滴灌水肥一体化对柑橘光合生长及产量的影响

陈昱辛，崔宁博,2，杨永刚，胡笑涛，龚道枝

(1. 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院，成都 610065；2. 南方丘区节水农业研究四川省重点实验室，成都 610066；3. 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100；4.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所作物高效用水与抗灾减损国家工程实验室，北京 100081)

0 引 言

柑橘是在世界范围广泛种植的水果作物[1]，柑橘产业已成为我国现代农业的支柱产业之一[2]。中国柑橘主要栽培在南方灌溉条件较差的丘陵山地一带，近年来这些区域工程性缺水与季节性干旱尤为严重[3]，严重影响和制约了柑橘产业的稳产高产。此外，在传统的灌溉施肥方式下，深层渗漏和地表径流损失的大量营养物质将污染该地区地表水和地下水资源，威胁居民生命安全[4]。

水肥一体化是基于滴灌系统发展而成的节水、节肥、高产、高效的，并实现水肥协同效应的重要农业工程技术[5,6]，滴灌水肥一体化能有效改善果树光合特性[7]、促进果树幼苗及新生枝条生长[8]和提高果实产量[9]。光合作用作为植物体干物质积累的直接来源，对植物的生长及产量有着直接的影响[10,11]，其强弱受到不同水肥一体化处理和环境因子的综合影响。Gasque等[12]研究表明由于复水后光合过程、果实器官发育过程均有一定的超补偿效应，而Liu等[13]研究表明由于适度的亏水处理抑制了果树的营养生长，使更多的同化物向果实分配，均解释了适度亏水处理后，产量和灌溉水利用效率提高的原因。国内外大量研究表明[7,9,14]，科学的水肥一体化管理模式有利于提高作物的光合特性和产量，由于作物不同生育期需水需肥特性的差异及生理过程、生长发育特性的差异，同一作物在不同生育期的最佳水肥一体化管理模式会有明显差异。杜少平等[7]发现滴灌施肥处理较对照在甜瓜生长后期光合指标显著提高，增产7.4%～14.4%，水分利用效率提高28.8%～40.7%；杨小振等[13]指出当灌溉量为900 m3/hm2，施肥量为N 163.05 kg/hm2+P2O566.85 kg/hm2+K2O 202.18 kg/hm2时，西瓜光合作用强，优质高产，且水分利用效率较高；Panigrahi等[14]发现I2F2(灌水量、施肥量为充分灌溉施肥的75%)处理下，柑橘叶片水平水分利用效率最高，且获得最高的果实产量，达16.39 t/hm2。

本研究拟分析不同滴灌水肥一体化管理模式在柑橘果实膨大期和果实成熟期对光合特性、果实发育及产量的影响，以期为优化不同生育期滴灌水肥一体化管理模式、提高柑橘产量，实现节水节肥、优质高效型水果生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2017年4月-2018年1月在四川省成都市蒲江县长林农场(海拔544 m，30.32°N，103.43°E)避雨棚内进行，试验地土壤类型为黄壤土，平均密度为1.45 g/cm3，田间持水量为26.13%(体积含水率)。试验区位于成都平原腹地，属亚热带湿润季风气候区，年平均气温16.3 ℃，平均相对湿度87.84%，年平均风速1.67 m/s，年平均降水量1 196.2 mm。

供试柑橘品种为7年生“不知火”，株高为2.8～3.0 m，株径约10 cm，株行距为2.5×3.0 m，主要生育期为每年4月初-次年1月底，根据其主要生育特征，将其划分为抽梢开花期(Ⅰ)、幼果期(Ⅱ)、果实膨大期(Ⅲ)和果实成熟期(Ⅳ)4个生育期。供试肥料为尿素、磷酸二铵和硫酸钾，灌溉施肥设备采用低压滴灌水肥一体化系统，滴灌采用以色列进口Dripnet PC压力补偿式滴灌管，沿地面布设，滴灌管环形布置，环形等间距内嵌10个迷宫式压力补偿滴头，流量为1.6 L/h，试验每2棵树1个处理小区，每个处理1条毛管，支管进口设置阀门，且毛管流量为32.0 L/h；干管垂直支管布置，在各小区安装阀门和水表以精确控制每次灌水量和生育期灌水量。试验地各小区间均用埋深1 m的硬塑料薄膜相隔，防止处理间侧向水分运移的影响，以3.6 m高透光薄膜电动防雨棚作为避雨设施，地下水埋深12 m，地下水对试验无影响。其他田间管理措施均相同。

