滴灌方式对干旱区葡萄植株生长及果实品质的影响

蒋 宇，兰 琦，赵丰云，郁松林，李鹏程，董明明，杨 湘，于 坤，赵宝龙

（1.石河子大学农学院/新疆兵团特色果蔬重点实验室，新疆石河子 832003；2.新疆农垦科学院，新疆石河子 832003）

新疆地区是我国微灌面积最大的区域，占全国微灌面积的68%［1］，主要形式包括地表滴灌、微喷灌、涌泉灌（或小管出流灌）等［2］。截至2015年，新疆特色林果种植面积已突破133万hm2，但生产中现有的滴灌方式并不适用于新疆特色林果的生产［3］。如生产中发现地表滴灌较传统漫灌节水效率大幅度提高，但由于灌水量减少，根系分布范围变浅，对干旱、低温逆境的抵御能力降低。新疆地区冬季冻土层较厚，根系上浮导致果树冻害严重，造成果实品质下降和产量降低，影响特色林果产业的可持续发展［4］。生产中迫切需要建立1种新的节水模式和方法以适应新疆地区林果的实际生产。

果树滴灌节水研究已进行了多年，但多集中于地表滴灌或灌溉模式研究［5-7］，目前国内关于地下滴灌（渗灌）在果树方面的应用研究较少。果树作为多年生作物，地下滴灌1次铺设多年使用的特点保证了其在果树生产中应用的广阔前景。国外研究表明，地下滴灌较地表滴灌具有更加节水、提高水分利用效率、提高品质的特点，在美国、西班牙等国家已进入大面积推广阶段［8-9］。在我国由于地下滴灌（渗灌）系统造价较高、易堵塞、管理维护难度大、出水孔间距固定或较均匀，无法根据果树株距进行适应性调整等因素而没有大面积推广［10］。于坤等根据干旱区果树生产实际需求，为有效解决地表滴灌导致的根系上浮及普通地下滴灌堵塞问题，将滴灌与“穴贮肥水技术”有机结合而开发出的1项新的节水滴灌方法即地下穴贮滴灌，目前已获国家专利授权［11］。但关于该技术与地表滴灌、膜下滴灌的田间比较试验尚未见报道。基于以上原因，本研究拟从新疆地区葡萄实际生产角度出发，通过连续2年田间试验，比较地表滴灌、膜下滴灌、地下穴贮滴灌3种不同滴灌方式对成龄红地球葡萄生长和果实品质的影响，筛选出适宜新疆干旱地区葡萄发展的较佳滴灌措施和方式。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2014、2015年在新疆石河子大学农学院试验站葡萄标准试验园进行，试验地区多年平均气温为6.5～7.2℃，无霜期为168～171 d，年日照时数为2 721～2 818 h。供试品种为鲜食葡萄红地球，2004年定植，东西行向，行距2.7 m，株距1 m。葡萄架式为单篱架，置于葡萄树南，灌水沟位于每行葡萄北侧。沿葡萄行每隔8 m竖立水泥支柱，其上拉3道铁丝，葡萄架高约为1.5 m。试验设地表滴灌、膜下滴灌和地下穴贮滴灌3种滴灌方式。每个小区面积为2.7 m×16 m，约15～20株葡萄植株，各小区随机分布。每小区每行葡萄灌水沟中央设置1条滴灌带，每条滴灌带与主管连接处由开关与水表控制。

1.2 试验材料及方法

试验以10年生红地球葡萄为试验材料，设地表滴灌、膜下滴灌和地下穴贮滴灌3种滴灌方式。以地表滴灌单次灌水量为标准，膜下滴灌、地下穴贮滴灌灌水量分别为地表滴灌的70%，共3个处理，3次重复，9个小区。每小区每行葡萄灌水沟中央设置1条滴灌带，每条滴灌带与主管连接处由开关与水表控制。地下穴贮滴灌（SDI，图1）采用新疆惠利节水工程公司生产的Ф20 mm PE（聚乙烯）管作主管、Ф4/7毛管作进水支管，毛管与进水支管连接稳流器（压力补偿式滴头，4 L·h）以稳定水流。地下穴贮滴灌（SDI）透水小桶为直径18 cm、高15 cm的PVC（聚氯乙烯）管，PVC管上部密封留有进水孔，管下部0～8 cm处均匀分布3行直径为0.5 cm的微孔，透水小桶外壁与植株距离为15 cm，上部与地面距离为20 cm；地表滴灌（DI）所用主管和滴头与地下穴贮滴灌一致，每株1个滴头，滴头与植株距离25 cm，用别针固定。地下穴贮滴灌系统铺设于2014年5月20日，鉴于试验扰动过大，2014年做预试验，本研究对2015年的相关数据进行讨论。

根据葡萄各生育期的需水规律确定灌水次数、灌水周期和灌水量，葡萄的灌水次数和灌水周期是以各生育阶段的土壤相对含水率下限值来确定的。为保证观测资料的准确可靠性，试验采用在田间安装水分测定仪结合取土烘干法观测土壤含水量变化，能够及时反映土壤含水量的变化情况，根据葡萄需水情况，确定灌水定额和灌概周期。萌芽期—开花期：土壤相对含水率上、下限分别取土壤含水率（38%）的90%和65%；果实膨大期：土壤相对含水率上、下限分别取土壤含水率（38%）的90%和70%；结果期：土壤相对含水率上、下限分别取土壤含水率（38%）的90%和55%，2015年灌水量如表1所示。

