活化水灌溉對新疆嘎啦蘋果生長、產量及品質的影響

魏雪松，穆衛誼*，王全九,2，段曉顯，孫 燕,2

活化水灌溉對新疆嘎啦蘋果生長、產量及品質的影響

魏雪松1，穆衛誼1*，王全九1,2，段曉顯1，孫 燕1,2

（1.西安理工大學 西北旱區生態水利國家重點實驗室，西安 710048；2.西安理工大學 水利水電學院，西安 710048）

【目的】探討不同活化水灌溉對新疆嘎啦蘋果生長、產量及品質的影響?！痉椒ā炕诖筇镌囼?，以淡水灌溉為對照（CK），研究磁化水（M）、增氧水（A）及磁化增氧水（MA）3種活化水灌溉對蘋果生長、產量及品質的影響?！窘Y果】3種活化水灌溉均顯著提高了蘋果生長、產量及品質指標。在生長指標方面，相比CK，MA處理對蘋果最終新梢長度及果實大小的提升效果最優，分別提升了24.6%及61.4%，A處理對蘋果葉面積指數的提升效果最優，增加了24.7%。在產量方面，相比CK，M、A、MA處理下的蘋果產量顯著增加了19.2%～35.5%。其中，MA處理下的產量最高，達到37 239.93 kg/hm2。在品質方面，與CK相比，M、A、MA處理下的果實硬度、可溶性固形物量、可溶性糖量及Vc量分別增加了4.5%～7.9%、13.9%～15.98%、6.6%～28.2%、15%～19.7%，可滴定酸量降低了7.08%～18.35%。以上品質指標均以MA處理為最佳?！窘Y論】推薦在新疆地區采用磁化增氧水對蘋果進行灌溉，可有效促進蘋果生長，達到提質、增產的目的。

活化水；新疆；蘋果；生長；產量品質

0 引 言

【研究意義】新疆是我國優質蘋果種植生產基地，該地區地形、地貌復雜，屬于生態極度脆弱的干旱和半干旱地區。該地區水資源供需矛盾突出，其中農業灌溉用水量超過了水資源使用總量的80%[1]，人均單位土地面積水資源占有量的日益降低導致當地蘋果存在產量和品質下降的趨勢。因此，探索提質、增產的新型灌溉水源對新疆蘋果生產的可持續發展具有重要意義。

【研究進展】農業灌溉水處理技術已成為國內外的研究熱點?；罨夹g可使水的理化性質發生顯著改變，提升水分子活性。磁化、增氧等活化水技術能夠提高作物的水分利用效率[2]并增加產量[3]，因此受到廣泛關注[4]。Moussa[5]研究發現，磁化水灌溉可顯著促進豆科類作物的生長發育。王淥等[6]研究表明，采用磁化水灌溉可顯著提高冬棗果實的有機酸量、維生素C量。雷宏軍等[7]研究指出，增氧灌溉有利于番茄增產，且對品質具有改善效果。陳濤等[8]研究發現，增氧灌溉使馬鈴薯的產量增加了11.23%～16.05%。Zhu等[9]研究發現，增氧灌溉能顯著改善土壤通氣性，提升土壤含氧量，有助于提升水果產量。張玉方等[10]發現，適宜的增氧灌溉能促進植株對土壤中礦質營養元素的吸收，對植株生長和果實品質的提高起到了促進作用。

【切入點】目前，圍繞活化水灌溉對作物生產的影響主要集中于表觀分析，且對多年生的果樹類作物的研究較少。此外，活化水促進作物生長、產量及品質的機制尚不明確，在蘋果生產中的推廣應用程度較低?！緮M解決的關鍵問題】鑒于此，本研究以新疆“嘎啦”蘋果為試驗材料，設置磁化水、增氧水、磁化增氧水3種典型的活化水灌溉處理，分析不同活化水灌溉條件下的蘋果生長、產量及品質特征，闡明不同活化水灌溉對蘋果生長、產量及品質的影響，為新疆地區新型灌溉水的合理選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗在新疆阿拉爾市十團（E 80°51′，N 40°34′）進行，海拔高度為1 011 m，年平均氣溫為10.7 ℃，≥10 ℃積溫為4 113 ℃。年降水量介于40.1～82.5 mm之間，年蒸發量介于1 876.6～2 558.9 mm之間。試驗地土壤類型為砂質壤土，土壤電導率為104.64 μS/cm，pH值為9.45，有機質量為5.10 g/kg，堿解氮量為6.51 mg/kg、速效磷量為17.31 mg/kg、速效鉀量為70.38 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試品種為6 a生“嘎啦”，果樹生育期劃分為開花坐果期（4月15—30日）、幼果發育期（5月1日—6月1日）、果實膨大期（6月2日—7月31日）、果實成熟期（8月1—15日），果樹的株行距為1 m×3.5 m，樹形為主干形，樹干直徑為9.5～10.6 cm，樹高為2.7～3.0 m，樹體長勢均一，個體間差異較小。

