李鴻平，陳昱辛，崔寧博，高 維

(1. 四川大學水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室，成都 610065；2.四川大學水利水電學院，成都 610065；3.河北潤農(nóng)節(jié)水科技股份有限公司，河北 唐山 064100)

0 引 言

柑橘(Citrus)是世界產(chǎn)量第一大水果，我國柑橘種植面積居世界首位，2016 年中國柑橘種植面積255.667萬hm2，年產(chǎn)量達3617萬t[1]，四川省是中國柑橘生產(chǎn)大省，柑橘栽培面積 25.32 萬hm2，年產(chǎn)量達292.9萬t，但近年來頻發(fā)的季節(jié)干旱與粗放式水肥管理導致其品質(zhì)較低、產(chǎn)量不穩(wěn)定。調(diào)控虧水度灌溉,即調(diào)虧灌溉(Regulated deficit irrigation, RDI)是一種在非充分灌溉 (Non-full irrigation)或限水灌溉(Limited irrigation)基礎(chǔ)上延伸出的節(jié)水灌溉技術(shù)[2]。RDI是在作物特定生長階段施加水分脅迫，以調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物在其不同器官的分配比例，抑制其過盛的營養(yǎng)生長，促進其生殖生長[3],研究表明RDI可提高水果產(chǎn)量、提高水分利用效率并改善果實品質(zhì)等[4-6]。有研究認為水分虧缺處理可有效地抑制果樹的營養(yǎng)生長，促進果實生長[3,7,8]；Panigrahi等[9]對金諾橘的研究發(fā)現(xiàn)當灌溉水量是充分灌溉的1/2時，其產(chǎn)量最高，較充分灌溉提高30%；李晶等[10]對葡萄、Víctor Blanco等[11]對甜櫻桃以及Cuevas等[12]對枇杷的研究結(jié)果均表明水分虧缺不會導致果樹產(chǎn)量減小，同時可以提高水分利用效率。

滴灌是一種有效的節(jié)水灌溉方式，灌溉水的有效利用率可達90%以上，同時可以結(jié)合施肥，提高肥效，是一種適宜果樹的灌溉方式[13]。但目前灌水器一般工作壓力水頭為 10 m 左右，導致了較高的工程造價和大量的能量浪費，而低壓滴灌系統(tǒng)既能夠滿足灌溉要求, 又能避免過多能量浪費，是一種能量優(yōu)化利用的經(jīng)濟節(jié)能灌溉系統(tǒng)[14]，具有明顯的推廣意義。

目前對于虧缺灌溉的研究很少涉及低壓滴灌這種灌溉方式，而本文正是研究低壓滴灌下柑橘果實生長、產(chǎn)量和水分利用效率對水分虧缺的響應(yīng)規(guī)律，以期為山丘區(qū)的柑橘種植提供節(jié)水、豐產(chǎn)和增收的管理方式和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2017年4月-2018年1月在四川省成都市蒲江縣長林農(nóng)場(海拔544 m，30.32°N，103.43°E)避雨棚內(nèi)進行，試驗地土壤類型為黃壤土，平均體積質(zhì)量為1.45 g/cm3，田間持水量為26.13%(體積含水率)。試驗區(qū)位于成都平原腹地，屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，年平均氣溫16.3 ℃，平均相對濕度87.84%，年平均風速1.67 m/s，年平均降水量1 196.2 mm。

