滴灌下限对日光温室葡萄生长、产量及根系分布的影响

奥鹏网院作业

滴灌下限对日光温室葡萄生长、产量及根系分布的影响
李波，孙君，魏新光，郑思宇，葛东，付诗宁

（沈阳农业大学水利学院，沈阳 110866）

摘要：【目的】探究自动控制灌溉条件下灌水水平对葡萄生长发育与水分消耗的影响，为温室自动灌溉条件下葡萄水分管理提供决策依据。【方法】以3年生‘玫瑰香’为研究对象，利用CR1000数据采集器、土壤水分传感器和电磁阀联合自动控制灌水，设置8个不同的灌水下限（分别为田间持水率的50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%和85%），灌水上限均为田间持水率的90%，研究不同灌水下限对温室葡萄地上部和地下部生物量、产量、水分利用等的影响。【结果】当灌水下限低于田间持水率的75%时，随着灌水下限的提高，新梢长度、新梢茎粗以及叶面积指数均显著增加，当灌水下限超过田间持水率的75%时，新梢的生长受到不同程度地抑制；葡萄根系在0—60 cm土层中均有分布，但主要分布在0—30 cm土层中，该层的根体积以及根系表面积分别占总根系的75%—89%、77%—83%。在葡萄根系分布最为集中的0—10 cm和10—20 cm土层中，各根系指标均随着灌水下限的提高呈先增加后减少的趋势，其中当灌水下限为田间持水率的75%时，各根系指标均最大。当灌水量低于6 000 m3·hm-2时，各根系指标均随着灌水量的增加而增大，当灌水量达到7 000 m3·hm-2时，各根系指标均出现下降或增长缓慢的趋势；当灌水下限是田间持水率的75%时，葡萄的产量和水分利用效率均为最高，分别达到32 270.31 kg·hm-2、4.85 kg·m-3。【结论】综合考虑葡萄新梢生长、根系分布、产量和水分利用等因素，滴灌条件下葡萄水分管理的最佳土壤水分区间为田间持水率的75%—90%，可以作为该种植模式下适宜的灌溉控制指标的推荐值。

关键词：葡萄；滴灌；灌水下限；生长；产量；根系形态

0 引言
【研究意义】东北地区是我国重要的农业生产基地，区域内土地肥沃，水土资源相对丰富，旱地、水田、林果栽培面积均居全国前列[1]。同时东北地区气温较低，昼夜温差大，具有发展设施农业的独特优势[2]。设施果树栽培由于劳动强度较低，经济附加值高的特点，种植规模逐年扩大。辽宁是东北地区设施果树分布最为核心的区域，截至2017年，设施果树栽培面积超过3.0×104 hm2，其中设施葡萄栽培面积达2.19×104 hm2，种植规模居全国首位，已成为当地设施农业主要的生产形式与农业经济来源[3]。对设施葡萄进行科学、合理的水分管理与调控，是设施果树生产管理的关键环节[4]。不合理的设施用水方式，不仅会造成水分利用效率的降低，还会造成设施内湿度过大、病害滋生，影响果实产量和品质[5-6]。设施水分管理的核心是通过一系列技术手段对果树水分进行合理调控，以保障果树需水过程的合理、有效。不同供水模式对葡萄植株耗水规律、果实产量等均会产生显著影响[7]。基于植株需水信息反馈，特别是土壤墒情信息反馈的自动控制灌溉，是当前设施灌溉中应用最为成熟的灌水形式。开展日光温室葡萄自动控水适宜灌水下限研究，对温室自动灌溉条件下葡萄的合理水分调控和合理灌溉决策具有重要意义。【前人研究进展】前人对自动控制灌溉条件下，灌水对植株生长发育、产量、耗水、根系分布等方面均有大量研究。梁鹏等[8]通过开展葡萄的自动灌水试验，发现灌水下限为田间持水率的70%时，葡萄产量最高，Zeng等[9]认为当灌水上限为田间持水率的90%时，下限为田间持水率的60%时，甜瓜的产量和品质达到最优。也有研究发现苹果[10]、温室青茄[11]、大棚黄瓜[12]适宜的灌水下限分别为田间持水率的60%、70%和75%。由此可见不同作物，以及相同作物不同种植模式和气候条件下适宜的灌水阈值并不相同。张晓霞等[13]认为耗水量为5 785.63 m3·hm-2时，葡萄产量最高，水分利用效率最大。赵建国[14]认为葡萄的最优灌溉定额为4 250 m3·hm-2。漆栋良等[15]认为通过灌水调控根系生长分布应集中在0—40 cm土层中。【本研究切入点】前人对不同灌水条件下日光温室葡萄的研究主要集中于地上部生物量、产量、水分利用效率等方面，但是不同研究条件下适宜的灌水下限以及耗水量不尽相同，此外在自动灌水条件下将地上部、地下部生物量进行系统分析的相关研究较少。特别在东北寒区日光温室种植条件下，不同灌水水平对温室葡萄地上部、地下部生长发育等方面的系统研究还较为薄弱。【拟解决的关键问题】以东北地区第一大设施果树葡萄为研究对象，选用3年生‘玫瑰香’葡萄为材料，研究日光温室种植条件下，不同灌水水平对葡萄生长指标、根系指标、产量和水分利用效率的影响，确定该种植模式下适宜的灌溉控制指标，以期为温室自动灌溉条件下的葡萄水分管理提供决策依据。

