鐘 韻，費良軍※，曾 健，傅渝亮，代智光

（1. 西安理工大學西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室培育基地，西安 710048；2. 深圳市水務規(guī)劃設計院股份有限公司， 深圳 518022；3. 華北水利水電大學水利學院，鄭州 450045；4. 南昌工程學院水利與生態(tài)工程學院，南昌 330099）

0 引 言

陜北黃土高原地區(qū)干旱缺水和水土流失，導致該地區(qū)水資源短缺問題日益突出，而近年來該地區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模迅速擴大[1]，果樹生長水分需求嚴重影響該地區(qū)的水資源分配，使得水資源供需矛盾日益顯著，水資源短缺問題嚴重制約著蘋果產(chǎn)業(yè)在該地區(qū)的進一步發(fā)展。因此，如何有效地提高水分利用效率（water use efficiency，WUE）及合理分配灌溉水已成為當前研究熱點。1

為了提高灌區(qū)WUE，學者們已提出了較多先進的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，有噴灌、滴灌、波涌灌、膜孔灌、涌泉根灌（surge-root irrigation，SRI）等多種形式，其中SRI直接將灌溉水輸送到作物根系，實現(xiàn)由灌溉土壤到灌溉作物的根本轉(zhuǎn)變，減少了地面無效蒸發(fā)且不受風的影響，灌水器易堵塞問題也得以改善，有效的提高了WUE[2-3]。目前，SRI 灌水技術(shù)日益成熟，較多學者對SRI 灌水器材質(zhì)、流道等方面進行了改良[4-5]，提升了其灌水器和套管抗裂性能，解決了泥沙堵塞問題，其灌水均勻度及抗堵塞能力也得以提升，使其更加適合旱地經(jīng)濟林灌溉。吳普特等[3]利用管灌、滴灌和SRI 3 種灌溉技術(shù)對棗樹進行灌溉發(fā)現(xiàn)，SRI 對提高棗樹產(chǎn)量和品質(zhì)最為顯著，且3 種灌溉方式中SRI 帶來的凈收益率最大，與不灌溉相比，其凈收益率高達235%。

針對如何合理分配有限的灌溉用水，學者們通過制定合理的灌溉制度，將有限的可供水量在作物全生育期內(nèi)進行灌水時間和灌水定額的最優(yōu)分配，提出了一種有效利用作物生理功能節(jié)水的調(diào)虧灌溉方法[6]。調(diào)虧灌溉是通過管理土壤水分調(diào)控作物根系生長，以控制地上營養(yǎng)生長及水勢，而氣孔開度由葉水勢調(diào)節(jié)，其又顯著的影響光合和作物水分利用，即水分虧缺可間接控制作物的蒸騰作用[7]。大量田間試驗研究表明，作物對水分虧缺具有一定的適應性，適度的水分虧缺不一定會顯著降低產(chǎn)量，在經(jīng)受短期水分虧缺后，作物生長發(fā)育雖然會受到一定的抑制[8]，但恢復供水后，作物會出現(xiàn)超越補償效應[9]。調(diào)虧灌溉正是利用作物這種本身具有的生理節(jié)水特點與抗旱能力，達到既節(jié)水增產(chǎn)，又提質(zhì)增效，以有限水量的投入獲得最大效益的目的。

