基于透水混凝土渗灌不同灌水量对低丘红壤区蜜桔生长的影响

吴子涵，裴青宝*，胡 瑞，卢 斌，胡屈宇，郭文彬，林家顺

（南昌工程学院水利与生态工程学院，江西 南昌，330099）

0 引 言

我国是一个农业大国，农业用水占总用水量的70%以上，但是我国人口基数大，水资源稀缺，农业用水水分利用效率低，需要研究和应用新型的节水灌溉技术，促进农业可持续发展[1-3]。目前我国对蓄水渗灌节水灌溉方式有一定的研究，该方法具有优化果树根系土壤水分养分分布、拦蓄径流、保持水土及提高果树抗旱性的效果[4]。当土壤粒径过大或肥料浓度过高时滴灌易发生堵塞的问题[5，6]，滴灌在北方运用较多，但在南方丘陵红壤地区研究运用较少。透水混凝土渗灌是一种直接将水输送至作物根部的新型节水灌溉方式，可以有效地减少地表蒸发径流损失，提高水肥利用效率，并且解决了蓄水坑灌中坑壁土壤坍塌、板结等问题。脐橙和蜜桔生长对需水量要求高，喜温喜湿，适合生长在温暖潮湿的低丘陵地区[7]，江西雨量充沛，但降雨年内分布不均[8]，易发生季节性干旱，夏季炎热，土壤蒸发量高，且江西低丘陵区土壤多为红壤，粘粒含量较高，水分和养分水平总体偏低[9，10]，导致脐橙、柑桔等经济作物无法从土壤中获取充足的水分，难以实现高产优质目标，以节水、高产、优质为目标的生产模式已成为必然选择[11]。本研究拟在南丰蜜桔灌溉中采用透水混凝土渗灌，通过室外大田试验探究透水混凝土渗灌不同灌水处理对低丘红壤区柑橘生理生长的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

江西省水利科学院农村水利科研示范基地（以下简称“基地”）位于南丰县白舍镇茶亭村，属于南丰蜜桔核心主产区，距离南丰县城20km，离昌厦公路2km，交通十分便利，基地兴建于2004 年，总面积约36hm2（540亩），种植南丰蜜桔约18 000 株，是集标准化管理、集约化生产、绿色防控和统防统治的蜜桔生态示范生产基地。平均亩产达1 650kg，精品率达90%以上。基地属于低丘陵区，土壤类型为红壤，土壤容重约为1.34g/cm3，土壤田间持水量约为26.8%。

南丰县位于江西省东南部，抚州市南部，地理位置116°8′49″-116°45′13″E，26°57′26″-27°21′18″N，多年平均气温18.2℃，多年平均降水量为1 802mm，多年平均日照时数为1 616h。

1.2 试验材料

透水混凝土渗灌是一种直接将水输送到作物根部的新型节水灌溉方式，可以有效地减少地表蒸发径流损失，提高水肥利用效率[12]，灌水器制作成本低[13]，且不易老化，寿命更长，与土壤相容性更好，防堵塞，强度高，耐腐蚀[14，15]。本试验的透水砼灌水器由无沙水泥、2～5cm 卵石和水以0.34 的水胶比及2.8 的骨胶比混合而成，充分搅拌后将混合物倒入小桶中，静置28 天，养护7 天后脱模即可使用。试验所用主管为口径32mm 的PC 硬管，支管为口径16mm 的PE 管，主管从引水铁管处取水，主管首先通过三通与阀门相连，阀门出水口与水表连接，最后水表末端接支管。测量工具有TDR 土壤水分传感器、卷尺、游标卡尺、糖度计等。

1.3 试验设计

该实验在基地大田进行。实验区长50m、宽21m，详见实验区域布置图1。将实验区划分为滴灌区、透水混凝土渗灌区、涌泉灌区、微润灌区4 个片区。每个片区分为3 组，依次与不同灌水处理H1、H2、H3相对应，每组以5 棵柑橘树作为试验研究对象，柑橘果树间距为4.5m×5.0m。

