白崗栓，鄒超煜，杜社妮

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌712100；2.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌712100；3.吉安市濕地管理中心，江西 吉安343000）

蘋果（Malus domestica）的產(chǎn)量形成、品質(zhì)發(fā)育和經(jīng)濟(jì)效益與樹體水分狀態(tài)和果園水分供應(yīng)密切相關(guān)[1-2]。砧木影響樹體（接穗）的生長發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)及營養(yǎng)[3-6]。渭北旱塬是中國乃至世界最大的優(yōu)質(zhì)蘋果生產(chǎn)區(qū)，喬砧密植是該區(qū)域的主要栽培模式。喬砧密植樹冠高大、郁閉，根系分布深而廣，在降水偏少且分布不均、無灌溉水源的渭北旱塬易產(chǎn)生果園土壤干燥化[7-9]，造成果園早衰，影響蘋果產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展[10-11]。矮砧密植早花、早果、豐產(chǎn)，且樹體矮小，果實品質(zhì)高，便于日常管理，是世界蘋果矮化密植及集約化、商品化、區(qū)域化栽培的主要途徑[12-13]。矮化砧不僅提早樹體開花結(jié)果，提高果實品質(zhì)，控制枝葉旺盛生長[14-17]，而且還影響樹體對礦質(zhì)元素的吸收、運轉(zhuǎn)和利用[18-19]，特別是阻滯氮的吸收與運轉(zhuǎn)[20-21]，促進(jìn)磷、鉀的吸收[22]，從而使葉片、果實和枝條內(nèi)含有較多的營養(yǎng)元素[23]。矮化砧的水分輸導(dǎo)速度慢，可抑制枝葉徒長，減輕土壤水分虧缺對果樹造成的不良影響[24-25]。有關(guān)矮化砧對樹體葉片光合速率、蒸騰速率的影響報道不一：大多數(shù)研究者認(rèn)為矮化砧提高了葉片的光合能力[26-27]，但李海燕等[28]、WEBSTER[29]則認(rèn)為其降低了葉片的光合能力；矮化砧對樹體水分的輸導(dǎo)具有一定的滯阻作用，可降低葉片的蒸騰速率[24-25,30]，但羅靜等[26]、趙林等[27]報道矮砧樹體葉片的蒸騰速率高于喬砧，且趙林等[31]在2018年又報道有些矮砧樹體葉片的蒸騰速率則低于喬砧或與喬砧樹體無顯著差異。IGLESIAS 等[32]認(rèn)為，矮砧、喬砧樹體葉片的光合能力與蒸騰強(qiáng)度主要受“庫”“源”相互關(guān)系的影響，即“庫”強(qiáng)越強(qiáng)，則“源”強(qiáng)越高。有關(guān)矮化砧對蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分吸收、枝葉生長、葉片蒸騰等方面的影響報道較多[6,33-38]，但有關(guān)渭北旱塬同一地理環(huán)境下相同產(chǎn)量、基砧、樹齡而不同砧穗組合的喬砧密植、半矮化砧密植和矮砧密植園的土壤水分，即不同砧穗組合密植栽培模式對果園土壤水分的影響卻未見報道。為了探討不同砧穗組合密植栽培模式對果園土壤水分的影響，2016年在蘋果樹萌芽前將相同樹齡、產(chǎn)量的喬砧密植、半矮化砧密植和矮砧密植園0～300 cm土層土壤水分調(diào)整為同一水平，定期監(jiān)測不同砧穗組合密植果園不同土層的土壤水分狀況，為減輕渭北旱塬果園土壤干燥化提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗園區(qū)概況

試驗園地處中國科學(xué)院長武農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站（35°12′16″—36°16′00″N，107°40′30″—107°42′30″E），海拔1 220 m，年均氣溫9.3 ℃，≥10 ℃活動積溫3 029 ℃，日照時數(shù)2 230 h，無霜期171 d，年均降雨量578.5 mm，其中7—9 月降水約占全年降水量的55%以上。試驗園土壤為黑壚土，耕層（0～20 cm土層）土壤組成為有機(jī)質(zhì)9.44 g/kg，堿解氮73.65 mg/kg，全磷0.24 g/kg，速效磷41.98 mg/kg，速效鉀234.65 mg/kg，pH 值7.8。試驗園0～40 cm 土層土壤容重1.30 g/cm3，田間持水量21.5%，萎蔫系數(shù)8.9%；＞40～80 cm 土層土壤容重1.35 g/cm3，田間持水量22.0%，萎蔫系數(shù)9.2%；＞80～140 cm 土層土壤容重1.32 g/cm3，田間持水量21.7%，萎蔫系數(shù)9.1%；＞140～300 cm 土層土壤容重1.30 g/cm3，田間持水量21.6%，萎蔫系數(shù)9.0%。

