滴灌条件下水肥耦合对苹果幼树生长与生理特性的影响

　　摘要：为探明半干旱区苹果树科学合理的灌溉和施肥制度，进行了滴灌条件下北方半干旱地区水肥耦合效应对苹果树生长与生理特性影响的试验，灌水设4个水平，施肥设3个水平，其中灌水处理为田间持水率的75%~90%(W1)、65%~80%(W2)、55%~70%(W3)和45%~60%(W4)，施肥处理为N、P2O5、K2O与风干土质量比分别为0.9、0.3、0.3g/kg(F1)、0.6、0.3、0.3g/kg(F2)和0.3、0.3、0.3g/kg(F3)。结果表明：不同水肥耦合处理下苹果幼树各生育期植株生长量、叶面积和干物质量最大值均出现在F1W2处理，最小值均出现在F3W4处理，植株生长量和叶面积在萌芽开花期、新梢生长期、坐果膨大期和成熟期较F1W1处理分别增加了6.9%、6.2%、11.0%、2.7%和9.3%、5.8%、5.0%、3.3%，生长指标一定程度上可以反映作物的生理特性。随着苹果幼树的生长，不同水肥耦合处理对苹果幼树叶片SPAD的影响越来越大，苹果幼树全生育期耗水量随灌水量和施肥量的增加呈递增的趋势，在F1W2处理下水分生产率均达到最大值(2.43kg/m3)，且与F1W1处理相比增加了14.6%，耗水量却减少了12.2%。苹果幼树净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的最大值均出现在F1W1处理，F1W2处理与其相比分别降低了4.2%、9.7%和4.2%，但水分利用效率提高了5.9%，最大值也出现在F1W2处理。综上，F1W2水肥处理为最佳的水肥耦合模式，是最佳的灌溉和施肥制度。

　　关键词：苹果;滴灌;水肥耦合;生长特性;生理特性

　　引言我国水资源十分紧缺，人均水资源量仅有2100m3，仅为世界人均水平的28%，农业灌溉用水效率为0.548，灌水利用效率低也是导致水资源紧缺的主要原因之一[1]。目前在大田生产中，化肥利用率平均仅为30%，化肥在实际生产中损失非常严重[2]。

　　农作物论文范例： 农村劳动力转移对苹果生产效率的影响研究

　　造成我国水肥利用率低的主要原因包括过量灌溉和过量施肥，众所周知，以水促肥，以肥调水，两者相辅相成，合理的灌溉和施肥制度是获得作物高产、高效的必由之路。滴灌是节水灌溉主要技术之一，滴灌和施肥一体化条件下水分与肥料对作物的生长发育是相互的，而同一作物在不同的水肥供应条件下生长情况又大不相同，水肥之间存在一定的耦合效应[3-5]。

　　水肥耦合效应的核心是强调影响作物生长的水、肥两大因素之间的有机联系，利用二者之间的耦合效应进行水肥及作物的综合管理，提高作物的生产力和水肥利用效率。近些年国内外学者对水肥耦合效应进行了一些研究，但主要集中在小麦、玉米、番茄和黄瓜等粮食或蔬菜作物上[6-11]，而水肥耦合效应对果树的影响研究报道较少。因此探讨滴灌条件下北方半干旱地区水肥耦合效应对苹果树生长和生理特性的影响，寻求科学合理的灌溉和施肥制度，以保障北方半干旱地区果树产业健康发展。

　　1材料与方法

　　1.1试验地概况

　　试验于2019年3—10月在河南省洛阳市河南科技大学农业工程实验中心田间试验大棚内进行(北纬34°66′，东经112°37′)，该区域属于半湿润半干旱地区，海拔172m，年平均气温12~15℃，年平均降水量为600mm左右，降雨多集中在7、8、9月，年平均蒸发量为1200mm，无霜期为218d，年平均日照时数为2291.6h。

　　试验采用桶栽方式，供试土壤为褐土，每桶装土30kg(土壤自然干燥后磨细过5mm筛)，装土容重1.31g/cm³，土壤理化性质为：硝态氮质量比为16.4mg/kg，铵态氮质量比为8.3mg/kg，有效磷质量比为13.2mg/kg，速效钾质量比为198mg/kg，pH值8.03，田间持水率为24.1%(质量含水率)。供试果树为4年生红富士苹果树(基砧为黄海棠)，苹果幼树于2019年3月20日开始水肥处理。

