溫 越，王振華*

（1.石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室，新疆 石河子 832000）

0 引 言

【研究意義】吐哈盆地位于新疆東部，受天山山脈阻隔，終年干旱少雨，水資源極度匱乏[1]。而太陽輻射強烈，晝夜溫差大的獨特優(yōu)勢使得特色瓜果種植成為吐哈地區(qū)支柱產(chǎn)業(yè)。近年來，水資源短缺和化肥濫用成為制約吐哈地區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素[2]，限水政策使當(dāng)?shù)毓喔扔盟峙洳缓侠淼娜秉c凸顯出來，濫用化肥更造成了土壤板結(jié)和退化等問題，因此亟須采用合理的水肥配比來實現(xiàn)葡萄的增產(chǎn)提質(zhì)。

【研究進展】調(diào)虧灌溉是最具有發(fā)展?jié)摿Φ膸追N灌溉方式之一，其通過減少某一生育期內(nèi)的水分補給，改變作物光合產(chǎn)物的分配模式，利用其后補償機制獲得更高的經(jīng)濟產(chǎn)量，是解決吐哈地區(qū)水資源短缺的有效手段。強薇等[3]研究表明，調(diào)虧灌溉會降低核桃的葉片活性，導(dǎo)致組織受損，其可以減少對應(yīng)生育期的耗水量，并提高水分利用效率[4]，但重度水分脅迫會對葡萄樹造成不可逆的損傷[5]。Wen等[6]研究表明調(diào)虧灌溉對棉花產(chǎn)量無顯著影響，依提卡爾·阿不都沙拉木等[7]則認(rèn)為對灰棗在開花坐果期進行調(diào)虧灌溉可以提高單果質(zhì)量、可溶性固形物量和糖酸比。李晶等[8]認(rèn)為葡萄果實膨大期虧水會造成大幅減產(chǎn)和果實品質(zhì)降低，在著色成熟期虧水則可提升品質(zhì)。趙霞等[9]則認(rèn)為單個生育期虧水對葡萄果實品質(zhì)無顯著影響。已有研究表明，農(nóng)田土壤養(yǎng)分最大的補充途徑是施肥[10]，而土壤養(yǎng)分對果樹生長起到重要作用。肥料種類[11]、配比[12]和施用量[13]是影響作物生理活動和產(chǎn)量的主要施肥因素。

【切入點】近年來，調(diào)虧灌溉受到越來越多的關(guān)注，諸多專家學(xué)者進行了相應(yīng)研究[14-16]。但是在調(diào)虧灌溉基礎(chǔ)上，考慮施肥比例的研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】本文以吐哈地區(qū)優(yōu)勢葡萄品種無核白為試驗對象，采用單一生育期調(diào)虧灌溉與不同施肥比例相結(jié)合的方式，探究不同水肥配比下葡萄植株耗水的變化特征，并通過分析產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)篩選適宜水肥配比，提出合理水肥制度，為吐哈地區(qū)水肥合理分配和滴灌葡萄產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年3—9月在新疆十三師哈密墾區(qū)灌溉試驗站（海拔660 m，93°37′ E、42°42′ N）進行。試驗區(qū)位于亞歐大陸腹地，是典型的溫帶大陸性干旱氣候區(qū)，年平均溫度為9.8 ℃，年均降水量為38.0 mm，年均蒸發(fā)量為3 092 mm，無霜期187 d，年均日照時間3 357.6 h，≥10 ℃積溫4 124.1～4 842.5 ℃。試驗區(qū)地下水埋深＞10 m，土壤類型為砂壤土，0～80 cm土層平均體積質(zhì)量為1.56 g/cm3，田間體積持水率為18.42%，土壤全氮量為0.49 g/kg，有機質(zhì)量為9.0 g/kg，有效磷量為20.61 mg/kg，速效鉀量為175.44 mg/kg，80～90 cm土層存在黏土隔水層。灌溉水源為地下水，礦化度為0.98 g/kg，采用管道進行輸水。

