覆蓋制蘋果園滴灌試驗(yàn)及節(jié)灌制度研究

1 覆蓋制蘋果園滴灌試驗(yàn)及節(jié)灌制度研究 李懷有 王 斌 （黃河水土保持西峰治理監(jiān)督局） 【 摘 要 】 按照水量平衡原理，采用測坑試驗(yàn)和大田試驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過 4 個測坑試驗(yàn)，確定了盛果期蘋果園分別在采用覆膜制、覆草制、清耕制的土壤管理制度時(shí)，在滴灌條件下各物候期的耗水量、需水臨界期和需水最大期；結(jié)合大田試驗(yàn)，并根據(jù)降水資料，確定了灌水定額、灌水部位、灌水關(guān)鍵期、灌水次數(shù)、計(jì)劃濕潤層深度、土壤濕潤比、毛管布設(shè)方式、灌水形式等方面的有關(guān)參數(shù)，建立了蘋果園在滴灌條件下的節(jié)灌制度；根據(jù)各測坑果樹多年的耗水量、果 樹產(chǎn)量和產(chǎn)值，確定了蘋果樹的水分生產(chǎn)率和水分生產(chǎn)效益。實(shí)現(xiàn)了灌水定額、灌水方式、灌水時(shí)間、灌水部位的“四適宜”；并進(jìn)行了示范推廣。 【 關(guān)鍵詞 】 覆蓋制；蘋果園；滴灌；耗水規(guī)律；節(jié)灌制度 黃土高塬溝壑區(qū)是我國優(yōu)質(zhì)蘋果栽培的最適宜區(qū)和主產(chǎn)區(qū)。但該區(qū)蘋果的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯受資源性缺水的制約，為了充分利用現(xiàn)有的水資源，使果業(yè)生產(chǎn)再上新臺階，實(shí)現(xiàn)滴灌水在時(shí)間、空間、灌水量、灌水方式等方面的優(yōu)化配置，在“蘋果滴灌試驗(yàn)及節(jié)灌制度研究” 1的基礎(chǔ)上，開展覆蓋制蘋果園滴灌試驗(yàn)及節(jié)灌制度方面的研究對建立高塬溝壑區(qū)蘋果園節(jié)水灌 溉技術(shù)體系具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1. 材料與方法 1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況 試驗(yàn)點(diǎn)位于西峰治理監(jiān)督局董志試驗(yàn)場。年均降水量 561.5mm，年蒸發(fā)量 1527mm，年平均氣溫 8.5。該場栽植蘋果 5.7hm2，樹勢健壯，樹姿開張，樹相整齊。 1997 年建成面積各為 10.0m2、深度為 2.0m的地下全封閉測坑 2個，在測坑內(nèi)移植 7年生長富 2蘋果樹各 1株，分別采用覆膜、覆草處理；建成面積各為 10.0m2、無底的試驗(yàn)測坑 2個，在測坑內(nèi)栽植 7 年生長富 2蘋果樹各 1株，均采用清耕處理。 1.2 蘋果樹耗水規(guī)律研究材料與方法 覆 膜處理：每年春季對有底測坑施肥、灌水，修整樹盤后覆膜；覆草處理：每年春季對有底測坑施肥、灌水，修整樹盤后覆草，覆草厚度為 20cm；清耕處理：每年春季對無底測坑施肥、灌水、中耕、鋤草，地表常年保持疏松、無雜草狀態(tài)。 采用測坑試驗(yàn)和大田試驗(yàn)相結(jié)合，以測坑試驗(yàn)為主的試驗(yàn)方法，用水表計(jì)測灌水量，用查墑儀測定土壤含水率，用自記雨量計(jì)觀測降雨量，用測坑底部的排水口測定深層滲漏量等方法，取得可靠的 2 觀測數(shù)據(jù)，然后依據(jù)水量平衡原理 2計(jì)算各物候期的耗水量，分析確定蘋果樹各物候期耗水規(guī)律。 1.3 蘋果灌水定額、灌水次數(shù)、最 佳灌水期研究材料與方法 根據(jù)蘋果耗水規(guī)律及枝條、果實(shí)生長發(fā)育特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)亟邓Y料，確定蘋果滴灌的最佳灌水期、灌水次數(shù)、灌水定額等指標(biāo)。選 7年生生長健壯的長富 2蘋果樹，在樹冠外圍選定 15 個延長枝新梢，每 20d 測定一次枝條長度，到新梢停止生長為止。按距離法 25cm 疏果后，在樹冠外圍選定果實(shí) 15 個，每 20 天測定一次縱徑、橫徑，到采收時(shí)為止。 