黃土丘陵山地棗樹根際滴灌技術集成示范

曹海祥，劉曉麗，楊榮慧

(1.清澗縣林業(yè)局，陜西 清澗 718300；2.西北農林科技大學，陜西 楊凌 712100)

黃土丘陵山地棗樹根際滴灌技術集成示范

曹海祥1，劉曉麗2*，楊榮慧2

(1.清澗縣林業(yè)局，陜西 清澗 718300；2.西北農林科技大學，陜西 楊凌 712100)

黃土丘陵山地棗樹不同灌溉方式等量灌水試驗結果表明，根際滴灌技術灌溉水利用率和增產效益顯著，滴灌和根際滴灌產量比不灌溉分別增產12 075 kg·hm-2、15 150 kg·hm-2，WUE(水分利用率)滴灌提高66.94%；根際滴灌為72.07%，凈增收入分別為62 536.0和76 086.0元·hm-2。田間管道根際滴灌比地表滴灌使用壽命期長，滴灌和根際滴灌的管道系統年使用折舊期分別為8 a和 12 a。

山地棗樹；根際滴灌；灌溉水利用；增產效益

陜北自然降雨少，氣候干燥，水是制約黃土丘陵山地棗樹生長的主要因素。通過10年的山地棗樹不同灌溉方式的水利用率及根系空間分布格局研究，實現山地高效節(jié)水灌溉和深根性棗樹灌溉水的高效利用，開發(fā)研制根際滴灌新產品及創(chuàng)新灌溉技術集成，是提高山地水資源利用率和深根性棗樹灌溉水利用效率的根本途徑。

植物對灌溉(或土壤)水的吸收利用主要靠根系完成。長時間干旱對植物生長造成脅迫時，地表非充分灌溉水分入滲很難到達根系吸收層，只有灌溉水完全入滲到根系分布層才能得以利用[1,2]。因而，棗樹經濟林不同灌溉方法的灌溉水利用效果的評價指標，應以灌溉水入滲根系密集區(qū)間濕潤體面積為依據。野外取樣發(fā)現，黃土丘陵半干旱密植棗林隨林齡變化的根系空間分布特征，4年生及以上樹齡的根系主要分布在0～60 cm土層中，富集于20～60 cm，而表層(0～20 cm)根系相對較少[3]。根據土壤水分的測定發(fā)現，表層是水分蒸發(fā)的活躍區(qū)。由于地表蒸發(fā)快、灌溉后土壤濕潤時間短，棗樹對表層灌溉水的利用率很低。目前，清澗縣店則溝村山地滴灌棗園遇到的主要問題是，傳統地面滴灌方式下的灌溉水很難完全入滲到根系主要分布層。針對這一問題，在傳統地面滴灌技術基礎上，經技術改進、形成一種新的技術形式——“涌泉根灌技術”(圖1)。將灌溉水直接灌入根系吸收層，既減少地面蒸發(fā)、又提高灌溉水利用率。2006-2008年觀測[2]梨棗平均產量由2 250 kg·hm-2(稀植450株·hm-2)增加到19 800 kg·hm-2。但因山地高差大供水壓力不穩(wěn)定，滴頭出水快、土壤入滲慢，從而形成地表積水。2014年在山地棗樹低產園改造中，應用西北農林科技大學發(fā)明的“一種山地移動式滴灌裝置”(專利號：ZL200820028612.1)與“多變量抗堵塞滴頭”(專利號：200810017757.6)組合成“可移動根際滴灌新裝置”[4～6]。經試驗，供水系統壓力穩(wěn)、滴頭出水均勻不易形成地表積水。通過采用從樹木的根際直接灌溉和地表滴灌水的入滲濕潤體峰值分布規(guī)律測定，該裝置水源壓力穩(wěn)定，供水時不會因壓力不穩(wěn)、出水快形成地表水，水分可直接輸送到達根系分布密集區(qū)，并位于自然耗散層之下。能減少了水分損失、擬制了雜草生長，有利于棗樹對水分和肥料的充分吸收利用[7～9]。所以，該項技術是目前適宜黃土丘陵半干旱山地經濟林高效灌溉方式。為了推廣這一新技術，我們將根際灌溉的裝置集成、使用技術和應用效果進行論述分析，為陜北山地棗樹及類似干旱山地經濟林的灌溉提供新的技術支撐借鑒。

