调亏灌溉对滴灌核桃树生长发育及产量的影响

刘钧庆，赵经华，杨文新，梁国成，白云岗

（1.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052；2.乌鲁木齐经济技术开发区(头屯河区)建设局，乌鲁木齐 830026；3.新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049）

我国的淡水资源仅占全球6%，我国灌溉水有效利用系数低于节水先进国家[1-3]。新疆是一个水资源严重短缺的省份[4]。新疆地处内陆干旱区，降雨稀少，蒸发量大。长期以来，新疆的农业用水效率不高，粗放、浪费用水问题突出，大水漫灌的灌溉方式仍然普遍存在。南疆地区季节性缺水现象更加突出，研究农业用水情况，促进农民节约用水，是实现增收减支的重要方式[5]。

目前，林果业是新疆尤其是南疆地区农村经济发展的支柱产业，是南疆地区经济社会可持续发展的重要基础和依托[6]。全疆核桃种植面积39.08 万hm2、产量83.68 万t，面积居全国第六、产量居全国第二位[7]，核桃树作为特色林果业的核心树种之一，由于南疆的水资源极其匮乏，成为制约南疆经济发展的重要因素[8]。调亏灌溉是在作物适宜的生育期内，人为的减少灌溉水量，使植物各器官对水分竞争能力显示出差异，从而达到节水增产提质的目的。目前，调亏灌溉制度在国内外果树栽培上的应用及作物的研究已比较广泛[9,10,11]。Wenkert 等[12]首次把旱后复水引起的生长称为生长补偿。如今许多学者对番茄[13]、棉花[14]、冬小麦[15]等作物的研究进一步证实了复水对作物生长的激发效应。对香梨进行适时、适量的调亏灌溉，可有效地抑制营养生长，从而提高灌溉水利用效率增加产量[16,17]。隔沟调亏灌溉方式在返青-拔节期施加适当的水分调亏（55%FC～65%FC）是兼顾节水、稳产的最佳处理[18]。研究玉米生育中期的水分胁迫，发现会不同程度的降低叶片叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度，增加了胞间CO2浓度，且下降或增加幅度随着胁迫程度的增加而增大[19]。

研究我国干旱半干旱地区缺水条件下调亏灌溉的机理和植物生长生理指标，目前国内调亏灌溉主要针对于农作物研究较多，但针对于果树相对研究相对较少，同时针对南疆水资源匮乏地区，制定出合理的调亏灌溉制度就显得尤为重要。对于有效利用水资源，充分发挥节水灌溉在现代农业中的作用，以及提高果实产量和品质，改善生态环境，都具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于新疆阿克苏地区温宿县红旗坡农场新疆农业大学林果实验基地，地处天山南麓中段，南临阿克苏市，西毗温宿县，该区属于典型大陆性温带干旱沙漠气候，昼夜温差悬殊。试验于2021 年4-10 月在新疆阿克苏地区新疆农业大学实验基地进行。地理位置为东经80°14'，北纬41°16'，海拔1 133 m，年平均太阳总辐射量544.115～590.156 kJ∕cm2，年平均日照时数2 855～2 967 h，无霜期达205～219 d，年平均降水量42.4～94.4 mm，年平均气温11.2 ℃，年有效积温为3 950 ℃。试验区0～40 cm 土层土壤质地为粉砂壤土，容重1.40 g∕cm3；40～60 cm 土层土壤地质为壤砂土，容重为1.40 g∕cm3；60～100cm 土层土壤质地为细砂，容重为1.36 g∕cm3，地下水埋深大于10 m。

1.2 试验设计

实验采用品种为“温185”的14年核桃树作物为试材，核桃树株行间距2 m×3 m，核桃树生长发育期可划分为萌芽期、开花坐果期、果实膨大期、硬核期、油脂转化期、成熟期6个阶段。在以往核桃调亏试验的基础上，前人对于核桃调亏试验，有人做了在萌芽期及开花坐果期的调亏，有人做了在开花坐果期及果实膨大期的调亏，为了更好地与前人试验最优处理作对照，同时为了探究更优的调亏灌溉制度，选择调亏时间为萌芽期、开花坐果期及果实膨大期。试验设置5 个处理，每个处理中均选择长势相同的核桃树3 棵，即3 次重复。滴灌带采用压力补偿式滴灌，滴头间距0.2 m，滴头流量3.75 L∕h；试验按灌水量设置3 个水平，正常灌水ETc（对照组）、轻度缺水75%ETc和中度缺水50%ETc。本试验各个处理除灌水量不同外，其他的农艺措施、管理措施均相同，灌溉制度见表1。

