调亏灌溉对滴灌核桃树生长及果实产量的影响

赵经华，张纪圆，李 莎，强 薇

（新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐830052）

0 引 言

中国是世界核桃起源中心之一，世界核桃生产第一大国，拥有最大的种植面积和产量，占世界总产量的50%以上［1］。新疆光热丰富，是我国重要的特色林果生产和出口基地。至2015年底，环塔盆地主要特色林果核桃种植面积已达32.2 万hm2，年产量达3.96 亿kg［2］。由于新疆地处欧亚大陆腹地，远离海洋，降雨少，蒸发量大，严重阻碍着农业的发展。近年来，核桃园灌溉多数以沟灌和畦灌，浪费水资源，商品率低，严重阻碍核桃产业发展的问题，许多学者对核桃进行微灌技术的研究和灌溉制度的研究［3-5］。

调亏灌溉是一种高效的节水灌溉技术，在某一生育阶段或者生育期人为的亏水，从而影响作物的生理和生化过程，改变其光合产物在营养器官和生殖器官之间的分配比例［6，7］，达到提高水分利用效率，改善果实品质同时提高产量［8］。近年来已有大量学者研究调亏灌溉，通过水分调控显著影响光合和作物水分利用，间接的控制蒸腾作用［9］。大量的田间试验表明作物对水分胁迫有一定的适应能力，水分胁迫后不一定都会降低产量，短期的干旱复水后会有超越补偿效应［10，11］。对果树的研究表明土壤水分亏缺可以抑制营养过剩生长，减少枝条的生长，转向生殖器官的生长，有助于增大果实［12，13］。调亏灌溉降低光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度，随着调亏程度的降低干物质量也随之减小［14］。李煜鹏［15］等对调亏灌溉下梨枣树产量与品质的研究发现，开花坐果期和果实膨大期调亏产量显著降低；各生育期水分胁迫对枣品质指标有不同的偏好，萌芽展叶期增加单果重和可溶蛋白含量；开花坐果期和果实膨大期对枣品质指标产生了负效应。艾鹏睿［16］等以枣树为对象开展的研究表明，果实膨大期进行调亏灌溉可以降低叶片光合生理特性和耗水量。赵瑞芬［17］等研究微灌核桃发现，核桃树新稍长、叶面积、果实纵、横径随灌水量的减少而减小。

目前国内外有大量学者对调亏灌溉进行研究，大多数是针对农作物，关于核桃树的报道较少。南疆干旱少雨，核桃树的种植是当地农民的主要经济来源。本试验将滴灌和调亏灌溉节水技术相结合，通过在核桃开花坐果期和果实膨大期进行调亏灌溉试验，研究核桃的生理指标和果实产量，为南疆核桃的节水研究提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在位于新疆阿克苏地区红旗坡的新疆农业大学林果实验基地（80°14'E，41°16'N）进行。该基地处于新疆中西部，海拔约1 133 m，属于典型的温带大陆性气候，降水稀少，年平均降水量42.4～94.4 mm。光热资源丰富，日照时数2 910 h，全年无霜期达212 d。根据试验地WATCHDOG 小型自动气象站观测，最高气温是39.9 ℃，平均气温是21.1 ℃，降雨89.8 mm。

1.2 试验设计

本试验以“温185”核桃树为试材。田间种植株、行距为2 m和3 m。灌溉方式采用滴灌，滴灌管分别布置在核桃树两侧0.5 m 处，滴灌管为压力补偿式，滴头间距0.5 m，流量3.75 L/h。本次调亏灌溉试验设置3 个生育时期［核桃树生长Ⅱ期（4/11～5/6）、Ⅲ期（5/7～6/2）和Ⅱ+Ⅲ期］和2 个程度的水分胁迫（轻度灌水：灌水75%ETc，中度亏水：灌水50%ETc）处理，对照为各生育期都按照ETC正常灌水，共计7 个处理，见表1。具体田间实施时，每个处理均选择长势相同的核桃树3 棵作为3 次重复。所有处理均采用一样的农艺措施，各处理除灌水处理不同外，其他管理措施均一致。

表1 不同处理采用的核桃树调亏灌溉制度Tab.1 Regulated deficit irrigation system for walnut trees in different treatments

1.3 测定项目与方法

（1）气象数据：使用可全天自动观测气象数据的WATCHDOG小型自动气象站获取。

（2）土壤含水率：采用土壤水分仪TRIME-IPH 测定土壤含水率。测定深度为120 cm，每20 cm 一测。测点观测层次：0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm。每棵试验用样本树布设5 根TRIME 管，分别布置在树旁边滴灌管正下方、行间距树100 和150 cm 处。株间距树50 和100 cm 处。测定时间为核桃树灌水前和灌水后。

