蔣 宇，蘭 琦，趙豐云，郁松林，李鵬程，董明明，楊 湘，于 坤，趙寶龍

（1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆兵團(tuán)特色果蔬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832003；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆石河子 832003）

新疆地區(qū)是我國(guó)微灌面積最大的區(qū)域，占全國(guó)微灌面積的68%［1］，主要形式包括地表滴灌、微噴灌、涌泉灌（或小管出流灌）等［2］。截至2015年，新疆特色林果種植面積已突破133萬(wàn)hm2，但生產(chǎn)中現(xiàn)有的滴灌方式并不適用于新疆特色林果的生產(chǎn)［3］。如生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)地表滴灌較傳統(tǒng)漫灌節(jié)水效率大幅度提高，但由于灌水量減少，根系分布范圍變淺，對(duì)干旱、低溫逆境的抵御能力降低。新疆地區(qū)冬季凍土層較厚，根系上浮導(dǎo)致果樹(shù)凍害嚴(yán)重，造成果實(shí)品質(zhì)下降和產(chǎn)量降低，影響特色林果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［4］。生產(chǎn)中迫切需要建立1種新的節(jié)水模式和方法以適應(yīng)新疆地區(qū)林果的實(shí)際生產(chǎn)。

果樹(shù)滴灌節(jié)水研究已進(jìn)行了多年，但多集中于地表滴灌或灌溉模式研究［5-7］，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于地下滴灌（滲灌）在果樹(shù)方面的應(yīng)用研究較少。果樹(shù)作為多年生作物，地下滴灌1次鋪設(shè)多年使用的特點(diǎn)保證了其在果樹(shù)生產(chǎn)中應(yīng)用的廣闊前景。國(guó)外研究表明，地下滴灌較地表滴灌具有更加節(jié)水、提高水分利用效率、提高品質(zhì)的特點(diǎn)，在美國(guó)、西班牙等國(guó)家已進(jìn)入大面積推廣階段［8-9］。在我國(guó)由于地下滴灌（滲灌）系統(tǒng)造價(jià)較高、易堵塞、管理維護(hù)難度大、出水孔間距固定或較均勻，無(wú)法根據(jù)果樹(shù)株距進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整等因素而沒(méi)有大面積推廣［10］。于坤等根據(jù)干旱區(qū)果樹(shù)生產(chǎn)實(shí)際需求，為有效解決地表滴灌導(dǎo)致的根系上浮及普通地下滴灌堵塞問(wèn)題，將滴灌與“穴貯肥水技術(shù)”有機(jī)結(jié)合而開(kāi)發(fā)出的1項(xiàng)新的節(jié)水滴灌方法即地下穴貯滴灌，目前已獲國(guó)家專利授權(quán)［11］。但關(guān)于該技術(shù)與地表滴灌、膜下滴灌的田間比較試驗(yàn)尚未見(jiàn)報(bào)道。基于以上原因，本研究擬從新疆地區(qū)葡萄實(shí)際生產(chǎn)角度出發(fā)，通過(guò)連續(xù)2年田間試驗(yàn)，比較地表滴灌、膜下滴灌、地下穴貯滴灌3種不同滴灌方式對(duì)成齡紅地球葡萄生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的影響，篩選出適宜新疆干旱地區(qū)葡萄發(fā)展的較佳滴灌措施和方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2014、2015年在新疆石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站葡萄標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)園進(jìn)行，試驗(yàn)地區(qū)多年平均氣溫為6.5～7.2℃，無(wú)霜期為168～171 d，年日照時(shí)數(shù)為2 721～2 818 h。供試品種為鮮食葡萄紅地球，2004年定植，東西行向，行距2.7 m，株距1 m。葡萄架式為單籬架，置于葡萄樹(shù)南，灌水溝位于每行葡萄北側(cè)。沿葡萄行每隔8 m豎立水泥支柱，其上拉3道鐵絲，葡萄架高約為1.5 m。試驗(yàn)設(shè)地表滴灌、膜下滴灌和地下穴貯滴灌3種滴灌方式。每個(gè)小區(qū)面積為2.7 m×16 m，約15～20株葡萄植株，各小區(qū)隨機(jī)分布。每小區(qū)每行葡萄灌水溝中央設(shè)置1條滴灌帶，每條滴灌帶與主管連接處由開(kāi)關(guān)與水表控制。

