葡萄滴灌灌溉水肥一体化关键技术研究与应用

一、项目区自然条件

宁夏农垦局玉泉营农场位于宁夏回族自治区银川市西南，地理坐标为东经106°26′～106°40′，北纬39°04′～39°08′。年日照时数为2 800～3 300 h，平均日照率为65%。年平均气温8.5℃，年有效积温3 135℃～3 273℃，大于等于10℃的有效积温1 365℃。平均无霜期170 d，平均初霜期为10月5日，终霜期为4月18日。年降水量180～200 mm，蒸发量1 250 mm（E601型）。土壤主要为砂质壤土，土层内有小砾石浸入。研究区土壤按中国土壤分类系统（1992）归类为初育土土纲，淡灰钙土、风沙土土类。试验区土壤沙化严重，土壤容重较大，田间持水量和有机质含量较低，耕层土壤基本理化性质见表5-3-1。

表5-3-1　试验地土壤容重和田间持水量

二、试验设计

葡萄试验品种为蛇龙珠（5年根，4年枝条），行间距为3.5 m×0.3 m。葡萄灌溉采用滴灌，滴头流量为2 L/h，滴头间距为0.3 m。根据常规灌溉管理葡萄生育期内灌溉量在9 000～13 500 m3/hm2（不包括春灌量、冬灌量）的经验，设定葡萄生育期内灌溉量为4 050 m3/hm2、4 500 m3/hm2和4 950 m3/hm2（见表5-3-2），根据玉泉营农场沟灌葡萄施肥（施入尿素150 kg/hm2、磷酸二铵300 kg/hm2，15∶15∶15复合肥450 kg/hm2，有机肥1 800 kg/hm2）经验及滴灌专用肥养分含量，施肥水平设为360 kg/hm2、540 kg/hm2和720 kg/hm2（总施肥量，不同生育期的N∶P∶K分别为34∶9∶7.5、25∶8∶20、12∶18∶20，分6次施入）。

采用对比试验方法，分析不同水肥条件下对葡萄生理指标的影响。滴灌灌溉时间从5月8日到8月22日，分11次灌溉。沟灌按照常规灌溉时间确定，在每12～15天灌溉一次的沟灌条件下，设计每次1 500 m3/hm2灌水量。

表5-3-2　试验设计

三、结果与分析

（一）不同灌溉方式下土壤含水量及其空间分布分析

1.灌溉前后土壤含水量对比分析

酿酒葡萄果实膨大期植株耗水量和蒸发量均最大，选择该生育期测定土壤含水量最具代表性。从酿酒葡萄果实膨大期灌水前后（2012年7月1日至7月10日）0～80 cm范围内不同深度的土壤含水量分布可以看出（见表5-3-3）：灌水量小于375 m3/hm2时（T1、T2），停止灌溉后灌溉水主要保存在0～40 cm土层中；灌水量大于375 m3/hm2时（T3、CK），停止灌溉后较多的水分会下渗到60～80 cm土层中，T3、CK处理60～80 cm土层土壤含水量在灌溉后分别增加了9.38和8.84。表明滴灌条件下，较大的灌水量会使更多的水分在重力的作用下渗入到较深的土壤中，不易于作物对灌溉水分的吸收。滴灌后水分在土壤中的再分布规律与沟灌不同，表面湿润面积低于下层湿润面积，且T2处理的土壤水下渗较浅，相对损失较小，土壤含水量维持在相对较高水平。由于T1灌水只能维持葡萄的生长发育，葡萄长势相对其他处理稍差。

表5-3-3　不同灌溉方式与灌溉量对土壤水分空间分布影响

2.沟灌下土壤含水量时空分布分析

沟灌是当地最主要的灌溉方式，但对砂质土壤而言，由于土壤渗漏严重，水分利用效率低下。由图5-3-1知，沟灌灌水当日0～20 cm深土壤水分含量达到18.5%，接近土壤田间持水量。由于20～60 cm深土壤质地为砂土，因此土壤持水性较差，土壤含水量仅为9%左右，而70～100 cm土层水分含量达到13%～15%，高于剖面中部土壤。随着时间的推移，土壤水分迅速降低，尤其以20 cm以上土层失水最快，反映出强蒸发特征；随着水分的散失，干土层出现，0～20 cm土层可供蒸发的水分逐步减少，耗水速率降低，而20～50 cm的根系分布层水分因蒸发损失而迅速下降。70 cm以下土层含水量下降趋势与30 cm以上土层含水量下降趋势同步。因此，贺兰山东麓砂质土壤渗漏严重，不利于水资源的高效利用。