1 材料与方法
1.1 试验地点与试验材料
试验于2018年4月15日至9月30日在辽宁省沈阳市（41.82° N，123.56° E，海拔82.6 m）辽沈III型日光节能温室[16]中进行，研究区属于温带大陆性季风气候，年日照时数为2 530 h，年平均气温为8℃，温室大棚内日间平均温度为30.7℃，夜间平均气温为20.6℃，棚内日间平均相对湿度46.8%，夜间平均相对湿度63.9%。温室大棚坐北朝南，为单面采光抛物面式，长60 m，宽8 m。棚膜采用PVC防老化塑料无滴膜，以防雨棉被作为保温措施。0—60 cm深度供试土壤基本理化性质如表1所示。试验植株为‘玫瑰香’葡萄（Vitis vinifera L. cv. Muscat Hamburg），于2015年3月完成定植（3年生）。该品种为中晚熟的鲜食葡萄，它原产于英国，植株生长中等，二次结果率高，丰产。因品质优良，目前仍是北京、辽宁等地主栽品种。试验区的树形修剪均一、长势良好。

表1 供试土壤（0—60 cm）基本理化性质

Table 1 Physical and chemical properties of soils (0-60 cm) in the experimental site


1.2 试验设计与测定方法
本试验为单因素控水试验，试验共设8个处理，每个处理设置3个重复，共24个试验小区，每个小区长6.5 m，宽1.35 m。试验区葡萄采用膜下滴灌，膜下滴灌土壤湿润比为60%，根据测定，根系分布在0—60 cm，所以计划湿润层深度为60 cm，采用1行1管控制模式。各试验小区土壤水分采用TDT土壤水分传感器进行分层监测，每个小区布设共6个土壤水分传感器，布设深度分别为15、30和50 cm，每层2只。布设位置为小区中部，距小区两侧的距离均为畦长的1/3。数据采集频率为1 min/次，并用取土烘干法对土壤含水量进行校准。

