覆盖制苹果园滴灌试验及节灌制度研究

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简介： 按照水量平衡原理，采用测坑试验和大田试验相结合的方法，通过4个测坑试验，确定了盛果期苹果园分别在采用覆膜制、覆草制、清耕制的土壤管理制度时，在滴灌条件下各物候期的耗水量、需水临界期和需水最大期；结合大田试验，并根据降水资料，确定了灌水定额、灌水部位、灌水关键期、灌水次数、计划湿润层深度、土壤湿润比、毛管布设方式、灌水形式等方面的有关参数，建立了苹果园在滴灌条件下的节灌制度；根据各测坑果树多年的耗水量、果树产量和产值，确定了苹果树的水分生产率和水分生产效益。实现了灌水定额、灌水方式、灌水时间、灌水部位的“四适宜”；并进行了示范推广。
关键字：覆盖制 苹果园 滴灌 耗水规律 节灌制度

黄土高塬沟壑区是我国优质苹果栽培的最适宜区和主产区。但该区苹果的产量和质量明显受资源性缺水的制约，为了充分利用现有的水资源，使果业生产再上新台阶，实现滴灌水在时间、空间、灌水量、灌水方式等方面的优化配置，在“苹果滴灌试验及节灌制度研究”^[1]的基础上，开展覆盖制苹果园滴灌试验及节灌制度方面的研究对建立高塬沟壑区苹果园节水灌溉技术体系具有十分重要的现实意义。

　　1. 材料与方法

　　1.1 试验点概况

　　试验点位于西峰治理监督局董志试验场。年均降水量561.5mm，年蒸发量1527mm，年平均气温8.5℃。该场栽植苹果5.7hm²，树势健壮，树姿开张，树相整齐。1997年建成面积各为10.0m²、深度为2.0m的地下全封闭测坑2个，在测坑内移植7年生长富2苹果树各1株，分别采用覆膜、覆草处理；建成面积各为10.0m²、无底的试验测坑2个，在测坑内栽植7年生长富2苹果树各1株，均采用清耕处理。

　　1.2 苹果树耗水规律研究材料与方法

　　覆膜处理：每年春季对有底测坑施肥、灌水，修整树盘后覆膜；覆草处理：每年春季对有底测坑施肥、灌水，修整树盘后覆草，覆草厚度为20cm；清耕处理：每年春季对无底测坑施肥、灌水、中耕、锄草，地表常年保持疏松、无杂草状态。

　　采用测坑试验和大田试验相结合，以测坑试验为主的试验方法，用水表计测灌水量，用查墒仪测定土壤含水率，用自记雨量计观测降雨量，用测坑底部的排水口测定深层渗漏量等方法，取得可靠的观测数据，然后依据水量平衡原理^[2]计算各物候期的耗水量，分析确定苹果树各物候期耗水规律。

　　1.3 苹果灌水定额、灌水次数、最佳灌水期研究材料与方法

　　根据苹果耗水规律及枝条、果实生长发育特点，结合当地降水资料，确定苹果滴灌的最佳灌水期、灌水次数、灌水定额等指标。选7年生生长健壮的长富₂苹果树，在树冠外围选定15个延长枝新梢，每20d测定一次枝条长度，到新梢停止生长为止。按距离法25cm疏果后，在树冠外围选定果实15个，每20天测定一次纵径、横径，到采收时为止。

　　1.4 苹果最佳灌水部位试验材料与方法

　　采用半固定式滴灌，共布设8条毛管，每条毛管58个滴头，滴头间距0.7m，设计滴头灌水定额50L/个。在0cm～40cm土层中，土壤平均含水率低于12%时进行试验，滴头滴水量分别达到2.5L～50.0L等10个处理水平时（表5），分别开挖8个滴头湿润剖面，求平均值，得到该滴水量时典型湿润剖面。选择同树龄、生长健壮、干周基本一致的4株长富2果树，在树干南侧和东侧划线（夹角90°），从外向主干附近挖土刨根，调查该树龄果树根系在水平与垂直方向的分布区域及根量。

