调亏灌溉与施肥配比对滴灌葡萄生长、产量及品质的影响

温 越 ，王振华 *，李文昊 ，丁宏伟 ，邹 杰 ，陈 睿 ，张健利

（1.石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832000； 2.现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆 石河子 832000）

0 引 言

【研究意义】吐哈盆地位居亚欧大陆腹地，全年干旱少雨且蒸发强烈，水资源严重不足，而日照时间长，昼夜温差大的优势使吐哈盆地成为特色瓜果生产基地[1]。目前，吐哈盆地葡萄灌溉方式主要为大水漫灌，灌溉定额高达1 650 mm[2]，因施肥配比不当导致当地葡萄产投比不协调，葡萄品质较低。因此通过水肥联合调控使滴灌葡萄节水、增产、提质是吐哈盆地葡萄发展的必然趋势。【研究进展】调亏灌溉可以利用作物生理调节机制主动节水[3]，其原理即在作物某些生长时期进行控水，抑制作物非生产有机物的合成，进而提高产量或品质[4]。研究表明，在葡萄萌芽期、新梢生长期进行亏水灌溉可达到最高产量和水分利用效率[5-6]，而在浆果生长期进行调亏灌溉则会降低40.2%的产量[7]，但可以显著提高可溶性固形物和可滴定酸[8]；在浆果成熟期进行适度调亏灌溉，对产量影响不显著，但可以显著提高还原性糖[9]。不同施肥配比对果树的生长、产量和果实的品质影响显著[10-12]。氮肥能够提高果树枝叶的生长速度，促进有机物的合成与积累[13]；适量的磷肥可以促进果树根系对氮素及其他营养成分的吸收能力，并对植株花芽分化，果实成长及产量品质造成显著影响[14-15]；钾肥对葡萄的浆果膨大与成熟有重要影响，并能提高葡萄的抗旱与耐高温等能力[16]。而郭修武等[17]在水分胁迫下对葡萄肥料配比进行了研究，认为氮、磷、钾质量比为2∶5∶3时对葡萄的生长发育效果最好。【切入点】目前，吐哈盆地葡萄灌溉用水量受到了严格限制，而土壤肥力因滥用化肥逐年下降。长期以来，果树的水肥制度研究主要集中于设定灌溉定额和固定施肥配比，而在极端干旱区对滴灌葡萄进行调亏灌溉并设置不同施肥配比的研究较少。【拟解决的关键问题】因此，探索吐哈盆地滴灌葡萄调亏灌溉的应用模式，确定最佳调亏生育期，同时研究调亏灌溉条件下不同施肥配比对滴灌葡萄生长，果实产量和品质的影响，从而确定最佳的水肥配比，为吐哈盆地滴灌葡萄种植提供科学理论依据，研究结果对缓解区域水资源短缺和促进农业可持续发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019 年3 月下旬—9 月上旬在新疆第十三师哈密垦区灌溉试验站（海拔660 m，93°37′E，42°42′N）进行。试验区位于亚欧大陆腹地，是典型的温带大陆性干旱气候区，年均气温为9.8 ℃，年均降水量38.0 mm，年均蒸发量3 092 mm，无霜期187 d，年均日照时间3 357.6 h，≥10 ℃积温4 124.1～4 842.5 ℃。试验站土壤为砂壤土，0～80 cm土壤平均体积质量1.56 g/cm3，田间体积持水率为18.42%。土壤全氮量为0.49 g/kg，有机质量为9.0 g/kg，有效磷量为20.61 mg/kg，速效钾量为175.44 mg/kg。地下水埋深＞10 m。试验区2019 年葡萄生育期内气象要素见图1。

图1 2019 年气象要素 Fig.1 Meteorological elements in 2019

1.2 试验材料

试验对象为16 a 生成龄无核白鲜食葡萄。葡萄种植方式采用大沟棚架栽培，沟宽×沟深×沟长=1.0 m×0.5 m×40 m，葡萄株距为1.0 m，行距5.0 m，每个小区面积为40 m×6 m=240 m2，定植80 株葡萄。葡萄使用井水灌溉，通过管道进行输水。田间采用滴灌灌溉方式，每个小区滴灌带按1 行3 管布置，在树干根部及距根部二侧25 cm 处各1 根，采用单翼迷宫式滴灌带，滴头间距30 cm，滴头设计流量3.2 L/h，滴灌带工作压力为0.10 MPa。每个小区用水表和施肥罐精确控制灌水施肥量。