1.2 試驗設(shè)計

試驗作物選用無核白鮮食葡萄，采用小棚架栽培，大溝溝道種植模式，各小區(qū)分別定植80株葡萄，株距為1.0 m，行距為5.0 m，灌水不存在側(cè)滲影響，小區(qū)面積為80.0 m2（80.0 m 1.0 m），于3月31日進行棚架綁扎，9月15日進行收獲測產(chǎn)。葡萄的生育期分別為萌芽期（4月13―28日），新梢生長期（4月29日―5月28日），花期（5月29日―6月10日），果實膨大期（6月11日―7月15日），著色成熟期（7月16日—8月21日），枝蔓成熟期（8月22日—9月15日）。田間灌溉采用滴灌，每個小區(qū)用水表和施肥罐精確控制水肥用量。試驗采用調(diào)虧灌溉和施肥配比雙因素設(shè)計。試驗組分別對無核白葡萄在新梢生長期、開花期、果實膨大期和著色成熟期進行調(diào)虧灌溉（分別記為W1、W2、W3、W4），并設(shè)置全生育期充分灌溉為對照組（CK），調(diào)虧灌溉土壤含水率上下限定為田間體積持水率θf的65%～90%，充分灌溉土壤含水率上下限定為田間體積持水率θf的75%～100%，計劃濕潤層深度為60 cm，灌水方案見圖1。施肥配比設(shè)置3個水平，分別為F1（N∶P2O5∶K2O=1∶1∶1）、F2（N∶P2O5∶K2O=2∶2∶3）、F3（N∶P2O5∶K2O=2∶1∶2），常規(guī)施肥水平N施量、P2O5施量、K2O施量分別為330.0、165.0、330.0 kg/hm2，即F3處理，肥料類型為：氮肥（尿素，含N 46%）、磷肥（磷酸二銨，含P2O551%）、鉀肥（硫酸鉀，含K2O 51%）。全生育期施肥量統(tǒng)一定為825 kg/hm2。具體實施方案見表1。試驗按照2因素水平進行完全試驗設(shè)計，共計15個處理，每個處理設(shè)置3個重復(fù)。各處理田間管理措施均一致。為保證植株順利萌芽，各處理在4月17日進行開溝灌溉，灌水定額為60 mm。

圖1 無核白葡萄生育期內(nèi)灌水方案Fig.1 Irrigation scheme for seedless white grapes during the growth periods

表1 不同生育期施肥量Table 1 Fertilization amount in different growth periods kg/hm2

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水率

于4月12日統(tǒng)一在各處理中間植株根部埋設(shè)1根中子管，采用中子儀（503DR，CPN，USA）在全生育期內(nèi)對土壤體積含水率每隔7 d測量1次，灌水前后及降雨后加測，以中子儀水分?jǐn)?shù)據(jù)作為土壤含水率上下限的判定依據(jù)。測試深度為80 cm，每10 cm讀取1次數(shù)據(jù)，同時采用取土烘干法和環(huán)刀取體積質(zhì)量法對儀器進行標(biāo)定。

1.3.2 生育期耗水量

生育期耗水量水量平衡方程計算式為：

式中：ETi為無核白葡萄各生育期階段耗水量（mm）；Hj為第j層土層厚度（cm）；Wj1和Wj2分別為生育期前后土壤體積含水率（%）；M為生育期內(nèi)灌水量（mm）；P為生育期內(nèi)有效降水量（mm），因為試驗區(qū)地處極端干旱區(qū)，降水極少，因此P=0；K為生育期內(nèi)地下水補給量（mm），因試驗區(qū)地下水埋深大于10 m，因此K=0；C為生育期內(nèi)深層滲漏量（mm），由于地下80～90 cm土層為隔水層，不存在深層滲漏，因此C=0。

1.3.3 產(chǎn)量和品質(zhì)

在各處理小區(qū)隨機選取3株摘取全部葡萄進行單株測產(chǎn)，推算各處理小區(qū)產(chǎn)量并換算為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量。測產(chǎn)后各處理分別摘取3串葡萄鮮樣，委托新疆農(nóng)墾科學(xué)院測定可溶性固形物量、總糖量、可滴定酸量、維生素C品質(zhì)指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

圖形繪制采用Origin Pro 2017，數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2016，統(tǒng)計分析采用SPSS 22.0，顯著性分析采用Duncan’s新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥配比對滴灌葡萄土壤平均含水率的影響

圖2為不同水肥處理滴灌葡萄對土壤含水率的響應(yīng)特征。在萌芽期，不同灌水處理土壤含水率變化特征相同，隨灌水的增加土壤含水率逐漸增大；進入新梢生長期后，受調(diào)虧灌溉影響，W1處理土壤含水率發(fā)生明顯波動，低于其全生育期土壤平均含水率，其他灌水處理土壤含水率均逐漸增大；隨著葡萄植株生長和生理反應(yīng)的加劇，在果實膨大期，除W3處理外，其余4個處理土壤含水率均在平均值附近及以上，而W4處理在著色成熟期土壤含水率有明顯波動；在枝蔓成熟期，土壤含水率逐漸下降，葡萄植株生長幾乎停滯，葉片功能逐漸衰弱。從全生育期來看，W1處理和W2處理土壤含水率變化特征與CK最為接近，W3處理和W4處理全生育期平均土壤含水率處于較低水平，分別為15.41%和15.24%，且W3處理土壤含水率波動幅度最大。相同灌溉條件下，不同施肥處理土壤含水率始終表現(xiàn)為F2處理>F1處理>F3處理。從不同水肥處理來看，W1F2處理全生育期土壤平均含水率最高，為16.76%；W4F3處理最低，為15.02%，W4F3處理較W1F2降低10.38%。