1.2 试验设计

按照土壤含水率的下限来控制灌水量可以达到较为准确的精度，但在指导实际的山丘区果树种植灌溉时，农户缺乏相应的仪器设备，而试验地土壤质地比较均一、土壤空间变异性较低，考虑到实际应用，本文通过控制灌水量来进行调亏灌溉。设置1个对照处理(CK)，灌水周期约为7～10 d。CK处理灌水量为100%，相当于90%的田间持水量；施肥量按照安杰农业有限公司的水溶肥配方施加，抽梢开花期N、P、K肥各施 42.75 kg/hm2，幼果期分别施 N、P、K 肥 19.50、55.50、19.50 kg/hm2，果实膨大期分别施 N、P、K 肥 250.95、259.35、395.55 kg/hm2，果实成熟期分别施 N、P、K 肥84.00、203.70、235.50 kg/hm2。在果实膨大期和果实成熟期分别设置2个亏水水平(即轻度、重度亏水处理，分别记为HW、LW，灌水量分别为CK 80%、60%)和3个施肥水平(即高肥、中肥和低肥，分别记为HF、MF、LF，施肥量分别为CK85%、70%和55%)，共计13个处理，具体试验方案见表1。

表1 柑橘果实膨大期滴灌水肥一体化试验各处理灌水量、施肥量Tab.1 Experiment design and the amount of irrigation and fertilizer

注：表中HW、LW分别表示轻度水分亏缺、重度水分亏缺；LF、 MF、HF分别表示低肥处理、中肥处理、高肥处理；W表示灌水量，F表示施肥量；下同。

1.3 测定项目和方法

本试验光合作用测定仪器为全自动便携式光合仪(LCPro-SD，英国ADC)，每个生育期灌水前后3 d内各选光照条件良好的一天，每个处理选择东南西北方相对同一位置4片叶测量，每片叶片测3次，取平均值；分别测定蒸腾速率Tr，mmol/(m2·s)、气孔导度Gs, mmol/(m2·s)、胞间CO2浓度Ci, ppm以及净光合速率Pn，μmol/(m2·s)。将同一处理的各项观测指标取平均，以瞬时叶片净光合速率Pn与蒸腾速率Tr之比作为叶片瞬时水分利用效率WUEi, μmol/mmol，以叶片净光合速率Pn与胞间CO2浓度Ci之比作为叶片羧化速率CE,mmol/(m2·s)。

果实生长速率测定：果实生长量测定自座果后开始，每树选取有代表性的果实4个，柑橘果实近似看为球体，每次测量果实中心直径3次(分别计为D1、D2、D3)，再将所测的3个值取平均值作为实际横径D=(D1+D2+D3)/3，果实体积近似用椭球体体积计算公式，果径每10 d测定1次，当次和前次果实体积之差为两次调查期间果实体积生长量，并将其折算为每天生长量，即果实体积生长速率，记为Vf，cm3/d。

柑橘成熟时，进行小区测产，并折合成公顷产量。

试验数据均以Excel软件处理，以SPSS17.0软件进行统计分析，处理间差异显著性检验采用Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 滴灌水肥一体化对柑橘光合的影响