1.2 試驗材料

供試果園為同一地塊、相鄰且產(chǎn)量相近的喬砧、半矮化砧和矮砧密植園，均于1996 年春季建園，南北行向，品種均為長富2 號，基砧均為新疆野蘋果（Malus sieversii），均處于盛果期。2010—2015年通過量化與更新修剪[39-40]，3個果園的年產(chǎn)量均調(diào)整為4.5×104kg/hm2左右。供試果園的面積、中間砧及樹體生長狀況等見表1，其中半矮化砧密植的中間砧露出地面約7.0 cm，矮砧密植的露出地面約5.0 cm。

表1 試驗前不同密植方式果園樹體生長狀況Table 1 Growth status of apple trees in different orchards with different dense-planting patterns before experiment

1.3 試驗設(shè)計

試驗以喬砧密植為對照，于2016 年3—12 月監(jiān)測半矮化砧和矮砧密植園0～300 cm 土層土壤水分，并測定不同砧穗組合果園的蘋果產(chǎn)量。

為了避免試驗前不同砧穗組合果園的土壤水分差異對監(jiān)測結(jié)果帶來的影響，萌芽前（3月1日）在3個果園各選5個監(jiān)測區(qū)，每個監(jiān)測區(qū)均由2行長勢均勻的10棵（每行5棵）果樹組成，并根據(jù)栽植密度（株行距）用土埂將其與其他植株隔離。監(jiān)測區(qū)中部為土壤水分監(jiān)測點（圖1）。萌芽前以10 cm 土層為一層，用土鉆采集0～300 cm 土層土壤，并埋設(shè)330 cm 長的鋁制中子管（地表外露30 cm），便于以后用中子儀監(jiān)測0～300 cm土層土壤水分。

圖1 蘋果園的補(bǔ)灌區(qū)及監(jiān)測點Fig.1 Supplementary irrigation area and monitoring point of the apple orchard

萌芽前采集的土壤質(zhì)量含水量/%用烘干法測定，然后根據(jù)土層厚度、土壤容重?fù)Q算成土壤貯水量/mm[41-42]，并以最高果園（矮砧密植）土壤水分為標(biāo)準(zhǔn)，以0～300 cm土層為厚度，對土壤水分較低的果園（喬砧和半矮化砧密植園）進(jìn)行補(bǔ)充灌溉（人工均勻噴灑）（表2），促使不同果園0～300 cm 土層土壤水分含量相同。不同果園單位面積的留花量、留果量、施肥量及病蟲管理等措施相同。

1.4 測定項目

降水量：由試驗園旁的長武農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站氣象站監(jiān)測試驗期間的降水量。

土壤水分：從2016 年4—11 月，每月首日及蘋果樹開花坐果期（4 月20 日）、幼果膨大期（5 月20日）、花芽分化期（6 月20 日）和果實采前膨大期（9月10 日）以每10 cm 土層為一層，用CNC503B 中子儀（成都名馳儀器有限責(zé)任公司）探測0～300 cm土層的慢中子云密度，并根據(jù)慢中子云密度與水分間的函數(shù)關(guān)系及標(biāo)定曲線換算成土壤含水量/mm[43]。由于中子儀測定的上層土壤水分偏差較大，每次測定時不同監(jiān)測點0～40 cm土層土壤以每10 cm為一層，用烘干法測定監(jiān)測點附近土壤的質(zhì)量含水量/%，然后根據(jù)土層厚度、土壤容重?fù)Q算成土壤貯水量/mm。中子儀測定的0～40 cm 土層水分僅作參考。由于試驗地平整，土層深厚及土壤質(zhì)地均勻，地下水位較深，不產(chǎn)生滲漏和地下水補(bǔ)給及水分的水平運動，且無灌溉水（不含補(bǔ)充灌溉量），因此，可根據(jù)土壤水分測定期間的降水量和土壤水分含量變化，計算出月、生長期（4—10 月）、監(jiān)測期（3—11月）土壤水分蒸散量和生長期的土壤水分利用效率[43]。

表2 試驗前不同密植方式蘋果園的補(bǔ)灌量Table 2 Amount of supplementary irrigation of different apple orchards with different dense-planting patterns before experiment

式中：Et為土壤水分蒸散量，mm；p為降水量，mm；Is為補(bǔ)充灌溉量，mm；Δh為相鄰月份或果樹生長期（4—10 月）、監(jiān)測期（3—11 月）的土壤水分變量，mm。