自調(diào)虧灌溉理論提出以后，已有大量學者[10-14]從不同角度驗證了其在促進小麥、玉米、大豆和棉花等作物生長及增產(chǎn)的作用，且調(diào)虧灌溉下對果樹的相關研究也較多，主要集中在蘋果[15]、梨樹[16]、葡萄[17]和棗樹[18]等旱地果樹在調(diào)虧灌溉下的生理生化反應，研究表明適時適度水分脅迫下果樹主要通過平衡營養(yǎng)生長與生殖生長之間的關系來減少營養(yǎng)生長，明顯抑制植物過盛生長，且對果實正常生長發(fā)育的影響較小，可同時達到節(jié)水、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的。其中蘋果樹的生理生化反應受土壤水分條件約束較為顯著，Ebel 等[19]發(fā)現(xiàn)蘋果樹受水分脅迫后，果實生長速率（橫、縱徑）為充分灌溉處理的一半，果實膨大期復水處理后，葉片氣孔導度、果實生長速率均與充分灌溉處理一致；Faghih 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，隨著調(diào)虧程度的增大，蘋果樹新稍生長量、樹干橫截面積生長量和葉面積指數(shù)等生長指標均下降，而WUE、葉片和果實總酚含量及果實花青素含量均增加；Kucukyumuk 等[21]發(fā)現(xiàn)在蘋果樹生長階段進行短期（30 d）缺水灌溉處理將導致營養(yǎng)生長和產(chǎn)量下降，適度的缺水灌溉處理可獲得最高可銷售產(chǎn)量和最優(yōu)著色度的蘋果。目前國內(nèi)外學者對調(diào)虧灌溉進行了大量研究，但針對陜北黃土高原地區(qū)SRI 這種特殊灌水方式下蘋果樹的調(diào)虧灌溉研究甚少，且蘋果樹耗水量高于普通農(nóng)作物，其不同生育期內(nèi)的需水要求又較為嚴格，而該地區(qū)灌溉方式以漫灌為主，WUE 低下，急需制定合理的灌溉制度，提高蘋果樹的WUE。基于此，本文通過在不同生育期設置不同的水分虧缺程度，研究水分虧缺對蘋果樹生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及WUE 的影響，再在其基礎上建立最優(yōu)調(diào)虧灌溉模式，為陜北山地蘋果水分管理、精準灌溉提供科學依據(jù)與技術(shù)支持，對促進陜北黃土高原地區(qū)山地蘋果高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有著重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016—2018 年4—11 月在陜西省榆林市子洲縣前清水溝村現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)（37°27′N，110°2′E，海拔1 020 m）進行。試驗地為典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，屬于溫帶半干旱性氣候特征，該地區(qū)土壤為砂壤土。2016—2018 年試驗地區(qū)蘋果生育期年有效降雨量分別為441.7、475.0 和477.2 mm，最高日平均氣溫分別為28.9、30.0 和27.9 °C，日平均氣溫大于15 ℃分別有151、148和148 d（見圖1）。多年平均日照時數(shù)2 632.9 h（日照百分率達60%），地下水埋深50 m 左右。試驗區(qū)各土層土壤顆粒級配及基本物理參數(shù)見表1。

表1 0～80 cm 土壤剖面基本屬性 Table 1 Basic properties of 0-80 cm soil profile

1.2 試驗設計

試驗地選在背風向陽的緩坡山地蘋果園，該地區(qū)土層深厚，太陽輻射較強，晝夜溫差較大，種植面積約0.15 hm2，該研究品種選取樹齡5 a 的寒富蘋果樹，八棱海棠作砧木，矮化處理，種植密度為3 m×2 m(1 667 棵/hm2)，樹高2.8～3.0 m，樹冠直徑2.0～2.5 m，呈自由紡錘形，長勢大小均一，個體差異性較小。采用根鉆法測得 0～80 cm 深度內(nèi)蘋果樹根系占0～2 m 深度內(nèi)總量的85.6%，因此試驗計劃濕潤層深度為80 cm。試驗灌溉系統(tǒng)布置見圖2。

圖2 涌泉根灌試驗布置 Fig.2 Sketch of test arrangement of surge-root irrigation

蘋果樹的生長有4 個階段：萌芽期（I），開花坐果期（II），果實膨大期（III），果實成熟期（IV）。2016—2018 年各生育期階段劃分及各階段有效降雨量見表2。

表2 2016—2018 年各生育階段有效降水量 Table 2 Effective precipitation in each growing stage in 2016—2018

蘋果樹耐旱，適宜的土壤含水率為40%θf～85%θf（θf為田間持水量），因此本次調(diào)虧灌溉試驗對I 期（4 月中旬到5 月中旬）、II 期（5 月下旬到6 月中旬）和III期（6 月下旬到9 月下旬）進行輕度（L）、中度（M）、重度（S）3 個程度水分脅迫（土壤含水率控制范圍分別為70%θf～85%θf，55%θf～70%θf，40%θf～55%θf，當土壤含水率低于水分處理下限時灌水至上限[12,18,22]）；因2016—2018 年降雨量較大導致蘋果樹II 期與III 期內(nèi)土壤水分無法降至重度虧缺狀態(tài)（S，40%θf～55%θf），故II 期與III 期無S 處理；另外，由于IV 期溫度迅速下降，該時期蘋果樹生理活動緩慢，因此在IV 期也沒有灌水，即在IV 期無灌溉處理；以全生育期充分灌溉（FI，土壤含水率85%θf～100%θf）與不灌水處理（NI）為對照組進行設計，共設置9 個處理，具體調(diào)虧灌溉試驗方案設計見表3。每個處理均隨機選取長勢良好、大小均一的3棵蘋果樹，并進行3 次重復，共選取了81 顆蘋果樹。試驗中每個處理間均設置了隔離行（各處理間空出2 列），所有處理均采用標準農(nóng)藝措施，如修剪，環(huán)剝，噴灑殺蟲劑和雜草控制等，各處理間除土壤水分調(diào)虧程度不一致外其他處理均相同。

