滴灌水量对核桃幼苗生长的影响

黄雅丽，马风云，王 霞，郝 军，杜振宇，刘方春，石 群，马丙尧

（1山东省林业科学研究院，济南 250014；2山东农业大学，山东 泰安 271018；3山东日照暖温带观赏树种培育国家长期科研基地，山东 日照 276800；4济南市历城区园林和林业绿化局，济南 250199；5山东黄河三角洲森林生态系统国家定位观测研究站，山东 东营 257000；6山东省地质科学研究院，济南 250013）

0 引言

核桃(Juglans regia)作为一种优良的经济树种，广泛栽种于山东省的平原和山区。由于山东位于半干旱地区，虽降雨充沛，但受季风的影响，降水时长与降水量浮动很大，经常出现季节性干旱问题，造成植物生长所需水肥供应不均。因此，明确适宜于山东半干旱山区核桃种植栽培的水肥用量，合理调控水肥供应，提高当地土壤肥力，进而促进当地核桃产业发展尤为重要。

在植物生长过程中，水分能够促进肥效的发挥，肥料能够提高水分的利用，合理的水肥灌溉措施是提高植株水肥利用、促进植物生长的关键[1]，而盲目的水肥管理不仅会导致水肥流失，引起环境污染，还会造成植物所需营养过剩，抑制植物生长发育[2-3]。因此，为实现核桃丰产优质高效栽培，明确核桃生长发育的需水需肥量及适宜的水肥管理措施至关重要。许多研究表明，水对植物的光合特性起主导性作用，从而直接影响后期光合产物的积累和分配，对促进植物生长及果实优质高产尤为重要[4-5]。核桃的不同生长期对水分的需求不同，本研究以1年生核桃苗为试验材料，在滴灌施肥条件下，通过设置不同灌水量梯度，研究其对核桃土壤理化性质及幼苗根系生长及生理生化特征的影响，旨在确定合理的灌溉管理制度范围，为核桃精量调控节水灌溉技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与地点

试验以1年生核桃苗‘香玲’为供试材料，采购自山东省林科院日照林业高科技创新园，地径(5.8±0.15)mm，株高(15.5±0.12)cm。所用肥料为尿素（N含量46%）、过磷酸钙（P2O5含量16%）和氯化钾（K2O含量60%）。

试验采用PVC滴管进行模拟滴灌式供水，于2018年3月在山东省林业科学研究院试验苗圃（北纬36°42′，东经117°04′）室外遮雨棚进行。供试土壤为褐土，取自山东省莱芜区苗山镇苗山核桃试验基地，土壤碱解氮、有效磷和速效钾的含量分别为28.34、7.80、77.36 mg/kg，有机质含量为9.93 g/kg，pH 7.9。

1.2 试验设计

试验采用高28 cm、上口直径30 cm、下口直径19 cm的塑料花盆，每盆装土10 kg。于2018年3月20日定植核桃幼苗，每盆1株，缓苗后进行滴灌施肥。通过参考前人有关核桃幼苗灌溉施肥量标准[6-7]及当地核桃种植栽培的灌溉施肥规律，并结合山东省半干旱区气候及土壤状况，确定盆栽核桃幼苗全量施肥的施肥总量分别为N 0.25 g/(kg·土)、P2O50.15 g/(kg·土)、K2O 0.15 g/(kg·土)。前期试验结果表明，滴灌量1000 mL/次+60%施肥量的处理对改善土壤微生物群落结构、提高土壤养分含量效果最为明显，所以在60%施肥量的滴灌（盆内置放2根内径0.5 cm的用于供水的PVC滴管）施肥方式下设5个不同灌水梯度处理，每隔10天滴灌1次。其中TG1处理为1000 mL/次灌水量，其他滴灌施肥处理的灌水量分别为处理TG1的85%(TG2)、70%(TG3)、55%(TG4)、40%(TG5)，每个处理3次重复，每个重复6盆共18盆。各处理总施肥量一致，均为纯N 0.15 g/(kg·土)、纯P2O50.09 g/(kg·土)、纯K2O 0.09 g/(kg·土)，均采用滴灌施肥。