式中：WUE 為水分利用效率，kg/(mm·hm2)；Y為蘋果果實產(chǎn)量，kg/hm2；Etg為果樹生長期（4—10 月）的土壤水分蒸散量，mm。

果樹產(chǎn)量：2016年蘋果采收期在監(jiān)測區(qū)隨機(jī)選擇5 棵樹，測定單株蘋果產(chǎn)量并折合為單位面積產(chǎn)量[43-44]。

為了便于分析，土壤水分圖中插入了果園最適土壤水分（田間持水量的75%）、干燥化系數(shù)（田間持水量的50%）和萎蔫系數(shù)[45-46]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，用鄧肯新復(fù)極差法檢驗不同果園之間的差異顯著性。采用t檢驗分析不同果園的土壤蒸散量與同期降水量之間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同果園不同生長期的土壤水分

由圖2 可以看出，開花坐果期到果實采前膨大期，不同果園不同土層的土壤水分均表現(xiàn)為0～100 cm 土層較高且上下振蕩，＞100～200 cm 土層居中且由淺至深快速降低，＞200～300 cm 土層則較低且由淺至深緩慢降低。不同生長期矮砧密植園0～300 cm 土層土壤水分含量較高，半矮化砧密植園居中，喬砧密植園則較低。開花坐果期不同果園不同土層的土壤水分由淺至深變化較緩和，果實采前膨大期則較劇烈。

開花坐果期不同果園0～100 cm 土層土壤水分均高于最適宜土壤水分，＞100～200 cm 土層、＞200～300 cm 土層及0～300 cm 土層土壤水分均低于最適宜土壤水分但高于干燥化土壤水分，不同果園不同土層之間無顯著差異（圖2A）。

幼果膨大期不同果園的土壤水分略低于其開花坐果期且變化規(guī)律與其開花坐果期基本相同，不同果園不同土層之間無顯著差異（圖2B）。

花芽分化期喬砧、半矮化砧和矮砧密植園＞100～200 cm土層土壤水分較其幼果膨大期分別降低了7.66%、7.04%和4.72%，其他土層則與其開花坐果期基本相同?；ㄑ糠只诎杳苤矆@0～100 cm土層、＞100～200 cm土層和0～300 cm土層的土壤水分顯著高于喬砧密植園（P＜0.05）（圖2C），但＞200～300 cm 土層則與喬砧密植園基本相同，無顯著差異。

果實采前膨大期喬砧、半矮化砧和矮砧密植園0～100 cm 土層和＞100～200 cm 土層土壤水分較其花芽分化期均有所提高，其中0～100 cm 土層分別提高了6.99%、10.01%和13.25%，但＞200～300 cm土層則分別下降了12.49%、11.66%和10.55%。果實采前膨大期矮砧、半矮化砧密植園0～200 cm 土層土壤水分回升速率高于喬砧密植園，矮砧密植園0～100 cm 土層和＞100～200 cm 土層土壤水分顯著高于喬砧密植園（P＜0.05），0～300 cm 土層極顯著高于喬砧密植園（P＜0.01），顯著高于半矮化砧密植園（P＜0.05）；半矮化砧密植園0～300 cm土層顯著高于喬砧密植園（P＜0.05）（圖2D）。

2.2 不同果園不同土層的土壤水分

由圖3 可以看出，不同果園的土壤水分均表現(xiàn)為0～100 cm土層的較高，＞100～200 cm土層的居中，＞200～300 cm土層的較低，不同果園之間存在一定的差異。

不同果園0～100 cm 土層土壤水分均在7 月初之前差異較小，7月初以后進(jìn)入雨季則差異較大，且在7 月初為最低點，9 月初為最高點。3 月初至7 月初喬砧密植園0～100 cm 土層的土壤水分略低，半矮化砧密植園居中，矮砧密植園略高，不同果園之間無顯著差異。8月初至12月初矮砧密植園各土層土壤水分極顯著高于喬砧密植園（P＜0.01），顯著高于半矮化砧密植園（P＜0.05），半矮化砧密植園顯著高于喬砧密植園（P＜0.05）；3月初至12月初矮砧密植園的平均土壤水分極顯著高于喬砧密植園（P＜0.01），半矮化砧密植園顯著高于喬砧密植園（P＜0.05）。不同果園4月初的土壤水分基本相同，主要與3月初喬砧密植園和半矮化砧密植園補(bǔ)充灌溉密切有關(guān)（圖3A）。

圖2 不同栽培模式不同生長期的果園土壤貯水量Fig.2 Soil water storage of apple orchard under different cultivation models on different growth stages

