本文是一篇农业科技论文，本研究以 8a 生苹果树（寒富）为试验材料，设置 4 种灌溉技术和 3 个灌水量，通过大田试验和理论分析相结合的方法，研究了不同灌溉技术和灌水量对陕北山地苹果树生长特性、光合特性、产量、果实品质及水分利用效率的影响，并运用主成分分析法和熵值-TOPSIS 法对不同处理进行综合效应评价。
1 绪论
1.1 研究背景及意义
一直以来，由于水资源的不均分布，中国部分省份（主要为西北地区）长期处于用水紧张状态，地区内个人淡水年均资源量未达到世界平均水平的 8.3%，小于 4.50×105 kg [1]。有数据指出，近9年来我国在农业方面的用水总量，与经济社会用水总量相比，已占据62%，甚至于个别区域农业用水总量已突破 90%，但农田水分利用效率却为 1.0 kg·m-3，灌溉水的利用率远低于 50%，而发达国家灌水利用效率已达 80%[2,3]。2020 年 6 月，习近平总书记在位于宁夏的贺兰县提出“要调整农业种植结构，更好的保护水资源，积极行动起来，发展节水型农业”。中国目前正处于发展灌溉农业的关键阶段，从节省农业用水、改善灌溉条件、提高用水效率等方面入手，能促进水资源可持续利用，国家粮食安全得到保障，由此可使得经济发展方式迅速转变[4]。
陕北地区是我国黄土高原的中心部分，也是黄土高原的典型代表，该地区总面积占陕西省总面积的 45%，约为 9.25×104 km2。陕西全省水资源总量仅为 4.95×1011 m3，其中个人水资源量为 964.8 m3，占我国平均标准的 46.4%，每亩田水资源占有量为 253.6 m3，占我国平均标准的 42%[5]。陕北地区个人可使用水资源量仅为 890 m3[6]，且由于长期持久的人为活动干扰，损害了该地区的环境生态，地区水土流失问题极其严峻，因此使得地区农业结构不断调整演变，逐渐发展为三大产业：果业、畜牧业和设施农业，而且中国目前能满足苹果最佳 7 项优生地区指标的是陕北区域[7]。
陕西省的苹果基地县数量在我国 105 个基地县中，占 28.6%[8]，并于 2020 年 12 月在黄土高原的米脂县建立的山地苹果试验示范站是国内首个试验站。据报道，苹果不仅是陕北当地的主导产业之一，也为增加农民收入提供了条件，2018 年苹果的种植面积在全国区域内为 1.94×106 hm2，产量达到 3.92×1010 kg，其中苹果种植面积在陕西省区域内为 5.98×105 hm2，产量达到 1.01×1010 kg，分别占全国的 30.8%和 25.7%[9]。但目前苹果质量优良率远不足 50%，能供给国际出口质量的高档果也远不足 10%。因此，目前苹果品质低劣，产量差是陕北地区苹果生产或出口迫切需要解决的问题。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 涌泉根灌技术研究现状
涌泉根灌是有学者考虑滴灌技术下滴头常堵塞，且地表滴灌下蒸发较大，果树主要根系位置较深等问题，以滴灌技术作为基础，创造出的一种微灌技术，考虑到节水的难点在于有效减少输水过程损耗和降低作物棵间蒸发量，涌泉根灌技术通过将其灌水器布设于不同土壤深度，可直接在作物相应根系处进行水肥灌溉，一定程度上使地面无效蒸发减少，由此使得灌水利用效率提高；为了强化流量控制精度，设置了多种形式的过水流道在灌水器内部，重点适用于根系分布相对较深的果树灌溉[20]。另外，还可以灵活组合不同的灌水器下埋深度和布置间距，以应对不同作物根系，借此来改善灌水效率 [21]。
近年来，相关学者针对涌泉根灌的土壤入渗特性进行了一些研究工作，如费良军等[22]研究建立了涌泉根灌不同浓度肥液入渗量与湿润锋运移的经验模型；何振嘉等[23]研究表明，肥液浓度、入渗能力及增渗效果之间存在显著的相关关系；发现湿润体形状不因土壤初始含水率的变化而改变，但增大初始含水率会明显加大湿润体体积[24]。另有学者研究表明，大流量可以增加湿润体内高含水区域面积，但会降低湿润体水分分布的均匀度[25]；增大灌水器流量时湿润锋的运移速率随之加快，呈正相关关系[26]。由上述研究表明，灌水器大流量和高初始含水率下，形成的湿润体较大，且高含水区域体积也较大；而土壤容重大时则相反；因此―涌泉根灌技术更适合土壤初始含水率高、土壤容重小的土壤区域，增大灌水流量更能提高灌水效果。
发展灌溉技术的目的是减小水分损失，并使得作物稳产增产，相关学者还开展了大量关于涌泉根灌对作物影响的研究工作，如强敏敏等[27]发现对枣树进行轻度、中度水分亏缺灌溉，能显著提高枣树的产量，且轻度亏缺灌溉枣树增产量最高；当田间灌水次数一定时，枣树产量与灌溉定额间存在正相关关系，与灌水利用效率和耗水利用效率存在负相关关系[28]。适度的水分亏缺有利于枣树果实体积的增大，中水中肥处理的枣树收获产量最高[29]；合理的水氮施用组合，能使产量增产的同时，增强了水氮的利用效率[30]；在果树的开花期至果实成熟期进行轻度或中度水分亏缺均能显著提升苹果的产量和品质[31]。