1.3 试验设计

试验设置灌水和施肥配比2 个因素。试验组分别在葡萄新梢生长期、开花期、浆果生长期和浆果成熟期进行控水，并设置全生育期充分灌溉为对照组（分别记为W1、W2、W3、W4、CK）。由于试验地块土壤为砂壤土，持水性较差，因此将充分灌溉土壤含水率上限定为田间持水率θf的100%，调亏灌溉处理土壤含水率上限定为田间持水率θf的90%，当土壤含水率降至下限时进行灌水。具体设计方案如表1 所示。施肥配比按照侯裕生等[1]对无核白葡萄的施肥配比设置3 个水平，N、P2O5、K2O 质量比分别为1∶1∶1、2∶2∶3、2∶1∶2（分别记为F1、F2、F3），常规施肥水平为F3（N 330.0 kg/hm2+P2O5165.0 kg/hm2+K2O 330.0 kg/hm2）处理，肥料类型为：氮肥（尿素，含N 46%）、磷肥（磷酸二铵，含P2O551%）、钾肥（硫酸钾，含K2O 51%）。全生育期施肥量统一定为825 kg/hm2，共施肥9 次，其中萌芽期随水施肥1 次，新梢生长期2 次，花期1 次，浆果生长期3 次，浆果成熟期2 次，具体实施方案见表2。试验按照2 因素水平进行完全区组设计，共计15 个处理，设置3 次重复。为保证植株顺利萌芽和试验准确性，各处理在4月17 日进行开墩水灌溉，灌水定额为60 mm，各处理田间管理措施均保持一致。

表1 不同生育期灌水设计方案 Table 1 Design scheme of irrigation in different growth periods

1.4 测定项目及方法

新梢生长指标：在进行测量前于每个小区选取长势一致的3 株葡萄，并用红绳进行标记。于4 月25日开始测量，每个生育期定期对葡萄新梢长度及茎粗进行测定。其中，新梢长度用钢卷尺测量，茎粗用游标卡尺测定。

果实采样及标准：以果实色泽鲜亮均匀，可溶性固形物质量不再增加作为成熟标志。取样时间为8 月28 日07:00－09:00，每个处理选取相同部位的果穗10 串，带回实验室保鲜。

果实产量及形态指标：对各处理小区随机选取3株摘取全部葡萄进行单株测产，推算各处理小区产量并换算为标准产量，用电子天平对单粒质量，单穗质量进行测量；然后用游标卡尺测定果实纵径（a）、横径（b），并计算果形指数L（a/b）。

果实品质：每个处理选取500 g 鲜样，送至新疆农垦科学院进行葡萄品质的测定。对可溶性固形物采用手持糖量计法进行测定；对还原性糖采用斐林试剂滴定法进行测定；对可滴定酸采用NaOH 滴定法进行测定；维生素C 采用分光光度法测定。

1.5 数据处理

使用Microsoft Excel 2016 进行数据处理，SPSS 24.0 进行数据分析，采用Duncan 法进行多重比较。

表2 不同生育期施肥量 Table 2 Fertilization amount in different growth periods kg/hm2

2 结果与分析

2.1 不同水肥处理对葡萄植株新梢生长量的影响

表3 为不同水肥处理下无核白葡萄各生育期植株新梢生长量。由表3 可知，水肥交互作用对各生育期新梢长度影响均不显著（P＞0.05）。灌水单因素对萌芽期新梢长度影响不显著（P＞0.05），对新梢生长期、花期、浆果膨大期、浆果成熟期新梢生长量影响极显著（P＜0.01）。施肥因素对各生育期新梢长度影响均极显著（P＜0.01）。