不同果園＞100～200 cm 土層土壤水分均在8月初之前差異較小，8 月初以后則較大，且在8 月初較低，9月初較高。3月初至8月初不同果園各土層土壤水分表現(xiàn)為喬砧密植園＜半矮化砧密植園＜矮砧密植園，不同果園之間無顯著差異；9月初至12月初矮砧密植園極顯著高于喬砧密植園（P＜0.01）且顯著高于半矮化砧密植園（P＜0.05），半矮化砧密植園極顯著高于喬砧密植園（P＜0.01）；3月初至12月初則表現(xiàn)為矮砧密植園顯著高于喬砧密植園（P＜0.05）。受補(bǔ)充灌溉的影響，4 月初不同果園的土壤水分基本相同（圖3B）。

不同果園＞200～300 cm 土層土壤水分變化幅度較0～100 cm土層和＞100～200 cm土層小，其中8月初至9 月初的平均值分別為131.68、137.16 和142.19 mm，為監(jiān)測期間的最低值，且喬砧、半矮化砧密植園的土壤水分低于干燥化土壤水分，矮砧密植園的則略高于干燥化土壤水分且顯著高于喬砧密植園（P＜0.05）；不同果園3月初至12月初的平均土壤水分表現(xiàn)為喬砧密植園較低，半矮化砧密植園居中，矮砧密植園較高，且矮砧密植園顯著高于喬砧密植園（P＜0.05）。補(bǔ)充灌溉對4 月初＞200～300 cm土層土壤水分無顯著影響（圖3C）。

受補(bǔ)充灌溉的影響，不同果園0～300 cm 土層土壤水分在4 月初基本相同；受降水的影響，4 月初至8 月初不同果園的土壤水分均緩慢降低，至8 月初達(dá)到最低值，8 月初至9 月初則快速上升，9 月初至12月初卻緩慢降低。3月初至8月初不同果園的平均土壤水分表現(xiàn)為喬砧密植園的略低，半矮化砧密植園的居中，矮砧密植園的略高，不同果園之間無顯著差異；9 月初至12 月初表現(xiàn)為矮砧密植園極顯著高于喬砧密植園（P＜0.01）且顯著高于半矮化砧密植園（P＜0.05），半矮化砧密植園極顯著高于喬砧密植園（P＜0.01）；3月初至12月初表現(xiàn)為矮砧密植園顯著高于喬砧密植園（P＜0.05），半矮化砧密植園略高于喬砧密植園（圖3D）。

圖3 不同栽培模式不同土層的土壤貯水量Fig.3 Soil water storage of apple orchard under different cultivation models in different soil layers

2.3 不同果園的土壤水分蒸散量

不同果園不同月份的土壤水分蒸散量均以7月的最高，其次為8月。4—5月不同果園之間的土壤水分蒸散量差異較大，其中喬砧密植園極顯著高于半矮化砧密植園和矮砧密植園（P＜0.01），半矮化砧密植園極顯著高于矮砧密植園（P＜0.01）。6—11 月，不同果園除7月的土壤蒸散量無顯著差異外，喬砧密植園均極顯著高于矮砧密植園（P＜0.01），8—10 月半矮化砧密植園顯著高于矮砧密植園（P＜0.05）。監(jiān)測期（3—11月）喬砧、半矮化砧和矮砧密植園的土壤水分蒸散量分別為649.80、603.47 和561.61 mm，生長期（4—10月）分別為602.74、559.75和519.34 mm，喬砧密植園極顯著高于矮砧密植園（P＜0.01）且顯著高于半矮化砧密植園（P＜0.05），半矮化砧密植園顯著高于矮砧密植園（P＜0.05）（表3）。

監(jiān)測期（3—11 月）矮砧、半矮化砧和喬砧密植園的土壤水分蒸散量較同期降水量分別高出4.51、46.37和92.70 mm，其中喬砧、半矮化砧密植園分別極顯著（P＜0.01）、顯著（P＜0.05）高于同期降水量，而矮砧密植園則與同期降水量無顯著差異；果樹生長期（4—10 月）較同期降水量分別高出-18.06、22.35 和65.34 mm，其中喬砧密植園極顯著高于同期降水量（P＜0.01），而半矮化砧密植園和矮砧密植園的則與同期降水量無顯著差異。而果園土壤水分蒸散量高于同期降水量，易導(dǎo)致土壤干燥化，不利于果樹健康持續(xù)生長。

表3 不同蘋果園不同月份的土壤水分蒸散量及降水量Table 3 Soil evapotranspiration and precipitation of different apple orchards in different months mm