　　1.2试验设计

　　试验采用滴灌方式进行，设灌水和施肥2因素，其中灌水设4个水平，施肥设3个水平，试验进行完全组合设计，共12个处理，3次重复，选取36株长势和大小均一的桶载苹果树。氮、磷、钾肥分别为尿素、磷酸氢二铵和硫酸钾，肥料一次性随水施入。采用称重法和取土烘干法控制其土壤水分含量。

　　1.3测定项目及方法

　　1.3.1植株生长量和叶面积测定

　　用卷尺直接测定苹果树植株高度，从基砧部开始至树体最高点，每个生育期最后一天测定一次，两次测定的差值即为该生育期的植株生长量(cm)。各生育期为：萌芽开花期(3月20日—4月18日)、新稍生长期(4月19日—5月18日)、坐果膨大期(5月19日—6月17日)、成熟期(6月18日—7月17日)。单片叶面积采用手持叶面积仪(LI-3000C型，LI-COR，美国)，每个生育期最后一天测定，测定时随机选取树体不同方位的10片叶子取平均值，单片叶面积乘以叶片总数即为植株叶面积(m2/株)。

　　1.3.2干物质量测定及耗水量和水分生产率计算

　　将苹果树整株放入105℃的干燥箱内杀青后干燥至质量恒定，百分之一天平测定其干物质量。作物耗水量计算式为[12]ET=P+U+I−D−R−Δ(1)式中—作物耗水量—降水量—地下水补给量—灌水量—径流量—深层渗漏量Δ—生育期土壤水分变化量由于采用大棚及桶载种植，故、、和均忽略不计，式(1)简化为ET=I−ΔW(2)作物水分生产率(kg/m3)表示为作物单位水量消耗所能获得的产量，反映了作物产出量与其耗用水量间的关系，可定义为[13-14]WP=/(3)式中WP—水分生产率—干物质量。

　　1.3.3叶绿素

　　SPAD值和光合特性测定及水分利用效率计算采用便携式叶绿素仪(SPAD-502型，KniocaMinolta,日本)测定叶绿素SPAD值，测定时每株随机选取10片苹果叶取平均值。光合特性的测定采用光合测定仪(LI-6400型，LI-COR，美国)，在苹果需水关键的坐果膨大期(6月10日)上午10:00测定，每个处理选取5片叶子取平均值。测定指标包括：光合速率、蒸腾速率和气孔导度。叶片瞬时水分利用效率(UE,μmol/mol-1)计算公式为UE=/(4)

　　1.4数据处理

　　采用Excel2016对数据进行整理和作图，采用SPSSStatistics19.0统计软件进行方差分析和显著性检验。

　　2结果与分析

　　2.1水肥耦合对苹果幼树不同生育期植株生长量的影响

　　水肥处理对苹果幼树不同生育期植株生长量的影响，其中不同灌水处理对苹果幼树成熟期植株生长量产生了显著影响(<0.05)，对其他生育期均产生了极显著的影响(<0.01);不同施肥处理对苹果幼树各生育期植株生长量均产生了显著影响(<0.05);水肥交互作用对苹果幼树萌芽开花期和成熟期植株生长量产生了极显著影响(<0.01)，对新梢生长期产生了显著影响(<0.05)，对坐果膨大期影响不显著;灌水、施肥处理以及水肥交互作用对苹果幼树全生育期植株生长量均产生了极显著影响(<0.01)。

　　灌水量相同时，苹果幼树植株生长量随施肥量的增加而增加，由大到小依次为F1、F2、F3;施肥量相同时，在F1和F2施肥处理下，苹果幼树植株生长量由大到小依次为W2、W1、W3、W4，在F3施肥处理下，苹果幼树植株生长量由大到小依次为W1、W2、W3、W4，这说明在施肥量达到一定条件时，轻度的水分亏缺处理反而更有利于苹果幼树植株的生长，但在低肥条件下植株生长量依旧表现为随灌水量的增加而增加。

　　不同水肥处理下苹果幼树各生育期植株生长量最大值均出现在F1W2处理，萌芽开花期、新梢生长期、坐果膨大期、成熟期分别为10.9、15.4、13.1、7.6cm，较高水高肥的F1W1处理分别增加了6.9%、6.2%、11.0%、2.7%，最小值均出现在F3W4处理，分别为5.1、10.1、6.4、3.8cm，最大最小差值分别为5.8、5.3、6.7、3.8cm，由大到小依次为坐果膨大期、萌芽开花期、新梢生长期、成熟期，这说明不同水肥处理对苹果幼树坐果膨大期和萌芽开花期植株生长量影响最大，也说明了苹果幼树坐果膨大期和萌芽开花期较其他生育期需水需肥敏感。

