生活再生水滴灌對側(cè)限根蘋果生長、光合及產(chǎn)量的影響

朱永福，田軍倉，2，3*，沈 暉，2，3，閆新房，2，3

（1.寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏銀川 750021；2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術研究中心，寧夏銀川 750021；3.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，寧夏 銀川 750021）

2018 年寧夏蘋果種植總面積達3.8 ×104hm2（57 萬畝），產(chǎn)量達60 萬t[1]。隨著蘋果種植面積的不斷擴大，水資源短缺問題日益突顯。生活再生水作為一種替代水源，營養(yǎng)元素較豐富，很多學者對其進行了研究，但主要集中在苜蓿[2—3]、番茄[4]、黃瓜[5]、茄子[6]、西蘭花[7]、玉米[8]、枸杞[9]、葡萄[10]、甘蔗[11]、柑橘[12]、油茶[13]、西柚[14]、檸檬[15—16]等，對再生水滴灌蘋果的研究報道較少。

限根栽培主要是采用物理方法將果樹的根域控制在一定范圍，通過控制根系的生長調(diào)節(jié)地上部的營養(yǎng)與生殖生長[17]。王世平等[18]通過在10 L 的塑料盆對“Fujiminori”葡萄藤進行限根栽培來探究其對葡萄藤生長影響，研究發(fā)現(xiàn)，限根栽培抑制了枝條的生長和光合速率，但對葡萄藤根系的生長有促進作用。段書燕等[19]通過在塑料盒（60 cm×45 cm×45 cm）對葡萄藤進行限根處理來探究對葡萄的影響，研究發(fā)現(xiàn)，限根栽培加快了葡萄的代謝，促進了果實的著色，提升了葡萄的外觀和品質(zhì)。龐鈺潔等[20]以“圓夢”桃為材料探究根域限制對其生長和成花的影響，研究發(fā)現(xiàn)，根域限制使總花芽數(shù)提高了11%，使每667 m2成花產(chǎn)量達407 kg，是常規(guī)栽培的58 倍。洪莉等[21]以不同櫻桃為試材，探究了限根栽培的容積對其的影響。方金豹等[22]在幼年桃樹上對根域體積和限制方式進行探究，研究發(fā)現(xiàn)，限根促進了花芽的形成，適度限根可以提高桃樹坐果率，提升產(chǎn)量，但限根過多則會有抑制作用。Myers 等[23]通過限根處理探究其對蘋果的影響，研究發(fā)現(xiàn)，相較于對照在織物容器中限根處理，其提高了蘋果樹的花簇數(shù)和坐果率。曹輝等[24]研究限根節(jié)水處理對蘋果葉綠素含量、葉片熒光特性、蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于對照，限根節(jié)水處理提高了蘋果葉綠素含量和葉綠素熒光參數(shù)（光化學量子效率Fv/Fm、PSII 反應中心潛在活性Fv/Fo、PSII 反應中心潛在活性作用光存在時PSII 實際的光化學量子效率ΦPSII、非光化學淬滅系數(shù)NPQ、光化學淬滅系數(shù)qP和電子傳遞速率ETR）值，使蘋果葉片光化學活性得到顯著提高，對水分利用率、蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)均有提高。目前，關于葡萄、桃、櫻桃、蘋果等果樹已有研究，但都是在常規(guī)水源灌溉條件下探究限根對其的影響。

