不同集雨方式对旱地苹果园土壤水分及果树生长的影响

崔聪聪　郑荣启　刘美玉　赵蕾　安贵阳

摘要：【目的】为实现西北黄土高原地区旱地农业节水技术，有效收集利用自然降水，减少地表水土流失，提升果树水分利用率，通过比较不同集雨保水方式，筛选出适宜西北黄土高原地区应用且效果良好的技术方法。【方法】试验以红富士、M26、八棱海棠为试材，共设置地膜集雨覆盖（T1）、地布集雨覆盖（T2）、补充灌溉（T3）、保水劑（T4）和CK对照等5个处理，研究不同处理对土壤水分及苹果生长的影响。【结果】各处理的土壤水分分布规律整体一致，均能不同程度提高0～60 cm土层深度的土壤含水量，而集雨结合覆盖处理能够使土壤水分始终保持较高水平。其中地布集雨覆盖（T2）的整体保水效果最佳，与对照相比，在各深度土壤含水率均有所提高；各处理能够明显提高叶片含水量和叶绿素质量分数，各处理的叶片含水量表现为T2＞T1＞T4＞T3＞CK，叶绿素质量分数表现为T2＞T1＞T3＞T4＞CK；促进苹果树新梢生长发育方面，地布集雨覆盖（T2）的新梢生长量最大，较对照组高出了17.28%。同时，各处理在一定程度上提高了叶片的氮、磷、钾含量。【结论】在渭北黄土高原地区，地布集雨覆盖的果园管理措施有利于土壤水分的提高和保持，促进树体生长与营养的吸收，从而提高果实的产量与品质。

关键词：集雨方式；覆盖；保水剂；补充灌溉；土壤

文章编号：2096-8108（2023）05-0032-05中图分类号：S661.1文献标识码：A

Effects of Different Rain Harvesting Methods on Soil Moisture and Fruit Growth in

Dryland Apple OrchardCUI Congcong ZHENG Rongqi LIU Meiyu ZHAO Lei AN Guiyang

（1.College of Horticulture， Northwest A & F University， Yangling Shaanxi 712100， China；

2.Yanan Fruit Industry Research and Development Center， Yanan Shaanxi 716000， China）Abstract：【Objective】In order to realize water-saving technology of dryland agriculture in northwest Loess Plateau， effectively collecting and utilizing natural precipitation， reducing surface soil and water loss， and improving water utilization rate of fruit trees， Comparing different methods of rainwater harvesting and water conservation， and selecting suitable and effective technical methods in northwest Loess Plateau region. 【Methods】 In this experiment， red Fuji/M26 / Malus malus was used as the test material. Five treatments were set， namely mulching film （T1）， ground cloth （T2）， supplementary irrigation （T3）， water retaining agent （T4） and CK control， to study the effects of different treatments on soil moisture and apple growth. 【Results】The results showed that the distribution of soil water under the treatment was consistent， and the soil water content in 0～60 cm soil depth could be increased in different degrees， while the combination of rainwater harvesting and mulching treatment could keep the soil water at a high level. Among them， the overall water retention effect was the best， and the soil moisture content was increased at all depths compared with the control. Each treatment could significantly improve the water content and chlorophyll content of leaves. The water content of leaves under each treatment was T2 >T1 >T4 >T3 >CK， and the chlorophyll content was T2 >T1 >T3 >T4 >CK. The growth of new shoots of apple tree was increased by 17.28% compared with that of control group. At the same time， the contents of nitrogen， phosphorus and potassium in leaves were increased by all treatments to some extent.【Conclusion】 In Weibei Loess Plateau area， the orchard management measures of land distribution and rain harvesting are beneficial to the increase and retention of soil water， promote tree growth and nutrient absorption， so as to improve fruit yield and quality.

Keywords：rain harvesting method; cover; water retaining agent; supplementary irrigation; soil

