滴灌条件下酿酒葡萄园土壤速效养分和水分迁移特征

2017-03-21葛新伟高陆旭

节水灌溉 2017年12期

葛新伟，张霞，王锐，高陆旭，孙权

(宁夏大学农学院，银川 750021)

0 引言

水是影响作物生长发育的最重要的因素之一，在西北地区水资源十分匮乏，仅占全国水资源总量的8%[1]。西部地区由于经济条件差，生产条件简单，酿酒葡萄的种植还是沿用了传统的生产管理方式，盲目大水漫灌，照成了水资源的极大浪费，也增加了生产成本[2]。宁夏红寺堡地区属于贺兰山东麓酿酒葡萄优质产区，光热充足，地源条件与世界许多特色优质酿酒葡萄产区相似，但是本地区干旱缺水，年降水量250 mm，年均蒸发量远大于降水量[3-4]。随着水肥一体化技术的推进，科学种植理念的普及，现在灌水情况已经有了一定的改善。但是受传统思维的影响，很多葡萄园采用滴灌系统以后，仍然采用大量滴水的方式，这样同样是造成了水资源极大地浪费。灌溉量过高也会造成土壤内硝态氮的淋溶，甚至造成作物减产[5,6]。

因此，酿酒葡萄园的水肥管理一方面要满足葡萄优质高产的需要，另一方面要减少不合理水的过多投入，降低成本。

近几年，水肥一体化技术对酿酒葡萄产量、品质影响的研究较多，但是对于酿酒葡萄园水分和养分在土壤刨面中的迁移的研究较少。本试验以4年生酿酒葡萄“赤霞珠”为研究对象，采用田间试验方法研究灌水量对酿酒葡萄园土壤养分和水分迁移的影响。旨在建立适宜该地区酿酒葡萄种植的合理灌水制度，进而为酿酒葡萄园水分进行综合管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年5-10月在宁夏吴忠市红寺堡区汇达酒庄酿酒葡萄基地进行，该区域属典型的大陆性气候，光能资源丰富，平均日照时长为7.8～8.3 h，年均日照数在2 800 h以上，昼夜温差10～15 ℃，年均温度8.8 ℃，年均降雨量250 mm，年均蒸发量为降雨量9倍左右，气候干燥。

1.2 试验材料

供试品种为4年生赤霞珠，南北行向定植，株行距为0.5 m×3.5 m，单篱架，独立龙干形整形方式，灌溉方式为滴灌。

1.3 试验方案

试验共设置6个处理，以1.05×103m3/hm2灌水量为第一梯度，各梯度之间梯度间隔为600 m3，即A处理：灌水量为1.05×103m3/hm2；B处理：灌水量为1.65×103m3/hm2；C处理：灌水量为2.25×103m3/hm2；D处理：灌水量为2.85×103m3/hm2；E处理：灌水量为3.45×103m3/hm2；F处理：灌水量为4.05×103m3/hm2；每个处理做3次重复，小区面积为70 m2，各小区施肥为450 kg/hm2全营养滴灌肥，其中养分含量分别为纯N 225 kg/hm2，P2O5390 kg/hm2，K2O 115 kg/hm2。

灌水方式为滴灌，整个生育期，从5月初到9月初，灌水8次，每次灌水按照试验方案实施灌溉，用水表控制灌水量，灌水时先施用滴灌肥。在酿酒葡萄生育期间，采用土钻取不同处理的土壤表面土样，根据树体根系生长深度，确定取样深度为0～80 cm土层，每20 cm土层为一个样品。

1.4 测定项目及方法

测定不同土层中的速效养分量，即水解氮(碱解氮)、有效磷、速效钾含量，不同土层中的土壤含水量、容重，田间持水量。土壤含水量采用烘干法测定，土壤容重、田间持水量采用环刀法测定，土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用钼锑抗比色法，速效钾含量采用火焰光度计法。

1.5 数据处理

试验数据以Excel 2003软件整理数据和作图，同时采用SPSS 17.0软件进行统计分析，采用邓肯多重极差对相关指标进行显著性检验，显著性水平为(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同处理对酿酒葡萄产量的影响

酿酒葡萄的产量是葡萄生产中一项非常重要的指标，由表1可以得出，随着灌水量的增加葡萄的产量先增加后减少，各处理之间产量都有差别，除了A、B两个处理间差异不显著之外，其他各处理之间产量差异都达到显著水平。其中处理D的产量达到最高，比处理A产量高出了88.3%，比处理B产量高出了76.7%。处理E、F两个处理的产量均低于处理D，其中处理F与D差异达到显著水平，产量降低了8.4%。试验表明，亏缺灌溉和过量灌溉均会造成作物不同程度的减产。

表1 不同处理下酿酒葡萄的产量 t/hm2Tab.1 Effect of different treatments on yield of wine grapes