1.2 試驗設(shè)計

供試柑橘品種為8年生“不知火”，株高為2.8～3.0 m，株徑約為10 cm，株行距為2.5 m×3.0 m，根據(jù)其主要生育特征，將其生育期劃分為抽梢開花期(Ⅰ期，4月上旬-4月下旬)、幼果期(Ⅱ期，5月上旬-6月下旬)、果實膨大期(Ⅲ期，7月上旬-10月下旬)和果實成熟期(Ⅳ期，11上旬-次年1月下旬)4個生育期。試驗分別在Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期和Ⅳ期設(shè)置輕度虧水、中度虧水、偏重度虧水和重度虧水處理，單次灌水量分別為對照(CK)的85%(LD)、70%(MD1)、55%(MD2)和 40%(SD)，設(shè)置1個對照處理(CK)。根據(jù)調(diào)查，適宜“不知火”生長的土壤含水率為田間持水量(θfc)的60%～80%，故將土壤含水率下限定為60%θfc，當CK的土壤含水率接近下限時，各處理同時灌水，計劃濕潤層為0.6 m，設(shè)計濕潤比為0.5，根據(jù)柑橘各生育期的耗水規(guī)律和2016-2017年的實驗結(jié)果確定了不同生育期CK的灌水定額，4個生育期各處理灌水定額見表1，各生育期灌水次數(shù)見表2。試驗采用低壓滴灌水肥一體化系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的工作水頭為12 m左右，每2棵樹為1個處理小區(qū)，共計51個處理小區(qū)，每個處理有2條圍繞果樹環(huán)形布置的滴灌管，每根滴灌管上環(huán)繞果樹根區(qū)的部分等距離內(nèi)嵌10個滴頭(即每棵樹10個滴頭)，滴灌采用以色列進口Dripnet PC壓力補償式滴灌管，滴頭為迷宮式壓力補償?shù)晤^，設(shè)計工作水頭為3 m，流量為1.6 L/h。并在每個小區(qū)的支管進口(支管末端連接著滴灌管)設(shè)置精量水表和閥門用于控制灌水量。試驗各小區(qū)間用埋深1 m的硬塑料薄膜相隔，防止處理間側(cè)向水分運移的影響，以3.6 m高透光薄膜電動防雨棚作為避雨設(shè)施，試驗區(qū)地下水埋深12 m，地下水對試驗無影響，其他田間管理措施均相同。

表1 低壓滴灌柑橘不同生育期水分虧缺處理灌水定額 m3/hm2

表2 低壓滴灌柑橘不同生育期水分虧缺處理灌水次數(shù)情況

1.3 測定指標及方法

土壤含水量測定：測定土壤重量含水率采用取土烘干法測定，整個生育期內(nèi)每10 d 用直徑4 cm的土鉆取一次，每10 cm取一次，取至60 cm土層，每個處理取3次，取平均值。

柑橘果實體積和生長速率測定：果實橫、縱徑的測定自幼果期開始，每棵樹選取各方向的長勢基本相同(高度基本一致，所在枝條均為2016年長出，掛果數(shù)均為2個)的果實共4個，柑橘果實近似看為球體，每次測量果實中心直徑3次(分別計為D1、D2、D3)，再將所測的3個值取平均作為實際橫徑(D=(D1+D2+D3)/3)，果實體積采用球體體積計算公式，果實體積之差為兩次調(diào)查期間果實體積生長量，并將其折算為每天生長量，即果實體積生長速率，記為Vf(cm3/d)。

耗水量的計算：耗水量采用水量平衡法計算：

ET=I-Pr+U-Rf-D+W0-Wf

(1)

式中：ET為果樹耗水量，mm；I為灌水量，mm；Pr為有效降雨量，mm；U為地下水補給量 mm；Rf為地表徑流量，mm；D為深層滲漏量，mm；W0和Wf分別為時段初和時段末的土壤儲水量， mm；因為試驗在避雨棚內(nèi)進行，因此無降雨和徑流量產(chǎn)生，因為該地區(qū)地下水埋深在地表12 m以下，忽略地下水補給和深層滲漏，故Pr=0，Rf=0，U=0，D=0。因此，式(1)可以簡化為：

ET=I+W0-Wf

(2)

產(chǎn)量測定：摘取各處理每棵樹上的所有果子，放到電子秤上測量。

作物水分利用效率(WUEET)為產(chǎn)量與耗水量的比值，kg/m3。

采用SPSS19.0軟件的單因素方差法(Analysis of Variance，ANOVA)進行差異顯著性檢驗，文中圖表在Microsoft Excel 2016 繪制。

2 結(jié)果和分析

2.1 低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘果實生長發(fā)育的影響

圖1為低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘果實體積(V)、體積生長速率(Vf)的影響。如圖所示，柑橘果實的主要發(fā)育期為5月中旬至12月下旬，V呈“S”型發(fā)育，Vf呈雙峰型，峰值分別出現(xiàn)在6月下旬和9月上旬。在幼果期，Vf先基本保持約0.8 cm3/d的速率，在6月份迅速增大，并在6月20號時達到峰值，之后緩慢減?。辉诠麑嵟虼笃?，Vf先緩慢減小，在8月初迅速增大，9月中旬達到了峰值，然后減?。贿M入果實成熟期后，Vf迅速減小，V趨于穩(wěn)定，最終不同處理的果實體積為280.43～402.34 cm3。