（3）新稍长：选择试验用样本树树冠外围生长势强的新梢，在样本树的东南西北4 个方向各选取5 个枝条编号标记，每10 d用皮尺测量一次。

（4）叶面积指数：在每个处理中用样本树东、南、西、北4 个方向半球影像图片，并采用Hemi View 数字植物冠层分析系统对核桃树进行叶面积指数分析，每隔15天，进行一次分析。

（5）果实纵、横径：采用精度为0.01 mm 的数显式游标卡尺进行测量。在所选固定的叶片样本附近选取大小基本一致的核桃做标记，每7天进行一次果实纵、横径的测量，直到果实纵、横径不再发生变化为止。

（6）果实产量：核桃成熟时，分别测算每个处理固定样本树上的核桃个数。每棵树随机抽取100 颗，去掉青皮晒干后称取单颗核桃的干重。

1.4 数据分析

试验数据经Excel2019 整理后，利用SPSS19.0 对数据进行单因素方差分析，利用LSD 法检验差异显著性（P＜0.05）。采用Origin2018进行绘图。

2 结果与分析

2.1 调亏灌溉对核桃园土壤水分垂直分布的影响

核桃树根系主要分布在地表以下40～60 cm 深度的范围内［18］。不同调亏处理下的土壤体积含水量在垂直剖面上的分布如图1所示。Ⅱ期在灌前5月4日，灌后5月6日测，Ⅲ期在灌前5月19日，灌后5月21日测。灌水前后各处理土壤含水量在垂直方向上呈倒“S”型分布。核桃树土壤含水量在垂直方向呈现空间差异。图1（a）和图1（c）显示的是生育Ⅱ期测定的剖面分布，可以看出地表以下0～40 cm 土壤含水量变化幅度最大，其次是40～80，80～120 cm 变化最小。Ⅱ期是核桃树生长初期，枝叶生长较为缓慢，蒸腾消耗的水分较少，土壤表面的地面蒸发消耗的水分较多，因此0～40 cm土壤含水量变化最为剧烈。图1（b）和图1（d）可以看出在Ⅲ期土壤含水量主要在40～60 cm土壤深度之间变化，与核桃树根系分布深度有关。树冠的郁闭度逐渐增大且果实和枝叶都处于生长旺盛期，需要消耗大量水分来满足核桃树生长所需。因此蒸腾所消耗的水分增多，而地面蒸发所消耗的水分相对减少。

图1调亏灌溉土壤水分垂直分布Fig.1 Vertical distribution of soil moisture under regulated deficit irrigation

在Ⅱ期进行调亏时，如图1（a）和图1（c）所示，随着灌水量的减少，同层土壤含水量变化幅度也减小。与W0、W1和W5的土壤含水量变化幅度相差不大；但W2 和W6 与W0 相比，土壤含水量变化幅度相差较大。Ⅲ期进行调亏时，由图1（b）和图1（d）所示，土壤含水量变化情况和Ⅱ期调亏的趋势相似。说明随着调亏度的增加，土壤含水量变化幅度也减小。W5和W6是在Ⅱ+Ⅲ期这两个时期连续调亏，对比图1（c）和图1（d），发现图1（d）在同层土壤含水量变化幅度整体小于图1（c），说明Ⅱ期的调亏对后期Ⅲ期调亏有较大影响。

如图2 所示，不同调亏处理下滴灌核桃树土壤水分连续动态监测，各个调亏处理之间的土壤含水率变化趋势相似，全生育期总体呈现下降趋势。调亏期间，在Ⅱ期W2和W6的土壤水分消耗最大，其次是W1 和W5；在Ⅲ期，亏水的W5 和W6 处理消耗最明显，其次是W3。在整个生育期内，W0 的土壤含水率明显高于其他几组处理；在Ⅳ期，W0 处理的土壤含水率小于个别处理，说明Ⅳ期是需水关键期，此时耗水量达到最大。

图2 调亏灌溉土壤水分动态分布Fig.2 Dynamic distribution of soil moisture in regulated deficit irrigation

2.2 调亏灌溉对核桃树新稍长及叶面积指数的影响

植物是通过根系吸收土壤中的水分，供给枝叶生长和果实生长。枝叶的生长状况可以直观的反映作物的生长情况［19］。如表2 所示，核桃树的新梢在4月初开始生长，随着生长时间呈递增的趋势，但5月中旬生长量呈现缓慢上升趋势，8月份进入缓慢生长期。

表2 调亏灌溉后新稍长生长量的变化Tab.2 The change of new growth rate after regulated deficit irrigation

