慶陽(yáng)蘋(píng)果樹(shù)需水規(guī)律分析

姚志龍，韓 萍，王軍鋒，王嘉倩

（1隴東學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000；2慶陽(yáng)市果業(yè)發(fā)展中心，甘肅 慶陽(yáng) 745000；3甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院，蘭州 745000）

0 引言

甘肅慶陽(yáng)地處西北黃土高原，是中國(guó)優(yōu)質(zhì)蘋(píng)果栽培的優(yōu)勢(shì)區(qū)。但該地區(qū)降水分布不均，降水量南多北少，局部地區(qū)春旱和夏初干旱嚴(yán)重，蘋(píng)果的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯受資源性缺水的制約[1]，這嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)靥O(píng)果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。并且在果園實(shí)際的管理過(guò)程中果樹(shù)的灌溉還存在有許多問(wèn)題。例如，灌溉時(shí)期與蘋(píng)果需水規(guī)律不相協(xié)調(diào)；只注重灌溉，不注意保護(hù)；雨季不注意排水和防洪等一系列的問(wèn)題，而不正確的灌溉方式不僅會(huì)導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)還會(huì)造成土壤壓實(shí)、板結(jié)、水土流失。所以，分析慶陽(yáng)蘋(píng)果樹(shù)需水規(guī)律對(duì)于當(dāng)?shù)靥O(píng)果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

水分對(duì)于蘋(píng)果樹(shù)的影響始終是一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，已有大量文獻(xiàn)（徐巧[2]、宋凱[3]、閆琪[4]、張坤等[5]）研究了果樹(shù)的需水規(guī)律及其影響?，F(xiàn)有關(guān)于蘋(píng)果樹(shù)需水規(guī)律及其影響的研究，大多是以某個(gè)區(qū)域開(kāi)展的，如李天星[6]、黃茂林等[7]、粟曉玲等[8]。但由于各地的氣候條件、土壤質(zhì)地、種植技術(shù)往往差異較大，使得基于“個(gè)案”分析所得的研究結(jié)論缺乏普適性。而且研究時(shí)間較早，對(duì)于現(xiàn)代果園生產(chǎn)的指導(dǎo)意義較弱。因此，為了充分利用隴東旱塬水資源，進(jìn)一步提高節(jié)水灌溉的有效利用率，更好的保護(hù)當(dāng)?shù)氐奶镩g土壤，使當(dāng)?shù)毓麡I(yè)生產(chǎn)再上新臺(tái)階，本研究試驗(yàn)通過(guò)封閉果樹(shù)根系土壤，防止地面蒸發(fā)，進(jìn)一步對(duì)甘肅慶陽(yáng)當(dāng)?shù)氐奶O(píng)果樹(shù)需水規(guī)律進(jìn)行綜合分析。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省慶陽(yáng)市西峰區(qū)地處甘肅省東部、涇河上游，隴東黃土高原董志塬腹地，介于106°20′—108°45′E與35°15′—37°10′N之間，屬黃土高原溝壑區(qū)，海拔1421 m，年降水量400～600 mm，年日照總時(shí)2400～2600 h，年平均氣溫10℃，年無(wú)霜期160～180天，是西北黃土高原蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)區(qū)。該地區(qū)土層深厚，果園土壤以黑壚土為主，腐殖質(zhì)層深厚且疏松，但腐殖質(zhì)含量不高，非常適宜于蘋(píng)果等果樹(shù)生產(chǎn)。得天獨(dú)厚的自然條件及群眾素來(lái)種植果樹(shù)的習(xí)慣使慶陽(yáng)蘋(píng)果具有個(gè)大、色艷、質(zhì)脆、味香甜等特點(diǎn)。

1.2 試驗(yàn)布置

試驗(yàn)在慶陽(yáng)市西峰區(qū)三姓村果園進(jìn)行。試驗(yàn)材料為9年生矮化中間砧果樹(shù)，將其中3棵樹(shù)使用高50 cm的金屬框架（四周使用透明棚膜，頂部采用透明聚乙烯板，頂部由內(nèi)側(cè)向外側(cè)傾斜放置，保證不會(huì)在頂部積水），將其樹(shù)冠下周?chē)寥肋M(jìn)行遮蓋，且框架周?chē)鷮⒋纱u豎直插入土壤中并固定，使其保證雨水等水分不會(huì)通過(guò)地表徑流等方式影響試驗(yàn)結(jié)果。并在聚乙烯板的下方使用PVC管對(duì)雨水進(jìn)行引流，在PVC管兩頭放置水桶對(duì)每次雨天雨量進(jìn)行測(cè)定。在遮蓋前2～3天進(jìn)行灌溉，以7天為時(shí)間間隔對(duì)土壤含水量進(jìn)行測(cè)定，直至土壤含水量降低至15%以下時(shí)再進(jìn)行灌溉。