施肥3次均为追肥，其中萌芽期（4月5日）占30%、生长期占40%（5月15日）、成熟期占30%（6月25日）。滴灌施肥处理追肥时先将各处理所需的肥料溶入水中，之后将水肥溶液通过滴灌方式入盆。试验方案详见表1。

表1 灌水量试验方案

1.3 试验样品采集及测定方法

土壤样品采集于2018年7月20日，采集土壤样品前清除土壤表面的杂草和浮土。每个处理在靠近植株根冠5 cm处避开施肥区域设置2个取样点，采样深度0～5 cm。去除可见根后作为试验土样，将同一处理每个重复的盆栽土样充分混合后，装入带有标签的聚乙烯塑料自封袋，带回实验室自然风干，过20 mm尼龙网筛，用于测定土壤理化性质。土壤碱解氮含量采用碱解扩散法进行测定；有效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法进行测定；土壤速效钾含量采用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法进行测定；土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热法进行测定[8-9]。

同日，每个处理的3个重复各随机选取2株植株合计6株，测定植株地径、株高、冠幅；分别从树冠东、西、南、北4个方向随机选取春梢中部成熟叶片20片，利用叶面积仪测定叶面积[10]；利用便携式电子秤称取植物叶片鲜重，并带回实验室烘干称取干重，计算叶片含水量；采外围中部新梢的基部成熟叶，采用95%乙醇浸泡法测定叶片叶绿素含量；利用半微量凯氏法测定叶片全氮含量；利用钒钼黄吸光光度法测定植物叶片全磷含量；利用火焰光度计法测定叶片全钾含量[11]。

同时，带土取出整株植株，编号带回实验室，自来水冲洗根系，分为2个部分，一部分利用钢尺测定根长，并用电子天平称取地下、地上部鲜重，另一部分4℃保存，利用紫外可见分光光度计采用氯化三苯基氮唑法进行根系活力测定。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2007进行数据整理和作图，应用SPSS 22.0软件采用单因素方差分析(ANOVA)进行处理间差异显著性分析，Duncan法检测差异显著性，显著差异水平P＜0.05，极显著差异水平P＜0.01。

2 结果与分析

2.1 用水量对土壤养分特征的影响

不同灌水梯度处理对核桃幼苗土壤养分均产生一定影响（表2）。随着灌水量的递减，各处理土壤碱解氮、有效磷、速效钾均呈现先升高后下降的趋势。在不同灌水处理中，土壤碱解氮含量范围在28.35～35.35 mg/kg。在滴灌施肥的5个灌水梯度处理中，TG2、TG3和TG4处理的土壤碱解氮含量均高于处理TG1，其中土壤碱解氮含量最高的为处理TG2，为35.35 mg/kg，较处理TG1显著增加了16.09%；其次为处理TG3，土壤碱解氮含量为34.51 mg/kg，是处理TG1的1.13倍；当灌水量达最高(TG1)时，土壤碱解氮含量为30.45 mg/kg；处理TG4土壤碱解氮含量较处理TG1增加了6.90%；当灌水量仅为400 mL/次(TG5)时，碱解氮含量最低，仅为28.35 mg/kg，是处理TG1的93.10%，且无显著差异，但显著低于处理TG2。

表2 不同灌水量滴施对土壤养分及有机质含量的影响

不同灌水处理中土壤有效磷含量的范围为8.91～12.63 mg/kg。在滴灌施肥的5个灌水梯度处理中TG2和TG3处理的土壤有效磷含量显著大于处理TG1，其中土壤有效磷含量最高的为处理TG2，达12.63 mg/kg，是处理TG1的1.23倍；其次为处理TG3，土壤有效磷含量为10.99 mg/kg，是处理TG1的1.07倍；而TG4和TG5处理的土壤有效磷均显著小于处理TG1，其中处理TG5土壤有效磷含量最低，仅为8.91 mg/kg，为TG1的79.47%；处理TG4次之，为9.10 mg/kg，是处理TG1的82.13%，且处理TG4和TG5之间无显著差异，但均显著低于其他3个处理。

