常宏達，呂德生，王振華，朱 艷，李海強，李詩瑩

(1. 石河子大學水利建筑工程學院，新疆 石河子 832000; 2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室，新疆 石河子 832000)

2014年至今，我國葡萄種植面積位居世界第二，產量穩(wěn)據世界第一[1]。新疆作為我國最大的葡萄種植區(qū)，占全國種植面積的19%，總產量的24%。吐哈地區(qū)光熱資源豐富，晝夜溫差大，占新疆葡萄種植面積的28.4%，總產量的40%[2]，是我國著名的葡萄生產基地[1]。水肥利用效率低下一直是制約新疆農業(yè)發(fā)展的重要原因。自1974年我國引入滴灌技術，我國滴灌技術理論的發(fā)展有巨大的提高，滴灌技術體系也在不斷完善[3]。滴灌技術在節(jié)水的同時，將水分均勻地施加在作物根系周圍，為作物提供充足的水分與肥料。因此，新疆滴灌葡萄的種植模式，使得葡萄種植在節(jié)水的同時獲得增產的效果[4]。

無機肥中含有大量作物生長發(fā)育必須的營養(yǎng)元素，能有效提高作物產量[5]，但20世紀80年代至今，我國無機肥使用量增加325.8%，而耕地面積僅增加53.0%[2]。過度使用無機肥造成的水污染、土壤板結以及土壤酸化等現(xiàn)象日益嚴重[6]。有機肥中富含大量有機質，能防止土壤被侵蝕，改良土壤結構，保持土壤溫度，增大土壤微生物和酶的活性，降解重金屬含量[7]，除了必要的氮磷鉀元素外，還富含各種微量元素[8]，對于作物的生長發(fā)育、高產優(yōu)質有良好的效果。但同時，有機肥也存在著養(yǎng)分含量較低，肥效發(fā)揮較慢，必須大量施加的缺陷[9]。因此，結合無機肥高效性和有機肥長效性[10-11]，確定合理配比施用有機肥和無機肥是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展研究熱點。

2019年新疆無機肥使用量高達254萬噸，而有機肥僅有59萬噸[2]，一是無機肥施用方便，耗費人力較少，二是缺乏合理的灌溉施肥制度，無法合理施用有機肥。國內對有機肥配施的研究雖多，但針對其對吐哈盆地無核白葡萄生長發(fā)育及產量品質的影響鮮有研究，極端干旱地區(qū)有機肥使用效果尚不明確。因此本研究以提高新疆吐哈盆地滴灌葡萄的水肥利用效率為目標，通過水肥雙因素耦合試驗探究適合于吐哈盆地葡萄的有機無機配施比例，旨在為建立高效高產的水肥灌溉制度、促進地區(qū)社會經濟的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年4月至2020年10月在新疆生產建設兵團第十三師哈密墾區(qū)灌溉試驗站(北緯42°41′57″，東經93°37′22″)進行。試驗區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)的最東端，全年干燥少雨，晝夜溫差大，年平均氣溫9.8℃，年平均降水量僅33.8 mm，年蒸發(fā)量高達3 300 mm，年均日照時間3 358 h，全年太陽總輻射量6 397.35 MJ·m-2，≥10℃積溫4 058.3℃，無霜期182 d，年平均風速2.3～4.9 m·s-1，盛行偏東風。地下水埋深大于8.0 m，灌溉水源采用地下井水。試驗地各小區(qū)長46.0 m，寬7 m，株距1 m，行間距5 m，滴灌帶鋪設模式為一行三管。

哈密地處新疆東北部，屬極端干旱地區(qū)，2020年全生育期總降水量僅16.1 mm，主要集中在6—8月，故作物生長發(fā)育主要依靠灌溉水。由圖1可知，在全生育期，無核白葡萄的參考作物蒸發(fā)蒸騰量表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢。而在全生育期動態(tài)變化過程中，參考作物蒸發(fā)蒸騰量在生育期前有較多的峰值，主要在5月10日—7月20日，這是由于當地在4月10日—7月15日間有較多的大風天氣，峰值的出現(xiàn)并無明顯規(guī)律。且4月20日至8月20日間，當地氣溫有明顯的上升，平均氣溫為26.43℃，日平均氣溫最高達到32.06℃。