日常除灌溉外，按照蘋(píng)果果樹(shù)栽培的要求，及時(shí)進(jìn)行病蟲(chóng)害防治和施肥等各項(xiàng)措施，并做好記錄。

1.3 樣品的采集與處理

在實(shí)驗(yàn)室將鋁盒編號(hào)并稱重，在試驗(yàn)地隨機(jī)選擇被覆蓋區(qū)域的2個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣，取得土樣控制在20 g左右，采樣深度為0～100 cm，采用土鉆分層取土，取至100 cm，共分10層，每層10 cm，每次實(shí)驗(yàn)分為A、B兩組進(jìn)行對(duì)照?；氐綄?shí)驗(yàn)室將土樣和鋁盒進(jìn)行稱重后打開(kāi)鋁盒蓋子（蓋子放在鋁盒旁邊），放入105℃±2℃的烘箱內(nèi)烘干7小時(shí)，待烘箱溫度下降至50℃左右時(shí)，蓋好蓋子，冷卻至室溫，進(jìn)行稱重。

1.4 研究方法

烘干法。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

使用excel軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 隨時(shí)間變化土壤含水量在土壤垂直剖面的分布情況

2.1.1 土壤含水量在垂直剖面的分布情況 蘋(píng)果樹(shù)80%的根系集中分布在20～60 cm深土層[9]，所以本實(shí)驗(yàn)只對(duì)1 m深內(nèi)土壤含水量進(jìn)行分析（表1）。選擇2個(gè)月進(jìn)行測(cè)定，分別在前一年的9月（采收成熟階段）和當(dāng)年的4月（果樹(shù)萌芽開(kāi)花階段）。

由表1土壤含水量可知，在0～40 cm土層，土壤含水量最高，9月平均土壤含水量達(dá)19.65%，4月平均土壤含水量達(dá)20.08%。在40～60 cm土層，土壤含水量差異的明顯程度已有所減小。但總體來(lái)看，在0～60 cm土層，土壤含水量變化約在4%左右；60～100 cm土層，土壤含水量變化約在0.5%左右。這表明果樹(shù)對(duì)于60 cm以下的水分利用少，果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育所需水分的主要獲取范圍在0～60 cm深土壤中，同時(shí)也表明在慶陽(yáng)地區(qū)60 cm以下是土壤水分的相對(duì)穩(wěn)定層，土壤根系分布較少，而果樹(shù)的根系主要集中在10～60 cm的范圍內(nèi)。

表1 土壤含水量 %

2.1.2 土壤含水量隨時(shí)間的變化 9月處于氣溫回落階段，早晚氣溫下降明顯，但白天仍會(huì)出現(xiàn)氣溫高漲的情況，這一時(shí)期的蘋(píng)果樹(shù)處于果實(shí)成熟期。表2隨時(shí)間變化土壤含水量的變化表明，在9月中上旬（9月5日—9月19日）土壤含水量降低速率較快，降低了2.2個(gè)百分點(diǎn)。進(jìn)入9月下旬（9月19日—9月26日）土壤含水量降低速率明顯減緩，僅降低了0.21個(gè)百分點(diǎn)。這表明，在這一時(shí)期果樹(shù)的蒸騰作用在逐漸減弱，果樹(shù)對(duì)水分的需求也有所降低。

表2 隨時(shí)間變化土壤含水量的變化

表2 隨時(shí)間變化土壤含水量的變化

時(shí)間(年.月.日)2020.9.5—2020.9.12 2020.9.12—2020.9.19 2020.9.19—2020.9.26平均2021.4.8—2021.4.16 2021.4.16—2021.4.24 2021.4.24—2021.4.30平均0～10cm-0.54 3.44-1.20 0.57 1.19 4.86-0.78 1.76 10～20cm 0.63 1.55 1.51 1.23-2.17 4.87-1.05 0.55 20～30cm 2.34 1.12 0.36 1.30 0.16 1.90 0.50 0.85 30～40cm 0.38 1.42 0.26 0.69 0.28 0.98 1.46 0.91 40～50cm 1.61 0.66 0.05 0.77-0.40 1.37 0.53 0.50 50～60cm 1.45 0.92 0.04 0.80-0.52 0.54 0.35 0.12 60～70cm 0.87 1.07 0.34 0.76-0.75 0.76 0.25 0.09 70～80cm 0.94 0.53 0.40 0.62-1.08 1.36 0.28 0.19 80～90cm 0.75 1.00 0.12 0.56-0.74 1.36-0.17 0.15 90～100cm 0.06 0.60 0.21 0.41-0.53 1.58-0.50 0.18平均0.85 1.24 0.21 0.77-0.46 1.96 0.09 0.53

