張 超,白云崗,鄭 明,肖 軍,丁 平

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.新疆水利水電科學(xué)研究院,烏魯木齊 830049)

0 引 言

【研究意義】我國新疆吐魯番和哈密市作為新疆特色林果種植基地,無核白葡萄占全疆60%、全國20%的種植面積[1]。若采用大水漫灌的灌溉管理模式,水肥用量不合理,會造成土壤水分和養(yǎng)分的浪費(fèi)與流失。適當(dāng)?shù)乃謼l件和養(yǎng)分供給是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、降低農(nóng)業(yè)投入的基本保證[2-3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】張江輝等[4]研究發(fā)現(xiàn),水分、肥料在一定范圍內(nèi)具有明顯的正效應(yīng),還存在著顯著的耦合效應(yīng),即高水配高肥的增產(chǎn)效應(yīng)加大,肥力增產(chǎn)效應(yīng)隨水分提高而提高,水分增產(chǎn)效應(yīng)隨肥力增大而增大。王淑芬等[5]結(jié)果表明,在棉花關(guān)鍵生育期少量多次灌溉處理,適當(dāng)控制植株的營養(yǎng)生長,促進(jìn)干物質(zhì)向生殖生長轉(zhuǎn)化,可以提高棉花經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及水分利用效率。Simonetta等[6]試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),增施氮肥可以提高小麥的葉面積,改善冠層結(jié)構(gòu),提高小麥產(chǎn)量,但施氮量過大會使葉傾角較小,葉面積過大,不利于構(gòu)建冠層結(jié)構(gòu),導(dǎo)致小麥產(chǎn)量降低。黎冰等[7]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),有效補(bǔ)充氮元素可以有效的提高葡萄葉片的光和作用,但是氮肥過量施用則會引起植株?duì)I養(yǎng)生長過旺,節(jié)間變粗、伸長,不利于坐果,果粒成熟期相應(yīng)推遲,影響其商品價值。史星雲(yún)等[8]研究顯示,在一定范圍內(nèi),釀酒葡萄的生長及品質(zhì)隨水肥用量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,適宜的水肥用量可以改善釀酒葡萄新梢生長及品質(zhì),水肥過多或者過少都會導(dǎo)致釀酒葡萄品質(zhì)下降。【本研究切入點(diǎn)】水肥對極端干旱區(qū)無核白葡萄影響研究上的成果較少,仍在探尋適宜的水肥管理制度。需研究極端干旱區(qū)滴灌葡萄提質(zhì)增效的水肥協(xié)同模式?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以新疆吐魯番無核白葡萄作為材料,采用田間小區(qū)試驗(yàn),設(shè)定不同的水肥處理,分析水肥協(xié)同對葡萄生理生長及產(chǎn)量品質(zhì)的影響,研究極端干旱區(qū)適宜的水肥協(xié)同模式,為葡萄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2020年4～9月在新疆吐魯番市鄯善縣葡萄瓜果研究中心試驗(yàn)基地開展,試驗(yàn)區(qū)坐標(biāo)42.91°N,90.30°E,海拔419 m。試驗(yàn)區(qū)年均降雨量25.3 mm,年均蒸發(fā)量2 751 mm,有效積溫(≥10℃)4 522.6～5 548.9℃,全年日照時數(shù)2 900～3 100 h,平均氣溫日較差14.3～15.9℃,無霜期192～224 d,土壤質(zhì)地為礫石沙壤土。

供試葡萄品種為無核白,2012年定植,樹齡8 a,大溝定植,東西走向,溝長54 m,溝寬1.0 m,溝深0.5 m,株距1.5 m,行距4.0 m。栽培方式為棚架栽培,棚架高度2.0 m。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間灌溉采用滴灌,滴灌帶布置方式為1溝3管,即主根兩側(cè)30 cm處各設(shè)置1條滴灌帶,棚架下設(shè)置1條滴灌帶,滴灌帶直徑為16 mm,滴頭間距為30 cm,滴頭流量為3.2 L/h。展葉期(營養(yǎng)生長期)按照低水低肥(低水平)、中水中肥(中水平)和高水高肥(高水平)3種情況配施,每種情況有3個相同處理,共進(jìn)行5次水肥處理;膨大期(生殖生長期)在以上3種配施情況下每3個相同處理分低水低肥(低水平)、中水中肥(中水平)和高水高肥(高水平)3種配施,共7次水肥處理;成熟期(生殖生長期)按照膨大期水肥處理進(jìn)行配施,共5次水肥處理。全生育期共17次水肥處理,每個處理設(shè)定3個重復(fù)。共計(jì)27個試驗(yàn)小區(qū),試驗(yàn)小區(qū)面積為48 m2。肥料采用昆侖牌尿素(氮含量≥46%)和磷酸二氫鉀(P2O5≥52%、K2O≥34%),隨水施肥。表1