表2是滴灌水肥一体化不同处理对柑橘果实膨大期叶片光合作用影响。表2显示，灌溉水平对复水前后Pn、Tr、Gs、Ci、CE影响均达极显著水平(P<0.01)，施肥水平对复水前后Pn、Gs影响均达极显著水平(P<0.01)，水肥一体化处理对复水前Pn影响达显著水平(P<0.01)。相同施肥水平下，除WUEi外，果实膨大期柑橘叶片各光合指标随亏水程度的下降均呈上升趋势；但相同灌溉水平下不同施肥处理间差异基本不显著。复水前后，T1～T6处理Pn、Tr、Gs、Ci、WUEi、CE变幅分别为0.23～0.58 μmol/(m2·s)、0.16～0.48 mmol/(m2·s)、0.006～0.019 mmol/(m2·s)、-4.1～31.0 ppm、-0.32～0.08 μmol/mmol、-0.000 4～0.002 2 mmol/(m2·s)。复水后与CK相比，Ⅲ-HWHF(T4)和Ⅲ-HWMF(T5)处理Pn、Tr变化分别为3.93%和1.31%、-5.98%和-5.13%，净光合速率提高，蒸腾速率降低，因此WUEi分别提高10.43%和6.75%，分别为1.80、1.74 μmol/mmol，与CK差异达显著水平(P<0.05)。

表3是滴灌水肥一体化不同处理对柑橘果实成熟期叶片光合作用影响。表3显示，灌溉水平对复水前后Pn、Tr、Gs、Ci影响均达极显著水平(P<0.01)，施肥水平对复水前后Pn、CE影响达均显著水平(P<0.05)。复水前后，T7～T12处理Pn、Tr、Gs、Ci、WUEi、CE变幅分别为0.11～0.40 μmol/(m2·s)、0.13～0.28 mmol/(m2·s)、0.005～0.013 mmol/(m2·s)、9.9～29.5 ppm、-0.12～0.03 μmol/mmol、0.000 1～0.001 2 mmol/(m2·s)。复水后与CK相比，除Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWLF(T12)处理Pn分别下降8.75%、7.74%，且差异达显著水平(P<0.05)，Ⅳ-HW(T10、T11、T12)各处理各光合指标差异均未达显著水平(P>0.05)。

表2 低压滴灌不同水肥一体化管理模式对柑橘果实膨大期光合指标的影响Tab.2 Effect of different treatments on photosynthetic parameters at fruit swelling stage

注：同列不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)；*表示差异达显著水平(P<0.05)；**表示差异达极显著水平(P<0.01)；NS表示差异不显著；下同。

表3 低压滴灌不同水肥一体化管理模式对柑橘果实成熟期光合指标的影响Tab.3 Effect of different treatments on photosynthetic parameters at fruit maturity stage

2.2 滴灌水肥一体化对柑橘果实发育的影响

图1为滴灌水肥一体化对柑橘果实体积生长速率(Vf)的影响。图1显示，不同生育期不同水肥一体化处理均对柑橘Vf有一定影响。在果实膨大期不同条件下均呈先增加再减小的趋势，同时各处理Vf不同程度的低于CK。在同样灌溉水平下，不同施肥水平Vf的关系分别为：Ⅲ-LWLF>Ⅲ-LWMF>Ⅲ-LWHF，Ⅲ-HWHF>Ⅲ-HWMF>Ⅲ-HWLF。果实膨大期间，CK平均果实体积生长速率为2.47 cm3/d，Ⅲ-HWHF(T4)平均果实体积生长速率为2.33 cm3/d，差异未达显著水平(P>0.05)。这表明灌水量充足时，施肥量的增加可提高果实生长速率，但当亏水程度较大时，施肥量增加反而抑制了果实的生长，且相同肥料条件下，灌水量的增加可显著提高柑橘果实生长速率。

进入果实成熟期后，果实生长速率逐渐减小，在11月5日之前不同处理之间果实发育情况基本一致，进入11月进行处理后，不同处理之间果实发育情况出现差异，相同施肥水平下，LW处理均较HW处理果实Vf下降迅速，而Ⅳ-HW各处理对柑橘果实生长速率的影响较小，与CK处理的变化趋势基本一致。果实成熟期间，CK平均果实体积生长速率为1.07 cm3/d，Ⅳ-HWHF(T10)、Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWHF(T12)平均果实体积生长速率分别为1.07、1.08、1.09 cm3/d，差异未达显著水平(P>0.05)。