表1 核桃调亏灌溉制度Tab.1 Regulated deficit irrigation schedule of walnut

1.3 测定项目与方法

（1）气象数据：采用Watchdog 小型自动气象站对温度、湿度、2 m 处的风速、太阳辐射等指标进行全天实时监测，每30 min自动记录一次。

（2）叶绿素SPAD值：采用Sony公司生产的手持式叶绿素指数仪测定。在每棵试验样本树的东南西北4 个方向各取3 片长势相似的叶片，作为固定的样本，每14 d 进行一次测量，在每片叶片的上、中、下3 个位置各测一个值，最后取这3 个数值的平均值为叶片的叶绿素指数。

（3）新梢生长量：选择试验用样本树的新梢，每个处理各选取3 个新梢编号标记，每14 天用皮尺和数显式游标卡尺测量枝条的生长量与直径。

（4）果实纵横径：每棵树选取有代表性的果实3个，测量其纵径与横径，横径测量分别取果实上、中、下3个部位（分别计为R1、R2、R3），再将所测的3 个值取平均值作为实际横径[R=(R1+R2+R3)∕3]，果实体积计为V=Hπ(R∕2)2（H为纵径，R为横径），每14 d测定1次。

（5）果实产量： 等核桃成熟时，分别测量各个处理的3棵固定样本树上的核桃颗数。每个处理固定的3棵树，每棵树随机抽取100颗，去掉青皮后，称取每颗核桃鲜重，把核桃晒干后称每颗核桃的干重以及出仁率。

1.4 数据分析

试验数据通过Excel分析整理后，利用SPSS 19.0软件对数据进行单因素方差分析，使用邓肯方法检测差异显著性（P＜0.05），然后用Excel绘图。

2 结果与分析

2.1 调亏灌溉对核桃树新梢生长动态分析

各个处理不同生育期的新梢生长变化表现出W0＞W2＞W4＞W1＞W3，由图1 可以看出核桃树的新梢生长，主要在Ⅰ期，Ⅱ期以及Ⅲ期的前期阶段生长旺盛，Ⅲ期中、后期及其他的生长周期新梢生长缓慢，可能是由于核桃生育周期前期，根系通过毛细根吸收的营养成分主要供给核桃树营养生长，生育周期后期则主要供给生殖生长。由图1(a)可见在Ⅱ期进行轻度亏水（W2）的新梢生长量，相比对照组（W0）减少了13.85%，在Ⅱ期和Ⅲ期同时进行亏水处理（W1）新梢生长量，比对照组分别减少了28.31%与15.57%，由此可知，Ⅱ期调亏程度越高对新梢生长量的抑制越明显，Ⅲ期进行连续的轻度调亏，对新梢增长也起到抑制作用。由图1(b)可见在Ⅰ期、Ⅱ期和Ⅲ期同时进行连续的中度（W3）、轻度（W4）亏水处理，与对照组相比，新梢生长由大到小为W0＞W4＞W3，分别减少了14.7%、28.93%、18.33% 与9.56%、20.87%、14.96%的剪枝量，可以得出不同生育期不同程度的水分亏缺都会抑制新梢的生长。核桃成熟后，各个处理与W0 相比，W1、W2、W3、W4 新梢生长量分别依次减少了15.95%、3.68%、18.31%、7.91%，水分亏缺可以减少剪枝量，减少营养成分供应营养生长，从而促进生殖生长。由图1(c)可见Ⅱ+Ⅲ期连续的中度、轻度亏水处理，与Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ期连续的中度、轻度亏水新梢生长相比W4＞W1＞W3，生育期末W4 比W1、W3 增加12.23%、18.52%。由图1(d)可见Ⅱ期进行轻度调亏，与Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ期连续的中度、轻度亏水相比，新梢的生长表现出W2＞W4＞W3 的规律，W2 处理最终的枝条生长量，比W3、W4 分别增加了23.97%、4.60%，产生这个现象是因为调亏灌溉在作物的不同生育期表现出对枝条生长的抑制作用，W3 在3个生育期进行中度调亏，都会不同程度对新梢生长起到抑制作用，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期调亏相比W0 分别减少了14.74%、26.80%、23.75%。

图1 调亏灌溉下核桃树新梢生长量变化Fig.1 Changes of new shoot growth of walnut under regulated deficit irrigation

