集雨保墒措施对陇东黄土旱塬区红富士苹果产量与品质的影响

赵 刚 ，樊廷录 ，李尚中 ，张建军 ，党 翼 ，王 磊

（1．甘肃省农业科学院旱地农业研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省水土资源高效利用重点实验室，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省农业科学院，甘肃 兰州 730070）

陇东黄土旱塬区是中国苹果的优生区之一，但该区30 a平均降水量仅为503 mm，有限且分散的雨水可被强烈的果树蒸腾作用快速消耗，从而无法满足苹果树生长期的持续高强度耗水，干旱问题导致果园生产力降低与果树衰败速度加快［1-2］。土壤深层干燥化是旱塬区一种特殊的水文现象，持续干燥化最终导致土壤干层形成。有研究表明，土地利用方式为苹果园时可明显提高土壤表层入渗速率，减少地表径流，但仍无法减缓生物利用性干层［3］。近年来，一些学者通过优化灌溉方式、补灌策略等对降低土壤水分蒸散措施进行了研究，探讨了如何降低果园耗水与提高果园水分利用率的问题［4-6］。但这些研究均侧重于土壤贮水量与含水量分布方面，而对土壤深层干燥化程度的研究未见报道。我们通过连续8 a在黄土旱塬区进行较大树龄果树的定位观测，对深层立体化集雨入渗技术改善果园产量与果实品质进行分析，旨在为水资源匮乏及果园深层土壤干燥化的陇东黄土旱塬区苹果产业可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

定位试验于2009—2017年连续8 a在位于甘肃省东部陇东地区镇原县上肖乡的农业部西北旱作营养与施肥科学观测实验站进行。试验区属北方典型的半湿润偏旱农业区。试验地海拔1 254 m，近30年年均降水量503 mm，年平均温度8.3℃，无霜期165 d，土壤为土层深厚的黑垆土。该区年降水量500～600 mm，干燥度1.5左右，属稳定单向缺水农业区。据测定，降水量的10%～15%形成径流流失，60%～65%的无效蒸发，仅有25%～30%被作物利用，而且60%的降水多集中在7—9月。陇东旱塬地区年平均日照时数为2 300～2 500 h，日照百分率达50%～55%，太阳年辐射量为525～567 kJ/cm2。

1.2 试验材料

指示苹果品种为长富2号，树龄为20年生，株行距为3 m×4 m。供试肥料为尿素（含N 46%，甘肃刘家峡化学工业集团生产）、磷酸二铵（含N 18%、P2O548%，临沂中鲁大化肥业有限公司生产）、氯化钾（含K2O 62%，西安蓝宇化工原料有限公司生产）。

1.3 试验设计

定位试验所选试验树体生长健壮，树势整齐一致，树姿开张，树相整齐。试验共设3个处理，即常规果园管理方式处理（CK）。处理方法是在冬季或者次年春季进行果园修剪，春季旋耕整地，保持果园地面水平，便于降水入渗。6月中下旬除草1次，施肥时期为秋季果实采收后，施肥方式采用传统的条施法，即在离树干80 cm处挖深宽长为20 cm×20 cm×200 cm的穴，施肥量为优质农家肥75～90 kg/株，氮磷钾施入质量比例为N∶P2O5∶K2O＝1∶1∶1，化肥施量为1.5 kg/株。黑色宽膜覆盖集雨保墒处理（BF）。处理方法是分别在离主树干5 cm两侧覆宽120 cm的黑色地膜，覆膜时以树干为中心，将树冠两侧向外围延伸100 cm，做成向主树干外侧倾斜的斜面，覆盖黑色地膜，与地面贴紧压实，便于集水。肥料使用量同对照，采用沟施，顺地膜覆盖边缘挖深20 cm施入肥料后覆土，覆膜时间在春季即4月20日左右。黑色宽膜覆盖+集雨立体入渗处理（BF+R）。处理方法是果实采摘后，在离主树干80 cm树盘处，挖50 cm×50 cm×40 cm的大穴3个，每穴中埋设30 cm×30 cm的有盖入渗桶，入渗桶下部四周打上直径为0.5 cm的小孔，孔间距约为5 cm，约40个/桶，作为集雨微灌。在果树树冠下400 cm×300 cm处做成浅盘状，即树干两侧各延伸200 cm和150 cm，做成外高向内逐渐倾斜，便于降水流入入渗桶，将其分为3等分，分别埋设3个入渗桶，然后用宽120 cm黑色地膜将树盘全部覆盖，便于降水集水及保墒防止杂草。施肥量与埋设入渗桶及覆膜时间与处理BF相同。每处理5株树，单株重复。