表3 蘋果樹調(diào)虧灌溉試驗方案 Table 3 Experiment of regulated deficit irrigation for apple tree

4 月初以0.6 kg/棵 P2O5，0.5 kg/棵K2O，1 kg/棵有機肥（羊糞）作為基肥在距果樹主干30 cm 處以穴施方式加入，利用文丘里施肥器將0.33 kg/棵尿素溶于水通過SRI灌水器施入土壤；果實膨大初期（2016 年6 月20 日，2017年6 月16 日，2018 年6 月09 日）施加0.3 kg/棵K2O 及0.17 kg/棵尿素（含N 量46%）作為追肥形式施入[23-24]。試驗于蘋果樹樹干東側(cè)30 cm，埋深40 cm處布置一個SRI灌水器（PVC 材料），灌水時刻灌水器流量為5 L/h，其高20 cm，外徑為4 cm，流態(tài)指數(shù)約為0.5，處于紊流狀態(tài)，同一支管上首末灌水器工作壓力差值小于2%，壓力變化較小，灌水器出流量差別小于5%，因此各灌水器出流的均勻性較高（圖3）。

圖3 涌泉根灌示意圖 Fig.3 Schematic of surge root irrigation

1.3 觀測項目與方法

氣象數(shù)據(jù)通過試驗地全自動氣象站獲得，主要包括：溫度、空氣相對濕度、大氣壓強、太陽輻射強度、風速、風向、降雨量等。每隔1 min 測定1 次，每隔30 min 記錄1 次。

土壤含水率測定采用TRIME-T3 管式TDR 系統(tǒng)（德國IMKO 公司），距灌水器水平距離10、20、30 cm 處埋設TRIME 管，如圖3 所示，每隔10 cm 測定土壤含水率，直至深80 cm 為止，取其平均值，以確定灌水量。土壤含水率測定每7 d 進行1 次，當發(fā)現(xiàn)土壤含水率低于下限時進行灌水，高于下限則不灌水。

灌水量計算方法為

式中I 為灌水量，L；γ 為土壤容重，g/cm3；z 為計劃濕潤層深度，m；p 為濕潤比；S 為單棵面積，m2；θmax和θmin為土壤含水率上下限（占土質(zhì)量百分比）；η 為灌溉水利用系數(shù)。經(jīng)計算各處理的灌水量見表4。

表4 2016—2018 年蘋果樹各處理的灌水量 Table 4 Irrigation amount of each treatment of apple trees from 2016 to 2018

在蘋果樹東南西北4 個方位上下2 層共選取選8 個新梢，用標簽牌依次標上序號，用鋼卷尺每7 d 測1 次新梢長度，直至連續(xù)4 個觀測周期內(nèi)新梢不再生長時停止監(jiān)測。

收獲后立即對試驗處理中每個蘋果樹果實數(shù)量、質(zhì)量進行測定，得每處理單棵產(chǎn)量后換算每公頃產(chǎn)量。2016—2018 年實際收獲日期分別為10 月28 日、10 月24 日和10 月17 日。