圖1 試驗地溫度、風速及降雨量Fig.1 Temperature, wind speed and rainfall in the test area

1.2 試驗設計

以新疆生產建設兵團第十三師哈密墾區(qū)灌溉試驗站內17 a(2003年定植)成齡無核白葡萄樹為試驗材料，試驗設置630、675、720 mm和765 mm 4個灌水水平。依照等氮替換原則，以100%CF為對照(CK)，設置3種有機化肥(OF)和無機化肥(CF)配施方案：F1(70%OF+30%CF)、F2(50%OF+50%CF)、F3(30%OF+70%CF)。試驗采用完全組合設計，共16個小區(qū)。有機肥選用當地常用水溶性有機肥黃腐酸鉀(其中N=2.32%，P2O5=1.10%，K2O=0.97%，由于磷鉀含量過低，故不納入計算，由無機肥補齊)；無機肥分別選用尿素(N=46.4%)、硫酸鉀(K2O=57%)、磷酸氫二銨(P2O5=60.5%)，各無機肥以N∶K2O∶P2O5為2∶1∶2比例施加。灌水及施肥設計方案見表1。全生育期共計灌水20次，施肥10次，共計163 d，具體施肥時間見表2。

表1 各處理灌水和施肥情況Table 1 Water and fertilization of different treatments

表2 灌水及施肥時間Table2 Irrigation and fertilization time design

每次灌水前后，在距葡萄根部20 cm處選取3個樣方，使用土鉆采集0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、60～70、70～80 cm土層土壤樣品，使用烘干法測定土壤含水率。在漿果成熟期末，每個處理隨機選取5棵植株進行產量測定，同時采取葡萄鮮樣進行品質測定。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葡萄產量與品質 在漿果成熟期末，每個小區(qū)隨機選定5棵葡萄樹進行采摘稱重，取平均值；每棵隨機選取10串葡萄稱重，取平均值；從每串葡萄上、中、下3個部位摘取果實，共計100顆，稱重后取平均值。

可溶性固形物含量采用日本ATAGO公司生產的手持數顯折射儀PAL-1測定[12]；可滴定酸含量采用酸堿滴定法測定[13]；Vc含量采用分光光度法測定[14]；還原性糖含量采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定[15]。

1.3.2 灌溉水分利用效率 灌溉水分利用效率(IWUE，kg·m-3)的計算公式[16]：

IWUE=Y/I

(1)

式中，Y為各處理無核白葡萄產量(kg·hm-3)，I為各處理全生育期灌水量(m3·hm-2)。

1.3.3 作物耗水量 作物耗水量(ET, mm)的計算公式[17]：

ET=P+I+U-D-R-ΔW

(2)

式中，ET為作物生育期內的耗水量(mm)，P為有效降水量(mm)，U為地下水補給量(mm)，D為地下滲漏量(mm)，R為地表徑流量(mm)，ΔW為0～80 cm土層含水量的變化(mm)。

1.4 數據處理

使用Microsoft Excel 2017進行數據統(tǒng)計，SPSS 22.0進行方差分析，Origin 2017進行數據繪圖。

2 結果與分析

2.1 滴灌量與有機無機肥配施對灌溉水分利用效率(IWUE)及作物耗水量(ET)的影響

由表3可以看出，灌水因素(W)、施肥因素(F)及水肥耦合(W×F)均對葡萄IWUE的影響達到極顯著水平(P<0.01)。在同一施肥水平下，隨著灌水水平的增大，IWUE呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律，在W3灌水水平下達到最大，分別比W1、W2和W4灌水水平提高5.81%～23.78%、1.51%～6.58%及3.87%～11.13%(圖2)。在W2、W3和W4灌水水平下，相比CK施肥水平，配施有機肥處理IWUE提高8.34%～26.37%，且F2處理與F1、F3和CK施肥水平間均有顯著差異(P<0.05)。而在W1灌水水平下，F(xiàn)1、F3和CK施肥水平間無顯著差異(P>0.05)。

表3 滴灌量與有機無機肥配施對灌溉水分利用效率(IWUE)的雙因素方差分析(F值檢驗)Table 3 Two-factor analysis of variance for IWUE of irrigation amount and organic-inorganic fertilizer application (F value test)

注：不同字母表示同一灌水水平下施肥處理間差異顯著(P<0.05)。Note: Different letters in the same irrigation level indicate significant different (P<0.05) among fertilization treatments.圖2 滴灌量與有機無機肥配施對葡萄灌溉水利用效率的影響Fig.2 Effect of irrigation amount and organic-inorganic fertilizer application on the grape irrigation water use efficiency

灌水因素對葡萄各生育期耗水量及總耗水量影響均達到極顯著水平(P<0.01)，而施肥因素對萌芽期無顯著性影響(表4)。隨著生育期的推進，葡萄ET呈現(xiàn)先增大后減小、再增大再減小的趨勢，并在漿果生長期達到最大值。在同一施肥水平下，同一生育期內，隨著灌水量的增加，ET逐漸增加。以漿果生長期為例，W4的ET分別比W1、W2和W3提高13.84%～18.69%，3.52%～6.01%和1.58%～2.97%。在同一灌水水平下，同一生育期內，隨著有機肥含量的增加，ET逐漸增大。同樣以漿果生長期為例，與CK相比，F(xiàn)1、F2和F3的ET分別提高6.98%～10.02%，2.20%～8.09%和1.11%～3.82%。