2.2 不同生育期调亏灌溉对核桃树SPAD值的影响

由于Ⅰ期叶片小且该生育期生长周期短，顾不考虑该阶段的叶绿素含量。图2 可见，在开花坐果期轻度调亏W2，相关研究表明会使叶片受到轻微的组织破坏，与对照组相比的话，调亏灌溉后SPAD值低于对照组，但在后期的亏缺补水后，叶片中的叶绿素含量很快达到正常水平，与W0齐平，不影响其进行光合作用以及营养成分的合成。W2 与W0 相比，Ⅱ期末叶绿素的含量减少了4.47%，W1 处理在Ⅱ期及Ⅲ期连续的中度、轻度调亏，与W0 处理相比SPAD值减少了11.72%、6.41%，且在Ⅲ期末复水，该调亏处理的SPAD值含量也无法恢复到正常水平，说明对植物细胞损伤无法恢复正常，对植物进行光合作用等都会产生一定的影响。W3 与W4处理在Ⅰ期、Ⅱ期及Ⅲ期3个阶段进行连续的水分亏缺，可以明显得出叶绿素的含量，与其他处理相比为：W0＞W2＞W4＞W1＞W3，与对照组相比叶绿素含量分别减少14.47%、11.92%、7.86%和10.54%、8.97%、4.73%，说明在Ⅰ期和Ⅱ期初期进行水分亏缺，亏缺程度越大对SPAD值影响越大。W3 与W1 相比的话，叶绿素含量分别减少0.22%、1.55%，出现这个现象的原因可能是两个处理都在Ⅱ期进行中度亏水，说明Ⅰ期调亏对叶绿素影响不大，由于在Ⅱ期进行中度调亏，对叶片的组织造成了一定的损伤，叶绿素含量也因此下降，即使在Ⅲ期W1处理进行轻度亏水，产生一定的补偿效应，使叶片中的叶绿素含量也基本无法恢复正常水平。在Ⅱ期末W2比W1 增加8.28%，说明Ⅱ期随着调亏程度增大，对SPAD值影响越明显，且Ⅲ期调亏程度越大，SPAD值相对越低。W4与W1 相比，叶片中的叶绿素含量分别增加了3.15%、1.80%，可以更好地验证Ⅱ期、Ⅲ期随着调亏加大，SPAD值相应减小的现象。

图2 调亏灌溉下核桃树SPAD值变化Fig.2 Change of SPAD value of walnut tree under regulated deficit irrigation

整体看出生育周期内进行调亏灌溉，都会降低叶片中的叶绿素含量，只有在开花坐果期进行轻度调亏，在生育后期进行正常灌水，会使叶片中的叶绿素恢复到正常灌水W0 水平，其余灌水处理均低于对照组。

2.3 不同调亏处理对核桃树果实纵横径的影响

图3 可见，5 个处理核桃果实在不同生育阶段的生长动态变化情况，由于在Ⅰ期核桃果实未生长，因此本实验从Ⅱ期开始果实纵、横径的测量。可以明确得出在Ⅱ期的核桃树果实纵径，各处理的大体变化情况为：W3＞W1＞W4＞W2＞W0，由表2 可以看出该阶段初期表现出W1、W3 与W2、W4、W0具有显著性，表明在Ⅱ期、Ⅰ+Ⅱ期进行中度调亏，与进行轻度调亏、正常滴灌相比，纵径增长明显；W1 与W3 具有显著性，表明在Ⅰ期进行中度亏水处理，对核桃果实纵径生长具有促进作用，且增长11.25%；W4 与W0 相比可以看出，在Ⅰ+Ⅱ期初期进行轻度调亏相比对照组，可以促进果实纵径生长，增加了10.53%；W2与W4、W0处理相比，说明在Ⅱ期进行轻度调亏，与Ⅰ+Ⅱ期进行轻度调亏及正常滴灌相比，对果实纵径影响不明显，但也存在差异，表现出W4＞W2＞W0 的趋势。随着调亏次数的不断累积，该生育期末期W1、W2、W3、W4 处理的纵径与W0 相比，分别增加了14.67%、6.06%、17.69%及11.44%。Ⅱ期以后果实纵径的变化规律为W2＞W0＞W1＞W4＞W3，大体表现出调亏程度越大，越抑制果实纵径生长的特征，这和Ⅱ期得出的规律正好相反，产生这一现象的原因可能是因为，前期水分亏缺可以抑制营养生长，使根系吸收的水分更多地促进生殖增长，Ⅲ期正好是作物吸收水分供生殖增长的需水关键期，在这个阶段进行调亏，就会使得调亏程度越大，对果实的纵径生长影响越大的特征。最终各个处理与对照组相比，W2增长1.35%、W1、W3与W4分别减少8.09%、11.49%与3.88%。

图3 调亏灌溉下核桃果实纵径变化Fig.3 Changes of walnut fruit longitudinal diameter under regulated deficit irrigation

