基于水肥耦合效应的苹果精量灌溉制度研究
2016-11-30何宝银张上宁徐利岗李金泽
唐 瑞,何宝银,张上宁,徐利岗,李金泽
(宁夏水利科学研究院,宁夏 银川 750021)
基于水肥耦合效应的苹果精量灌溉制度研究
唐 瑞,何宝银,张上宁,徐利岗,李金泽
(宁夏水利科学研究院,宁夏 银川 750021)
针对宁夏中部干旱带苹果水肥利用效率低的问题,以5 a生滴灌苹果为研究对象,分析不同水肥处理条件下滴灌苹果根区土壤水分动态、耗水规律和水分生产效率。得出在枯水年型下苹果水肥耦合滴灌灌溉制度为灌溉定额3300 m3/hm2,灌水次数12次,其中萌芽开花期2次,落花后2次,花芽分化期2次,果实膨大期3次,成熟期2次,落叶期1次。施肥定额705 kg/hm2,肥料配比N∶P2O5∶K2O为12∶7∶13,施肥7次,其中萌芽期施肥1次,落花后2次,花芽分化期1次,果实膨大期2次,成熟期1次。在该水肥耦合灌溉制度下5 a生新红星苹果产量为6237 kg/hm2,灌溉水利用效率为1.89 kg/m3;水分生产效率为1.21 kg/m3。
苹果;滴灌;灌溉制度
宁夏现有苹果种植面积5.1万hm2,年产量约55万t,苹果产业被列为宁夏13个农业特色优势产业之一。宁夏中部干旱带水资源严重短缺,水肥利用率低成为制约苹果产业发展的主要瓶颈。发展基于水肥耦合的高效节水农业已迫在眉睫。目前国内主要从肥料对苹果品质的影响[1]、灌水对苹果生理功能的影响[2]、苹果栽培技术[3]、施肥技术[4]等方面开展研究,在苹果灌溉方面,邹养军开展了不同种植年限苹果土壤水分的变化特征[5]的研究,刘伟[6]开展了根域水分调控与苹果生长节律相关研究,李怀有[7]开展了苹果滴灌试验及节灌制度研究。对干旱地区苹果水肥耦合灌溉制度研究较少。本文以滴灌苹果为研究对象,根据苹果根区土壤水分动态、耗水规律和水分生产效率等确定苹果水肥耦合滴灌灌溉制度,为干旱地区苹果产业发展提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验区位于宁夏同心县丁塘镇,属典型的温带大陆性气候,四季分明,日照充足,昼夜温差大,年均降水量278.7 mm左右,蒸发量高达2334.5 mm,试验区土壤属黏壤土,田间土壤饱和含水率为21.6%(占干土重%),土壤干容重1.40 g/cm3。有机质7.56 g/kg,全氮0.28 g/kg,全磷0.38 g/kg,全钾18.3 g/kg,全盐量0.16 g/kg,pH值8.8。试验水源采用扬黄水,在田间经过滤器过滤进入滴灌管进行滴灌。2015年苹果生育期降雨量为226.0 mm,见表1。
表1 2015年试验区降雨量监测表 mm
1.2 试验设计
试验以5 a生新红星苹果为研究对象,栽植行株距为3 m×4 m,亩栽植55株。选择树势良好、生长健壮、无病虫害、树干通直、直径等基本相同矮化新红星苹果树为材料。试验区采用滴灌灌溉方式,铺设毛管为Φ16的滴灌管,环状铺设,直径1 m,每株安装流量为4.2 L/h的滴头5个。设置水分处理:低水(W1)、中水(W2)、高水(W3);肥料处理:低肥(F1)、中肥(F2)、高肥(F3)。2因素3水平完全设计,全部处理为T1(W1F1)、T2(W2F1)、T3(W3F1)、T4(W1F2),T5(W2F2)、T6(W3F2)、T7(W1F3)、T8(W2F3)、T9(W3F3)。具体试验设计方案见表2。
表2 苹果水肥耦合灌溉制度试验设计表
1.3 监测指标及方法
(1)土壤含水量测定。采用英国生产的利用PR2/6 土壤水分测量系统测定土壤体积含水量,测量10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm和100 cm六个层面土壤含水量,生育期每10 d测一次,降雨阶段前后、灌水前后加测。
(2)产量的测定。在果实成熟期 (9月下旬) ,对果树进行采摘、分级、称重,并统计单株果数、单株产量、单果重。
(3)气象要素的测定。采用小型自动气象站观测试验区的天气现象、空气温度和湿度、风、降水、太阳辐射等要素。
2 结果与分析