表4 滴灌量與有機無機肥配施對不同生育期滴灌葡萄耗水量(ET)的影響/mmTable 4 Effect of irrigation amount and organic-inorganic fertilizer application on water consumption of grape at different growth stages

2.2 滴灌量與有機無機肥配施對葡萄產量的影響

由表5可見，灌水因素(W)、施肥因素(F)及水肥耦合(W×F)均對葡萄產量的影響達到極顯著水平(P<0.01)。在同一施肥水平下，隨著灌水水平的增大，葡萄總產量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在W3灌水水平下達到最大，分別比W1、W2和W4灌水水平提高20.93%～41.48%、8.28%～13.69%及0.26%～4.60%。在同一灌水水平下，相比單施無機肥，有機肥和無機肥3種配施分別提高10.16%～16.25%、6.71%～26.38%及8.33%～13.75%。

灌水和施肥因素對葡萄單串重和百粒重的影響見表5。灌水因素、施肥因素及水肥耦合均對葡萄單串重和百粒重的影響均達到極顯著水平(P<0.01)。葡萄單串重和百粒重均在W3F2處理達到最大，W1CK處理均最低。在同一施肥水平下，隨著灌水水平的增大，葡萄單串重呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在W3灌水水平下達到最大，分別比W1、W2和W4灌水水平提高23.43%～37.71%、13.23%～15.01%及0.35%～0.48%；葡萄百粒重呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在W3灌水水平下達到最大，分別比W1、W2和W4灌水水平提高90.07%～142.94%、29.46%～60.97%及1.13%～21.47%。在同一灌水水平下，葡萄單串重和百粒重，F(xiàn)1、F2和F3施肥水平相比單施CK施肥水平分別提高11.44%～25.45%和18.36%～44.78%，20.31%～33.39%和15.60%～47.76%，4.69%～18.18%和13.47%～42.91%。

表5 滴灌量與有機無機肥配施對葡萄產量的影響Table 5 Effect of irrigation amount and organic-inorganic fertilizer application on the grape yield

2.3 滴灌量與有機無機肥配施對葡萄品質的影響

灌水因素對可溶性固形物、可滴定酸和維生素C含量的影響均達到顯著水平(P<0.05)，施肥因素對可溶性固形物含量的影響達到顯著水平(P<0.05，表6)。W4F2處理葡萄可溶性固形物和維生素C含量最高；W4CK處理葡萄可滴定酸含量最高；W3F2處理葡萄還原性糖含量最高。W1CK處理葡萄可溶性固形物、維生素C和還原性糖含量均最低；W1F2處理葡萄可滴定酸含量最低。

表6 滴灌量與有機無機肥配施對葡萄品質的影響Table 6 Effect of irrigation amount and organic-inorganic fertilizer application on the grape quality

在同一施肥水平下，葡萄可溶性固形物、可滴定酸和維生素C呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，W4達到最大含量，分別比W1、W2和W3增加14.96%～20.27%、12.34%～26.92%和15.86%～41.71%，9.05%～18.00%、0.62%～11.76%和3.73%～23.69%，3.18%～7.77%、1.69%～2.87%和0.11%～4.89%；葡萄還原性糖含量隨著灌溉水平的增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。在W3灌水水平可溶性固形物含量達到最大，分別比W1、W2和W4灌水水平提高15.52%～23.67%、0.57%～13.86%及0.08%～1.58%。

在同一灌水水平下，相比單施無機肥，F(xiàn)1、F2和F3施肥水平可溶性固形物、維生素C和還原性糖含量分別提高2.25%～8.72%、3.21%～21.58%和20.49%～32.94%，4.49%～27.80%、18.88%～25.95%和28.57%～40.59%，10.48%～18.34%、11.06%～18.11%和15.53%～28.41%；可滴定酸含量分別降低1.24%～8.84%、2.90%～22.96%及1.69%～12.19%。

3 討 論

在新疆蒸發(fā)量大且少雨的氣候條件下，葡萄作為高耗水作物，IWUE的測定對于研究葡萄水肥調控的效果有著重要意義[16,18-19]。本試驗得出，從灌水角度，隨著灌溉水平增大，葡萄IWUE表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，過高的灌水導致其降低。從施肥角度，相比CK施肥水平，有機肥和無機肥3種施肥水平均能顯著提高葡萄的IWUE；其中F2施肥水平比F1和F3施肥水平分別提高8.11%～11.33%和7.19%～14.68%。這與劉星等[20]研究結果不同?？赡苁怯捎谛陆貐^(qū)降雨稀少，蒸發(fā)量大，且試驗區(qū)域土壤以沙壤土為主，導致低灌水水平下灌溉水被植物利用較少，IWUE較低。

