精准滴灌对渭北旱地苹果产量品质、水分利用及果园土壤养分的影响
陕西省渭北旱地水资源匮乏，果树产量受控于季节性降雨，传统灌溉水分利用率低。本研究以瑞雪苹果作为研究对象，利用土壤温湿度电导率传感器设置3个灌水水平（L:50-60 %θf，M: 65-75 %θf, H: 80-90 %θf），另外设置一组不灌水对照（CK），研究精准滴灌对苹果产量和水分利用效率、建立LSTM模型，预测土壤水分变化，研究精准滴灌情况下土壤水分养分变化，以期建立渭北旱地果园灌水方案，为提高果园水分高效利用提供理论依据和技术支撑。研究取得以下主要结论： 1. 精准滴灌可以提高果园产量，滴灌处理预防了土壤贮水量降低而引起的干旱风险，提高了土壤水分利用效率。结合产量品质，水分利用效率和灌溉水利用效率等因素，综合评判在丰水年型下低水处理是平衡产量和水分利用效率的合理选择。 2. 精准滴灌结果表明，每次滴灌量小于4.6 mm能保持水分不向 60 cm土层以下迁移，提高水分和土壤养分利用效率。通过构建LSTM模型预测土壤未来水分。以低水处理为灌溉依据，当预测土壤水分要低于50 %θf 时灌溉，每次灌溉量小于4.6 mm，少量多次灌溉。 3.土壤灌溉对土壤全量养分的影响较弱，而对速效养分的影响较为明显。土壤滴灌显著提高土壤中速效养分和可溶性碳氮含量。磷、钾和可溶性有机碳等在土壤中迁移较慢的养分会在表层富集，而硝态氮和可溶性有机氮等在土壤中迁移能力较强的养分则会出现底层土壤含量高于高层土壤的现象。 4.随着土层向下，土壤微生物量会逐渐降低。在果树的生育期中，土壤微生物量碳氮含量呈现出W型规律，而土壤微生物量磷随生育期推移而增加。在萌芽期到坐果期，高水处理仅显著增加了土壤0-40 cm的微生物量氮含量，而在幼果期，高水处理的土壤微生物量碳含量显著低于其他处理。在膨大期到成熟期，高水处理显著增加了土壤微生物量碳和微生物量磷含量。中水处理显著增加了坐果期土壤各土层微生物量碳氮磷以及幼果期0-40 cm土层微生物量磷含量。 5.土壤微生物群落在0-20 cm和20-40 cm土层中处于磷限制状态，而在40-60 cm土层中则处于氮限制状态。精准滴灌和降雨共同驱动着土壤中氮磷限制的形成。膨果期的高降雨量导致土壤中氮的迁移流失。在高水和中水处理中，所有土层都处于氮限制状态，对照和低水处理处于磷限制。有效磷和可溶性有机氮对土壤养分的影响是矢量角度的影响因素，而有效磷和可溶性有机碳则是矢量长度的主要影响因素。微生物碳的利用效率主要受微生物量碳氮磷的影响。偏最小二乘建模分析指出，土壤中的水分和可溶性有机碳驱动了土壤矢量角度、矢量长度和微生物碳的利用效率的变化。随着生长期的推移，水分对矢量长度的效应值升高，而可溶性有机碳对矢量长度的效应值降低，对微生物碳的利用效率的效应值升高。除成熟期外，矢量长度对碳的利用效率效应值均较高。 综上所述，适当的灌溉可以提高果实产量和果园的经济效益，但过度的灌溉可能会对土壤微生物量和酶活性产生负面影响。果树生长周期内土壤水分和养分的分布变化对土壤微生物量、酶活性等生物参数的影响较大。同时，土壤中的氮磷限制和水分、可溶性有机碳等因素之间也存在着复杂的相互作用关系。其中低水处理对于果树水分利用效率和产量综合效应最优，相较于对照处理显著提高了土壤中酶活性，降低了碳氮磷限制，提高了土壤碳利用效率。相较于传统滴灌，利用水分传感器进行精准控制，能够提高土壤水分利用效率，减少因水分资源匮乏而造成的农业问题，也能科学指导灌溉，减少水资源浪费。
苹果;精准滴灌;果园产量;水分利用;土壤养分
西北农林科技大学
硕士
植物营养学
翟丙年
2023
中文
S661.1;S607.1
2023-12-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）