李嗣藝，孫西歡,2，馬娟娟，郭向紅，程奇云

(1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.晉中學(xué)院，山西 晉中 030619)

蘋果作為華北地區(qū)重要的經(jīng)濟作物之一，栽培面積逐年擴大，但由于大部分果園存在干旱缺水，施肥技術(shù)落后，管理設(shè)施不配套等問題，導(dǎo)致蘋果產(chǎn)量低，品質(zhì)差，價格低等現(xiàn)象[1]。因此為滿足缺水地區(qū)的果園灌水施肥要求，同時為果樹正常生長創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境，提升果實產(chǎn)量與品質(zhì)，采用新型合理的節(jié)水灌溉方式是蘋果種植產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段之一。蓄水坑灌作為一種中深層立體灌溉施肥方式，可通過蓄水坑將果樹所需的水分和養(yǎng)分直接輸送至果樹中深層土壤中，迅速補給果樹根系主要集中層所需的水分和養(yǎng)分，及時滿足果樹的生長需求，適合在我國北方干旱半干旱地區(qū)廣泛推廣[2,3]。近年來，許多學(xué)者在蓄水坑灌水肥管理方面開展了諸多研究工作。李京玲等[4]通過室內(nèi)試驗揭示了蓄水坑灌條件下肥液入滲對土壤水氮運移轉(zhuǎn)化的一般規(guī)律。劉浩等[5]研究表明同一肥液濃度下，地面灌溉的氨揮發(fā)量比蓄水坑灌大14倍左右。張文錦等[6]研究表明蓄水坑灌條件下肥液濃度與果園土壤呼吸速率呈正相關(guān)關(guān)系。高娟等[7]研究表明同等施氮量條件下，相比于地面撒施蓄水坑灌施氮可顯著提高蘋果葉片的光合作用。張人天等[8]研究表明蓄水坑灌條件下施氮可以有效促進蘋果樹根系生長，根長密度和根表面積密度的生長速率隨施氮量的增加先增大后減小。

綜上所述，目前關(guān)于蓄水坑灌水肥管理方面的研究還集中于室內(nèi)試驗和土壤特性方面，針對果樹本身的生長生理指標尚涉及較少。研究果樹的生長生理特性對水肥的響應(yīng)規(guī)律及其生理指標間的相互作用關(guān)系，可為研究果樹的最佳水肥管理措施提供理論依據(jù)[9]。而蒸騰作用作為果樹最重要的耗水方式，了解蘋果樹的蒸騰耗水特性，對確定果樹的需水量具有重要意義。通過精確測算樹干上升的液流量，即樹干莖流，可基本確定植株蒸騰耗水量[10]。因此，本試驗在蓄水坑灌條件下，采用熱擴散探針法(TDP)研究不同肥液濃度對蘋果樹干莖流規(guī)律的影響，并結(jié)合其日莖流量的累積過程選擇合適的數(shù)學(xué)模型，為計算果樹蒸散耗水量提供依據(jù)，同時為合理制定蓄水坑灌條件下果園施肥制度提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)基本情況