1.2 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)以10年生紅地球葡萄為試驗(yàn)材料，設(shè)地表滴灌、膜下滴灌和地下穴貯滴灌3種滴灌方式。以地表滴灌單次灌水量為標(biāo)準(zhǔn)，膜下滴灌、地下穴貯滴灌灌水量分別為地表滴灌的70%，共3個(gè)處理，3次重復(fù)，9個(gè)小區(qū)。每小區(qū)每行葡萄灌水溝中央設(shè)置1條滴灌帶，每條滴灌帶與主管連接處由開(kāi)關(guān)與水表控制。地下穴貯滴灌（SDI，圖1）采用新疆惠利節(jié)水工程公司生產(chǎn)的Ф20 mm PE（聚乙烯）管作主管、Ф4/7毛管作進(jìn)水支管，毛管與進(jìn)水支管連接穩(wěn)流器（壓力補(bǔ)償式滴頭，4 L·h）以穩(wěn)定水流。地下穴貯滴灌（SDI）透水小桶為直徑18 cm、高15 cm的PVC（聚氯乙烯）管，PVC管上部密封留有進(jìn)水孔，管下部0～8 cm處均勻分布3行直徑為0.5 cm的微孔，透水小桶外壁與植株距離為15 cm，上部與地面距離為20 cm；地表滴灌（DI）所用主管和滴頭與地下穴貯滴灌一致，每株1個(gè)滴頭，滴頭與植株距離25 cm，用別針固定。地下穴貯滴灌系統(tǒng)鋪設(shè)于2014年5月20日，鑒于試驗(yàn)擾動(dòng)過(guò)大，2014年做預(yù)試驗(yàn)，本研究對(duì)2015年的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。

根據(jù)葡萄各生育期的需水規(guī)律確定灌水次數(shù)、灌水周期和灌水量，葡萄的灌水次數(shù)和灌水周期是以各生育階段的土壤相對(duì)含水率下限值來(lái)確定的。為保證觀測(cè)資料的準(zhǔn)確可靠性，試驗(yàn)采用在田間安裝水分測(cè)定儀結(jié)合取土烘干法觀測(cè)土壤含水量變化，能夠及時(shí)反映土壤含水量的變化情況，根據(jù)葡萄需水情況，確定灌水定額和灌概周期。萌芽期—開(kāi)花期：土壤相對(duì)含水率上、下限分別取土壤含水率（38%）的90%和65%；果實(shí)膨大期：土壤相對(duì)含水率上、下限分別取土壤含水率（38%）的90%和70%；結(jié)果期：土壤相對(duì)含水率上、下限分別取土壤含水率（38%）的90%和55%，2015年灌水量如表1所示。

表1 紅地球葡萄不同生長(zhǎng)期灌水量分配（2015年）

1.2.1 植株生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定 分別對(duì)3種不同的處理隨機(jī)選取各3株長(zhǎng)勢(shì)相同的葡萄，在試驗(yàn)的5月16日、6月21日和9月30日測(cè)量葡萄枝的莖粗（植株的第5、6、7節(jié)）、節(jié)間距和分枝。當(dāng)果實(shí)開(kāi)始發(fā)育時(shí)，開(kāi)始計(jì)算果穗的數(shù)量并前后進(jìn)行比較。

1.2.2 光合指標(biāo)的測(cè)定 采用LI6400便攜式光合作用測(cè)定儀，測(cè)定葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間二氧化碳濃度（Ci）。選擇晴朗無(wú)云的天氣測(cè)定，于每株葡萄外圍光照充足部位（分別是植株的底部、中部和上部重復(fù)3次）選取正常生長(zhǎng)的新梢第3～5張葉片并做好標(biāo)記。每個(gè)處理均選3株，取平均值。