不同水肥处理下葡萄植株新梢生长速率在整个生育期内呈现先增大后减小的趋势，萌芽期新梢生长缓慢，新梢生长期枝条快速生长，花期之后，植株由生长繁殖转向营养繁殖。灌水单因素下，在萌芽期,各灌水处理新梢生长量无显著差异（P＞0.05）；在新梢生长期，W1 处理新梢生长量较CK 降低16.92%，其他处理与CK 无显著差异（P＞0.05）；开花期，W1、W2 处理新梢生长量较CK 降低20.42%和26.20%，W3、W4 处理与CK 无显著差异（P＞0.05）；浆果生长期，W1、W2 处理新梢生长量较CK 有明显提高，而W3 处理明显降低，这说明在适度调亏复水后会产生补偿生长效应，进而促进新梢生长；浆果成熟期，新梢生长量最小，新梢生长几乎停止，对葡萄植株整个生育期内新梢生长量影响较小。施肥单因素下，在萌芽期和新梢生长期，F3 处理新梢生长量较F1、F2处理分别提高10.99%、25.51%和6.97%、4.78%；而在浆果生长期，F2 处理新梢生长量较F1、F3 处理提高8.80%和5.29%。以葡萄植株最终新梢长度来看，在新梢生长期、花期、浆果膨大期、浆果成熟期进行调亏灌溉均会导致新梢长度降低，但浆果成熟期调亏灌溉新梢长度与充分灌溉相比无显著差异（P＞0.05）；在葡萄植株生育前期，氮素对新梢生长的影响较大，而中后期，磷钾元素对新梢生长影响更为显著。CKF3处理新梢长度最大，而W4F2、W4F3 处理与CKF3处理间无显著差异（P＞0.05）。说明灌水处理对新梢长度的影响要大于施肥配比，合适的水肥配比能让新梢长度保持较高的水平。

2.2 不同水肥处理对葡萄植株新梢茎粗的影响

表4 为不同水肥处理下无核白葡萄植株新梢茎粗。水肥交互作用对不同生育阶段茎粗影响不显著（P＜0.01）；灌水单因素对萌芽期新梢茎粗无显著影响（P＞0.05），对新梢生长期、花期、浆果膨大期、浆果成熟期新梢茎粗影响极显著（P＜0.01）；施肥因素对花期新梢茎粗影响显著（P＜0.05），对其他生育期影响极显著（P＜0.01）。

由表4 可知，新梢茎粗生长速度在全生育期呈现逐渐递减的趋势，在萌芽期茎粗生长最快，随后生长减缓，在浆果成熟期生长最慢，几乎停滞。灌水单因素下，在萌芽期，各灌水处理新梢茎粗没有显著差异（P＞0.05）；新梢生长期，W1 处理新梢茎粗较CK降低5.21%，其他处理与CK 无显著差异（P＞0.05）；开花期，W1、W2 处理新梢茎粗较CK 降低3.64%、2.00%，W3、W4 处理与CK间无显著差异（P＞0.05）；浆果生长期，W1、W2 处理较W3 处理新梢茎粗有明显的提高，此时W3处理新梢粗度较CK 降低3.50%；浆果成熟期，新梢茎粗达到最大，调亏灌溉处理新梢茎粗较CK 均有不同程度降低，其中W3 处理茎粗最小，较CK 降低4.27%。施肥单因素下，F2 处理新梢茎粗生长在不同生育期内均优于F1 和F3 处理，在新梢生长期和花期提升更大，较F1 和F3 处理分别提高3.99%、1.62%和4.32%、3.24%，W4F2 处理新梢茎粗最接近新梢茎粗生长最大CKF2 处理。以葡萄植株全生育期新梢茎粗来看，在浆果成熟期进行调亏灌溉对新梢茎粗影响最小，更能保证葡萄植株的正常发育。灌水处理对新梢茎粗影响要大于施肥配比，适宜的水肥配比能让新梢茎粗保持较高的水平。

表3 不同水肥处理下无核白葡萄不同生育期植株新梢生长量 Table 3 Seedling growth of seedless white grapes at different growth periods under different water and fertilizer treatments cm

表4 不同水肥处理下无核白葡萄不同生育期植株新梢茎粗 Table 4 Thick shoot stems of seedless white grapes at different growth periods under different water and fertilizer treatments mm

2.3 不同水肥处理对葡萄产量及物理指标的影响

表5 为不同水肥处理下无核白葡萄产量及物理指标。果实纵径、横径、果形指数、单果质量、单穗质量、产量均受灌水处理影响极显著（P＜0.01），产量受水肥交互作用影响显著（P＜0.05），施肥配比对除果形指数外其他指标影响均为极显著（P＜0.01）。

