吳子涵，裴青寶*，胡 瑞，盧 斌，胡屈宇，郭文彬，林家順

（南昌工程學院水利與生態(tài)工程學院，江西 南昌，330099）

0 引 言

我國是一個農業(yè)大國，農業(yè)用水占總用水量的70%以上，但是我國人口基數(shù)大，水資源稀缺，農業(yè)用水水分利用效率低，需要研究和應用新型的節(jié)水灌溉技術，促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1-3]。目前我國對蓄水滲灌節(jié)水灌溉方式有一定的研究，該方法具有優(yōu)化果樹根系土壤水分養(yǎng)分分布、攔蓄徑流、保持水土及提高果樹抗旱性的效果[4]。當土壤粒徑過大或肥料濃度過高時滴灌易發(fā)生堵塞的問題[5，6]，滴灌在北方運用較多，但在南方丘陵紅壤地區(qū)研究運用較少。透水混凝土滲灌是一種直接將水輸送至作物根部的新型節(jié)水灌溉方式，可以有效地減少地表蒸發(fā)徑流損失，提高水肥利用效率，并且解決了蓄水坑灌中坑壁土壤坍塌、板結等問題。臍橙和蜜桔生長對需水量要求高，喜溫喜濕，適合生長在溫暖潮濕的低丘陵地區(qū)[7]，江西雨量充沛，但降雨年內分布不均[8]，易發(fā)生季節(jié)性干旱，夏季炎熱，土壤蒸發(fā)量高，且江西低丘陵區(qū)土壤多為紅壤，粘粒含量較高，水分和養(yǎng)分水平總體偏低[9，10]，導致臍橙、柑桔等經濟作物無法從土壤中獲取充足的水分，難以實現(xiàn)高產優(yōu)質目標，以節(jié)水、高產、優(yōu)質為目標的生產模式已成為必然選擇[11]。本研究擬在南豐蜜桔灌溉中采用透水混凝土滲灌，通過室外大田試驗探究透水混凝土滲灌不同灌水處理對低丘紅壤區(qū)柑橘生理生長的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江西省水利科學院農村水利科研示范基地（以下簡稱“基地”）位于南豐縣白舍鎮(zhèn)茶亭村，屬于南豐蜜桔核心主產區(qū)，距離南豐縣城20km，離昌廈公路2km，交通十分便利，基地興建于2004 年，總面積約36hm2（540畝），種植南豐蜜桔約18 000 株，是集標準化管理、集約化生產、綠色防控和統(tǒng)防統(tǒng)治的蜜桔生態(tài)示范生產基地。平均畝產達1 650kg，精品率達90%以上?；貙儆诘颓鹆陞^(qū)，土壤類型為紅壤，土壤容重約為1.34g/cm3，土壤田間持水量約為26.8%。

南豐縣位于江西省東南部，撫州市南部，地理位置116°8′49″-116°45′13″E，26°57′26″-27°21′18″N，多年平均氣溫18.2℃，多年平均降水量為1 802mm，多年平均日照時數(shù)為1 616h。

1.2 試驗材料

透水混凝土滲灌是一種直接將水輸送到作物根部的新型節(jié)水灌溉方式，可以有效地減少地表蒸發(fā)徑流損失，提高水肥利用效率[12]，灌水器制作成本低[13]，且不易老化，壽命更長，與土壤相容性更好，防堵塞，強度高，耐腐蝕[14，15]。本試驗的透水砼灌水器由無沙水泥、2～5cm 卵石和水以0.34 的水膠比及2.8 的骨膠比混合而成，充分攪拌后將混合物倒入小桶中，靜置28 天，養(yǎng)護7 天后脫模即可使用。試驗所用主管為口徑32mm 的PC 硬管，支管為口徑16mm 的PE 管，主管從引水鐵管處取水，主管首先通過三通與閥門相連，閥門出水口與水表連接，最后水表末端接支管。測量工具有TDR 土壤水分傳感器、卷尺、游標卡尺、糖度計等。

1.3 試驗設計

該實驗在基地大田進行。實驗區(qū)長50m、寬21m，詳見實驗區(qū)域布置圖1。將實驗區(qū)劃分為滴灌區(qū)、透水混凝土滲灌區(qū)、涌泉灌區(qū)、微潤灌區(qū)4 個片區(qū)。每個片區(qū)分為3 組，依次與不同灌水處理H1、H2、H3相對應，每組以5 棵柑橘樹作為試驗研究對象，柑橘果樹間距為4.5m×5.0m。