本試驗于2018年4-10月在山西省農(nóng)科院果樹研究所節(jié)水灌溉示范園(112°32′E，37°23′N)內(nèi)進行，海拔高度約為800 m，試驗區(qū)多年平均氣溫為9.8 ℃，多年平均降雨量為460 mm，全年無霜期為175 d，屬典型的大陸性半干旱氣候類型。試驗園區(qū)呈南北縱向分布，土壤質(zhì)地主要為壤土，土壤容重為1.47 g/cm3，飽和含水率(體積含水率)為49.21%，田間持水量為24.79%。0～40 cm土壤肥力指標為：土壤有機質(zhì)11.79 g/kg，全氮1.01 g/kg，全磷0.57 g/kg，全鉀19.43 g/kg，有效氮53.92 mg/kg，pH值為8.12。試驗區(qū)灌溉水源為地下水。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗選取4棵生長狀況良好，長勢基本一致，具有代表性的7a生矮砧密植紅富士蘋果樹進行試驗，株、行距為2 m×4 m，試驗灌溉方式均采用蓄水坑灌，每棵樹設(shè)置4個位于樹冠半徑1/2處(距樹干約60 cm)的圓柱形蓄水坑，坑直徑30 cm，坑深40 cm。本試驗中各處理的氮肥于2018年5月24日(果樹萌芽花期)采用尿素施入，磷鉀肥采用磷酸二氫鉀施入。本試驗將施入氮肥的肥液濃度作為控制因子分為4個處理，分別為0，0.602，1.204，2.408 gN/L，標記為D1，D2，D3，D4。磷鉀肥各處理施入的肥液濃度相同均為1.024 g/L，各處理灌水量均為249 m3/hm2，氮、磷、鉀肥充分融入灌溉水中一次施入。

1.3 試驗測定項目與方法

(1)樹干莖流測定。本試驗主要以蘋果樹干莖流的日變化作為主要監(jiān)測對象。莖流數(shù)據(jù)采用TDP插針式植物熱擴散莖流計進行監(jiān)測，每半小時自動采集一次。

(2)樹干橫截面積測定。樹干橫截面積由樹干直徑計算可得，用游標卡尺測定距地面10 cm高度處的樹干直徑，在垂直的兩個方向各測定一次，取其平均值作為該處理此次樹干直徑的測定值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)Granier的熱擴散法[11,12]，利用已知的溫差值與莖流密度的關(guān)系可以測定莖流速率的連續(xù)變化，本試驗采用與TDP插針式植物熱擴散莖流計相配套的設(shè)備對數(shù)據(jù)進行采集與保存，導(dǎo)出數(shù)據(jù)后利用Excel2007及Origin2018進行處理分析。

計算公式如下：

Ki=(dtmax-dti)/dti

(1)

(2)

Fi=3 600ViA

(3)

式中：Ki為無量綱參數(shù)；dtmax為兩探針間最大溫差值，℃；dti為兩探針間瞬時溫差值，℃；Vi為實際莖流速率，cm/s；Fi為邊材莖流通量，g/h；A為果樹樹干橫截面積，cm2。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥液濃度下蘋果樹干莖流速率的日變化規(guī)律

通過對各處理的蘋果樹干莖流速率的連續(xù)監(jiān)測，經(jīng)處理分析，選取各處理施肥后第5、12、18、30 d的蘋果樹干莖流速率的日變化作為研究對象，選取的試驗日均為晴天，天氣狀況基本一致，其日變化規(guī)律見圖1。由圖1可知：不同肥液濃度處理下，蘋果樹干莖流速率日變化整體趨勢一致，呈現(xiàn)出明顯的晝高夜低的規(guī)律性變化，且不同的肥液濃度處理的莖流速率峰值存在明顯的差異性。從圖1中可以看出，蘋果樹干莖流的啟動時間均為早上7∶30左右，之后隨著氣溫逐漸升高，太陽輻射持續(xù)增強，莖流速率隨之迅速提高，到10∶00左右達到峰值，隨之莖流速率有了明顯下降，這可能與太陽輻射的持續(xù)增強和葉片氣孔的關(guān)閉有關(guān)[13]，莖流速率在10∶30-18∶30左右均維持在較高水平，之后隨著氣溫繼續(xù)下降和太陽輻射持續(xù)減弱，莖流速率開始迅速下降，并于19∶30左右逐漸趨于零點。

