直插式根灌的土壤水分時空分布與節(jié)水效率

馬振勇，杜虎林,劉榮國，嚴(yán)子柱,劉立剛

(1.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所， 甘肅 蘭州 730000； 2.中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049；3.寧夏中衛(wèi)沙坡頭國家級自然保護(hù)區(qū)管理局， 寧夏 中衛(wèi) 755000； 4.甘肅省治沙研究所， 甘肅 蘭州 730070)

直插式根灌的土壤水分時空分布與節(jié)水效率

馬振勇1,2，杜虎林1,劉榮國3，嚴(yán)子柱4,劉立剛3

(1.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所， 甘肅 蘭州 730000； 2.中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049；3.寧夏中衛(wèi)沙坡頭國家級自然保護(hù)區(qū)管理局， 寧夏 中衛(wèi) 755000； 4.甘肅省治沙研究所， 甘肅 蘭州 730070)

在塔里木河下游棗樹生態(tài)經(jīng)濟林進(jìn)行根灌試驗，研究了直插式根灌條件下的土壤水分時空分布和節(jié)水效率。結(jié)果表明：(1) 灌水過程中直插式根灌的土壤水分分布在0～100 cm土壤層，隨灌溉時間增加，土壤含水量，0～20 cm土層呈波動變化，80～100 cm土層基本穩(wěn)定，其余各土層呈S型增加；(2) 不同時期1 m深土層平均土壤體積含水量最大值及達(dá)到最大值的時間，棗樹生長初期為44.62%、7.5 h，花期為43.26%、12.5 h，幼果期為46.3%、15 h；(3) 根灌過程中，各土層土壤含水量變異系數(shù)大小次序為80 cm>20 cm>40 cm>60 cm>100 cm；灌后土壤平均含水量，80、100 cm土層與其余各層之間差異顯著，20、40、60 cm土層之間差異不顯著，80 cm土層土壤含水量空間異質(zhì)性最高；(4) 三次試驗后20 d內(nèi)，0～100 cm土層的平均土壤體積含水量消退速率分別為0.21%·d-1、0.19%·d-1和0.17%·d-1，土壤體積含水量60 cm和100 cm土層消退速率穩(wěn)定，40 cm土層呈先消退后增加的趨勢，20 cm土層0～10 d迅速消退，80 cm土層11～20 d迅速消退；(5) 直插式根灌的節(jié)水效率比地表滴灌高27.78%，水分利用效率分別比地表滴灌和漫灌高8.12%、52.46%。

直插式根灌；土壤水分；時空分布；節(jié)水效率；水分利用效率

直插式根灌技術(shù)是依托于傳統(tǒng)滴灌設(shè)施，采用直插式滲灌滴頭和導(dǎo)水微管將灌溉水直接輸送至植物根系土壤層，實現(xiàn)了灌溉水分低蒸發(fā)損失、甚至無蒸發(fā)損失[1-2]的新型灌溉技術(shù)，統(tǒng)稱根灌。目前，在塔里木墾區(qū)，對灌溉水及節(jié)水灌溉的研究，多集中于水資源的分布與開發(fā)利用[3-6]，水資源變化的時空分布[7-9]，滴灌及膜下滴灌土壤水鹽運移及節(jié)水效率研究[10-11]，對直插式根灌技術(shù)研究較少。有限的可利用水資源在傳統(tǒng)的灌溉方式下，如漫灌、串灌、溝灌、小畦灌等[12]，不僅水分利用效率低，而且由于強烈的地表蒸發(fā)，造成地表土壤鹽化程度增加，鹽分積累[13]。目前試驗區(qū)多采用滴灌技術(shù)，作為該區(qū)主要的節(jié)灌方式，與傳統(tǒng)灌溉方式相比，雖然滴灌節(jié)水效率大幅提高，但是會在滴頭附近形成一定面積的濕潤圓周[1]，仍存在較大的土壤蒸發(fā)，從而降低了土壤水分利用率。杜虎林[2]等在塔里木公路防護(hù)林的試驗表明，根灌技術(shù)比滴灌節(jié)水30%以上。

直插式根灌技術(shù)也存在一些微灌技術(shù)所共有的局限性，該技術(shù)屬于局部灌溉方式，土壤水分分布與出水微孔的距離密切相關(guān)。在垂直剖面上，靠近出水微孔下方的土層比靠近出水微孔上方的土層土壤含水量高。在水平方向上，距離出水孔越遠(yuǎn)土壤含水量越小，造成土壤含水量的不均勻分布，所以直插式根灌技術(shù)不適合小麥等密植型作物的灌溉方法，適合棗樹、果樹等疏植型作物。該技術(shù)實現(xiàn)了土壤越層灌溉，能夠?qū)⒐喔人苯右嗟揭欢ㄉ疃戎参锔捣植紝?，但排鹽能力受到一定限制，直插式根灌的出水孔較小，對灌溉水的水質(zhì)及過濾系統(tǒng)要求較高。

