庆阳苹果树需水规律分析

姚志龙，韩 萍，王军锋，王嘉倩

（1陇东学院农林科技学院，甘肃 庆阳 745000；2庆阳市果业发展中心，甘肃 庆阳 745000；3甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘查院，兰州 745000）

0 引言

甘肃庆阳地处西北黄土高原，是中国优质苹果栽培的优势区。但该地区降水分布不均，降水量南多北少，局部地区春旱和夏初干旱严重，苹果的产量和质量明显受资源性缺水的制约[1]，这严重制约了当地苹果产业的发展。并且在果园实际的管理过程中果树的灌溉还存在有许多问题。例如，灌溉时期与苹果需水规律不相协调；只注重灌溉，不注意保护；雨季不注意排水和防洪等一系列的问题，而不正确的灌溉方式不仅会导致水资源的浪费还会造成土壤压实、板结、水土流失。所以，分析庆阳苹果树需水规律对于当地苹果产业的发展具有重要意义。

水分对于苹果树的影响始终是一个热点问题，已有大量文献（徐巧[2]、宋凯[3]、闫琪[4]、张坤等[5]）研究了果树的需水规律及其影响。现有关于苹果树需水规律及其影响的研究，大多是以某个区域开展的，如李天星[6]、黄茂林等[7]、粟晓玲等[8]。但由于各地的气候条件、土壤质地、种植技术往往差异较大，使得基于“个案”分析所得的研究结论缺乏普适性。而且研究时间较早，对于现代果园生产的指导意义较弱。因此，为了充分利用陇东旱塬水资源，进一步提高节水灌溉的有效利用率，更好的保护当地的田间土壤，使当地果业生产再上新台阶，本研究试验通过封闭果树根系土壤，防止地面蒸发，进一步对甘肃庆阳当地的苹果树需水规律进行综合分析。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

甘肃省庆阳市西峰区地处甘肃省东部、泾河上游，陇东黄土高原董志塬腹地，介于106°20′—108°45′E与35°15′—37°10′N之间，属黄土高原沟壑区，海拔1421 m，年降水量400～600 mm，年日照总时2400～2600 h，年平均气温10℃，年无霜期160～180天，是西北黄土高原苹果优势区。该地区土层深厚，果园土壤以黑垆土为主，腐殖质层深厚且疏松，但腐殖质含量不高，非常适宜于苹果等果树生产。得天独厚的自然条件及群众素来种植果树的习惯使庆阳苹果具有个大、色艳、质脆、味香甜等特点。

1.2 试验布置

试验在庆阳市西峰区三姓村果园进行。试验材料为9年生矮化中间砧果树，将其中3棵树使用高50 cm的金属框架（四周使用透明棚膜，顶部采用透明聚乙烯板，顶部由内侧向外侧倾斜放置，保证不会在顶部积水），将其树冠下周围土壤进行遮盖，且框架周围将瓷砖竖直插入土壤中并固定，使其保证雨水等水分不会通过地表径流等方式影响试验结果。并在聚乙烯板的下方使用PVC管对雨水进行引流，在PVC管两头放置水桶对每次雨天雨量进行测定。在遮盖前2～3天进行灌溉，以7天为时间间隔对土壤含水量进行测定，直至土壤含水量降低至15%以下时再进行灌溉。

日常除灌溉外，按照苹果果树栽培的要求，及时进行病虫害防治和施肥等各项措施，并做好记录。

1.3 样品的采集与处理

在实验室将铝盒编号并称重，在试验地随机选择被覆盖区域的2个点进行采样，取得土样控制在20 g左右，采样深度为0～100 cm，采用土钻分层取土，取至100 cm，共分10层，每层10 cm，每次实验分为A、B两组进行对照。回到实验室将土样和铝盒进行称重后打开铝盒盖子（盖子放在铝盒旁边），放入105℃±2℃的烘箱内烘干7小时，待烘箱温度下降至50℃左右时，盖好盖子，冷却至室温，进行称重。

1.4 研究方法

烘干法。

1.5 数据处理方法

使用excel软件对实验数据进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 随时间变化土壤含水量在土壤垂直剖面的分布情况

2.1.1 土壤含水量在垂直剖面的分布情况 苹果树80%的根系集中分布在20～60 cm深土层[9]，所以本实验只对1 m深内土壤含水量进行分析（表1）。选择2个月进行测定，分别在前一年的9月（采收成熟阶段）和当年的4月（果树萌芽开花阶段）。