不施肥處理(D1)的樹干莖流速率的變化曲線峰值并不明顯，呈“幾”字形曲線，且一定時間內(nèi)莖流速率維持在同一水平線上下，無大幅度波動變化。肥液濃度為0.602 gN/L(D2)時，其莖流速率日變化總體呈現(xiàn)不對稱的雙峰曲線，分別于10∶00、13∶00左右兩次達到峰值，且第一次峰值大于第二次。肥液濃度為1.204、2.408 gN/L(D3、D4)時，其莖流速率變化總體均呈現(xiàn)不對稱的單峰曲線，于10∶30左右達到峰值后持續(xù)下降，直至19∶30趨于零點。從圖1中可發(fā)現(xiàn)各施肥處理(D2、D3、D4)在施肥后第5～18 d，其莖流速率的峰值有了明顯的提高，施肥后第30天峰值有一定程度的降低。肥液濃度為2.408 g/L(D4)時，莖流速率的峰值相對平穩(wěn)，均高于不施肥處理。

圖1 不同肥液濃度處理下蘋果樹干莖流速率日變化規(guī)律Fig.1 Diurnal variation of stem flow rate of apple trunk treated under different levels of fertilizer solution concentration

比較各處理莖流速率的峰值大小發(fā)現(xiàn)，施肥后第5 d，D2>D3>D4>D1，施肥后第12、18、30 d，D3>D2>D4>D1。施肥后第18 d D3處理的莖流速率峰值最高，為0.006 4 cm/s。進一步比較施肥后第18 d各處理日平均莖流速率可得，D3>D2>D4>D1，D3處理日平均莖流速率為0.001 5 cm/s。說明適當?shù)氖┓士梢蕴嵘O果樹干莖流速率，促進蘋果蒸騰作用。但肥液濃度過高時，土壤中的氮素濃度過高，會對果樹根系造成傷害，影響果樹根系對養(yǎng)分和水分的吸收作用，降低根系的吸水能力，從而進一步影響蘋果樹干莖流的變化，干預(yù)蘋果的蒸騰耗水進程[14-16]。

使用腹腔鏡檢查,有47例子宮漿膜下肌瘤,10例盆腔粘連,18例輸卵管堵塞,17例卵巢囊腫,14例子宮穿孔和腫塊。有46例輕度疼痛,49例中度疼痛,11例有迷走神經(jīng)刺激癥狀?；颊咂骄中g(shù)花費24.5 min,平均出血31.5 m L。對患者患者了半年的隨訪,有2例失聯(lián),共有40例子宮漿膜下肌瘤患者月經(jīng)正常,7例改善。10例盆腔粘連患者接受分離手術(shù)后,子宮形態(tài)恢復(fù),內(nèi)膜生長良好。有17例卵巢囊腫患者癥狀改善。有12例輸卵管堵塞的患者均成功妊娠,有3例疏通。

2.2 不同肥液濃度處理下蘋果樹干莖流速率與蒸騰速率的關(guān)系

研究表明，蓄水坑灌條件下施氮可以明顯促進果樹的根系生長[8]，隨著施氮量的增加，葉片的氣孔導(dǎo)度等特性也有一定的提升[7]。果樹的根系生長提升了果樹的根系吸水能力，促進形成樹干莖流。同時，果樹通過葉片的氣孔進行水分氣體交換，控制葉片氣孔的開度可以維持根系吸水速率與蒸騰速率之間的平衡。探討果樹葉片的蒸騰速率與果樹樹干莖流速率的關(guān)系，可為測定果樹蒸騰耗水提供理論基礎(chǔ)[10]。

本試驗選取施肥后第5、12、18、30 d的莖流速率日峰值和蒸騰速率繪制不同肥液濃度處理下蘋果樹干莖流速率與蒸騰速率的關(guān)系曲線，見圖2。從圖2中可以看出，施肥后莖流速率日峰值的變化規(guī)律與蒸騰速率的變化曲線是基本一致的，均呈現(xiàn)先增大后減小的單峰曲線，并于施肥后第18 d莖流速率日峰值和蒸騰速率達到最大值，比較各處理蒸騰速率的峰值大小，可發(fā)現(xiàn)D4>D2>D3>D1，但處理間差異不顯著。