影响无核白葡萄效益的主要指标是纵径、横径、单穗质量以及产量。灌水单因素下，CK 主要指标均大于其他调亏灌溉处理，这说明调亏灌溉对果实产量及物理指标会造成负面影响，其中W3 处理指标降低最多，纵径、横径、单穗质量、产量分别比CK降低20.59%、18.13%、34.38%、32.45%，其次为W2 处理和W3 处理，W4 处理各指标与CK 差异不显著（P＞0.05）。这说明在浆果成熟期之前进行调亏灌溉，会严重抑制葡萄植株的营养繁殖，影响果实发育，在浆果生长期进行亏水处理，降低葡萄产量及物理指标最大。施肥单因素下，F2 处理纵径较F1 处理和F3处理提高2.40%、4.31%，横径提高3.00%、6.04%，单穗质量提高5.46%、8.88%，产量提高3.54%、3.95%。这说明N、P2O5、K2O 为2∶2∶3 的施肥配比更利于提高葡萄的产量及物理指标。从水肥处理看，CKF2处理纵径、横径、单穗质量以及产量均为最大，W3F3处理均为最小，W4F2 处理各指标与CKF2 没有显著差异（P＞0.05）。

表5 不同水肥处理下无核白葡萄产量及物理指标 Table 5 Yield and physical indicators of seedless white grapes under different water and fertilizer treatments

2.4 不同水肥处理对葡萄品质指标的影响

表6 为不同水肥处理下无核白葡萄品质指标。灌水单因素对葡萄还原性糖、可溶性固形物、可滴定酸和维生素C 影响均为极显著（P＜0.01），施肥单因素对还原性糖、可溶性固形物和维生素C 影响极显著（P＜0.01），对可滴定酸影响显著（P＜0.05）；水肥交互作用对还原性糖影响极显著（P＜0.01），对维生素C 影响显著（P＜0.05），对可溶性固形物和可滴定酸影响不显著（P＞0.05）。

由表6 可知，W4F2 处理还原性糖最大（23.0%），W3F3 处理最小（16.4%）；W3F3 处理可滴定酸最大（0.665 2%），W4F2 处理最小（0.436 3%）。灌水单因素下，各处理还原性糖从大到小顺序为W4 处理＞W1 处理＞CK 处理＞W2 处理＞W3 处理，其中W4处理较CK提高7.80%，W3 处理较CK降低14.15%，这说明在浆果生长期进行调亏灌溉会抑制葡萄果实糖分的积累并增加酸度，即使后续生育期进行复水也不能弥补亏水对植株造成的伤害。而在浆果成熟期进行调亏灌溉，可以显著提高果实还原性糖量，这可能是由于亏水处理降低了果实中的水分，起到了“增糖”的作用。施肥单因素下，F2 处理还原性糖较F1、F3处理提高6.57%、9.90%，可滴定酸降低3.84%、8.72%，因此，W4F2 处理施肥配比可以提高葡萄糖分并降低酸度，使无核白葡萄口感更佳。

由表6 还可知，W4F2 处理可溶性固形物最高，为23.5%，W3F1 处理最小，为18.6%。灌水单因素下，W4、W1 处理可溶性固形物高达22.6%和22.3%，较CK 处理提高5.61%和4.21%，而W3 处理的可溶性固形物量最低，仅为19.4%，较CK 降低9.35%，其次为W2 处理。施肥单因素下，F2 处理可溶性固形物最高，为21.9%，较F1、F3 处理提高7.88%和4.29%，但差异不显著（P＞0.05）。各水肥处理维生素C 变化趋势与可溶性固形物相同，在W4F2 处理取得最大值，为8.64 mg/100 g，W3F1 处理最小，为7.11 mg/100 g。这表明在浆果成熟期进行亏缺灌溉可以显著提高果实的可溶性固形物与维生素C，而在浆果生长期进行亏缺灌溉则会使果实发育不良，严重降低葡萄品质。因此W4F2 处理是提高果实品质的最优处理。

表6 不同水肥处理下无核白葡萄品质指标 Table 6 Quality indicators of seedless white grapes under different water and fertilizer treatments