1.3 試驗設計

本研究采用單因素完全隨機區組設計，以淡水灌溉作為對照（CK），設置磁化水（M，3 000 Gs）、增氧水（A，含氧量15.5 mg/L）、磁化增氧水（MA，3 000 Gs，含氧量15.5 mg/L）3種活化水灌溉處理，每個處理重復3次，每個小區種植5株果樹。灌溉方式為滴灌，滴頭流量為4 L/h，全生育期共灌水31次，生育期內每隔4 d灌水1次，各生育階段的灌水量見表1。不同處理下的氮肥選用尿素（含N量為46.7%）112.5 kg/hm2；磷肥選用過磷酸鈣（含P2O5量為12%）225 kg/hm2，鉀肥選用生物活性鉀（含K2O量為28%）112.5 kg/hm2。其他農藝措施與當地常規管理保持一致。

表1 蘋果各生育階段灌水量

1.4 測定項目與方法

1.4.1 新梢生長量

根據蘋果樹的實際生長狀況，在新梢生長初期選取蘋果樹東、南、西、北4個方位長勢一致且具有代表性的新梢進行標記，每隔15 d測量1次新梢長度。

1.4.2 果實生長量

蘋果樹坐果后，在東、南、西、北4個方位選取長勢一致的果實進行標記，采用游標卡尺每隔10 d測量1次果實的橫徑和縱徑，根據式（1）計算果實體積：

式中：為果實體積（cm3）；為果實橫徑（cm）；為果實縱徑（cm）。

1.4.3 葉面積測定

采用手持葉面積儀（LI-3000C）每隔20 d在蘋果樹冠層上、中、下3個部位分別選取10片樹葉測量其葉面積并取平均值，標記蘋果樹新生枝條數以及新生枝條葉片數，計算整株蘋果樹的葉片數，計算單片葉面積與整棵蘋果樹葉片總數的乘積，作為所標記蘋果樹的葉面積。

1.4.4 產量

在果實成熟期，從每個處理中選取具有代表性的3株蘋果樹，使用CPA-1245型電子天平測定其質量，得到單株產量后換算為每公頃產量。

1.4.5 品質指標

在果實成熟期，在樹冠外圍隨機采果10個，測定果實硬度、可溶性固形物量?？傻味ㄋ崃坎捎肗aOH中和滴定法測定；可溶性糖量采用蒽酮比色法測定；可溶性固形物量采用WYT-32手持折光儀測定；果實硬度通過HP－30型果實硬度計測定；Vc量采用2,6－二氯靛酚鈉法測定。

1.5 數據處理

使用Microsoft Excel 2019和SPSS 24軟件分析數據。采用單因素方差分析和Duncan法進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 活化水灌溉對蘋果生長指標的影響

不同活化水灌溉處理下的蘋果樹新梢生長隨時間的變化見圖1。由圖1（a）可知，不同處理下的蘋果樹新梢長度隨時間的變化規律基本一致，均呈“慢-快-慢”的變化趨勢；由圖1（b）可知，在開花坐果期及幼果發育期，M、A、MA處理下的新梢增長速度高于CK。在膨大初期，各處理下的新梢增長速度達到最大，其中M處理下的新梢增長速度最高，隨著時間的推移，A處理相比CK有所降低，可能是在該時期，過高的通氣量抑制了新梢生長。在果實成熟期，M、A處理下的新梢增長速度與CK差異較小，而MA處理下的新梢增長速度高于其他處理。

圖1 不同活化水灌溉對蘋果新梢生長的影響

由圖2可知，不同活化水灌溉條件下的蘋果樹新梢最終長度存在顯著差異，M、A、MA處理下的蘋果樹新梢最終長度分別比CK顯著增加了14.1%、21.0%及24.6%。其中，MA處理下的蘋果樹新梢最終長度最高。