可以發(fā)現(xiàn)，不同肥液濃度下莖流速率的差異較為明顯，但蒸騰速率差異不顯著。這是由于雖然蒸騰速率的大小與葉片氣孔的開度息息相關(guān)，而影響葉片氣孔導(dǎo)度的因素很多，包括土壤水分，光合有效輻射及外界環(huán)境因子等。當根系吸收的水分足以保持體內(nèi)水分的平衡時，氣孔導(dǎo)度不再受根系吸水速率與蒸騰速率平衡的反饋制約[17-19]。因此，氣孔導(dǎo)度受到測量時的環(huán)境因素等相關(guān)因素的影響，從而使得不同肥液濃度條件下蒸騰速率差異并不顯著。

2.3 不同肥液濃度下蘋果樹干莖流日累積量的變化規(guī)律

由于蘋果樹樹干莖流速率與其葉片的蒸騰速率存在一定的相關(guān)關(guān)系，因此研究蘋果樹干莖流日累積量的大小可計算蘋果樹的日蒸散量。圖3為施肥后第18 d不同肥液濃度下蘋果樹干莖流日累積量的變化過程曲線。由圖3可知，不同肥液濃度條件下，蘋果樹干莖流日累積量變化過程均明顯呈現(xiàn)為“S”曲線，由于清晨的莖流速率較低，蘋果樹干的莖流累積量也較低，各處理呈現(xiàn)斜率較小的直線緩慢上升，在7∶30左右莖流啟動后，莖流速率隨著氣溫的不斷升高和太陽輻射的不斷增強得到了較大的提高，其曲線的增幅也隨之迅速提高，并于18∶30左右隨著莖流速率逐漸趨于零，而莖流日累積量也趨于平緩。比較各處理莖流日累積量的大小可以發(fā)現(xiàn)，D3>D2>D4>D1。

圖2 各處理下莖流速率與蒸騰速率的關(guān)系Fig.2 Relationship between stem flow rate and transpiration rate in each treatment

圖3 不同肥液濃度下蘋果樹干莖流累積量日變化過程Fig.3 Diurnal variation process of apple trunk stem flow cumulative amount under different levels of fertilizer solution concentration

進一步對比施肥前后蘋果樹干莖流日累積量的變化，表1為施肥后第18 d不同肥液濃度下蘋果樹干莖流日累積量的增長情況。由表可知，除D4處理外，施肥后，莖流累積量和日平均莖流速率隨著肥液濃度的增加而增大，這是由于施肥促進了蘋果樹的根系吸水作用，增強了蘋果樹的蒸騰作用，使得莖流日累積量得到明顯增加，但當肥液濃度過高時，由于對根系活性的影響導(dǎo)致根系吸水能力降低，使得莖流日累積量也隨之降低。比較各處理間施肥后日累積莖流增長量關(guān)系可得：D3>D2>D4>D1。其中，肥液濃度為1.204 gN/L(D3處理)時，施肥后莖流日累積量較不施肥處理(D1)的增幅最大，為不施肥處理(D1)的3.383倍。

2.4 蘋果樹干莖流日累積量的模型構(gòu)建及分析

由圖3可知，蓄水坑灌條件下不同肥液濃度的蘋果樹干莖流日累積量變化過程均呈現(xiàn)為“S”曲線，可采用數(shù)學(xué)模型模擬此變化曲線，構(gòu)建蘋果樹干莖流日累積過程的變化模型，并結(jié)合其數(shù)學(xué)參數(shù)的變化進一步探究蘋果樹干莖流速率的變化規(guī)律。因此以時間作為自變量，以相應(yīng)時間所對應(yīng)的樹干莖流日累積量為因變量，選擇6種常用數(shù)學(xué)模型[20,21]來模擬蘋果樹干莖流日累積過程。選取D1處理進行擬合，結(jié)果見表2。由表2可知，蘋果樹干莖流的6種數(shù)學(xué)模型的相關(guān)系數(shù)最低值為0.661，可見6種模型擬合效果均顯著。蘋果樹干莖流的日累積過程與Richards方程相關(guān)系數(shù)最高，為0.998。因此，選取Richards模型對其他各處理進行擬合分析。