注：数据后不同字母表示差异显著(P<0.05)。

2.2 不同灌水量对土壤养分迁移的影响

2.2.1 土壤中碱解氮的含量变化

由表2可得，随着灌水量的增加，0～20 cm土层中碱解氮的含量随着灌水量的增加呈下降趋势，20～80 cm土层却呈现相反趋势，各土层水解氮的含量随着灌水量的增加而增加。0～20 cm土层中水解氮含量与灌水量有着密切的关系，D、E、F处理的碱解氮含量与前面A、B、C处理呈现显著差异，且灌水量最高的F处理碱解氮含量最低，比A处理降低了19.8 %。20～80 cm土层中，各层土层的碱解氮含量都随着灌水量的增加呈现不同程度的增加，从 20～40 cm和40～60 cm土层中的碱解氮含量看,E、F处理显著高于其他处理，A、B、C、处理之间差异不显著，F处理的碱解氮与A处理相比变化最大，比A处理分别高出了13.4 %和17.7 %。从土层深度看，随着土层深度的增加A、B、C处理的碱解氮含量呈现下降趋势，D、E、F处理的碱解氮含量呈现先增加后降低趋势。从0～80 cm 碱解氮累积总量可得，处理E、F的积累量显著高于A、B、C、D处理，A、B、C、D处理之间差异不显著。其中0～60 cm 碱解氮累积总量D处理最低，表明该处理的碱解氮被植物吸收利用的较其他处理多。综上可得，土壤中碱解氮有随水向下迁移的趋势，灌水量越多碱解氮向深层迁移的量越大。

表2 不同滴灌量下不同土壤层次水解氮的累积量Tab.2 Effects of different drip irrigation amounts onavailable N accumulation in different soil layers

注：累计总量=各层土壤体积×土壤容重×碱解氮含量之和。

2.2.2 土壤中有效磷含量变化

由表3可知，土壤中各土层内的有效磷含量均较为接近，随着灌水量的增加，0～20 cm和20～40 cm土层中速效磷的含量随着灌水量的增加呈下降趋势，40～80 cm土层却呈现相反趋势，各土层有效磷的含量随着灌水量的增加而增加。0～20 cm土层中是有效磷含量与灌水量有着一定的关系，D、E、F处理的有效磷含量与C处理呈现显著差异，与其他处理差异不显著。20～40 cm土层中，土层的有效磷含量随着灌水量的增加而降低，但是各处理之间差异不明显。从土层深度看，随着土层深度的增加各处理的有效磷含量呈现下降趋势，但下降的程度不同，处理F的下降程度最小，表明有效磷含量随着土层深度的加深有向下迁移的趋势。0～80 cm 有效磷累积总量各处理之间差异不明显，但是0～60 cm 有效磷的累积量与灌水量有着一定的关系，即有效磷累积量有随着灌水量增加而减少的趋势，表明灌水量的增加会造成有效磷的淋失。在0～60 cm土层有效磷的累积量先降低后升高，在 D处理处的有效磷累积量最低，又结合葡萄产量表明D处理下葡萄对有效磷的吸收利用最多。综上可得，土壤中有效磷有随水向下迁移的趋势，灌水量越多有效磷向深层迁移的量越大。

表3 不同滴灌量下各土壤层次有效磷的累积量Tab.3 Effects of different drip irrigation amounts onavailable P accumulation in different soil layers

2.2.3 土壤中速效钾的含量

由表4可得，随着灌水量的增加，0～20和20～40 cm土层中速效钾的含量随着灌水量的增加呈下降趋势，40～80 cm土层却呈现相反趋势，各土层速效钾的含量随着灌水量的增加而增加。0～20 cm和20～40 cm土层中速效钾的含量与灌水量有着密切的关系，D、E、F处理的速效钾含量与前面A、B、C处理均呈现显著差异，且灌水量最高的F处理速效钾含量最低，比A处理分别降低了14.6%和10.9%。40～80 cm土层中，各层土层的速效钾含量都随着灌水量的增加呈现不同程度的增加，从 40～60 cm土层中的速效钾含量看,E、F处理显著高于其他处理，A、B、C处理之间差异不显著，F处理的速效钾与A处理相比变化最大，比A处理高出了11.9%。从土层深度看，随着土层深度的增加A、B、C处理的速效钾含量呈现下降趋势，D、E、F处理的速效钾含量呈现先降低后增加再降低的趋势。从0～80 cm 速效钾累积总量可得，处理E、F的积累量显著低于A、B、C处理，其中A处理的积累量最高，达到显著水平。其中0～60 cm 速效钾累积总量D处理最低，表明该处理的速效钾被植物吸收利用的较其他处理多。综上可得，土壤中速效钾有随水向下迁移的趋势，灌水量越多速效钾向深层迁移的量越大。

表4 不同滴灌量下不同土壤层次速效钾的累积量Tab.4 Effects of different drip irrigation amounts on available Kaccumulation in different soil layers