果實成熟后對果實進行采樣測定品質(zhì)，每棵蘋果樹于東南西北方位上中下位置各取1 顆蘋果，共12 顆，分別測得單果質(zhì)量、優(yōu)果率、果實著色度、硬度、可溶性物質(zhì)含量、果實含水率、可溶性還原糖含量、有機酸、維生素C 等指標。利用Fruit Tester FT-327 型硬度計（意大利Fruit TestTM公司）測定樣品上中下3 個不同位置果實硬度，計算結(jié)果取平均值。使用游標卡尺測量每個果實的水平和縱向直徑，并將水平直徑（dd）用作蘋果等級劃分參數(shù)；根據(jù)當?shù)胤诸悾O果分為三級果（dd＜60 mm），二級果（60≤dd＜75 mm），一級果（75≤dd＜90 mm）和特級果（dd＞90 mm），其中一級果和特級果被定義為優(yōu)果。將果實樣品放置于室內(nèi)，在同等光照強度下對其進行拍照，將圖片利用Photoshop 軟件進行處理，選取蘋果著色區(qū)域后根據(jù)直方圖中得到紅色度R 值與亮度L 值，R/L 則能表示蘋果著色情況。采用烘干法測定果實含水率，先將新鮮水果在105℃下干燥30 min，然后在70℃下干燥直至質(zhì)量沒有變化。有機酸含量利用NaOH 滴定法，維生素C 含量使用2, 6-二氯靛酚試劑進行滴定，使用手持糖分儀測量可溶性物質(zhì)含量，并使用Fehling 試劑的熱滴定法測量可溶性還原糖含量。

作物耗水量（ET）計算方法為

式中ET 為作物耗水量，mm；ΔW 為2 次測量間隔土壤貯水量的減少量，mm；I 為灌水量，mm；Pr 為有效降雨量，mm；G 為地下水補給量，mm；D 為深層滲漏量，mm；R 為地表徑流，mm。

由于試驗地點地下水位在地表50 m 以下故不考慮地下水補給，即G=0；試驗灌水方式為SRI，灌水器流量較小，且灌水定額較低，灌水引起的深層滲漏可忽略不計，即D=0；地表徑流較小，故地表徑流R 可忽略，因此式（2）可簡化為

WUE 計算方法為

式中Y 為產(chǎn)量，kg/hm2。

1.4 統(tǒng)計分析

采用SPSS 21.0 統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析，每年的數(shù)據(jù)分別進行分析，利用最小顯著差數(shù)法（least significance difference，LSD）在顯著性水平0.05 上進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果樹各生育期耗水量

表5 為2016—2018 年不同水分虧缺條件下各生育階段蘋果樹的耗水量（ET）。從表5 可看出，2016—2018年全部處理中蘋果樹全生育期內(nèi)耗水量分別在

4590.74 ～7765.38 、 4770.36～7627.61 、 4874.69～7897.13 m3/hm2之間，調(diào)虧灌溉與NI 相比耗水量增長顯著，而其與FI 相比節(jié)水效果顯著，2016—2018 年節(jié)水幅度（（充分灌溉耗水量—調(diào)虧灌溉耗水量）/充分灌溉耗水量×100% ） 分 別 在 3.81%～32.77% 、 2.63%～22.80% 、6.03%～18.71%范圍內(nèi)，各處理下蘋果樹各生育階段耗水量依次為III 期＞II 期＞I 期＞IV 期。蘋果樹I 期耗水量約占全生育期耗水總量的5%～14%，II 期約占10%～20%，IV期約占5%～11%，而III 期耗水量占全生育期耗水總量的59%～71%，遠高于其他3 個生育階段，這可能是由于該時期氣溫高、太陽輻射強，促使蘋果樹果實發(fā)育及葉片快速生長，蒸騰蒸發(fā)作用較強，累積耗水量較大。

在蘋果樹某個生育階段進行水分虧缺時，水分虧缺程度大的處理在下一個階段復水后其耗水量越大，例如對蘋果樹III 期進行水分調(diào)虧時，在IV 期復水后，2016 年III-M處理的IV 期耗水量比III-L 處理增多了72.31%，2017 年增多了18.77%，2018 年增多了17.54%（P＜0.05）。

表5 2016—2018 年調(diào)虧灌溉處理下蘋果樹不同生育期內(nèi)耗水量（ET） Table 5 Evapotranspiration (ET) of apple tree in different growth period under regulated irrigation from 2016 to 2018 (m3.hm-2)

2.2 水分虧缺對蘋果樹新梢生長的影響

圖4 為水分虧缺條件下蘋果樹新梢長度隨生長時間的變化曲線，限于篇幅，僅列出2017 年。從圖4 可知，蘋果樹新梢生長均始于4 月底，新梢長度隨生長時間呈遞增趨勢，但其遞增速率逐漸減緩，于7 月中旬進入生長緩慢期。通過將調(diào)虧灌溉（I-L～III-M）的蘋果樹新梢長度與FI 對比，其新梢長度2016 年分別減少了9.9%、12.1%、18.0%、19.1%、29.2%、2.9%、8.8%，2017 年分別減少了13.9%、20.6%、23.8%、16.8%、32.1%、9.9%、5.7%，2018 年分別減少了10.3%、15.3%、16.9%、12.5%、24.0%、6.8%、8.2%，表明水分虧缺一定程度上抑制了蘋果樹新梢生長。