陕西省地理位置得天独厚，光照充足、昼夜温差大，气候条件十分适合苹果生产。目前陕西省苹果产业发展滞缓的原因主要是水资源的短缺。据统计，在陕西省内仅有20%的果园可以满足灌水条件，其余果园均为旱地果园，自然条件和降水状况成为影响产量的主要因素。陕西省降雨特点表现为降水量分布不均匀，且年降雨量总体偏少。干旱少雨加之水资源的匮乏，制约了陕西省水果产业的发展。陕西省的降雨量秋季多于春季，主要集中在7、8、9月份，分布很不均匀，这3个月内的降水量是全年降水量的3/4。降水量分布失衡使苹果树在秋季枝条徒长，即“冒条子”，春季本就干旱少雨，徒长枝条的存在更加抑制了果树的生长发育，而修剪这些不利于果树越冬的徒长枝条又增加了人工修剪的费用，使生产成本提高。在这种情况下，干旱已经成为限制苹果产业发展的关键因子。因此，实现旱地农业节水技术，克服水资源短缺，有效收集利用自然降水，减少地表水土流失，提升果树水分利用率进而达到苹果优质高产的目的是实现农业可持续发展的必然选择。本试验通过探究不同种集雨保水模式对旱地苹果园土壤水分、树体生长发育等指标的影响，进行分析研究，以期为进一步改善土壤环境、促进树体生长发育、提高果实品质提供一定的理论和生产指导。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验地位于西北农林科技大学延安市洛川苹果试验站，该地处北纬35°48′，东经109°36′，为暖温带半湿润大陆性季风气候，平均海拔在1 087.5 m，年均温9.2℃，日照2 525 h，日照率达58%，年总辐射量为55.41 KJ/cm2，≥10℃积温为3 040℃，无霜期167 d，日照充足，昼夜温差大。土壤质地为疏松的黑垆土。降水量分布年际变化较大，年平均值为622.3 mm，最多年为911.9 mm，最少年为440.6 mm；四季降水量差异很大，总体趋势是春季少雨，夏雨集中，秋雨不均，冬雪稀少。春夏秋冬四季降水量分别占全年的23.91%、41.38%、23.52%和11.18%，全年降水日数为98.6 d，主要集中在7、8、9月份，占全年降水日数的39.7%，降水量达到358.29 mm，占全年降水量的57.6%；全年平均蒸发量为1629.3 mm，最大為1 909.3 mm，最小为1 492.3 mm［1］。

1.2试验设计

试材为9年生红富士、M26、八棱海棠，株行距2 m×4 m。共设置园艺地膜集雨覆盖、地布集雨覆盖、补充灌溉、施用保水剂和无处理空白对照5个处理，每个处理选择无病虫害、长势一致的5株树为1个小区，设置3次重复。各处理施肥及其他田间管理措施一致，具体试验处理方法如下。

1）地膜集雨覆盖（T1）：在春季3月份覆膜，黑色地膜1.0 m宽，厚0.15 mm。从树干开始向外造V字形斜坡，坡度15°。树行每一侧的两块地膜成V字形铺设，两块地膜之间形成与树行平行的水平沟作为集雨沟，沟宽10 cm。树行两边均覆盖地膜，地膜每隔20 cm用地钉进行固定。

2）地布集雨覆盖（T2）：黑色地布，1.0 m宽，厚0.5 mm，覆盖方式同上。

3）补充灌溉（T3）：各期灌溉量均为100 L/株。围成0.5 m宽、10 cm深的树盘进行灌水。全年分3次灌溉，分别在开花期（4月中旬）、花芽分化期（5月上旬），果实膨大期（7月下旬）进行［2］。

4）保水剂（T4）：采用农林抗旱钾盐型凝胶剂，施用量为250 g/株，环状沟施法，在树干周围直径0.5 m处挖20 cm深的沟，施保水剂并与沟中土混拌均匀后将坑填平。

5）CK空白对照组：不做处理。

1.3测定指标与方法

1.3.1土壤水分测定

土壤含水量的测定采用烘干称重法，每15 d测定一次，降雨后隔一天加测。用土钻分别在不同土层深度20 cm、40 cm和60 cm处取土测定，每个处理的每次重复取样3次，将土壤清理干净，去除其中的残留的植物根系和杂草碎石，混合均匀后装入编好号的铝盒内，封装好带回实验室称量鲜土与铝盒的重量，然后将其放进烘箱，设置105℃烘至恒重再称重，最后计算土壤质量含水量。

土壤质量含水量（%）=（E－F）/（F－D）×100%

式中：E为鲜土重（g），F为干土重（g），D为铝盒重（g）。

1.3.2叶片含水率及叶绿素质量分数的测定

7月末摘取新生枝条顶端的第4、5片叶，共摘取100片用电子天平称量测叶片鲜重，而后烘干至恒重，测定叶片干重，测定叶片含水率。

含水率=［鲜重－干重］/鲜重×100%

利用SPAD 502便携式手持叶绿素仪进行测定。从每株树东西南北4个方向随机选取长势相同、健康叶片，避开叶脉部分进行叶绿素质量分数的测定，每片叶片测量叶尖、叶中、叶基部3个位置，取平均值。

