冀南平原大棚微咸水滴灌對(duì)土壤水鹽分布及葡萄生長發(fā)育的影響

焦艷平，王罕博，陳文彬，趙名彥，顧寶群，任佳夢

(1.河北省水利科學(xué)研究院，河北 石家莊 050051；2.河北省農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050051；3.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024)

微咸水或者咸水與淡水按一定比例混合后用于農(nóng)田灌溉，可以有效保障淡水資源短缺下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展[1]。我國微咸水資源儲(chǔ)量多、分布廣、開采條件較好[2]，高效利用微咸水資源已成為緩解淡水供需矛盾的重要途徑。利用咸水進(jìn)行灌溉必須要防止土壤中的鹽分積累達(dá)到限制作物生長的水平，應(yīng)控制水鹽系統(tǒng)的鹽分平衡以及盡量降低鹽分對(duì)作物的危害程度。利用咸水灌溉的關(guān)鍵是選擇恰當(dāng)?shù)墓喔确绞?。目前，咸水的灌溉方式主要有傳統(tǒng)地面灌溉、普通噴灌以及微灌。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)微灌溉技術(shù)包括微噴灌、滴灌、滲灌等，均屬于節(jié)水型灌溉方式。其中，滴灌被認(rèn)為是咸水灌溉的較好方式，一方面相對(duì)于噴灌來說其可以完全避免葉面因直接吸收鹽分受到損傷的情況，另一個(gè)優(yōu)勢是滴頭下面土壤鹽分的分布形狀有利于作物生長，并且可使土壤維持一個(gè)較高的基質(zhì)勢[3]。因此，研究如何合理推廣應(yīng)用微咸水滴灌技術(shù)成為緩解水資源短缺的關(guān)鍵舉措。

早在上世紀(jì)末，因較噴灌具有更高的節(jié)水增產(chǎn)效果，滴灌便成為干旱缺水地區(qū)合理開發(fā)利用咸水資源的優(yōu)選灌溉方式，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此做了大量相關(guān)研究。有研究發(fā)現(xiàn)，深層土壤鹽分含量隨著微咸水礦化度增加而顯著增加，滴灌對(duì)土壤上層的鹽分有淋洗作用，可形成一個(gè)低鹽區(qū)域，利于棉花根系的生長[4]。膜下滴灌可使作物根區(qū)形成脫鹽區(qū)，抑制深層滲漏[5]，也可緩解土壤次生鹽漬化。在南疆地區(qū)采用淡咸水比為4∶1，即礦化度為2.36～3.39 g·L-1的微咸水滴灌時(shí)，棉花植株體內(nèi)鹽分累積較少，對(duì)其養(yǎng)分吸收及品質(zhì)的影響較小[6]；低鹽度微咸水對(duì)棉花生長反而有促進(jìn)作用，該研究將影響棉花吸水率和產(chǎn)量的鹽分閾值定為6 g·L-1[7]；微咸水灌溉量對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量的影響要大于灌溉水礦化度的影響[8]。濱海地區(qū)滴灌試驗(yàn)表明，利用電導(dǎo)率3.2～4.7 ms·cm-1的微咸水滴灌番茄，與淡水(0.7 ms·cm-1)滴灌相比，番茄株高、莖粗無明顯差異，果實(shí)中可溶性固形物、還原糖和有機(jī)酸量增加，果實(shí)品質(zhì)提高，產(chǎn)量降低率≤15.4%[9]；吳蘊(yùn)玉等[10]的研究同樣指出，微咸水滴灌可以提高番茄果實(shí)的密度、可溶性固形物、總酸、Vc和糖酸比；近期研究也發(fā)現(xiàn)，微咸水灌溉下的番茄可溶性固形物含量顯著高于淡水處理，且添加生物炭有利于緩解微咸水脅迫，提高作物生物量[11]。天津靜海開展的田間試驗(yàn)中，油葵蕾期采用3 g·L-1的微咸水滴灌非但未抑制其生長，還促進(jìn)了油葵品質(zhì)的提升，使其株高、莖粗、盤粒數(shù)、百粒重及產(chǎn)量均超過淡水灌溉處理[12]。以上研究均表明微咸水灌溉會(huì)提高作物果實(shí)的品質(zhì)，且適宜的礦化度不但對(duì)作物生長和產(chǎn)量沒有不良影響，反而會(huì)起到促進(jìn)作用。

在以色列的內(nèi)蓋夫沙漠，使用微咸水滴灌鹽中度敏感的葡萄藤，當(dāng)鹽分達(dá)到4.8 ms·cm-1，其綠葉面積指數(shù)最大值(GAI為5.2)降低了約40%，且單個(gè)葉片單位面積的氣體交換速率受鹽度的影響較小[13]。也有研究指出，微咸水(3 g·L-1)灌溉不會(huì)對(duì)冬小麥抽穗開花期葉片光合作用產(chǎn)生負(fù)面影響。這些研究表明，適宜礦化度的微咸水灌溉一定程度上可提升作物葉片利用光能的潛力[14]。

