滴灌水量對核桃幼苗生長的影響

黃雅麗，馬風云，王 霞，郝 軍，杜振宇，劉方春，石 群，馬丙堯

（1山東省林業(yè)科學研究院，濟南 250014；2山東農業(yè)大學，山東 泰安 271018；3山東日照暖溫帶觀賞樹種培育國家長期科研基地，山東 日照 276800；4濟南市歷城區(qū)園林和林業(yè)綠化局，濟南 250199；5山東黃河三角洲森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，山東 東營 257000；6山東省地質科學研究院，濟南 250013）

0 引言

核桃(Juglans regia)作為一種優(yōu)良的經濟樹種，廣泛栽種于山東省的平原和山區(qū)。由于山東位于半干旱地區(qū)，雖降雨充沛，但受季風的影響，降水時長與降水量浮動很大，經常出現(xiàn)季節(jié)性干旱問題，造成植物生長所需水肥供應不均。因此，明確適宜于山東半干旱山區(qū)核桃種植栽培的水肥用量，合理調控水肥供應，提高當?shù)赝寥婪柿ΓM而促進當?shù)睾颂耶a業(yè)發(fā)展尤為重要。

在植物生長過程中，水分能夠促進肥效的發(fā)揮，肥料能夠提高水分的利用，合理的水肥灌溉措施是提高植株水肥利用、促進植物生長的關鍵[1]，而盲目的水肥管理不僅會導致水肥流失，引起環(huán)境污染，還會造成植物所需營養(yǎng)過剩，抑制植物生長發(fā)育[2-3]。因此，為實現(xiàn)核桃豐產優(yōu)質高效栽培，明確核桃生長發(fā)育的需水需肥量及適宜的水肥管理措施至關重要。許多研究表明，水對植物的光合特性起主導性作用，從而直接影響后期光合產物的積累和分配，對促進植物生長及果實優(yōu)質高產尤為重要[4-5]。核桃的不同生長期對水分的需求不同，本研究以1年生核桃苗為試驗材料，在滴灌施肥條件下，通過設置不同灌水量梯度，研究其對核桃土壤理化性質及幼苗根系生長及生理生化特征的影響，旨在確定合理的灌溉管理制度范圍，為核桃精量調控節(jié)水灌溉技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與地點

試驗以1年生核桃苗‘香玲’為供試材料，采購自山東省林科院日照林業(yè)高科技創(chuàng)新園，地徑(5.8±0.15)mm，株高(15.5±0.12)cm。所用肥料為尿素（N含量46%）、過磷酸鈣（P2O5含量16%）和氯化鉀（K2O含量60%）。

試驗采用PVC滴管進行模擬滴灌式供水，于2018年3月在山東省林業(yè)科學研究院試驗苗圃（北緯36°42′，東經117°04′）室外遮雨棚進行。供試土壤為褐土，取自山東省萊蕪區(qū)苗山鎮(zhèn)苗山核桃試驗基地，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的含量分別為28.34、7.80、77.36 mg/kg，有機質含量為9.93 g/kg，pH 7.9。

1.2 試驗設計

試驗采用高28 cm、上口直徑30 cm、下口直徑19 cm的塑料花盆，每盆裝土10 kg。于2018年3月20日定植核桃幼苗，每盆1株，緩苗后進行滴灌施肥。通過參考前人有關核桃幼苗灌溉施肥量標準[6-7]及當?shù)睾颂曳N植栽培的灌溉施肥規(guī)律，并結合山東省半干旱區(qū)氣候及土壤狀況，確定盆栽核桃幼苗全量施肥的施肥總量分別為N 0.25 g/(kg·土)、P2O50.15 g/(kg·土)、K2O 0.15 g/(kg·土)。前期試驗結果表明，滴灌量1000 mL/次+60%施肥量的處理對改善土壤微生物群落結構、提高土壤養(yǎng)分含量效果最為明顯，所以在60%施肥量的滴灌（盆內置放2根內徑0.5 cm的用于供水的PVC滴管）施肥方式下設5個不同灌水梯度處理，每隔10天滴灌1次。其中TG1處理為1000 mL/次灌水量，其他滴灌施肥處理的灌水量分別為處理TG1的85%(TG2)、70%(TG3)、55%(TG4)、40%(TG5)，每個處理3次重復，每個重復6盆共18盆。各處理總施肥量一致，均為純N 0.15 g/(kg·土)、純P2O50.09 g/(kg·土)、純K2O 0.09 g/(kg·土)，均采用滴灌施肥。