表1 红地球葡萄不同生长期灌水量分配（2015年）

1.2.1 植株生长指标的测定 分别对3种不同的处理随机选取各3株长势相同的葡萄，在试验的5月16日、6月21日和9月30日测量葡萄枝的茎粗（植株的第5、6、7节）、节间距和分枝。当果实开始发育时，开始计算果穗的数量并前后进行比较。

1.2.2 光合指标的测定 采用LI6400便携式光合作用测定仪，测定叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间二氧化碳浓度（Ci）。选择晴朗无云的天气测定，于每株葡萄外围光照充足部位（分别是植株的底部、中部和上部重复3次）选取正常生长的新梢第3～5张叶片并做好标记。每个处理均选3株，取平均值。

1.2.3 果穗、果粒大小的测定 果实完全成熟时，每个处理小区随机选择5株有代表性的植株，从每株上选取10个果穗测果穗质量，计算平均值；从每个果穗的上、中、下3个部位各取1粒果实，共计20粒，再用游标卡尺测量果粒的横径和纵径，用电子天平测量果粒质量，计算其平均值；用GY-1型水果硬度计测量果粒硬度，计算其平均值。

1.2.4 果实品质的测定 每个处理小区随机选择5株有代表性的植株，按上、中、下3个部位随机选择10个果穗。采用GB/T 5009.7—2008《食品中还原糖的测定》中的直接滴定法测量果实的还原糖含量，结果以葡萄糖计。用滴定法测量果实的总酸含量，结果以酒石酸计。

1.2.5 根系测定 取根采用米字形取根法（图2），按A、B、C 3个方向取根。根系指标以10 cm为1层（0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、60～70、70～80、80～90 cm），分层挖出每层全部土体土，迅速收集、捡出根系、洗净。用根系扫描仪扫描根系，利用图像分析软件（WinRHIZO，Canada）对扫描根系图像进行分析，获得有效根表面积（cm2）、有效根体积（cm3）、根长（cm）、根尖数和根系直径（mm），扫描后将根系在80℃条件下烘干至恒质量后称量，获得根系质量。

1.2.6 数据处理与分析 采用Microsoft Excel 2003软件对数据进行处理和绘图，采用DPS 7.5和SPSS 13.0统计分析软件对植株生物量和根系形态进行差异显著性检验（LSD法）。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌方式对葡萄生长发育的影响

由图3可知，红地球葡萄茎粗、节间距在5—6月变化幅度明显，而6—9月茎粗、节间距变化不大。5月16日与6月21日，DI处理的茎粗最大，SDI处理最小。9月30日葡萄节间距以DI处理最高，MDI处理最低，DI处理分别比MDI、SDI处理高21.5%、17.6%，DI处理与SDI、MDI处理间均差异显著，MDI与SDI处理间差异不显著。

2.2 不同滴灌方式对葡萄光合速率、水分利用速率的影响

滴灌方式对葡萄不同部位叶片光合特性的影响不尽相同（表2）。灌水后2 d，3种滴灌方式条件下葡萄叶片净光合速率呈“上高、中低、下高”的趋势；灌水后11 d，葡萄不同部位叶片净光合速率虽有差异，但趋于一致。由表2还可看出，灌水后2 d，DI处理葡萄上下部叶片净光合速率均明显高于SDI、MDI处理；灌水后11 d，DI处理上部叶片净光合速率与SDI、MDI处理间差异不大，中下部叶片净光合速率均显著低于SDI、MDI处理。对瞬时水分利用效率的分析表明，灌水后2 d，DI处理葡萄叶片上下部叶片瞬时水分利用效率显著高于SDI、MDI处理。灌水后11 d，各处理间叶片瞬时水分利用效率虽有差异，但不规律。对气孔导度的分析表明，MDI处理的气孔导度在灌水后11 d均低于DI、SDI处理。

表2 滴灌方式对北疆红地球葡萄光合速率、水分利用效率的影响

2.3 滴灌方式对产量及水分利用效率的影响

由表3可知，MDI处理穗质量和粒质量在3种滴灌方式中最大，SDI处理最小，其中MDI处理穗质量、粒质量分别比DI处理高11.0%、2.56%，比SDI处理高21.3%、10.4%；果粒的横径和纵径在3种滴灌方式下差异并不大。由表3亦可看出3种滴灌方式对果实产量的影响并不大，但对于水分利用效率有较大影响，MDI、SDI处理水分利用效率分别比DI处理高35.2%、30.6%。