圖4 2017 年水分虧缺條件下蘋果樹新梢長度生長動態(tài) Fig.4 Effect of water deficit on length growth of apple new shoots in 2017

由圖4a 和圖4b 表明I 期與II 期水分虧缺條件下新梢長度均隨水分虧缺程度的增大而減小，由于I 期時間較短導致各虧缺處理間新梢長度差值較低；II 期進行水分調(diào)虧后（2016 年為5 月22 日，2017 年為5 月18 日，2018 年為5 月11 日），其II-L 處理和II-M 處理的新梢長度與FI 的差值增大，2016 年最終差值分別為10.6、16.2 cm，2017 年最終差值分別為8.5、16.2 cm，2018 年最終差值分別為7.2、13.8 cm，新梢長度差值明顯，可知II 期水分虧缺對新梢生長影響顯著。由圖4c 可知新梢長度由大到小依次為FI、III-L 處理、III-M 處理，III 期各處理間新梢長度差值均小于5.0 cm，表明III 期水分虧缺對新梢生長影響較小，這是由于III 期新梢生長速率減緩，葉面積指數(shù)達到最大值停止生長，水分消耗主要為果實生長發(fā)育，因此該時期水分虧缺對新梢長度影響較小

因此，可知水分虧缺對蘋果樹新梢長度的影響主要是在II 期，而I 期受水分虧缺的影響較小，III 期進行水分虧缺對其影響可忽略。

2.3. 水分虧缺對蘋果品質(zhì)的影響

涌泉根灌水分虧缺對蘋果品質(zhì)物理指標的影響如表6 所示。在蘋果樹不同生育階段設置水分虧缺處理影響果實硬度，不同水分虧缺處理之間的果實硬度存在差異。在2016—2018 年，水分虧缺下III-M 處理的果實硬度最高，分別為7.6、7.4 和7.3 kg/cm2，而FI 處理的果實硬度分別為6.3、6.1 和6.5 kg/cm2，表明果實硬度受水分虧缺影響較大。與FI 處理相比，在這3 a 的III 期（2018 年III-L處理除外）進行水分虧缺顯著增加果實硬度（P ＜0.05）。

表6 不同生育階段水分虧缺對蘋果物理指標和化學指標的影響 Table 6 Effect of water deficit at different growth stages on physical and chemical attributes of apples

2016—2018 年在不同的生育階段進行水分虧缺處理對果實著色度影響較小，而對單果質(zhì)量影響較大。在這3 a 中，I-L 和II-L 處理顯著增加了單果質(zhì)量（P＜0.05），與FI 處理相比，2016 年I-L 和II-L 處理后的單果質(zhì)量分別高4.17%和9.69%，2017 年分別高3.16%和4.40%，2018 年分別高7.93%和3.77%；I-M、I-S 和II-M 處理對單果質(zhì)量無顯著影響（P＜0.05）；在蘋果樹III 期設置水分虧缺導致蘋果單果質(zhì)量較低，其中M 處理單果質(zhì)量顯著降低（P＜0.05）。

從表6 還可看出，在不同生育階段進行水分虧缺處理影響蘋果優(yōu)果率。與FI 處理相比，III-L 和III-M 處理顯著降低了優(yōu)果率（P＜0.05），2016—2018 年分別降低了15.24%～20.36%、15.27%～18.45%、10.00%～15.08%；而2016 年II-M 處理、2017 年I-L、II-L 處理和2018 年II-L、II-M 處理的蘋果優(yōu)果率顯著提高（P＜0.05）。

涌泉根灌水分虧缺對對蘋果品質(zhì)化學指標的影響如表6。2016—2018 年的試驗結(jié)果表明，在蘋果樹II 期（2016年II-L 處理除外）和III 期設置水分虧缺處理顯著降低了果實含水率（P ＜ 0.05），但對I 期設置水分虧缺處理對果實含水率影響不顯著（P ＞ 0.05），而在蘋果樹III 期設置水分虧缺處理對果實含水率影響最大，與FI 處理相比，III-L 和III-M 處理使2016 年果實含水率分別降低4.26%和5.26%，2017 年果實含水率分別降低5.58%和10.07%，2018 年果實含水率分別降低6.77%和7.69%。

