不同集雨方式對(duì)旱地蘋(píng)果園土壤水分及果樹(shù)生長(zhǎng)的影響

崔聰聰　鄭榮啟　劉美玉　趙蕾　安貴陽(yáng)

摘要：【目的】為實(shí)現(xiàn)西北黃土高原地區(qū)旱地農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，有效收集利用自然降水，減少地表水土流失，提升果樹(shù)水分利用率，通過(guò)比較不同集雨保水方式，篩選出適宜西北黃土高原地區(qū)應(yīng)用且效果良好的技術(shù)方法?！痉椒ā吭囼?yàn)以紅富士、M26、八棱海棠為試材，共設(shè)置地膜集雨覆蓋（T1）、地布集雨覆蓋（T2）、補(bǔ)充灌溉（T3）、保水劑（T4）和CK對(duì)照等5個(gè)處理，研究不同處理對(duì)土壤水分及蘋(píng)果生長(zhǎng)的影響?！窘Y(jié)果】各處理的土壤水分分布規(guī)律整體一致，均能不同程度提高0～60 cm土層深度的土壤含水量，而集雨結(jié)合覆蓋處理能夠使土壤水分始終保持較高水平。其中地布集雨覆蓋（T2）的整體保水效果最佳，與對(duì)照相比，在各深度土壤含水率均有所提高；各處理能夠明顯提高葉片含水量和葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，各處理的葉片含水量表現(xiàn)為T(mén)2＞T1＞T4＞T3＞CK，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為T(mén)2＞T1＞T3＞T4＞CK；促進(jìn)蘋(píng)果樹(shù)新梢生長(zhǎng)發(fā)育方面，地布集雨覆蓋（T2）的新梢生長(zhǎng)量最大，較對(duì)照組高出了17.28%。同時(shí)，各處理在一定程度上提高了葉片的氮、磷、鉀含量。【結(jié)論】在渭北黃土高原地區(qū)，地布集雨覆蓋的果園管理措施有利于土壤水分的提高和保持，促進(jìn)樹(shù)體生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)的吸收，從而提高果實(shí)的產(chǎn)量與品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：集雨方式；覆蓋；保水劑；補(bǔ)充灌溉；土壤

文章編號(hào)：2096-8108（2023）05-0032-05中圖分類(lèi)號(hào)：S661.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Effects of Different Rain Harvesting Methods on Soil Moisture and Fruit Growth in

Dryland Apple OrchardCUI Congcong ZHENG Rongqi LIU Meiyu ZHAO Lei AN Guiyang

（1.College of Horticulture， Northwest A & F University， Yangling Shaanxi 712100， China；

2.Yanan Fruit Industry Research and Development Center， Yanan Shaanxi 716000， China）Abstract：【Objective】In order to realize water-saving technology of dryland agriculture in northwest Loess Plateau， effectively collecting and utilizing natural precipitation， reducing surface soil and water loss， and improving water utilization rate of fruit trees， Comparing different methods of rainwater harvesting and water conservation， and selecting suitable and effective technical methods in northwest Loess Plateau region. 【Methods】 In this experiment， red Fuji/M26 / Malus malus was used as the test material. Five treatments were set， namely mulching film （T1）， ground cloth （T2）， supplementary irrigation （T3）， water retaining agent （T4） and CK control， to study the effects of different treatments on soil moisture and apple growth. 【Results】The results showed that the distribution of soil water under the treatment was consistent， and the soil water content in 0～60 cm soil depth could be increased in different degrees， while the combination of rainwater harvesting and mulching treatment could keep the soil water at a high level. Among them， the overall water retention effect was the best， and the soil moisture content was increased at all depths compared with the control. Each treatment could significantly improve the water content and chlorophyll content of leaves. The water content of leaves under each treatment was T2 >T1 >T4 >T3 >CK， and the chlorophyll content was T2 >T1 >T3 >T4 >CK. The growth of new shoots of apple tree was increased by 17.28% compared with that of control group. At the same time， the contents of nitrogen， phosphorus and potassium in leaves were increased by all treatments to some extent.【Conclusion】 In Weibei Loess Plateau area， the orchard management measures of land distribution and rain harvesting are beneficial to the increase and retention of soil water， promote tree growth and nutrient absorption， so as to improve fruit yield and quality.