Ⅰ期不同虧水處理的柑橘在Ⅱ期的Vf均高于對照，且隨著虧水度加劇而增大，在Ⅱ期，Ⅰ-SD處理下柑橘Vf最大，為1.67 cm3/d，較CK處理增大了37.8%，差異達極顯著水平(P<0.01)；Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理的Vf分別為1.45、1.43和1.40 cm3/d較CK處理分別增大19.8%、18.2%和15.7%，與CK處理間差異顯著(P<0.05)。在Ⅰ期進行虧水處理的柑橘Vf進入Ⅲ期后差異逐漸變小，柑橘生長并無明顯差異。說明在Ⅰ期對柑橘進行虧水處理，隨著在Ⅱ期解除水分脅迫后，具有良好的復水補償效應(yīng)，且復水補償效應(yīng)隨虧水度加劇而增加，其中Ⅰ-SD處理果實體積為402.3 cm3，較CK增大了8.5%，差異顯著(P<0.05)；Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理分別較CK增大2.9% 、0.9%和0.4%，與CK處理無顯著差異。

圖1 低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘果實體積、生長速率的影響

Ⅱ期不同虧水處理的柑橘Vf在Ⅱ期隨虧水度加劇呈減小的趨勢，Ⅱ-LD處理的Vf為1.120 m3/d，較CK處理減小1.2%，與CK處理無顯著差異(P>0.05)；Ⅱ-MD1、Ⅱ-MD2和Ⅱ-SD處理為1.057、0.902和0.837 m3/d，較CK處理減小13.2%、25.6%和31.0%，與CK處理差異顯著(P<0.05)。進入Ⅲ期后,隨著灌水恢復到對照水平，Ⅱ-LD和Ⅱ-MD1處理的柑橘，在7月份的Vf分別為1.883和1.907 cm3/d，較CK處理增大8.9%和10.0%，與CK處理差異顯著(P<0.05)，Ⅱ-MD2和Ⅱ-SD與CK處理間無明顯差異(P>0.05)。在Ⅱ期進行虧水處理的柑橘，Vf在進入8月后無明顯差異。說明在Ⅱ期進行輕度和中度水分虧缺不會明顯抑制柑橘果實的生長，并在恢復正常灌水后，有一定的復水補償效應(yīng)；Ⅱ-MD2和Ⅱ-SD處理會抑制柑橘果實在Ⅱ期的生長，并且不會出現(xiàn)復水補償效應(yīng)。Ⅱ-LD處理的柑橘果實最終體積為381.17 cm3，較CK增大2.8%，差異不顯著(P>0.05)；Ⅱ-SD處理為347.88 cm3，較CK減小6.2%，與CK處理差異顯著(P<0.05)。

Ⅲ期不同虧水處理的柑橘Vf在Ⅲ期隨虧水加劇而減小，Ⅲ-LD、Ⅲ-MD1、Ⅲ-MD2和Ⅲ-SD處理的Vf分別為1.837、1.672、1.524和1.344 cm3/d，分別較CK處理減小7%、15.4%、22.9%和32.0%，與CK處理差異顯著(P<0.05)。進入Ⅳ期后，灌水恢復到對照水平后，Ⅲ-MD1和Ⅲ-LD處理的柑橘在Ⅳ期的Vf分別為0.896和0.881 cm3/d，較CK處理增大18.0%和16.0%，與CK處理差異顯著(P<0.05)，出現(xiàn)明顯的復水補償效應(yīng)。Ⅲ-SD、Ⅲ-MD2和Ⅲ-MD1處理的柑橘果實最終體積分別為280.43、313.75和334.71 cm3，較CK處理減小24.4%、15.4%和9.7%，與CK間差異顯著(P<0.05)。由于Ⅲ期是果實生長的最重要時期，且生育期較長，因此從柑橘果實生長角度來看，僅適合對柑橘進行輕度的虧水處理。