2.4 滴灌方式对果实品质的影响

由表4可以看出，不同滴灌方式对葡萄果实含糖量的影响较为显著，9月18日DI处理含糖量显著高于SDI和MDI处理，10月3日MDI与DI处理的果实含糖量均显著高于SDI处理。9月18日不同滴灌方式中以SDI处理的总酸含量最高，10月3日以MDI处理的总酸含量最高，但糖酸比与SDI处理差异不大。对于果实硬度，9月18日SDI、DI处理下的果实硬度显著高于MDI处理，10月3日以DI处理的果实硬度最大，SDI、MDI处理差异不显著。果实果皮的叶绿素含量在9月18日DI处理分别比SDI、MDI处理高35.7%、46.2%，10月3日MDI处理显著低于DI、SDI处理。

2.5 滴灌方式对葡萄根系分布的影响

由图4、图5可以看出，在水平分布上，SDI、MDI、DI处理的灌水侧根系长度、根表面积指数均大于未灌水侧，距离灌水点越远各处理的根系长度、根表面积越来越少，SDI与DI、MDI处理最大差异主要表现为在未灌水侧根系亦有一定范围的分布。在垂直分布上，DI处理根系长度、根表面积指数在土层深度0～30 cm分布较多，随着土层深度的加深，根系数量逐步减少；MDI处理根系长度、根表面积指数在土层深度30～60 cm显著高于0～30、60～90 cm土层，且主要分布于灌水侧；SDI处理根系长度、根表面积指数在各土层深度分布比较均衡。

表3 不同滴灌方式对果穗、果粒大小的影响

表4 不同滴灌方式对果实品质指标的影响

3 讨论

3.1 滴灌方式对红地球葡萄植株生长及果实品质的影响

滴灌与传统灌溉方式的本质区别是改变了水的供给方式，使灌溉由向“土壤供水”转为向“植株供水”，通过滴灌可精准地根据植物的生长确定适宜的水分供给，以最高效的方式获得经济产量［8］。地表滴灌、地下滴灌（渗灌）作为目前滴灌节水的主要方法［12］，其滴灌方式的改变不仅改变了灌溉植物根系的分布、构型，而且改变了植物根系对水分的吸收和利用效率［13］，不同空间和时间内土壤含水量和根系分布的不同必然引起植株地上部产生相应的变化。在本研究中，3种滴灌方式对红地球葡萄生长和果实品质形成的影响不尽相同，DI与SDI、MDI处理相比能在生育期早期促使葡萄尽快生长，SDI较MDI、DI处理能够促使新梢加粗，在节水方面MDI、SDI处理水分利用效率分别比DI处理高35%、30.6%，表现出明显的节水优势。Ayars等研究发现，地下滴灌较地表滴灌能有效提高果实产量和品质［9］，但在本研究中发现，在果实产量及果实大小方面3种滴灌方式间的差异并不大，这可能与试验设计中灌水量的分配有关。从本研究结果亦可看出，在果实色泽调控方面，MDI较DI、SDI处理表现出明显优势，这可能与MDI处理地表覆膜，增加了地表光反射强度有关。

3.2 滴灌方式对红地球葡萄根系分布的影响

根系功能不仅取决于根系生物量及其生理特性，还取决于它们的空间分布［14-15］。在干旱、半干旱地区，深层根系越多，植株越容易从土壤深层获取水分和养分，其对抗逆境的适应性越强［16］。在小麦上的模拟结果表明，更多有效的深层根系有利于促进植株对水分和养分的吸收［17］。在短期或长期干旱条件下，深层根系有利于植株抵抗干旱胁迫，促进植株生长和产量形成［18-19］，因此增加根系在深层土壤的分布对促进深层土壤水分吸收、提高产量尤为重要。Carmi等发现，地表滴灌下的棉花根系缺乏深扎能力，抗旱性较差，而地下滴灌的棉花根系向下层发展［20］，本研究结果中红地球葡萄根系多分布在0～90 cm土层，其中DI处理在土层深度0～30 cm处根系较为发达，MDI处理在土层深度30～60 cm处有较多根系，SDI处理根系在土层中分布比较均匀，这说明釆用地表滴灌后会出现根系上移的现象。近年研究发现，根系上移是导致葡萄冬季冻害的重要原因之一。根系生长有较强的趋水性，植株吸收水分最先从近树干湿润区域获取，然后依次从其他土层吸取可利用的水分［21-22］。本研究发现在滴灌带铺设侧，红地球葡萄根系有较多分布，在未铺设侧，葡萄根系显著减少，表明葡萄作为多年生果树，单侧铺设滴灌带可能对葡萄根系分布带来不可逆的变化，影响葡萄的可持续生产能力。

4 结论

MDI、SDI处理在较DI处理分别节水35.2%、30.6%的基础上，葡萄生长及产量并没有显著降低。不同滴灌方式处理对葡萄根层根系的分布有较明显的影响，在根系水平分布上DI、MDI、SDI处理均表现出灌水侧根系显著高于未灌水侧；在根系垂直分布上，MDI处理根系长度、根表面积指数在土层深度30～60 cm显著高于0～30、60～90 cm土层，SDI处理根系长度、根表面积指数在各土层深度的分布比较均衡。

在果实品质调控方面，MDI较DI处理能较早促进果实着色，SDI处理并没有表现出明显优势，这可能与在整个灌水周期中灌水量的分配有较大关系，此方面尚需进一步研究。