２０１２年第二期囵 极端干旱区滴灌葡萄耗水规律与灌溉制度研究 农二师设计院有限责任公司 杨慧慧 摘要：本文在滴灌条件下对葡萄进行不同水量灌溉，以研究相应的田间耗水强度变化 过程和灌溉制度。通过田间试验和理论分析，可得出以下初步结论：葡萄在全生育期的耗水量 在浆果生长期耗水量最大，浆果成熟期次之，然后是新梢生长期和枝蔓成熟期，萌芽期和花期 的耗水量较小；各生育期耗水强度分别为萌芽期３．１４ ３．７ｍｍ／ｄ，新梢生长期４．３８～５．４４ ｍｍ／ｄ， 花期４．６６—５．９４ｍｍ／ｄ，果实膨大期６．３２ ８．０２ｍｍ／ｄ，成熟期６．０２ ６．６７ｍｍ／ｄ，枝蔓成熟期 ２．６６—３．５８ ｍｍ／ｄ。通过理论分析计算结合试验实际产量与灌水量情况，确定滴灌葡萄全生育 期适宜灌溉定额为７４５ｍｍ，总灌水次数为２７次。 关键词：滴灌；耗水量；灌溉制度 ０引言 新疆日照时间长，昼夜温差大，有效积温高，生长季节降雨少，空气干燥，得天独厚的气候 条件非常适宜葡萄的生长，特别是吐鲁番、哈密地区以及南疆的焉耆等地，已成为中国著名的 葡萄生产基地。但这些地区属于严重资源性缺水的极端干旱区，长期以来农业生产中灌水采 用大水漫灌，造成地下水位升高，水资源短缺已成为该区农业及社会经济可持续发展的“瓶 颈”。因此，大力发展葡萄滴灌技术成为该地区缓减水资源供需矛盾的主要途径。新疆是我 国最早引进滴灌技术的省区之一，从滴灌引入我国（１９７４）［－ 不久后就开始对滴灌技术的研 究，到目前为止，滴灌被广泛应用于棉花、蔬菜、果树等经济作物上，并取得了很大的成果【 ０］。 本文研究的主要目的是通过滴灌技术在成龄葡萄上的应用试验研究，探索葡萄的耗水特性及 适宜的灌溉制度，为滴灌技术大面积推广提供科学的理论依据。其研究成果在干旱半干旱地 区有普遍的应用价值，将扩大微灌技术的应用范围和规模，对干旱区特色瓜果产业实现高效 用水和可持续发展具有重要意义。 １．材料与方法 １．１试验地概况 试验地位于哈密地区，属典型极端干旱气候，年平均降水量仅３０ｍｍ，年平均蒸发量高达 ３３００ｍｍ，年均日照时间达３３６０ｈ，＞１０℃的积温为４２６０℃，无霜期１８０ｄ左右。试验区内地下水 埋深１５ｍ以下，土壤剖面土质变化很大，６０ｃｍ以内土壤基本为砂壤土，其中２０～４０ｃｍ深度内 埋有有机肥料，６０ｃｍ内土壤平均容重为１．５０￣ｃｍ３，田间持水率１６％（质量含水率），６０ｃｍ以下 土层夹杂含有粗砂和砾石，在ｌｍ深度左右出现粘土层。土壤基本理化性质测定结果见表１。 回巴删科技 ｚ日Ｄ 试验地葡萄已栽种ｌ２年，品种为无核白。当地种植模式为行距５ｍ，株距１ｍ，亩株数１３３ 株，栽培方式为大棚架。葡萄于４月上旬撤土开墩，８月中旬成熟采摘，１Ｏ月中旬生育期结束， 冬灌之后埋土防寒。 该试验滴灌带采用的是单翼迷宫式滴灌带，直径为１６ｍｍ，滴头间距３０ｅｒａ。为了控制灌水 量，管道采用支＋辅管＋毛管的铺设方式，在辅管进口处安装水表和压力表。结合当地实际情 况，毛管采用一行两管。滴灌带距葡萄植株３０ｅｒａ，取样点位置及距葡萄植株距离如图１所示。 ．３Ｏ Ｏ ３０ ５０ ７０ 图ｌ滴灌带布置及取样点位置示意图 注：０处为葡萄植株所在位置，单位ｃｍ。 １．２试验小区布置 ’试验小区东西走向，由北向南逐次排列１５个，规格为３１ｍ×５．