　　2. 结果与分析

　　2.1 苹果树耗水规律研究结果分析          

　　表1  长富2耗水量及耗水强度

处理耗水量(m³/株)耗水强度(mm/d)1999200020012002平均1999200020012002平均覆草3.844.284.624.604.341.801.972.132.122.01覆膜3.954.564.744.804.511.852.102.182.212.09清耕4.654.714.914.874.792.172.172.262.252.21

　　（1）各处理年耗水结果分析。根据试验观测的结果 (表1)，3种处理均随树龄的增长、产量的增加而耗水量同时增加，耗水强度也同时增加；在3种处理中，覆草的耗水量和耗水强度最小，比清耕节水9.39%，覆膜的耗水量和耗水强度次之，比清耕节水5.85%。

　　（2）各处理耗水结果分析。苹果从萌芽到落叶，3种处理年耗水量差异不大，仅5%～10%。但各物候期的耗水量差异很大(表2)，萌芽期（4月上中旬）,  由于果树还没有抽生枝条，地表土壤含水率较小，耗水强度在全物候期内最小；新梢旺长期（5月上旬至6月上旬）,此期为苹果的需水临界期，生长旺盛，叶片蒸腾作用强烈，果树耗水强度在全物候期内最大；新梢二次生长期（7月中旬至9月上旬）,此期是果实迅速膨大期，也是果树需水量最大的时期。

　　2.2 苹果灌水定额、灌水次数、最佳灌水期          

　　表2  长富2各物候期耗水状况

物候期 (天)耗水量(mm)耗水强度(mm/d)覆草覆膜清耕覆草覆膜清耕①萌芽期 (18天)21.821.926.41.211.221.47②花期 (15天)23.221.627.21.541.441.81③新梢旺长期(37天)94.397.5102.02.582.672.80④新梢停长期(37天)56.858.761.31.501.561.62⑤新梢二次生长期（63天）152.0161.5165.72.422.582.64⑥果实成熟期(30天)62.064.269.32.072.142.31⑦落叶期 (17天)23.625.726.71.411.531.60全物候期 (217天)433.5451.0478.52.012.092.21

　　研究结果分析

　　（1）苹果新梢和果实生长动态分析。长富2苹果新梢加速生长期从5月12日至6月11日，一个月的生长量占年生长总量的29.7%，从6月11日至7月1日为缓慢生长期，而第二次加速生长期从7月2日至7月21日，但生长量小；7月22日以后渐呈缓慢生长趋势（表3）。长富2苹果果实生长与新梢的生长规律是基本一致的。随果实的生长发育，果形指数有降低的趋势，因此，在生长前期创造适宜幼果生长的环境，对提高果形指数具有重要作用。              

　　表3  长富2新梢、果实生长动态动态分析

观测时间（月-日）5-125-226-117-17-218-128-319-2110-6新梢长（cm）11.818.934.646.358.968.672.975.776.7果实纵径（cm） 1.973.394.135.135.826.286.726.69果实横径（cm） 1.573.334.415.716.667.067.638.08果形指数（纵径/横径） 1.251.020.940.900.870.890.880.86

　　（2）苹果滴灌次数及滴灌定                      

　　 表4  苹果滴灌灌溉制度

最佳灌水期萌芽前新梢旺长前果实膨大期封冻前计划湿润层深度 (m)0.50.60.60.7土壤湿润比 (%)40404050灌水定额 (m³/hm²)200240240350