核桃果实横径见图4，可以看出与纵径图3 的变化趋势大体一致，也表现出在Ⅱ期调亏程度越大果实横径生长越明显的现象，该阶段末W1、W2、W3、W4 与W0 处理相比，果实横径分别增长20.49%、11.37%、23.36%与14.57%，通过表2可以看出Ⅱ期初期W1、W3 与W2、W4、W0 具有显著性差异，说明在Ⅰ期中度调亏及Ⅱ期初期中度调亏，对果实横径的生长具有促进作用，W1、W3 与W2、W4、W0 相比分别增长14.35%、9.56%、17.04% 及22.77%、17.63%、25.65%。W2、W4、W0 则表现出在Ⅰ期与Ⅱ期初期进行轻度调亏，对果实横径的变化不大。Ⅱ期以后各个生育期进行不同程度的水分亏缺，各个阶段的各个处理变化规律大体均表现出W2＞W0＞W1＞W4＞W3，这与该生育期纵径生长规律相似，都表现出随着调亏程度增大，对核桃果实横径抑制越严重的现象。Ⅱ期初期W4 的果实横径略大于W2 更好地说明了，Ⅰ期轻度亏水对果实横径影响不明显，在Ⅱ期调亏程度W1＞W4，该阶段调亏越大，对横径增长越明显，Ⅲ期调亏则对横径增长起到抑制作用，且W1调亏程度由中度调亏转变成轻度调亏，对植物生长具有一定的生长补偿作用，这也是该处理果实横径优于W4 果实横径的一方面原因。且生育末期处理W2 与W0相比，果实横径增加了2.55%，其余的W1、W3、W4与W0相比，果实横径分别减少了4.20%、9.15%与1.39%。

图4 调亏灌溉下核桃果实横径变化Fig.4 Changes of transverse diameter of walnut fruit under regulated deficit irrigation

表2 不同生育期各个处理核桃纵、横径Tab.2 Longitudinal and transverse meridians of Walnut in different growth stages and treatments

果实纵横径均表现出在W2处理最大，可能是由于在Ⅱ期进行轻度亏水，在下一阶段复水，会产生生长补偿作用，对后期核桃树的生殖生长具有促进作用的缘故。

2.4 不同调亏处理对核桃树果实体积及产量的影响

图5可见不同生育期体积的变化情况，可以得出不同处理在生育期末果实体积表现出W2＞W0＞W1＞W4＞W3，W1、W2、W3、W4处理相较W0处理，W2处理增加了6.20%，可见在Ⅱ期轻度调亏，可以促进果实体积的增大，再加上下个需水关键期复水，就会使果树产生生长补偿效应，从而促进果实体积的增长，W1、W3、W4 处理果实最终体积分别减少了8.00%、29.54%、17.06%，这说明了虽然Ⅱ期调亏对果实生长具有促进作用，但在Ⅲ期这一需水关键期，无论进行轻度调亏还是中度调亏都会抑制果实的生长。Ⅱ期末各个处理果实体积变化表现为：W3＞W1＞W4＞W2＞W0，进一步验证了在保证作物需水下线的前提下，Ⅱ期调亏程度越大，对果实体积正相关性影响越明显；Ⅱ期后各个生育期则表现出调亏程度越大，对果实体积负相关性影响越明显。并对W2 与W3 果实体积生长动态做线性拟合，发现果实体积生长服从多项式分布，且拟合效果较好，分别为R2=0.967 3与R2=0.973 5。

图5 调亏灌溉下核桃果实体积变化Fig.5 Changes of walnut fruit volume under regulated deficit irrigation

表3 可见单果重、仁重、产量这3 个指标，随着不同灌水处理由大到小的变化为：W2＞W0＞W4＞W1＞W3。W2 处理单果重较W0 处理增加了4.94%，说明在Ⅱ期轻度调亏产生少量的落花落果现象，可以促进作物的生殖增长，进而提高核桃单果重；进行连续调亏的W1、W3、W4 处理相比W0 处理单果重降低了2.75%、6.40%、0.89%，W1 之所以单果重下降是因为Ⅱ期中度调亏落花落果现象提高，再加上Ⅲ期轻度调亏抑制了果实增长；W3、W4 处理在Ⅰ期不同程度调亏会使开花提前，从而有利于增加产量，但Ⅱ期调亏会产生落花落果的现象，再加上Ⅲ期进行调亏，对果实增长起到了抑制作用。W2 处理较W0 处理仁重提高了4.12%，W1、W3、W4 处理较W0 处理仁重降低了6.54%、7.75%、3.87%。W2 处理较W0 处理产量提高了6.68%，W1、W3、W4 处理较W0 处理产量降低了10.03%、17.34%、2.66%，W2 处理高于W0 处理产量，这说明在Ⅱ期轻度调亏可以产生少数的落花落果现象，从而使得其它果实可以获得更多的水分，从而提高果实的产量，W1、W4 与W3 相比产量增加了8.86%、17.77%，表明在Ⅱ期进行中度调亏及Ⅲ期需水关键期调亏程度越大，对果实产量抑制越明显。总的来说在Ⅱ期轻度调亏可以提高核桃单果重、仁重、产量，而在作物需水关键期进行调亏则会降低产量。