目前微咸水滴灌用于溫室葡萄的生產(chǎn)模式研究還處于初級(jí)階段，尤其在冀南平原微咸水資源比較豐富的地區(qū)，利用微咸水滴灌對(duì)葡萄葉片生理、生長發(fā)育、品質(zhì)及產(chǎn)量影響的報(bào)道較少。本文通過研究冀南平原大棚微咸水滴灌對(duì)土壤水鹽分布及葡萄生長的影響，分析不同礦化度微咸水滴灌下葉片光合作用、葡萄品質(zhì)和產(chǎn)量特征的變化，為合理開發(fā)微咸水滴灌葡萄種植模式提供一定科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017—2019年在河北省南部邯鄲市曲周縣德眾葡萄生態(tài)科普?qǐng)@進(jìn)行。該站位于北緯36°40′，東經(jīng)114°55′，海拔39 m，屬于暖溫帶半濕潤半干旱大陸性氣候，多年平均氣溫13.2℃，多年平均日照2 454.4 h，多年平均無霜期206.6 d，多年平均降水量518.5 mm。該站淺層微咸水埋深5 m，礦化度為4.2 g·L-1，1 m土層田間持水量(重量含水量)為21.9%，土壤干容重為1.46 g·cm-3，土壤質(zhì)地為潮土類砂壤土。耕作層土壤基本理化特性：全氮0.96 g·kg-1，全磷0.83 g·kg-1，全鉀25.22 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)13.67 g·kg-1，堿解氮58.98 mg·kg-1，速效磷41.81 mg·kg-1，速效鉀305.00 mg·kg-1，硝態(tài)氮23.70 mg·kg-1，銨態(tài)氮5.99 mg·kg-1，全鹽1.33 g·kg-1，pH 8.44。葡萄種植塑料大棚為拱形結(jié)構(gòu)冷棚，南北長度100 m，東西跨度20 m，拱形最高處距地面約5 m，頂部和兩側(cè)各有2個(gè)通風(fēng)口用于降溫控濕，網(wǎng)紗材質(zhì)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試葡萄品種為‘火焰無核’與‘紅巴拉多’混種，試驗(yàn)植株為2013年定植株。起壟定植，壟高10 cm，壟寬50 cm，壟間距200 cm，覆膜寬60 cm，葡萄株距0.7 m，‘火焰無核’與‘紅巴拉多’均勻混種，種植密度7 200株·hm-2。每株葡萄留8個(gè)結(jié)果枝，每枝留一個(gè)穗果，弱枝不留。試驗(yàn)于2017年8月安裝滴灌設(shè)施開始，10月土壤本底取樣調(diào)查，2018年5—10月進(jìn)行第1年度土壤水鹽監(jiān)測和葡萄生長調(diào)查，2019年3—9月進(jìn)行第2年度土壤水鹽監(jiān)測和葡萄生長調(diào)查。

大棚試驗(yàn)區(qū)總面積104 m×20 m，共栽植10行葡萄，分為4個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)為1個(gè)處理，小區(qū)面積52 m×10 m，每個(gè)小區(qū)種植5行葡萄，每行葡萄布置1條滴灌管，滴頭間距30 cm，設(shè)計(jì)工作壓力10 m，流量3 L·h-1，小區(qū)隨機(jī)區(qū)組分布,3個(gè)重復(fù)。

灌水方案：根據(jù)壓力變送器和電極電導(dǎo)率變送器信息反饋技術(shù)，利用智能測控混合水設(shè)備使管道混合水礦化度維持在淡水(0.7 g·L-1)、2 g·L-1、3 g·L-1和4 g·L-14個(gè)水平，4個(gè)處理名稱分別為CK、2 g·L-1、3 g·L-1，4 g·L-1。每個(gè)處理埋有TDR管6根，每個(gè)重復(fù)2根，1根在滴灌管正下方，1根距離滴灌管20 cm，埋深70 cm，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤含水率以指導(dǎo)灌水時(shí)間。當(dāng)20～40 cm土層土壤含水率低于田間持水率的65%時(shí)開始灌水，滴灌設(shè)計(jì)濕潤層深40 cm，設(shè)計(jì)濕潤比50%。試驗(yàn)開始前，通過預(yù)試驗(yàn)確定每次灌水量：萌芽期、開花期、果實(shí)膨大期單次滴灌灌水量270 m3·hm-2。采收后和施用基肥時(shí)期單次灌水量360 m3·hm-2，打開支管旁通，進(jìn)行小孔出流溝灌。