葡萄灌溉采用基于土壤水分反馈的自动控制灌溉系统。根据前期预试验结果，葡萄根系在0—20、20— 40和40—60 cm土层中占比分别约为60%、30%和10%，因此将15、30、50 cm处土壤水分测定值的权重，分别设定为0.6、0.3和0.1。小区内各探头加权平均结果作为该小区灌水判断指标，由于测定根系在0—20、20—40和40—60 cm处根系比例为6﹕3﹕1，所以加权平均能更准确地控制灌溉，使灌溉更具有科学性。土壤水分传感器进行实时监测，当土壤含水率小于设定灌水下限时开始进行灌溉，达到设定的灌水上限值便停止灌溉，最长自动灌溉时长设定为20 min，灌溉20 min后，暂停灌溉20 min，使水分有时间充分下渗，20 min后若测得土壤含水量仍未达到灌水上限，则灌溉再次启动，依次循环，直到测定的土壤含水率大于等于设定灌水上限值时停止灌溉。各试验小区灌水上、下限设定如表2所示。各小区葡萄采用Y型棚架，一穴两苗，对生种植，株间距0.43 m，行间距1.5 m，每个小区种植葡萄32株。各小区间均采用PVC板进行土壤水分隔离，隔离板高65 cm，其中地下埋深60 cm，地上露出约5 cm。

试验小区施肥为基肥和追肥，其中基肥为腐熟鸡粪干，春季萌芽前一次性施入，施入量为3.3×104 kg·hm-2，鸡粪干的主要成分为有机质62%，粗蛋白素30%，氮磷钾约8%。追肥为尿素与磷钾复合肥，具体施用方法为，先将尿素与磷钾复合肥溶于水，再利用文丘里施肥器注入滴灌管，最终滴施到各个小区中。追肥分别在4个生育期进行：新梢生长期、开花期、果实膨大期和果实着色期，其中，新梢生长期施入N、P2O5、K2O分别占总施肥量的40%、15%、15%；开花期分别占30%、15%、15%；果实膨大期分别占20%、35%、35%；果实着色期分别占15%、30%、30%；随水滴施，新梢生长期滴施4次，开花期滴施2次，果实膨大期滴施6次，果实着色期滴施3次。全生育期的追肥量（折合有效肥量）为N：200 kg·hm-2，P2O5：140 kg·hm-2，K2O：160 kg·hm-2。其他农艺管理措施与当地设施葡萄生产管理相同。

表2 试验设计方案

Table 2 Experimental design layout


1.3 测定方法
1.3.1 农田耗水量的计算 采用测定土壤含水率计算耗水量的方法[17]，耗水量公式为：

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width=157.9,height=29.6 （2）

式中，ET为作物全生育期耗水量（mm）；ETi为作物生育期阶段耗水量（mm）；m为作物生育阶段数；n为土壤层数；rj为第j层的土壤容重（g·cm-3）；Hj为第j层的土壤厚度（cm）；θji，θj(i+1)为第j层土壤在计算时段始末的含水率，以占干土重的百分数计；Mi为时段内灌水量（mm）；Pi为时段内降雨量（mm）；Ki为时段内地下水补给量（mm）。由于温室内没有降雨，故Pi=0；本试验地下水埋深在5 m以下，故Ki也可忽略不计。

1.3.2 葡萄新梢生长长度及新梢粗度 在葡萄生长期内，定期观测新梢生长长度、新梢粗度等指标，每个小区选取具有代表性的植株6株，挂牌标记，用钢卷尺（精度0.1 cm）测定新梢生长长度，游标卡尺（精度0.01 cm）测定新梢粗度。测定频率为7—10 d/次。用钢卷尺测定叶脉长度和垂直于叶脉方向叶片最宽处宽度，通过ImageJ软件算出准确的叶面积，从而得到本试验葡萄叶面积的折算系数为0.71。

1.3.3 叶面积 植株叶面积利用新梢长度进行估算，具体方法为：首先选定不同生长长度的葡萄新梢，利用卷尺测出新梢长度以及新梢上所有叶片的总面积，从而得到二者的的经验方程y=0.0376x2+9.3504x+ 82.492（R2=0.74），然后通过测定每株葡萄各新梢的长度，最终估算出整株葡萄的总叶面积。