　　额分析。根据苹果全物候期的需水规律，枝条、果实生长发育的特点分析，高塬沟壑区在降水保证率50%的平水年，盛果期果树采用清耕时，滴灌4次为宜。最佳灌水期为萌芽前、新梢旺长前、果实迅速膨大期和封冻前。灌溉定额1030m³/hm²（表4）。在降水保证率75%的中等干旱年份，灌水定额增大10%～20%，灌水次数为4次～5次，果实膨大期灌水2次；在降水保证率95%的特旱年份，灌水定额增大15%～30%，灌水次数为5次～6次，新梢旺长期、果实膨大期各灌2次。覆草和覆膜处理的灌溉定额可比清耕少5%～10%。     

　　表5  滴灌水分在土壤中移动状况

灌水处理号ABCDEFGHIJ灌水量（L/个）2.55.17.810.015.421.325.030.040.050.0最大湿润深度（cm）19.023.824.026.846.452.655.061.062.268.6湿润半径（cm）20.726.026.828.431.649.049.452.353.055.0湿润比（深度/半径）0.920.920.900.941.471.071.111.171.171.25

　　2.3 苹果最佳灌水部位研究结果分析

　　（1）滴灌水分在土壤中湿润结果分析。根据观测结果（表5），在滴水量小于5.1L时，水平渗透速度快于下渗速度，湿润比为0.92；在滴水量由10L增加到15.4L时，水分渗透过坚实的犁底层后，其下渗速度明显快于水平渗透速度；当滴水量大于15.4L时，水分在0cm～40cm的土体内快速下渗，湿润比为1.47。总之，下渗的速度快于水平扩展的速度，随着滴水量的不断增加，土壤湿润剖面也在不断扩大，地表湿润形状由最初的小园斑发展成链状园斑，最后形成宽度为1m左右、深度近70cm的湿润条带。

　　表6  不同树龄果树根系分布调查结果

树龄（年）果树品种砧木类型干周（cm）根系（d³2mm）吸 收 根(d<2mm)水平分布(cm)垂直分布(cm)根量(个)水平分布(cm)垂直分布(cm)根量(个)3长富2山定子17.5<1313～45814～909～2913434长富2山定子21.6<1320～458810～921～3413565长富2山定子23.8<1490～5410224～1139～3516746长富2山定子27.6<1853～636080～1156～3751878长富2山定子40.3<1987～738630～1257～50603010长富2山定子47.4<21618～8910868～13122～776730

　　（2）苹果树根系分布调查结果分析。根系调查结果显示(表6）：3年～4年生的苹果树，一般树冠扩展最快，根系伸展也最快，但总根量较少，特别是吸收根少；5年生果树根系继续向外向下扩展，总根量与吸收根分别比3、4年生果树增加23%左右；6年～10年生苹果树，根系继续扩展的同时，根量高速增加，单株果树根量达到0.5万条～0.7万条，比4年生果树增加3倍～5倍左右。

　　（3）滴灌湿润土体与果树根系的耦合状态分析。为提高滴灌水的利用效率，应将水最大限度的滴灌到果树吸收根分布最密集的区域内。经调查，在水平方向，果树吸收根主要分布在冠径的1/3到2/3处，在垂直方向，吸收根成层分布，10cm～50cm的土层为吸收根密集区。当滴水量达30L时，滴灌湿润带与苹果根系分布耦合状态最佳。因此，每个滴头滴水量30L即240m³/hm²，达到次最佳灌水量。

　　滴灌毛管的布设方式对果树根系与湿润土体耦合状态有着重要影响。灌水时毛管应布设到树冠冠径的1/3到2/3的地面中间，布设成“S”形，毛管随着冠径的增加而向外延伸，支持和诱导果树根系向外发展。果树根系与湿润土体耦合状态明显优于直线布设方式。其他条件相同时，一次灌水延续时间比直线布设时短，但增加的投资较小，因此，建议在果园集雨微灌工程设计^[4]和运行管理中尽量采用毛管呈“S”形的布设方法。