圖2 不同水肥配比各處理土壤含水率動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soil moisture content of each treatment under different water and fertilizer ratios

2.2 水肥配比對滴灌葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

表2為不同水肥配比下滴灌葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)。灌水單因素對無核白葡萄的產(chǎn)量、還原性糖量、可溶性固形物量和可滴定酸均有極顯著影響（P<0.01）；施肥單因素對無核白葡萄的產(chǎn)量影響極顯著（P<0.01），對還原性糖量和可溶性固形物量影響顯著（P<0.05），對可滴定酸無顯著影響（P>0.05）；水肥交互作用對產(chǎn)量影響顯著（P<0.05），對還原性糖量、可溶性固形物量和可滴定酸影響均為極顯著（P<0.01）。

表2 不同水肥配比滴灌葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)Table 2 Grape yield and quality under drip irrigation with different ratio of water and fertilizer

灌水單因素下，CK產(chǎn)量最高，與W4處理間無顯著差異（P>0.05），與W1、W2、W3處理間具有顯著差異（P>0.05），CK產(chǎn)量較W3處理提高48.03%；施肥單因素下，F(xiàn)2處理產(chǎn)量、可溶性固形物量、還原性糖量均取得最大值，較F1、F3處理分別提高3.54%和3.95%、7.88%和4.29%、6.57%和9.90%；產(chǎn)量在CKF2處理取得最大值28 003 kg/hm2，W3F3處理產(chǎn)量最小，較CKF2處理降低34.29%，CKF1、CKF3、W4F1處理和W4F2處理產(chǎn)量與CKF2處理無顯著差異（P>0.05）；還原性糖量和可溶性固形物量在W4F2處理最大值23.00%和23.50%，可滴定酸在W3F3處理最大值0.665 2%，W4F2處理取得最小值0.436 3%?；跓o核白葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)分析，W4F2處理水肥處理效果更佳。

2.3 水肥配比對滴灌葡萄耗水特征的影響

表3為不同水肥處理在不同生育期下耗水強度的動態(tài)變化。灌水單因素對無核白葡萄萌芽期耗水強度影響不顯著（P>0.05），對其他生育期影響均為極顯著（P<0.01）；施肥單因素對無核白葡萄萌芽期耗水強度影響極顯著（P<0.01），對其他生育期影響均為不顯著（P>0.05）；水肥交互作用對無核白葡萄新梢生長期耗水強度影響極顯著，對其他生育期影響均為不顯著（P>0.05）。

表3 水肥供應(yīng)下各處理耗水強度動態(tài)變化Table 3 Dynamic changes of water consumption intensity of each treatment under water and fertilizer supply mm/d

不同水肥處理耗水強度隨生育期總體表現(xiàn)為先增大后減小，在果實膨大期達到峰值，因此果實膨大期為無核白葡萄需水關(guān)鍵期。充分灌溉處理（CK）在全生育期耗水強度均為最大，CKF3處理耗水強度在果實膨大期取得全生育期最大值6.73 mm/d。萌芽期，因灌水量相同，各水肥處理耗水強度相近，隨著調(diào)虧灌溉的進行，各調(diào)虧處理耗水強度有明顯降低，W3處理耗水強度在果實膨大期降低最為明顯，經(jīng)復(fù)水后在著色成熟期仍未達到常規(guī)水平。在生育期末，植株葉片脫落，生長繁殖近乎停滯，為越冬期做準(zhǔn)備，CK此時耗水強度仍高于其他灌水處理，差異顯著（P<0.05）。F3處理耗水強度在整個生育期內(nèi)均處于最高水平，但施肥對葡萄植株和果實生長主要時期的耗水強度影響遠(yuǎn)小于灌水。

圖3為不同水肥配比下各生育期耗水量，各水肥處理總耗水量在672.15～842.27 mm之間。相同施肥條件下，各灌水處理總耗水量始終表現(xiàn)為CK＞W(wǎng)1處理＞W(wǎng)2處理＞W(wǎng)4處理＞W(wǎng)3處理，CK總耗水量較W3處理提高21.80%；而相同灌水條件下，F(xiàn)3處理總耗水量較F1、F2處理分別提高1.69%和5.04%。從不同生育期來看，各生育期耗水量隨生長天數(shù)呈現(xiàn)“雙峰”變化趨勢，除W3處理外，其余處理生育期耗水量均表現(xiàn)為反復(fù)升降的波動規(guī)律。從同一生育期來看，萌芽期各水肥處理耗水量無顯著差異，而調(diào)虧灌溉處理相應(yīng)生育期較其余正常處理生育期耗水量有明顯下降，最明顯的生育期為果實膨大期，此時W3F2處理耗水量最小，較最大處理CKF3降低43.99%。