圖1 透水混凝土滲灌試驗區(qū)及透水混凝土灌水器布置圖

透水混凝土滲灌區(qū)有三排蜜桔樹，每排5 棵，每排用不同的灌水量水平處理（H1、H2、H3），灌水下限均為田間持水量的56%，根據(jù)蜜桔不同生育階段的需水量，灌水上限不宜超過田間持水量的90%，故灌水上限分別定為田間持水量的70%、80%及90%，即三個不同水平灌水處理含水量上下限分別為H1：田間持水量的56%～70%，H2：田間持水量的56%～80%，H3：田間持水量的56%～90%。土壤容重γ 為1.34g/cm3，計劃濕潤層H 為60cm。根據(jù)《微灌工程技術規(guī)范》SL103-95，土壤計劃濕潤比α 取0.3，灌溉水利用系數(shù)η 取0.9；設計耗水強度e 為5mm/d，每個灌水器設計流量q 為2L/h，每棵果樹所用灌水器數(shù)量ns為4，相鄰果樹之間的行距S1為4.5m，株距S2為5m，依據(jù)以上數(shù)據(jù)計算出灌水定額m，設計灌水周期T1及灌水延續(xù)時間T2，從而確定該試驗的灌溉制度。計算公式如下：

式中：m為灌水定額；γ 為土壤容重；θ 為田間持水量；η 為灌溉水利用系數(shù)。T1為設計灌水周期；T2為灌水延續(xù)時間；e 為設計耗水強度；S1為行距；S2為株距。計算結果詳見表1。

表1 果樹灌水定額、設計灌水周期及灌水延續(xù)時間

1.4 觀測項目及方法

用游標卡尺測量果實橫縱徑，用糖分儀測量果實糖分，用卷尺測量果樹枝條長度。每排取固定的三個果實，并作好標記，測量其橫縱徑，選取原則是可以代表每排果實普遍長勢，第一次試驗時在每排每棵樹上按東南西北四個方向每個方向各選一根嫩綠且長勢相近的枝條。最后把所有實驗數(shù)據(jù)匯總，通過果實橫縱徑得到果實果型指數(shù)，用每次測得的枝條長度計算枝長增長率，每個不同灌水處理取一個蜜桔用糖分儀測定其糖分，通過上述數(shù)據(jù)分析紅壤透水混凝土灌水條件下不同灌水量對蜜桔生理生長的影響。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 對土壤含水量，蜜桔果樹枝長，蜜桔果實橫縱徑及糖分等原始數(shù)據(jù)進行整理和計算，繪制圖表。

2 結果與分析

蜜桔的物候期可分為萌芽展葉期（3 月5 日～3 月30 日）、開花坐果期（4 月2 日～6 月15 日）、果實膨大期（6 月16 日～8 月31 日）和果實成熟期（9 月1 日～11 月15 日）4 個生育階段[18]。按期測量各項指標。

2.1 土壤含水量分析

土壤水分垂向分布狀況如圖2 所示，經觀測，土壤水分垂向分布大致呈先增大后減小的趨勢，0～30cm 土壤水分增量隨深度的增加呈先增大后減小的趨勢，灌后的土壤水分主要分布在中深層土壤[19]，30cm 處土壤含水量接近峰值。30cm～50cm 處土壤含水量在峰值附近波動。50cm 后土壤含水量急劇下降，且隨深度的增大土壤含水量下降越劇烈。

圖2 土壤含水量垂向分布圖

不同灌水處理中，灌水量越大，同深度處含水量越大。

2.2 枝長增長率分析

該試驗分別在2021 年5 月8 日、2021 年6 月16日、2021 年8 月17 日、2021 年8 月31 日、2021 年9 月27 日、2021 年10 月15 日、2021 年10 月27 日各測一次枝條長度。從第二次測量數(shù)據(jù)開始，通過本次數(shù)據(jù)減去上次數(shù)據(jù)得到本次的枝長增長量，以此類推從而得到從第二次到最后一次每根枝條的枝長增長量，然后整理每次每根枝條計算出的增長量，計算每次試驗增長量的平均值，最后用平均值除以相應試驗時間間隔得到增長率，分析發(fā)現(xiàn)枝條長度及枝長增長率與天數(shù)存在較為明顯的二次函數(shù)關系，故用二次函數(shù)L（t）=at2+bt 進行擬合，擬合結果如圖4。

圖3、圖4 揭示了蜜桔枝長及其增長率隨時間的變化規(guī)律，各灌水處理變化趨勢基本相同，在同時期內中水處理H2枝條增長率最大。

圖3 透水混凝土滲灌柑橘枝條增長速率

圖4 透水混凝土滲灌不同灌水量下枝條長度

2021 年基地大田蜜桔枝條快速增長期為5 月上旬至6 月中旬，該時期是蜜桔的開花坐果期，是果樹枝條迫切需要水分及養(yǎng)分的時期，因此這段時期果樹枝條生長旺盛。在此時期末枝長增長率達到頂峰。6 月下旬至8 月上旬是蜜桔的果實膨大期，該時期果實會與枝條爭奪水分和養(yǎng)分，從而導致枝長增長速率放緩，最后到11 月枝條基本不再增長。

2.3 果實橫縱徑及果型指數(shù)分析

試驗采集每次不同灌水處理蜜桔的橫、縱徑，用果實縱徑與橫徑的比值表示果型指數(shù)[20]，計算每個蜜桔不同時期的果型指數(shù)，分析其變化規(guī)律。