2016—2018 年中，I 期水分虧缺處理對可溶性物質(zhì)含量沒有顯著影響（P＞ 0.05），但II 期和III 期水分虧缺處理均顯著提高了可溶性物質(zhì)含量（P ＜0.05）。在2016—2018年的II 期和III 期（2016 年和2018 年III-L 處理除外）設置水分虧缺處理顯著影響可溶性還原糖含量（P ＜0.05），與FI 處理相比，II 期水分虧缺處理使可溶性還原糖含量2016年增長15.85%～28.34%，2017年增長15.42%～31.45%，2018 年增長18.51%～35.84%；3 a 來，II-M 處理其可溶性還原糖含量達到最大值，2016—2018 年分別為17.98%、17.64%、17.32%。水分虧缺處理對果實有機酸和VC含量的影響較小，蘋果中有機酸含量主要受呼吸作用及鉀肥的合理施用有關而受土壤水分的影響較小。

綜上，在蘋果樹不同生育階段適當?shù)乃痔澣碧幚韺⒂绊懝麑嵠焚|(zhì)。水分虧缺處理主要是提高了果實硬度、單果質(zhì)量、優(yōu)果率、可溶性物質(zhì)含量和可溶性還原糖含量，但降低了果實含水率，表明水分虧缺處理可以調(diào)節(jié)蘋果的品質(zhì)。在II 期進行水分虧缺處理使果實硬度略有增加，果實含水率略有下降，使這些蘋果更易儲存；另外，該時期水分虧缺處理使蘋果單果質(zhì)量、優(yōu)果率、可溶性物質(zhì)和可溶性還原糖含量均顯著提高，使蘋果更甜。因此，II期進行水分虧缺處理對蘋果品質(zhì)具有顯著的積極影響，其中II-M 處理效果最佳的，II-L 處理次之。

2.4 水分虧缺對蘋果樹產(chǎn)量及水分利用效率的影響

表7 為2016—2018 年不同水分虧缺條件下蘋果樹的產(chǎn)量及WUE。由表7 可知，蘋果產(chǎn)量與其耗水量兩者之間并非簡單呈正比關系，耗水量最高的FI 處理其蘋果產(chǎn)量并非最大值，3 a 中II-L 與II-M 處理的蘋果樹產(chǎn)量較FI 增產(chǎn)效果顯著（P＜0.05）。將2016—2018 年不同水分虧缺程度的蘋果產(chǎn)量與NI 處理進行比較，發(fā)現(xiàn)所有進行了灌水處理的產(chǎn)量均顯著高于NI 處理（P＜0.05），表明SRI 灌水后能有效提高蘋果樹產(chǎn)量。

通過比較2016—2018 年FI 處理與I-L、I-M、I-S 處理的蘋果產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，對蘋果樹I 期進行水分虧缺并不顯著影響蘋果產(chǎn)量（P＞0.05），該時期為蘋果樹營養(yǎng)器官生長初始階段，主要為花芽分化積蓄更多水分。而通過比較FI 處理與II-L、II-M 處理的蘋果產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，II 期水分虧缺的蘋果產(chǎn)量顯著高于FI 處理（P＜0.05），這是由于II-L和II-M 處理時水分虧缺狀況能有效抑制新梢與葉片的生長，有利于果實的形成。通過比較FI 處理與III-L、III-M處理的蘋果產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，在III 期對蘋果樹進行水分虧缺將減小蘋果樹產(chǎn)量，其中2016 年III-L 和III-M 處理的蘋果樹產(chǎn)量比FI 分別減少了10.89%、13.46%，2017 年分別減少了3.66%、10.10%，2018 年分別減少了10.58%、13.42%；這是由于III 期新梢生長速率減緩，葉面積指數(shù)達到最大值停止生長，水分消耗主要為果實生長發(fā)育，該時期水分虧缺對蘋果樹果實生長發(fā)育影響較為顯著，直接損害蘋果樹經(jīng)濟效益。