4月處于氣溫回暖階段，這一時(shí)期果樹(shù)處于萌芽開(kāi)花階段，由圖2可知，2021年4月16日的實(shí)驗(yàn)測(cè)定的土壤含水量與2021年4月8日實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果相比，土壤含水量出現(xiàn)了回升，回升0.46%。在4月中旬，土壤含水量降低了1.96個(gè)百分點(diǎn)，是4月土壤含水量變化最明顯的時(shí)期。這表明在果樹(shù)開(kāi)花前果樹(shù)需水量較大。

2.2 不同生育期對(duì)水分的需求

9月土壤含水量的變化（圖1）結(jié)果表明，在果實(shí)成熟采收階段，0～60 cm土壤含水量變化呈遞減趨勢(shì)，60～100 cm土壤含水量變化波動(dòng)不大，且有輕微上浮趨勢(shì)。在這一時(shí)期，土壤含水量最高為24.22%，出現(xiàn)在0～10 cm的土層，含水量最低為17.03%，出現(xiàn)在80～90 cm的土層。由圖可知，20～100 cm土壤含水量波動(dòng)趨勢(shì)較為統(tǒng)一，不同深度土壤含水量隨時(shí)間變化均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖1 9月土壤含水量的變化

4月土壤含水量的變化（圖2）結(jié)果表明，在果樹(shù)發(fā)芽開(kāi)花這一階段，土壤含水量最高為24.06%，出現(xiàn)在10～20 cm的土層中。土壤含水量最低為17.09%，出現(xiàn)在0～10 cm的土層。這表明在這一時(shí)期，表層土壤的含水量變化幅度較大。由圖2可知，這一時(shí)期0～20 cm土壤含水量變化波動(dòng)最為顯著，且在2021年4月16日—4月30日的3次試驗(yàn)中，10～20 cm土層出現(xiàn)含水量較0～10 cm土層上漲的情況。但總體呈現(xiàn)含水量下降趨勢(shì)。0～60 cm土層土壤含水量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，60～100 cm土層土壤含水量波動(dòng)不明顯。

圖2 4月土壤含水量的變化

如圖1、2所示，不論在果樹(shù)的成熟收獲時(shí)期，還是發(fā)芽開(kāi)花時(shí)期，60 cm以下土壤含水量變化幅度較小，但在60 cm以上，含水量的變化波動(dòng)較為劇烈。9月60～100 cm土層土壤含水量有上浮的波動(dòng)，而4月60～100cm的土層土壤含水量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。由表2可知，果樹(shù)在采收成熟階段土壤含水量的變化較發(fā)芽開(kāi)花階段較為明顯。其一是由于溫度原因，在9月晝夜溫差大，且白天溫度過(guò)高，果樹(shù)的蒸騰作用劇烈；4月則處于溫度回升階段，相較于9月，蒸騰作用會(huì)明顯減弱。其二是果樹(shù)的生育期不同，9月果樹(shù)處于采收成熟期，這一時(shí)期果樹(shù)需水強(qiáng)度不會(huì)明顯增強(qiáng)，但由于果實(shí)處于上色階段，需水量也需保持充足；4月則分為前后兩個(gè)階段，為發(fā)芽開(kāi)花期，在開(kāi)花前果樹(shù)需水量較大，土壤含水量變化也較其他時(shí)期更為明顯。

2.3 果樹(shù)蒸騰耗水量的計(jì)算

2.3.1 果樹(shù)蒸騰耗水量的計(jì)算 植物蒸發(fā)蒸騰量主要包括植物蒸騰量和棵間土壤蒸發(fā)量，而此次試驗(yàn)封閉果樹(shù)根系土壤，防止地面蒸發(fā)，所以土壤水分的散失是以植物蒸騰為主要方式，其棵間土壤蒸發(fā)量忽略不計(jì)。蒸騰耗水量是指植物生理需水量（蒸騰系數(shù)表示，每形成1 g干物質(zhì)所消耗的水分克數(shù)）而甘肅慶陽(yáng)土壤容重為1.32 g/cm3。可根據(jù)公式(1)計(jì)算出蒸騰耗水量。