從表2 可知，在全生育期內蜜桔的果型指數(shù)在0.73～0.95 之間波動，果型指數(shù)隨時間減小并在最后趨于穩(wěn)定，其中5 月果型指數(shù)最大，為0.95，9～10 月趨于0.81～0.83 之間。從圖5 和圖6 可以看出蜜桔果實橫縱徑先快速增長后緩慢增長再較快增長，果實橫徑增長速率快于縱徑，最后在11 月不同灌水處理橫徑日增長量與縱徑日增長量大概分別降至同一數(shù)值。不同灌水處理中H3處理橫縱徑增長量最大，其次是H2處理，H1處理最小。

圖5 果實橫徑動態(tài)變化圖

圖6 果實縱徑動態(tài)變化圖

表2 不同灌水處理果型指數(shù)

2.4 糖分分析

試驗于2021 年8 月31 日開始檢測不同灌水處理的蜜桔糖分，試驗數(shù)據(jù)如表3。

由表3 可知，各灌水處理蜜桔糖分隨時間的增長而升高，其中H3處理果實糖分最高，在果實成熟期果實糖分可以達到18.7%；其次是H1處理，果實成熟期糖分可達15.6%；H2處理在果實成熟期糖分最低，僅有14.6%。由此可見H3處理灌水技術最佳，具有很好的提高蜜桔糖分的效果。

表3 不同灌水處理果實糖分

3 討 論

3.1 滲灌不同灌水量處理對果樹枝條生長的影響

透水混凝土滲灌下蜜桔枝條長度與時間呈二次函數(shù)關系，枝條增長速率隨時間先緩慢下降后快速下降，且與時間存在較為明顯的二次函數(shù)關系，其中中水處理H2枝長增長率最大。李中杰[21]采用陶瓷根灌針對蘋果開展了灌溉技術研究，研究結果與李中杰相一致。陶瓷根灌是一種通過陶瓷孔隙將灌溉水均勻分布于作物根系土壤的灌溉方式，工作原理與透水混凝土滲灌相似。陶瓷根灌條件下蘋果果樹新梢長度與時間呈冪函數(shù)關系，新梢增長速率隨時間先快速下降后下降速率逐漸變慢，其中枝長增長量隨著灌水量的增加而增加。

3.2 滲灌不同灌水量處理對果實生長發(fā)育的影響

透水混凝土滲灌條件下蜜桔橫徑始終大于縱徑，蜜桔橫徑日增長量基本高于縱徑日增長量，而陶瓷根灌下中水處理蘋果橫徑最小，縱徑最大，高水處理與低水處理蘋果橫徑相近，但高水處理縱徑高于低水處理縱徑。這是由于在開花坐果初期，蜜桔果樹果實近似球狀，之后果實形狀會漸漸由球狀向扁平狀轉變，到果實膨大期之前果實體積增大是由于果實內部果肉細胞在不斷增殖，果實膨大時期果肉細胞基本不發(fā)生增殖，果實體積靠果肉細胞自身體積的增大而增大，到果實成熟期末期果實形狀基本定型，而且灌水量越大橫縱徑增長量越大。陶瓷根灌蘋果糖分含量隨灌水量的增大而增大，透水混凝土滲灌下高水處理H3蜜桔糖分含量最高，中水處理H2糖分含量最小，結合中水處理H2枝長增長量最大的結果，可以推斷這種現(xiàn)象可能是果實枝條爭奪養(yǎng)分所致。

4 結論和建議

（1）土壤水分垂向分布大致呈先增大后減小的趨勢，當透水混凝土灌水器埋深在0～30cm 時，土壤水分增量隨深度的增加呈先增大后減小的趨勢，并在30cm處含水量到達峰值；土壤深度在30cm～50cm 時，土壤含水量在含水量峰值附近波動；埋深大于50cm 后，土壤含水量急劇下降，且隨深度的增大土壤含水量下降速率越快。

（2）各灌水處理枝長增長速率變化趨勢基本相同，且與時間大致呈二次函數(shù)關系，在同時期內中水處理H2枝長增長速率最快，其次是H3、H1。枝長增長率隨時間基本呈下降趨勢，枝長與時間之間有顯著的二次函數(shù)關系。在整個生育期內H2枝長增長率最大，最高可達2.20mm/d，H1最小，最高僅達1.62mm/d。

（3）試驗結果顯示果型指數(shù)基本隨著灌水量的增大而減小，其中H3處理果實橫縱徑增長量最大，其次是H2、H1處理。

（4）各灌水處理蜜桔糖分隨時間的增長而升高，其中H3處理果實糖分最高，其次是H1處理，由此可見H3處理對提高蜜桔糖分具有很好的效果。

結合蜜桔枝長及枝長增長率、果實橫縱徑、果型指數(shù)、果實糖分等指標，建議南豐地區(qū)蜜桔在透水混凝土滲灌下采用H3灌溉處理方式進行灌溉。