柑橘果實在Ⅳ期生長緩慢，Ⅳ期不同虧水處理間的柑橘Vf在Ⅳ期隨虧水度加劇而減小，其中Ⅳ-SD和Ⅳ-MD2處理的柑橘在Ⅳ期的Vf分別為0.636、0.562 cm3/d，較CK處理減小16.39%和26.1%，與CK處理差異顯著(P<0.05)。最終Ⅳ-SD的果實體積為346.27 cm3，較CK處理減小6.6%，與CK處理間差異顯著(P<0.05)；Ⅳ-MD2、Ⅳ-MD1 和Ⅳ-LD的果實體積為360.00、370.19和371.41 cm3，與CK處理間并無明顯差異(P>0.05)。說明在Ⅳ期柑橘果實生長減緩，進行適度虧水(LD、MD1和MD2)處理并不會影響柑橘果實的最終體積。

2.2 低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘產(chǎn)量及水分利用效率的影響

表3為低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘耗水量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響。如表4所示，在Ⅰ期進行虧水處理后，各處理耗水量隨虧水度加劇逐漸降低，但由于Ⅰ期時間較短，各處理較CK處理耗水量下降程度并不明顯。Ⅰ-SD、Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理產(chǎn)量分別為35 637.45、40 101.90、40 910.70、40 127.10 kg/hm2，與CK處理(38 929.95 kg/hm2)相比，Ⅰ-SD處理產(chǎn)量降低8.5%，Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理產(chǎn)量分別增加3.0%、5.1%和3.1%。Ⅰ-MD2、Ⅰ-MD1和Ⅰ-LD處理的WUEET較CK處理提高4.4%、5.5%和2.8%。

表3 低壓滴灌不同生育期水分虧缺對柑橘耗水量、產(chǎn)量

在Ⅱ期進行虧水處理后，各處理耗水量隨著虧水度加劇而降低，Ⅱ-SD、Ⅱ-MD2、Ⅱ-MD1和Ⅱ-LD較CK處理分別下降9.2%、6.6%、4.1%和1.9%。虧水程度較重的Ⅱ-SD和Ⅱ-MD2處理產(chǎn)量分別為32 890.35和33 528.75 kg/hm2較CK處理降低15.5%和13.9%，Ⅱ-MD1和Ⅱ-LD處理產(chǎn)量與CK處理無明顯差異。故Ⅱ-MD1和Ⅱ-LD處理的WUEET分別為5.57和5.61 kg/m3，較CK處理均有提高。

在Ⅲ期進行虧水處理后，各處理耗水量隨著虧水度加劇而降低，Ⅲ-SD、Ⅲ-MD2、Ⅲ-MD1和Ⅲ-LD較CK處理分別下降33.4%、24.9%、16.6%和8.4%；與CK處理相比，各虧水處理產(chǎn)量隨虧水度加劇而下降，Ⅲ-SD、Ⅲ-MD2、Ⅲ-MD1和Ⅲ-LD處理的產(chǎn)量分別為29 443.05、32 005.80、35 581.05和37 448.55 kg/hm2，較CK處理下降24.4%、17.8%、8.6%和3.8%，這表明在果實膨大期柑橘對水分的響應(yīng)比較敏感，水分虧缺會直接導致減產(chǎn)。Ⅲ期各處理的WUEET較CK處理均有所提高，且隨虧水度加劇而上升，在Ⅲ-SD處理下達到峰值為6.16 kg/m3。雖然在Ⅲ期進行虧水處理會使WUEET顯著提高，但是同時會導致果子發(fā)育不良，果子體積小，產(chǎn)量嚴重降低，因此在Ⅲ期僅適合進行輕度虧水處理或者充分灌溉。

在Ⅳ期進行虧水處理后，各處理耗水量隨虧水度加劇而下降，Ⅳ-SD、Ⅳ-MD2、Ⅳ-MD1和Ⅳ-LD較CK處理分別降低15.3%、11.4%、7.9%和3.7%；Ⅳ-SD處理產(chǎn)量較CK處理降低12.0%，其余處理產(chǎn)量與CK處理間并無明顯差異。故各虧水處理WUEET均較CK處理明顯提高，其中在Ⅳ-MD2處理下達到峰值為5.92 kg/m3。