圖1 根際滴灌安裝圖

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2011年，在陜西省清澗縣店則溝村棗樹節(jié)水灌溉試驗示范基地進行試驗取樣。該基地位于清澗縣東部，北緯37°40′～38°06′，東經100°15′～110°16′，海拔951～1 029 m，面積4.1 km2，年平均溫度8.9℃，≥10℃積溫3 470℃，日照時數2 716 h，無霜期160～170 d。2011年平均降雨為480.8 mm，降水季節(jié)性分布不均勻，4-6月降水量少，且多為10 mm以下的無效降雨，而6-9月則占降水量的74.3%，且多以暴雨形式出現，強度大。試驗地為坡地，土壤為黃綿土，有機質含量2.29 g．kg-1，pH值8.91。

1.2 裝置集成與工作原理

1.2.1 根際滴灌裝置集成 涌泉灌溉技術，又叫小管出流。該技術利用直徑為4 mm的小塑料管與不同流量穩(wěn)流器連接，安裝在毛管上作為灌水器，以細流(射流)狀局部濕潤作物附近土壤。對于高大果樹通常圍繞樹干修一滲水小溝，均勻濕潤果樹周圍土壤。在米脂縣孟岔村棗樹示范基地，涌泉灌溉穩(wěn)流器流量8 L·h-1，每株樹布置1個出水口。為了減小土壤濕潤面的蒸發(fā)損失，可將地面滴灌改成地下灌溉。但是地下灌溉(如地下滲灌和地下滴灌)仍存在以下兩個問題[10～12]：

(1)地下滴灌管，在每次灌溉后出現負壓吸土，這種現象會造成滴灌管上出水口的堵塞，降低滴灌效果和產品的使用壽命，更換滴灌管又會增加生產成本；

(2)埋在地下的滴灌管何時何處發(fā)生堵塞不易被人發(fā)現，維修難度大。

所以，對地下埋設的灌溉管預防堵塞、如何發(fā)現堵塞，成為技術人士所關注的重點和難點。實踐中，在毛管上安裝直徑為4 mm 的微管，然后將微管埋入地下10 cm層次中，再將其出水口一端插入一個內空的透氣裝置(稱為水流過渡保護器)。水流過渡保護器通常為圓筒形，長度20～30 cm，內徑5～7 cm。所用材料可以專門制作，也可以利用市場上的廢棄材料。本試驗采用塑料瓶作為工程替代品，安裝時水流過渡保護器一端與地面持平或高于地面1～2 cm，水流過渡保護器上方有透氣孔，以防負壓造成微管堵塞。水流過渡保護器豎直安放，其下端為出水口，出水口下方一般懸空5～10 cm，懸空部分正處在樹木毛細根發(fā)達的部位，以利于樹木的吸收。

1.2.2 工作原理與方法 根際滴灌關鍵技術是利用滴灌系統的滴頭將灌溉水直接滴于根系密集分布層。滴頭安裝方法與抗堵塞技術原理是：利用打孔鉆在地面打孔，將滴頭插入洞里并懸吊與孔中即可(圖1)，地下根際灌打孔深度是根據棗樹的根系分布深度確定，打孔深度為35～45 cm 深，并將滴頭插入孔內35 cm深處懸于孔內，但滴頭下出水口不與孔底部土壤接觸，然后滴頭上部的孔用土與地面填平即可。