由圖3可知，不同處理下的蘋果橫、縱徑隨時間的變化趨勢基本一致。在開花坐果期及幼果發育期，由于果樹的需水量不大，樹體養分供給能力有限且主要以營養生長為主，各處理間蘋果橫、縱徑差異不大；在果實生長至膨大期及成熟期階段，樹體葉片、新梢等營養器官發育趨于健全，樹體生理代謝活性逐漸提高，這一階段果實生長消耗了大量水分，MA處理下的果實橫、縱徑快速生長，最終橫、縱徑高于其他處理。從全生育期來看，采用磁化增氧水灌溉對于蘋果橫、縱徑的提升效果最優。

圖2 不同活化水灌溉對蘋果樹新梢最終長度的影響

圖3 不同活化水灌溉對蘋果橫、縱徑的影響

由圖4可知，不同活化水灌溉對蘋果橫、縱徑及果實體積的影響顯著。M、A、MA處理下的橫徑與CK相比分別增加了13.1%、17.3%和20.3%；M、A、MA處理下的縱徑相比CK增加了4.5%、9.4%和11.7%，但僅有A、MA處理與CK差異顯著。M、A、MA處理下的果實體積與CK之間具有顯著差異，相比CK分別增加了33.5%、50.4%和61.4%。

由圖5可知，各處理下的蘋果樹葉面積指數隨時間的變化趨勢基本一致，均呈先增大后減小的變化規律。在開花坐果期，植株正處于萌芽展葉階段，當地氣溫較低，不利于葉面積的增長，但A處理下的葉面積指數高于其他處理；在幼果發育期，氣溫回升，樹體生理代謝速率加快，葉面積生長速度加快，處理之間差異逐漸增大，A、MA處理在此時期的葉面積指數顯著高于CK，而M處理相比CK無明顯差異；至果實成熟期，各處理下葉面積指數均開始緩慢下降。從全生育期來看，采用增氧水灌溉最有利于提升果樹葉面積指數，增強果樹光合性能。

圖4 不同活化水灌溉對蘋果生長的影響

圖5 不同活化水灌溉對蘋果樹葉面積生長的影響

由圖6可知，MA、A處理下的最大葉面積指數相比CK分別顯著增加了24.7%及23.2%，但M處理下的最大葉面積指數與CK相比無明顯差異。

2.2 活化水灌溉對蘋果產量指標的影響

由圖7可知，活化水灌溉顯著提高了蘋果產量。MA處理下的產量最高，相比CK增加了35.5%；M、A處理下的產量分別相比CK增加了19.2%和22.5%。

圖6 不同活化水灌溉對蘋果樹最大葉面積指數的影響

圖7 不同活化水灌溉對蘋果產量的影響

2.3 活化水灌溉對蘋果品質指標的影響

由表2可知，MA處理下的果實硬度最大，為7.848 kg/cm3，相比CK增加了7.9%；M、A、MA處理下的可溶性固形物量分別相比CK增加了9.65%、9.36%、22.5%，而M、A、MA處理下的可滴定酸量分別相比CK顯著降低了10.79%、7.08%、18.35%；M、A、MA處理下的可溶性糖量分別相比CK顯著增加了6.6%、9.5%及28.2%；Vc量的最大值出現在MA處理，為10.388 mg/100 g?？傮w而言，采用活化水灌溉能一定程度上提升果實品質，MA處理下的提升效果最佳。

表2 活化水灌溉對蘋果品質指標的影響

注 表中不同小寫字母表示各處理在＜0.05水平上差異顯著。

3 討 論

活化水可在一定程度上改變水的理化特性，因此必然會對植物生長產生一定影響[4]。新梢是反映果樹生長的重要指標，與其他指標相比，其對不同灌溉水質的敏感性更高。以往研究發現水分是影響幼苗生長的關鍵因素[11-12]。經磁化處理后的水增強了金屬離子的水合化能力，調節離子的選擇性吸收，提高離子的轉運能力，促進果樹對水分和養分的吸收，進而促進新梢生長[13]，這與本研究結論基本一致。此外，在生育中期使用增氧水灌溉的新梢生長速度相比淡水略有下降，原因可能是過多的通氣量導致根系吸水效率下降，進而影響了新梢的生長發育[14]。磁化處理后的活化水可以增加細胞內的線粒體數量，為細胞呼吸、氧化還原提供條件[15]，有利于細胞分裂，進而影響果實大小。葉面積指數是果樹群體結構及果樹生長發育的重要表征指標，反映了果樹對光能的利用情況[16]。磁化增氧水及增氧水灌溉能顯著提升蘋果葉面積指數，但在生育中期，磁化水灌溉與淡水灌溉相比無明顯差異。這與李娟等[17]的結論一致，可能是在該階段磁化水影響了光合色素和蛋白質合成，從而導致葉面積的生長發育受阻[18]。磁化水有利于維持根系功能，促進根系對營養物質的吸收，進而提升果實產量[19]。灌溉可通過影響淀粉分解水平從而影響果實糖濃度；蘋果成熟時，可滴定酸量迅速下降，可能是酸性物質在活化水作用下被用于呼吸或轉化為其他代謝產物[20]。果實中可溶性固形物量直接影響果實風味、營養價值及貯運性能。Wang等[21]發現，在“嘎啦”蘋果生長期間，水分脅迫會明顯增加可溶性固形物量。在水分脅迫條件下，活化水灌溉可能與環境產生交互機制，進一步提升果實的可溶性固形物量。