施肥方案：萌芽期、開花期和果實(shí)膨大期進(jìn)行滴灌水肥一體化施肥，萌芽期和開花期分別施尿素45 kg·hm-2和75 kg·hm-2，果實(shí)膨大期施尿素75 kg·hm-2、磷酸二氫鉀225 kg·hm-2、氮磷鉀復(fù)合肥150 kg·hm-2。采收后和基肥期間(9月下旬)施肥結(jié)合溝灌進(jìn)行，單次溝施有機(jī)肥12 000 kg·hm-2，在壟溝內(nèi)進(jìn)行機(jī)械旋耕。4個(gè)處理施肥和生產(chǎn)管理措施一致，根據(jù)實(shí)際情況噴施農(nóng)藥防治病蟲害，試驗(yàn)期內(nèi)無大規(guī)模病蟲害發(fā)生。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤水分和土壤浸出液電導(dǎo)率 2018年5—10月和2019年3—9月葡萄生長季每隔20～25 d取一次樣，滴灌管正下方和距離滴灌管20 cm各取2處，隨機(jī)取樣，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)。采用土鉆取土，取樣土壤深度分別為0～7、7～15、15～25、25～35、35～50、50～60 cm，實(shí)驗(yàn)室采用FE30梅特勒數(shù)顯電導(dǎo)率儀測定土水比1∶5的土壤浸提液電導(dǎo)率(EC1∶5，μS·cm-1)；取部分樣本利用殘?jiān)娓?質(zhì)量法[15]測定土壤水溶性鹽總量(g·kg-1)，烘干法測土壤含水量。

1.3.2 新梢長度和新梢莖粗 2019年選擇每個(gè)處理滴頭滴水正常、植株長勢均一有代表性的中間行作為樣本區(qū)，每個(gè)區(qū)選3塊并做標(biāo)記。在新梢摘心前，3月19日—4月23日，7 d為一個(gè)測量周期，每個(gè)樣本區(qū)選取長勢一致、樹體健康的12株葡萄，對(duì)新梢長度及基徑(新梢底部1 cm處直徑)進(jìn)行定期測量，采用鋼卷尺測量新梢長度(cm)，用游標(biāo)卡尺測量新梢莖粗(mm)。

1.3.3 葉片光合速率 2019年4月12日(葡萄花序展露期，葉片生長較為茂盛時(shí))，每個(gè)小區(qū)選6株長勢一致的植株，于晴天8∶00開始對(duì)頂端嫩葉(自下而上倒數(shù)第一片完全展開葉)使用LI-6400型光合測定儀(環(huán)境溫度和CO2濃度不控制，控制光強(qiáng)避免外界環(huán)境劇烈變化，設(shè)置6400-02B紅藍(lán)光源，藍(lán)光占10%，葉室內(nèi)光合有效輻射設(shè)定為1 500 μmol·m-2·s-1，流速設(shè)定為300 μmol·s-1)，測量葉片光合速率Pn(μmol·m-2·s-1)、蒸騰速率Tr(mmol·m-2·s-1)、氣孔導(dǎo)度Gs(mol·m-2·s-1)、胞間CO2濃度Ci(μmol·mol-1)等生理指標(biāo)，并計(jì)算葉片水分利用效率LWUE(μmol·mmol-1)=Pn/Tr，氣孔限制值Ls(%)=(1-Ci/Ca)×100%，式中Ca為大氣CO2摩爾分?jǐn)?shù)(μmol·mol-1)，Ci為胞間CO2濃度(μmol·mol-1)[16]。

1.3.4 果實(shí)品質(zhì) 可溶性固形物(Soluble solid)含量測定：果實(shí)采摘后，每個(gè)處理選取30穗果實(shí)，每個(gè)果穗分上、中、下3個(gè)部位各取3個(gè)果粒，直接擠汁用手持糖量計(jì)(PAL-福，ATAGO，Japan)測定總可溶性固形物含量(%)；重復(fù)3×30次?？傻味ㄋ?Titratable acidity)含量測定：果實(shí)采摘后，每個(gè)處理選取30穗果實(shí)，每個(gè)果穗分上、中、下3個(gè)部位各取若干果粒，稱取100 g樣品，混合后擠汁過濾，蒸餾水定容2 000 mL，取25 mL汁液于50 mL三角瓶中，加入酚酞指示劑3滴，用0.1 mol·L-1的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至微紅色1 min不褪色；記錄消耗氫氧化鈉的體積(V)。同一被測樣品重復(fù)測定3次?？傻味ㄋ?%)=V×0.1×K×80×1 000/W，式中，V為消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液的體積(mL)，W為樣品質(zhì)量(g)，K為主要酸的換算系數(shù)，以0.067(蘋果酸)計(jì)。還原糖(Reducing sugar)含量(%)采用斐林試劑比色法測定[17]，以葡萄糖計(jì)。糖酸比(Sugar-acid ratio)為還原糖與可滴定酸含量之比。

1.3.5 考種測產(chǎn) 根據(jù)地塊大小和植株整齊度合理地確定測產(chǎn)樣點(diǎn)，采用跳躍式取樣法決定測產(chǎn)株。測定樣點(diǎn)每行選取10株葡萄，通過調(diào)查每株果穗數(shù)、單穗重、單粒重，計(jì)算產(chǎn)量。產(chǎn)量(kg·hm-2)=平均單穗重×平均每株果穗數(shù)×每公頃株數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理及方法

