘在Ⅳ期的Vf分別為0.896和0.881 cm3/d，較CK處理增大18.0%和16.0%，與CK處理差異顯著(P<0.05)，出現(xiàn)明顯的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)。Ⅲ-SD、Ⅲ-MD2和Ⅲ-MD1處理的柑橘果實(shí)最終體積分別為280.43、313.75和334.71 cm3，較CK處理減小24.4%、15.4%和9.7%，與CK間差異顯著(P<0.05)。由于Ⅲ期是果實(shí)生長的最重要時(shí)期，且生育期較長，因此從柑橘果實(shí)生長角度來看，僅適合對柑橘進(jìn)行輕度的虧水處理。

柑橘果實(shí)在Ⅳ期生長緩慢，Ⅳ期不同虧水處理間的柑橘Vf在Ⅳ期隨虧水度加劇而減小，其中Ⅳ-SD和Ⅳ-MD2處理的柑橘在Ⅳ期的Vf分別為0.636、0.562 cm3/d，較CK處理減小16.39%和26.1%，與CK處理差異顯著(P<0.05)。最終Ⅳ-SD的果實(shí)體積為346.27 cm3，較CK處理減小6.6%，與CK處理間差異顯著(P<0.05)；Ⅳ-MD2、Ⅳ-MD1 和Ⅳ-LD的果實(shí)體積為360.00、370.19和371.41 cm3，與CK處理間并無明顯差異(P>0.05)。說明在Ⅳ期柑橘果實(shí)生長減緩，進(jìn)行適度虧水(LD、MD1和MD2)處理并不會影響柑橘果實(shí)的最終體積。

2.2 低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘產(chǎn)量及水分利用效率的影響

表3為低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘耗水量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響。如表4所示，在Ⅰ期進(jìn)行虧水處理后，各處理耗水量隨虧水度加劇逐漸降低，但由于Ⅰ期時(shí)間較短，各處理較CK處理耗水量下降程度并不明顯。Ⅰ-SD、Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理產(chǎn)量分別為35 637.45、40 101.90、40 910.70、40 127.10 kg/hm2，與CK處理(38 929.95 kg/hm2)相比，Ⅰ-SD處理產(chǎn)量降低8.5%，Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理產(chǎn)量分別增加3.0%、5.1%和3.1%。Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理的WUEET較CK處理提高4.4%、5.5%和2.8%。

表3 低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘耗水量、產(chǎn)量

在Ⅱ期進(jìn)行虧水處理后，各處理耗水量隨著虧水度加劇而降低，Ⅱ-SD、Ⅱ-MD2、Ⅱ-MD1和Ⅱ-LD較CK處理分別下降9.2%、6.6%、4.1%和1.9%。虧水程度較重的Ⅱ-SD和Ⅱ-MD2處理產(chǎn)量分別為32 890.35和33 528.75 kg/hm2較CK處理降低15.5%和13.9%，Ⅱ-MD1和Ⅱ-LD處理產(chǎn)量與CK處理無明顯差異。故Ⅱ-MD1和Ⅱ-LD處理的WUEET分別為5.57和5.61 kg/m3，較CK處理均有提高。

在Ⅲ期進(jìn)行虧水處理后，各處理耗水量隨著虧水度加劇而降低，Ⅲ-SD、Ⅲ-MD2、Ⅲ-MD1和Ⅲ-LD較CK處理分別下降33.4%、24.9%、16.6%和8.4%；與CK處理相比，各虧水處理產(chǎn)量隨虧水度加劇而下降，Ⅲ-SD、Ⅲ-MD2、Ⅲ-MD1和Ⅲ-LD處理的產(chǎn)量分別為29 443.05、32 005.80、35 581.05和37 448.55 kg/hm2，較CK處理下降24.4%、17.8%、8.6%和3.8%，這表明在果實(shí)膨大期柑橘對水分的響應(yīng)比較敏感，水分虧缺會直接導(dǎo)致減產(chǎn)。Ⅲ期各處理的WUEET較CK處理均有所提高，且隨虧水度加劇而上升，在Ⅲ-SD處理下達(dá)到峰值為6.16 kg/m3。雖然在Ⅲ期進(jìn)行虧水處理會使WUEET顯著提高，但是同時(shí)會導(dǎo)致果子發(fā)育不良，果子體積小，產(chǎn)量嚴(yán)重降低，因此在Ⅲ期僅適合進(jìn)行輕度虧水處理或者充分灌溉。

在Ⅳ期進(jìn)行虧水處理后，各處理耗水量隨虧水度加劇而下降，Ⅳ-SD、Ⅳ-MD2、Ⅳ-MD1和Ⅳ-LD較CK處理分別降低15.3%、11.4%、7.9%和3.7%；Ⅳ-SD處理產(chǎn)量較CK處理降低12.0%，其余處理產(chǎn)量與CK處理間并無明顯差異。故各虧水處理WUEET均較CK處理明顯提高，其中在Ⅳ-MD2處理下達(dá)到峰值為5.92 kg/m3。

