滴头流量对砂壤土水分分布及果树生长的影响研究

常学艳, 吉光鹏, 张栋海, 钱丹丹, 牛蛉磊

(新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所,新疆 图木舒克 843900)

水分是果树生产中的必备因子,但我国水土资源的空间分布很不协调,导致北方地区的水果产业在发展道路上受到很大的阻碍[1]。此外,我国降水的时间分布不合理,北方地区的降水时间主要集中在8、9月,而果树对水分较敏感的阶段则是开花期(3月—4月)及果实膨大期 (6月—7月),自然降水时期与果树生长需水高峰期的不吻合进一步增加了水果业在我国北方发展的难度[2]。高效节水的灌溉方式在西北地区非常必要。研究表明滴灌是按照作物需水要求,通过低压管道系统与安装在毛管上的灌水器,将水和作物需要的养分一滴一滴均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水方法,这种灌溉方式不破坏土壤结构,蒸发损失小,不产生地面径流,几乎没有深层渗漏,能达到高效节水的目的[3]。在果树采用滴灌滴水时,也受各种因素的制约,滴灌带铺设方式、滴头流量、滴灌时长等对果树的生长和水分利用效率产生不同影响。通过地面单行、地面双行、地下双行、地面环状等滴灌带布置方式对果树生长和水分利用的研究,表明地上双行滴灌带布置方式,增产节水优于其他布置方式[4]。研究不同滴头流量对苹果生长表明,滴头流量为4 L/h下苹果新梢长度、叶片叶面积、SPAD值、光合速率、蒸腾速率均达到最大值,滴头流量为8 L/h时各指标最低[5]。研究表明在不同滴头流量下土壤湿润体水平、垂直运移规律,结合“库尔勒香梨”垂直方向根长密度集中分布于20～60 cm,水平方向根长密度集中分布于50～80 cm,滴头流量、滴水时间最佳为9.2 L/h、5 h[6]。

本研究以前人香梨根系分布范围为基础,进一步探明不同滴头流量条件下的滴灌后水分再分部规律,同时,分析不同滴头流量对果树生长、果实变化、叶片光合特性的影响,阐明滴灌下香梨生长及产量对滴头流量的响应机制。研究结果可为香梨滴水灌溉技术提供一定的理论指导。

1 试验地点及材料

1.1 试验区概况

本试验于2022年3月—10月在新疆生产建设兵团第三师53团22连的香梨园进行,选择树势一致成行(栽植密度4 m×1.5 m)的人工栽植的5年生库尔勒香梨为试验对象,香梨园土壤为砂壤土。试验地整体管理水平较好,易于安装滴灌系统。

1.2 试验方法

试验在香梨园行间方向距树干20 cm处铺设1条滴灌管进行部分灌溉,毛管采用Φ16管上式滴灌管,滴头流量大小分别设计2 L/h、4 L/h、6 L/h、10 L/h、20 L/h 5种流量,滴头间距设定1 m。每次滴水前后,调查不同滴头流量下土壤湿润锋体变化,土壤湿润体分布特征采用土壤水分测定仪来测定,每个处理在行间设置,埋设圆柱式PVC管道,在垂直滴灌带方向距树干20 cm和平行滴灌带方向距树干20 cm作为管道埋设区,每根PVC管的观测深度为0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm。滴水后在滴水前后及各个生育期选择1个滴水周期进行连续测定,即滴水前利用土壤水分测定仪检测1次,滴水时每隔1 h检测1次剖面水分含量,持续18 h。滴水后第1天、第4天、第7天分别检测土壤含水量。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 SPAD值测定

每个处理选择长势均匀的3株香梨树,每株树随机选取单轴沿伸的3枝结果枝,结果枝上选取树冠外围强势3枝新梢,新梢选择基部的叶片做标记,进行SPAD值测定。利用浙江托普 SPAD-502Plus测定。2022年7月滴水前测定1次,9月停水后测定1次。

1.3.2 光合速率测定

在已标记好的叶片测定光合速率,选择晴朗天气10:00—13:00使用LCpro-T全自动便携式光合仪,在开放气路系统自然光照下测定香梨叶片的净光合速率。测定时间与SPAD值测定相同。

1.3.3 新梢长度、粗度测定

结果枝上选取树冠外围强势3枝新梢做标记,记录新梢叶片数,新梢长度用卷尺直接测量,使用游标卡尺其基部测量新梢粗度。测定时间与SPAD值测定相同。

1.3.4 果实生长量测定

在已选定好的香梨结果枝上挑选个生长良好的3个母梨做标记,用游标卡尺来测定果实的横径和纵径,计算果形指数。果形指数计算公式:

