不同灌溉保墒措施对春光葡萄土壤含水量和果实产量的影响

王伟军，陈文朝，郝建宇，王 岩，徐 敏，杨 茜

（张家口市农业科学院，河北 张家口 075000）

京津冀地区是资源型缺水地区，也是我国的主 要农业区之一。截至2018年底，河北省农业用水量为1.21亿m3[1]。据分析，河北灌溉水利用系数为0.64，但与发达国家农业灌溉水利用系数0.7～0.8相比，还有较大差距[2]。河北省葡萄栽培历史悠久，是我国葡萄的重要产区之一。据统计，截至2019年底，现有栽培面积8.9万hm2，产量176.33万t，分别占全国面积、产量的10.9%、12.42%，面积和产量均位居全国第2位。张家口葡萄种植面积为3.39万hm2，产量为50.03万t[3]。随着葡萄产业发展，如何提高葡萄灌溉水利用系数，采用合理的灌溉方式、灌水制度以达到提高葡萄水分利用效率显得尤其重要。近年来，已有学者围绕葡萄水分管理[4]、根区交替灌溉减施氮肥[5]等方面进行了大量研究工作。雷金银等[6]、王东等[7]采用不同灌溉水平对酿酒葡萄研究，结果表明，赤霞珠最优的灌溉量为3600～3750 kg/hm2。沈甜等[8]采用4种灌水量对赤霞珠根际微生物多样性进行研究，结果表明，水分含水量变化直接影响根际土壤细菌和真菌的多样性和丰度。骆萌等[9]采用密闭式营养液循环供给系统栽培无核白葡萄，得到了吐鲁番地区葡萄年需水量为4149.5 m3/hm2。张玥[10]研究表明，调亏灌溉可以提高葡萄果实品质、提高葡萄花色苷类物质含量。李晶等[11]、赵霞等[12]通过不同生育期水分调亏处理，得出果实膨大期亏水处理会降低果实产量的结论。孔维萍等[13]采用不同生育期土壤水分处理得出梅鹿辄浆果膨大期耗水量最高，是控制土壤水分的关键生育期。郝旺林等[14]、杨湘等[15]研究了不同覆盖物对葡萄土壤温度和水热环境的影响，结果表明，黑膜、酢浆草和地膜是葡萄园较为适宜的覆盖模式。付诗宁等[16]采用不同水分和肥料处理得出，田间持水率60%+中肥是东北地冷寒区温室葡萄水肥一体化最优灌溉施肥模式。针对冀西北地区葡萄不同灌溉量、灌溉方式和不同覆盖方式相结合对葡萄生长、果实产量的研究较少。本研究对蜜光葡萄灌溉覆膜进行研究，旨在为张家口地区葡萄合理灌溉保墒措施提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在河北省张家口市农业科学院沙岭子葡萄园进行。该园位于北纬40°39′57″，东经114°55′30″，海拔高度636 m，年均气温7.7 ℃，无霜期110～140 d，≥10 ℃的有效积温为3300 ℃，年降水量为400 mm，6—8月降水量占全年降水量的70%左右。0～100 cm土层的土壤容重为1.47 g/cm3，0～20 cm土层的土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH值分别为18.4 g/kg、1.24 g/kg、73.1 mg/kg、184 mg/kg和8.02。

2021年葡萄出土后到埋土前降水总量为369.1 mm，7月9日降水量为53.1 mm，占生育期的41.39%，开花前期降水量为24.8 mm，占生育期的6.72%，前期降水量很少，降雨主要集中在葡萄果实膨大期到果实转色期这一阶段。

1.2 试验材料

供试材料为5年生春光葡萄（自根苗），株行距为1.0 m×6.0 m，东西行向，每行长为40 m，独龙干棚架种植模式。园艺地布宽1.0 m，厚度为0.2 mm。

1.3 试验设计

试验设滴灌（DI）、滴灌覆膜（DIFM）、调亏滴灌（RDDI）和调亏滴灌覆膜（RDDIFM），以常规灌溉为对照，共5个处理。随机区组设计，每个小区240 m2，重复3次，共15个小区。