施肥3次均為追肥，其中萌芽期（4月5日）占30%、生長期占40%（5月15日）、成熟期占30%（6月25日）。滴灌施肥處理追肥時先將各處理所需的肥料溶入水中，之后將水肥溶液通過滴灌方式入盆。試驗方案詳見表1。

表1 灌水量試驗方案

1.3 試驗樣品采集及測定方法

土壤樣品采集于2018年7月20日，采集土壤樣品前清除土壤表面的雜草和浮土。每個處理在靠近植株根冠5 cm處避開施肥區(qū)域設置2個取樣點，采樣深度0～5 cm。去除可見根后作為試驗土樣，將同一處理每個重復的盆栽土樣充分混合后，裝入帶有標簽的聚乙烯塑料自封袋，帶回實驗室自然風干，過20 mm尼龍網篩，用于測定土壤理化性質。土壤堿解氮含量采用堿解擴散法進行測定；有效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法進行測定；土壤速效鉀含量采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法進行測定；土壤有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法進行測定[8-9]。

同日，每個處理的3個重復各隨機選取2株植株合計6株，測定植株地徑、株高、冠幅；分別從樹冠東、西、南、北4個方向隨機選取春梢中部成熟葉片20片，利用葉面積儀測定葉面積[10]；利用便攜式電子秤稱取植物葉片鮮重，并帶回實驗室烘干稱取干重，計算葉片含水量；采外圍中部新梢的基部成熟葉，采用95%乙醇浸泡法測定葉片葉綠素含量；利用半微量凱氏法測定葉片全氮含量；利用釩鉬黃吸光光度法測定植物葉片全磷含量；利用火焰光度計法測定葉片全鉀含量[11]。

同時，帶土取出整株植株，編號帶回實驗室，自來水沖洗根系，分為2個部分，一部分利用鋼尺測定根長，并用電子天平稱取地下、地上部鮮重，另一部分4℃保存，利用紫外可見分光光度計采用氯化三苯基氮唑法進行根系活力測定。

1.4 數(shù)據處理與分析

采用Excel 2007進行數(shù)據整理和作圖，應用SPSS 22.0軟件采用單因素方差分析(ANOVA)進行處理間差異顯著性分析，Duncan法檢測差異顯著性，顯著差異水平P＜0.05，極顯著差異水平P＜0.01。

2 結果與分析

2.1 用水量對土壤養(yǎng)分特征的影響

不同灌水梯度處理對核桃幼苗土壤養(yǎng)分均產生一定影響（表2）。隨著灌水量的遞減，各處理土壤堿解氮、有效磷、速效鉀均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在不同灌水處理中，土壤堿解氮含量范圍在28.35～35.35 mg/kg。在滴灌施肥的5個灌水梯度處理中，TG2、TG3和TG4處理的土壤堿解氮含量均高于處理TG1，其中土壤堿解氮含量最高的為處理TG2，為35.35 mg/kg，較處理TG1顯著增加了16.09%；其次為處理TG3，土壤堿解氮含量為34.51 mg/kg，是處理TG1的1.13倍；當灌水量達最高(TG1)時，土壤堿解氮含量為30.45 mg/kg；處理TG4土壤堿解氮含量較處理TG1增加了6.90%；當灌水量僅為400 mL/次(TG5)時，堿解氮含量最低，僅為28.35 mg/kg，是處理TG1的93.10%，且無顯著差異，但顯著低于處理TG2。

表2 不同灌水量滴施對土壤養(yǎng)分及有機質含量的影響

不同灌水處理中土壤有效磷含量的范圍為8.91～12.63 mg/kg。在滴灌施肥的5個灌水梯度處理中TG2和TG3處理的土壤有效磷含量顯著大于處理TG1，其中土壤有效磷含量最高的為處理TG2，達12.63 mg/kg，是處理TG1的1.23倍；其次為處理TG3，土壤有效磷含量為10.99 mg/kg，是處理TG1的1.07倍；而TG4和TG5處理的土壤有效磷均顯著小于處理TG1，其中處理TG5土壤有效磷含量最低，僅為8.91 mg/kg，為TG1的79.47%；處理TG4次之，為9.10 mg/kg，是處理TG1的82.13%，且處理TG4和TG5之間無顯著差異，但均顯著低于其他3個處理。

