生活再生水滴灌对侧限根苹果生长、光合及产量的影响

朱永福，田军仓，2，3*，沈 晖，2，3，闫新房，2，3

（1.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏银川 750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，宁夏 银川 750021）

2018 年宁夏苹果种植总面积达3.8 ×104hm2（57 万亩），产量达60 万t[1]。随着苹果种植面积的不断扩大，水资源短缺问题日益突显。生活再生水作为一种替代水源，营养元素较丰富，很多学者对其进行了研究，但主要集中在苜蓿[2—3]、番茄[4]、黄瓜[5]、茄子[6]、西兰花[7]、玉米[8]、枸杞[9]、葡萄[10]、甘蔗[11]、柑橘[12]、油茶[13]、西柚[14]、柠檬[15—16]等，对再生水滴灌苹果的研究报道较少。

限根栽培主要是采用物理方法将果树的根域控制在一定范围，通过控制根系的生长调节地上部的营养与生殖生长[17]。王世平等[18]通过在10 L 的塑料盆对“Fujiminori”葡萄藤进行限根栽培来探究其对葡萄藤生长影响，研究发现，限根栽培抑制了枝条的生长和光合速率，但对葡萄藤根系的生长有促进作用。段书燕等[19]通过在塑料盒（60 cm×45 cm×45 cm）对葡萄藤进行限根处理来探究对葡萄的影响，研究发现，限根栽培加快了葡萄的代谢，促进了果实的着色，提升了葡萄的外观和品质。庞钰洁等[20]以“圆梦”桃为材料探究根域限制对其生长和成花的影响，研究发现，根域限制使总花芽数提高了11%，使每667 m2成花产量达407 kg，是常规栽培的58 倍。洪莉等[21]以不同樱桃为试材，探究了限根栽培的容积对其的影响。方金豹等[22]在幼年桃树上对根域体积和限制方式进行探究，研究发现，限根促进了花芽的形成，适度限根可以提高桃树坐果率，提升产量，但限根过多则会有抑制作用。Myers 等[23]通过限根处理探究其对苹果的影响，研究发现，相较于对照在织物容器中限根处理，其提高了苹果树的花簇数和坐果率。曹辉等[24]研究限根节水处理对苹果叶绿素含量、叶片荧光特性、苹果产量和品质的影响，研究结果发现，相较于对照，限根节水处理提高了苹果叶绿素含量和叶绿素荧光参数（光化学量子效率Fv/Fm、PSII 反应中心潜在活性Fv/Fo、PSII 反应中心潜在活性作用光存在时PSII 实际的光化学量子效率ΦPSII、非光化学淬灭系数NPQ、光化学淬灭系数qP和电子传递速率ETR）值，使苹果叶片光化学活性得到显著提高，对水分利用率、苹果产量和品质均有提高。目前，关于葡萄、桃、樱桃、苹果等果树已有研究，但都是在常规水源灌溉条件下探究限根对其的影响。

综上，在砂砾石土条件下，生活再生水滴灌与侧限根节水对苹果生长、光合及产量的影响研究较少。本文以礼泉短富苹果为研究对象，探究宁夏生活再生水滴灌灌溉定额与侧限根的苹果水资源高效利用模式，为宁夏旱区苹果高效节水灌溉增产提质增效提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于宁夏回族自治区中卫市沙坡头区宣和镇弘兴达果业示范基地C10 号地（105°22′56″E，37°23′26″N），平均海拔高度1 356 m，年平均气温8.4℃。试验田土壤为砂砾石土，土壤干容重为1.48 g/cm3，田间质量持水率15.1 %，其土壤基本理化性质见表1。灌溉的黄河水取自中卫市南山台扬水三干渠，灌溉的再生水为中卫市第四污水处理厂的生活再生水，生活再生水水质符合《农田灌溉水质标准》（GB5084—2021），其水质指标见表2。

表1 试验区土壤基本理化性质

表2 生活再生水和黄河水水质指标

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计（表3），选取限根类型（S）、水质（Q）和灌溉定额（W）三个因素。限根类型因素设置侧限根+地表覆膜（S1）、不限根+地表覆膜（S2）、不限根+地表不覆膜（S3）3 个水平；水质因素设置生活再生水（Q1）、黄河水（Q2）2 个水平；灌溉定额因素设置低水（W1=3 240 m3/hm2）、中水（W2=4 860 m3/hm2）和高水（W3=6 480 m3/hm2）3 个水平。试验共计18 个处理，每个处理有3 次重复。以黄河水各水平为对照，探究不同限根类型、水质和灌溉定额对苹果生长、光合和产量的影响。