Keywords：rain harvesting method; cover; water retaining agent; supplementary irrigation; soil

陜西省地理位置得天獨(dú)厚，光照充足、晝夜溫差大，氣候條件十分適合蘋(píng)果生產(chǎn)。目前陜西省蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯緩的原因主要是水資源的短缺。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在陜西省內(nèi)僅有20%的果園可以滿(mǎn)足灌水條件，其余果園均為旱地果園，自然條件和降水狀況成為影響產(chǎn)量的主要因素。陜西省降雨特點(diǎn)表現(xiàn)為降水量分布不均勻，且年降雨量總體偏少。干旱少雨加之水資源的匱乏，制約了陜西省水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。陜西省的降雨量秋季多于春季，主要集中在7、8、9月份，分布很不均勻，這3個(gè)月內(nèi)的降水量是全年降水量的3/4。降水量分布失衡使蘋(píng)果樹(shù)在秋季枝條徒長(zhǎng)，即“冒條子”，春季本就干旱少雨，徒長(zhǎng)枝條的存在更加抑制了果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育，而修剪這些不利于果樹(shù)越冬的徒長(zhǎng)枝條又增加了人工修剪的費(fèi)用，使生產(chǎn)成本提高。在這種情況下，干旱已經(jīng)成為限制蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因子。因此，實(shí)現(xiàn)旱地農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，克服水資源短缺，有效收集利用自然降水，減少地表水土流失，提升果樹(shù)水分利用率進(jìn)而達(dá)到蘋(píng)果優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。本試驗(yàn)通過(guò)探究不同種集雨保水模式對(duì)旱地蘋(píng)果園土壤水分、樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育等指標(biāo)的影響，進(jìn)行分析研究，以期為進(jìn)一步改善土壤環(huán)境、促進(jìn)樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育、提高果實(shí)品質(zhì)提供一定的理論和生產(chǎn)指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于西北農(nóng)林科技大學(xué)延安市洛川蘋(píng)果試驗(yàn)站，該地處北緯35°48′，東經(jīng)109°36′，為暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，平均海拔在1 087.5 m，年均溫9.2℃，日照2 525 h，日照率達(dá)58%，年總輻射量為55.41 KJ/cm2，≥10℃積溫為3 040℃，無(wú)霜期167 d，日照充足，晝夜溫差大。土壤質(zhì)地為疏松的黑壚土。降水量分布年際變化較大，年平均值為622.3 mm，最多年為911.9 mm，最少年為440.6 mm；四季降水量差異很大，總體趨勢(shì)是春季少雨，夏雨集中，秋雨不均，冬雪稀少。春夏秋冬四季降水量分別占全年的23.91%、41.38%、23.52%和11.18%，全年降水日數(shù)為98.6 d，主要集中在7、8、9月份，占全年降水日數(shù)的39.7%，降水量達(dá)到358.29 mm，占全年降水量的57.6%；全年平均蒸發(fā)量為1629.3 mm，最大為1 909.3 mm，最小為1 492.3 mm［1］。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試材為9年生紅富士、M26、八棱海棠，株行距2 m×4 m。共設(shè)置園藝地膜集雨覆蓋、地布集雨覆蓋、補(bǔ)充灌溉、施用保水劑和無(wú)處理空白對(duì)照5個(gè)處理，每個(gè)處理選擇無(wú)病蟲(chóng)害、長(zhǎng)勢(shì)一致的5株樹(shù)為1個(gè)小區(qū)，設(shè)置3次重復(fù)。各處理施肥及其他田間管理措施一致，具體試驗(yàn)處理方法如下。

1）地膜集雨覆蓋（T1）：在春季3月份覆膜，黑色地膜1.0 m寬，厚0.15 mm。從樹(shù)干開(kāi)始向外造V字形斜坡，坡度15°。樹(shù)行每一側(cè)的兩塊地膜成V字形鋪設(shè)，兩塊地膜之間形成與樹(shù)行平行的水平溝作為集雨溝，溝寬10 cm。樹(shù)行兩邊均覆蓋地膜，地膜每隔20 cm用地釘進(jìn)行固定。