试验灌溉方式为常规灌溉（大水漫灌）和滴灌，滴灌在距葡萄根部30 cm处设置一个滴灌带，采用一行一管控制模式，滴灌带直径为14 mm，滴头流量为3.0 L/h，滴头间距为20 cm，葡萄种植行开沟宽度1.0 m。常规灌溉不覆盖园艺地布，滴灌覆膜和调亏滴灌覆膜为覆盖园艺地布，园艺地布覆盖在葡萄根系两边的整个葡萄种植行。2021年4月15日葡萄出土，葡萄出土后（4月16日）和埋土前（10月23日）均采用大水漫灌浇水方式，4月17日铺地布，10月23日收地布，10月27日埋土防寒。各处理灌水量和灌水时间如表1所示。

表1 不同处理灌水总量Tab.1 Total amount of irrigation water under different treatments m3/hm2

1.4 测定项目及方法

土壤含水量测定：每个处理在葡萄根系40 cm处用土钻分5层（0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm）取土，采用烘干法测定土壤含水量，每隔10～15 d取土，灌溉及降雨前后取土加测。

θi=土壤含水量（%）×相应土层土壤容重（2）

式中，Et为土壤耗水量（mm），P为降水量（mm），I为灌水量（mm），ΔS为土壤贮水量变化量（mm），θi为土壤某一层次体积含水率（%），Zi为土层厚度（cm），i为土壤层次。

葡萄产量测定：于葡萄完全成熟后，每处理随机采摘5株葡萄，测定每株葡萄产量；每株葡萄选取果穗大小一致的葡萄9穗，测定单穗质量、单株产量。

式中，WUE为灌溉水水分利用效率（kg/m3），Y为葡萄产量（kg/hm2），Q为灌溉总量（m3/hm2）。

1.5 数据处理

数据采用Excel软件和SPSS 11.5进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉覆膜处理对1 m土层土壤水分动态变化的影响

2.1.1 不同处理0～20 cm土壤含水量动态变化 不同处理0～20 cm土壤含水量变化动态如图1所示。

图1 不同处理0～20 cm土壤含水量变化动态Fig.1 Dynamic diagram of 0-20 cm soil water content under different treatments

从图1可以看出，葡萄出土后（4月15日），5个处理0～20 cm土层土壤含水量接近，介于16.12%～16.45%，随着第1次灌溉（4月15日）和覆盖地布的不同处理，在4月18日、4月24日、4月30日均是覆盖地布土壤含水量高于不覆盖地布处理。4月30日进行第2次灌水，由于CK、滴灌、滴灌覆膜3个处理灌水量均为450 m3/hm2，调亏滴灌和调亏滴灌覆膜处理灌水量均为300 m3/hm2，在灌水后2 d（5月2日）滴灌覆膜处理土壤含水量最高（23.34%），调亏滴灌处理最低（20.12%）。5个处理均是6月17日土壤含水量最低，CK、滴灌覆膜、滴灌、调亏滴灌覆膜、调亏滴灌含水量分别为8.44%、13.67%、8.85%、13.12%和8.64%。7月16日（果实转色期）至9月22日（埋土前）均是覆膜处理（滴灌覆膜、调亏滴灌覆膜）土壤含水量高于不覆膜处理（CK、滴灌、调亏滴灌）。

2.1.2 不同处理20～40 cm土壤含水量动态变化由图2可知，葡萄出土后，4月15日各个处理土壤含水量接近。5月2日（灌水后）各个处理土壤含水量由高到低依次为滴灌覆膜（24.08%）、CK（22.19%）、滴灌（21.33%）、调亏滴灌覆膜（20.38%）、调亏滴灌（19.98%)，主要是CK、滴灌、滴灌覆膜3个处理的灌水量均为450 m3/hm2，而调亏滴灌覆膜和调亏滴灌灌水量均为300 m3/hm2，灌水量不同导致土壤含水量的不同。6月17日各个处理的土壤含水量均为最低，随着当日灌水，在6月20日各个处理的土壤含水量得到显著提升。葡萄采收后到埋土前（9月22日—10月22日）各个处理的土壤含水量随着时间推移呈增加的趋势，主要原因可能是气温降低、湿度增加和降水共同导致的结果。