1.3.4 产量、果实形态及水分利用效率 葡萄成熟季节，各小区单独采收，用精度为0.1 g电子称量各小区所有葡萄产量，葡萄果实的纵、横径采用游标卡尺进行测定，并用果实的纵径与横径的比值来描述果形指数，葡萄水分利用效率（WUE）的计算公式为：

width=44.8,height=26.1 （3）
式中，WUE为水分利用效率（kg·m-3）；Y为单位面积葡萄的产量（kg·hm-2）。

1.3.5 根系指标 根系测定采用根钻法（洛阳铲）进行取样，在距离葡萄主杆15—20 cm的地方用根钻打孔测量根系，以地面为基准水平向下取样，每隔10 cm土层作为一个取样深度，取到60 cm发现以下几乎无根系，洛阳铲的优点在于能借助钻头及钻杆的重力插入土壤中直接提升钻杆就能取得土芯，比常用的旋转式根钻能更快捷地获取土芯样品[18]，孙三民等[19]研究结果表明根径在1.5—2 mm为主要吸水根，所以本文定义为根径小于2 mm的根为吸收根。本试验选用的洛阳铲获得的土芯直径为10 cm，能更好地代表设施葡萄根系分布状况。将根系取出后清除土壤及杂草，采用EPSON Expression 2400型扫描仪（EPSON，Japan）对每一层根系进行扫描，然后用WinRHIZO图像分析软件（Regent Instrument Inc., Canda）对扫描出的图片进行分析，得到各层根系样品的根系长度、表面积和体积。葡萄根系于9月30日试验结束后进行1次取样。基于根长，折算根长密度公式如下：

width=34.3,height=27.7 （4）
式中，Rd为根长密度（cm·cm-3）；RL为根长（cm）；RV为根钻体积（cm3）。

1.3.6 统计分析 利用DPS7.05对数据进行单因素方差分析，采用Duncan’s新复极差检验法进行显著性分析（P＜0.05），采用Origin 9.1（OriginLab，USA）作图。

2 结果
2.1 土壤含水率变化
不同水分处理的土壤水分变化趋势如图1所示，每个试验小区垂直方向布设3个土壤水分探头，以T4小区为例，不同层土壤水分的变化趋势基本一致，但深层土壤水分的变化存在滞后现象，每次灌水时，15 cm处探头数值最先开始增加，随后是30 cm处，最后是50 cm处（图1-a）。各水分处理的全生育期土壤水分动态如图1-b所示，以15 cm处为例（30和50 cm处深度变化趋势与15 cm处的基本一致，灌水后土壤含水量的变化时间随着土层深度的加深逐步滞后）。随着灌水下限的升高，灌水频率也逐渐增大。图2为不同灌水处理葡萄全生育期灌水量对比，随着灌水下限的提高，灌水量依次增大，T1处理灌水量最小，为4 890.81 m3·hm-2，T8处理灌水量最大，达7 337.01 m3·hm-2。

2.2 不同水分处理对葡萄生长特性的影响
不同水分处理对葡萄生长指标的影响如表3所示，由表可知，不同的水分处理对葡萄新梢生长和发育存在显著影响。在生育初期，不同处理新梢生长长度在22.33—27.42 cm，新梢粗度在5.77—6.55 mm，叶面积指数在0.36—0.42，且各处理间没有显著差异。在葡萄生长的中期和后期，不同灌水处理对葡萄新梢长度、新梢粗度和叶面积指数的影响存在差异。葡萄的新梢茎粗在生长中期为T8处理最大，在生长后期T5处理的最大，但生育后期除T1、T2处理，其他处理间并无显著差异；T6处理的新梢长度以及叶面积指数在生长中期以及生长后期都最大，当在生长后期时，T6处理仅与T1处理有显著差异，与其他6个处理均无显著性差异。由于葡萄生长后期新梢长度受修剪控制，根据生长后期叶面积指数和新梢粗度两个指标均最优，且处理间无显著性差异的原则，确定较优水分处理的排序依次为：T6、T7、T5、T8、T4、T3。