土壤速效钾含量在不同灌水梯度处理中范围为94.89～128.89 mg/kg，且各处理间呈显著性差异。在滴灌施肥的5个灌水梯度处理中，TG2、TG3和TG4处理的土壤速效钾含量均显著高于TG1处理。其中，土壤速效钾含量最高的为处理TG3，为128.89 mg/kg，较处理TG1显著增加了18.37%；其次为处理TG2、TG4，土壤速效钾含量分别为122.23、115.33 mg/kg，分别是处理TG1的1.12、1.06倍；当灌水量达最高(TG1)时，土壤速效钾含量为108.89 mg/kg；当灌水量为400 mL/次(TG5)时，速效钾含量最低，仅为94.89 mg/kg，是处理TG1的87.14%，且显著低于其他处理土壤。在滴灌施肥的5个灌水梯度处理中，土壤有机质含量范围为10.02～10.52 g/kg。但各处理间差异不显著。

由此可见，在滴灌施肥技术中，过量或过少的灌水量均会降低土壤有效养分的转化。试验结果显示，TG2、TG3处理时土壤有效养分转化最显著，土壤环境达到最佳水平，但对土壤有机质无显著影响。

2.2 用水量对核桃苗根系生长的影响

不同灌水梯度处理对核桃幼苗根系生长产生显著影响（图1）。随着灌水量的递减，核桃幼苗植株根系长度呈现先升高后下降的趋势。在滴灌施肥的5个灌水梯度处理中，处理TG1、TG2和TG3植物根系长度接近，无显著差异。而TG4和TG5处理的植物根系长度均显著小于处理TG1、TG2和TG3，其中处理TG4植物根系长度最小，仅为20.5 cm，为处理TG1的74.09%；处理TG5次之，为21.33 cm，是处理TG1的77.09%，且与处理TG4植株差异不显著。在滴灌施肥方式中，水分的供应对植物根系影响显著，适宜的灌水量可有效刺激核桃根系生长，进而影响植物根系活力。不同灌水处理下，TG2和TG3处理植物根系活力大于处理TG1，且各处理间差异显著，其中处理TG3最高，达48.76 μg/(g·h)，是处理 TG1 的 1.14 倍；其次为处理TG2，植物根系活力为48.10 μg/(g·h)，是处理TG1的1.125倍；当灌水量达最高(TG1)时，植物根系活力为42.75 μg/(g·h)。处理 TG5 植物根系活力最低，仅为32.01 μg/(g·h)，为处理TG1的74.88%，显著低于其他处理。

图1 不同灌水量滴施对核桃幼苗根长及根系活力的影响

2.3 用水量对核桃苗叶片生理生化特征的影响

不同灌水梯度对核桃幼苗植株叶片养分产生一定影响（表3）。随着灌水量的递减，核桃幼苗植株叶片氮含量呈现先升高后下降的趋势。在不同灌水处理中，植株叶片氮含量范围为2.32%～3.07%，且各处理间存在显著性差异。在滴灌施肥的5个灌水梯度处理中，TG2和TG3处理的植株叶片氮含量高于处理TG1，其中叶片氮含量最高的为处理TG3，为3.07%，较处理TG1显著升高了8.74%；其次为处理TG2，叶片氮含量为2.89%，显著高于处理TG1；当灌水量达最高(TG1)时，叶片氮含量为2.82%；而TG4和TG5处理的植株叶片氮含量均显著小于处理TG1，其中处理TG5叶片氮含量最低，仅为2.32%，为TG1的82.29%；处理TG4次之，为2.39%，是处理TG1的84.77%，且处理TG4和TG5显著低于其他3个处理。