图1 透水混凝土渗灌试验区及透水混凝土灌水器布置图

透水混凝土渗灌区有三排蜜桔树，每排5 棵，每排用不同的灌水量水平处理（H1、H2、H3），灌水下限均为田间持水量的56%，根据蜜桔不同生育阶段的需水量，灌水上限不宜超过田间持水量的90%，故灌水上限分别定为田间持水量的70%、80%及90%，即三个不同水平灌水处理含水量上下限分别为H1：田间持水量的56%～70%，H2：田间持水量的56%～80%，H3：田间持水量的56%～90%。土壤容重γ 为1.34g/cm3，计划湿润层H 为60cm。根据《微灌工程技术规范》SL103-95，土壤计划湿润比α 取0.3，灌溉水利用系数η 取0.9；设计耗水强度e 为5mm/d，每个灌水器设计流量q 为2L/h，每棵果树所用灌水器数量ns为4，相邻果树之间的行距S1为4.5m，株距S2为5m，依据以上数据计算出灌水定额m，设计灌水周期T1及灌水延续时间T2，从而确定该试验的灌溉制度。计算公式如下：

式中：m为灌水定额；γ 为土壤容重；θ 为田间持水量；η 为灌溉水利用系数。T1为设计灌水周期；T2为灌水延续时间；e 为设计耗水强度；S1为行距；S2为株距。计算结果详见表1。

表1 果树灌水定额、设计灌水周期及灌水延续时间

1.4 观测项目及方法

用游标卡尺测量果实横纵径，用糖分仪测量果实糖分，用卷尺测量果树枝条长度。每排取固定的三个果实，并作好标记，测量其横纵径，选取原则是可以代表每排果实普遍长势，第一次试验时在每排每棵树上按东南西北四个方向每个方向各选一根嫩绿且长势相近的枝条。最后把所有实验数据汇总，通过果实横纵径得到果实果型指数，用每次测得的枝条长度计算枝长增长率，每个不同灌水处理取一个蜜桔用糖分仪测定其糖分，通过上述数据分析红壤透水混凝土灌水条件下不同灌水量对蜜桔生理生长的影响。

1.5 数据处理

采用Excel 2007 对土壤含水量，蜜桔果树枝长，蜜桔果实横纵径及糖分等原始数据进行整理和计算，绘制图表。

2 结果与分析

蜜桔的物候期可分为萌芽展叶期（3 月5 日～3 月30 日）、开花坐果期（4 月2 日～6 月15 日）、果实膨大期（6 月16 日～8 月31 日）和果实成熟期（9 月1 日～11 月15 日）4 个生育阶段[18]。按期测量各项指标。

2.1 土壤含水量分析

土壤水分垂向分布状况如图2 所示，经观测，土壤水分垂向分布大致呈先增大后减小的趋势，0～30cm 土壤水分增量随深度的增加呈先增大后减小的趋势，灌后的土壤水分主要分布在中深层土壤[19]，30cm 处土壤含水量接近峰值。30cm～50cm 处土壤含水量在峰值附近波动。50cm 后土壤含水量急剧下降，且随深度的增大土壤含水量下降越剧烈。

图2 土壤含水量垂向分布图

不同灌水处理中，灌水量越大，同深度处含水量越大。

2.2 枝长增长率分析

该试验分别在2021 年5 月8 日、2021 年6 月16日、2021 年8 月17 日、2021 年8 月31 日、2021 年9 月27 日、2021 年10 月15 日、2021 年10 月27 日各测一次枝条长度。从第二次测量数据开始，通过本次数据减去上次数据得到本次的枝长增长量，以此类推从而得到从第二次到最后一次每根枝条的枝长增长量，然后整理每次每根枝条计算出的增长量，计算每次试验增长量的平均值，最后用平均值除以相应试验时间间隔得到增长率，分析发现枝条长度及枝长增长率与天数存在较为明显的二次函数关系，故用二次函数L（t）=at2+bt 进行拟合，拟合结果如图4。

图3、图4 揭示了蜜桔枝长及其增长率随时间的变化规律，各灌水处理变化趋势基本相同，在同时期内中水处理H2枝条增长率最大。

图3 透水混凝土渗灌柑橘枝条增长速率

图4 透水混凝土渗灌不同灌水量下枝条长度

2021 年基地大田蜜桔枝条快速增长期为5 月上旬至6 月中旬，该时期是蜜桔的开花坐果期，是果树枝条迫切需要水分及养分的时期，因此这段时期果树枝条生长旺盛。在此时期末枝长增长率达到顶峰。6 月下旬至8 月上旬是蜜桔的果实膨大期，该时期果实会与枝条争夺水分和养分，从而导致枝长增长速率放缓，最后到11 月枝条基本不再增长。