采用SAS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，采用LSD法(P<0.05)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)性分析采用Pearson法。圖形使用Excel 2016構(gòu)建。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同礦化度微咸水滴灌對(duì)土壤水分剖面分布的影響

圖1為2年不同礦化度微咸水滴灌下的葡萄坐果轉(zhuǎn)色期土壤水分剖面分布圖。坐果轉(zhuǎn)色期深層土(30～40 cm)的含水量最高，較淺層土(0～30 cm)平均提高了36.1%，差異達(dá)顯著水平(P<0.05，下同)，這是因?yàn)槠咸言谶@個(gè)生育期要適當(dāng)控水有利于轉(zhuǎn)色，雖然沒有灌溉但土壤水分即可滿足作物生長所需。兩年不同處理間土壤含水率變化基本一致，即隨著灌溉礦化度的變化，各處理土壤水分含量在整個(gè)埋深上變化不顯著，灌水是引起淺層土壤含水率上升的主要因素。

圖1 兩年不同礦化度微咸水滴灌下的葡萄坐果轉(zhuǎn)色期土壤剖面水分分布Fig.1 Soil profile water distribution of grape at fruit setting and veraison under two years of brackish water drip irrigation with different salinity

2.2 不同礦化度微咸水滴灌對(duì)土壤鹽分分布和累積的影響

圖2為2018年不同礦化度微咸水滴灌下的葡萄各生育期土壤鹽分剖面分布圖(供試2個(gè)葡萄品種平均值，下同)。每年3月底春灌完后，不同礦化度微咸水滴灌試驗(yàn)開始實(shí)施，由圖2可知，整個(gè)葡萄生長季各處理的鹽分分布基本表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而波動(dòng)式提高，主要集中在30～60 cm土層，較0～30 cm土層平均顯著高出22.9%(P<0.05)。

圖2 不同礦化度微咸水滴灌葡萄不同生育期的土壤剖面鹽分分布(2018年)Fig.2 Soil salt distribution in different growth stages of grapes under drip irrigation with brackish water with different salinity (2018)

葡萄全生育期，各處理的土壤鹽分含量變化趨勢基本一致，但處理間差異顯著，4 g·L-1處理的各土層鹽分含量最高，其次是3 g·L-1和2 g·L-1，均高于CK處理。4 g·L-1處理各土層鹽分的平均含量較3 g·L-1處理顯著提高11.8%，較2 g·L-1處理顯著提高23.5%，較CK處理顯著提高39.2%；3 g·L-1處理各土層鹽分的平均含量較2 g·L-1處理顯著提高10.5%，較CK處理顯著提高24.5%；2 g·L-1處理各土層鹽分的平均含量較CK處理顯著提高12.7%。但是，在葡萄轉(zhuǎn)色期至落葉期，20 cm土層4個(gè)處理的土壤鹽分含量差異開始減小，尤其在成熟期，該土層4個(gè)處理之間差異不顯著。

圖3為2019年不同礦化度微咸水滴灌下的葡萄各生育期土壤鹽分剖面分布圖。由圖3可見，0～60 cm土層土壤主要集中在較深層土壤(30～60 cm)，較0～30 cm土層平均顯著高出19.4%。春灌期4個(gè)處理之間各土層的鹽分含量差異不大；坐果期3個(gè)微咸水(2 g·L-1、3 g·L-1和4 g·L-1)滴灌處理的各土層鹽分含量顯著高于CK處理，平均高出29.0%；到了成熟期，4個(gè)處理之間的淺層土壤(0～30 cm)鹽分含量差異顯著，4 g·L-1處理較3 g·L-1處理顯著增加22.0%，3 g·L-1處理較2 g·L-1處理顯著增加19.6%，2 g·L-1處理較CK處理顯著增加38.2%；落葉期，4個(gè)處理之間的深層土壤(30～60 cm)鹽分含量差異逐漸顯著，4 g·L-1處理較3 g·L-1顯著增加24.7%，3 g·L-1處理較2 g·L-1顯著增加15.3%，2 g·L-1處理較CK顯著增加15.7%，整體表現(xiàn)為土壤鹽分逐漸由淺層土向深層土擴(kuò)散。

圖3 不同礦化度微咸水滴灌葡萄不同生育期的土壤剖面鹽分分布(2019年)Fig.3 Soil salt distribution in different growth stages of grapes under drip irrigation with brackish water with different salinity (2019)

綜合分析2年不同礦化度微咸水滴灌試驗(yàn)的鹽分分布數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，土壤鹽分隨著土層深度和灌溉水礦化度的增加而提高，土壤鹽分主要集中在30～60 cm土層，這是因?yàn)榈喂帱c(diǎn)水源擴(kuò)散的特點(diǎn)，會(huì)使鹽分離子被淋洗到深層土壤。另外，不同處理土壤各土層間鹽分的差異隨葡萄生育期推進(jìn)也有明顯變化，表現(xiàn)為春灌期～坐果期各處理淺層土鹽分差異顯著，成熟期～落葉期深層土的鹽分差異顯著，這是因?yàn)槠咸咽巧罡禈浞N，到了生育后期，不同礦化度微咸水灌溉條件下葡萄生長狀況不同，對(duì)土壤鹽分的利用程度也出現(xiàn)了明顯的差異。