表1 試驗(yàn)灌水施肥量

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 葉面積指數(shù)

用LI-6000葉面積儀在無光時測定葡萄葉面積指數(shù),在新梢生長期每個處理選定3棵長勢一致健康的葡萄樹,在每棵樹的上中下部位多次測定取平均值,展葉期、膨大期和成熟期分別測定2次,觀察葡萄葉面積指數(shù)動態(tài)變化規(guī)律。

1.2.2.2 光合日變化

用CI-340在晴朗無云的天氣測定凈光合速率,每個處理選定3棵長勢一致健康的葡萄樹,在每棵樹的相同部位取大小均一的向光葉片測定,每隔2 h測定1次,共測定7次。分別在展葉期、膨大期和成熟期連續(xù)測定3次,取平均值。

1.2.2.3 產(chǎn) 量

在葡萄成熟采摘期,統(tǒng)計(jì)好每個處理的葡萄總穗數(shù),同時在每個處理中隨機(jī)摘取20穗有代表性葡萄,所摘葡萄盡量能夠反應(yīng)整個處理葡萄的生長狀況,并對每穗葡萄進(jìn)行稱重,得到該處理的穗重,用總穗數(shù)與單穗重的乘積得到小區(qū)的總產(chǎn)量,各小區(qū)總產(chǎn)量與實(shí)際面積的比值得到單位面積產(chǎn)量,換算成公頃產(chǎn)量。

1.2.2.4 品 質(zhì)

在葡萄成熟采摘期,每個處理隨機(jī)選取10串長勢均一、生長良好的果穗,用GY-4型水果硬度計(jì)測定硬度;用手持式折光儀測定可溶性固形物含量;用NaOH滴定法測定可滴定酸含量,以酒石酸計(jì);還原糖采用斐林試劑法測定,以葡萄糖計(jì);VC采用鉬藍(lán)比色法測定;用可溶性固形物含量與可滴定酸含量的比值表示固酸比。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel2020和SPSS26.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析,采用雙因素Ducan’s新復(fù)極差法檢驗(yàn)各處理間差異的顯著性,數(shù)據(jù)均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示,使用Origin2021制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥協(xié)同對葡萄葉面積指數(shù)的影響

研究表明,葉面積指數(shù)是衡量葡萄營養(yǎng)生長狀況的重要指標(biāo),葡萄生育期間的最大葉面積指數(shù)反映了最大光合面積。葉面積指數(shù)在展葉期增長較快,在膨大期增長緩慢,到成熟期基本趨于穩(wěn)定。在展葉期中期,葉面積指數(shù)隨著水肥用量的增加呈遞增的趨勢,且高水平與中水平水肥處理沒有顯著性差異。在展葉期后期,W8N8處理葉面積指數(shù)最大,達(dá)3.37,與W4N4處理和W9N9處理沒有顯著性差異,且顯著高于其他各處理,W7N7處理為3.03,與W8N8處理和W9N9處理差異顯著。展葉期低水平的3個水肥處理分別為2.5、2.55、2.62,要顯著低于其他處理,在展葉期過度缺少水肥供應(yīng)會影響植株葉片的生長,對植株?duì)I養(yǎng)生長限制較大。在膨大期,葡萄葉面積指數(shù)隨著水肥用量的增加整體呈現(xiàn)遞增的趨勢,在葡萄生殖生長期提高水肥用量會加快樹體的營養(yǎng)生長,葉片生長旺盛,增大葉面積指數(shù),造成田間郁閉現(xiàn)象,競爭果粒生長所需的養(yǎng)分。在膨大期后期,W9N9處理葉面積指數(shù)最大,達(dá)4.72,W1N1處理最小,為3.87,差異顯著。在成熟期,葡萄葉面積指數(shù)基本趨于穩(wěn)定,此時水肥用量對葉面積指數(shù)的影響較小。表2