　　在F1、F2和F3条件下，各灌水处理苹果幼树全生育期植株生长总量分别为165.1、149.5、127.8cm，F2和F3分别比F1减少了9.4%和22.6%;在W1、W2、W3和W4条件下，各施肥处理苹果幼树全生育期植株生长总量分别为120.3、123.7、106.7、91.7cm，W2和W1处理差异不大，比W1处理增加了2.8%，W3和W4处理分别比W1处理减少了11.3%和23.8%。

　　2.2水肥耦合对苹果幼树不同生育期叶面积的影响

　　水肥处理对苹果幼树不同生育期叶面积的影响，其中不同灌水处理对苹果幼树各生育期(萌芽开花期、新梢生长期、坐果膨大期、成熟期)叶面积均产生了极显著影响(<0.01);不同施肥处理对苹果幼树萌芽开花期和坐果膨大期叶面积产生了显著影响(<0.05)，对新梢生长期叶面积产生了极显著影响(<0.01)，对成熟期叶面积影响不显著;水肥交互作用对苹果幼树萌芽开花期和坐果膨大期叶面积产生了极显著影响(<0.01)，对其他生育期叶面积影响不显著。

　　灌水量相同时，苹果幼树叶面积随施肥量的增加而增加，由大到小依次为F1、F2、F3;施肥量相同时，在F1和F2施肥处理下，苹果幼树叶面积由大到小依次为W2、W1、W3、W4，在F3施肥处理下，苹果幼树植株生长量由大到小依次为W1、W2、W3、W4，这说明在施肥量达到一定条件时，轻度的水分亏缺处理反而更有利于苹果幼树叶片的生长，但在低肥条件下叶面积依旧表现为随灌水量的增加而增加。

　　不同水肥处理下苹果幼树各生育期叶面积最大值均出现在F1W2处理，萌芽开花期、新梢生长期、坐果膨大期、成熟期分别为1.29、1.81、2.11、2.19m2/株，较高水高肥的F1W1处理分别增加了9.3%、5.8%、5.0%、3.3%，由大到小依次为萌芽开花期、新梢生长期、坐果膨大期、成熟期，这说明轻度的水分亏缺处理有利于苹果幼树叶片的生长但随着苹果幼树的生长高水高肥的F1W1处理与F1W2处理间的差异越来越小;最小值均出现在F3W4处理，分别为0.7、1.03、1.23、1.33m2/株，最大最小差值分别为0.59、0.78、0.88、0.86m2/株，由大到小依次为坐果膨大期、成熟期、萌芽开花期、新梢生长期，这说明水肥处理对苹果幼树叶面积的影响在生育前期和中期越来越大，但在生育后期(成熟期)趋于稳定。

　　在F1、F2和F3条件下，各灌水处理苹果幼树全生育期叶面积增长总量分别为7.66、6.95、6.39m2，F2和F3分别比F1减少了9.3%和16.6%;在W1、W2、W3和W4条件下，各施肥处理苹果幼树全生育期叶面积增长总量分别为5.92、5.86、4.94、4.28m2，W1和W2处理差异不大，W2、W3、W4处理分别比W1处理减少了1.0%、16.6%、27.7%。

　　2.3水肥耦合对苹果幼树不同时期叶绿素含量的影响

　　水肥处理对苹果幼树不同时期叶绿素含量(SPAD)的影响，其中4月3日和4月18日为萌芽开花期，5月3日和5月18日为新梢生长期，6月2日和6月17日为坐果膨大期，7月2日和7月17日为成熟期。

　　不同灌水处理对苹果幼树新梢生长期SPAD产生了显著影响(<0.05)，对坐果膨大期和成熟期产生了极显著影响(<0.01);不同施肥处理对苹果幼树新稍生长期和坐果膨大期SPAD产生了显著影响(<0.05)，对成熟期产生了极显著影响(<0.01);水肥交互作用对对苹果幼树新梢生长期SPAD产生了显著影响(<0.05)，对坐果膨大期和成熟期产生了极显著影响(<0.01);灌水、施肥和水肥交互作用对苹果幼树萌芽开花期SPAD影响均不显著。