０ｍ（长×宽），对３个灌水 量处理（８２５ｍｍ，７５０ｍｍ，６７５ｍｍ）进行全面试验布置（如表２所示），５个小区为一个处理，各处 理灌水时间相同。供水系统以水泵加压，管道前部装有压力表以监测管道内水压力，每个处理 辅管进口处安装有水表及压力表，以监测各处理灌水量和工作压力。各处理灌水情况见表３。 表２．灌水小区布置表 试验处理 一 试验小区 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ 灌水量（ｒａｍ）８２５ ８２５ ８２５ ８２５ ８２５ ７５０ ７５０ ７５０ ７５０ ７５０ ６７５ ６７５ ６７５ ６７５ ６７５ ２０１２牟第二两固 １．３试验观测内容和方法 １．３．１气象资料观测 用便携式自动气象站观测试验期间降雨、风速、风向、风程、气温、相对空气湿度、太阳辐 射、日照时数和水面蒸发等。 ｌ Ｉ３．２土壤水分的监测 本试验采用取样烘干法监测土壤水分。平均每隔３—５天采取土样测定０ ５、＞５～２０、 ＞２０～４０、＞４０～６０、＞６０—８０、＞８０～１００ｃｍ深度的田间土壤含水率。 １．３．３果实产量测定 在果实采收期，在每个试验小区内选取长势均匀的植株，调查其上、中、下部位的果穗重 量、果粒重量，并最终计算出各试验小区的葡萄产量。 ２．结果与分析 ２．１葡萄滴灌下的耗水规律 葡萄在不同处理下的耗水规律可以通过水量平衡原理来分析确定［ｎ］。根据《灌溉试验规 范》［脚（ＳＬｌ３—９０）中的水量平衡计算公式计算各物候期的耗水量： ＥＴｌ＿２＝１０ Ｈ（０ ｌ一０ ２）＋Ｍ＋Ｐ＋Ｋ—Ｃ （１） 式中，ＥＴ。『＿＿计算时段内作物田间耗水量（ｍｍ）； ——土壤干容重（ｇ，ｃｍ３）； Ｈ——计划湿润层厚度（ｃｍ）； ０。、０：——土壤在时段初和时段末的含水率（干土重的百分比）； 卜时段内灌水量或灌水定额（ｍｍ）； Ｐ一时段内有效降雨量（ｍｍ）； ‘ Ｋ——时段内地下水补给量（ｍｍ）； Ｃ——时段内排水量（ｍｍ）。 由于试验地地下水埋深较深，又无排水，Ｋ、Ｃ均可忽略不计。该地区在４一ｌＯ月份降雨少， 圜巴删科技 Ｚ日＿Ｄ删Ｊ 蒸发大，对土壤含水率几乎没有影响，Ｐ可忽略不计。故上式简化为： ＥＴｌ＿２＝１０－ｙ Ｈ（０ １—０ ２）＋Ｍ （２） 由于在不同生育期葡萄对水分的要求不同［１３］。在萌芽期，气温低，植株较小，故需水量较 少；随着气温升高，葡萄生长加速，在新梢生长期葡萄对水分需求较多，开花期间需水量减少， 以后又逐渐增多；在浆果生长坐果后，葡萄快速生长，这期间是决定果实细胞数量的细胞分裂 期，水分胁迫导致细胞数量减少，会使果树体积发生不可逆缩小［１４］，在浆果成熟期需水量达 到高峰，在葡萄完全成熟后需水量逐渐减少。因此从葡萄的灌水管理方面来讲，葡萄萌芽到葡 萄成熟这阶段的耗水量最重要，论文计算了葡萄主要生育期（４～９月）的ＥＴ值及耗水强度， 计算结果见表４。 表４不同灌溉定额处理葡萄各生育阶段耗水 ３０ｏ ２５Ｏ ２０ｏ １５ｏ ｌ００ ５０ ０ 萌芽期 新梢生长期 开花期浆果生长期 成熟期枝蔓成熟期 生育期 图２不同灌水处理的耗水量 ２０１２年第二胡固 ３２％ 日萌芽期囱新梢生长期翻开花期圈浆果生长期 囝成熟期口枝蔓成熟期 图３不同生育阶段的耗水量 根据表４中不同灌水处理葡萄各生育期的耗水量及模比系数计算结果，葡萄需水的基本 规律是前期小，中期大，后期小。