2）地布集雨覆蓋（T2）：黑色地布，1.0 m寬，厚0.5 mm，覆蓋方式同上。

3）補(bǔ)充灌溉（T3）：各期灌溉量均為100 L/株。圍成0.5 m寬、10 cm深的樹(shù)盤(pán)進(jìn)行灌水。全年分3次灌溉，分別在開(kāi)花期（4月中旬）、花芽分化期（5月上旬），果實(shí)膨大期（7月下旬）進(jìn)行［2］。

4）保水劑（T4）：采用農(nóng)林抗旱鉀鹽型凝膠劑，施用量為250 g/株，環(huán)狀溝施法，在樹(shù)干周?chē)睆?.5 m處挖20 cm深的溝，施保水劑并與溝中土混拌均勻后將坑填平。

5）CK空白對(duì)照組：不做處理。

1.3測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1土壤水分測(cè)定

土壤含水量的測(cè)定采用烘干稱(chēng)重法，每15 d測(cè)定一次，降雨后隔一天加測(cè)。用土鉆分別在不同土層深度20 cm、40 cm和60 cm處取土測(cè)定，每個(gè)處理的每次重復(fù)取樣3次，將土壤清理干凈，去除其中的殘留的植物根系和雜草碎石，混合均勻后裝入編好號(hào)的鋁盒內(nèi)，封裝好帶回實(shí)驗(yàn)室稱(chēng)量鮮土與鋁盒的重量，然后將其放進(jìn)烘箱，設(shè)置105℃烘至恒重再稱(chēng)重，最后計(jì)算土壤質(zhì)量含水量。

土壤質(zhì)量含水量（%）=（E－F）/（F－D）×100%

式中：E為鮮土重（g），F(xiàn)為干土重（g），D為鋁盒重（g）。

1.3.2葉片含水率及葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

7月末摘取新生枝條頂端的第4、5片葉，共摘取100片用電子天平稱(chēng)量測(cè)葉片鮮重，而后烘干至恒重，測(cè)定葉片干重，測(cè)定葉片含水率。

含水率=［鮮重－干重］/鮮重×100%

利用SPAD 502便攜式手持葉綠素儀進(jìn)行測(cè)定。從每株樹(shù)東西南北4個(gè)方向隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)相同、健康葉片，避開(kāi)葉脈部分進(jìn)行葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定，每片葉片測(cè)量葉尖、葉中、葉基部3個(gè)位置，取平均值。

1.3.3葉片全氮、全磷、全鉀的測(cè)定

在7月中旬采集葉片，采集部位為當(dāng)年生枝條中上部，選擇健康完整葉片，仔細(xì)清洗后裝入紙袋中，將烘箱設(shè)置為105℃進(jìn)行殺青，15 min之后在80℃下烘干至恒重。之后用高通量研磨儀進(jìn)行研磨，樣品留用。采用H₂SO₄—H₂O₂消煮法，用UV1102紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定全氮全磷；全鉀用M410火焰光度計(jì)測(cè)定。

1.3.4新梢增長(zhǎng)量的測(cè)定

測(cè)量新梢長(zhǎng)度。從每棵樹(shù)的東南西北4個(gè)方向各選取5個(gè)長(zhǎng)勢(shì)良好的枝條進(jìn)行掛牌標(biāo)記，于5月份測(cè)量春梢生長(zhǎng)量，11月份測(cè)量秋梢生長(zhǎng)量［3］。

1.4數(shù)據(jù)分析與處理

用Excel 和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)的方法對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對(duì)果園土壤水分的影響

由圖1可知：在距樹(shù)干直徑60 cm處，距地表20 cm深度時(shí)，T2處理的土壤含水量數(shù)值最大（18.32%），分別為T(mén)1、T3、T4、CK處理的1.04倍、1.07倍、1.11倍、1.16倍，各處理土壤含水量大小依次為T(mén)2＞T1＞T3＞T4＞CK；在距離地表40 cm深度時(shí)，T2處理的土壤含水量值最大（19.42%），分別為T(mén)1、T3、T4、CK處理的1.01倍、1.08倍、1.04倍、1.15倍，各處理土壤含水量大小依次為T(mén)2＞T1＞T4＞T3＞CK；在距離地表60 cm深度時(shí)，各處理土壤含水量大小依次為T(mén)1＞T2＞T3＞T4＞CK。由此可見(jiàn)，距地表0～40 cm深度，地布集雨覆蓋處理（T2）的土壤含水量最大，40～60 cm深度地膜集雨覆蓋處理（T1）的土壤含水量最大。