1.3 試驗材料與處理

試驗材料為10 a生棗樹，栽植株行距2 m×3 m，1 665株·hm-2，試驗地為20 °坡地。設置地面滴灌、根際滴灌和對照(ck)三個處理，各小區(qū)面積分別為0.15 hm2。地面滴灌和根際滴灌采用相同的灌水量，灌水時間分5月下旬初花期、6月中旬幼果期和7月中旬果實膨大期三次灌溉。三次灌水總量750 m3·hm-2，每次單株灌水量為0.15 m3。

1.4 試驗測定方法

每次灌水停止后24 h，以滴水點為中心向下垂直挖剖面，觀測土壤濕潤體入滲峰值到達根系分布層面積。不同灌溉技術土壤分層含水量測定方法為灌溉24 h后，據滴灌點外50 cm處用土鉆分層(10 cm)取土，測定深度100 cm，烘干法測定不同土層含水量。6—7月用相同方法每5 d測定一次，降雨前在測定位置鋪設塑料布。果實成熟時，將各試驗地果實全部采摘，稱重法測定鮮果重量。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉土壤濕潤體分布狀態(tài)

不同灌溉方式土壤濕潤體分布調查發(fā)現，地面滴灌土壤濕潤體位于自然耗散層之上(圖2)，根際滴灌土壤濕潤體位于自然耗散層之下(圖3)。圖2和圖3可以看出，根際滴灌土壤濕潤體峰值在自然耗散層之下根系密集層，灌溉水能夠得到充分利用，而地表滴灌有30%左右土壤濕潤體位于地表20 cm自然耗散層，該區(qū)域既無根系，土壤水分又容易蒸發(fā)。所以從不同灌溉技術土壤濕潤體位于根系分布層的比例看[13]，深根性經濟林只有采取根際滴灌才能減少蒸發(fā)提高水肥的高效利用，尤其是水資源匱乏的干旱山地限量灌溉。

圖2 地表滴灌 圖3 根際滴灌

2.2 不同灌溉方法對根系分布層水分的影響

植物對水肥吸收主要是靠根系完成的，所以棗樹根系層土壤含水量的提高是驗證不同灌溉技術優(yōu)劣的主要指標，灌溉后根層土壤能達到適宜含水量能合理協調水、氣、熱等因素之間的關系，使棗樹開花坐果率提高而獲得高產。

根據地面滴灌和根際滴灌停止24 h后0～100 cm土壤水分含量測定統計，地表滴灌一次灌溉水量250 m3·hm2，滴灌水分主要補充到0～50 cm土層中，根際滴灌土壤水分主要補充到20～70 cm土層中(表1)。地表滴灌0～20 cm無根系區(qū)土壤水分含量平均為15.5%，根際滴灌水分含量平均為10.5%，地表滴灌水補充到根系分布層之上，根際滴灌土壤接近自然含水量，灌溉水主要補充到20～70 cm根系密集區(qū)，土壤平均含水量補充到15.1%，根際滴管灌溉水補充到根系分布層。所以，不同灌溉土壤分層含水量測定結果表明，地表滴灌到達水肥吸收根系層的水分是有限的，只有根際滴灌水分完全到達根系分布層。

表1 不同灌溉方式土壤水分含量

2.3 根際滴灌增產效益分析

雖然棗樹抗旱性強，但10 a生山地棗園滴灌和根際滴灌相同水量試驗的產量結果表明(表2)，花期和坐果期采取補充灌溉，其增產結果為，兩種灌溉技術增產幅度最大的是根際滴灌技術。山地10 a生棗樹在不同生育期總灌水3次，年灌水定額750 m3·hm-2，滴灌和根際滴灌產量比不灌溉分別增產12 075 kg·hm-2和15 150 kg·hm-2，WUE分別提高66.94%和72.07%。

2.4 根際滴灌產出效益分析

不同滴灌方式，一次性基礎設施投入后年運行成本折舊和產出效益的比較發(fā)現，地面滴灌、根際滴灌基礎設施一次性投入都為30 000 元·hm-2。雖然基礎設施投入相同，但因田間輸水管和滴頭埋人地下使用折舊年限不同，地面滴灌田間輸水管露于地表管道易老化，使用期為8 a。根際滴灌輸水管淺埋抗老化，滴頭出水口有防護罩阻隔又抗堵塞，使用期為12 a。從地面滴灌和根際滴灌基礎設施建設年運行成本和灌溉管理投入水費及人工費用與產出效益核算，不同滴灌投入和產出效益結果于見表3。