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a：T4处理3个不同埋深土壤水分传感器监测的土壤含水率；b：T1—T8处理的土壤含水率（15 cm处）

a: The soil moisture content monitored by three soil moisture sensors with different buried depths of T4 treatment; b: The soil moisture content of T1-T8 treatment (15 cm)

图1 不同处理全生育期土壤含水率变化

Fig. 1 Changes of soil moisture content during the whole growth period under different treatments

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不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下同Different lowercase letters indicate significant differences (P＜0.05). The same as below

图2 不同处理全生育期灌水量

Fig. 2 Irrigation content in the whole growth period of different treatments

表3 葡萄新梢生长长度、新梢粗度、叶面积指数

Table 3 Grape shoot growth length, shoot thickness and leaf area index


数据为平均值±标准差。同列不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下同

Data are mean ± standard deviation. Different letters of the same column values indicate significant differences (P＜0.05). The same as below

2.3 不同水分处理对葡萄根系的影响
常见的根系指标主要包括根长密度、吸收根根长密度、根系表面积以及根系体积等，它们均为根系研究中的重要参数[20]。不同灌水处理根系指标变化如图3所示，为了避免各处理累积曲线均呈现所带来的图形辨识度降低，仅对3个典型处理的累积曲线进行呈现。从图3-a可以看出，葡萄的总根长在0—60 cm土层中均有分布，但主要分布在0—30 cm，该层根系占到总根系的68.6%—87.2%，尤以0—10 cm根系分布最为密集，各处理的根长密度在0.28—0.99 cm·cm-3变化，占总根长密度的27.0%—37.4%，且随着灌水下限的提高，各处理的根长密度呈现先增加后减少的趋势，其中T6处理最大，其在0—10 cm土层的总根长密度达到0.99 cm·cm-3，且与其他7个处理均有显著差异。30 cm以下各层根长密度较少，且无显著性差异；葡萄的吸收根根长则主要分布在0—20 cm土层中（图3-b），累积吸收根根长占总吸收根根长的49.1%—70.9%，且在0—10 cm与10—20 cm中分布差异不大，各土层中吸收根根系均随着灌水下限的上升呈现先增加后减小的趋势，其中T6处理最大，在0—10 cm和10—20 cm土层中吸收根根系密度分别达到0.81 cm·cm-3和0.68 cm·cm-3。葡萄的根体积以及根系表面积也主要分布在0—20 cm（图3-c、图3-d），该层的根体积以及根系表面积分别占总根系的59.0%—75.9%、58.1%—62.0%（T6最优处理累积根系体积和根表面积在0—20 cm土层中分别达到58.5%和75.0%）。其中10—20 cm土层中分布最为集中，其次为0—10 cm和20—30 cm，各土层中根系指标的变化均呈现先增加后减少的变化规律，其中T6处理均最大，在0—10 cm、10—20 cm和20—30 cm中的根系体积和根表面积分别达1.32 cm3、1.42 cm3、0.51 cm3和100.97 cm2、132.49 cm2、89.18 cm2。30 cm以下各根系指标则无显著性差异。根据上述4个根系指标在0—10 cm、10—20 cm和20—30 cm这3层土壤中的表现，从根系指标综合考虑，T6处理均为最优的水分处理。此外，虽然葡萄根系在0—60 cm土层中均有分布，但吸收根系、根系表面积及根系体积均主要分布在0—20 cm土层中，所以在进行灌溉时，0—20 cm处的水分状况应重点考虑。