圖3 不同水肥配比各處理生育期耗水量Fig.3 Water consumption during growth period of each treatment under different water and fertilizer ratios

2.4 極端干旱區(qū)滴灌葡萄水肥制度優(yōu)選

表4為極端干旱區(qū)無核白滴灌葡萄的最優(yōu)水肥制度。W4F2處理產(chǎn)量較最大處理CKF2僅降低0.45%，耗水量（721.72 mm）卻降低12.30%，還原性糖量和可溶性固形物量分別提高9.52%和7.31%。因此，W4F2處理，即全生育期灌水22次，灌溉定額695 mm，施肥總量825 kg/hm2的水肥制度是最優(yōu)的選擇，可以在不降低產(chǎn)量的前提下，獲得較高的品質(zhì)。

表4 最優(yōu)水肥制度Table 4 Suitable water and fertilizer systems for seedless white grapes in extreme arid areas

3 討 論

增產(chǎn)提質(zhì)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最終目標(biāo)，水肥合理配比在其中起著極為重要的作用[17-18]。本研究中，水肥單因素對無核白葡萄產(chǎn)量影響均為極顯著，在果實膨大期進行調(diào)虧灌溉減產(chǎn)最大，且還原性糖量和可溶性固形物量最低，這是因為果實膨大期缺水會嚴(yán)重抑制果實細(xì)胞分裂和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化[19]。而在著色成熟期進行調(diào)虧灌溉，產(chǎn)量與充分灌溉無顯著差異，還原性糖量和可溶性固形物量會有顯著提升，可滴定酸明顯降低，這是因為著色成熟期葡萄果實由生殖生長轉(zhuǎn)為營養(yǎng)生長，水分虧缺并不會顯著降低漿果質(zhì)量，反而會減少果實水分，促進糖分轉(zhuǎn)化[20]。肥料配比也對葡萄產(chǎn)量品質(zhì)有著顯著影響[21]，F(xiàn)2施肥處理產(chǎn)量、還原性糖量和可溶性固形物量處于最高水平，這說明適宜的施肥水平能保證較高的經(jīng)濟效益。水肥耦合效應(yīng)對葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響顯著，W4F2處理下葡萄的產(chǎn)量、還原性糖量和可溶性固形物量均處于較高水平，這說明合理的水肥配比可以使葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)均處于較優(yōu)水平。

各水肥處理全生育期土壤平均含水率受灌水影響更大，受施肥影響不顯著，W3處理土壤含水率波動最明顯，結(jié)合產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)，說明不穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境會抑制葡萄植株生長和果實發(fā)育。探明作物不同生育期耗水特性可以為灌溉水資源合理分配提供理論依據(jù)[22-23]。本研究表明，灌水是影響無核白葡萄不同生育期耗水強度和耗水量的主要因素，水肥耦合效應(yīng)對耗水影響不顯著，這說明調(diào)虧灌溉和不同施肥比例的耦合更多的是影響了葡萄的生理反應(yīng)，對植株水分的吸收轉(zhuǎn)化作用影響較小。果實膨大期調(diào)虧灌溉會顯著降低葡萄總耗水量和灌溉定額，但產(chǎn)量品質(zhì)極差，這與牛最榮等[24]和張梅花等[5]的研究結(jié)果相同。相同灌水條件下，F(xiàn)2施肥處理總耗水量小于F1處理和F3處理，這可能是因為較少的氮肥減少了植株的蒸騰作用，而較多的鉀肥可以調(diào)節(jié)葉片氣孔導(dǎo)度，以適應(yīng)吐哈地區(qū)高溫及缺水環(huán)境，從而更利于葡萄植株生長[25]。合理的水肥配比可以在降低灌溉用水量的前提下提高葡萄生理活性，為產(chǎn)量構(gòu)成和品質(zhì)提升奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

施肥對葡萄主要生育期的耗水影響不顯著。果實膨大期調(diào)虧灌溉降低了生育期耗水強度和總耗水量，但產(chǎn)量和品質(zhì)最差；而在著色成熟期進行調(diào)虧灌溉產(chǎn)量無顯著變化，且品質(zhì)大幅提升，因此可在著色成熟期進行調(diào)虧灌溉以提高經(jīng)濟效益。F2施肥水平總耗水量小，且產(chǎn)量和品質(zhì)較高，綜合分析產(chǎn)量、品質(zhì)和耗水特征，著色成熟期調(diào)虧灌溉配合N、P2O5、K2O施加比例為2∶2∶3，總施肥量為825 kg/hm2的施肥配比是吐哈地區(qū)無核白葡萄適宜的水肥制度。