图1 滴灌水肥一体化处理对柑橘果实体积生长速率的影响Fig.1 Effect of different treatments on fruit growth rate of citrus

2.3 滴灌水肥一体化对柑橘产量的影响

图2为滴灌水肥一体化不同处理对柑橘产量的影响。图2显示，与Ⅲ期相比Ⅳ期表现出更高的水肥敏感度，即在相同水肥亏缺程度下，Ⅲ期产量的变化程度较Ⅳ期大；Ⅲ、Ⅳ期各处理在相同施肥水平下，产量随灌溉水平的上升均呈上升趋势，且差异均达显著水平(P<0.05)；果实膨大期各处理相同灌溉水平下，产量随施肥量的增加呈上升趋势，其中Ⅲ-HW(T4～T6)处理间差异达显著水平(P<0.05)；果实成熟期Ⅳ-LW(T7～T9) 处理产量随施肥量的增加而增加，Ⅳ-HW(T10～T12)处理间差异未达显著水平(P>0.05)。 CK产量达39 440.85 kg/hm2，与CK相比，Ⅳ-HWHF(T10)、Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWLF(T12)、Ⅲ-HWHF(T4)产量变幅分别为-0.44%、-0.26%、-2.04%、-3.36%，且差异均未达显著水平(P>0.05)。表明适宜的滴灌水肥一体化处理能在节水节肥的前提下，对柑橘产量无负面影响。

图2 不同滴灌水肥一体化处理对柑橘产量的影响Fig 2 Effect of different treatments on yield

3 结 语

本文通过柑橘栽培试验，研究了不同滴灌水肥一体化处理对柑橘光合生长及产量的影响，主要有以下结论。

(1)两个生育期不同滴灌水肥一体化处理对柑橘光合特性影响效果显著，水分亏缺处理会显著降低Pn，复水后，Pn有所提高，存在一定的复水补偿效应。复水后与CK相比，Ⅲ-HWHF(T4)和Ⅲ-HWMF(T5)处理Pn提高，Tr降低，因此WUEi显著提高10.43%和6.75%(P<0.05)，达1.80、1.74μmol/mmol；复水后与CK相比，除Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWLF(T12)处理Pn分别下降8.75%、7.74%，且差异达显著水平(P<0.05)，Ⅳ-HW(T10、T11、T12)各处理各光合指标差异均未达显著水平(P>0.05)。

(2)不同生育期不同水肥一体化处理均对柑橘果实体积生长速率有一定影响，果实体积生长速率在果实膨大期不同条件下均呈先增加再减小的趋势，进入果实成熟期后，逐渐减小。在相同施肥水平下，Vf随灌溉水平的降低基本呈下降趋势。果实膨大期间，Ⅲ-HWHF(T4)处理平均果实体积生长速率为2.33 cm3/d，果实成熟期间，Ⅳ-HWHF(T10)、Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWHF(T12)平均果实体积生长速率分别为1.07、1.08、1.09 cm3/d，与CK处理差异未达显著水平(P>0.05)。

(3)两个生育期不同滴灌水肥一体化处理对柑橘产量影响显著，果实膨大期、果实成熟期各处理在相同施肥水平下，产量随亏水程度的下降均呈上升趋势，且差异均达显著水平(P<0.05)。CK产量达39 440.85 kg/hm2，与CK相比，Ⅳ-HWHF(T10)、Ⅳ-HWMF(T11)、Ⅳ-HWLF(T12)、Ⅲ-HWHF(T4)产量变幅为-0.44%～-3.36%，但差异均未达显著水平(P>0.05)，表明适宜的滴灌水肥一体化处理能在节水节肥的前提下，对柑橘产量无负面影响。

综合分析结果表明，Ⅲ-HWHF(T4)处理有利于改善柑橘光合特性和促进果实生长，且在节水节肥的前提下对产量无负面影响，具有广阔的应用前景。本研究以7 a生柑橘为试材，果实发育的关键时期，研究结果对指导柑橘的生产具有重要的意义和参考价值。在今后的研究中，还将水肥一体化管理与果实品质相结合，开展更加深入和系统的研究。

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