　　苹果幼树SPAD随生育期不断增加，在萌芽开花期和新梢生长期急剧增加，随后在坐果膨大期和成熟期增加逐步趋于平缓。灌水量相同时，苹果幼树在新稍生长期、坐果膨大期和成熟期SPAD随施肥量的增加而增加，由大到小依次为F1、F2、F3;施肥量相同时，在F1和F2施肥处理下，新稍生长期SPAD由大到小依次为W2、W1、W3、W4，在F3施肥处理下由大到小依次为W1、W2、W3、W4，在坐果膨大期和成熟期各施肥处理SPAD由大到小依次为W1、W2、W3、W4。

　　不同水肥处理下苹果幼树新梢生长期SPAD最大值(57.5)出现在F1W2处理，坐果膨大期和成熟期SPAD最大值均出现在F1W1处理，分别为64.4和68.1;新梢生长期、坐果膨大期和成熟期SPAD最小值均出现在F3W4处理，分别为50.6、55.9和58，与最大值的差值由大到小依次为成熟期、坐果膨大期、新梢生长期，这说明随着苹果幼树的生长，不同水肥处理对苹果幼树叶片SPAD的影响越来越大。

　　2.4水肥耦合对苹果幼树全生育期干物质量和水分生产率的影响

　　水肥处理对苹果幼树全生育期干物质量、耗水量和水分生产率的影响，灌水对苹果全生育期干物质量、耗水量和水分生产率产生了极显著影响(<0.01)，施肥对苹果全生育期干物质量、耗水量产生了显著影响(<0.05)，对水分生产率影响不显著;水肥交互对苹果全生育期干物质量产生了显著影响(<0.05)，对耗水量和水分生产率影响不显著。

　　3讨论

　　灌水量和施肥量是影响作物生长发育的两个关键因素[15]，合理的灌溉和施肥制度可以促进作物的健康生长[16-17]。前人研究表明，一定程度上增加灌水量和减少施肥量可以促进辣椒植株的生长量和干物质量[18];灌水和施肥有明显的交互作用，灌水量和施氮量控制在一定区间可以提高玉米的株高、叶面积和产量[19];在不同灌水处理下，增加施氮量均能够显著增加水稻株高和叶片SPAD，高的施肥量能够一定程度弥补灌水量减少对植株生长的影响[20];水肥耦合条件下，小粒咖啡苗木的株高、叶面积和干物质量均随灌水量和施肥量的增加而增加[21]。

　　本研究表明，灌水量相同时，苹果幼树植株生长量、叶面积、SPAD和干物质量均随施肥量的增加而增加，由大到小依次为F1、F2、F3;施肥量相同时，在F1和F2施肥处理下，苹果幼树植株生长量、叶面积、SPAD和干物质量由大到小依次为W2、W1、W3、W4，在F3施肥处理下，由大到小依次为W1、W2、W3、W4，这说明在施肥量达到一定条件时，轻度的水分亏缺处理反而更有利于苹果幼树植株的生长和生物量的积累，但在低肥条件下植株生长量、叶面积、SPAD和干物质量依旧表现为随灌水量的增加而增加，这与前人在水肥耦合条件下对两年生苹果幼树的研究结果并不一致[22]。

　　作物水分生产率反映了作物产出量与其耗用水量间的关系[23]，作物耗水量和灌水量密切相关，施肥量一定程度也会影响作物的耗水量。前人研究表明，不同水肥条件下温室黄瓜全生育期耗水量随灌水量的增加而增加，生育后期随着灌溉量的增加黄瓜耗水量逐渐趋于平稳[24];灌水量在一定条件下，施氮量超过300kg/hm2不仅不能增加番茄产量，而且降低了番茄水分生产率[25];不同水氮耦合条件下灌水量和施肥量对黄金梨水分生产率影响显著，水分生产率随施肥量的增加而增加，随灌水量的增加呈现“U”形变化[26]。

　　本研究表明，苹果幼树全生育期耗水量随灌水量和施肥量的增加呈递增的趋势，在F1施肥处理下，苹果全生育期水分生产率由大到小依次为W2、W3、W4、W1;在F2施肥处理下，由大到小依次为W3、W2、W4、W1;在F3施肥处理下，由大到小依次为W3、W4、W2、W1，这说明苹果幼树在充分供水时水分生产率反而最小。作物光合、蒸腾和呼吸作用是其重要的生理特性，水分和肥料在此过程中起着非常重要的作用[22]。