式中：W為不同深度土壤儲(chǔ)水量(mm)；r為土壤含水量；v為土壤容重；h為土層深度(cm)；0.1為換算系數(shù)[10]。

由公式(1)計(jì)算可的，9月果樹(shù)蒸騰耗水量為134 kg/棵，4月果樹(shù)蒸騰耗水量為104 kg/棵。

2.3.2 月降水量的計(jì)算 根據(jù)對(duì)9月和4月降水量的測(cè)定，9月降水量為53.7 mm，4月份降雨量為66.4 mm，通過(guò)計(jì)算可知，9月降雨相當(dāng)于向每平米果園澆水53.7 kg，4月每平方米果園澆水66.6 kg，由此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)地(2.1 m×5.5 m)的大小，可得出9月降雨為206.74 kg/棵，4月降雨為256.41 kg/棵。

3 結(jié)論與探討

3.1 結(jié)論

（1）矮化中間砧果樹(shù)吸收土壤水分的主要垂直空間在0～60 cm的土層，60 cm以下土層含水量變化不明顯。

（2）9月前期果樹(shù)需水量較大，后期需水量會(huì)逐漸減?。?月，果樹(shù)開(kāi)花前土壤需水量較小，開(kāi)花初期及花期果樹(shù)需水量較大。

（3）果樹(shù)在秋季蒸騰耗水量為134 kg/棵，春季萌芽到花期，蒸騰耗水量為104 kg/棵。

（4）根據(jù)9月和4月降雨量的測(cè)定，在9月與4月，在不考慮棵間蒸發(fā)量的情況下，降雨量可以保證果樹(shù)的需水量，不需要額外灌水。

3.2 討論

干旱缺水與水土流失是制約黃土高原地區(qū)果樹(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大因子，也是導(dǎo)致該區(qū)生態(tài)脆弱的根本原因[5]。科學(xué)管理果園，充分利用有限的水資源對(duì)促進(jìn)蘋(píng)果提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

（1）在慶陽(yáng)蘋(píng)果園土壤含水量的測(cè)定中，土壤含水量的變化并非呈直線下降狀態(tài)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)回彈，其原因有以下幾點(diǎn)：①0～10 cm的土壤含水量變化幅度大，這是由于此層為表層土壤，在9月和4月的第一次采樣前2～3天對(duì)試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行過(guò)灌溉，可能會(huì)對(duì)第一次土壤含水量的測(cè)定有輕微影響，尤其是4月份的第一次采樣，在采樣前1周進(jìn)行灌溉，在此期間有3～4天的降雨天氣；②2021年4月16日—30日均出現(xiàn)10～20 cm土壤含水量較0～10 cm處高的狀況，這可能是由于采樣點(diǎn)出現(xiàn)低洼積水的情況，導(dǎo)致水分蓄積；③根據(jù)表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)2021年4月份的土壤含水量在2021年4月8日—16日和2021年4月24日—30日出現(xiàn)了土壤含水量回升的現(xiàn)象，這可能是由于取樣點(diǎn)呈現(xiàn)對(duì)角狀態(tài)，且每間隔一次為同一取樣點(diǎn)所造成的，同時(shí)不同區(qū)域由于前期灌溉程度的不同，也會(huì)產(chǎn)生一些誤差；④由表1可知，4月最低的土壤含水量出現(xiàn)在2021年4月24日測(cè)定的0～10 cm的土層，由表1可以看出較10～20cm土層低2.1%，較前一次測(cè)定低4.86%，該結(jié)果除上述③的因素外，可能是由于蒸發(fā)誤差所導(dǎo)致的。因?yàn)榫湍壳暗募夹g(shù)，還做不到完全密閉，所以會(huì)存在略微的誤差。

（2）9月較4月蒸騰耗水量高，其原因有以下幾點(diǎn)：①9月氣溫處于回落階段，但白天還是會(huì)出現(xiàn)氣溫高漲的現(xiàn)象；4月雖處于氣溫回暖階段，但總體溫度不高，所以9月的果樹(shù)由于溫度原因蒸騰作用更為劇烈需水量也較大；②9月果樹(shù)枝葉茂盛，而4月份果樹(shù)處于發(fā)芽開(kāi)花階段，葉面積較小，所以相較4月來(lái)說(shuō)，9月果樹(shù)的蒸騰作用更顯著。

（3）通過(guò)對(duì)2020年9月和2021年4月降雨量的測(cè)定，可知在本次實(shí)驗(yàn)的這2個(gè)月不需要再進(jìn)行人工灌溉。但由于年度降水量的變異和年度相關(guān)月份降雨量的影響，在9月和4月是否需要灌溉還需進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明。