2.2不同處理對(duì)蘋(píng)果葉片氮磷鉀含量的影響

葉片中養(yǎng)分含量的多少是衡量樹(shù)體強(qiáng)弱狀況的關(guān)鍵指標(biāo)。由表1可知，葉片的氮、磷、鉀3種指標(biāo)在各處理之間的變化趨勢(shì)基本相同，T1、T2、T3、T4各處理的葉片養(yǎng)分含量均高于CK。葉片氮含量從大到小依次為T(mén)2＞T1＞T4＞T3＞CK，各處理間存在差異，但差異性不顯著，T1、T2、T3、T4處理分別較CK高出4.74%、8.42%、1.99%、3.99%；葉片磷含量各處理間趨勢(shì)表現(xiàn)為T(mén)2＞T1＞T3＞T4＞CK，各處理均與CK對(duì)照組存在顯著性差異；葉片的鉀含量表現(xiàn)為T(mén)2最高，除CK外T3最低，T1、T2與CK對(duì)照組的葉片鉀含量差異顯著。

2.3不同處理對(duì)葉片含水量及葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

圖2為不同處理下葉片含水量的差異，數(shù)值從大到小排列依次為T(mén)2＞T1＞T4＞T3＞CK，分別為57.17%、56.62%、55.78%、55.58%、52.41%，且各處理均與CK對(duì)照組存在顯著性差異；T1、T2、T3、T4各處理間存在差異，但差異不顯著。

圖3為不同處理下葉片SPAD值（葉綠素相對(duì)含量）的差異，數(shù)值從大到小排列依次為T(mén)2＞T1＞T3＞T4＞CK，T1、T2、T3、T4的SPAD值分別較CK增加了13.12%、14.92%、12.98%、12.01%，且各處理與CK存在顯著性差異。T2分別較T1、T3、T4顯著（p＜0.05）增加了1.59%、1.72%、2.60%。

由此可見(jiàn)，覆蓋集雨模式能夠有效提高蘋(píng)果葉片含水量及葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。研究表明，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響光合作用的強(qiáng)度的重要因素［4］。SPAD值是衡量植物葉片中葉綠素相對(duì)含量的一個(gè)重要指標(biāo)，可以用來(lái)反映葉片光合作用的強(qiáng)度［5］，因此可知各處理均能不同程度上促進(jìn)葉片的光合強(qiáng)度提高，在覆蓋條件下效果最好。

2.4不同處理對(duì)蘋(píng)果樹(shù)體光合特性的影響

由表2可以看出，T1、T2、T3、T4處理均使葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率等指標(biāo)得到了提升，并且地布集雨覆蓋（T2）效果最好。3個(gè)指標(biāo)表現(xiàn)相同，其變化趨勢(shì)均為T(mén)2＞T1＞T3＞T4＞CK，凈光合速率4種處理較對(duì)照組分別提高了24.08%、17.73%、10.96%、7.96%，且各處理都與對(duì)照間差異顯著；蒸騰速率4種處理均高于對(duì)照組，T1、T2與T3、T4間存在顯著性差異，而T1、T2，T3、T4兩兩之間差異不顯著；5種處理間氣孔導(dǎo)度指標(biāo)差異不明顯。胞間CO2 濃度與其他指標(biāo)表現(xiàn)相反，結(jié)果為CK對(duì)照最高，地布集雨覆蓋（T2）的數(shù)值最低，且各處理之間該指標(biāo)差異均不顯著。

2.5不同處理對(duì)蘋(píng)果樹(shù)體新梢生長(zhǎng)的影響

表3表示不同處理間樹(shù)體新梢生長(zhǎng)量的差異。由表3可知，T1、T2、T3、T4與CK的春梢、秋梢生長(zhǎng)量差異均表現(xiàn)為不顯著，在春梢生長(zhǎng)方面，CK的生長(zhǎng)量最小，T2的生長(zhǎng)量最大，T1、T2、T3、T4與CK相比春梢生長(zhǎng)量分別提高18.75%、20.49%、6.91%和5.19%；在秋梢的生長(zhǎng)量方面，T1的生長(zhǎng)量最大，T3的生長(zhǎng)量最小，各處理與CK相比秋梢生長(zhǎng)量分別提高0.62%、-1.86%、-3.05%、1.55%；在總梢長(zhǎng)方面，CK的生長(zhǎng)量最小，T2的生長(zhǎng)量最大，T1、T2、T3、T4較CK相比總梢長(zhǎng)生長(zhǎng)量分別提高16.15%、17.28%、5.47%、4.67%。