表3 试验设计

1.3 试验实施

试验于2020 年3 月下旬到2020 年10 月下旬进行，品种选取礼泉短富苹果，其栽植于2016 年4月中旬，基砧为八棱海棠，中间砧为M26，果树东西向种植，株距1.5 m，行间距为4 m，树形采用高纺锤形。供试基肥为沼液，供试追肥为尿素（w（N）≥46%），酸二氢钾（w（P2O5）≥52%，w（K2O）≥34%）。灌溉方式采用滴灌管，沿种植行布置进行滴灌，滴头间距为50 cm。在试验实施期间，降雨时各处理均不灌水，萌芽开花期（4 月上旬至5 月中旬）灌水7次，其中5 次随水施肥；叶片扩展期（5 月下旬至6月中旬）灌水3 次，其中3 次随水施肥；果实膨大期（6 月下旬至8 月下旬）灌水7 次，其中4 次随水施肥；果实成熟期（9 月）灌水1 次，其中1 次随水施肥。随水施肥均采用滴灌水肥一体化技术。

1.4 测定指标和方法

生长指标的测定：使用钢卷尺和游标卡尺测定苹果新梢长和新梢茎粗。

光合参数测定：采用LI-6800 型光合仪测定苹果净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）。

产量测定：在成熟期，采收每个处理3 个小区的所有果实并记录。

采用Office 2019、SPSS25.0 软件及Origin2018绘图软件进行数据处理及绘图。

2 结果与分析

2.1 各处理滴灌对苹果生长指标的影响

各处理苹果新梢长度、茎粗的变化曲线见图1～2，生育期内各处理上述指标均处于先增长后趋于稳定的趋势。当水质和灌溉定额一定时，各限根类型对应的苹果新梢长度、茎粗从大到小为S1>S2>S3。其中，在Q1滴灌条件下，S1比S2和S3新梢长均值分别提高了4.78%和7.61%，新梢茎粗均值分别提高了1.56%和3.08%；在Q2滴灌条件下，S1比S2和S3新梢长均值分别提高了3.62%和20.41%，新梢茎粗均值分别提高了2.15%和7.13%。

图1 各处理对苹果新梢长度的影响

当限根类型和灌溉定额一定时，采用Q1滴灌的苹果新梢长度和茎粗优于采用Q2滴灌的苹果新梢长度和茎粗。其中，在S1的条件下，Q1滴灌苹果新梢长和茎粗均值比Q2分别提高了2.89%和0.47%；S2条件下，Q1滴灌苹果新梢长和茎粗均值比Q2分别提高了1.74%和1.05%；S3条件下，Q1滴灌苹果新梢长和茎粗均值比Q2分别提高了15.13%和4.42%。由于Q1中氮、磷、钾等营养元素比Q2丰富，提高了植株对其利用，从而促进了苹果植株的生长发育。当限根类型和水质一定时，随着灌溉定额的增加，苹果新梢长度、茎粗不断增大，增加率见表4。

图2 各处理对苹果新梢茎粗的影响

2.2 各处理滴灌对苹果产量的影响

各处理对苹果的生长发育产生影响，从而造成各处理产量的差异。当水质和灌溉定额一定时，各限根类型对应的苹果产量从大到小为S1>S2>S3。其中，在Q1滴灌条件下，S1比S2和S3苹果产量均值分别提高了3.29%和7.66%；在Q2滴灌条件下，S1比S2和S3苹果产量均值分别提高了4.94%和11.89%。

当限根类型和灌溉定额一定时，采用Q1滴灌的苹果产量优于采用Q2滴灌的苹果产量。其中，在S1的条件下，Q1滴灌苹果产量均值比Q2提高了1.52%；S2条件下，Q1滴灌苹果产量均值比Q2提高了3.13%；S3条件下，Q1滴灌苹果产量均值比Q2提高了5.51%。由于Q1中总氮、总钾、总磷和总镁质量浓度分别是Q2中的10.81、6.55、3.81 和1.09 倍，提高了苹果植株对其利用，同时Q1中丰富的钾含量，提高了苹果植株的光合作用，同时使较多的光合产物向生殖器官果实进行分配，从而使Q1滴灌的苹果产量优于Q2滴灌。当限根类型和水质一定时，各处理苹果产量随灌溉定额的提高不断增加。

