1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
四大战略资源中的水资源面临着以下个问题：饮用水的安全问题、国际河流争端问题[1]。而占了全国用水量 60%的是农业用水量，而灌溉水利用率只有 43%，和发达国家相差还很远[2-4]。中国作为农业大国，主要存在的问题是干旱缺水和用水不节约，随着人口的增长和农业的发展，水资源的供需矛盾显得更加严峻，农业的可用水量也将逐渐减少，提高农业生产效率的关键举措便是节水灌溉[5,6]。
黄土高原作为我国的优质苹果生产基地，果肉脆爽，含糖量丰富且耐储存。并且黄土高原地区土层深厚，年降水量低且分配不均，造成了黄土高原苹果生长发育的特殊性。黄土高原地区有生产优质苹果的天然优势，现在苹果种植面积超过了全国的一半以上，具有十分明显的规模优势。政府和当地农民对发展苹果产业具有空前高涨的积极性，苹果足以成为这片贫瘠土地果农发家致富的支柱产业[7]。黄土高原的土壤干化现象是因为气候干旱与水资源被过度消耗所造成的，持续的干化容易形成土壤的干层。土壤干层因为植被的深层吸水，却不能得到地下水和降雨的补给，导致土壤内水分的负循环[8]。苹果产业持续健康的发展需要良好的土壤营养状况，因为土壤营养影响到果树的生长[9, 10]。经济果树林的土壤水分持续不停的消耗，不断的亏缺，养分也在持续降低，果园的生产力在逐步的减弱，会产生土壤养分不均衡、土壤环境恶化[11]等众多生态问题。苹果对土壤水分的利用深度较深，对养分的利用深度可达 1.5m[12]。
在 2016 年陕西的苹果种植面积已经达到了 1100 万亩，产量也超过了 1100 万吨。但是目前苹果的优果率却只有 30%~45%，只有 5%的苹果达到了高端出口的标准，因此，目前苹果产量不高、苹果品质低是陕北黄土高原地区苹果出口或生产需要迫切解决的实际问题[13]。
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1.2 研究进展
1.2.1 涌泉根灌
传统微灌是通过灌水管道把肥溶于水里输送到灌水器，然后经由灌水器把养分直接输送到作物根系生长的土壤中，与直接用大水漫灌相比，能够节约 45%~75%的水分，增加18%~29%的产量[14]。而滴灌技术的节水作用非常明显，方便开展水肥的共同灌溉，为果树根系生长的土壤提供优良的营养条件，水肥利用效率显著提高，是当前农业技术中适应性较强的灌溉方法[15, 16]，但是滴灌技术的出水流量较小，灌水器时常被污垢堵塞，出水孔在地表的滴灌水分蒸发强等问题，而苹果树属于高耗水的果树，滴灌技术的问题比较不利，在种植中会带来诸多弊端。
涌泉根灌技术是一种在滴灌技术基础上改良的新型微灌技术，涌泉根灌灌水方式可以直接把水和肥作用在果树的根系周边，有效的降低地表水分蒸发量。涌泉根灌技术逐渐 适用，有大量学者在灌水器迷宫流道的设计及材质等诸多方面开展了研究并改进[17, 18]，增强了灌水器的耐久性，灌水器堵塞问题得到了有效解决，灌水更加均匀，使得涌泉根灌灌水技术更加适合黄土高原地区经济林的灌溉。
黄土高原地区枣树和苹果树的种植广泛采用了涌泉根灌技术，在陕北米脂吴普特等[19]采用管灌和涌泉根灌 2 种不同的灌水技术，经济效益分析后得出：涌泉根灌的年成本较管灌降低了 743.3 元/ hm2，产值增加 6218.30 元/ hm2，黄土高原的枣树生产中应用了涌泉根灌技术，产量得以提高，很大的提高了经济效益。车伟银[20, 21]采用了管灌、滴灌和涌泉根灌技术进行灌溉，设定了不同的灌溉水量，分析在同一灌水量条件下不同灌水技术对梨枣产量及生长指标的影响。强敏敏[22]研究涌泉根灌调亏对陕北山地枣树产量与生长特性的影响，得出全生育期内轻度和中度的水分亏缺对枣吊的生长有抑制的影响，而对枣树果实的生长有促进作用，使得产量增加且提高了水分利用效率。王佳[23]在陕北米脂开展了涌泉根灌的水肥耦合试验，得出开花坐果期施肥可以促进枣树坐果；果实膨大期施肥可以提高枣树产量，枣树的水和肥可以相互促进且显著提高水肥的利用效率。曾健[24]在陕北子洲县开展了涌泉根灌耗水特性与灌溉制度研究试验，得出在垂直高度 40cm 土层的平均含水量达到最大值，同一深度的土层含水量随着调亏程度的增加而降低。代智光[25-27]研究了涌灌根灌灌水技术对半干旱地区枣树的生理生长与产量的影响，得出中水高肥的水肥组合模式是最适宜的管理策略。
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2 材料与方法
2.1 试验概述
2.1.1 园区概况
本试验研究在 2018 年 4 月至 10 月于陕北子洲县前清水沟村现代农业示范园区开展，子洲县位于陕西省北部，榆林市中部。园区地理位置为北纬 37°27′，东经 110°2′，海拔 1015m，属于典型的温带半干旱性气候，陕北榆林多年平均降水量为 436.8mm，降雨年内分布不均，冬季降雨少，降雨主要集中在夏季，昼夜温差大，无霜期约 172 天，年均日照 2658.7h，日照率为 59.48%。园区属于典型的黄土丘陵沟壑地区，试验地选择在背山向阳的平地，土层深厚，太阳辐射强。选择长势相同，个体差异小的 6 年生矮化寒富（八棱海棠作砧木），种植方向为南北走向，株行距为 2m×3m，树高 2.76m~2.82m，树冠直径约为 2.56m~2.63m。
2.1.2 土壤基本理化参数