3討論與結(jié)論

溝壟集雨耕作技術(shù)能夠有效利用自然降水、調(diào)節(jié)土壤水熱狀況、促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)提高產(chǎn)量、改善農(nóng)田微生態(tài)，該技術(shù)現(xiàn)已成為中國(guó)干旱、半干旱地區(qū)的主要節(jié)水灌溉技術(shù)［6］。溝壟集雨種植改善了土壤水分狀況，0～200 cm土層土壤含水量較平作顯著提高［7］。研究表明，對(duì)果樹(shù)進(jìn)行不同的灌溉處理，在集雨補(bǔ)灌的條件下按照低補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)灌，經(jīng)濟(jì)效益最佳［8］。施用保水劑會(huì)抑制土壤的入滲性能，降低水分在土壤中的垂直入滲率，入滲的持續(xù)時(shí)間得到延長(zhǎng)，減緩?fù)寥浪终舭l(fā)速率，從而能提高土壤含水量［9］。這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致，地布、地膜覆蓋，補(bǔ)充灌溉，施用保水劑能在不同程度上提高土壤含水量，保持土壤水分，綜合來(lái)看，地布集雨覆蓋的集雨保水效果最好。

結(jié)果表明，各處理都能提高葉片含水量和葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。溝壟集雨處理較平作能夠提高冬小麥的SPAD值和干物質(zhì)積累量［10］。研究結(jié)果顯示，覆蓋能夠提高樹(shù)體生長(zhǎng)量、葉片葉綠素總量，從而促進(jìn)樹(shù)體生長(zhǎng)［11］。補(bǔ)灌處理的葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于對(duì)照，且隨著補(bǔ)灌量增大，葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高［12］。

葉片氮磷鉀含量在4種處理下有所提升。葉片氮元素含量與植物光合作用呈正相關(guān)，充足的氮元素可促進(jìn)植物進(jìn)行光合作用，同時(shí)隨著葉片氮元素含量的增加，葉片的光合速率也隨之增加，有利于提高果樹(shù)產(chǎn)量。曹欣冉［13］認(rèn)為經(jīng)過(guò)覆蓋處理后，葉片部位的氮磷鉀含量均有所提高，且地布覆蓋、地膜覆蓋與對(duì)照組相比差異性顯著，這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果基本一致。本試驗(yàn)中相比于空白對(duì)照，補(bǔ)充灌溉可以顯著提高植株各器官的氮元素的積累量，這與申鵬舉［14］等人研究結(jié)果一致。

4個(gè)處理都不同程度提高了植物的光合能力。研究表明，地布覆蓋下提高了柑橘樹(shù)新梢葉片3.26%的氣孔導(dǎo)度和9.43%的蒸騰速率［15］。這與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。由此可知施用保水劑可以提高植物葉片的光合特性，隨保水劑施用量的增加，在氣孔導(dǎo)度和大氣相對(duì)濕度的影響下凈光合速率增加，提高了植物的光合能力。

4種處理對(duì)樹(shù)體新梢的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。集雨補(bǔ)灌，可以提高雨水利用率，促進(jìn)植被生長(zhǎng)。隨著補(bǔ)充灌溉補(bǔ)水量的增加，果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育如新梢生長(zhǎng)有明顯增加，且補(bǔ)水量越大新梢生長(zhǎng)量增加越明顯。集雨模式下，覆蓋材料的存在能夠促進(jìn)梨樹(shù)新梢生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)樹(shù)干直徑增粗，其中秸稈覆蓋處理效果最為良好，與對(duì)照組相比均顯著提高［16］，這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果一致。

綜上，在渭北黃土高原地區(qū)，地布集雨覆蓋的果園管理措施有利于土壤水分的提高和保持，促進(jìn)樹(shù)體生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)的吸收，從而提高果實(shí)的產(chǎn)量與品質(zhì)。該模式能夠很好地收集雨季降水，提高自然降水的有效利用率，保證旱地果園土壤對(duì)水分的要求，能有效緩解旱地果園雨水分布不均，果園干旱缺水狀況。

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