1.2.3 果穗、果粒大小的測(cè)定 果實(shí)完全成熟時(shí)，每個(gè)處理小區(qū)隨機(jī)選擇5株有代表性的植株，從每株上選取10個(gè)果穗測(cè)果穗質(zhì)量，計(jì)算平均值；從每個(gè)果穗的上、中、下3個(gè)部位各取1粒果實(shí)，共計(jì)20粒，再用游標(biāo)卡尺測(cè)量果粒的橫徑和縱徑，用電子天平測(cè)量果粒質(zhì)量，計(jì)算其平均值；用GY-1型水果硬度計(jì)測(cè)量果粒硬度，計(jì)算其平均值。

1.2.4 果實(shí)品質(zhì)的測(cè)定 每個(gè)處理小區(qū)隨機(jī)選擇5株有代表性的植株，按上、中、下3個(gè)部位隨機(jī)選擇10個(gè)果穗。采用GB/T 5009.7—2008《食品中還原糖的測(cè)定》中的直接滴定法測(cè)量果實(shí)的還原糖含量，結(jié)果以葡萄糖計(jì)。用滴定法測(cè)量果實(shí)的總酸含量，結(jié)果以酒石酸計(jì)。

1.2.5 根系測(cè)定 取根采用米字形取根法（圖2），按A、B、C 3個(gè)方向取根。根系指標(biāo)以10 cm為1層（0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、60～70、70～80、80～90 cm），分層挖出每層全部土體土，迅速收集、撿出根系、洗凈。用根系掃描儀掃描根系，利用圖像分析軟件（WinRHIZO，Canada）對(duì)掃描根系圖像進(jìn)行分析，獲得有效根表面積（cm2）、有效根體積（cm3）、根長(zhǎng)（cm）、根尖數(shù)和根系直徑（mm），掃描后將根系在80℃條件下烘干至恒質(zhì)量后稱量，獲得根系質(zhì)量。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理與分析 采用Microsoft Excel 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，采用DPS 7.5和SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)植株生物量和根系形態(tài)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（LSD法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌方式對(duì)葡萄生長(zhǎng)發(fā)育的影響

由圖3可知，紅地球葡萄莖粗、節(jié)間距在5—6月變化幅度明顯，而6—9月莖粗、節(jié)間距變化不大。5月16日與6月21日，DI處理的莖粗最大，SDI處理最小。9月30日葡萄節(jié)間距以DI處理最高，MDI處理最低，DI處理分別比MDI、SDI處理高21.5%、17.6%，DI處理與SDI、MDI處理間均差異顯著，MDI與SDI處理間差異不顯著。

2.2 不同滴灌方式對(duì)葡萄光合速率、水分利用速率的影響

滴灌方式對(duì)葡萄不同部位葉片光合特性的影響不盡相同（表2）。灌水后2 d，3種滴灌方式條件下葡萄葉片凈光合速率呈“上高、中低、下高”的趨勢(shì)；灌水后11 d，葡萄不同部位葉片凈光合速率雖有差異，但趨于一致。由表2還可看出，灌水后2 d，DI處理葡萄上下部葉片凈光合速率均明顯高于SDI、MDI處理；灌水后11 d，DI處理上部葉片凈光合速率與SDI、MDI處理間差異不大，中下部葉片凈光合速率均顯著低于SDI、MDI處理。對(duì)瞬時(shí)水分利用效率的分析表明，灌水后2 d，DI處理葡萄葉片上下部葉片瞬時(shí)水分利用效率顯著高于SDI、MDI處理。灌水后11 d，各處理間葉片瞬時(shí)水分利用效率雖有差異，但不規(guī)律。對(duì)氣孔導(dǎo)度的分析表明，MDI處理的氣孔導(dǎo)度在灌水后11 d均低于DI、SDI處理。