表2 不同水肥處理下葡萄葉面積指數(shù)變化

2.2 水肥協(xié)同對葡萄光合日變化的影響

研究表明,各時期凈光合速率日變化均呈現(xiàn)先升高后降低再略有升高最后降低的雙峰型趨勢,最高值均出現(xiàn)在12:00,最低值出現(xiàn)在14:00,14:00出現(xiàn)降低的原因是由于氣溫過高,導(dǎo)致氣孔部分關(guān)閉,出現(xiàn)光合午休現(xiàn)象。在展葉期,隨著水肥用量的增加葡萄凈光合速率呈現(xiàn)遞增的趨勢,高水平與中水平水肥處理凈光合速率差異不明顯,在中水中肥的基礎(chǔ)上繼續(xù)增加水肥用量對凈光合速率提升較小;低水平水肥處理凈光合速率與其他處理差異較大,水肥用量過低可明顯抑制葡萄的正常生理生長,與葉面積指數(shù)變化一致。在膨大期,葡萄凈光合速率整體要高于展葉期和成熟期,膨大期隨著水肥用量的增加,葡萄凈光合速率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,W5N5處理凈光合速率最大;過高的水肥用量并不能增加葡萄凈光合速率,原因可能是過高的水肥用量不僅會使土壤透氣性降低,還會造成土質(zhì)淋溶,不利于植株生長,對葡萄葉片光和吸收產(chǎn)生一定的影響,適宜的水肥用量是保證葡萄光合速率產(chǎn)生有機(jī)物的基礎(chǔ)。在成熟期,凈光合速率要弱于其他兩個時期,W5N5處理葡萄凈光合速率較大,其次為W8N8處理,2個處理差異不明顯。W5N5處理要優(yōu)于其他處理。圖1

圖1 不同水肥處理下各時期光合日變化

2.3 水肥協(xié)同對葡萄產(chǎn)量的影響

研究表明,在營養(yǎng)生長期的3個低水平水肥處理隨著水肥用量的增加葡萄產(chǎn)量逐漸升高,相較于其他處理低是因?yàn)槠咸言跔I養(yǎng)生長期缺少水肥的供給影響葡萄的光合作用,干物質(zhì)積累量較少,樹體得不到充足養(yǎng)分,落花落果現(xiàn)象嚴(yán)重,在生殖生長期結(jié)穗率較低,使得整體產(chǎn)量普遍偏低。在營養(yǎng)生長期的中水平和高水平水肥處理隨著水肥用量的增加葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,W5N5處理產(chǎn)量最高,為24 482.32 kg/hm2,W4N4處理和W7N7處理產(chǎn)量普遍偏低的原因是生殖生長期缺少水肥不利于果粒的正常生長。適宜的水肥用量可以更好的調(diào)節(jié)葡萄的營養(yǎng)生長與生殖生長,達(dá)到高產(chǎn)。圖2

圖2 不同水肥處理下葡萄產(chǎn)量變化

2.4 水肥協(xié)同對葡萄品質(zhì)的影響

研究表明,果粒硬度隨著水肥用量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,W1N1處理、W4N4處理和W7N7處理硬度均顯著小于其他各處理,水肥用量不足會使得果粒松軟,極易出現(xiàn)爛果現(xiàn)象。W5N5處理果粒硬度最大,達(dá)1.47 kg/cm2,W2N2處理和W8N8處理硬度同樣處于較高水平,水肥的合理利用有利于增大果粒硬度,增強(qiáng)葡萄耐儲運(yùn)性?？扇苄怨绦挝锖侩S著水肥用量的增加整體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,W5N5處理可溶性固形物含量最大,為23.31%,W9N9處理最小,為20.78%,兩處理相差2.53%,且達(dá)到顯著水平?？傻味ㄋ岷侩S著水肥用量的增加整體呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢,W3N3處理可滴定酸含量最大,達(dá)0.59%,W5N5處理最小,為0.52%,且達(dá)到顯著水平。還原糖含量隨著水肥用量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,W5N5處理最大,達(dá)212.63 g/L,與W4N4處理差異不顯著,最小值出現(xiàn)在W3N3處理,為185.73 g/L,與W5N5處理差異顯著。VC含量隨著水肥用量的增加呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢,W6N6處理VC含量最大,達(dá)19.43×10-2mg/100g,W7N7處理最小,為17.09×10-2mg/100g,兩處理相差2.34×10-2mg/100g,且差異顯著。固酸比隨著水肥用量的增加整體呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,W5N5處理固酸比最大,達(dá)44.84,要高于W4N4處理,但差異不顯著,最小值是W9N9處理,為36.28,且顯著小于以上兩個處理。表3

表3 成熟期不同水肥處理下葡萄品質(zhì)變化

2.5 基于主成分的最優(yōu)水肥模型

研究表明,KMO值為0.503,巴特利特值為53.527,顯著性值為0.000,各指標(biāo)間存在一定的相關(guān)性,適合主成分分析。有2個主成分大于1,提取了2個主成分,且解釋了總方差的79.751%,將2個主成分分別記為Y1、Y2。根據(jù)主成分系數(shù)得出Y1、Y2的方程式:

Y1=0.13×Z產(chǎn)量+0.47×Z可溶性固形物-0.50×Z可滴定酸+0.46×Z還原糖-0.11×Z維生素C+0.54×Z固酸比-0.003×Z硬度。

(1)

Y1=0.54×Z產(chǎn)量+0.04×Z可溶性固形物+0.13×Z可滴定酸+0.12×Z還原糖+0.54×ZVC-0.04×Z固酸比+0.062×Z硬度。

(2)