綜上，在砂礫石土條件下，生活再生水滴灌與側(cè)限根節(jié)水對蘋果生長、光合及產(chǎn)量的影響研究較少。本文以禮泉短富蘋果為研究對象，探究寧夏生活再生水滴灌灌溉定額與側(cè)限根的蘋果水資源高效利用模式，為寧夏旱區(qū)蘋果高效節(jié)水灌溉增產(chǎn)提質(zhì)增效提供技術依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)宣和鎮(zhèn)弘興達果業(yè)示范基地C10 號地（105°22′56″E，37°23′26″N），平均海拔高度1 356 m，年平均氣溫8.4℃。試驗田土壤為砂礫石土，土壤干容重為1.48 g/cm3，田間質(zhì)量持水率15.1 %，其土壤基本理化性質(zhì)見表1。灌溉的黃河水取自中衛(wèi)市南山臺揚水三干渠，灌溉的再生水為中衛(wèi)市第四污水處理廠的生活再生水，生活再生水水質(zhì)符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB5084—2021），其水質(zhì)指標見表2。

表1 試驗區(qū)土壤基本理化性質(zhì)

表2 生活再生水和黃河水水質(zhì)指標

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計（表3），選取限根類型（S）、水質(zhì)（Q）和灌溉定額（W）三個因素。限根類型因素設置側(cè)限根+地表覆膜（S1）、不限根+地表覆膜（S2）、不限根+地表不覆膜（S3）3 個水平；水質(zhì)因素設置生活再生水（Q1）、黃河水（Q2）2 個水平；灌溉定額因素設置低水（W1=3 240 m3/hm2）、中水（W2=4 860 m3/hm2）和高水（W3=6 480 m3/hm2）3 個水平。試驗共計18 個處理，每個處理有3 次重復。以黃河水各水平為對照，探究不同限根類型、水質(zhì)和灌溉定額對蘋果生長、光合和產(chǎn)量的影響。

表3 試驗設計

1.3 試驗實施

試驗于2020 年3 月下旬到2020 年10 月下旬進行，品種選取禮泉短富蘋果，其栽植于2016 年4月中旬，基砧為八棱海棠，中間砧為M26，果樹東西向種植，株距1.5 m，行間距為4 m，樹形采用高紡錘形。供試基肥為沼液，供試追肥為尿素（w（N）≥46%），酸二氫鉀（w（P2O5）≥52%，w（K2O）≥34%）。灌溉方式采用滴灌管，沿種植行布置進行滴灌，滴頭間距為50 cm。在試驗實施期間，降雨時各處理均不灌水，萌芽開花期（4 月上旬至5 月中旬）灌水7次，其中5 次隨水施肥；葉片擴展期（5 月下旬至6月中旬）灌水3 次，其中3 次隨水施肥；果實膨大期（6 月下旬至8 月下旬）灌水7 次，其中4 次隨水施肥；果實成熟期（9 月）灌水1 次，其中1 次隨水施肥。隨水施肥均采用滴灌水肥一體化技術。

1.4 測定指標和方法

生長指標的測定：使用鋼卷尺和游標卡尺測定蘋果新梢長和新梢莖粗。

光合參數(shù)測定：采用LI-6800 型光合儀測定蘋果凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）。

產(chǎn)量測定：在成熟期，采收每個處理3 個小區(qū)的所有果實并記錄。

采用Office 2019、SPSS25.0 軟件及Origin2018繪圖軟件進行數(shù)據(jù)處理及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理滴灌對蘋果生長指標的影響

各處理蘋果新梢長度、莖粗的變化曲線見圖1～2，生育期內(nèi)各處理上述指標均處于先增長后趨于穩(wěn)定的趨勢。當水質(zhì)和灌溉定額一定時，各限根類型對應的蘋果新梢長度、莖粗從大到小為S1>S2>S3。其中，在Q1滴灌條件下，S1比S2和S3新梢長均值分別提高了4.78%和7.61%，新梢莖粗均值分別提高了1.56%和3.08%；在Q2滴灌條件下，S1比S2和S3新梢長均值分別提高了3.62%和20.41%，新梢莖粗均值分別提高了2.15%和7.13%。