1.4 蘋果最佳灌水部位試驗(yàn)材料與方法 采用半固定式滴灌，共布設(shè) 8 條毛管，每條毛管 58 個滴頭，滴頭間距 0.7m，設(shè)計(jì)滴頭灌水定額50L/個。在 0cm 40cm 土層中，土壤平 均含水率低于 12%時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，滴頭滴水量分別達(dá)到 2.5L50.0L等 10 個處理水平時(shí)（表 5），分別開挖 8個滴頭濕潤剖面，求平均值，得到該滴水量時(shí)典型濕潤剖面。選擇同樹齡、生長健壯、干周基本一致的 4株長富 2 果樹，在樹干南側(cè)和東側(cè)劃線（夾角 90），從外向主干附近挖土刨根，調(diào)查該樹齡果樹根系在水平與垂直方向的分布區(qū)域及根量。 2. 結(jié)果與分析 2.1 蘋果樹耗水規(guī)律研究結(jié)果分析 表 1 長富 2耗水量及耗水強(qiáng)度 （ 1）各處理年耗水結(jié)果分析。 根據(jù)試驗(yàn)觀測的結(jié)果 (表 1)， 3 種處理均隨樹齡的增長、產(chǎn)量的增加而耗水量同時(shí)增 加，耗水強(qiáng)度也同時(shí)增加；在 3種處理中，覆草的耗水量和耗水強(qiáng)度最小，比清耕節(jié)水 9.39%，覆膜的耗水量和耗水強(qiáng)度次之，比清耕節(jié)水 5.85%。 （ 2）各處理耗水結(jié)果分析。 蘋果從萌芽到落葉， 3種處理年耗水量差異不大，僅 5% 10%。但各物候期的耗水量差異很大 (表 2)，萌芽期（ 4月上中旬） , 由于果樹還沒有抽生枝條，地表土壤含水率較小，耗水強(qiáng)度在全物候期內(nèi)最??；新梢旺長期（ 5月上旬至 6月上旬） ,此期為蘋果的需水臨界期，生長旺盛，葉片蒸騰作用強(qiáng)烈，果樹耗水強(qiáng)度在全物候期內(nèi)最大；新梢二次生長期（ 7月中旬至 9月處理 耗水量 (m3/株 ) 耗水強(qiáng)度 (mm/d) 1999 2000 2001 2002 平均 1999 2000 2001 2002 平均 覆草 3.84 4.28 4.62 4.60 4.34 1.80 1.97 2.13 2.12 2.01 覆膜 3.95 4.56 4.74 4.80 4.51 1.85 2.10 2.18 2.21 2.09 清耕 4.65 4.71 4.91 4.87 4.79 2.17 2.17 2.26 2.25 2.21 3 上旬） ,此期是果實(shí)迅速膨大期，也是果樹需水量最大的時(shí)期。 2.2 蘋果灌水定額、灌水次數(shù)、最佳灌水期 表 2 長富 2各物候期耗水狀況 研究結(jié)果分析 （ 1）蘋果新梢和果實(shí)生長動態(tài)分析。長富2 蘋果新梢加速生長期從 5月 12 日 至 6月 11日，一個月的生長量占年生長總量的 29.7%，從 6月 11 日至 7月 1日為緩慢生長期，而第二次加速生長期從 7月 2日至 7 月 21 日，但生長量??； 7月 22 日以后漸呈緩慢生長趨勢（表 3）。長富 2蘋果果實(shí)生長與新梢的生長規(guī)律是基本一致的。隨果實(shí)的生長發(fā)育，果形指數(shù)有降低的趨勢，因此，在生長前期創(chuàng)造適宜幼果生長的環(huán)境，對提高果形指數(shù)具有重要作用。 表 3 長富 2新梢、果實(shí)生長動態(tài)動態(tài)分析 （ 2）蘋果滴灌次數(shù)及滴灌定 表 4 蘋果滴灌灌溉制度 額分析。根據(jù)蘋果全物候期的需水規(guī)律，枝條、果實(shí)生長發(fā)育的特點(diǎn)分析，高塬溝壑區(qū)在降水保證率 50%的平水年，盛果期果樹采用清耕時(shí)，滴灌 4 次為宜。最佳灌水期為萌芽前、新梢旺長前、果實(shí)迅速膨大期和封凍前。灌溉定額 1030m3/hm2（表 4）。