表1為連續(xù)2 a不同礦化度微咸水滴灌后的土壤剖面鹽分累積情況。由表1可知，連續(xù)2 a灌溉，葡萄落葉后2、3 g·L-1和4 g·L-1處理的0～30 cm土體2 a平均鹽分含量分別比CK處理增加11.0%、24.4%和39.3%(僅2 g·L-1處理與CK差異不顯著)，30～60 cm土體2 a平均鹽分含量分別比CK處理增加15.7%、33.4%和66.3%；0～60 cm土體2 a平均鹽分含量分別比CK處理增加13.6%、29.4%和54.1%，各處理差異均顯著。說明3 g·L-1和4 g·L-1礦化度微咸水滴灌均顯著提高了0～30 cm和30～60 cm土體的鹽分含量，而2 g·L-1礦化度微咸水滴灌顯著提高30～60 cm土體的鹽分含量。另外，2019年0～60 cm土層土壤鹽分含量略低于2018年，是因?yàn)樵囼?yàn)開始之前當(dāng)?shù)仄咸逊N植已普遍采用微咸水地面灌溉的方式，導(dǎo)致試驗(yàn)區(qū)土壤基礎(chǔ)含鹽量比較高，隨著微咸水滴灌試驗(yàn)的實(shí)施含鹽量有所降低，這也間接說明了微咸水灌溉葡萄的種植模式更宜采用滴灌。

表1 不同礦化度微咸水滴灌下不同土層深度的土壤電導(dǎo)率/(μS·cm-1)Table 1 Soil electric conductivity at different depths under drip irrigation with brackish water of different salinity

根據(jù)換算公式ECe=1.33+5.88EC1∶5[18]計(jì)算，連續(xù)2 a滴灌，葡萄落葉后2、3 g·L-1和4 g·L-1處理的0～30 cm土體鹽分含量ECe分別為1.5、1.6 dS·m-1和1.8 dS·m-1，各處理的30～60 cm土體鹽分含量ECe分別為1.8、2.2 dS·m-1和2.7 dS·m-1，與葡萄耐鹽閾值1.8 dS·m-1[19]相比較，2 g·L-1礦化度滴灌處理2個(gè)土層的鹽分累積均小于影響葡萄正常生長的鹽分閾值，但3 g·L-1和4 g·L-1礦化度滴灌處理的30～60 cm土體鹽分累積已超出該閾值，可能會(huì)對(duì)葡萄生長產(chǎn)生不利影響。

2.3 不同礦化度微咸水滴灌對(duì)葡萄新梢長度和莖粗的影響

如圖4所示，春季剪枝(3月中旬)前所有處理新梢長度都處于增長狀態(tài)，新梢生長趨勢大致相同，4月9日之前，CK處理的新梢生長速度最快，2 g·L-1和3 g·L-1處理的生長速度次之，4 g·L-1處理的新梢生長速度最慢；4月9日之后微咸水處理的新梢生長逐漸加快，表明微咸水滴灌會(huì)減緩生育前期葡萄新梢的生長速度，且礦化度越高減緩程度越大。不同礦化度微咸水滴灌對(duì)葡萄新梢長度和莖粗有顯著影響，尤其在植株新梢生長期(3月26日—4月16日)，微咸水礦化度對(duì)新梢長度和莖粗影響顯著，各處理新梢長度和莖粗的平均值均表現(xiàn)為4 g·L-1<3 g·L-1<2 g·L-1

圖4 不同礦化度微咸水滴灌下葡萄植株新梢生長量的變化(2019年)Fig.4 Changes of grape new shoot growth under drip irrigation of brackish water with different salinity (2019)