表2 滴灌方式對(duì)北疆紅地球葡萄光合速率、水分利用效率的影響

2.3 滴灌方式對(duì)產(chǎn)量及水分利用效率的影響

由表3可知，MDI處理穗質(zhì)量和粒質(zhì)量在3種滴灌方式中最大，SDI處理最小，其中MDI處理穗質(zhì)量、粒質(zhì)量分別比DI處理高11.0%、2.56%，比SDI處理高21.3%、10.4%；果粒的橫徑和縱徑在3種滴灌方式下差異并不大。由表3亦可看出3種滴灌方式對(duì)果實(shí)產(chǎn)量的影響并不大，但對(duì)于水分利用效率有較大影響，MDI、SDI處理水分利用效率分別比DI處理高35.2%、30.6%。

2.4 滴灌方式對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

由表4可以看出，不同滴灌方式對(duì)葡萄果實(shí)含糖量的影響較為顯著，9月18日DI處理含糖量顯著高于SDI和MDI處理，10月3日MDI與DI處理的果實(shí)含糖量均顯著高于SDI處理。9月18日不同滴灌方式中以SDI處理的總酸含量最高，10月3日以MDI處理的總酸含量最高，但糖酸比與SDI處理差異不大。對(duì)于果實(shí)硬度，9月18日SDI、DI處理下的果實(shí)硬度顯著高于MDI處理，10月3日以DI處理的果實(shí)硬度最大，SDI、MDI處理差異不顯著。果實(shí)果皮的葉綠素含量在9月18日DI處理分別比SDI、MDI處理高35.7%、46.2%，10月3日MDI處理顯著低于DI、SDI處理。

2.5 滴灌方式對(duì)葡萄根系分布的影響

由圖4、圖5可以看出，在水平分布上，SDI、MDI、DI處理的灌水側(cè)根系長(zhǎng)度、根表面積指數(shù)均大于未灌水側(cè)，距離灌水點(diǎn)越遠(yuǎn)各處理的根系長(zhǎng)度、根表面積越來(lái)越少，SDI與DI、MDI處理最大差異主要表現(xiàn)為在未灌水側(cè)根系亦有一定范圍的分布。在垂直分布上，DI處理根系長(zhǎng)度、根表面積指數(shù)在土層深度0～30 cm分布較多，隨著土層深度的加深，根系數(shù)量逐步減少；MDI處理根系長(zhǎng)度、根表面積指數(shù)在土層深度30～60 cm顯著高于0～30、60～90 cm土層，且主要分布于灌水側(cè)；SDI處理根系長(zhǎng)度、根表面積指數(shù)在各土層深度分布比較均衡。

表3 不同滴灌方式對(duì)果穗、果粒大小的影響

表4 不同滴灌方式對(duì)果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的影響

3 討論

3.1 滴灌方式對(duì)紅地球葡萄植株生長(zhǎng)及果實(shí)品質(zhì)的影響

滴灌與傳統(tǒng)灌溉方式的本質(zhì)區(qū)別是改變了水的供給方式，使灌溉由向“土壤供水”轉(zhuǎn)為向“植株供水”，通過(guò)滴灌可精準(zhǔn)地根據(jù)植物的生長(zhǎng)確定適宜的水分供給，以最高效的方式獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量［8］。地表滴灌、地下滴灌（滲灌）作為目前滴灌節(jié)水的主要方法［12］，其滴灌方式的改變不僅改變了灌溉植物根系的分布、構(gòu)型，而且改變了植物根系對(duì)水分的吸收和利用效率［13］，不同空間和時(shí)間內(nèi)土壤含水量和根系分布的不同必然引起植株地上部產(chǎn)生相應(yīng)的變化。在本研究中，3種滴灌方式對(duì)紅地球葡萄生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)形成的影響不盡相同，DI與SDI、MDI處理相比能在生育期早期促使葡萄盡快生長(zhǎng)，SDI較MDI、DI處理能夠促使新梢加粗，在節(jié)水方面MDI、SDI處理水分利用效率分別比DI處理高35%、30.6%，表現(xiàn)出明顯的節(jié)水優(yōu)勢(shì)。Ayars等研究發(fā)現(xiàn)，地下滴灌較地表滴灌能有效提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)［9］，但在本研究中發(fā)現(xiàn)，在果實(shí)產(chǎn)量及果實(shí)大小方面3種滴灌方式間的差異并不大，這可能與試驗(yàn)設(shè)計(jì)中灌水量的分配有關(guān)。從本研究結(jié)果亦可看出，在果實(shí)色澤調(diào)控方面，MDI較DI、SDI處理表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，這可能與MDI處理地表覆膜，增加了地表光反射強(qiáng)度有關(guān)。