作物耗水規(guī)律是地區(qū)水利資源規(guī)劃、灌排工程規(guī)劃及設計和農田灌排工程運行管理的基本依據, 在地區(qū)農業(yè)生產實踐中占據重要地位[21]。本研究結果表明，葡萄ET在漿果生長期達到最大，在花期達到最小。這與侯裕生等[21]的研究結果相同。這是由于漿果生長期是葡萄發(fā)育結果的最關鍵時期，需要大量的水分和養(yǎng)分。而在同一灌水水平下，葡萄ET隨著有機肥配施比例的增多而逐漸增大。這可能是因為有機肥能夠改善土壤結構，改善土壤透氣性，增加了土壤水分蒸發(fā)[22―24]，使得作物生育期耗水量(ET)增大。而由于試驗站土壤以沙壤土為主，本身土壤透氣性較好，所以ET變化較小。

現(xiàn)代化的灌溉制度，要求適量的水分和合理的肥料配比及配施[12,25-26]。本試驗中，從灌水角度，隨著灌水量的增大，無核白葡萄產量、單串重及百粒重均表現(xiàn)出先增大后降低的趨勢，而過多的灌水不利于葡萄產量的提高。這可能是由于過多的灌水抑制作物生長，延長成熟進程。從施肥角度，F(xiàn)1、F2和F3施肥水平總產量、單串重和百粒重均顯著高于CK施肥水平，表現(xiàn)為F2>F1>F3>CK。分析原因可能是有機肥和無機肥的配施中，大量的有機質減少氮肥的固定，使得氮肥隨水的質流運動效率更高，更容易被吸收，提高了養(yǎng)分的利用率[27-28]；滴灌模式將水分集中在植物周圍，為植物根系提供良好的水分環(huán)境，促使根系發(fā)育，進而促進植物生長發(fā)育[29]。而過多的有機肥反而抑制土壤中有效養(yǎng)分的作用，使其作用較慢，從而對作物的吸收產生一定抑制效果，導致產量降低。

葡萄品質是衡量作物營養(yǎng)、確定其經濟價值的重要指標[30-32]，合理的灌溉制度在影響葡萄生長的同時，也能顯著提高葡萄各項品質指標，達到營養(yǎng)價值和經濟價值的提高[33-34]。本研究表明，從灌溉角度，隨著灌水水平的增加，可溶性固形物、可滴定酸和維生素C含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，而還原性糖表現(xiàn)為先增大后減小。這可能是由于過高的灌水對還原性糖有一定的稀釋作用，從而導致葡萄品質下降[35]。施用有機肥能夠顯著提高葡萄品質[36]，而配施有機肥不僅能夠影響作物產量構成要素，提升作物質量[37]，還能提高作物品質。本試驗表明，從施肥角度而言，F(xiàn)2施肥水平的可溶性固形物含量比F1和F3施肥水平分別提高11.14%～17.42%和3.62%～10.81%，還原性糖含量比F1和F3施肥水平分別提高4.56%～7.11%及7.23%～18.31%，維生素C含量比F1和F3施肥水平分別提高1.24%～7.51%及5.38%～8.19%。這和左達等[37]研究類似，說明合理的有機肥和無機肥配施改善了土壤環(huán)境，提高養(yǎng)分吸收利用[38]，保障植株生理功能的正常運轉，對葡萄品質有一定的提高。

4 結 論

本試驗研究了不同灌水量和有機無機肥配施對極端干旱區(qū)無核白葡萄的產量、灌溉水分利用效率、耗水量及品質的影響，得出以下結論：

1)隨著灌水量的增大，灌溉水分利用效率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；不同配比有機肥中，F(xiàn)2處理的灌溉水分利用效率比F1、F3分別提高9.74%和10.38%。不同生育期內葡萄耗水量表現(xiàn)為先增后減再增再減的趨勢，其中漿果生長期是葡萄需水最大的生育期。隨著灌水量的增大，ET表現(xiàn)為逐漸增大；隨著有機肥配比比例的增大，ET逐漸增大。

2)無核白葡萄產量和還原性糖隨灌水水平的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，可溶性固形物、可滴定酸和維生素C呈現(xiàn)逐漸增大的規(guī)律；有機肥和無機肥配比3種施肥水平較單施無機肥施肥水平均可增加葡萄產量、可溶性固形物、維生素C和還原性糖含量，但降低了可滴定酸含量。

3)綜合考慮作物產量、灌溉水分利用效率、作物耗水量及品質，研究認為W3F2處理，灌溉定額720 mm，有機肥50%+無機肥50%(N 150 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2，KCl 300 kg·hm-2)是適合吐哈盆地滴灌無核白葡萄的灌溉施肥制度。