1.3.3叶片全氮、全磷、全钾的测定

在7月中旬采集叶片，采集部位为当年生枝条中上部，选择健康完整叶片，仔细清洗后装入纸袋中，将烘箱设置为105℃进行杀青，15 min之后在80℃下烘干至恒重。之后用高通量研磨仪进行研磨，样品留用。采用H₂SO₄—H₂O₂消煮法，用UV1102紫外可见分光光度计测定全氮全磷；全钾用M410火焰光度计测定。

1.3.4新梢增长量的测定

测量新梢长度。从每棵树的东南西北4个方向各选取5个长势良好的枝条进行挂牌标记，于5月份测量春梢生长量，11月份测量秋梢生长量［3］。

1.4数据分析与处理

用Excel 和SPSS进行数据处理和分析。采用独立样本t检验的方法对相关指标进行显著性分析。

2结果与分析

2.1不同处理对果园土壤水分的影响

由图1可知：在距树干直径60 cm处，距地表20 cm深度时，T2处理的土壤含水量数值最大（18.32%），分别为T1、T3、T4、CK处理的1.04倍、1.07倍、1.11倍、1.16倍，各处理土壤含水量大小依次为T2＞T1＞T3＞T4＞CK；在距离地表40 cm深度时，T2处理的土壤含水量值最大（19.42%），分别为T1、T3、T4、CK处理的1.01倍、1.08倍、1.04倍、1.15倍，各处理土壤含水量大小依次为T2＞T1＞T4＞T3＞CK；在距离地表60 cm深度时，各处理土壤含水量大小依次为T1＞T2＞T3＞T4＞CK。由此可见，距地表0～40 cm深度，地布集雨覆盖处理（T2）的土壤含水量最大，40～60 cm深度地膜集雨覆盖处理（T1）的土壤含水量最大。

2.2不同处理对苹果叶片氮磷钾含量的影响

叶片中养分含量的多少是衡量树体强弱状况的关键指标。由表1可知，叶片的氮、磷、钾3种指标在各处理之间的变化趋势基本相同，T1、T2、T3、T4各处理的叶片养分含量均高于CK。叶片氮含量从大到小依次为T2＞T1＞T4＞T3＞CK，各处理间存在差异，但差异性不显著，T1、T2、T3、T4处理分别较CK高出4.74%、8.42%、1.99%、3.99%；叶片磷含量各处理间趋势表现为T2＞T1＞T3＞T4＞CK，各处理均与CK对照组存在显著性差异；叶片的钾含量表现为T2最高，除CK外T3最低，T1、T2与CK对照组的叶片钾含量差异显著。

2.3不同处理对叶片含水量及叶绿素质量分数的影响

图2为不同处理下叶片含水量的差异，数值从大到小排列依次为T2＞T1＞T4＞T3＞CK，分别为57.17%、56.62%、55.78%、55.58%、52.41%，且各处理均与CK对照组存在显著性差异；T1、T2、T3、T4各处理间存在差异，但差异不显著。

图3为不同处理下叶片SPAD值（叶绿素相对含量）的差异，数值从大到小排列依次为T2＞T1＞T3＞T4＞CK，T1、T2、T3、T4的SPAD值分别较CK增加了13.12%、14.92%、12.98%、12.01%，且各处理与CK存在显著性差异。T2分别较T1、T3、T4显著（p＜0.05）增加了1.59%、1.72%、2.60%。

由此可見，覆盖集雨模式能够有效提高苹果叶片含水量及叶片叶绿素质量分数。研究表明，叶绿素质量分数是影响光合作用的强度的重要因素［4］。SPAD值是衡量植物叶片中叶绿素相对含量的一个重要指标，可以用来反映叶片光合作用的强度［5］，因此可知各处理均能不同程度上促进叶片的光合强度提高，在覆盖条件下效果最好。

