不同灌水下限对梨树生长和产量影响的研究

范肖予，吴文勇，肖 娟，王林林

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.中国水利水电科学研究院水利研究所，北京 100044）

1 研究背景

水资源匮乏已严重影响了我国农业有效发展和国民经济的建设，通过合理的灌溉缓解水资源供需将成为我国农业生产的必然选择[1]。土壤水分对作物的生长和产量产生重要影响[2，3，4]，但并不是土壤中所有的水分都能被作物有效利用，只有介于田间持水率和永久萎蔫率之间的水分才可被作物有效使用[5]。对果树采取何种科学合理的灌溉方式，能提升灌溉水利用效率以及收获性价比较高的水果，已引起国内外诸多学者的关注。针对一年生农田作物，魏巍等人[6]指出适宜温室番茄栽培的灌水控制上、下限，分别为土壤水吸力12 kPa和45 kPa；申孝军[7]在华北地区冬小麦的研究中，得出冬小麦的优质高效节水灌溉指标是:播种—拔节前期、拔节—抽穗前期、抽穗扬花期和灌浆成熟期的灌水控制下限，分别为田间持水率的50%、65%、70%和65%；姚佳宾等人[8]研究表明，当油葵的灌水下限把控在田间持水量的60%～70%时，会得到最高的产量和水分利用效率。对于多年生果树，李波[9]在日光温室自动控制灌溉条件下葡萄的水分管理研究中得出，最适宜的土壤水分区域占田间持水率的75%～90%；马军勇[10]对沙漠绿洲区不同灌水下限的灰枣树进行研究，得出灌水下限保持在田间持水率的55%比较适宜灰枣树的生长，提高其水分利用效率；雷廷武[11]曾将调亏灌溉运用于17年生的桃树上，得出降低灌溉水不仅有助于提高产量，亦能提高水的利用效率。尽管诸多学者对果树的灌溉水分管理作了研究，但对梨树在该方面的研究相对较少。据统计，我国2005—2014年10年间梨树的年平均用水量，排在各果树树种之首[12]，基于此背景，本试验决定以黄金梨为研究对象，探讨不同灌水下限对黄金梨的生长情况和果实产量等有何影响，为下一步研究果园的节水增量机制、指导果园生产实践提供理论依据。

2 研究区域与方法

2.1 试验区域概况

试验区位于在北京大兴区安定镇圣泽林庄园内，属暖温带半湿润大陆季风气候，海拔28 m，年平均气温11.6℃，多年平均降雨量为556 mm，年均水面蒸发量约946.9 mm，土面蒸发量为466.7 mm。本试验时间区间为2019年4月—2019年10月。试验首先分析和测定土壤的基本物理化学性质，见表1。

表1 土壤基本理化性质

2.2 水分调控试验

试验品种为9年成熟黄金梨，占地面积共0.14 hm2，划分了A、B、C三个试验区（重复处理），各试验区面积约480 m2（长30 m，宽16 m），小区内共种植梨树4行，每行梨树10颗，种植行距4 m，株距3 m。每隔一年的秋季，施用一次有机肥，在距离每颗树干约100～120 cm、深40～80 cm处，施用肥料（牛粪）2 m3。本次试验规定了几种不同百分比的灌水下限，设置了4个处理，包括了3个水平：80%（0.8 FC）、70%（0.7 FC）、60%（0.6 FC）和1个对照组（以当地地面单行滴灌作为对照组，灌水量依据当地常规处理）。对照组滴灌带布设于每行梨树西侧40 cm处；水平组每行梨树的两侧40 cm布置了双行滴灌带。

2.3 观测内容

（1）土壤水分。使用TRIME-PICO-IPH进行测定。从每种灌水下限随机挑选一棵造型相似、长势均匀的树，各打5根Trime管（按树的行间每隔40 cm、棵间每隔30 cm的规格），共100个水分监测点，每个监测点按照测定深度100 cm、间隔10 cm布设测量的规律，并取其平均值。每7 d监测1次水分，采摘后每1个月测一次。

（2）新梢长势。将每种处理随机选取的3株生长状况均匀的梨树作为试验对象，标记出树冠外围生长强势的5枝新梢，隔一周用游标卡尺量取一回新梢的长度和直径。

（3）百叶重。将每种处理随机选取的3株生长状态均匀的梨树作为试验对象，于2019年7月16日每棵树随机摘取100片新鲜叶子，用保鲜袋密封，防止水分蒸散损失，当天带回实验站进行称重，称重3次取平均值。