表3 不同灌水量滴施对核桃幼苗叶片养分含量的影响 %

在不同灌水量处理下，核桃盆栽幼苗叶片磷含量变动趋势同叶片氮含量相同。叶片磷含量最高的为处理TG3，为0.30%，较处理TG1显著升高了36.36%；其次为处理TG2，叶片磷含量为0.25%，是处理TG1的1.13倍；当灌水量达最高(TG1)时，叶片磷含量为0.22%；而TG4和TG5处理的植株叶片磷含量均小于处理TG1，其中处理TG5叶片磷含量最低，仅为0.18%，是处理TG1的82.14%，显著低于其他处理。

植株叶片钾含量在不同灌水梯度处理中范围为1.69%～2.11%。在滴灌施肥的5个灌水梯度处理中，TG2、TG3、TG4处理的叶片钾含量与处理TG1无显著差异，但当灌水量为400 mL/次(TG5)时，叶片钾含量最低，仅为1.69%，是处理TG1的85.52%，且显著低于其他处理。

2.4 用水量对核桃幼苗叶绿素含量的影响

由表4可以看出，不同灌水梯度处理对核桃幼苗叶绿素含量影响程度不同，随着灌水量的减少，各处理植株叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均呈现先升高后下降的趋势。5个灌水梯度处理中TG2和TG3处理的叶绿素a含量均大于处理TG1，其中植株叶绿素a含量最高的为处理TG3，达2.28 mg/g，是处理TG1的1.08倍，且显著高于其他处理；处理TG2其次，叶绿素a含量为2.27 mg/g，与处理TG3无显著差异；而TG4和TG5处理的叶绿素a含量均小于处理TG1，其中处理TG4叶绿素a含量最低，仅为1.87 mg/g，为处理TG1的88.63%，显著低于其他处理。叶绿素b含量最高的处理TG3，达0.89 mg/g，是处理TG1的1.08倍；其次为处理TG1、TG2，植株叶绿素b含量分别为0.82、0.84 mg/g；处理TG5植株叶绿素b含量最低，仅为0.62 mg/g，为处理TG1的72.94%，显著低于其他各处理。对总叶绿素含量而言，最高的为处理TG3，较处理TG1显著增加了8.57%；处理TG5叶绿素总含量最低，仅为2.49 mg/g，为处理TG1的79.05%，显著低于其他处理。

表4 不同灌水量滴施对核桃幼苗叶绿素含量的影响mg/g

2.5 用水量对核桃苗生长的影响

不同灌水梯度处理下核桃幼苗生长情况见表5。在滴灌施肥的5个灌水梯度处理中，与处理TG1相比，TG2和TG3处理的核桃地径、株高、地上鲜重、地下鲜重、叶面积和叶片含水量均有一定提高，且较处理TG1分别提升了6.62%和5.01%、27.79%和33.33%、2.86%和6.15%、8.07%和10.67%、35.09%和43.66%、2.08%和8.36%。植株长势最高的为处理TG3，且与处理TG1差异显著；处理TG2与处理TG3的植物株高接近，无显著差异；TG4和TG5处理的核桃地径、株高、地上鲜重、地下鲜重、叶面积和叶片含水量均低于处理TG1，且分别为TG1处理的94.40%和84.55%、96.39%和88.89%、86.60%和58.27%、67.37%和62.27%、40.66%和21.19%、96.67%和95.79%。可能是过低的灌水量使幼苗根系受到干旱胁迫，遏制生长，养分吸收能力减弱，导致植物生长减慢。可见，滴灌施肥技术在一定范围内既具有节水的效果又有利植物水肥的高效利用，促进植物更好生长。

表5 不同灌水量滴施对核桃幼苗生物量的影响

2.6 土壤理化性质与核桃生长的相关性分析

植株生长与土壤理化性质各指标相关性分析见表6。植株株高与养分含量呈正相关，其中与碱解氮达显著性差异，说明土壤中碱解氮含量增加有利于提高核桃苗的株高；植株地径与土壤碱解氮、有效磷含量呈显著正相关，且与碱解氮含量达极显著水平；植株叶面积与土壤碱解氮、有效磷、速效钾相关性呈显著水平，且与碱解氮、有效磷含量达极显著水平；叶片氮、磷、钾养分含量与土壤、有效磷、速效钾均呈极显著正相关。综上，土壤养分含量对核桃生长有显著影响，且适宜范围内土壤养分含量越高越有利于核桃生长。