2.4 不同礦化度微咸水滴灌對(duì)葡萄葉片光合特征的影響

微咸水滴灌1 a后，于2019年4月12日對(duì)葡萄花序膨大期不同處理的葉片光合特征參數(shù)進(jìn)行了測定，由表2可知，微咸水灌溉3個(gè)處理的葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均顯著低于CK處理，分別平均降低了20.8%、39.6%、10.0%和27.3%；葉片氣孔限制值均顯著高于CK處理，平均增加了31.3%。微咸水灌溉3個(gè)處理之間的葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率差異不顯著，但3個(gè)處理之間的葉片凈光合速率、胞間CO2濃度和氣孔限制值存在顯著差異，隨著灌溉微咸水礦化度的增加，葉片凈光合速率、胞間CO2濃度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，而氣孔限制值呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢；與CK處理相比，2、3 g·L-1和4 g·L-1處理的葉片凈光合速率分別顯著降低了12.1%、20.9%和29.4%，胞間CO2濃度分別顯著降低了30.6%、42.0%和46.0%，氣孔限制值分別顯著增加了18.8%、32.9%和42.2%。此外，2 g·L-1的葉片水分利用效率最高，比CK處理顯著高出15.4%，其他3個(gè)處理(CK、3 g·L-1和4 g·L-1)之間的葉片水分利用效率差異不顯著，3 g·L-1處理的略高于CK和4 g·L-1處理，CK和4 g·L-1處理的葉片水分利用效率最低，可能是2 g·L-1礦化度微咸水灌溉引起了葉片小部分氣孔關(guān)閉，蒸騰速率顯著降低，但各項(xiàng)光合參數(shù)降低的幅度沒有蒸騰速率降低幅度大，胞間CO2濃度和凈光合速率依然保持著較高水平，但是CK處理的葡萄葉片氣孔完全處于開放狀態(tài)，蒸騰速率和無效蒸騰量較大，雖然光合參數(shù)比2 g·L-1處理有顯著提高，但葉片失水更快，最終葉片水分利用效率顯著低于2 g·L-1處理；而3 g·L-1和4 g·L-1處理的葉片氣孔大部分關(guān)閉，不利于葉片與外界進(jìn)行氣體交換，胞間CO2濃度和凈光合速率均降至較低水平，且降低幅度大大超過蒸騰速率的降低幅度，因此葉片水分利用效率也較低。

表2 不同礦化度微咸水滴灌下葡萄葉片的光合特征參數(shù)Table 2 Photosynthetic characteristic parameters of grape leaves under drip irrigation of brackish water with different salinity

2.5 不同礦化度微咸水滴灌對(duì)葡萄籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

如圖5所示，不同礦化度微咸水滴灌對(duì)各葡萄品種籽粒內(nèi)在品質(zhì)影響有所不同。不同礦化度微咸水滴灌對(duì)2個(gè)葡萄品種籽粒的可溶性固形物含量有顯著影響，‘紅巴拉多’的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅為16.6%～19.1%，‘火焰無核’的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅為18.6%～21.6%(圖5a)。不同礦化度微咸水滴灌對(duì)2個(gè)葡萄品種可溶性固形物的影響有所不同，隨著礦化度的增加，‘紅巴拉多’的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先減少后增加的趨勢，而‘火焰無核’的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐漸增加的趨勢。3 g·L-1處理‘紅巴拉多’的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于其他3個(gè)處理，平均降低9.9%，而其他3個(gè)處理之間差異不顯著；4 g·L-1處理‘火焰無核’的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其他3個(gè)處理，平均高出15.3%，其他3個(gè)處理之間差異不顯著，表明較高礦化度水平的微咸水灌溉對(duì)提高‘火焰無核’籽?？扇苄怨绦挝锖坑写龠M(jìn)作用。

如圖5b所示，不同礦化度微咸水滴灌對(duì)2個(gè)葡萄品種籽粒的可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響有顯著差別，‘紅巴拉多’的可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅為24.7%～25.7%，4個(gè)處理之間差異不顯著；而‘火焰無核’的可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅為32.3%～43.5%，4個(gè)處理之間差異均為顯著水平，表現(xiàn)為隨著礦化度的增加，可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先減少后增加的趨勢，即2 g·L-1處理

‘紅巴拉多’還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅為15.8%～18.0%，‘火焰無核’的還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變幅為16.7%～19.0%(圖5c)。不同礦化度微咸水滴灌對(duì)2個(gè)葡萄品種的影響有所不同，隨著礦化度的增加，‘紅巴拉多’的還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈先減少后增加的趨勢，而‘火焰無核’的還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐漸增加的趨勢，與可溶性固形物變化趨勢相同，分析結(jié)論一致。

由圖5d可知，‘紅巴拉多’的糖酸比變幅為62.6%～72.6%，‘火焰無核’的糖酸比變幅為41.3%～51.8%。不同礦化度微咸水滴灌對(duì)2個(gè)葡萄品種籽粒的糖酸比影響有顯著差別，隨著礦化度的增加，‘紅巴拉多’的糖酸比呈先減少后增加的趨勢，而‘火焰無核’的糖酸比呈先增加后減少的趨勢。3 g·L-1處理的‘紅巴拉多’葡萄籽粒糖酸比顯著低于其他3個(gè)處理，平均降低了9.5%，其他3個(gè)處理之間差異不顯著，表明3 g·L-1處理有降低‘紅巴拉多’葡萄糖酸比的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)降低果實(shí)的口感；‘火焰無核’葡萄籽粒的各處理糖酸比表現(xiàn)為2 g·L-1處理>CK處理>4 g·L-1處理>3 g·L-1處理，2 g·L-1處理較CK處理顯著提高11.5%，CK處理較4 g·L-1處理顯著提高6.2%，4 g·L-1處理較3 g·L-1處理提高5.9%,表明合理的微咸水灌溉方式(2 g·L-1處理)可以提高葡萄糖分并降低酸度，使‘火焰無核’葡萄口感更佳。