矮砧、半矮化砧和喬砧密植園的蘋果產(chǎn)量分別為46 850、47 680和46 560 kg/hm2，水分利用效率分別為82.90、79.01和72.10 kg/(mm·hm2)，矮砧密植園和半矮化砧密植園的水分利用效率較喬砧密植園分別提高了14.98%和9.58%，分別達(dá)到極顯著（P＜0.01）和顯著（P＜0.05）差異。

3 討論

渭北旱塬為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，果園土壤水分主要受大氣降水和果樹生長的影響[7-11,47-49]。不同密植栽培模式的果園土壤水分變化規(guī)律與眾多的研究結(jié)果基本一致[7-11,14-15,43,45-52]。不同密植栽培模式0～100 cm土層和＞100～200 cm 土層的土壤水分從萌芽期至花芽分化期緩慢降低，主要是由于該階段為果樹萌芽、開花、新梢生長、幼果膨大及根系生長期，消耗了較多的土壤水分，而該階段降水量偏少，不能及時補(bǔ)充土壤中消耗掉的水分。從花芽分化期至果實采前膨大期，果園土壤水分處于上升階段，主要是由于該期7—8月降水量較大，大量降水滲入到土壤中，提高了果園土壤水分。果實采前膨大期至落葉期果園土壤水分緩慢降低，主要是由于該階段果實采前膨大、秋梢生長及秋季根系大量生長消耗了大量的土壤水分，而9月初以后，特別是9月降水偏少，土壤中消耗的水分未能得到補(bǔ)充。＞200～300 cm 土層相對較深且根系分布相對較少[53]，由于降水入滲滯后及補(bǔ)充灌溉、根系生長影響較小等，因而整個生長期土壤水分變化相對平緩且相對滯后。

矮化果樹大多是由基砧、中間砧及接穗組成的嫁接復(fù)合體，基砧、中間砧及接穗各部分相互影響、相互制約、相互適應(yīng)又相互依靠，保持著各自相對獨特的特性[17]。通常情況下，砧木（或中間砧）會影響砧木（或中間砧）與接穗接口之間的導(dǎo)水能力。矮化砧與接穗接口的導(dǎo)水阻力高于半矮化砧，半矮化砧高于喬砧，從而導(dǎo)致矮砧、半矮化砧樹體根系吸水和運輸水分的能力低于喬砧，導(dǎo)致矮砧、半矮化砧樹體地上部分的水分供給減少，蒸騰速率減小，而葉片中氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素積累相應(yīng)增多，葉片的光合能力相應(yīng)增強(qiáng)[12-13,24-27,30,54]；但也有部分研究者認(rèn)為矮化砧降低了葉片的光合能力[28-29]，提高了葉片的蒸騰速率[26-27]，主要是以上研究的蘋果樹為一、二年生幼樹，未結(jié)果，“庫”容較小，難以刺激、提高葉片的光合能力，導(dǎo)致葉片散失相對較多的水分，而本試驗的供試樹處于盛果期，“庫”容大，能夠刺激、提高葉片制造更多的營養(yǎng)物質(zhì)并相應(yīng)減少不必要的水分蒸騰，形成“庫”強(qiáng)越強(qiáng)，則“源”強(qiáng)越高的態(tài)勢[32]。矮化中間砧增加了砧-穗接口之間的導(dǎo)水阻力，減弱了葉片的蒸騰速率[12-13,24-25,30,54-56]，因而矮砧密植園消耗的土壤水分較少，而喬砧密植園則較多。果園土壤水分消耗與果樹生長量密切相關(guān)[37-38,43-46,55-56]，喬砧密植的樹體生長量大，而矮砧密植的較小，且喬砧密植的樹體在7月以后萌發(fā)的秋梢較多[6]，因而喬砧密植園的土壤水分蒸散量較高，土壤水分含量較低。由于喬砧密植園的土壤水分蒸散量高于同期降水量，所以易加速果園土壤干燥化[48-49]。矮砧密植、半矮化砧密植園的蘋果樹耗水量較小，但果實產(chǎn)量與喬砧密植園基本一致，因而矮砧密植、半矮化砧密植栽培提高了果園的土壤水分利用率。

4 結(jié)論

渭北旱塬矮砧密植蘋果園的土壤水分高于半矮化砧密植園，半矮化砧密植園高于喬砧密植園。矮砧密植園、半矮化砧密植園的水分利用效率較喬砧密植園分別提高14.98%和9.58%。喬砧密植園的土壤水分蒸散量高于同期降水量，加劇了土壤干燥化。因此，渭北旱塬應(yīng)積極推廣蘋果矮砧密植和半矮化砧密植栽培。