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图3 不同灌水处理对葡萄根系形态的影响

Fig. 3 Influence of different irrigation limits on root morphology of grape

根系形态会直接影响作物对水分的吸收，从而影响作物的产量。适度的控制灌溉水量可以促进根系的生长发育[21]。由图4可以看出，不同灌水量对根系生长发育产生显著影响，根系表面积（图4-a）和根体积（图4-b）与灌水量均呈现明显地先增加后减少趋势，当灌水量达到6 500 m3·hm-2时，根系表面积和根体积均较大，其根系表面积＞340 cm2，根体积＞3.5 cm3；总根长（图4-c）和吸收根长（图4-d）与灌水量均呈现增加趋势，但当灌水量超过6 500 m3·hm-2时，增长不明显。其中当灌水量为6 703.49 m3·hm-2时最大，总根长和吸收根根长分别达到1 796.28 cm和1 321.42 cm。由此可见，较高的灌水处理，只会导致葡萄灌水量增加，并不会促进葡萄根系的生长，特别是吸收根系的生长。将葡萄灌水量控制在6 500—7 000 m3·hm-2时，对葡萄根系的发育最为有利。即从根系生长指标综合判断，T6、T5和T7处理均是较好的水分处理。

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图4 灌水量与根系生长的关系

Fig. 4 Relationship between irrigation content and root growth

2.4 不同水分处理对葡萄产量和水分利用效率的影响
不同水分处理会对设施葡萄的产量和水分利用产生显著的影响。由表4可以看出，不同水分处理中，T6处理产量最高，达到32 270.31 kg·hm-2，T5次之，且二者无显著性差异。但上述2处理与与其他6个处理均存在显著的产量差异（P＜0.05）；与T6处理相比，T1、T2、T3、T4、T7、T8均有不同程度的减产，减产率依次为61.0%、60.9%、42.7%、16.8%、38.8%、41.6%。说明当灌水下限控制在田间持水率的70%—75%时，最有利于葡萄高产。

不同水分处理，不仅会影响葡萄的产量，还会对葡萄的果实形态产生较大的影响。对于果实纵茎而言，T3处理最大，纵径达到25.09 mm，T8处理最小，纵径为22.44 mm，两者之间存在显著差异。比较不同处理对应的果实横径可知，T1处理的最大，横径达到20.93 mm，其次为T3处理，而T7处理的最小，横径仅为17.88 mm，与T1处理和T3处理均达到显著差异，不同处理对应果实的果形指数在1.14—1.28，其中T7处理对应的果形指数最大，T8处理最小。总体而言，不同灌水水平对葡萄果形发育造成一定的影响，但对果型指数的影响不大；就水分利用效率（WUE）而言，T4、T5、T6处理的水分利用效率均较高，其中T6处理最大，达到4.85 kg·m-3，但上述3个处理间不存在显著差异，其他处理水分利用效率均有不同程度的减小，其中T2处理WUE最低，仅为2.42 kg·m-3。就水分利用效率而言，灌水下限设置为田间持水量的65%—75%，葡萄的水分利用效率均较高。从产量、果型指数、水分利用效率等方面综合，当灌水下限设置为70%—75%时，各方面指标均较优，即T5和T6处理是较优的水分处理，其中T6处理最优。

表4 不同灌水处理下的葡萄果形指数、产量和水分利用效率

Table 4 Grape shape index, yield and water use efficiency under different irrigation treatments


2.5 不同灌水下限对各指标影响的排序
通过上述研究可知，不同的灌水处理会对葡萄的生长发育和水分利用等产生显著影响。将不同指标的较优处理进行排序，结果如表5所示。

由表5可知，从葡萄的生长指标、根系指标、产量以及水分利用效率等来看，T6均是最优水分处理。综合上述指标分析，T6处理是最优的水分处理。即在东北寒区日光温室自动灌溉条件下，灌水下限为田间持水率的75%，上限为田间持水率90%的水分处理为最适宜水分处理。