3 讨 论

吐哈盆地地下水大型严重超采区面积超过5 000 km2，水资源极度匮乏，因此调亏灌溉是区域农业可持续发展的合理灌溉方式。国内外研究发现，调亏灌溉可以显著影响果树的生长、产量和品质[18-20]。研究表明，在不同生育期进行调亏灌溉均会降低葡萄植株新梢的生长速度，但在新梢生长期、花期调亏复水后新梢生长速度加快，最终可恢复至CK 水平，而在浆果生长期调亏灌溉则不能恢复。这说明浆果生长期是葡萄植株生长的需水关键期，在此生育期进行调亏灌溉会导致植株组织损伤较大，影响果实发育，这不同于赵霞等[7]在不同生育期调亏灌溉对葡萄梢长茎粗无显著影响的结论，可能是气候条件以及灌溉方式不同造成的。产量是衡量果树种植优劣的重要指标，高佳等[21]认为调亏灌溉可以在作物不减产的情况下提高水分利用效率，而本研究中，调亏灌溉处理葡萄产量较充分灌溉均有不同程度的降低，在浆果成熟期调亏灌溉葡萄产量与充分灌溉无显著差异，而在浆果生长期调亏灌溉减产幅度高达32.45%，这与张梅花等[22]的研究结论一致，这说明，在葡萄浆果生长期进行调亏灌溉会严重影响果实发育，进而降低经济效益。徐斌等[23]研究表明，在浆果膨大-聚糖着色期进行调亏灌溉，可以提高果实的可溶性固形物，并显著降低可滴定酸。史星云等[24]研究表明，水分过低或过高都不利于葡萄糖分的积累和可溶性固形物的形成。邓浩亮等[25]研究表明，在着色成熟期进行水分中度胁迫，会显著提高酿酒葡萄花青苷、还原性糖的积累。本研究发现，在浆果成熟期进行调亏灌溉可以显著提高果实可溶性固形物和还原性糖量，较CK 分别提高7.80%和5.61%，而可滴定酸降低22.19%，因此在浆果成熟期进行调亏灌溉是一种合理的灌溉方式。

氮、磷、钾的施用比例对植株的发育与土壤的养分协调具有重要意义[26]。程勇等[27]研究表明，不同施肥配比对林木的生长指标影响显著。试验表明，当施肥配比为F2（N 235.7 kg/hm2+P2O5235.7 kg/hm2+K2O 353.6 kg/hm2）时，葡萄梢长及茎粗指标均优于常规施肥F3 处理（N 330.0 kg/hm2+P2O5165.0 kg/hm2+K2O 330.0 kg/hm2），提高5.48%和1.03%。在本试验中，F2 处理单果质量、单穗质量、产量较F3 处理分别提高15.33%、8.88%和3.95%，这与周兴本[28]氮肥和钾肥对葡萄产量存在正效应的结论有所不同，这可能是由于土壤初始养分量不同所造成的。F2 处理可溶性固形物与还原性糖量较F3 处理提高4.29%和9.90%，可滴定酸量降低8.72%，这说明F2 处理能够显著提高无核白葡萄的品质，创造更大的经济利益。

水肥联合调控是实现葡萄高产优质的最佳途径。王连君等[29]研究表明，灌水量270 mm，施肥量N 225 kg/hm2+P2O5180 kg/hm2+K2O 248 kg/hm2的水肥处理，葡萄新梢生长最好，且产量较优，品质更佳。史星云等[24]研究发现，水肥调控对葡萄新梢生长和果实形态影响显著，葡萄生长及品质指标在适宜范围内随水肥用量增加呈现先升高后降低的趋势，灌水量270 mm，施肥量 N 160 kg/hm2+P2O5120 kg/hm2+K2O 210 kg/hm2的水肥配比会促进葡萄新梢生长并显著改善果实品质。本研究发现，在浆果成熟期进行调亏灌溉，施肥量N 235.7 kg/hm2+P2O5235.7 kg/hm2+K2O 353.6 kg/hm2时（W4F2），新梢生长不会受到抑制，且产量与最高CKF2 处理差异不显著，而还原性糖、可溶性固形物和维生素C 量均显著增加，可滴定酸量显著降低。因此W4F2 处理是获得较优葡萄产量品质较适宜的水肥配比。

4 结 论

1）水分对滴灌葡萄各项指标影响显著，W1 处理在果实生长时期生长旺盛，W4 处理产量与CK 无显著差异，但品质指标提升较大。

2）从水肥交互作用上看，W4F2 处理产量与产量最高处理CKF2 无显著差异，可溶性固形物与还原性糖量最高，可滴定酸量最低。在浆果成熟期对无核白葡萄进行调亏灌溉，并采用施肥量为N 235.7 kg/hm2+P2O5235.7 kg/hm2+K2O 353.6 kg/hm2时，可以达到不抑制葡萄植株生长，维持产量并大幅提高果实品质的效果。