圖1 各處理對蘋果新梢長度的影響

當限根類型和灌溉定額一定時，采用Q1滴灌的蘋果新梢長度和莖粗優(yōu)于采用Q2滴灌的蘋果新梢長度和莖粗。其中，在S1的條件下，Q1滴灌蘋果新梢長和莖粗均值比Q2分別提高了2.89%和0.47%；S2條件下，Q1滴灌蘋果新梢長和莖粗均值比Q2分別提高了1.74%和1.05%；S3條件下，Q1滴灌蘋果新梢長和莖粗均值比Q2分別提高了15.13%和4.42%。由于Q1中氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素比Q2豐富，提高了植株對其利用，從而促進了蘋果植株的生長發(fā)育。當限根類型和水質(zhì)一定時，隨著灌溉定額的增加，蘋果新梢長度、莖粗不斷增大，增加率見表4。

圖2 各處理對蘋果新梢莖粗的影響

2.2 各處理滴灌對蘋果產(chǎn)量的影響

各處理對蘋果的生長發(fā)育產(chǎn)生影響，從而造成各處理產(chǎn)量的差異。當水質(zhì)和灌溉定額一定時，各限根類型對應的蘋果產(chǎn)量從大到小為S1>S2>S3。其中，在Q1滴灌條件下，S1比S2和S3蘋果產(chǎn)量均值分別提高了3.29%和7.66%；在Q2滴灌條件下，S1比S2和S3蘋果產(chǎn)量均值分別提高了4.94%和11.89%。

當限根類型和灌溉定額一定時，采用Q1滴灌的蘋果產(chǎn)量優(yōu)于采用Q2滴灌的蘋果產(chǎn)量。其中，在S1的條件下，Q1滴灌蘋果產(chǎn)量均值比Q2提高了1.52%；S2條件下，Q1滴灌蘋果產(chǎn)量均值比Q2提高了3.13%；S3條件下，Q1滴灌蘋果產(chǎn)量均值比Q2提高了5.51%。由于Q1中總氮、總鉀、總磷和總鎂質(zhì)量濃度分別是Q2中的10.81、6.55、3.81 和1.09 倍，提高了蘋果植株對其利用，同時Q1中豐富的鉀含量，提高了蘋果植株的光合作用，同時使較多的光合產(chǎn)物向生殖器官果實進行分配，從而使Q1滴灌的蘋果產(chǎn)量優(yōu)于Q2滴灌。當限根類型和水質(zhì)一定時，各處理蘋果產(chǎn)量隨灌溉定額的提高不斷增加。

各限根類型和水質(zhì)對應的蘋果產(chǎn)量均值從大到小：側(cè)限根＋地表覆膜生活再生水（33 472 kg/hm2）>側(cè)限根＋地表覆膜黃河水（32 972 kg/hm2）>不限根＋地表覆膜生活再生水（32 406 kg/hm2）>不限根＋地表覆膜黃河水（31 422 kg/hm2）>不限根＋地表不覆膜生活再生水（31 089 kg/hm2）>不限根＋地表不覆膜黃河水（29 467 kg/hm2）。覆膜對土壤的含水率有提高作用，比不覆膜的保水效果好，促進了蘋果在果實膨大期對水分的利用，對產(chǎn)量的提高有促進作用，這與李敏敏等[25]、鄭偉等[26]的研究結(jié)果一致。適量限根對蘋果產(chǎn)量有一定提升作用，這與陳嘉鈺等[27]通過起壟覆膜加防滲層處理使蘋果每公頃產(chǎn)量提高了32.85%，與曹慧等[24]通過限根節(jié)水處理使“嘎啦”和“富士”蘋果單產(chǎn)較對照分別提高了6.9%和8.1%的研究結(jié)果基本一致。