表3 调亏灌溉下核桃产量及经济效益Tab.3 Walnut yield and economic benefits under regulated deficit irrigation

通过咨询当地相关人员，获取当地核桃晒干后的单价为14 元∕kg,漫灌产量为4 350 kg∕hm2，从而得知W0、W1、W2、W3、W4 与漫灌产量相比的经济增效分别为2%、-18%、15%、-32%、-3%。通过各个指标的综合分析，从而得出最优的灌溉制度为W2处理，不仅起到了减少剪枝量的作用，而且在节水的前提下还增加了产量，为当地人民增加了经济效益。

3 讨 论

水资源紧缺是一个世界性的问题，农业是最主要的水资源消耗部门。农业用水占全球总用水量的70%，我国灌溉水有效利用系数低于节水先进国家[20]，因此研究滴灌条件下调亏灌溉对核桃树的生长指标及产量影响，旨在找出节水增产的最佳灌水定额显得尤为意义。

冯泽洋[21]研究得出调亏程度越大，对新梢及株高生长抑制越明显，这与本结论一致。本研究发现仅在Ⅱ期进行轻度调亏，复水后SPAD值可达到对照组水平，这与强薇[22]、张丽[23]得出的结论一致，说明调亏灌溉会对植物细胞进行相应程度的损伤，但下阶段复水会对细胞进行修复，若需水关键期调亏，损伤的细胞则无法修复到正常水平，还有另一方面的原因，水分亏缺加速了叶子的衰老和脱落从而影响光合作用。轻度水分亏缺虽能影响叶片生长,但并不影响气孔开放和叶绿素光合酶活性,因而对光合作用速率不会造成明显的影响,只有水分亏缺加剧时光合速率才会明显下降。Li[24]、崔宁博[25]认为果树果实的生长发育对水分亏缺的反应因其实施阶段不同而有所差异，在需水非关键期进行一定程度、持续一定时间的水分亏缺，可抑制果树的过盛营养生长，下阶段复水后反而能促进果实生长，从而成熟末期获得更大体积的果实，这与本研究规律相符。在作物的不同生育期进行调亏灌溉，对作物果实产量产生的影响也不相同。Cuevas[26]报道早期亏水处理使枇杷花期明显提前，果树花期亏水处理会使花的数量降低。在Ⅱ期进行调亏灌溉，调亏灌溉可能会出现少数落花现象，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期调亏，单果的体积和重量都会有所提高。这也与Turner［27］的观念: 调亏灌溉并不总是降低产量，早期适度的调亏灌溉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，果实彭大期对调亏灌溉最为敏感，核桃最终体积的70%以上是在Ⅲ期生长完成。在果实膨大期进行调亏灌溉会抑制果实的膨大，导致单果的体积和重量均有所下降。

4 结 论

基于滴灌条件下核桃树调亏灌溉大田试验，可获得以下结论：

（1）调亏灌溉对新梢生长量的影响，发现在不同调亏处理下新梢变化情况W0＞W2＞W4＞W1＞W3，生育期末W1、W2、W3、W4处理相比W0处理的新梢分别减少了15.95%、3.68%、18.31%、7.91%，说明调亏程度越大对新梢生长抑制作用越明显，减少了剪枝量，使吸收的水分补给生殖生长，从而提高果实的品质。

（2）调亏灌溉对果实纵横径的影响，发现非需水关键期调亏程度越大，对纵、横径生长起到促进作用，Ⅱ期末各个处理纵、横径为W3＞W1＞W4＞W2＞W0；在需水关键期表现出调亏程度越大，果实纵横径增长起到抑制作用，各个处理在生育期末表现为W2＞W0＞W4＞W1＞W3。

（3）调亏灌溉对果实体积及产量的影响，发现单果重、仁重、体积及产量最大值均出现在W2 处理，W2 处理的单果重、仁重与W1、W3、W4 具有显著差异（P＜0.05），W2 处理的体积、产量与其他处理具有显著差异（P＜0.05），W2 产量为4 693 kg∕hm2，表明在Ⅱ期进行轻度调亏，对落花落果现象具有抑制作用。