在葡萄新梢生长期由于气温的升高，蒸发量加大，各灌水处理 下的耗水约占整个生育期耗水的２０％左右；在果实膨大到果实成熟期，除受到气候的影响以 外，营养生长和生殖生长齐头并进，植株生长和发育需要大量的水分和养分来供给制造干物 质，需水量最大，需水模比系数已达６０％左右，以上三个生育阶段的耗水已达到整个生育期耗 水的８０％左右，为葡萄生长发育期的需水临界期。 从耗水强度变化规律看，不同灌溉处理葡萄在整个生育期内（４—９月份）耗水呈现两头 低中间高的变化趋势。在萌芽期，由于葡萄刚发芽，气温较低，葡萄蒸腾耗水只用于营养器官 的生长发育，叶片很小，耗水强度不大，为３．１４—３．７ｍｍ／ｄ。随着葡萄进入新梢生长期，新梢和 叶片迅速生长，同时果穗也在生长发育，耗水强度较大，为４．３８—５．４４ ｍｍ／ｄ。花期葡萄耗水强 度为４．６６～５．７７ ｍｍ／ｄ。葡萄结果后（浆果生长期），葡萄的耗水强度在果实膨大后期达到最大 值，为６．３２ ８．０２ ｍｍ／ｄ。随着葡萄进入成熟期，葡萄主要进行果实的糖分积累，在此阶段葡萄 耗水强度稍有降低，为６．０２ ６．６７ｍｍ／ｄ。进入完全成熟期后葡萄耗水仅仅维持自身的生命以 及果实的充实，耗水强度降低，为２．６６ ３．５８ ｍｍ／ｄ。总而言之，葡萄耗水强度在４月份开始生 长时较低，而后不断增加，到６～７月份达到高峰，然后逐渐下降，这一变化过程与当地气温变 化过程基本一致（图４）。在适宜的灌溉条件下，由于气温升高以及植株蒸腾能力增强，葡萄的 耗水强度随之加大。花期过后，葡萄植株的生长状况发生了变化，逐渐由以前的营养生长、生 殖生长并进转变成以生殖生长为主的生长趋势，日均气温也逐渐达到顶峰，故耗水强度较大， 结果后期，此时气温在慢慢回落，加上果实不断被采摘，葡萄生理活动机能减弱，生长逐渐缓 慢，需水强度逐渐下降。 骞期 图４各灌水处理的耗水强度与气温变化趋势线 ２．２葡萄滴灌下的水分生产函数 水分是影响作物产量的一个重要因素。在农业生产水平基本一致的情况下，作物所消耗 的水资源量与作物产量之间的关系就是作物水分生产函数，又称作物一水分反应模型［ 。国 内外学者从不同角度探讨水分与作物产量之间的关系，建立了很多作物水分生产模型，归纳 起来大致可分为两类，一类是静态产量模型，也称为最终产晕模型；另一类是动态产量模型， 又称过程产量模型［蚓。静态模型通过对田间试验数据进行直接回归分析确定的，属于经验、 半经验模型，研究历史比较长，其方程结构表达简单，所需的实测数据少，是目前应用的最多 的模型［川。根据《灌溉试验规范ＳＬ１３—２０ｏ４＞＞以及试验站现有试验数据条件，本论文选择静态 模型对滴灌葡萄灌溉制度的优化进行分析。 （１）以灌水定额为自变量的全生育期作物水分生产函数非线性模型 对于灌区管理人员和农民来说，往往更关心的是灌水量与产量的关系，国内外大量研究 表明，灌水量与产量之间存在的关系常为抛物线关系形式： Ｙ＝ａｌ＋ｂｌｗ＋ｃｌ （２） 式中：Ｙ为作物产量，ｗ为灌水量，ａｌｂ ｃ。为经验系数； （２）以蒸发蒸腾量为自变量的全生育期作物水分生产函数非线性模型 据相关研究表明，作物产量与腾发量之间存在明显的非线性关系，可以通过二次曲线来 表示： Ｙ＝ａ２＋ｂ２ＥＴ＋ｃ２Ｅ （３） 式中：Ｙ为作物产量，ＥＴ为腾发量，ａ２ｂ２ｃ 为回归系数。 ２．２．１滴灌葡萄水分生产函数的拟合 为了确定滴灌葡萄水分生产函数模型，需要用试验数据拟合方程来确定模型的经验系 数，表５所列数据为试验地滴灌葡萄的灌水量、耗水量及产量。 表５滴灌葡萄灌水量、耗水量及产量试验结果 根据表５中灌水量和产量数据由式（２）拟合得到以灌水量为自变量的滴灌葡萄全生育期 水分生产函数： Ｙ＝一１．１ １９ ＋ｌ６６５．７Ｗ一５８４９２５ （４） 根据表５中耗水量和产量数据由式（３）拟合得到以耗水量为自变量的滴灌葡萄全生育期 水分生产函数： Ｙ＝一１．２４８ＥＴ！＋ｌ８９７ＥＴ一６８７１ １４ ＥＴ＝一０．００Ｏ１ ＋１．１３３８Ｗ－１３．４５ （５） （６） 根据表５中耗水量和灌水量数据得到灌水量与耗水量的拟合公式： ２０１２牟第二胡圈 ２．２．２滴灌葡萄水分生产率 灌溉水分生产率［ｔＢ］作为狭义的水分生产率的一种，是指单位灌溉水量所能生产的农产 品的数量，它综合反映了灌区的农业生产水平、灌溉工程状况和灌溉管理水平，直接地显示出 在灌区投入的单位灌溉水量的农作物产出效果。由表５可以看出，在灌水量为７５０ｍｍ之前， 灌水量越大，葡萄灌溉水分生产率也越大，但并不是一直呈递增趋势，在灌水量为８２５ｍｍ时， 葡萄灌溉水分生产率反而减小到３．３４ｋｇ／ｍ ，处理Ｂ和处理Ｃ小区的葡萄灌溉水分生产率较 高，而节水灌溉的目的就是要提高水分利用率，说明适宜灌溉定额较接近７５０ｎｍａ。 ２．２－３滴灌葡萄灌溉定额的确定 滴灌葡萄全生育期的灌溉定额可以通过对作物水分生产函数的求解来确定。由以上分析 得知以灌水量为自变量的葡萄水分生产函数模型和以耗水量为自变量的葡萄水分生产函数 模型均呈显著相关，为了得到较优的灌溉制度，分别对式（４）和式（５）求解。 式（４）对自变量ｗ求导，得到：Ｙ ＝一２．２３８Ｗ＋１６６５．７ 令Ｙ ＝Ｏ，得：Ｗ＝７４４．２ｍｍ，代入式（４）求解，得：Ｙ＝３４８９３．７ｋｇ／ｈｍ＇。 即以灌水量为自变量的葡萄水分生产函数模型确定的较优灌水定额为７４５．０ｒａｍ，相应的 葡萄产量为３４８９３．７ｋｇ／ｈｍ２。 式（５）对自变量ＥＴ求导，得到：Ｙ ＝一２．４９６ＥＴ＋１８９７ 令Ｙ ＝０，得：ＥＴ＝７６０．０ ｏｔｎｉ，代人式（５）求解，得：Ｙ＝３３７６１．２ｋｇ／ｈｍ＇ 即以耗水量为自变量的葡萄水分生产函数模型确定的较优耗水量为７６０．０ｒａｍ，相应的葡 萄产量为３３７６１．２ｋｇ／ｈｍ２。采用公式（６）转化为较优灌水量为７２９．１ｍｍ。 通过比较可知，两种水分生产函数得到的最优灌溉定额和相应的葡萄产量均比较接近， 确定灌溉定额范围为６７５—７４５ｍｍ，比较接近通过水分利用率的比较来确定的７５０ｎｍａ范围。 根据在作物水分生产率较高且节水情况下获得较高作物产量的原则下，最终确定滴灌葡萄主 要生育期较优灌溉定额为７４５ｍｍ。 ２３滴灌葡萄灌溉制度初步拟定 葡萄属于多年生植物，其灌溉制度应根据一年中葡萄不同生育期内的耗水量来制定。