通過對表7 中的蘋果樹WUE 分析可知，蘋果樹的WUE 在II-L 和II-M 時最大，均大于7.00 kg/m3；耗水量最大的FI 處理和最小的NI 處理其WUE 最小，2016 年分別為6.13、5.03 kg/m3，2017 年分別為5.97、5.19 kg/m3，2018 年分別為5.69、4.91 kg/m3，均低于6.20 kg/m3。III-L和III-M 處理的蘋果樹其WUE 均處在較低水平，而II-L和II-M 處理的蘋果樹其WUE 均處在較高水平，其中II-M處理的WUE 最大。

表7 不周年份調(diào)虧灌溉下蘋果樹產(chǎn)量與水分利用效率 Table 7 Yield and water use efficiency (WUE) of apple trees under regulated deficit irrigation in different year

通過對蘋果樹產(chǎn)量和WUE 的比較可知，在III 期進行水分虧缺時，蘋果樹產(chǎn)量與WUE 均較低，因此不宜在蘋果樹III 期設置水分虧缺，應在該生育期保持充足的灌溉；在I 期進行L 和M 水分調(diào)虧灌溉時，蘋果樹產(chǎn)量與WUE 均不低于FI 處理，因此在蘋果樹I 期可進行適度的水分虧缺；然而最優(yōu)的進行水分虧缺的時期應是II 期，在該時期蘋果樹的產(chǎn)量及WUE 均達到最大值。

3 討 論

蘋果產(chǎn)量高、耐存儲、營養(yǎng)價值高，已成為人們主要 消費果類，然而由于其耗水量高于普通農(nóng)作物，不同生育期內(nèi)蘋果樹需水要求又較為嚴格，因此探尋蘋果耗水規(guī)律與生長效應具有重要意義。栗曉玲等[25]通過對滴灌條件下蘋果耗水規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)全生育期耗水量呈單峰型，郭小平等[26]以旱地富士蘋果為研究對象，干旱年耗水過程與栗曉玲等研究結(jié)果一致呈單峰型，6 月底—7 月初達到耗水強度峰值。本研究發(fā)現(xiàn)蘋果樹各生育階段耗水量依次為III 期＞II 期＞I 期＞IV 期，其中2016—2018 年III 期耗水量均占整個生育期耗水量的59%～71%，遠高于其他3 個生育階段，這與前面的研究結(jié)論相似。徐巧[27]對米脂縣蘋果需水規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)一般水文年的I 期和II 期及III 期前期均需進行補充灌溉，III 期后期及IV 期降雨量均能滿足蘋果樹需水量，無需進行灌溉，這與本文研究結(jié)果一致，因此本試驗方案中未在蘋果樹II 期與III 期內(nèi)設置重度虧缺處理（S，40%θf～55%θf），在IV 期未設置水分虧缺處理。

本研究發(fā)現(xiàn)水分虧缺一定程度上抑制了蘋果樹新梢生長，其中II 期水分虧缺對新梢生長影響顯著（P＜0.05）。Cui 等[28]研究了西北干旱區(qū)調(diào)虧灌溉對梨棗樹生態(tài)指標的影響，發(fā)現(xiàn)梨棗樹生育早期各虧水處理可明顯抑制樹體營養(yǎng)生長，這與本文結(jié)果一致，這是因為水分虧缺會改變果樹光合產(chǎn)物在根冠之間的分配，使根系得到更多同化產(chǎn)物，有利于后期的生長發(fā)育。另外，水分虧缺解除后，葉面積生長會逐漸恢復，耗水強度有明顯的補償效應，這一點本文研究結(jié)果也可證明，與此相似，寇丹等[9]通過對調(diào)虧灌溉條件下苜蓿耗水規(guī)律的研究也發(fā)現(xiàn)復水后存在明顯的補償效應。