3 討 論

本研究表明在Ⅰ期進行水分虧缺處理的柑橘，在Ⅱ期恢復充分灌水后，均會使柑橘Vf在Ⅱ期大于CK處理，且隨虧水度加劇呈增大趨勢,娟等對紅棗[15]的生長研究也發(fā)現(xiàn)了類似規(guī)律。雖然Ⅰ-SD處理的果實最終體積分別較CK處理增大8.5%，但產(chǎn)量卻降低8.5%，這是因為在Ⅰ期進行重度水分虧缺，會導致坐果率的降低，從而直接影響產(chǎn)量，這與強薇等[16]對核桃的研究結(jié)果一致。但適度的水分虧缺不會導致坐果率降低，反而可以抑制果樹的營養(yǎng)生長，水分脅迫解除后還能促進果實生長，增大果實采摘時的體積[17]，從而提高產(chǎn)量，這與朱成立等[18]等對棗樹的研究結(jié)果一致。

本研究表明在Ⅱ期進行水分虧缺處理的柑橘，均會使Vf在Ⅱ期小于CK處理，進入Ⅲ期解除水分脅迫后，Ⅱ-MD2和Ⅱ-SD處理的柑橘在7月份的Vf與CK處理間無明顯差異，而Ⅱ-LD和Ⅱ-MD1處理的Vf較CK處理增大8.9%和10.0%；各處理間的Vf在7月以后無明顯差異。說明在Ⅱ期脅迫過重會使復水后的細胞壁失去彈性而無法擴張，不會出現(xiàn)明顯的復水補償效應(yīng)[19]，而在Ⅱ期進行輕、中度虧水處理會在恢復充分灌水后會出現(xiàn)明顯的復水補償效應(yīng)，且補償時間約為1個月。

果實膨大期是柑橘果實生長的最重要時期，對水分的響應(yīng)最為敏感。許多研究表明在這個進行水分虧缺處理，會使作物果實的生長速率下降，從而影響果實體積和單果重，直接導致產(chǎn)量的降低[20-22]。本研究也得到了類似結(jié)論。本研究還發(fā)現(xiàn)在Ⅲ期進行偏重度和重虧度水處理的柑橘，就算在Ⅳ期解除水分脅迫，也未出現(xiàn)明顯的復水補償效應(yīng)，這是可能是因為水分脅迫過重或者歷時太長, 細胞壁失去彈性而無法擴張。

進入果實成熟期后，柑橘果實生長緩慢，果實體積生長速率的差異性不會對果實采摘時的體積造成很大影響。這與強薇等[16]對核桃、李昱鵬等[23]對梨棗以及任苗[24]對葡萄的研究結(jié)果類似，說明不同的作物在果實成熟期對水分脅迫的響應(yīng)有相似點。

4 結(jié) 論

Ⅰ期水分虧缺均會促進柑橘在幼果期生長速率，Ⅰ-MD1處理產(chǎn)量較CK處理分別增加5.1%，水分利用效率提高5.5%；Ⅱ期水分虧缺會降低柑橘在Ⅱ期的生長速率，不過Ⅱ-MD1和Ⅱ-LD處理在Ⅲ期初期會有明顯的復水補償效應(yīng)，其中Ⅱ-LD處理較CK處理產(chǎn)量提高0.9%，水分利用效率提高2.8%；Ⅲ期水分虧缺會明顯降低柑橘在Ⅲ期的果實生長速率以及產(chǎn)量。Ⅲ-LD處理在產(chǎn)量較CK處理降低3.8%的前提下，水分利用效率提高5.0%；在Ⅳ期進行水分虧缺處理，除Ⅳ-SD處理外，其余處理對柑橘的生長發(fā)育以及產(chǎn)量并無明顯的降低，但可以顯著提升水分利用效率。綜上所述，柑橘在抽梢開花期進行中度水分虧缺處理(Ⅰ-MD1)，在幼果期和果實膨大期進行輕度水分虧缺處理(Ⅱ-LD、Ⅲ-LD)以及在果實成熟期進行偏重度水分虧缺處理(Ⅳ-MD2)，是一種適合低壓滴灌柑橘的灌溉模式。