注：柱上不同小寫和大寫字母分別表示‘紅巴拉多’和‘火焰無核’不同礦化度之間差異顯著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters and capital letters in the bars indicated significant differences among different salinity of ‘Balado red’ and ‘Flame seedless’ respectively (P<0.05). The same below.圖5 不同礦化度微咸水滴灌下的葡萄果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)(2019年)Fig.5 Internal quality indexes of grape berries under drip irrigation with brackish water of different salinity (2019)

如圖6所示，不同礦化度微咸水滴灌對(duì)2個(gè)葡萄品種產(chǎn)量有顯著影響，隨著礦化度的增加，2個(gè)品種的葡萄產(chǎn)量均呈逐漸減少的趨勢，而且2年變化趨勢基本一致。從2 a數(shù)據(jù)來看，‘紅巴拉多’葡萄產(chǎn)量規(guī)律為CK處理>2 g·L-1處理>3 g·L-1處理>4 g·L-1處理，處理之間均存在顯著差異，CK處理的產(chǎn)量較2 g·L-1處理顯著提高14.3%，2 g·L-1處理的產(chǎn)量較3 g·L-1處理顯著提高30.7%，3 g·L-1處理的產(chǎn)量較4 g·L-1處理顯著提高19.9%；‘火焰無核’葡萄產(chǎn)量規(guī)律為CK處理>2 g·L-1處理>3 g·L-1處理和4 g·L-1處理，CK處理較2 g·L-1處理顯著提高18.7%，2 g·L-1處理較3 g·L-1處理顯著提高19.5%，3 g·L-1處理和4 g·L-1處理之間沒有顯著差異。以上結(jié)果表明微咸水滴灌不利于葡萄產(chǎn)量的形成，且隨著灌溉微咸水礦化度的增加，葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著下降的趨勢，因此，盡量選擇低礦化度<2 g·L-1的微咸水進(jìn)行滴灌。

圖6 兩年不同礦化度微咸水滴灌下的葡萄產(chǎn)量Fig.6 Grape yield under drip irrigation with brackish water of different salinity in two years

3 討 論

微咸水灌溉會(huì)改變土壤水鹽分布，給土壤帶來一定量Na+，而K+、Ca2+等離子勢必減少，維持土壤平衡的離子關(guān)系被打破[20]，影響其他離子的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制。此外，微咸水帶來的鹽分使土壤滲透勢增加，土壤-植物根系-植物葉片的水勢梯度下降，葉片細(xì)胞膨壓降低、細(xì)胞擴(kuò)張速度減小、葉綠體破壞，從而導(dǎo)致作物生長速度和光合作用減弱，最終對(duì)干物質(zhì)積累和產(chǎn)量產(chǎn)生不良影響[21]。但是，有研究表明低礦化度微咸水灌溉對(duì)作物葉片水分利用效率有積極作用。田德龍等[22]指出，隨著灌溉水礦化度增加，向日葵的葉片蒸騰速率下降，葉片水分利用效率會(huì)隨之提高；張余良等[23]發(fā)現(xiàn)在900 m3·hm-2灌水量下，礦化度3.5 g·L-1微咸水處理的冬小麥葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度分別比淡水處理降低了19%和23%，葉片水分利用效率略有增加；Hnilickov等[24]研究得出，當(dāng)NaCl溶液濃度大于50 mmol·L-1，芝麻菜葉片的蒸騰速率開始下降，到100 mmol·L-1時(shí)，葉片的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率也開始顯著降低，葉片水分利用效率有所增加，但是，當(dāng)濃度超過200 mmol·L-1，葉片的蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率不再隨鹽分濃度增加而改變。以上研究結(jié)果產(chǎn)生的原因可能是低礦化度的微咸水灌溉后土壤鹽分含量緩慢上升，土壤溶液的滲透勢隨之增長，土壤-根系-葉片的水勢梯度減小，起初引起部分氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致了葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度一定程度下降，而凈光合速率還維持在較高水平，進(jìn)而提高了葉片水分利用效率；高礦化度的微咸水灌溉，使得土壤水勢梯度顯著下降，非氣孔因素逐漸成為光合作用主導(dǎo)限制因素，光合器官的光合活性顯著下降，葉片凈光合速率呈現(xiàn)顯著降低趨勢，作物生長受到抑制。本研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微咸水礦化度為2 g·L-1時(shí)，土體鹽分含量沒有顯著增加，葡萄葉片水分利用效率明顯高于淡水處理；當(dāng)微咸水礦化度≥3 g·L-1時(shí)，土體鹽分含量顯著增加，超過了葡萄植株耐鹽閾值，葉片胞間CO2濃度和凈光合速率顯著下降，大大減緩前期葡萄新梢的生長速度，并對(duì)后期葡萄籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)造成不利影響。也有研究表明，咸水灌溉(≥3 g·L-1)會(huì)抑制大多數(shù)葡萄的生長和生物量積累，導(dǎo)致葡萄新梢生長量、生物量、根冠比和存活率減小，顯著降低葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)[25-26]，與本文結(jié)論基本一致。