2.4不同处理对苹果树体光合特性的影响

由表2可以看出，T1、T2、T3、T4处理均使叶片的净光合速率、气孔导度及蒸腾速率等指标得到了提升，并且地布集雨覆盖（T2）效果最好。3个指标表现相同，其变化趋势均为T2＞T1＞T3＞T4＞CK，净光合速率4种处理较对照组分别提高了24.08%、17.73%、10.96%、7.96%，且各处理都与对照间差异显著；蒸腾速率4种处理均高于对照组，T1、T2与T3、T4间存在显著性差异，而T1、T2，T3、T4两两之间差异不显著；5种处理间气孔导度指标差异不明显。胞间CO2 浓度与其他指标表现相反，结果为CK对照最高，地布集雨覆盖（T2）的数值最低，且各处理之间该指标差异均不显著。

2.5不同处理对苹果树体新梢生长的影响

表3表示不同处理间树体新梢生长量的差异。由表3可知，T1、T2、T3、T4与CK的春梢、秋梢生长量差异均表现为不显著，在春梢生长方面，CK的生长量最小，T2的生长量最大，T1、T2、T3、T4与CK相比春梢生长量分别提高18.75%、20.49%、6.91%和5.19%；在秋梢的生长量方面，T1的生长量最大，T3的生长量最小，各处理与CK相比秋梢生长量分别提高0.62%、-1.86%、-3.05%、1.55%；在总梢长方面，CK的生长量最小，T2的生长量最大，T1、T2、T3、T4较CK相比总梢长生长量分别提高16.15%、17.28%、5.47%、4.67%。

3讨论与结论

沟垄集雨耕作技术能够有效利用自然降水、调节土壤水热状况、促进作物生长发育，同时提高产量、改善农田微生态，该技术现已成为中国干旱、半干旱地区的主要节水灌溉技术［6］。沟垄集雨种植改善了土壤水分状况，0～200 cm土层土壤含水量较平作显著提高［7］。研究表明，对果树进行不同的灌溉处理，在集雨补灌的条件下按照低补水标准进行补灌，经济效益最佳［8］。施用保水剂会抑制土壤的入渗性能，降低水分在土壤中的垂直入渗率，入渗的持续时间得到延长，减缓土壤水分蒸发速率，从而能提高土壤含水量［9］。这与本试验研究结果一致，地布、地膜覆盖，补充灌溉，施用保水剂能在不同程度上提高土壤含水量，保持土壤水分，综合来看，地布集雨覆盖的集雨保水效果最好。

结果表明，各处理都能提高叶片含水量和叶绿素质量分数。沟垄集雨处理较平作能够提高冬小麦的SPAD值和干物质积累量［10］。研究结果显示，覆盖能够提高树体生长量、叶片叶绿素总量，从而促进树体生长［11］。补灌处理的叶片叶绿素质量分数明显高于对照，且随着补灌量增大，叶片叶绿素质量分数升高［12］。

叶片氮磷钾含量在4种处理下有所提升。叶片氮元素含量与植物光合作用呈正相关，充足的氮元素可促进植物进行光合作用，同时随着叶片氮元素含量的增加，叶片的光合速率也随之增加，有利于提高果树产量。曹欣冉［13］认为经过覆盖处理后，叶片部位的氮磷钾含量均有所提高，且地布覆盖、地膜覆盖与对照组相比差异性显著，这与本试验的研究结果基本一致。本试验中相比于空白对照，补充灌溉可以显著提高植株各器官的氮元素的积累量，这与申鹏举［14］等人研究结果一致。

4个处理都不同程度提高了植物的光合能力。研究表明，地布覆盖下提高了柑橘树新梢叶片3.26%的气孔导度和9.43%的蒸腾速率［15］。这与本试验的结果一致。由此可知施用保水剂可以提高植物叶片的光合特性，随保水剂施用量的增加，在气孔导度和大气相对湿度的影响下净光合速率增加，提高了植物的光合能力。

4种处理对树体新梢的生长有促进作用。集雨补灌，可以提高雨水利用率，促进植被生长。随着补充灌溉补水量的增加，果树的生长发育如新梢生长有明显增加，且补水量越大新梢生长量增加越明显。集雨模式下，覆盖材料的存在能够促进梨树新梢生长发育，促进树干直径增粗，其中秸秆覆盖处理效果最为良好，与对照组相比均显著提高［16］，这与本试验的研究结果一致。

综上，在渭北黄土高原地区，地布集雨覆盖的果园管理措施有利于土壤水分的提高和保持，促进树体生长与营养的吸收，從而提高果实的产量与品质。该模式能够很好地收集雨季降水，提高自然降水的有效利用率，保证旱地果园土壤对水分的要求，能有效缓解旱地果园雨水分布不均，果园干旱缺水状况。

中文致谢参考文献

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