土壤速效鉀含量在不同灌水梯度處理中范圍為94.89～128.89 mg/kg，且各處理間呈顯著性差異。在滴灌施肥的5個灌水梯度處理中，TG2、TG3和TG4處理的土壤速效鉀含量均顯著高于TG1處理。其中，土壤速效鉀含量最高的為處理TG3，為128.89 mg/kg，較處理TG1顯著增加了18.37%；其次為處理TG2、TG4，土壤速效鉀含量分別為122.23、115.33 mg/kg，分別是處理TG1的1.12、1.06倍；當灌水量達最高(TG1)時，土壤速效鉀含量為108.89 mg/kg；當灌水量為400 mL/次(TG5)時，速效鉀含量最低，僅為94.89 mg/kg，是處理TG1的87.14%，且顯著低于其他處理土壤。在滴灌施肥的5個灌水梯度處理中，土壤有機質含量范圍為10.02～10.52 g/kg。但各處理間差異不顯著。

由此可見，在滴灌施肥技術中，過量或過少的灌水量均會降低土壤有效養(yǎng)分的轉化。試驗結果顯示，TG2、TG3處理時土壤有效養(yǎng)分轉化最顯著，土壤環(huán)境達到最佳水平，但對土壤有機質無顯著影響。

2.2 用水量對核桃苗根系生長的影響

不同灌水梯度處理對核桃幼苗根系生長產生顯著影響（圖1）。隨著灌水量的遞減，核桃幼苗植株根系長度呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在滴灌施肥的5個灌水梯度處理中，處理TG1、TG2和TG3植物根系長度接近，無顯著差異。而TG4和TG5處理的植物根系長度均顯著小于處理TG1、TG2和TG3，其中處理TG4植物根系長度最小，僅為20.5 cm，為處理TG1的74.09%；處理TG5次之，為21.33 cm，是處理TG1的77.09%，且與處理TG4植株差異不顯著。在滴灌施肥方式中，水分的供應對植物根系影響顯著，適宜的灌水量可有效刺激核桃根系生長，進而影響植物根系活力。不同灌水處理下，TG2和TG3處理植物根系活力大于處理TG1，且各處理間差異顯著，其中處理TG3最高，達48.76 μg/(g·h)，是處理 TG1 的 1.14 倍；其次為處理TG2，植物根系活力為48.10 μg/(g·h)，是處理TG1的1.125倍；當灌水量達最高(TG1)時，植物根系活力為42.75 μg/(g·h)。處理 TG5 植物根系活力最低，僅為32.01 μg/(g·h)，為處理TG1的74.88%，顯著低于其他處理。

圖1 不同灌水量滴施對核桃幼苗根長及根系活力的影響

2.3 用水量對核桃苗葉片生理生化特征的影響

不同灌水梯度對核桃幼苗植株葉片養(yǎng)分產生一定影響（表3）。隨著灌水量的遞減，核桃幼苗植株葉片氮含量呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在不同灌水處理中，植株葉片氮含量范圍為2.32%～3.07%，且各處理間存在顯著性差異。在滴灌施肥的5個灌水梯度處理中，TG2和TG3處理的植株葉片氮含量高于處理TG1，其中葉片氮含量最高的為處理TG3，為3.07%，較處理TG1顯著升高了8.74%；其次為處理TG2，葉片氮含量為2.89%，顯著高于處理TG1；當灌水量達最高(TG1)時，葉片氮含量為2.82%；而TG4和TG5處理的植株葉片氮含量均顯著小于處理TG1，其中處理TG5葉片氮含量最低，僅為2.32%，為TG1的82.29%；處理TG4次之，為2.39%，是處理TG1的84.77%，且處理TG4和TG5顯著低于其他3個處理。

表3 不同灌水量滴施對核桃幼苗葉片養(yǎng)分含量的影響 %

在不同灌水量處理下，核桃盆栽幼苗葉片磷含量變動趨勢同葉片氮含量相同。葉片磷含量最高的為處理TG3，為0.30%，較處理TG1顯著升高了36.36%；其次為處理TG2，葉片磷含量為0.25%，是處理TG1的1.13倍；當灌水量達最高(TG1)時，葉片磷含量為0.22%；而TG4和TG5處理的植株葉片磷含量均小于處理TG1，其中處理TG5葉片磷含量最低，僅為0.18%，是處理TG1的82.14%，顯著低于其他處理。