图2 不同处理20～40 cm土壤含水量变化动态Fig.2 Dynamic diagram of 20-40 cm soil water content under different treatments

2.1.3 不同处理40～60 cm土壤含水量动态变化由图3可知，不同处理灌水2～3 d后，土壤含水量得到显著提高，5月2日（灌水后2 d）CK（24.46%）、滴灌覆膜（25.70%）、滴灌（22.31%）、调亏滴灌覆膜（22.04%）、调亏滴灌（20.06%）5个处理的土壤含水量主要是不同处理的灌水量不同导致，CK、滴灌覆膜和滴灌处理灌水量均为450 m3/hm2，调亏滴灌覆膜和调亏滴灌处理灌水量均为300 m3/hm2。各个处理均是6月17日最低，8月16日进行第5次灌水，CK的灌水量为450 m3/hm2，其他处理为300 m3/hm2，9月1—12日，土壤含水量由大到小的顺序均是CK>覆膜（滴灌覆膜、调亏滴灌覆膜）>不覆膜（滴灌、调亏滴灌）。

图3 不同处理40～60 cm土壤含水量变化动态Fig.3 Dynamic diagram of 40-60 cm soil water content under different treatments

2.1.4 不同处理60～80 cm土壤含水量动态变化由图4可知，葡萄出土后（4月15日）各处理的土壤含水量接近，随着灌水土壤含水量也相应增加。5月2日各个处理的土壤含水量由高到低依次为滴灌覆膜（25.00%）、滴灌（24.06%）、CK（23.56%）、调亏覆膜（22.15%）和调亏滴灌（21.98%）。果实膨大期（6月17日—7月15日）各个处理的土壤含水量均是滴灌覆膜最高，CK和滴灌处理接近，调亏灌溉最低，在葡萄采收后各个处理均是滴灌覆膜处理土壤含水量最高。由此可见，覆膜可以使土壤含水量提高。

图4 不同处理60～80 cm土壤含水量变化动态Fig.4 Dynamic diagram of 60-80 cm soil water content under different treatments

2.1.5 不同处理80～100 cm土壤含水量动态变化 由图5可知，在6月15日，CK和滴灌覆膜处理的土壤含水量接近，分别为19.27%和19.18%，滴灌（16.16%）、调亏滴灌覆膜（16.69%）、调亏滴灌（16.08%）3个处理的土壤含水量接近，主要是第3次（5月15日）灌水量不同所造成，CK灌水量为450 m3/hm2，滴灌覆膜和滴灌灌水量均为300 m3/hm2，调亏滴灌覆膜和调亏滴灌灌水量均为225 m3/hm2。8月15日（第5次灌水）5个处理中均是滴灌覆膜处理的土壤含水量最高，滴灌和调亏滴灌覆膜处理的含水量接近，调亏滴灌处理的土壤含水量最低。在埋土前（10月22日），CK、滴灌覆膜、滴灌、调亏滴灌覆膜和调亏滴灌处理的土壤含水量接近，分别为20.51%、21.07%、21.95%、21.42%和20.61%。

图5 不同处理80～100 cm土壤含水量变化动态Fig.5 Dynamic diagram of 80-100 cm soil water content under different treatments

2.2 不同灌溉覆膜处理对土壤耗水量的影响

不同灌溉保墒措施下土壤耗水量的对比如表2所示，5个处理均是在果实转色期到成熟期耗水量最高、坐果期耗水量最低，CK、滴灌、滴灌覆膜、调亏滴灌、调亏滴灌覆膜处理在全生育期的耗水量分别为731.06、699.70、709.22、666.60、642.83 mm，与CK相比，滴灌、滴灌覆膜、调亏滴灌、调亏滴灌覆膜处理的耗水量分别减少了31.36、21.84、64.46、88.23 mm，耗水量分别是CK的95.71%、97.01%、91.18%和87.93%。