3 讨论
当植株遭受水分亏缺时，最早受到影响的是根系，土壤水分含量下降会导致根吸收的水分含量降低，从而直接影响到根系和地上部生物量的生长发育[22-23]。本研究发现葡萄的根系垂直分布在0—60 cm，且主要分布在0—30 cm范围土层内，这与王凯等[24]的研究成果类似，王凯等对玛纳斯地区‘赤霞珠’葡萄根系分布研究表明，葡萄的根系垂向分布在0—60 cm，集中分布在深度为0—30 cm土层中，但也有研究发现，葡萄的根系垂直分布在0—70 cm[25]，0—90 cm[26]，主要分布在0—40 cm[27]、0—65 cm[28]，这可能是由于树龄[25]、灌水方式[26]、施肥方式[27]以及葡萄品种[29]的差异所导致。此外，研究发现葡萄根系的生长有明显的趋水、趋肥特征。沟灌灌水施肥，根系分布较宽、较深；滴灌施肥，根系根部较浅；而根灌条件下，根系分布则取决于根灌滴头的出水位置。

表5 不同指标间的排序

Table 5 Ranking among different indicators


根系功能不仅取决于根系生物量，还取决于它的空间分布[26]。本研究表明根表面积以及根体积随土壤深度呈先上升后下降的趋势，且主要分布在0—20 cm处，于坤[27]则认为根表面积和根体积主要分布在0—40 cm处，周青云[26]认为主要垂直分布在0—60 cm处，并且占总根系的75%以上，这可能是由于灌水方式不同所导致的，根系受灌水方式的影响较大[26]，本试验采用的是膜下滴灌，滴灌条件下葡萄的垂直距离分布更加集中，水分对根系有引导作用，由于灌水量的减少，导致水分在土壤中的分布空间变小，果树的根系分布范围也就受到了抑制。而周青云等[26]采用的根系分区交替滴灌，交替灌溉会使未灌水根区根系受到一定程度的水分胁迫后，刺激根系的吸水补偿功能，同时也会增强根系的传导能力。于坤等[27]采用的是穴贮滴灌，这样会使水分向下运移得更深，水分对根系分布具有引导作用，同样也会向下深扎，这就导致了根系指标主要分布的深度不同。

灌水下限不同会影响果树的生长，同时也会抑制新梢的生长，遭受水分胁迫的植物会首先保证根系生长[30]。较高的灌水下限，会使果树坐果率偏低从而造成减产，较低的灌水下限，同样不利于营养物质在果实中累积，从而使果实质量较低[14]。本研究结果表明，当灌水下限为田间持水率的75%、灌水上限为田间持水率的90%、耗水量为6 658.8 m3·hm-2时，葡萄的新梢生长长度、新梢茎粗以及叶面积指数综合最优，这与殷飞[31]、李泽霞[32]等的研究结果相似。唐龙等[33]对苹果也得出相似结论。但也有研究发现，葡萄的滴灌量为2 700 m3·hm-2最适合葡萄生长[34]，成熟期的灌水下限应为70%的田间持水率[35]，这可能是由于土壤类型不同、葡萄各生育期需水规律不同所导致。此外，土壤类型、质地的不同也会导致不同地区的灌水上、下限值不同，研究结果可能不具有普适性，探究适宜的土壤水势阈值是今后的一个研究方向。本研究的结果表明，灌水上限为90%时，葡萄的生长特性最好，产量最高，但崔德芹等[35]的研究表明75%田间持水率只适合于葡萄萌芽展叶期的生长，而果实成熟期则是70%田间持水率最适合果实后期的发育和品质的提高，造成这种情况的原因可能是果实膨大期植株对水分比较敏感，树龄比较短，根系也比较浅，更加适合灌水量小、频率高的灌水模式，这样可以使水分缓慢地渗入到土壤中，水分对根系有引导作用，这样能促进根系垂直向下生长从而促进果实的发育，灌水过多可能会导致根系只在表层生长。在控制灌水下限时，除了要考虑产量和节水，还要考虑果实形态、果实饱满度对提高果实销售价格的影响，本研究得到的适宜灌水下限为75%田间持水率，这一灌水下限可为东北日光温室灌溉提供依据，同时可以保证日光温室种植条件下葡萄高产、节水、果实饱满。下一步将对不同生育阶段适宜的灌水上、下限进行区分研究。