表6 土壤理化性质与植株生长指标相关性

3 结论与讨论

3.1 灌水量对土壤养分的影响

本研究发现，在60%施肥量的滴灌条件下，随着灌水量的不断减少，各处理土壤有效养分均呈先升高后下降的趋势。同其余3个处理相比，TG2和TG3处理显著提高了速效养分及全量养分含量，说明合理的滴灌施肥能改良土壤环境、提高土壤肥力。一方面是因为滴灌施肥方式是将植物所需的水肥溶液缓慢、均匀地输送到植物的根部土壤区，实现了水肥同步，大大提高了土壤的保水保肥能力[12-13]，从而有效提高土壤层的养分含量；另一方面，土壤养分与土壤生物学特性息息相关[14-15]。合理的水肥供应能够促进植物根系的生长发育，显著提高根系分泌物含量，加快了土壤微生物的快速繁殖生长，推动了土壤养分的快速转化循环，进而有助于提高土壤酶活和有效养分含量，在改善当地土壤环境、提高土壤肥力等方面发挥重要作用[16]。有研究证实，土壤含水量对土壤微生物影响显著，土壤水分含量过高或者过低，会导致土壤细菌群落结构多样性降低[17]，这可能也是本研究灌水量过多或过低时，植物生长受到限制，土壤有效养分转化受到影响的主要原因之一。

3.2 灌水量对核桃幼苗生长的影响

大量研究结果证实，滴灌施肥能够有效维持土壤层水肥稳定，为植物生长创造良好的土壤环境[18]，进一步促进植物对土壤水肥的吸收利用，为植物生长提供较为充足的养分资源[19-20]。Hebbar和Zotarellil等[21-22]研究发现，适宜的灌水量和施肥量能促进土壤中养分的溶解、水解和运转，从而提高作物对养分的吸收。与其他灌溉施肥方式相比，合理的滴灌施肥显著加快了番茄氮、磷和钾素的吸收速率，提高了植株养分的利用率。虎净等[23]对干旱区春小麦滴灌应用的研究表明，滴灌施肥条件下，适宜的灌溉施肥显著增加了作物的养分吸收速率。岳文俊等[24]在水氮耦合对甜瓜氮素吸收的影响试验中发现，在滴灌施肥条件下适宜的施肥及灌水量显著提高了甜瓜各器官养分累积量，促进甜瓜生长。

本研究发现，施肥量为全量施肥的60%时，适宜的灌水量（700～850 mL/次）能促进核桃幼苗生长，而灌水量过高或者过低均会对核桃幼苗生长产生抑制作用。这是由于核桃属于深根型生态经济型树种，水肥一体化的滴灌施肥技术能够有效地将水分运输到植物根部，施用的肥料能够直接随灌水向植物根区入渗，使更多的水肥保持在根系分布层范围内，保证了各时期植物根系的水肥供应，合理调节核桃根层的营养和水分，刺激核桃根系的生长，使核桃根系的生物量增加，从而促进核桃植株激素和生长调节剂的合成及矿质元素的积累[21,25-26]，最终促进了核桃植株的生长发育。滴灌施肥过程中的灌水量增加，使核桃土壤含水量过高，可能会导致核桃在生长过程中过量吸收水分和养分，植株营养生长过剩，而生殖生长缓慢，降低植物对水肥的需求与吸收[27-28]，核桃生长速率会有减慢趋势。这进一步证明了滴灌施肥中合理水肥施用在节约水肥的同时能更有效地促进核桃植株的生长。这与张兰勤等[28]在水肥一体化减量施肥对樱桃番茄产质量的影响研究结论一致。

综上，TG2和TG3处理的土壤养分含量及各项苗木生长指标均显著高于TG1处理，能有效提高土壤肥力、改善土壤环境，对核桃幼苗生长具有显著促进作用。因此，滴灌700～850 mL/次+60%施肥量的灌溉施肥方式最有利于核桃幼树的营养生长发育。