在降水保證率 75%的中等干旱年份，灌 水定額增大 10% 20%，灌水次數(shù)為 4 次 5 次，果實(shí)膨大期灌水 2 次；在降水保證率 95%的特旱年份，物候期 (天 ) 耗水量 (mm) 耗水強(qiáng)度 (mm/d) 覆草 覆膜 清耕 覆草 覆膜 清耕 萌芽期 (18 天 ) 21.8 21.9 26.4 1.21 1.22 1.47 花期 (15天 ) 23.2 21.6 27.2 1.54 1.44 1.81 新梢旺長期 (37天 ) 94.3 97.5 102.0 2.58 2.67 2.80 新梢停長期 (37天 ) 56.8 58.7 61.3 1.50 1.56 1.62 新梢二次生長期（ 63 天） 152.0 161.5 165.7 2.42 2.58 2.64 果實(shí)成熟期 (30天 ) 62.0 64.2 69.3 2.07 2.14 2.31 落葉期 (17 天 ) 23.6 25.7 26.7 1.41 1.53 1.60 全物候期 (217 天 ) 433.5 451.0 478.5 2.01 2.09 2.21 觀測時(shí)間（ 月 -日 ） 5-12 5-22 6-11 7-1 7-21 8-12 8-31 9-21 10-6 新梢長（ cm） 11.8 18.9 34.6 46.3 58.9 68.6 72.9 75.7 76.7 果實(shí)縱徑（ cm） 1.97 3.39 4.13 5.13 5.82 6.28 6.72 6.69 果實(shí)橫徑（ cm） 1.57 3.33 4.41 5.71 6.66 7.06 7.63 8.08 果形指數(shù)（縱徑 /橫徑） 1.25 1.02 0.94 0.90 0.87 0.89 0.88 0.86 最佳灌水期 萌芽前 新梢旺長前 果實(shí)膨大期 封凍前 計(jì)劃濕潤層深度 (m) 0.5 0.6 0.6 0.7 土壤濕潤比 (%) 40 40 40 50 灌水定額 (m3/hm2) 200 240 240 350 4 灌水定額增大 15% 30%，灌水次數(shù)為 5 次 6 次，新梢旺長期、果實(shí)膨大期各灌 2 次。覆草和覆膜處理的灌溉定額可比清耕少 5% 10%。 表 5 滴灌水分在土壤中移動狀況 2.3 蘋果最佳灌水部位研究結(jié)果分析 （ 1）滴灌水分在土壤中濕潤結(jié)果分析。 根據(jù)觀測結(jié)果（表 5），在滴水量小于 5.1L時(shí)，水平滲透速度快于下滲速度，濕潤比為 0.92；在滴水量由 10L 增加到 15.4L時(shí)，水分滲透過堅(jiān) 實(shí)的犁底層后，其下滲速度明顯快于水平滲透速度；當(dāng)?shù)嗡看笥?15.4L時(shí)，水分在 0cm 40cm的土體內(nèi)快速下滲，濕潤比為 1.47?？傊?，下滲的速度快于水平擴(kuò)展的速度，隨著滴水量的不斷增加，土壤濕潤剖面也在不斷擴(kuò)大，地表濕潤形狀由最初的小園斑發(fā)展成鏈狀園斑，最后形成寬度為 1m 左右、深度近 70cm的濕潤條帶。 表 6 不同樹齡果樹根系分布調(diào)查結(jié)果 樹齡 （年） 果樹 品種 砧木 類型 干周 （ cm） 根系（ d2mm） 吸 收 根 (d2mm) 水平分布(cm) 垂直分布(cm) 根量(個 ) 水平分布(cm) 垂直分布(cm) 根量 (個 ) 3 長富 2 山定子 17.5 131 3 45 81 4 90 9 29 1343 4 長富 2 山定子 21.6 132 0 45 88 10 92 1 34 1356 5 長富 2 山定子 23.8 149 0 54 102 24 113 9 35 1674 6 長富 2 山定子 27.6 185 3 63 608 0 115 6 37 5187 8 長富 2 山定子 40.3 198 7 73 863 0 125 7 50 6030 10 長富 2 山定子 47.4 216 18 89 1086 8 131 22 77 6730 （ 2）蘋果樹根系分布調(diào)查結(jié)果分析。 根系調(diào)查結(jié)果顯示 (表 6）： 3 年 4 年生的蘋果樹，一般樹冠擴(kuò)展最快，根系伸展也最快，但總根量較少，特別是吸收根少； 5年生果樹根系繼續(xù)向外向下擴(kuò)展，總根量與吸收根分別比 3、 4 年生果樹增加 23%左右； 6 年 10 年生蘋果樹，根系繼續(xù)擴(kuò)展的同時(shí)，根量高速增加，單株果樹根量達(dá)到 0.5 萬條 0.7 萬條，比 4年生果樹增加 3倍 5倍左右。 （ 3）滴灌濕潤土體與果樹根系的耦合狀態(tài)分析。 