本研究表明，RDI 能提高果實硬度，這與Cui 等[8,29]的結(jié)論相似，因為水分虧缺可使果肉細胞的擴大和分裂受到一定限制，使果肉細胞排列密度增大；果實硬度隨水分虧缺程度的增加而增加，這可能是因為SWC 不足會抑制生物酶的活性從而影響細胞壁纖維素和果膠的降解。RDI會降低水果最終的單果質(zhì)量與體積[8,18,29]，本研究發(fā)現(xiàn)I-L、I-M 和I-S 處理對蘋果單果質(zhì)量與果實體積影響較小，而III-L 和III-M 處理可使其明顯降低，原因可能是I 期水分虧缺明顯抑制果樹營養(yǎng)生長，為樹體的生殖生長積蓄重要能量[28]；同時，水分虧缺后的復水效應使經(jīng)歷虧水鍛煉的樹體產(chǎn)生“補償機制”，一定時段內(nèi)使光合速率大幅度提高[9]，更有利于樹體積蓄能量，所以I 期并未降低單果質(zhì)量與果實體積，而III 期是蘋果果肉細胞發(fā)育的重要時期，水分虧缺嚴重抑制果肉細胞的膨大，使單果質(zhì)量與果實體積均明顯下降。本研究中發(fā)現(xiàn)II 期水分虧缺增加了蘋果單果質(zhì)量與果實體積，這是因為II 期適當?shù)乃痔澣睍е禄ɡ俚牡蛑x，影響受粉過程的完成[30]，并引起幼果脫落，存活果實會有更多的養(yǎng)分與水分供給，從而增大單果質(zhì)量與果實體積，這與Ansari 等[31]的研究結(jié)果一致。Cui 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，水分虧缺增加了果實可溶性物質(zhì)含量和可溶性還原糖含量，這與本文的研究結(jié)果一致。Verreynne 等[32]指出水分虧缺處理可使小柑橘有機酸增加11%～13%，而本研究發(fā)現(xiàn)虧水處理對蘋果有機酸無明顯影響，這與Bussakorn 等[33]的研究結(jié)果一致，可見水分虧缺對果實有機酸影響會因水果品種不同而有較大差異。Cui 等[8,34]研究發(fā)現(xiàn)在水分虧缺可增加糖酸比，這與本文的研究結(jié)果一致，2016—2018 年間糖酸比的差異可能是由于3 a 中III 期的溫度差異和水分脅迫造成的，陳發(fā)興等[35]也指出了高溫和干旱將使果實糖酸比增加。

本研究發(fā)現(xiàn)II-L、II-M 水分虧缺時顯著提高蘋果樹產(chǎn)量（P＜0.05），與強敏敏等[18]認為適宜的水分虧缺對棗樹果實生長與產(chǎn)量有促進作用，且提高了水分利用率的結(jié)論一致，這是由于II 期土壤水分處于適度的水分虧缺狀況時能有效抑制新梢與葉片的生長，有利于果實的形成；并且Gucci 等[36]研究也認為在果樹II 期適宜的水分脅迫能抑制其營養(yǎng)器官的生長，有機物累積將由營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)向繁殖器官，用于果實生長相關的過程，但水分虧缺程度較高時易使植物細胞壁因失去彈性，導致果樹減產(chǎn)。

4 結(jié) 論

本研究以陜北黃土高原地區(qū)山地蘋果樹為研究對象，通過大田試驗，研究了涌泉根灌條件下水分虧缺對蘋果樹生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響，主要結(jié)論如下：

1）2016—2018 年蘋果樹各生育階段耗水量由大到小依次為III 期、II 期、I 期、IV 期，其中III 期耗水量占全生育期耗水總量的59%～71%，遠高于其他3 個生育階段。水分虧缺與充分灌溉處理相比節(jié)水效果顯著（P＜0.05），水分虧缺程度大的處理在下一個階段復水后其耗水量越大。

2）蘋果樹新梢長度隨生長時間呈遞增趨勢，但其遞增速率逐漸減緩，直至新梢長度保持不變。水分虧缺一定程度上抑制了蘋果樹新梢生長，新梢長度隨水分虧缺程度的加重而減小，其中II 期水分虧缺對新梢生長影響顯著（P＜0.05）。

3）水分虧缺處理可調(diào)節(jié)蘋果的品質(zhì)，在II 期進行水分虧缺處理使果實硬度略有增加，果實含水率略有下降，使這些蘋果更易儲存；另外，該時期水分虧缺處理使蘋果單果質(zhì)量、優(yōu)果率、可溶性物質(zhì)和可溶性還原糖含量均顯著提高，使蘋果更甜。

4）蘋果樹I 期進行水分虧缺對蘋果產(chǎn)量影響不顯著（P＞0.05），在III 期對蘋果樹進行水分虧缺顯著減小蘋果樹產(chǎn)量（P＜0.05），而在II 期進行水分虧缺顯著增產(chǎn)（P＜0.05），其中II-M 的蘋果產(chǎn)量及水分利用效率均達到最高水平，因此最優(yōu)的水分虧缺的處理應是開花坐果期中度虧缺。