W5N5處理綜合得分要高于其他處理。表4,表5,表6

表4 成熟期各品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化處理

表5 成熟期主成分

表6 成熟期不同水肥處理綜合評價

3 討 論

合理的葉面積指數(shù)可提高作物對光熱資源的利用率,為植物的生長發(fā)育提供一個優(yōu)良的群體環(huán)境,可顯著促進(jìn)光合作用合成有機(jī)產(chǎn)物,實(shí)現(xiàn)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[9]。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)葡萄葉面積指數(shù)在展葉期增長速度最快,展葉期后期增長速度開始減慢,成熟期達(dá)到最大值,與曾辰[10]在葡萄上的研究規(guī)律一致。葉面積指數(shù)隨著水肥用量的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,與王全九等[11]灌溉施氮對棉花葉面積指數(shù)的影響有一定的出入,可能與作物品種的不同以及水肥用量的不同所引起的。水肥用量過低,葉片得不到足夠的水分和養(yǎng)分供應(yīng),葉面積指數(shù)較小,與魏永華等[12]在水稻返青期缺水對葉面積指數(shù)的影響研究結(jié)論一致。

光合作用是將無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的過程,提高光合作用是提升產(chǎn)量和品質(zhì)的重要舉措。水肥的供應(yīng)通過影響葉片中的葉綠素合成、氣孔和非氣孔因素等影響植株葉片的光合作用[13]。張麗瑩[14]在水果黃瓜的研究上發(fā)現(xiàn)灌水量過高或過低均不利于葉片光合作用的提高。王程翰[15]研究表明,灌水量一定時,光合速率隨著施肥量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢;施肥量一定時光合速率呈現(xiàn)相同的趨勢。龔萍等[16]在對葡萄光合特性的研究中發(fā)現(xiàn)光合速率在水分用量低的情況下要顯著低于中高水分用量的處理,因?yàn)樗置{迫會導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉,無法進(jìn)行氣體交換;中高水分下光合速率差異較小。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),果實(shí)膨大期光凈合速率日變化要高于其他時期,水肥用量過低會明顯抑制葡萄的凈光合速率,適宜的水肥用量可以提高葡萄葉片的光合速率,與以上的研究結(jié)果一致。

張江輝等[4]研究發(fā)現(xiàn)葡萄滴灌灌水量和施肥量在中、高水平時產(chǎn)量最大且相差較小,過多的灌水量和施肥量都會引起葡萄減產(chǎn)。LIU等[17]認(rèn)為在合理范圍內(nèi)增加灌水量和施肥量均可以提高作物的產(chǎn)量,但超出一定范圍后會降低增產(chǎn)效果、提高支出并對品質(zhì)造成負(fù)面影響。王連君等[18]研究發(fā)現(xiàn)水肥之間存在一定的閾值,超過閾值之后,無論是在產(chǎn)量還是品質(zhì)方面都會下降。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)生長期水肥供給不足的處理均不會高產(chǎn),水肥供給充足的處理隨著水肥用量的增加葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,適宜的水肥用量對產(chǎn)量有一定的促進(jìn)作用,與以上的研究結(jié)果一致。

史星雲(yún)等[8]在對釀酒葡萄的研究上發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi),釀酒葡萄生長及品質(zhì)隨水肥用量的增加,呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,合理的水肥管理有利于釀酒葡萄新梢生長及品質(zhì)改善,水肥過多或者過少都會導(dǎo)致釀酒葡萄品質(zhì)下降。杜清潔等[19]和虞娜等[20]在番茄的研究上發(fā)現(xiàn)合理的灌水量與施肥量可以交互促進(jìn)品質(zhì)的提升,兩者過高或過低都會使番茄的綜合品質(zhì)下降。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)果粒硬度隨著水肥用量的增加呈先增加后減小的趨勢,可溶性固形物含量和還原糖含量整體呈現(xiàn)相同趨勢,與史星雲(yún)等[8]在葡萄品質(zhì)上的研究較為一致;可滴定酸含量和VC含量在成熟期隨著水肥用量的增加均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,與侯裕生等[1]在水肥對葡萄的研究上較為一致。主成分分析已經(jīng)廣泛應(yīng)用于作物水肥協(xié)同的研究,且均取得了良好的效果[21-23]。

4 結(jié) 論

水肥用量過低對植株的生理生長具有較大的限制作用,葉面積指數(shù)隨著水肥用量的增加整體呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。凈光合速率日變化均為雙峰型變化趨勢,在膨大期凈光合速率要高于展葉期和成熟期,W5N5處理凈光合速率要優(yōu)于其他處理。W5N5處理產(chǎn)量、硬度、可溶性固形物、還原糖和固酸比最優(yōu),W3N3處理可滴定酸含量最大,W6N6處理VC含量最大。最優(yōu)水肥協(xié)同模式是灌水量為8 925 m3/hm2,施肥量為240 kg/hm2。