图5-3-1　传统沟灌条件下土壤水分分布规律

3.滴灌下土壤水分分布规律

图5-3-2、图5-3-3、图5-3-4反映了在灌水量为375 m3/hm2时距滴头投影不同距离（水平）的土壤剖面含水量时空分布。由于滴灌水分入渗属三维入渗方式，同时葡萄根系在土层40 cm时也呈多维分布。因此，分析距滴头投影水平方向不同距离土壤水分时空分布，有助于调整灌水量与灌溉时间。从图5-3-2中看出：滴灌灌溉停止后，距滴头投影水平0 cm（滴头正下方）土壤水分主要集中在0～40 cm土层中，且此土层深度随着水平方向距离的增加，土壤含水量也逐渐下降。从图5-3-3和图5-3-4中看出：滴灌停止3天后距滴头投影水平方向40 cm以外的土层土壤含水量变化较小。说明在此滴灌灌水量下，灌溉水集中在葡萄根系范围内，有助于葡萄根系对养分的吸收和利用。随着时间延续，对比分析图5-3-2与图5-3-4，在滴灌灌溉停止第6天（下一次灌溉前）时，在蒸发与根系吸水的作用下，土壤水分集中在30 cm土壤中，含水量在8.9%～10.78%。而沟灌条件下从土壤表层到100 cm深度土壤含水量在4.08%～7.65%之间，不能满足作物正常需求。

图5-3-2　滴灌停止时土壤水分时空分布规律

图5-3-3　滴灌灌溉停止后第3天土壤水分时空分布规律

图5-3-4　滴灌灌溉停止后第6天土壤水分时空分布规律

（二）不同水肥处理土壤养分变化

依据土壤含水量空间分布得出的结论和养分随水迁移而迁移的规律，采集测定土壤养分样品深度在0～40 cm土层中。由表5-3-4可知，滴灌条件下的根层土壤养分及盐浓度含量均高于沟灌条件下的。值得关注的是在滴灌较大灌水量时，也可以有效缓解葡萄根层内土壤含盐量的增加，如表5-3-4中大水比小水条件下的土壤平均含盐量低0.046 g/kg。说明在宁夏贺兰山东麓地区利用滴灌灌溉技术时，要注重土壤次生盐渍化的防治。从滴灌各处理数据分析，中水小肥处理有机质含量最高；小水小肥处理下，土壤有效磷含量最高。

表5-3-4　不同处理下土壤养分特征

（三）不同水肥处理对酿酒葡萄生长发育的影响

适宜的灌水量有助于根系吸收养分，也就促进了葡萄新梢的生长。从表5-3-5中看出，滴灌大水条件更有利于新梢的生长。从施肥水平分析，3个施肥水平对葡萄新梢增加没有显著作用（F检验，P=95%）。但是，从水肥一体化分析看，由于氮肥可以显著促进蛋白质和SPAD的形成，土壤中较为适宜的水肥能更有效地增加葡萄叶片中的SPAD，如大水大肥、中水中肥和小水小肥。7月上旬SPAD值普遍低于7月下旬，新梢长则相反，下旬普遍高于上旬，主要是因为上旬叶片成熟度相对较差，发育程度低，光合作用合成干物质累积少，SPAD含量相对也较低。下旬后，叶片发育越趋成熟，SPAD累积增加，因此SPAD值有显著增加。

表5-3-5　不同施肥处理对酿酒葡萄SPAD值和新梢长度的影响

（四）不同水肥处理对酿酒葡萄叶养分的影响

由表5-3-6可知，大水条件下，随着肥料的增加，叶片全氮含量反而降低；中水条件下则相反；小水条件下随着施肥量的增加全氮含量呈抛物线分布。由此可见，在水肥一体化中，并非水多或者肥多就能提高叶片的全氮含量，主要看二者的结合使用程度。从整体分析看，滴灌条件更有利于养分在叶片中积累，有助于光合作用。从氮、磷化合物化学性质分析（考虑滴灌条件下水分入渗到40 cm×40 cm土壤体积内），大水和小水条件下有利于作物分别对氮和磷的吸收。从3个灌水水平看，灌水量对叶片养分的影响不显著；而从养分看，中肥水平葡萄叶片中养分积累较多，有助于葡萄品种的提高。