由表1土壤含水量可知，在0～40 cm土层，土壤含水量最高，9月平均土壤含水量达19.65%，4月平均土壤含水量达20.08%。在40～60 cm土层，土壤含水量差异的明显程度已有所减小。但总体来看，在0～60 cm土层，土壤含水量变化约在4%左右；60～100 cm土层，土壤含水量变化约在0.5%左右。这表明果树对于60 cm以下的水分利用少，果树生长发育所需水分的主要获取范围在0～60 cm深土壤中，同时也表明在庆阳地区60 cm以下是土壤水分的相对稳定层，土壤根系分布较少，而果树的根系主要集中在10～60 cm的范围内。

表1 土壤含水量 %

2.1.2 土壤含水量随时间的变化 9月处于气温回落阶段，早晚气温下降明显，但白天仍会出现气温高涨的情况，这一时期的苹果树处于果实成熟期。表2随时间变化土壤含水量的变化表明，在9月中上旬（9月5日—9月19日）土壤含水量降低速率较快，降低了2.2个百分点。进入9月下旬（9月19日—9月26日）土壤含水量降低速率明显减缓，仅降低了0.21个百分点。这表明，在这一时期果树的蒸腾作用在逐渐减弱，果树对水分的需求也有所降低。

表2 随时间变化土壤含水量的变化

表2 随时间变化土壤含水量的变化

时间(年.月.日)2020.9.5—2020.9.12 2020.9.12—2020.9.19 2020.9.19—2020.9.26平均2021.4.8—2021.4.16 2021.4.16—2021.4.24 2021.4.24—2021.4.30平均0～10cm-0.54 3.44-1.20 0.57 1.19 4.86-0.78 1.76 10～20cm 0.63 1.55 1.51 1.23-2.17 4.87-1.05 0.55 20～30cm 2.34 1.12 0.36 1.30 0.16 1.90 0.50 0.85 30～40cm 0.38 1.42 0.26 0.69 0.28 0.98 1.46 0.91 40～50cm 1.61 0.66 0.05 0.77-0.40 1.37 0.53 0.50 50～60cm 1.45 0.92 0.04 0.80-0.52 0.54 0.35 0.12 60～70cm 0.87 1.07 0.34 0.76-0.75 0.76 0.25 0.09 70～80cm 0.94 0.53 0.40 0.62-1.08 1.36 0.28 0.19 80～90cm 0.75 1.00 0.12 0.56-0.74 1.36-0.17 0.15 90～100cm 0.06 0.60 0.21 0.41-0.53 1.58-0.50 0.18平均0.85 1.24 0.21 0.77-0.46 1.96 0.09 0.53

4月处于气温回暖阶段，这一时期果树处于萌芽开花阶段，由图2可知，2021年4月16日的实验测定的土壤含水量与2021年4月8日实验测定的结果相比，土壤含水量出现了回升，回升0.46%。在4月中旬，土壤含水量降低了1.96个百分点，是4月土壤含水量变化最明显的时期。这表明在果树开花前果树需水量较大。

2.2 不同生育期对水分的需求

9月土壤含水量的变化（图1）结果表明，在果实成熟采收阶段，0～60 cm土壤含水量变化呈递减趋势，60～100 cm土壤含水量变化波动不大，且有轻微上浮趋势。在这一时期，土壤含水量最高为24.22%，出现在0～10 cm的土层，含水量最低为17.03%，出现在80～90 cm的土层。由图可知，20～100 cm土壤含水量波动趋势较为统一，不同深度土壤含水量随时间变化均呈现下降趋势。

图1 9月土壤含水量的变化

4月土壤含水量的变化（图2）结果表明，在果树发芽开花这一阶段，土壤含水量最高为24.06%，出现在10～20 cm的土层中。土壤含水量最低为17.09%，出现在0～10 cm的土层。这表明在这一时期，表层土壤的含水量变化幅度较大。由图2可知，这一时期0～20 cm土壤含水量变化波动最为显著，且在2021年4月16日—4月30日的3次试验中，10～20 cm土层出现含水量较0～10 cm土层上涨的情况。但总体呈现含水量下降趋势。0～60 cm土层土壤含水量呈现明显的下降趋势，60～100 cm土层土壤含水量波动不明显。

图2 4月土壤含水量的变化

如图1、2所示，不论在果树的成熟收获时期，还是发芽开花时期，60 cm以下土壤含水量变化幅度较小，但在60 cm以上，含水量的变化波动较为剧烈。9月60～100 cm土层土壤含水量有上浮的波动，而4月60～100cm的土层土壤含水量均呈现下降趋势。由表2可知，果树在采收成熟阶段土壤含水量的变化较发芽开花阶段较为明显。其一是由于温度原因，在9月昼夜温差大，且白天温度过高，果树的蒸腾作用剧烈；4月则处于温度回升阶段，相较于9月，蒸腾作用会明显减弱。其二是果树的生育期不同，9月果树处于采收成熟期，这一时期果树需水强度不会明显增强，但由于果实处于上色阶段，需水量也需保持充足；4月则分为前后两个阶段，为发芽开花期，在开花前果树需水量较大，土壤含水量变化也较其他时期更为明显。