各限根类型和水质对应的苹果产量均值从大到小：侧限根＋地表覆膜生活再生水（33 472 kg/hm2）>侧限根＋地表覆膜黄河水（32 972 kg/hm2）>不限根＋地表覆膜生活再生水（32 406 kg/hm2）>不限根＋地表覆膜黄河水（31 422 kg/hm2）>不限根＋地表不覆膜生活再生水（31 089 kg/hm2）>不限根＋地表不覆膜黄河水（29 467 kg/hm2）。覆膜对土壤的含水率有提高作用，比不覆膜的保水效果好，促进了苹果在果实膨大期对水分的利用，对产量的提高有促进作用，这与李敏敏等[25]、郑伟等[26]的研究结果一致。适量限根对苹果产量有一定提升作用，这与陈嘉钰等[27]通过起垄覆膜加防渗层处理使苹果每公顷产量提高了32.85%，与曹慧等[24]通过限根节水处理使“嘎啦”和“富士”苹果单产较对照分别提高了6.9%和8.1%的研究结果基本一致。

2.3 各处理滴灌对苹果光合作用的影响

各处理苹果光合日变化曲线见图3～6。当水质和灌溉定额一定时，各限根类型对应的苹果Pn、Tr、Gs 和Ci 从大到小排列为：S1>S2>S3。其中，在Q1滴灌条件下，S1比S2的Pn、Tr、Gs 和Ci 均值分别提高了3.47%、2.03%、10.33%和2.11%，S1比S3的Pn、Tr、Gs 和Ci 均值分别提高了6.22%、8.80%、14.73%和3.90%；在Q2滴灌条件下，S1比S2的Pn、Tr、Gs 和Ci均值分别提高了4.31%、2.77%、4.61%和2.15%，S1比S3的Pn、Tr、Gs 和Ci 均值分别提高了6.79%、10.04%、11.38%和4.96%。

图3 各处理对苹果净光合速率日变化的影响

图4 各处理对苹果蒸腾速率日变化的影响

图5 各处理对苹果气孔导度日变化的影响

图6 各处理对苹果胞间CO2 浓度日变化的影响

当限根类型和灌溉定额一定时，采用Q1滴灌的苹果Pn、Tr、Gs 和Ci 优于采用Q2滴灌的苹果Pn、Tr、Gs 和Ci。其中，在S1的条件下，Q1滴灌的苹果Pn、Tr、Gs 和Ci 均 值 比Q2分 别 提 高 了1.28%、1.0%、8.49%和0.37%；在S2的条件下，Q1滴灌的苹果Pn、Tr、Gs 和Ci 均值较Q2分别提高了2.09%、1.73%、2.86%和0.41%；在S3的条件下，Q1滴灌的苹果Pn、Tr、Gs 和Ci 均值较Q2分别提高了1.83%、2.16%、5.33%和1.40%。由于Q1中总钾和总氮质量浓度分别是Q2的6.55 和10.81 倍，钾离子能调节CO2进入叶片的气孔，从而影响Gs，同时Q1中丰富的氮质量浓度提高了苹果叶片的氮质量浓度，达到影响光合作用，使Q1滴灌的苹果Pn、Tr、Gs 和Ci 相应优于Q2滴灌。当限根类型和水质一定时，苹果Pn、Tr、Gs 和Ci 随着灌溉定额的增加而不断增大；各处理光合均值增加率见表5。

表5 各处理滴灌对苹果光合指标的影响

3 结论

（1）对于四年生礼泉短富苹果，当苹果限根类型和水质一定时，随着灌溉定额的增加，苹果生长指标（新梢长度、茎粗）、光合指标（Pn、Tr、Gs 和Ci）和产量不断增加；当水质和灌溉定额一定时，限根类型对应的上述指标从大到小为S1>S2>S3；当苹果限根类型和灌溉定额一定时，上述指标采用Q1水质优于Q2水质。

（2）四年生礼泉短富苹果在采用生活再生水灌溉并进行侧限根＋地表覆膜的条件下，其生长、光合指标和产量都最大，均值分别为新梢长57.03 cm、新梢茎粗7.8 mm、Pn=14.81 μmol/（m2·s）、Tr=7.38 mmol/（m2·s）、Gs=216.99 mmol/（m2·s）、Ci=273.24 μmol/（m2·s），产量为33 472.22 kg/hm2。该条件下，新梢长和茎粗较采用不限根＋地表不覆膜黄河水灌溉分别增加了23.90%和7.25%，光合指标Pn、Tr、Gs 和Ci 分别增加了8.15%、11.15%、20.84%和5.35%，产量增加了13.59%。

综上，对于四年生礼泉短富苹果，在生育期降雨量为180.4 mm 的砂砾石土条件下，采用S1Q1W3处理，即生活再生水高水灌溉并进行侧限根+地表覆膜组合，为宁夏当地苹果水资源高效利用的较优管理模式。