表2 不同灌溉覆膜处理耗水量对比Tab.2 Comparison of water consumption under different irrigation film mulching treatments mm

2.3 不同灌溉覆膜处理对果实产量和水分利用效率的影响

由表3可知，5个处理下单粒质量由大到小依次为滴灌覆膜（9.96 g）、CK（9.61 g）、滴灌（9.52 g）、调亏滴灌覆膜（9.12 g）、调亏滴灌（8.59 g），滴灌覆膜处理与CK、CK与滴灌间差异均不显著，滴灌覆膜、CK、滴灌、调亏滴灌覆膜共计4个处理均与调亏滴灌处理的单粒质量差异显著。滴灌覆膜处理与其他处理间单穗质量差异均显著，滴灌与CK间单穗质量差异不显著。CK、滴灌、滴灌覆膜、调亏滴灌、调亏滴灌覆膜处理的单株产量分别为14.73、14.25、15.39、11.59、13.24 kg。5个处理的灌溉水利用效率由高到低依次为滴灌覆膜（10.69 kg/m3）、调亏滴灌覆膜（10.50 kg/m3）、滴灌（9.89 kg/m3）、调亏滴灌（9.20 kg/m3）、CK（9.10 kg/m3），与CK相比，滴灌覆膜、调亏滴灌覆膜、滴灌、调亏滴灌处理的灌溉水利用效率分别提高了17.49%、9.13%、8.64%和15.38%。

表3 不同处理对果实产量和水分利用效率的影响Tab.3 Effects of different treatments on fruit yield and water use efficiency

3 结论与讨论

葡萄园不同灌溉保墒措施对葡萄的影响是多方面的，主要表现在土壤含水量、土壤温度、土壤呼吸、果实产量及品质等方面。本研究发现，在果实转色期至埋土前0～20 cm土层土壤含水量均是覆膜处理高于不覆膜处理，在葡萄采收后至埋土前各处理20～80 cm土层土壤含水量随着时间推移呈增加的趋势，主要原因可能是气温降低、湿度增加和降水共同导致的结果。研究还表明，对葡萄园进行覆盖地布可以提高土壤含水量，提高葡萄园蓄水能力，这与郝旺林等[14]、杨湘等[15]的研究结果一致。

不同灌溉保墒措施下葡萄耗水量也不同。与常规灌溉相比，4种灌溉保墒措施均降低了葡萄耗水量。常规灌溉葡萄耗水量为731.06 mm，比苏培玺[17]研究的巨峰葡萄耗水量为644.5 mm的结论略高，可能是不同地域、品种、覆盖模式等原因导致结果略有差异。

不同地域、葡萄品种葡萄所需灌水量也不同。本研究结果表明，对5年生春光葡萄进行常规灌溉用水量为2700 m3/hm2，就可使葡萄正常生长结果，比王探魁等[18]在河北张家口地区赤霞珠推荐的灌水量（1821.6 m3/hm2）高900 m3/hm2，比骆萌等[9]在新疆吐鲁番地区无核白葡萄的每年需水量（4149.5 m3/hm2）低1450 m3/hm2，灌水量的差异可能是不同品种、不同生态区、不同灌溉保墒措施等原因造成的。本研究发现，在葡萄果实膨大期应确保葡萄水分充足，即使采用地布覆盖也会导致葡萄产量降低，与李晶等[11]和张芮等[19]研究结果一致。本研究结果表明，春光葡萄通过滴灌覆膜措施灌水量为2400 m3/hm2，可以显著提高单穗质量、单株产量，提高灌溉水利用效率，比常规灌溉处理节约用水量300 m3/hm2。

综上所述，滴灌覆膜处理可以提高0～100 cm土层土壤含水量，降低葡萄耗水量，提高果实产量和灌溉水利用效率，为最佳灌溉保墒措施。由于本研究只研究了不同灌溉保墒措施下土壤水分动态变化、果实产量、葡萄耗水量等，不同灌溉保墒措施下对土壤温度、土壤湿度的影响，在果实膨大期提供充足供水，在果实膨大前期和后期减少灌水量对果实产量、品质、水分利用效率等还有待进一步研究。