在 萌芽期葡萄耗水量较小，这时水分不易过多，以免阻碍地温回升，减缓枝条和叶片的生长；新 梢生长期是葡萄当年生长的第一个需水高峰期，这时期的新梢生长量约占全年生长量的６０％ ～８０％，此时期葡萄生殖生长和营养生长同时进行，气温高，蒸发量大，应保证充足的水分和 养分；花期一般控制灌水，以免造成落花落果，所以需水量不大；当葡萄进入果实膨大期，这时 是葡萄当年生长的第二个耗水高峰期，果实需要灌浆并制造干物质，葡萄果实的水分含量在 ８５％以上，再加上高温，蒸发强烈，所以此时缺水会导致果粒偏小从而致使产量下降；当葡萄 进入成熟采收季节时，为了防止过多水分而造成裂果腐烂发生，应适当控制水分；葡萄成熟以 后随着气温开始降低，葡萄枝蔓生理活动变弱，为保证葡萄安全过冬，应尽可能减少水分，同 时延长灌水周期。综上所述，葡萄的灌水关键时期为新梢生长期以及果实膨大转熟期，其余时 期应适当控制灌水，以免对葡萄产量造成负面的影响。 通过以上理论计算结果，结合当地丰产经验及来水情况，综合分析得出新疆极端干旱区 成龄葡萄在滴灌条件下的灌溉制度，如表６所示。节水灌溉的主要目的就是提高水分利用效 率，对于极端干旱区这种戈壁砾石改良的葡萄种植区，要使葡萄得到较高产量，全年滴灌灌水 量宜为７４５ｍｍ。 表６滴灌葡萄灌溉制度 ３．结论 本文以无核白葡萄为试验材料，主要研究了葡萄在滴灌下的耗水规律、以及灌溉制度，得 出以下初步结论： （１）葡萄在全生育期的耗水量是个动态变量，在浆果生长期耗水量最大，浆果成熟期次 之，然后是新梢生长期和枝蔓成熟期，萌芽期和花期的耗水量较小；葡萄滴灌下各生育期耗水 强度分别为：萌芽期３．１４～３．７ｍｍ／ｄ，新梢生长期４．３８—５．４４ ｍｍ／ｄ，花期４．６６—５．９４ ｍｍ／ｄ，果 实膨大期６．３２ ８．０２ ｍｍ／ｄ，成熟期６．０２—６．６７ ｍｍ／ｄ，枝蔓成熟期２．６６—３．５８ ｍｍ／ｄ。 （２）通过理论分析计算结合当地丰产经验，得到新疆极端干旱区滴灌葡萄全生育期适宜 灌溉定额为７４５ｍｍ，总灌水次数为２７次。其中，萌芽期２次，灌溉定额为４４ｒａｍ；新梢生长期５ 次，灌溉定额为１４０ｒａｍ；花期１次，灌溉定额为２８ｒａｍ；浆果生长期７次，灌溉定额为１９６ｍｍ； 浆果成熟期８次，灌溉定额为２２Ａ．ｍｍ；枝蔓成熟期３次，灌溉定额为７８ｒｎｍ；冬灌１次，灌水量 为３５ｍｍ。 本研究只是探讨了试验年在滴灌带一行两管铺设方式下葡萄的耗水规律，所得出的结论 仅供参考，为了制定合理的灌溉制度，进一步探讨葡萄滴灌的节水潜能，还需增加灌水处理来 进行葡萄滴灌试验研究。 参考文献 ［１］程先军，许迪，张吴．地下滴灌技术发展及应用现状综述［Ｊ］．节水灌溉，１９９９，８（４）： １３－１５． ［２］杜太生、康绍忠等．干旱荒漠绿洲区葡萄根系分区交替灌溉试验研究［Ｊ］．农业工程学 报，２００７，２３（１１）：５２—５９． ［３］苗世成．日光温室红提葡萄滴灌技术［Ｊ］．甘肃农业科技，２００７，（１０）：６５—６６． ［４］陆树华等．滴灌条件下不同施钾量对甘蔗产质量的影响［Ｊ］．中国糖料，２００９，（１）： ２０１２年第二明圆 ｌ２—１４． ［５］张江辉，王全九等．新疆葡萄滴灌技术参数对土壤水盐分布特征的影响［Ｊ］．干旱区研 究，２００８，２５（５）：６７９—６８２． ［６］赵春艳，马兴旺，杨涛，等．干旱区葡萄园漫灌和滴灌压盐效果比较［Ｊ］．新疆农业科学， 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