4 結 論

1）活化水灌溉能有效促進蘋果樹新梢、果徑及葉片的生長。生育初期采用增氧水灌溉，生育中期采用磁化水灌溉，生育后期采用磁化增氧水灌溉可顯著促進蘋果樹新梢生長；全生育期采用磁化增氧水灌溉及增氧水灌溉可有效促進果徑及葉片的生長。

2）與淡水相比，活化水灌溉可顯著增產19.2%～35.5%，

3）磁化增氧水灌溉下的蘋果品種提質效果最佳。

（作者聲明本文無實際或潛在利益沖突）

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Effects of Aerated and Magnetized Irrigation Water on Growth,Yield and Fruit Quality of Gala Apple in Xinjiang

WEI Xuesong1, MU Weiyi1*, WANG Quanjiu1,2, DUAN Xiaoxian1, SUN Yan1,2

(1.State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China；2. School of Water Resources and Hydropower, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)

【Objective】Pre-treating water prior to irrigation is an innovative technology increasingly used in modern irrigation. This paper compares the effect of irrigation using aerated (A) and magnetized (M) water on growth, yield and fruit quality of Gala apple in Xinjiang province. 【Method】The experiment was conducted in an apple orchard, with freshwater irrigation treated as the control (CK). In each treatment, we measured the growth of the apple in different growth stages, as well as its ultimate fruit yield and quality. 【Result】All irrigations significantly improved growth, fruit yield and quality of the apple. Compared with CK, aeration combined with magnetization increased the final shoot length and fruit size by 24.6% and 61.4%, respectively, while aerating the water alone increased leaf area index by 24.7%. Compared to CK, Magnetization and aeration working separately or in combination increased fruit yield by 19.2%～35.5%; their combination increased the fruit yield up to 37 239.93 kg/hm2. Compared with CK, magnetization and aeration working alone or in combination increased fruit hardness, soluble solid content, soluble sugar and Vc contents by 4.5%～7.9%, 13.9%～15.98%, 6.6%～28.2% and 15%～19.7%, respectively, and reduced detectable acid by 7.08%～18.35%. On average, magnetization- aeration combination was most effective in improving fruit yield and quality. 【Conclusion】Irrigating the apple using the combination of magnetized and oxygenated water in Xinjiang can promote apple growth and improve its fruit yield and quality.

activating water; Xinjiang; apple; growth; yield and quality

1672 - 3317（2023）10 - 0009 - 06

S275.9

A

10.13522/j.cnki.ggps.2023134

魏雪松, 穆衛誼, 王全九, 等. 活化水灌溉對新疆嘎啦蘋果生長、產量及品質的影響[J]. 灌溉排水學報, 2023, 42(10): 9-14.

WEI Xuesong, MU Weiyi, WANG Quanjiu, et al. Effects of Aerated and Magnetized Irrigation Water on Growth, Yield and Fruit Quality of Gala Apple in Xinjiang[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(10): 9-14.

2023-03-29

2023-06-11

2023-09-15

自治區重大專項（2022A02003-3-4）；國家自然科學基金重點項目（41830754）；國家自然科學基金面上項目（52179042）；兵團重大科技項目（2021AA003-2）；中國工程院院地合作項目（202201SDZD01）

魏雪松（1999-），男。碩士研究生，主要從事作物高效用水理論與技術研究。E-mail: weixuesong599@163.com

穆衛誼（1988-），男。講師，主要從事智能農業及裝備技術研究。E-mail: weiyimu@xaut.edu.cn

@《灌溉排水學報》編輯部，開放獲取CC BY-NC-ND協議

責任編輯：韓 洋