2.3 果树蒸腾耗水量的计算

2.3.1 果树蒸腾耗水量的计算 植物蒸发蒸腾量主要包括植物蒸腾量和棵间土壤蒸发量，而此次试验封闭果树根系土壤，防止地面蒸发，所以土壤水分的散失是以植物蒸腾为主要方式，其棵间土壤蒸发量忽略不计。蒸腾耗水量是指植物生理需水量（蒸腾系数表示，每形成1 g干物质所消耗的水分克数）而甘肃庆阳土壤容重为1.32 g/cm3。可根据公式(1)计算出蒸腾耗水量。

式中：W为不同深度土壤储水量(mm)；r为土壤含水量；v为土壤容重；h为土层深度(cm)；0.1为换算系数[10]。

由公式(1)计算可的，9月果树蒸腾耗水量为134 kg/棵，4月果树蒸腾耗水量为104 kg/棵。

2.3.2 月降水量的计算 根据对9月和4月降水量的测定，9月降水量为53.7 mm，4月份降雨量为66.4 mm，通过计算可知，9月降雨相当于向每平米果园浇水53.7 kg，4月每平方米果园浇水66.6 kg，由此，根据实验地(2.1 m×5.5 m)的大小，可得出9月降雨为206.74 kg/棵，4月降雨为256.41 kg/棵。

3 结论与探讨

3.1 结论

（1）矮化中间砧果树吸收土壤水分的主要垂直空间在0～60 cm的土层，60 cm以下土层含水量变化不明显。

（2）9月前期果树需水量较大，后期需水量会逐渐减小；4月，果树开花前土壤需水量较小，开花初期及花期果树需水量较大。

（3）果树在秋季蒸腾耗水量为134 kg/棵，春季萌芽到花期，蒸腾耗水量为104 kg/棵。

（4）根据9月和4月降雨量的测定，在9月与4月，在不考虑棵间蒸发量的情况下，降雨量可以保证果树的需水量，不需要额外灌水。

3.2 讨论

干旱缺水与水土流失是制约黄土高原地区果树产业发展的两大因子，也是导致该区生态脆弱的根本原因[5]。科学管理果园，充分利用有限的水资源对促进苹果提质增效，实现可持续发展具有重要意义。

（1）在庆阳苹果园土壤含水量的测定中，土壤含水量的变化并非呈直线下降状态，有时会出现回弹，其原因有以下几点：①0～10 cm的土壤含水量变化幅度大，这是由于此层为表层土壤，在9月和4月的第一次采样前2～3天对试验区域进行过灌溉，可能会对第一次土壤含水量的测定有轻微影响，尤其是4月份的第一次采样，在采样前1周进行灌溉，在此期间有3～4天的降雨天气；②2021年4月16日—30日均出现10～20 cm土壤含水量较0～10 cm处高的状况，这可能是由于采样点出现低洼积水的情况，导致水分蓄积；③根据表2的实验数据，可以发现2021年4月份的土壤含水量在2021年4月8日—16日和2021年4月24日—30日出现了土壤含水量回升的现象，这可能是由于取样点呈现对角状态，且每间隔一次为同一取样点所造成的，同时不同区域由于前期灌溉程度的不同，也会产生一些误差；④由表1可知，4月最低的土壤含水量出现在2021年4月24日测定的0～10 cm的土层，由表1可以看出较10～20cm土层低2.1%，较前一次测定低4.86%，该结果除上述③的因素外，可能是由于蒸发误差所导致的。因为就目前的技术，还做不到完全密闭，所以会存在略微的误差。

（2）9月较4月蒸腾耗水量高，其原因有以下几点：①9月气温处于回落阶段，但白天还是会出现气温高涨的现象；4月虽处于气温回暖阶段，但总体温度不高，所以9月的果树由于温度原因蒸腾作用更为剧烈需水量也较大；②9月果树枝叶茂盛，而4月份果树处于发芽开花阶段，叶面积较小，所以相较4月来说，9月果树的蒸腾作用更显著。

（3）通过对2020年9月和2021年4月降雨量的测定，可知在本次实验的这2个月不需要再进行人工灌溉。但由于年度降水量的变异和年度相关月份降雨量的影响，在9月和4月是否需要灌溉还需进一步进行实验证明。