植株葉片鉀含量在不同灌水梯度處理中范圍為1.69%～2.11%。在滴灌施肥的5個灌水梯度處理中，TG2、TG3、TG4處理的葉片鉀含量與處理TG1無顯著差異，但當灌水量為400 mL/次(TG5)時，葉片鉀含量最低，僅為1.69%，是處理TG1的85.52%，且顯著低于其他處理。

2.4 用水量對核桃幼苗葉綠素含量的影響

由表4可以看出，不同灌水梯度處理對核桃幼苗葉綠素含量影響程度不同，隨著灌水量的減少，各處理植株葉片葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。5個灌水梯度處理中TG2和TG3處理的葉綠素a含量均大于處理TG1，其中植株葉綠素a含量最高的為處理TG3，達2.28 mg/g，是處理TG1的1.08倍，且顯著高于其他處理；處理TG2其次，葉綠素a含量為2.27 mg/g，與處理TG3無顯著差異；而TG4和TG5處理的葉綠素a含量均小于處理TG1，其中處理TG4葉綠素a含量最低，僅為1.87 mg/g，為處理TG1的88.63%，顯著低于其他處理。葉綠素b含量最高的處理TG3，達0.89 mg/g，是處理TG1的1.08倍；其次為處理TG1、TG2，植株葉綠素b含量分別為0.82、0.84 mg/g；處理TG5植株葉綠素b含量最低，僅為0.62 mg/g，為處理TG1的72.94%，顯著低于其他各處理。對總葉綠素含量而言，最高的為處理TG3，較處理TG1顯著增加了8.57%；處理TG5葉綠素總含量最低，僅為2.49 mg/g，為處理TG1的79.05%，顯著低于其他處理。

表4 不同灌水量滴施對核桃幼苗葉綠素含量的影響mg/g

2.5 用水量對核桃苗生長的影響

不同灌水梯度處理下核桃幼苗生長情況見表5。在滴灌施肥的5個灌水梯度處理中，與處理TG1相比，TG2和TG3處理的核桃地徑、株高、地上鮮重、地下鮮重、葉面積和葉片含水量均有一定提高，且較處理TG1分別提升了6.62%和5.01%、27.79%和33.33%、2.86%和6.15%、8.07%和10.67%、35.09%和43.66%、2.08%和8.36%。植株長勢最高的為處理TG3，且與處理TG1差異顯著；處理TG2與處理TG3的植物株高接近，無顯著差異；TG4和TG5處理的核桃地徑、株高、地上鮮重、地下鮮重、葉面積和葉片含水量均低于處理TG1，且分別為TG1處理的94.40%和84.55%、96.39%和88.89%、86.60%和58.27%、67.37%和62.27%、40.66%和21.19%、96.67%和95.79%?？赡苁沁^低的灌水量使幼苗根系受到干旱脅迫，遏制生長，養(yǎng)分吸收能力減弱，導致植物生長減慢。可見，滴灌施肥技術在一定范圍內既具有節(jié)水的效果又有利植物水肥的高效利用，促進植物更好生長。

表5 不同灌水量滴施對核桃幼苗生物量的影響

2.6 土壤理化性質與核桃生長的相關性分析

植株生長與土壤理化性質各指標相關性分析見表6。植株株高與養(yǎng)分含量呈正相關，其中與堿解氮達顯著性差異，說明土壤中堿解氮含量增加有利于提高核桃苗的株高；植株地徑與土壤堿解氮、有效磷含量呈顯著正相關，且與堿解氮含量達極顯著水平；植株葉面積與土壤堿解氮、有效磷、速效鉀相關性呈顯著水平，且與堿解氮、有效磷含量達極顯著水平；葉片氮、磷、鉀養(yǎng)分含量與土壤、有效磷、速效鉀均呈極顯著正相關。綜上，土壤養(yǎng)分含量對核桃生長有顯著影響，且適宜范圍內土壤養(yǎng)分含量越高越有利于核桃生長。