表2 不同灌溉技術增產效益比較

表3 不同灌水投入產出經濟效益表

注：紅棗價格以4.0元·kg-1計算。

表3可知，與不灌溉相比，地面滴灌、根際滴灌的凈增收入分別為62 536.0和76 086.0元·hm-2，凈增值率分別為57.7%和67.6%；地面滴灌、根際滴灌每方水產值分別為58.6和76.6元·m-3；根際滴灌凈收入增加13 550.0元·hm-2。據地面滴灌系統總投入和不同滴灌方法有效使用年限的成本折算，地面滴灌和根際滴灌年平均折舊費分別為2 500和3 750元·hm-2，根際滴灌成本折舊費比滴灌降低1 250元·hm-2，由此可見，干旱缺水山地棗樹根際灌溉增產潛力大，棗樹根系分布深，地面灌溉水到達根系較少，深根性棗樹地表滴灌水分利用低是產量提高的瓶頸；通過不同灌溉試驗，棗園凈收入均得到了大幅度提高，只是程度不同而已，尤其是根際滴灌方式，凈增值率高達67.6%，所以根灌技術在山地經濟林中有著廣闊的推廣前景。

3 結論

不同灌溉方式結果表明，根際滴灌技術是深根性植物最節(jié)水的滴灌方式，根際灌溉與傳統地面灌溉比較，滴頭埋于根系層供水，其主要效果是：

(1)由于棗樹根系分布深，在限量非充分灌溉條件下，地面滴灌水不能完全進入根系分布層，灌溉濕潤體位于自然耗散層，灌溉水利用率低。根際滴灌技術是將灌溉水直接滴于根系吸收層，灌溉水位于自然耗散層之下的根系分布層，供植物直接吸收利用，提高了灌溉水利用率。

(2)地面滴灌水位于自然耗散層，山地氣候干燥地表灌溉水易于蒸發(fā)，僅起到對土壤短時間的補水作用，不利于根系的吸收利用。根際滴灌水在自然耗散層之下，灌溉水不易蒸發(fā)，土壤濕潤持續(xù)時間長，有利于根系的吸收利用。

(3)根際滴灌地面輸水管可以完全埋人地下，管道不易老化，使用壽命時間長，根際滴灌比地面滴灌折舊成本低。

(4)在相同灌水量條件下，根際滴灌比地面滴灌水利用率和增產效益顯著。

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Application of Rhizosphere Drip Irrigation to Mountain Jujube

CAO Hai-xiang1, LIU Xiao-li2, YANG Rong-hui2

(1.QingjianForestryBureau,Yulin,Shaanxi718300;2.NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100)

The experiments on same amount of water for Jujube irrigation in different methods showed that rhizosphere drip irrigation technology is efficient and beneficial.Drip and rhizosphere drip irrigation can increase the yield 12 075 kg and 15 150 kg·hm-2respectively over that of non-drip irrigation, with WUE of drip irrigation increased 66.94% and 72.07%.The net income has been increased by 62 536.0 and 76 086.0 yuan·hm-2respectively.Furthermore, the pipes for rhizosphere drip irrigation can used longer than that of the surface drip irrigation and their depreciation period of use is 8 and 12 years respectively.

Mountain jujube; rhizosphere drip irrigation; irrigation efficiency; benefit increased

2015-04-18 基金項目：國家自然科學基金(31200343)項目；林業(yè)科學技術推廣項目([2014]46)；西北農林科技大學基本科研業(yè)務專項資金(2014YB058)。

曹海祥(1970-)，男，陜西清澗縣人，工程師，主要從事紅棗栽培技術管理。

S275.6

A

1001-2117(2015)05-0028-05

*通訊作者