2 试验材料与方法
2.1 试验区概况
2020 年 4 月至 10 月，在位于陕西省榆林市子洲县（37°27′N，110°2′E，海拔 1020 m）的“清水沟现代生态农业示范园区”进行试验，该示范区降水量年均为 427.50 mm，主要分布在 7~9 月，环境年均温度为 9.3 ℃，气候地区特征属于温带半干旱性，年均阳光照射时间为 2633.1 h，无霜期 170 d。选择长势一致的 8 年生苹果树（寒富）为供试材料，株高约285~310 cm，南北方向种植，株行距为 2 m×3 m（1667 株·hm-2）。试验区土壤类型为黄绵土，0～80 cm 土壤质地类型为砂土，每 20 cm 为一层，土壤剖面容重依次为 1.26、1.49、1.48 和 1.43 g·cm-3，田间持水率依次为 0.228、0.219、0.216 和 0.205 cm3·cm-3，pH 为 8.3，偏碱性，有效 N、P、K 质量分数分别为 22.60、11.10 和 62.3 mg·kg-1，有机质含量为 0.81%。
2.2 试验设计
试验设灌溉技术和灌水量两个因素，灌溉技术分别为涌泉根灌（S）、地表滴灌（D）、地下滴灌（U）和微孔陶瓷根灌（T），灌水量分别为高水（W1）、中水（W2）和低水（W3），其中 W1 为 85% ~ 95%θf（θf 为田间持水量），W2：75% W1， W3：50% W1。涌泉根灌的工作水头为 0.5~1 m，涌泉根灌灌水器选择大流道迷宫灌水器，其出流孔和迷宫流道采用一体式设计，出流孔直径为 3 cm，灌水器设计流量为 3 L·h-1，每棵苹果树下对称布置 2 个涌泉根灌灌水器，地下埋设深度为 40 cm，与试验树主干的水平距离为 40 cm；涌泉根灌灌溉系统布置见图 2-1 所示。滴灌区滴灌带（φ12 mm）顺种植行布置，地表滴灌带距试验树主干的水平距离为 40 cm，地下滴灌带埋深为 40 cm，滴灌带均按照“一行两管”的方式布置，滴灌工作水头为 0.5~1 m，每棵树对称布置 4 个滴头，滴头设计流量为 2 L·h-1；微孔陶瓷根灌在每棵苹果树下对称布置 2 个陶瓷灌水器，采用管间式灌水器，其结构尺寸为 20 mm×90 mm×40 mm（内径×长度×外径），灌水器工作水头分别为 0.5~1 m（W1）、0.3~0.8 m（W2）和 0.1~0.6 m（W3），灌水器的设计流量范围为 0.20~1.4 L·h-1，渗透系数为 0.18 cm·h-1，灌水器距树干的水平距离为 40 cm，埋深为 40 cm，陶瓷根灌灌水器布置如图 2-2 所示。每个灌水小区采用独立水表控制灌水量，通过水桶（容积 45 L）进行灌水，试验所用灌溉水取自试验区处的集雨窖内，经试验检测，水质满足灌溉要求。由于苹果树果实成熟期常处于试验区雨季，降雨量较大，且此时期果树生理缓慢，对水分的需求较弱，因此在该阶段没有做控水处理，试验采用完全组合设计，共 12 个处理，每个处理有 3 棵试验树，共 36 棵试验树，试验布置见图 2-3，试验方案见表 2-1。为防止各处理间互相影响，试验开始前，在各处理之间埋设 100 cm 深的塑料薄膜，此外为避免试验区边界对试验结果的影响，试验区四周各设置一行苹果树作为保护行。其它措施如病虫害防治、整枝修剪、除草、疏果、套袋等与示范园区管理完全相同。
3 灌溉技术和灌水量对苹果耗水规律的影响 ............... 15
3.1 试验区降雨量及日平均气温 ................................... 15
3.2 苹果树物候期内灌水量分析 ....................................... 16
3.3 土壤含水率动态分析 ......................................... 17
4 灌溉技术和灌水量对山地苹果树生长特性的影响 ................................. 29
4.1 灌溉技术和灌水量对苹果树新梢的影响 ......................... 29
4.2 灌溉技术和灌水量对苹果果径和体积的影响 ................................... 31
4.3 灌溉技术和灌水量对苹果树叶面积指数的影响 ..........