2.3 果实横纵径及果型指数分析

试验采集每次不同灌水处理蜜桔的横、纵径，用果实纵径与横径的比值表示果型指数[20]，计算每个蜜桔不同时期的果型指数，分析其变化规律。

从表2 可知，在全生育期内蜜桔的果型指数在0.73～0.95 之间波动，果型指数随时间减小并在最后趋于稳定，其中5 月果型指数最大，为0.95，9～10 月趋于0.81～0.83 之间。从图5 和图6 可以看出蜜桔果实横纵径先快速增长后缓慢增长再较快增长，果实横径增长速率快于纵径，最后在11 月不同灌水处理横径日增长量与纵径日增长量大概分别降至同一数值。不同灌水处理中H3处理横纵径增长量最大，其次是H2处理，H1处理最小。

图5 果实横径动态变化图

图6 果实纵径动态变化图

表2 不同灌水处理果型指数

2.4 糖分分析

试验于2021 年8 月31 日开始检测不同灌水处理的蜜桔糖分，试验数据如表3。

由表3 可知，各灌水处理蜜桔糖分随时间的增长而升高，其中H3处理果实糖分最高，在果实成熟期果实糖分可以达到18.7%；其次是H1处理，果实成熟期糖分可达15.6%；H2处理在果实成熟期糖分最低，仅有14.6%。由此可见H3处理灌水技术最佳，具有很好的提高蜜桔糖分的效果。

表3 不同灌水处理果实糖分

3 讨 论

3.1 渗灌不同灌水量处理对果树枝条生长的影响

透水混凝土渗灌下蜜桔枝条长度与时间呈二次函数关系，枝条增长速率随时间先缓慢下降后快速下降，且与时间存在较为明显的二次函数关系，其中中水处理H2枝长增长率最大。李中杰[21]采用陶瓷根灌针对苹果开展了灌溉技术研究，研究结果与李中杰相一致。陶瓷根灌是一种通过陶瓷孔隙将灌溉水均匀分布于作物根系土壤的灌溉方式，工作原理与透水混凝土渗灌相似。陶瓷根灌条件下苹果果树新梢长度与时间呈幂函数关系，新梢增长速率随时间先快速下降后下降速率逐渐变慢，其中枝长增长量随着灌水量的增加而增加。

3.2 渗灌不同灌水量处理对果实生长发育的影响

透水混凝土渗灌条件下蜜桔横径始终大于纵径，蜜桔横径日增长量基本高于纵径日增长量，而陶瓷根灌下中水处理苹果横径最小，纵径最大，高水处理与低水处理苹果横径相近，但高水处理纵径高于低水处理纵径。这是由于在开花坐果初期，蜜桔果树果实近似球状，之后果实形状会渐渐由球状向扁平状转变，到果实膨大期之前果实体积增大是由于果实内部果肉细胞在不断增殖，果实膨大时期果肉细胞基本不发生增殖，果实体积靠果肉细胞自身体积的增大而增大，到果实成熟期末期果实形状基本定型，而且灌水量越大横纵径增长量越大。陶瓷根灌苹果糖分含量随灌水量的增大而增大，透水混凝土渗灌下高水处理H3蜜桔糖分含量最高，中水处理H2糖分含量最小，结合中水处理H2枝长增长量最大的结果，可以推断这种现象可能是果实枝条争夺养分所致。

4 结论和建议

（1）土壤水分垂向分布大致呈先增大后减小的趋势，当透水混凝土灌水器埋深在0～30cm 时，土壤水分增量随深度的增加呈先增大后减小的趋势，并在30cm处含水量到达峰值；土壤深度在30cm～50cm 时，土壤含水量在含水量峰值附近波动；埋深大于50cm 后，土壤含水量急剧下降，且随深度的增大土壤含水量下降速率越快。

（2）各灌水处理枝长增长速率变化趋势基本相同，且与时间大致呈二次函数关系，在同时期内中水处理H2枝长增长速率最快，其次是H3、H1。枝长增长率随时间基本呈下降趋势，枝长与时间之间有显著的二次函数关系。在整个生育期内H2枝长增长率最大，最高可达2.20mm/d，H1最小，最高仅达1.62mm/d。

（3）试验结果显示果型指数基本随着灌水量的增大而减小，其中H3处理果实横纵径增长量最大，其次是H2、H1处理。

（4）各灌水处理蜜桔糖分随时间的增长而升高，其中H3处理果实糖分最高，其次是H1处理，由此可见H3处理对提高蜜桔糖分具有很好的效果。

结合蜜桔枝长及枝长增长率、果实横纵径、果型指数、果实糖分等指标，建议南丰地区蜜桔在透水混凝土渗灌下采用H3灌溉处理方式进行灌溉。