　　前人研究表明，不同水肥条件下红枣净光合速率与蒸腾速率、气孔导度之间密切相关，过高或过低的灌水量均不利于红枣光合作用和生长发育，较低的施肥量可以促进其生长[27];水肥耦合条件下增加灌水量一定程度上可以提高小粒咖啡苗木的水分利用效率，高水中肥耦合能够促进其生长和增加水分利用效率[21];灌水量和施肥量均对沙土马铃薯水分利用效率有显著影响[28]。

　　本研究表明，灌水量相同时，苹果幼树净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率基本上随施肥量的增加而增加由大到小依次为F1、F2、F3;施肥量相同时，苹果幼树净光合速率、蒸腾速率和气孔导度随灌水量的增加而增加，由大到小依次为W1、W2、W3、W4，而水分利用效率在F1和F2施肥处理下，由大到小依次为W2、W1、W3、W4，在F3施肥处理下，由大到小依次为W1、W2、W3、W4，这说明施肥量达到一定条件时，轻度的水分亏缺处理更有利于提高苹果幼树叶片的瞬时水分利用效率。作物生长量、叶面积和干物质量是反映植物生理生化的指标，对于深入研究光合效率、蒸腾速率和逆境胁迫等生理指标有重要意义[29]。

　　前人研究表明，苹果幼树植物生长量、叶面积分别与净光合速率、蒸腾速率和气孔导度呈现较好的直线线性关系[30]。本研究表明，苹果幼树植株生长量和叶面积与净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、生育期耗水量以及水分利用效率间具有较好的直线线性关系，苹果幼树干物质量与植株生长量、叶面积、SPAD、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、生育期耗水量以及水分利用效率间也具有较好的直线线性关系，这说明不同水肥处理条件下苹果幼树植株的生长、叶面积和干物质量与这些指标密切相关，生长指标一定程度上可以反映作物的生理特性。

　　4结论

　　(1)苹果幼树植株生长量、叶面积和干物质量随施肥量的增加而增加，轻度的水分亏缺处理反而更有利于苹果幼树植株的生长和生物量的积累，不同水肥处理下苹果幼树各生育期植株生长量、叶面积和干物质量最大值均出现在F1W2处理，最小值均出现在F3W4处理。植株生长量和叶面积在萌芽开花期、新梢生长期、坐果膨大期、成熟期较高水高肥的F1W1处理分别增加了6.9%、6.2%、11.0%、2.7%和9.3%、5.8%、5.0%、3.3%。全生育期干物质量最大值为543.27g/株，与F1W1处理相比仅增加了0.8%。

　　(2)灌水、施肥和水肥交互作用对苹果幼树萌芽开花期SPAD影响均不显著，不同水肥处理下苹果幼树新梢生长期SPAD最大值出现在F1W2处理，坐果膨大期和成熟期SPAD最大值均出现在F1W1处理，最小值均出现在F3W4处理，随着苹果幼树的生长，不同水肥处理对苹果幼树叶片SPAD的影响越来越大。

　　(3)苹果幼树全生育期耗水量随灌水量和施肥量的增加呈递增趋势，在充分供水时水分生产率反而最小，在F1W2水肥处理下苹果幼树全生育期水分生产率均达到最大值2.43kg/m3，且与F1W1处理相比增加了14.6%，耗水量却减少了12.2%，F1W2水肥处理为最佳的水肥耦合模式。

　　(4)苹果幼树净光合速率、蒸腾速率和气孔导度基本上随灌水量和施肥量的增加而增加，轻度的水分亏缺处理更有利于提高苹果幼树叶片的水分利用效率。不同水肥处理下苹果幼树净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的最大值均出现在高水高肥的F1W1处理，F1W2处理与其相比，分别降低了4.2%、9.7%和4.2%;水分利用效率最大值出现在F1W2处理，比F1W1处理提高了5.9%。

　　(5)不同水肥耦合条件下苹果幼树植株的生长量、叶面积和干物质量密切相关，与SPAD、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、生育期耗水量以及水分利用效率间也具有较好的直线线性关系，生长指标一定程度上可以反映作物的生理特性。

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　　作者：周罕觅张硕杜新武牛晓丽王升升解晓琳