SI=X1/X2

式中:SI表示果形指数,X1、X2分别表示果实纵径、横径。

1.3.5 单果质量

果实成熟后,用0.01 g电子天平称取单果质量10个,重复3次,取平均值。果实纵横径测定时间与SPAD值测定一致,单果质量于9月测定。

1.3.6 土壤水分测定及滴灌材料

圆柱式PVC管、Φ16滴灌带、滴头(2 L/h、4 L/h、6 L/h、10 L/h、20 L/h)、土壤水分测定仪(型号:DIVINER2000)。

1.4 试验数据处理

本试验Microsoft Excel 2016进行数据处理、计算和作图,用IBM SPSS Statistics 23统计分析软件采用LSD法进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同灌量下土壤水分分布规律的研究

根据图1可知,灌水前土壤水分含量显著较低,灌后土壤水分含量明显提高。而滴头流量为q=10 L/h、q=20 L/h时在滴水8 h前水分水平运移和垂直运移明显快于滴头流量为q=2 L/h、q=4 L/h、q=6 L/h时,可能由于滴头流量大造成水量偏大使水产生张力和重量造成的,但q=10 L/h、q=20 L/h在滴水后7 d内的土壤水分集中分布在垂直方向20～80 cm、水平方向50～100 cm,与其他处理相比为根系提供水分时间较长,不易造成水体缺水等问题。综合比较滴头流量为q=10 L/h、q=20 L/h时,在根系保障水分充足的同时可以很好的延长灌溉周期。

图1 不同灌量下土壤水分动态变化

2.2 不同滴头流量下香梨生理指标的影响

2.2.1 滴水前梨树各处理生理指标

由表1可知,滴水前,q=4 L/h时果树新梢枝长为46.52 cm,新梢枝粗5.02 mm,光合速率13.60 μmol·m-2·s-1,SPAD值49.31±0.48a,综合表现优于其他处理。各处理下果树新梢长度从大到小依次为4 L/h>20 L/h>2 L/h>6 L/h>10 L/h;新梢粗度从大到小依次为6 L/h>2 L/h>4 L/h>20 L/h>10 L/h;光合速率从大到小依次为2 L/h>4 L/h>6 L/h>20 L/h>10 L/h;SPAD值从大到小依次为4 L/h>6 L/h>20 L/h>2 L/h>10 L/h。

表1 滴水前梨树生理指标方差分析

2.2.2 不同滴头流量对香梨成熟期生理指标的影响

对照表1和表2中数据,q=10 L/h时滴水后新梢长度和粗度显著低于各处理。光合速率和SPAD值各处理间无显著性差异。q=20 L/h处理下,滴水后较滴水前新梢长度增加了12.81 cm,粗度增加了1.83 mm,与其他处理相比新梢长度和粗度变化差异较大。表明滴水量大,能一定程度上促使新梢生长。结合果树枝条生长缓慢对树体营养消耗慢且有利成花的特性,可以得出结论,在q=10 L/h对果树生长发育最有帮助。

表2 不同灌量下梨树生理指标

2.2.3 不同灌量对果实生长指标的影响

由表3和表4可知,滴水量q=10 L/h时果实单果质量为122.83 g,显著高于其他处理;果实横径、纵径分别增加21.8 mm、23.72 mm。滴水后,各处理果实单果质量从大到小依次为10 L/h>6 L/h>CK>4 L/h>20 L/h>2 L/h;果形指数从大到小依次为6 L/h>10 L/h>20 L/h>CK>4 L/h>2 L/h。综合比较可知,滴水量q=10 L/h条件下,可以有效增加果实单果质量。

表3 滴水前果实指标

表4 不同灌量下果实生长指标

3 讨论与结论

土壤水分受土壤质地、灌溉制度和降雨等因素影响较大。灌水前土壤含水率较低,灌水后土壤含水率显著增加,且随灌水量的增加,土壤含水率明显增加[7]。各处理在灌水后土壤水分在垂直方向和水平方向存在不同程度运移,其中滴头流量为q=10 L/h、q=20 L/h时,在根系集中分布区有较长时间保持水分充足。

研究不同滴头流量下香梨生理指标变化发现,新梢长度随灌水量增加而增大,这与赵瑞芬[8]和单长卷[9]研究结果一致。滴头流量为q=10 L/h时对香梨果实生长具有较明显的促进作用,结合果树新梢生长缓慢或尽早停止生长有利于提高成花质量的特性进行综合比较可知,最佳的滴头流量为q=10 L/h。