2.1 不同水肥处理对新红星苹果全生育期根区土壤水分变化的影响
按照试验设计分别在4月16日、5月5日、5月20日、6月3日 、6月19日、7月4日、7月15日、7月26日、8月15日、8月27日、9月16日、10月21日灌水,全生育期共灌水12次,8月10日单日有效降雨量为40.6 mm,整理不同水肥处理0~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~60 cm、60~100 cm土壤含水量数据,全生育期5个土层的土壤水分动态变化过程图,见图1。
由图1得出在整个生育期不同水肥处理条件下苹果根区不同土层土壤水分变化规律基本一致,在各次灌水后土壤含水量发生显著变化,且在30~60 cm土层土壤含水量最大,土壤含水量最大层12.4%~28.7%之间变化,灌水前后土壤含水量增幅在1%~12.4%之间变化。在果实膨大期灌水前后土壤含水量的变化量较小,花芽分化期和成熟期灌水前后土壤含水量变化量较大。
2.2 不同处理灌水前后对土壤水分变化的影响
果实膨大期(第7次)灌水时间为7月15日,处理T1、T4、T7灌水定额为225 m3/hm2,处理T2、T5、T8灌水定额为300 m3/hm2,处理T3、T6、T9灌水定额为375 m3/hm2。处理T1、T2、T3施肥量为90 kg/hm2,处理T2、T5、T8施肥量为120 kg/hm2,处理T3、T6、T9施肥量为150 kg/hm2,各处理肥料配比N∶P2O5∶K2O为2∶1∶2。新红星苹果果实膨大期灌水前后各层土壤含水量变化情况见图2。
图1 各试验小区生育期土壤含水量动态变化过程
图2 第7次(果实膨大期)灌水前后土壤含水量变化
由图2可知,当施肥量不变随着灌水量由225 m3/hm2增加至 375 m3/hm2时,土壤含水量最大值由30 cm降低至40~45 cm;当灌水量为225 m3/hm2时对100 cm处土壤水含水量影响不大;灌水前后土壤含水量增幅较大值主要分布在30~60 cm处,说明30~60 cm处为苹果根系耗水主要区域。
2.3 不同水肥处理苹果不同生育期耗水量分析
(1)苹果生育期耗水量
在田间条件下采用水量平衡法对苹果耗水量和耗水过程进行分析。根据水分收支情况,试验区水量平衡可用式(1)计算。
(1)
式中:ET为耗水量,mm;W0、WE为生育期某阶段初、末100 cm土层的土壤含水量,mm;M为某阶段内的灌水量,mm;P为某阶段内的降雨量,mm;K为某阶段内地下水补给量,mm;D为深层渗漏量,mm;R为径流量,mm。
土壤含水量变化考虑1 m深土层的含水量变化。试验区地下水位埋藏较深,可不计地下水补给,生育期内降雨量较少,降水就地入渗,地表径流量可以忽略,不考虑深层渗漏量,苹果生育期内各阶段各处理实际耗水量及耗水强度,计算结果见表3、表4。
表3 新红星苹果各生育期各阶段耗水量 mm
表4 果各生育期耗水强度 mm·d-1
由表3可知,萌芽开花期气温较低,耗水量较低,各处理因土壤水分条件不同,处理间耗水量也存在差异,各处理耗水量在43.42~78.37 mm之间。处理T1、T2、T3、T5、T6、T8土壤水分均出现较大盈余,呈现灌溉增加土壤水分的蓄存阶段。
花后期新红星苹果新稍开始生长期,各处理耗水量67.48~96.47 mm之间,处理T1~T8土壤水分出现亏缺,作物生长消耗了部分土壤蓄存水分;花芽分化期各处理耗水量有所下降,耗水量在40.49~96.47 mm,各处理土壤水分多出现少量盈余;果实膨大期,生殖生长达到顶峰,耗水量陡增,各处理耗水量差距明显拉大,耗水量范围在134.17~204.84 mm区间,处理T1、T3、T6、T8出现亏缺; 成熟期新红星苹果生理活动开始变缓,耗水量也有所降低,耗水量55.08~77.07 mm,各处理土壤水分均出现盈余,土壤处于储水阶段;落叶期新红星苹果耗水量出现上升趋势,耗水量67.78~102.18 mm。
各处理在萌芽开花期、花后期、花芽分化期、果实膨大期、成熟期、落叶期6个阶段耗水量大小依次为:果实膨大期>花后期>落叶期>成熟期>萌芽开花期>花芽分化期。