4 结论
本试验条件下，不同灌水下限对日光温室葡萄的生长、根系、产量以及水分利用效率均有显著影响。T6处理的新梢长度后期数值最大，为178.67 cm，叶面积指数最大，为3.79，新梢粗度则为T5处理的最大，为11.72 mm，T6处理次之，为11.60 mm。日光温室葡萄根系主要分布在0—30 cm土层中，其中吸收根系、根系表面积及根系体积则主要分布于0—20 cm土层中。各土层中T6处理的各根系指标均为最优。此外，T6处理的产量最高，水分利用效率也最大，综合考虑，灌水下限为75%田间持水率，上限为90%田间持水率可以作为东北寒区日光温室种植条件下葡萄适宜灌水控制指标的参考值。

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Effects of Lower Limit of Drip Irrigation on Growth, Yield and Root Distribution of Greenhouse Grapes

LI Bo, SUN Jun, WEI XinGuang, ZHENG SiYu, GE Dong, FU ShiNing

(College of Water Conservancy, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)

Abstract:【Objective】The experiment was carried out to explore the effects of irrigation level on grapes growth and water consumption under a controlled automatic irrigation, so as to provide a basis for grapes water management under an automatic irrigation in a greenhouse.【Method】With the 3-year-old ‘Muscat Hamburg’ grape as the study object, a combined utilization of data acquisition terminal of CR1000, soil moisture sensor and radiotube, the experiment was carried out and set 8 different irrigation limits (accounting for 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80% and 85% of field capacity, respectively), the same upper limit of irrigation being 90% of field capacity, so as to analyze the effects of different irrigation lower limits on biomass, yield and water consumption of ground and underground grapes in a greenhouse.【Result】The results showed that the length and stem diameter of new shoots, as well as the leaf area index increased significantly with the increase of irrigation lower limits when it was lower than 75% of field capacity. The growth of new shoots was restricted to a certain degree when the lower irrigation limit exceeded 75% of field capacity. The grapes roots were distributed in soil layers of 0-60 cm, and the main distribution area was in 0-30 cm, where the volume and surface area of roots accounted for 75%-89% and 77%-83% of the total, respectively. In the most concentrated root distribution region in soil layer of 0-10 cm and 10-20 cm, there was a tendency to decrease after an increase in root index with the increase of lower irrigation limits; the root index reached the maximum with lower irrigation limit being 75% of field capacity. The root index increased with the increase of irrigation volume when the volume was lower than 6 000 m3·hm-2,and decreased or increased slowly when the irrigation volume exceeded 7 000 m3·hm-2. Grapes yield and water utilization efficiency reached the maximum with the lower irrigation limit being 75% of field capacity, which were 32 270.31 kg·hm-2 and 4.85 kg·m-3, respectively.【Conclusion】Taking the factors such as new shoots growth, root distribution, grapes yield and water utilization into consideration, we could conclude that the optimal range of soil moisture was got when the lower irrigation limit took up 75% to 90% of water capacity under drip irrigation, which could be used as the recommended value of suitable irrigation control index under the planting mode.

Key words: grape; drip irrigation; irrigation lower limit; growth; yield; root morphology

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：width=42.5,height=42.5

doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.07.012

收稿日期：2019-08-29；

接受日期：2019-10-30

基金项目：国家自然科学基金（51709174）、辽宁省博士科研启动基金（20170520169）

联系方式：李波，E-mail：250077704@qq.com。通信作者魏新光，E-mail：weixg_wi@163.com

（责任编辑 赵伶俐）