表5-3-6　不同水肥处理对酿酒葡萄叶片养分的影响

（五）不同水肥处理对酿酒葡萄粒的影响

由表5-3-7可知，所有滴灌处理下的单粒重均高于对照，大水处理下随着肥料用量加大，单粒重降低，但中水和小水处理下则呈抛物线分布；单粒重越大，对应体积越大，相应的粒径也越大。单粒重在大水条件下随施肥量的增加而降低；在中、小水条件下，中肥水平更有利于单粒重的增加。这就表明较大的水量配以较小的肥量更适合单粒重的增加，但随着灌水量的下降，施肥量超过一定的值后，单粒重会下降。

表5-3-7　不同水肥处理对酿酒葡萄粒的影响

（续表）

（六）不同水肥处理对酿酒葡萄产量和品质的影响

从表5-3-8中可以看到，相对于沟灌，滴灌更有助于葡萄品质与产量的提高。因为磷肥可以促进糖分输送与积累，氮肥有助于产量提高。从表5-3-8中看出，随着肥量的增加，葡萄可溶性固形物的含量提高。随着灌水量的增加，葡萄酸度也增加。从中水平对葡萄叶养分、单粒重、产量影响来看，优于其他水平对其的影响。

表5-3-8　不同灌溉施肥量对酿酒葡萄产量和品质的影响

从方差分析看出（表5-3-9），灌溉量与施肥量对葡萄Vc含量、可溶性固形物影响不显著（可能存在水平之间梯度值较小），但是对于酸度和产量，灌溉量都表现出显著影响。由此可见，决定干旱区酿酒葡萄产量的关键因素在于水分的充足与否。考虑产量与酸度时，葡萄生育期灌溉量在4 500 m3/hm2时，产量和品质相对较好；考虑水资源缺乏时，可以选择4 050 m3/hm2。

表5-3-9　不同灌溉施肥量对品质方差分析

（七）滴灌水肥一体化条件下土壤盐渍化变化

玉泉营农场三角地从2010年实施滴灌灌溉水肥一体化后，连续3年没有春灌、冬灌。如表5-3-10所示，浅层地下水埋深较深时（玉泉营三角农场4.7 m），滴灌灌溉（灌溉水矿化度100 mg/L），不易产生土壤次生盐渍化。

表5-3-10　连续3年无大水漫灌土壤pH、全盐现状

（八）效益分析

从葡萄投入、品质、产量等分析看：玉泉营东大滩葡萄滴灌水肥一体化灌溉量为4 500 m3/hm2，比沟灌减少48%，亩均节省水费34.6元；平均施肥投入费用下降2 532元/hm2，可省工50%以上；葡萄（梅鹿辄，5年生）平均产量8 833.5 kg/hm2，比传统沟灌的提高了67%（2012年由于极端气候影响，沟灌区葡萄霜霉病发病较重）；滴灌条件下酿酒葡萄糖度比沟灌的提高3～5度，且市场价格也提高0.4～0.8元/kg。综合节省成本667.7元/hm2，亩均增加产出效益1 942元。

四、结论

①对于宁夏贺兰山东麓地区的沙土土质种植区，水分是影响酿酒葡萄产量的重要因素。滴灌灌溉条件下土壤水分主要蓄积在40 cm×40 cm土体中，保留在葡萄根层内的土壤含水量显著高于沟灌灌溉条件下。

②滴灌灌溉更有利于土壤养分和盐分积累在葡萄根层范围内，应注意滴灌时土壤次生盐渍化的发生。当浅层地下水埋深较深时（玉泉营三角农场4.7 m），滴灌灌溉（灌溉水矿化度100 mg/L）不易产生土壤次生盐渍化。

③相对于沟灌，滴灌更有助于葡萄品质与产量的提高。随着肥量的增加，葡萄可溶性固形物的含量提高。随着灌水量的增加，葡萄酸度也随之增加。葡萄生育期灌溉量在4 500 m3/hm2时（见表5-3-2），产量和品质相对较好；考虑水资源缺乏时，可以选择4 050 m3/hm2，灌溉制度见表5-3-11。

④滴灌条件下的酿酒葡萄糖度比沟灌的提高3～5度。

表5-3-11　葡萄滴灌灌溉施肥一体化灌溉施肥制度

（续表）

注：施肥量根据施入底肥量确定氮∶磷∶钾比与总量。