(2)新红星苹果生育期耗水强度
耗水强度反映了作物不同生育阶段内灌溉、施肥、气象等对作物生长发育的综合影响。新红星苹果各生育期耗水强度见表4。
由表4可知,苹果全生育期内耗水强度从萌芽开花期至落叶期呈先上升后下降再上升又下降的趋势,果实膨大期耗水强度达到顶峰。各处理在萌芽开花期耗水强度为1.28~2.37 mm/d;花后期耗水强度为2.2~3.11 mm/d,花芽分化期耗水强度为1.56至3.52 mm/d。果实膨大期耗水强度处于各生育期之首,在3.19~4.91 mm/d之间;成熟期耗水强度在2.20~3.08 mm/d,到落叶期逐步降至1.79~2.15 mm/d。从总体来看,各处理随着灌水量的增加,耗水强度也随之增加。
2.4 不同水肥处理对新红星苹果品质的影响
不同试验处理新红星苹果外观品质见表5。
表5 试验处理新红星苹果外观品质
注:各处理定级用100个样品;果形指数=果实纵径/果实横径。
由表5得出单果重T5最大为224.4 g,整体表现为T5>T6>T8>T3>T2>T9>T4>T7>T1;果形指数T8最大为0.90,整体表现为T8>T5>T6>T7(T2)>T4>T9(T3、T1);果实分级中T5处理80 mm以上达66.06%,T9处理70 mm以上达98.8%,T1处理70 mm以上为86.11%。得出施肥量和灌水量对单果重和商品果率影响较大。
2.5 不同水肥处理对苹果水分利用效率的影响
不同水肥组合对新红星苹果水分利用效率的影响见表6。
表6 不同处理新红星苹果生产效率
由表6可知,新红星苹果产量T6最高为7103.25 kg/hm2,表现为T6>T9>T5(T8)>T7>T3>T4>T2>T1;灌溉水利用效率T5、T8最大为1.89 kg/m3,表现为T5(T8)>T7>T4>T6>T9>T1>T2>T3;水分生产效率T5最大为1.21 kg/m3,表现为T5>T6>T8>T7>T9>T4>T2>T1>T3,综合以上试验结果,采用处理T5作为推荐水肥组合方式,可以达到更好的节水高产效果。
3 结 论
(1)在整个生育期不同水肥处理条件下灌水后土壤含水率发生显著变化,且在30~60 cm土层土壤含水率最大,土壤含水率最大层在12.4%~28.7%之间变化,灌水前后土壤含水率增幅在1%~12.4%之间变化。在果实膨大期灌水前后土壤含水率的变化量较小,花芽分化期和成熟期灌水前后土壤含水率变化量较大,30~60 cm处为苹果根系耗水主要区域。
(2)萌芽开花期耗水强度为1.28~2.37 mm/d;花后期耗水强度为2.2~3.11 mm/d;花芽分化期耗水强度为1.56~3.52 mm/d;果实膨大期耗水强度处于各生育期之首,在3.19~4.91 mm/d之间;成熟期耗水强度在2.20~3.08 mm/d;落叶期耗水强度在1.79 ~2.15 mm/d。
(3)综合5 a生新红星在枯水年型下水肥耦合滴灌灌溉制度(表7):灌溉定额3300 m3/hm2,全生育期灌水12次,其中萌芽开花期2次,落花后2次,花芽分化期2次,果实膨大期3次,成熟期2次,落叶期1次。施肥定额47 kg/亩,肥料配比N∶P2O5∶K2O为12∶7∶13,施肥7次,其中萌芽期施肥1次,落花后2次,花芽分化期1次,果实膨大期2次,成熟期1次。
表7 苹果水肥耦合灌溉制度表
[1] 秦伟,崔新仪.不同氮磷钾配比施肥对新疆红富士苹果糖分积累相关酶活性的影响[J].新疆农业大学学报,2013,36(6):431-436.
[2] 邹养军.根系分区灌水对苹果生理功能的影响及控梢促花效应研究[J].灌溉排水学报,2007,26(4):28-31.
[3] 吴富强,卫拯友.苹果专用肥在富士苹果栽培中的应用效果研究[J].陕西农业科学,2013(2):24-25.
[4] 马海洋,同延安,路永利,等.诊段施肥综合法(DRIS在渭北旱塬红富士苹果营养诊断中的应用)[J].干旱地区农业研究,2013,31(2):84-88.
[5] 邹养军.渭北旱塬不同种植年限苹果园土壤水分的变化特征[J].干旱地区农业研究,2011,29(1):41-43.