3.2 滴灌方式對(duì)紅地球葡萄根系分布的影響

根系功能不僅取決于根系生物量及其生理特性，還取決于它們的空間分布［14-15］。在干旱、半干旱地區(qū)，深層根系越多，植株越容易從土壤深層獲取水分和養(yǎng)分，其對(duì)抗逆境的適應(yīng)性越強(qiáng)［16］。在小麥上的模擬結(jié)果表明，更多有效的深層根系有利于促進(jìn)植株對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收［17］。在短期或長(zhǎng)期干旱條件下，深層根系有利于植株抵抗干旱脅迫，促進(jìn)植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成［18-19］，因此增加根系在深層土壤的分布對(duì)促進(jìn)深層土壤水分吸收、提高產(chǎn)量尤為重要。Carmi等發(fā)現(xiàn)，地表滴灌下的棉花根系缺乏深扎能力，抗旱性較差，而地下滴灌的棉花根系向下層發(fā)展［20］，本研究結(jié)果中紅地球葡萄根系多分布在0～90 cm土層，其中DI處理在土層深度0～30 cm處根系較為發(fā)達(dá)，MDI處理在土層深度30～60 cm處有較多根系，SDI處理根系在土層中分布比較均勻，這說(shuō)明釆用地表滴灌后會(huì)出現(xiàn)根系上移的現(xiàn)象。近年研究發(fā)現(xiàn)，根系上移是導(dǎo)致葡萄冬季凍害的重要原因之一。根系生長(zhǎng)有較強(qiáng)的趨水性，植株吸收水分最先從近樹(shù)干濕潤(rùn)區(qū)域獲取，然后依次從其他土層吸取可利用的水分［21-22］。本研究發(fā)現(xiàn)在滴灌帶鋪設(shè)側(cè)，紅地球葡萄根系有較多分布，在未鋪設(shè)側(cè)，葡萄根系顯著減少，表明葡萄作為多年生果樹(shù)，單側(cè)鋪設(shè)滴灌帶可能對(duì)葡萄根系分布帶來(lái)不可逆的變化，影響葡萄的可持續(xù)生產(chǎn)能力。

4 結(jié)論

MDI、SDI處理在較DI處理分別節(jié)水35.2%、30.6%的基礎(chǔ)上，葡萄生長(zhǎng)及產(chǎn)量并沒(méi)有顯著降低。不同滴灌方式處理對(duì)葡萄根層根系的分布有較明顯的影響，在根系水平分布上DI、MDI、SDI處理均表現(xiàn)出灌水側(cè)根系顯著高于未灌水側(cè)；在根系垂直分布上，MDI處理根系長(zhǎng)度、根表面積指數(shù)在土層深度30～60 cm顯著高于0～30、60～90 cm土層，SDI處理根系長(zhǎng)度、根表面積指數(shù)在各土層深度的分布比較均衡。

在果實(shí)品質(zhì)調(diào)控方面，MDI較DI處理能較早促進(jìn)果實(shí)著色，SDI處理并沒(méi)有表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，這可能與在整個(gè)灌水周期中灌水量的分配有較大關(guān)系，此方面尚需進(jìn)一步研究。