通过不同生育期的调亏灌溉，各处理的最终新稍长与W0相比，分别减少了3.54%、6.09%、5.89%、9.63%、10.02%、12.57%，可见水分胁迫在一定程度上抑制了核桃树新稍长。下一阶段复水后，正常灌水始终最大。Ⅱ期亏水时，W1 和W2 的新稍长比W0 分别降低11.97%和18.67%；W2 比W1 减少了7.59%。Ⅲ期亏水时，W3 和W4 比W0分别减少7.07% 和12.53%；W4 比W3 减少了5.87%。由此可见，随着亏水度的增加，新稍长的减少幅度越大。II 期和III 期相比，Ⅲ期亏水对新梢的生长影响较小，这是因为Ⅲ期重在果实生长，并且新稍长的生长渐缓。Ⅱ+Ⅲ期连续调亏灌溉，新稍长由大到小为W0＞W5＞W6。相比W0，W5 和W6 减少15.54%、21.94%和11.43%、18.37%，是因为Ⅱ期进行水分亏缺，新梢生长受到抑制，又在Ⅲ期连续水分亏缺，由于水分供给不足，果树的本能反应是先满足生殖生长所需的水分，剩余的在供给营养生长，导致新梢生长受到二次抑制，故新枝累计生长量上出现较大差异。在Ⅲ期后期，单生育期亏水与双生育期亏水相比存在显著性差异。与W1 相比，W5 的新稍长分别降低了8.40%，与W3 相比W5 降低了4.79%；与W2和W4相比，W6的新稍长分别降低了12.18%和7.19%。

叶片是植物的主要营养器官，通过进行光合作用提供一定量的营养物质，叶片上的气孔能够进行呼吸作用，蒸腾也主要由叶片进行，因此要对叶片进行深入的研究。叶面积指数［20］是研究叶片性状指标的一项参数，叶面积的大小直接影响光合作用、蒸腾作用和呼吸作用。表3所示，核桃树叶面积指数从Ⅰ期到Ⅲ期初期迅速增大，Ⅲ期中期到Ⅴ期末期的变化逐渐缓慢，进入成熟期后逐渐减小。

表3 调亏灌溉后叶面积指数变化Tab.3 Changes in leaf area index after regulated deficit irrigation

如表3 所示，Ⅱ期进行亏水，W1 和W2 的叶面积指数均小于W0，叶面积指数平均降低了17.10%和28.89%；W2 比W1 减少了14.28%。随着调亏度的增加，叶面积指数增长的越小，阶段性变化曲线也更加缓慢。W1 和W2 在Ⅲ期进行复水后，W1能迅速恢复到对照水平，而W2恢复的较为缓慢。

从表3 中可以看出Ⅲ期与前一个生育期相比，叶面积指数明显降低。W3、W4 比W0 降低了16.31%和25.75%；W4 比W3减少了11.28%，随着调亏度的增加，降低幅度也增加。主要是因为该时期是果实发育的重要阶段，水分胁迫会使部分营养生长受到抑制，树体将更多地养分和水分提供给果实生长和发育。由于在Ⅲ期调亏，对新梢的影响程度较小，而对叶面积指数的影响确很明显，可见叶片比新梢对水分的敏感程度更高一些。

Ⅱ+Ⅲ期连续调亏灌溉，W5和W6比对照W0的叶面积指数平均降低了18.52%、19.74%和32.03%、38.20%，W5 比W1 叶面积指数平均降低了19.05%，比W3减少4.10%；W6比W2叶面积指数平均降低了35.14%，比W4 减少16.76%。主要原因是W5和W6进行了两个生育阶段的调亏，叠加了两次水分亏缺，影响了核桃树的营养生长，叶面积指数也会相对减小。复水后，W5和W6 叶面积指数逐渐增加，但这两个处理的叶面积指数始终低于W0。

2.3 调亏灌溉对核桃产量构成要素的影响

核桃树经过调亏灌溉后，对其果实的纵径、横径、体积、单果重及产量均有显著影响。由表4可知，Ⅱ期进行水分胁迫后，W1 纵径增加3.02%，横径增加3.42%，体积增加约10.05%；W2纵径增加6.23%，横径增加7.82%，体积增加约23.38%。当Ⅲ期和Ⅱ+Ⅲ期连续亏水，出现了亏水程度越大，果实体积越小的变化趋势，与Ⅱ期结论相悖。这是由于Ⅱ期进行亏水，会抑制核桃树的枝条生长，把营养物质供给果树生殖器官，果实体积比充分灌溉的W0 相比明显增大。Ⅲ期为需水关键期，果实体积提升核心期，缺水将会严重影响果实的正常发育，造成果实体积偏小。

表4 不同生育期调亏灌溉的核桃产量及其构成因素Tab.4 Walnut yield and its components under regulated deficit irrigation in different growth periods