3 討 論

本研究表明在Ⅰ期進(jìn)行水分虧缺處理的柑橘，在Ⅱ期恢復(fù)充分灌水后，均會使柑橘Vf在Ⅱ期大于CK處理，且隨虧水度加劇呈增大趨勢,娟等對紅棗[15]的生長研究也發(fā)現(xiàn)了類似規(guī)律。雖然Ⅰ-SD處理的果實(shí)最終體積分別較CK處理增大8.5%，但產(chǎn)量卻降低8.5%，這是因?yàn)樵冖衿谶M(jìn)行重度水分虧缺，會導(dǎo)致坐果率的降低，從而直接影響產(chǎn)量，這與強(qiáng)薇等[16]對核桃的研究結(jié)果一致。但適度的水分虧缺不會導(dǎo)致坐果率降低，反而可以抑制果樹的營養(yǎng)生長，水分脅迫解除后還能促進(jìn)果實(shí)生長，增大果實(shí)采摘時(shí)的體積[17]，從而提高產(chǎn)量，這與朱成立等[18]等對棗樹的研究結(jié)果一致。

本研究表明在Ⅱ期進(jìn)行水分虧缺處理的柑橘，均會使Vf在Ⅱ期小于CK處理，進(jìn)入Ⅲ期解除水分脅迫后，Ⅱ-MD2和Ⅱ-SD處理的柑橘在7月份的Vf與CK處理間無明顯差異，而Ⅱ-LD和Ⅱ-MD1處理的Vf較CK處理增大8.9%和10.0%；各處理間的Vf在7月以后無明顯差異。說明在Ⅱ期脅迫過重會使復(fù)水后的細(xì)胞壁失去彈性而無法擴(kuò)張，不會出現(xiàn)明顯的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)[19]，而在Ⅱ期進(jìn)行輕、中度虧水處理會在恢復(fù)充分灌水后會出現(xiàn)明顯的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)，且補(bǔ)償時(shí)間約為1個(gè)月。

果實(shí)膨大期是柑橘果實(shí)生長的最重要時(shí)期，對水分的響應(yīng)最為敏感。許多研究表明在這個(gè)進(jìn)行水分虧缺處理，會使作物果實(shí)的生長速率下降，從而影響果實(shí)體積和單果重，直接導(dǎo)致產(chǎn)量的降低[20-22]。本研究也得到了類似結(jié)論。本研究還發(fā)現(xiàn)在Ⅲ期進(jìn)行偏重度和重虧度水處理的柑橘，就算在Ⅳ期解除水分脅迫，也未出現(xiàn)明顯的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)，這是可能是因?yàn)樗置{迫過重或者歷時(shí)太長, 細(xì)胞壁失去彈性而無法擴(kuò)張。

進(jìn)入果實(shí)成熟期后，柑橘果實(shí)生長緩慢，果實(shí)體積生長速率的差異性不會對果實(shí)采摘時(shí)的體積造成很大影響。這與強(qiáng)薇等[16]對核桃、李昱鵬等[23]對梨棗以及任苗[24]對葡萄的研究結(jié)果類似，說明不同的作物在果實(shí)成熟期對水分脅迫的響應(yīng)有相似點(diǎn)。

4 結(jié) 論

Ⅰ期水分虧缺均會促進(jìn)柑橘在幼果期生長速率，Ⅰ-MD1處理產(chǎn)量較CK處理分別增加5.1%，水分利用效率提高5.5%；Ⅱ期水分虧缺會降低柑橘在Ⅱ期的生長速率，不過Ⅱ-MD1和Ⅱ-LD處理在Ⅲ期初期會有明顯的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)，其中Ⅱ-LD處理較CK處理產(chǎn)量提高0.9%，水分利用效率提高2.8%；Ⅲ期水分虧缺會明顯降低柑橘在Ⅲ期的果實(shí)生長速率以及產(chǎn)量。Ⅲ-LD處理在產(chǎn)量較CK處理降低3.8%的前提下，水分利用效率提高5.0%；在Ⅳ期進(jìn)行水分虧缺處理，除Ⅳ-SD處理外，其余處理對柑橘的生長發(fā)育以及產(chǎn)量并無明顯的降低，但可以顯著提升水分利用效率。綜上所述，柑橘在抽梢開花期進(jìn)行中度水分虧缺處理(Ⅰ-MD1)，在幼果期和果實(shí)膨大期進(jìn)行輕度水分虧缺處理(Ⅱ-LD、Ⅲ-LD)以及在果實(shí)成熟期進(jìn)行偏重度水分虧缺處理(Ⅳ-MD2)，是一種適合低壓滴灌柑橘的灌溉模式。