表1 不同肥液濃度下蘋果樹干莖流日累積量的增長情況Tab.1 The increase of daily accumulation of apple stem flow under different concentration of fertilizer

各處理的蘋果樹干莖流Richards模型擬合參數(shù)見表3。

表2 蘋果樹干莖流日累積過程估算的回歸擬合方程和評價指標Tab.2 Regression fitting equation and evaluation index of apple trunk stem flow daily accumulation process estimation

注：t為時間，h；y為各處理在t時間內(nèi)的蘋果樹干莖流累積量，g；**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。

表3 各處理蘋果樹干莖流Richards模型參數(shù)表Tab.3 Richards model parameter table of apple trunk stem flow in each treatment

Richards模型是一個關(guān)于時間t的單調(diào)遞增函數(shù)，其特點為零起點、帶拐點并且有上限，隨著時間的延續(xù)，生長持續(xù)增加，存在一條漸近線[22]。而這些特點恰好與蘋果樹干莖流日累積過程規(guī)律相吻合。模型中參數(shù)A為累積生長的飽和值或稱為生物學(xué)上限。由表3可知，各處理的莖流日累積量的上限表現(xiàn)為D3>D2>D4>D1，與實測情況一致。

Richards模型曲線呈S形曲線，曲線中存在一個最大生長速度及一個拐點[22]，其坐標為：

(4)

在該拐點上瞬時生長速率達到最大值：

(5)

對應(yīng)的各處理蘋果樹干莖流Richards模型參數(shù)見表3。由表可知，比較各處理拐點情況可知，D2處理于9∶34最早達到最大莖流通量，此時的莖流通量為808.640 g/h，D3處理于14∶48最晚達到最大莖流通量。比較各處理可達到的最大莖流通量可知：D3>D2>D4>D1，D3處理最大，為1 207.586 g/h。

結(jié)合Richards模型的參數(shù)特征可發(fā)現(xiàn)，不同肥液濃度對蘋果樹干莖流達到最大莖流通量與時間的相關(guān)關(guān)系，越晚達到最大莖流通量，說明莖流速率維持在較高水平的時間更長，最后所達到的峰值也更大，最終的莖流累積量也越大。這與實測結(jié)果相一致，因此Richards模型可有效預(yù)測蘋果樹干莖流的累積過程。

3 結(jié) 語

本試驗通過對蓄水坑灌下不同肥液濃度對蘋果樹干莖流規(guī)律的影響進行研究分析可得出以下結(jié)論。

(1)施肥后，各處理的樹干莖流速率均得到明顯提升，在施肥后第18 d達到峰值，施肥后第30 d開始下降，同時，過高的肥液濃度會抑制莖流速率的提高。肥液濃度為1.204 gN/L(D3處理)時，莖流速率可維持在較高水平。

(2)施肥后蘋果樹干的莖流速率日平均值與其葉片的蒸騰速率的變化曲線是相一致的，呈現(xiàn)先上升后下降的變化規(guī)律，并于施肥后第18 d達到最大值。莖流日累積量和日平均莖流速率隨著肥液濃度的增加而增大，且肥液濃度為1.204 gN/L(D3處理)時，施肥后莖流日累積量較不施肥處理(D1)的增幅最大，為不施肥處理(D1)的3.383倍。

(3)采用6種數(shù)學(xué)模型對蘋果樹干莖流日累積量的過程曲線進行擬合，擬合效果均顯著，其中Richards模型擬合效果最佳，精度較高。不同肥液濃度下，D3處理(1.204 gN/L)于14∶48最晚達到模型拐點，其莖流速率維持在較高水平的時間也更長，對應(yīng)的最大莖流通量為1 207.586 g/h。

(4)本試驗條件下D3處理(1.204 gN/L)更利于提升蘋果樹干莖流速率，促進果樹的蒸騰作用。