2.3 各處理滴灌對蘋果光合作用的影響

各處理蘋果光合日變化曲線見圖3～6。當水質(zhì)和灌溉定額一定時，各限根類型對應的蘋果Pn、Tr、Gs 和Ci 從大到小排列為：S1>S2>S3。其中，在Q1滴灌條件下，S1比S2的Pn、Tr、Gs 和Ci 均值分別提高了3.47%、2.03%、10.33%和2.11%，S1比S3的Pn、Tr、Gs 和Ci 均值分別提高了6.22%、8.80%、14.73%和3.90%；在Q2滴灌條件下，S1比S2的Pn、Tr、Gs 和Ci均值分別提高了4.31%、2.77%、4.61%和2.15%，S1比S3的Pn、Tr、Gs 和Ci 均值分別提高了6.79%、10.04%、11.38%和4.96%。

圖3 各處理對蘋果凈光合速率日變化的影響

圖4 各處理對蘋果蒸騰速率日變化的影響

圖5 各處理對蘋果氣孔導度日變化的影響

圖6 各處理對蘋果胞間CO2 濃度日變化的影響

當限根類型和灌溉定額一定時，采用Q1滴灌的蘋果Pn、Tr、Gs 和Ci 優(yōu)于采用Q2滴灌的蘋果Pn、Tr、Gs 和Ci。其中，在S1的條件下，Q1滴灌的蘋果Pn、Tr、Gs 和Ci 均 值 比Q2分 別 提 高 了1.28%、1.0%、8.49%和0.37%；在S2的條件下，Q1滴灌的蘋果Pn、Tr、Gs 和Ci 均值較Q2分別提高了2.09%、1.73%、2.86%和0.41%；在S3的條件下，Q1滴灌的蘋果Pn、Tr、Gs 和Ci 均值較Q2分別提高了1.83%、2.16%、5.33%和1.40%。由于Q1中總鉀和總氮質(zhì)量濃度分別是Q2的6.55 和10.81 倍，鉀離子能調(diào)節(jié)CO2進入葉片的氣孔，從而影響Gs，同時Q1中豐富的氮質(zhì)量濃度提高了蘋果葉片的氮質(zhì)量濃度，達到影響光合作用，使Q1滴灌的蘋果Pn、Tr、Gs 和Ci 相應優(yōu)于Q2滴灌。當限根類型和水質(zhì)一定時，蘋果Pn、Tr、Gs 和Ci 隨著灌溉定額的增加而不斷增大；各處理光合均值增加率見表5。

表5 各處理滴灌對蘋果光合指標的影響

3 結(jié)論

（1）對于四年生禮泉短富蘋果，當蘋果限根類型和水質(zhì)一定時，隨著灌溉定額的增加，蘋果生長指標（新梢長度、莖粗）、光合指標（Pn、Tr、Gs 和Ci）和產(chǎn)量不斷增加；當水質(zhì)和灌溉定額一定時，限根類型對應的上述指標從大到小為S1>S2>S3；當蘋果限根類型和灌溉定額一定時，上述指標采用Q1水質(zhì)優(yōu)于Q2水質(zhì)。

（2）四年生禮泉短富蘋果在采用生活再生水灌溉并進行側(cè)限根＋地表覆膜的條件下，其生長、光合指標和產(chǎn)量都最大，均值分別為新梢長57.03 cm、新梢莖粗7.8 mm、Pn=14.81 μmol/（m2·s）、Tr=7.38 mmol/（m2·s）、Gs=216.99 mmol/（m2·s）、Ci=273.24 μmol/（m2·s），產(chǎn)量為33 472.22 kg/hm2。該條件下，新梢長和莖粗較采用不限根＋地表不覆膜黃河水灌溉分別增加了23.90%和7.25%，光合指標Pn、Tr、Gs 和Ci 分別增加了8.15%、11.15%、20.84%和5.35%，產(chǎn)量增加了13.59%。

綜上，對于四年生禮泉短富蘋果，在生育期降雨量為180.4 mm 的砂礫石土條件下，采用S1Q1W3處理，即生活再生水高水灌溉并進行側(cè)限根+地表覆膜組合，為寧夏當?shù)靥O果水資源高效利用的較優(yōu)管理模式。