果实产量最高出现在W1处理，为4 150.70 kg/hm2。由单果重知，相比W0，增加3.53%，最后增产7.12%。说明轻度缺水对单果重影响较弱，反而会增加果实数量，与张鹏［21］等结果类似。可见在Ⅱ期，水分充足，花朵数量多，竞争大造成大量落花现象，而适当亏水可以提前落花［22］，减少竞争有助于幼果的发育，提高产量。W2处理与W0处理相比，单果重增加2.81%，产量却下降2.25%，说明过度的亏水也会降低果实数量，造成减产。Ⅲ期进行调亏后，W3、W4 两个处理的单果重显著降低，产量也降低了2.72%和5.77%。这是因为Ⅲ期为需水关键期，缺水会影响生殖生长。Ⅱ+Ⅲ期连续调亏灌溉，W5 和W6 两个处理的产量分别降低8.79%和15.50%。尽管只在Ⅱ期调亏会增加果实数量，但由加上在Ⅲ期连续亏水则会造成减产。

3 讨 论

水分是影响作物高产的重要因素，节水灌溉又是当前热点，因此在滴灌条件下研究调亏灌溉对核桃树生长指标与果实产量有着重要意义。武阳［12］和强敏敏［23］等研究发现亏水可以减少枝条生长，与本研究结论一致。研究表明水分胁迫会制约作物株高和叶面积的生长［24］，龚雪文［25］等与本研究结论类似，随着亏水度的加大，降低幅度越大。

本研究发现核桃树在Ⅱ期进行调亏灌溉可以增加果实纵、横径和体积的大小，这与李鸿平［26］等的结论相似。Li等［27］认为果树承受一定程度的水分胁迫，可抑制果树的过旺营养生长，水分胁迫解除后反而能促进果实生长，从而能在采收时获得更大体积的果实这一规律相符。其他处理与胡琼娟［28］、刘新华［29］等研究滴灌核桃的结果一致，发现随着土壤水分的降低，果实的纵、横径在减小。分析原因是当出现水分胁迫而使营养生长受到抑制时，果实可以继续积累有机物，降低其在亏水期所受到的影响，复水后，调亏期间累积的有机物可被用于细胞壁的合成及其他与果实生长相关的过程，弥补由于光合产物减少带来的损失。但胁迫过重或历时过长会使复水后的细胞壁失去弹性而无法扩张，导致果实体积减小。

核桃树是雌雄同株，雌花、雄花一同开放。在Ⅱ期亏水，可能会出现落花现象，影响授粉，导致坐果率降低；但存活的幼果会获得更多的水分和营养供其生长发育，因此Ⅱ期缺水，单果重都会有所提高。这与Turner［30］的观念：调亏灌溉并不总是降低产量，早期适度的缺水在某些作物上会有利于增产相一致。核桃树在不同的生育期对水分需求的程度存在较大差异，Ⅲ期最为敏感，核桃最终体积的70%以上是在Ⅲ期生长完成。在Ⅲ期进行亏水会抑制果实的膨大，过度的缺水会使植物细胞失水，不能恢复［31］，导致单果的体积和重量均有所下降。崔宁博［32］在梨枣Ⅲ期做调亏灌溉试验，使单果重与果实体积均明显下降这一结论相同。在Ⅱ期和Ⅲ期均进行水分胁迫时，果实的单果重量明显小于对照组，亏缺程度越大，减重越明显。

4 结 论

（1）调亏灌溉条件下，发现0～40 cm 土壤含水率变化幅度最大，随着土层深度的增加含水率的变化幅度逐渐减小。核桃树全生育期各个调亏处理之间的土壤水分消耗曲线变化趋势相似，呈现的是脉动状态。各调亏处理在亏水的生育期内，亏水度越大，土壤含水率越小。

（2）调亏灌溉条件下，全生育期充分灌水的新稍长始终处于最高水平，随着亏水度的增加，新稍长的减小幅度在增加。调亏生育期内，叶面积指数减小，下一阶段复水后，仅有Ⅱ期轻度亏水恢复并高于正常灌水，其他处理均没有。连续亏水的两个生育期使新稍长和叶面积指数大幅度降低。

（3）调亏灌溉对核桃果实的物理指标有一定的影响，除Ⅱ期的单果体积和单果重有显著增加，其他均有显著降低（P＜0.05）。果实产量最高的是W1 处理，为4 150.70 kg/hm2，W2、W3、W4、W5 和W6 分别降低2.25%、2.72%、5.77%、8.79%和15.50%，其中Ⅲ期中度亏水和Ⅱ+Ⅲ期连续轻中度的亏水会对产量产生较为显著的影响（P＜0.05）。