1.4 样品的采集与分析

于每年10月中旬果实成熟后，按处理分别对每株果树从东南西北4个方位随机采收样果12个，混合后称其质量，计入单株产量，随后带回实验室于7 d内完成果实品质的测定。可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可测定酸含量采用氢氧化钠滴定法测定，Vc含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定，可溶性固形物含量使用泉州光学仪器厂生产的WYT-4型糖量计测定，果实硬度采用GY-1型硬度仪测定，果实纵径与横径采用游标卡尺测量［7］。根据果实纵、横径比值计算果型指数（V/H）。同时收获剩余果实并称重，统计单株产量。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel 2013与SPSS22.0软件进行处理和分析［8-9］。

2 结果与分析

2.1 不同集雨处理对苹果产量的影响

连续8 a的观察结果（表1）表明，不同集雨处理的苹果平均单株产量较对照提高12.6%～17.2%。其中以BF+R处理的单株产量最高，达到43.7 kg，较对照增产17.2%，说明黑色宽膜覆盖+深层立体化集雨处理可显著提高苹果平均单株产量。BF处理的苹果平均单株产量次之，为42.0 kg，较对照增产12.6%，说明黑色宽膜覆盖集雨保墒处理可提高苹果平均单株产量，但差异不显著。BF处理和BF+R处理平均单果质量均显著高于对照，分别较对照提高9.7%、13.2%。

表1 不同集雨处理对苹果平均单株产量的影响①

2.2 不同集雨处理对苹果品质的影响

由图1-a可以看出，BF处理和BF+R处理的果实硬度均低于对照，其中BF+R处理为9.38 kg/cm2，较对照低4.9%，与对照差异显著；BF处理果实硬度较对照低0.9%，与对照差异不显著。

由图1-b可以看出，2个集雨处理的果实含水量均高于对照，从高到低依次为BF+R、BF、CK，且3个处理间均表现出显著差异。与对照相比，BF+R处理和BF处理果实含水量分别较对照高出3.4百分点和2.2百分点。

由图1-c可以看出，BF处理、BF+R处理的可溶性固形物含量均高于对照，BF+R处理可溶性固形物含量达15.34%，较对照增加7.2%，与对照差异显著；而BR处理仅比对照高3.0%，与对照无显著性差异。

图1 不同集雨处理对苹果果实平均品质的影响（图中数据为2009—2017年平均值）

从图1-d、图1-e、图1-f可以看出，3个处理的有机酸含量、可滴定酸含量以及总糖含量的变化趋势一致，均为BF+R>BF>CK，3个处理间表现出显著性差异。其中，BF+R处理有机酸含量、可滴定酸含量以及总糖含量分别较对照高34.1%、182.1%、28.9%；BF处理有机酸含量、可滴定酸含量以及总糖含量则分别较对照高20.9%、100.6%、11.3%。

3 小结与讨论

苹果树冠层较大，为高耗水多年生植物，其果实于生长期间需要充足水分，只有满足果实生长所需水量果实品质才能正常形成。但果实生长期黄土旱塬土壤水分亏缺增加，致使土壤深层有效持水减少，干燥化程度因苹果树龄增长而加重［10］，严重影响果园产量与果实品质。地膜覆盖可降低土壤容重，增加土壤孔隙度，扩大土壤对水分保蓄能力，从而提高苹果果实单果质量［11-12］。本试验对果实平均单果质量与单株产量的结果分析表明，黑色宽膜覆盖集雨保墒处理（BF处理）与黑色宽膜覆盖+深层立体化集雨处理（BF+R处理）均能显著提高平均单果质量，深层立体化集雨处理（BF+R处理）则使单株产量得到显著提高。这2个处理通过覆膜措施有效改善了土壤微环境，使根层以下土壤含水量提高，进而缓解干旱季节由于缺水而造成的干旱胁迫，而立体集雨措施则能更好地使水分进入土壤深层，使果树深层根系吸收水分。

在果实品质方面，黑色宽膜覆盖+深层立体化集雨处理（BF+R处理）各品质指标与对照相比均表现出显著差异，其中果实硬度低于对照，果实含水量、可溶性固形物含量、有机酸含量、可滴定酸含量及总糖含量均是高于对照的。这与张坤等［13］对果园地面覆盖的研究结果相一致。赵长增等［14］对果园覆盖条件下的果实可溶性固形物含量进行了研究，发现覆盖技术可显著提高果实可溶性固形物含量，这也与本研究相同。众多相关研究表明不同覆盖集雨保墒措施对果实品质的影响呈正效应［8-11］，这与研究结果也一致。我们研究提出的集雨立体入渗保墒技术，能有效减少土壤无效蒸发，将收集到的地表降水用于土壤深层灌溉，实现降水跨季节利用，从而缓解果园土壤深层干燥化。