合理的微咸水灌溉以及管理不僅能夠節(jié)約淡水資源，還能保證作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究表明，沙質(zhì)土壤比粘性土壤更適合咸水灌溉，不會(huì)引起土壤的惡化，主要是靠地表的排水系統(tǒng)和季風(fēng)雨的淋洗等綜合作用[27]。適量的微咸水灌溉可增加作物的抗逆能力，同時(shí)還可提高果實(shí)糖度，增加硬度，降低酸度等[28]。溫室大棚用微咸水灌溉的番茄含糖量比淡水灌溉的要高[29]。不少研究[2,30]還發(fā)現(xiàn)，微咸水灌溉比旱作具有不同程度的增產(chǎn)效果，微咸水(2～4 g·L-1)灌溉的小麥玉米連作系統(tǒng)，比不灌水的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)作物增產(chǎn)1.2～1.6倍；用微咸水灌溉的冬小麥、大麥比旱作條件下增產(chǎn)3～4倍。而且，在合理土壤改良的基礎(chǔ)上，種植適宜的作物品種，采用適宜的礦化度微咸水滴灌，搭配富氧灌溉措施等[31]，非但不會(huì)對(duì)土壤和作物造成危害，還能大大提高作物品質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，2 g·L-1礦化度微咸水滴灌可以提高葡萄果實(shí)糖分含量并降低其酸度，使‘火焰無核’葡萄口感更佳。很多研究證實(shí)適度的土壤鹽脅迫可以提高果實(shí)可溶性固形物和還原糖的含量，降低可滴定酸的含量，糖酸比也顯著性提高[32-33]，這可能是因?yàn)樵邴}脅迫環(huán)境下，植株根系吸水功能受到抑制，產(chǎn)生滲透脅迫和離子失衡，在輕度脅迫下，植物體內(nèi)淀粉會(huì)轉(zhuǎn)化為可溶性糖，以降低細(xì)胞滲透勢，維持細(xì)胞膨壓[34]，同時(shí)鹽分也為作物生長提供了必需的礦物質(zhì)營養(yǎng)，有利于果實(shí)品質(zhì)提升。也有研究表明，利用不同濃度的NaCl溶液噴施葡萄葉片，中、低濃度鹽分可提高果實(shí)可溶性固形物和還原糖含量，但降低了果實(shí)的香氣品質(zhì)，而高鹽度則不利于品質(zhì)形成，原因之一在于其影響了葉片功能[35-36]。本文結(jié)論與這些研究結(jié)果一致。

滴灌小流量、長時(shí)間、高頻率的灌溉特點(diǎn)，可以使作物根系范圍土壤含水率始終保持或接近于充分供水的條件[37]，有利于植物根系吸水；同時(shí)滴灌點(diǎn)水源擴(kuò)散的特點(diǎn)，會(huì)使鹽分離子被淋洗到作物根系分布范圍以外，鹽分淋洗效果好[38]。本研究也得出選擇礦化度2 g·L-1的微咸水滴灌，不但對(duì)土壤環(huán)境沒有顯著影響，還會(huì)提高葡萄葉片水分利用效率和果實(shí)品質(zhì)，保證產(chǎn)量，與原先的微咸水地面灌相比，各土層含鹽量均有所降低，表明在大棚葡萄種植中，微咸水滴灌技術(shù)是最適宜的微咸水灌溉方式，具有很好的推廣應(yīng)用前景。另外，在微咸水滴灌方式下，將葡萄品種嫁接在特定砧木上，是否可以增強(qiáng)葡萄對(duì)土壤鹽分脅迫的耐受性，仍有待進(jìn)一步研究，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)咸水資源的高效利用具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié) 論

1)2 g·L-1礦化度滴灌處理的較深土層(30～60 cm)土壤鹽分含量有所增加，其0～60 cm土層鹽分累積均小于影響葡萄生長的鹽分閾值；而3 g·L-1和4 g·L-1礦化度滴灌后土壤鹽分累積已超出植株正常生長的鹽分閾值，對(duì)葡萄生長產(chǎn)生不利影響。

2)微咸水滴灌會(huì)減緩生育前期葡萄新梢的生長速度，且礦化度越高減緩程度越大。

3)與其余微咸水灌溉處理相比，2 g·L-1礦化度微咸水滴灌處理的葉片保持了較高水平的凈光合速率，無效蒸騰量顯著降低，葉片水分利用效率有所提高；3 g·L-1和4 g·L-1礦化度微咸水滴灌均顯著抑制葡萄葉片的光合作用。

4)2 g·L-1礦化度微咸水滴灌可提高‘火焰無核’葡萄的糖酸比，使果實(shí)口感更佳；3 g·L-1微咸水會(huì)降低‘紅巴拉多’葡萄糖酸比。隨著礦化度增加葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著降低的趨勢，與3 g·L-1相比，2 g·L-1的微咸水滴灌處理產(chǎn)量降幅較小。