（4）果径。将每种处理随机选取的3株生长状态均匀的梨树作为试验对象，在每棵梨树上标记出5个生长健康的梨，每两周标记一回。

（5）产量。测量梨树产量：各处理随机选取4棵，计量出的平均值可作为单株产量。

2.4 计算公式及方法

（1）灌水量：按照0～100 cm土层（计划湿润层）测得的的土壤含水率，计算灌水时间和灌水量。灌水量的计算公式为：

式中：I——灌水量，mm；

p——土壤湿润比，取0.33；

H——计划湿润层深度(cm)，由于调查该梨树根深在0～80 cm范围内，根据果树根系分布范围，取100 cm；

β1、β2——灌水上、下限（占土壤田间持水量的百分比），其中田间持水量确定为灌水上限，灌水下限分别按照处理取田间持水量的百分比；

θ——土壤田间持水量。

（2）梨树耗水量：参考水量平衡计算法，公式如下：

其中ΔS=1 000H（θt2-θt1）

式中：ET——梨树耗水量，mm；

I——灌水量，mm；

P——降雨量，mm；

U——地下水补给量，由于试验区地下水埋深深于4 m，因此计U=0 mm；

D——深层渗漏量，由于此次试验采用的是滴灌，灌水定额较小，基本不会有渗漏情况发生，故取D=0 mm；

R——地表径流量，该地区地形平缓，因此忽略R，mm；

θt1、θt2——分别为t1、t2时间点，位于根区计划湿润层区间内土壤的平均含水率。

2.5 数据处理

采用Excel 2010对数据做基础研究，用Suffer软件完成土壤水分的空间分布图，方差和统计分析用SPSS 20.0进行操作。

3 试验结果与分析

3.1 不同灌水下限对土壤水分分布的影响

图1为生育期内不同处理含水率随时间的变化规律，因降雨和灌水因素的存在，各处理组的含水率，均会产生不同程度的波动。CK处理（对照处理）因灌水量最大，土壤含水率在生育期内均最高；受灌水下限因素的影响，灌水下限越低，则T1（80%），T2（70%）和T3（60%）处理的生育期含水率越小。7月下旬开始，进入多雨季节，不同处理组的含水率均上升，且差距逐渐缩小。

图1 土壤含水率的时间变化规律

图2为生育期内各处理在不同土壤深度下的平均含水率，从图2可以看出，0～60 cm土层内的含水率均较低，60～80 cm土层的含水率逐渐升高。初步分析造成该结果的原因是：0～20 cm是受地表蒸腾作用的影响所致；20～60 cm是因为该土层根系分布密集，活力较强，吸水强度较大，属于梨树主根区，该结论与陈洪松、康绍忠等学者的研究结果一致[13-15]；60 cm以下，根系密度逐渐降低，吸水减少；其中T3处理在80～100 cm土层土壤含水率急剧下降，这可能主要受灌水下限的影响。

图2 土壤含水率的空间变化规律

3.2 不同灌水下限对生物指标的影响

3.2.1 新梢长势和茎粗

不同灌水下限下的新梢长度和茎粗变化如图3、图4所示。

图3 新梢茎粗长势图

图4 新梢长度长势图

从图中可以看出，不同处理组的新梢长势一致，随生育期的增加而增加，灌水下限未对新梢长势的造成显著差异（显著性P＜0.05）。其中对照组的新梢茎粗（15.30 mm）和长度（1 524.29 mm）最大，分别较实验组增加了6.1%～10.79%、11.40%～19.44%，这可能与灌水量大有关；T2处理的新梢茎粗（13.81 mm）和长度（1 276.25 mm）最小，茎粗较T1和T3分别减小了4.20%、4.42%，长度较T1和T3分别减小了6.14%、7.21%；T1和T3之间无明显差异。

3.2.2 百叶重

在水分调控试验中，百叶重值从大到小排序：T3＞CK＞T2＞T1，土壤水分下限越低，百叶重值越大，百叶重指标受到土壤水分下限的显著影响。T3处理的百叶重值均值最大，比T1和T2处理分别提高16.64%和13.00%，差异较显著（p＜0.05）；对照组CK比T1处理提高15.40%，差异较显著（p＜0.05）。不同水分控制下百叶重值的统计参数见表2。

表2 不同水分控制下百叶重值的统计参数

3.2.3 梨果体积

土壤水分的下限会直接控制土壤剖面水分含量的分布，影响梨树根系的生长，进而影响梨树的开花结果。经本次试验可发现，黄金梨的生长呈S型曲线，在6月份以前生长较缓慢，土壤水分对果实的生长影响不明显，进入7月后，各处理的果实体积开始快速增大，8月后果实开始上色，生长速度放慢。从8月开始起，3个试验组的体积从大到小依次排序为T1处理＞T2处理＞T3处理。进入8月后，T1处理果实体积增长速度变慢，最终T2处理的果实体积领先。根据线性拟合公式可发现，T1处理的线性系数为34.401，比T2处理和T3处理高出1.06、5.969，且相关系数为0.938 7，拟合度比其他处理好。根据果实体积的线性拟合曲线可得出：土壤水分下限越高，果实体积变化越大，相关系数越大。对照组的体积在7月中旬之前及8月中旬之后一直最小，7月中旬到8月中旬之间其体积大于T3处理，这可能是受灌水量的影响，CK的灌水量比试验组T1、T2和T3处理高出22.84%～72.69%，过高的灌水量导致土壤处于饱和含水率状态，通气性变差，抑制了根系呼吸生长，导致果实体积偏小。

图5 不同水分调控下梨果的体积生长趋势

3.3 不同灌水下限对梨树产量的影响

产量方面，T2处理明显多于CK、T3处理（p＜0.05），较CK、T1处理和T3处理分别增加了16.1%、9.92%、21.92%，说明0.7 FC是梨园提高产量的适宜灌水下限，目前果园的产量效益有很大的提升空间，如表3所示。

表3 不同处理下的果实产量

4 结论

（1）土壤水分是果树生长的重要要素，灌水下限的不同造成土壤含水率的在时间与空间分布上很大的不同。0-60 cm深的土层是梨树耗水的主要分布区间。

（2）新梢和产量方面，本次研究结果表明：与其他3组处理相比，T2处理的新梢茎粗和长度分别减小了4.2%～10.79%、6.14%～19.44%，但果实产量提高了9.92%～21.92%；CK组的新梢茎粗和长度最大，分别较实验组增加了6.1%～10.79%、11.40%～19.44%，但产量比T1和T2处理降低了5.63%、16.1%，说明营养生长（新梢长势）与生殖生长（果实）间具有相互制约的关系，这一结论与王丽云[16]、李彦连[17]等学者研究成果的一致。