為提高滴灌水的利用效 率，應(yīng)將水最大限度的滴灌水處理號 A B C D E F G H I J 灌水量（ L/個） 2.5 5.1 7.8 10.0 15.4 21.3 25.0 30.0 40.0 50.0 最大濕潤深度（ cm） 19.0 23.8 24.0 26.8 46.4 52.6 55.0 61.0 62.2 68.6 濕潤半徑（ cm） 20.7 26.0 26.8 28.4 31.6 49.0 49.4 52.3 53.0 55.0 濕潤比（深度 /半徑） 0.92 0.92 0.90 0.94 1.47 1.07 1.11 1.17 1.17 1.25 5 灌到果樹吸收根分布最密集的區(qū)域內(nèi)。經(jīng)調(diào)查，在水平方向，果樹吸收根主要分布在冠徑的 1/3 到 2/3處，在垂直方向，吸收根成層分布， 10cm 50cm 的土層為吸收根密集區(qū)。當(dāng)?shù)嗡窟_(dá) 30L 時(shí)，滴灌濕潤帶與蘋果根系分布耦合狀態(tài)最佳。因此，每個滴頭滴水量 30L即 240m3/hm2，達(dá)到次最佳灌水量。 滴灌毛管的布設(shè)方式對果樹根系與濕潤土體耦合狀態(tài)有著重要影響。灌水時(shí)毛管應(yīng)布設(shè)到樹冠冠徑的 1/3 到 2/3的地面中間，布設(shè)成“ S”形，毛管隨著冠徑的增加而向外延伸，支持和誘導(dǎo)果樹根系向外發(fā)展。果樹根系與 濕潤土體耦合狀態(tài)明顯優(yōu)于直線布設(shè)方式。其他條件相同時(shí)，一次灌水延續(xù)時(shí)間比直線布設(shè)時(shí)短，但增加的投資較小，因此，建議在果園集雨微灌工程設(shè)計(jì) 4和運(yùn)行管理中盡量采用毛管呈“ S”形的布設(shè)方法。 2.4 水分生產(chǎn)率和水分生產(chǎn)效益結(jié)果分析 由于果樹產(chǎn)量的增長速度快于耗水量的增加，因此，果樹水分生產(chǎn)率明顯受產(chǎn)量的影響，并隨果樹產(chǎn)量的增加而增長（表 7）。在三種處理中，覆膜水分生產(chǎn)率最高，達(dá) 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，產(chǎn)量和單價(jià)越高，水分生產(chǎn)效益越高；反之，水分生產(chǎn)效益越低（表 7）。在三種處理中，覆膜的水分生產(chǎn)效益最高，達(dá)到 6.39 元 /m3，覆草次之，清耕最低。 表 7 果樹水分生產(chǎn)率和水分生產(chǎn)效益 處理 水分生產(chǎn)率（ kg/m3） 水分生產(chǎn)效益（元 /m3） 1999 2000 2001 2002 平均 1999 2000 2001 2002 平均 覆草 2.7 2.8 3.8 9.5 4.8 3.32 3.09 3.88 14.07 6.09 覆膜 2.6 3.0 7.7 7.8 5.4 3.10 3.35 7.88 11.22 6.39 清耕 1.8 2.2 3.8 4.8 3.1 1.90 2.41 3.88 7.58 3.94 3. 結(jié)論 (1) 蘋果全物候期需水量為 433.5 mm 478.5mm，而同期有效降水量為 355.6 mm 449.6mm，占需水量的 82% 94%。覆草的耗水量和耗水強(qiáng)度最小，比清耕節(jié)水 9.39%，覆膜的耗水量和耗水強(qiáng)度次之，比清耕節(jié)水 5.85%。 3 種處理平水年降水滿足不了需要。因此，及時(shí)進(jìn)行滴灌，是保證蘋果正常生長發(fā)育，提高產(chǎn)量和品質(zhì)的重要措施。 (2) 根據(jù)蘋果生長發(fā)育及需水規(guī)律，高塬溝壑區(qū)在降水保證率 50%的平水年， 蘋果滴灌 4次為宜，最佳灌水期為萌芽前、新梢旺長前、果實(shí)迅速膨大期和封凍前。灌溉定額為 1030m3/hm2。在降水保證率 75%的中等干旱年份，灌水定額增大 10% 20%，灌水次數(shù)為 4次 5次 (果實(shí)迅速膨大期 2次 )；在降水保證率 95%的特旱年份，灌水定額增大 15% 30%，灌水次數(shù)為 5次 6次 (新梢旺長期、果實(shí)迅速膨大期各 2次 )。覆草和覆膜處理的灌溉定額可比清耕少 5% 10%。 6 (3) 在距地表 10cm 50cm、樹冠半徑 1/3 2/3 的土層為蘋果樹根系密集區(qū)，當(dāng)?shù)晤^滴水量達(dá)到30L 時(shí)，土壤濕潤范圍與根系的分布 處于最佳耦合狀態(tài)，由此可知，滴頭滴水量 30L 即 240m3/hm2為次最佳灌水量。 (4) 滴灌時(shí)毛管的布設(shè)應(yīng)以