表6 土壤理化性質與植株生長指標相關性

3 結論與討論

3.1 灌水量對土壤養(yǎng)分的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，在60%施肥量的滴灌條件下，隨著灌水量的不斷減少，各處理土壤有效養(yǎng)分均呈先升高后下降的趨勢。同其余3個處理相比，TG2和TG3處理顯著提高了速效養(yǎng)分及全量養(yǎng)分含量，說明合理的滴灌施肥能改良土壤環(huán)境、提高土壤肥力。一方面是因為滴灌施肥方式是將植物所需的水肥溶液緩慢、均勻地輸送到植物的根部土壤區(qū)，實現(xiàn)了水肥同步，大大提高了土壤的保水保肥能力[12-13]，從而有效提高土壤層的養(yǎng)分含量；另一方面，土壤養(yǎng)分與土壤生物學特性息息相關[14-15]。合理的水肥供應能夠促進植物根系的生長發(fā)育，顯著提高根系分泌物含量，加快了土壤微生物的快速繁殖生長，推動了土壤養(yǎng)分的快速轉化循環(huán)，進而有助于提高土壤酶活和有效養(yǎng)分含量，在改善當?shù)赝寥拉h(huán)境、提高土壤肥力等方面發(fā)揮重要作用[16]。有研究證實，土壤含水量對土壤微生物影響顯著，土壤水分含量過高或者過低，會導致土壤細菌群落結構多樣性降低[17]，這可能也是本研究灌水量過多或過低時，植物生長受到限制，土壤有效養(yǎng)分轉化受到影響的主要原因之一。

3.2 灌水量對核桃幼苗生長的影響

大量研究結果證實，滴灌施肥能夠有效維持土壤層水肥穩(wěn)定，為植物生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境[18]，進一步促進植物對土壤水肥的吸收利用，為植物生長提供較為充足的養(yǎng)分資源[19-20]。Hebbar和Zotarellil等[21-22]研究發(fā)現(xiàn)，適宜的灌水量和施肥量能促進土壤中養(yǎng)分的溶解、水解和運轉，從而提高作物對養(yǎng)分的吸收。與其他灌溉施肥方式相比，合理的滴灌施肥顯著加快了番茄氮、磷和鉀素的吸收速率，提高了植株養(yǎng)分的利用率?；舻萚23]對干旱區(qū)春小麥滴灌應用的研究表明，滴灌施肥條件下，適宜的灌溉施肥顯著增加了作物的養(yǎng)分吸收速率。岳文俊等[24]在水氮耦合對甜瓜氮素吸收的影響試驗中發(fā)現(xiàn)，在滴灌施肥條件下適宜的施肥及灌水量顯著提高了甜瓜各器官養(yǎng)分累積量，促進甜瓜生長。

本研究發(fā)現(xiàn)，施肥量為全量施肥的60%時，適宜的灌水量（700～850 mL/次）能促進核桃幼苗生長，而灌水量過高或者過低均會對核桃幼苗生長產生抑制作用。這是由于核桃屬于深根型生態(tài)經濟型樹種，水肥一體化的滴灌施肥技術能夠有效地將水分運輸?shù)街参锔?，施用的肥料能夠直接隨灌水向植物根區(qū)入滲，使更多的水肥保持在根系分布層范圍內，保證了各時期植物根系的水肥供應，合理調節(jié)核桃根層的營養(yǎng)和水分，刺激核桃根系的生長，使核桃根系的生物量增加，從而促進核桃植株激素和生長調節(jié)劑的合成及礦質元素的積累[21,25-26]，最終促進了核桃植株的生長發(fā)育。滴灌施肥過程中的灌水量增加，使核桃土壤含水量過高，可能會導致核桃在生長過程中過量吸收水分和養(yǎng)分，植株營養(yǎng)生長過剩，而生殖生長緩慢，降低植物對水肥的需求與吸收[27-28]，核桃生長速率會有減慢趨勢。這進一步證明了滴灌施肥中合理水肥施用在節(jié)約水肥的同時能更有效地促進核桃植株的生長。這與張?zhí)m勤等[28]在水肥一體化減量施肥對櫻桃番茄產質量的影響研究結論一致。

綜上，TG2和TG3處理的土壤養(yǎng)分含量及各項苗木生長指標均顯著高于TG1處理，能有效提高土壤肥力、改善土壤環(huán)境，對核桃幼苗生長具有顯著促進作用。因此，滴灌700～850 mL/次+60%施肥量的灌溉施肥方式最有利于核桃幼樹的營養(yǎng)生長發(fā)育。