试验土样取自于陕西省榆林市子洲县前清水沟村现代农业示范园区，放置无阳光底面自然风干，用碾子碾压打碎，用 2mm 筛子筛分，用激光粒度分析仪测定土样的基本特性，试验基地园区土壤是砂壤土，土壤 pH 值为碱性，平均土壤田间持水率（θf）为 0.217g/g，1m 内土层的平均容重为 1.41 g/cm3。
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2.2 试验方案
2.2.1 调亏灌溉试验方案
对各生育期苹果树施加轻度、中度、重度三个程度的水分亏缺（上下限分别为田持的75%~90%，60%~75%，45%~60%），由于开花坐果期持续时间短仅有 20 天左右，且开关坐果期是需水敏感期，该时期进行水分调亏极容易影响苹果开花坐果率，严重降低果实收成，所以在开花坐果期所有处理进行统一的充分灌溉（土壤水分为田持的 80%~95%），以无灌水处理（CK）和全生育期充分灌水（SI，土壤含水率为田间持水量的 80%~95%）为对照试验，研究在萌芽展叶期与果实膨大内进行不同程度水分调亏下苹果树生长的影响。本研究下调亏试验共设置 7 个处理，两个对照处理，每个处理选择长势相同的三棵苹果树，各调亏处理的其它条件均一致，涌泉根灌灌水器统一埋深在距苹果树主干间距 30cm 埋深40cm 位置，在苹果树东西方向对称布设两个灌水器，灌水流量为 5L/h。调亏试验为随机区组合，共 9 个小区，小区长 6 m、宽 3 m，试验区面积为 162 m2，小区间采用 1.5 m 隔水板做防渗隔离。试验方案见表 2-2。
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3 涌泉根灌苹果树土壤水分动态变化...........................................17
3.1 降雨灌水情况...........................................173.1.1 苹果树物候期确定................................... 17
3.1.2 降雨量................................ 18
4 涌泉根灌苹果树耗水规律与作物系数研究..................................29
4.1 参考作物蒸发蒸腾量.........................................29
4.1.1 参考作物蒸发蒸腾量 ET0 的计算................................... 29
4.1.2 参考作物蒸发蒸腾量 ET0 的变化特征............................ 31
5 调亏灌溉对苹果树生长发育及产量的影响...........................43
5.1 调亏灌溉对苹果树生长的影响..................................................43
5.1.1 调亏灌溉对苹果树春梢生长的影响......................................... 43
5.1.2 苹果树叶片相关参数...................................... 47
7 涌泉根灌灌水器布置方式试验与调亏试验综合效益评价
7.1 评价指标体系构建
选取苹果果实品质、产量、水分利用效率以及经济效益为一级指标，而苹果品质指标下分有五个二级指标分别为单果重、果实含水量、可溶性还原糖、可溶性物质以及维生素C 作为评价苹果性状的参考指标，进行品质分析。陕北丘陵沟壑地区调亏试验与灌水器布置方式试验苹果树灌溉制度综合效益评价体系具体层次结构见表 7-1。
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8 结论与展望
8.1 结论
本研究以陕西省榆林市子洲县山地苹果树为对象，在生育期内监测苹果园区的气象数据、土壤含水率、苹果树生理生长及果实生长。分析各生育期内土壤水分动态变化规律；利用Penman-Monteith 公式与水量平衡方程计算苹果树各生育期的耗水量；基于 TOPSIS 模型与灰色关联模型对各指标进行综合效益评价，得到丰水年最佳灌溉制度和涌泉根灌灌水器最适宜布置方式。具体研究成果如下：
（1）2018 年试验区苹果树生育期内降雨量为 592.8mm，有效降雨量为 491.9mm，属于丰水年，生育期内出现了两次大于 50mm 的大规模降雨（8 月 17 日和 10 月 9 日降雨量分别为 55.4mm 和 53.6mm），其中果实膨大期的有效降雨量占了全生育期的 66.44%。土壤水分含量在灌水或者降雨后上升，随后土壤水分被迅速消耗。土壤水分垂直剖面上呈现出中间高两端低的趋势。越接近地表土壤水分变异系数越大，土壤水分变化剧烈且与均值偏离程度高。1m 以下土壤含水量变化程度较低。0-90cm 土层调亏程度与变异系数呈负相关，在 100-140cm土层深度调亏程度与变异系数呈正相关。
（2）在苹果树整个生育期内参考作物日蒸发蒸腾量波动幅度剧烈，呈现出中间高两头低的特征，峰值主要是集中在 7 月和 8 月，当发生较大降雨时，降雨量与 ET0 呈现负相关关系。
（3）春梢长度随着时间呈递增趋势，且递增速率在逐渐变低，果实膨大期进行水分调亏对春梢长度影响不显著，春梢在 7 月中旬基本生长停滞。陕北苹果树叶面积指数呈“S”型曲线增长，6 月初到 7 月下旬是苹果树叶面指数快速增长时期。
参考文献（略）