[6] 刘伟.根域水分调控与苹果生长节律相关研究[D].保定:河北农业大学,2012.
[7] 李怀有.苹果滴灌试验及节灌制度研究[J].干旱地区农业研究,2001,19(3):114-120.Study of water and fertilizer couping on precise irrigation program
TANG Rui, HE Baoyin, ZHANG Shangning, XU Ligang, LI Jinze
(NingxiaHydraulicResearchInstitute,Yinchuan750021,China)
To solve the low utilization efficiency of apple water and fertilizer in Ningxia middle arid area, taking apple as study subjects whose life cycle is two years long, analyzing apple root zone soil moisture dynamics, dynamic regulation of water consumption and water use efficiency of apple of different water and nitrogen applied level under the condition of drip irrigation. The result show that: an drip irrigation program of water and fertilizer couping for apple is proposed, which the irrigation quota is 3520 m3/hm2, irrigation time is 12 times, with two times at the early stage of the flower,the later stage of the flower and the flower bud differentiation, three times at rapid growing stage of young fruit, two times at the mature stage, one time at leaf senescence stage. Fertilization quota is 705 m3/hm2, The ratio of fertilizer of N,P2O5and K2O is 12∶7∶13 , fertilization frequency is 7 times, with one time at the early stage of the flower, two times at the later stage of the flower, one time at the flower bud differentiation, two times at rapid growing stage of young fruit, one time at the mature stage. Under this drip irrigation program for apple which life cycle is five years, the production is 6237 kg/hm2, irrigation water use efficiency is 1.89 kg/m3, water production efficiency is 1.21 kg/m3.
apple;drip irrigation;drip irrigation program
宁夏科技支撑计划重大专项精量灌溉与水肥一体化技术研究示范;宁夏自然科学基金项目(NZ14216)
唐 瑞(1987-),男,工程师,主要从事节水灌溉、水工新材料的研究。
S152.7
A
2096-0506(2016)10-0006-07