2.3 不同灌水量对土壤中水分迁移的影响

图1、2 为灌水后3 d与灌水后8 d的土壤剖面含水量，由图1可得，在0～20 cm土层中各处理的土壤含水量低于20～100 cm的其他土层的含水量，表明灌水后土壤中的表层水向下迁移；在20～60 cm土层各处理水分含量的变化趋势一致，该土层区域是葡萄根的主要分布区域；60～100 cm土层各处理含水量变化不明显。在0～100 cm土层中F处理的土壤含水量是明显高于其他处理，A处理的土壤含水量最低。由图2可得，在葡萄园灌水8 d后，0～60 cm土层的土壤含水量明显低于灌水后3 d的土壤含水量, 60～80 cm 土层土壤含水量基本持平，80～100 cm土层的土壤含水量高于灌水后3 d的土壤含水量。以上分析可得，酿酒葡萄园土壤刨面各土层的土壤含水量与灌水量密切相关，且随着灌水量的增加而增加。由于红寺堡地区酿酒葡萄的根系主要分布在30～60 cm土层，有机肥的施肥层也集中在该层次，当水分迁移到60 cm土层以下时，能被葡萄利用的量极少。因此，灌水量过大会造成过多水分向土壤深层迁移，降低水分的利用率，处理A、B、C、D的水分向深层土壤迁移量相对较少，水分利用率较高，与表1酿酒葡萄的产量相结合可得，处理D 的灌水量既提高了水分利用率，又保证了酿酒葡萄的产量。

图1 灌水3 d后土壤剖面含水量

图2 灌水8 d后土壤剖面含水量

3 讨论

灌溉方式和灌溉量一直以来是酿酒葡萄产业的研究的重点，灌溉量对葡萄的产量和品质有很大影响。陈秀香[7]研究表明过量灌溉和亏缺灌溉都能造成作物一定程度的减产。当灌溉定额的量超过一定限度后葡萄产量会出现下降趋势，灌水量与产量之间不是正相关关系[8,9]。李磊等[10]研究表明，过量灌水会造成赤霞珠产量下降。本试验也得到了相同的结论，灌水量最高的处理F，产量并不是最高，葡萄产量随着灌水量的增加呈现先增加后降低的趋势。

氮素是作物生长繁殖的必要元素，重施氮素是现在一直沿用的施肥模式，但是这种施肥方式造成了氮肥的极大浪费，加大了资源的浪费。氮素有随水分向下迁移的趋势，对地下水和周围环境有着较大的潜在威胁，加剧了地下水体的污染和水体的富营养化[11]，氮素淋失是农业面源污染中比较严重一个方面[12]。郭明华等[13]研究表明，灌溉水的下渗迁移可以携带土壤中的氮素向深层迁移。本试验得到的结论与前人结论基本一致，土壤中的水解氮有随水分向下迁移的趋势，灌水量越多碱解氮向深层迁移的量越大。本试验E、F处理下碱解氮向下迁移量最大，降低了肥料的利用率，提高了成本。

磷素作为作物生长的三大必需元素之一，它对作物的重要性是不言而喻的。吕家珑等[14]研究表明，土壤磷的迁移性较差，不容易被淋洗。后来研究发现，对于长期施用磷肥的土壤，大量灌水时会造成土壤磷的淋溶损失，还能引起地下水和地表水的富营养化[14-16]。金圣爱[17]等研究表明，短时间高强度的淋洗土壤后，磷素淋失率达到21.77 %～38.85 %，淋失的磷素直接可以淋洗出土壤耕层。本试验研究与前人结论基本一致，在大量灌水后，有效磷有向下迁移的趋势，虽然迁移量达不到显著水平，但迁移累积量随着灌水量的增加而增加，有些直接淋洗出根区。本试验F处理下有效磷向下迁移量最大，A处理迁移量最小，综合考虑有效磷的吸收利用效率和葡萄产量，D处理的灌水量效果最好。

钾是植物所必需的大量营养元素之一，而土壤中对植物最有效的钾为速效钾[18,19]。土壤速效钾含量可以直接反映土壤可供植物利用的钾素含量水平。张会民[20]等研究表明速效钾在土壤养分循环与利用中占有十分重要的地位，能直接反映土壤钾素的肥力状况。霍娜[21]等研究表明土壤水分含量的增加可以提高土壤中速效钾的含量。钾的阳离子交换能力较弱，灌水量的增大，可以增加土壤速效钾从土壤胶体上的解离。以上研究的结论与本试验结论有一定的支持作用，本试验研究认为土壤中速效钾有随水向下迁移的趋势，灌水量越多速效钾向深层迁移的量越大。由0～80 cm 速效钾累积总量可得，处理E、F的积累量显著低于A、B、C处理，其中A处理的积累量最高，达到显著水平。数据表明灌水量越大，速效钾的淋失量越大，降低了钾素的利用率，增加了生产的成本。

水分的迁移受灌水量的影响较大，黄耀华[22]等研究表明，在灌水施肥过程中采用小滴头流量进行时,水分以垂直运移为主。本文研究与前人基本一致，随着灌水量的增加土壤含水量也随之增加，灌水量过大会造成过多水分向土壤深层迁移，降低水分的利用率。