　　2.4 水分生产率和水分生产效益结果分析

　　由于果树产量的增长速度快于耗水量的增加，因此，果树水分生产率明显受产量的影响，并随果树产量的增加而增长（表7）。在三种处理中，覆膜水分生产率最高，达5.4 kg/m³，是清耕的1.74倍；覆草次之，是清耕的1.55倍。耗水量越小，产量和单价越高，水分生产效益越高；反之，水分生产效益越低（表7）。在三种处理中，覆膜的水分生产效益最高，达到6.39元/m³，覆草次之，清耕最低。

　　表7  果树水分生产率和水分生产效益

处理水分生产率（kg/m³）水分生产效益（元/m³）1999200020012002平均1999200020012002平均覆草2.72.83.89.54.83.323.093.8814.076.09覆膜2.63.07.77.85.43.103.357.8811.226.39清耕1.82.23.84.83.11.902.413.887.583.94

　　3. 结论

　　(1) 苹果全物候期需水量为433.5 mm～478.5mm，而同期有效降水量为355.6 mm～449.6mm，占需水量的82%～94%。覆草的耗水量和耗水强度最小，比清耕节水9.39%，覆膜的耗水量和耗水强度次之，比清耕节水5.85%。3种处理平水年降水满足不了需要。因此，及时进行滴灌，是保证苹果正常生长发育，提高产量和品质的重要措施。

　　(2) 根据苹果生长发育及需水规律，高塬沟壑区在降水保证率50%的平水年，苹果滴灌4次为宜，最佳灌水期为萌芽前、新梢旺长前、果实迅速膨大期和封冻前。灌溉定额为1030m³/hm²。在降水保证率75%的中等干旱年份，灌水定额增大10%～20%，灌水次数为4次～5次(果实迅速膨大期2次)；在降水保证率95%的特旱年份，灌水定额增大15%～30%，灌水次数为5次～6次(新梢旺长期、果实迅速膨大期各2次)。覆草和覆膜处理的灌溉定额可比清耕少5%～10%。

　　(3) 在距地表10cm～50cm、树冠半径1/3～2/3的土层为苹果树根系密集区，当滴头滴水量达到30L时，土壤湿润范围与根系的分布处于最佳耦合状态，由此可知，滴头滴水量30L即240m³/hm²为次最佳灌水量。

　　(4) 滴灌时毛管的布设应以果树主干为中心，在冠径的1/3～2/3中间，布设成“S”形，保证滴灌水与根系处于最佳耦合状态，半固定式滴灌的毛管能够灵活移动，能满足上述布设方式的技术要求，增加的投资对一个工程来讲也是可以接受的，应积极推广应用。

　　（5）果树水分生产率明显受产量的影响，并随果树产量的增加而增长。在三种处理中，覆膜产量最高，水分生产率最高，达5.4 kg/m³；覆草次之，清耕最低。水分生产效益主要受耗水量、苹果产量、苹果单价等的影响，在三种处理中，覆膜产量最高，水分生产率最高，达6.39元/m³；覆草次之，清耕最低。

　　参考文献：

　　[1] 李怀有，王  斌.苹果滴灌试验及节灌制度研究[J].干旱地区农业研究,2001,19(3):114-121.

　　[2] SL13-90.灌溉试验规范[S].

　　[3] 曲译洲，孙云蔚，黄昌贤，等.果树栽培学实验实习指导书[M].北京：农业出版社,1979.32.

　　[4] 李怀有，赵安成，郭永乐.黄土高塬沟壑区集雨节水灌溉技术[M].郑州:黄河水利出版社,2002.80-81.

　　作者简介： 李怀有：1969年02月出生，本科，1992年毕业于西北农业大学水利与建筑工程学院水土保持专业，学士，在黄河水土保持西峰治理监督局工作，工程建设处副主任，工程师，获“庆阳地区优秀共青团员”、“庆阳地区青年岗位能手”荣誉称号，联系地址：甘肃省庆阳市西峰区南大街268#，邮编：745000，联系电话：0934-8212837-8308，传真：0934-8212710，E-mail:qyxflhy@sohu.com