其它地下滴灌技術(shù)，如滲灌、涌泉根灌等，有較好的灌水效果和抑制表層土壤水分蒸發(fā)損失的作用，但需要開溝埋管，工程量大，出水口易堵塞、檢修困難。地表滴灌技術(shù)在灌水過程中滴頭周圍容易形成一定面積的濕潤圓周，增加了表層土壤水分蒸發(fā)損失，降低了水分的利用效率；直插式根灌技術(shù)，其創(chuàng)新之處在于將灌溉水直接引灌到一定深度植物根系分布層，實現(xiàn)了土壤的越層灌溉，降低土壤表層水分蒸發(fā)損失，提高了灌水效率；直插式根灌設(shè)施產(chǎn)品，成本低廉，安裝簡便，便于維護(hù)。本試驗通過研究這種新型灌溉技術(shù)的土壤水分時空分布及其節(jié)水效率，旨在使直插式根灌技術(shù)在塔里木墾區(qū)棗樹生態(tài)經(jīng)林達(dá)到較好的使用效果，為干旱區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)提供高效的節(jié)水技術(shù)，并為直插式根灌技術(shù)的推廣提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2012年4月—2013年11月在塔里木河下游，棗樹生態(tài)經(jīng)濟林進(jìn)行，試驗棗樹品種樹齡為5、6 a駿棗。試驗地位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團農(nóng)二師三十三團所轄烏魯克鎮(zhèn)(40°47′N，87°06′E；海拔855～863 m)[14]東南8 km。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，光照充足，降水稀少，蒸發(fā)強烈，晝夜溫差大，年平均降水量44.6 mm，年平均蒸發(fā)量2 378.4 mm，年日照時間2 975.7 h，年平均氣溫10.8℃，平均年較差36.3℃，全年≥10℃的平均積溫4 218.3℃，年平均濕度50%。以東南風(fēng)為主，最大風(fēng)速可達(dá)14 m·s-1，土壤母質(zhì)屬第四紀(jì)全新世沉積母質(zhì)[14-15]。根據(jù)實際土壤剖面分析，表層以下42.5 cm以上為沙土，42.5～80 cm為壤黏土，80 cm以下為沙壤土。環(huán)刀法測定剖面上沙土、壤黏土與沙壤土平均土壤容重分別為1.47、1.44 g·cm-3和1.52 g·cm3[16]。

1.2 研究方法

1.2.1 直插式根灌條件下土壤含水量隨時間變化的分布規(guī)律研究試驗設(shè)計 直插式根灌示意圖及設(shè)施產(chǎn)品如圖1和圖2，本試驗采用基于時域發(fā)射技術(shù)(TDR)的PC—2S型土壤溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)測定土壤水分，在距離根灌滴頭10 cm處，挖1 m深土壤剖面，在挖好的同一垂直剖面上，距地表20 cm為起點，間隔20 cm垂直于剖面水平插入5個土壤水分傳感器，以0.5 h為間隔，原位不間斷監(jiān)測土壤體積含水量的動態(tài)變化。TDR探針長度為8.5 cm，TDR測定的土壤水分?jǐn)?shù)值為體積含水量，分辨率為0.1%，測量范圍為0～100%，精度為±2%。試驗重復(fù)兩個剖面，采集2013年4月28日、6月15日、2013年7月21日三次根灌試驗土壤體積含水量數(shù)據(jù)，平均兩個剖面同一土層的土壤含水量，分析試驗過程中土壤體積含水量隨時間變化的規(guī)律；采集三次根灌后20天的TDR監(jiān)測數(shù)據(jù)，平均兩個剖面上對應(yīng)土層在 24 h內(nèi)的土壤水分變化數(shù)據(jù)，作為當(dāng)天該土層的土壤體積含水量，探究各土層土壤體積含水量的消退規(guī)律。試驗地呈東西方向長方形布置，在東西方向上每隔18 m留出一條寬2 m通道，以便田間機械作業(yè)，株距為1 m，行距為1.5 m，棗樹實際密度為4 200 株·hm-2，試驗期間，毛管沿著南北方向布置間距與棗樹行距相同，滴頭間距與株距相同。

圖1 直插式根灌示意圖

圖2 直插式根灌設(shè)施產(chǎn)品

Fig.2 The facilities of the straight tube root irrigation technology

1.2.2 直插式根灌條件下土壤含水量空間分布規(guī)律研究試驗設(shè)計 灌水過程中對不同土層土壤體積含水量進(jìn)行描述性統(tǒng)計，分析直插式根灌過程中不同土層土壤體積含水量的變異性大小，以及土壤含水量變化的顯著性水平；通過繪制不同深度的土壤含水量變化的等值線圖，分析三次試驗過程中土壤水分的空間異質(zhì)性。

1.2.3 直插式根灌技術(shù)的節(jié)水效率研究試驗設(shè)計 為確保滴頭流速相同，在同一條毛管上相間布置根灌、滴灌，不同灌溉方式重復(fù)布置兩個剖面，每個重復(fù)在距離滴頭10 cm處，1 m深土壤剖面上，以距離地表20 cm為起點，間隔20 cm布置采樣點，用土鉆取樣，重復(fù)3次，烘干法測定土壤含水量，在水量平衡條件下，計算不同灌溉方式下棗樹耗水量，進(jìn)行根灌與滴灌節(jié)水效率對比試驗，分析直插式根灌技術(shù)的節(jié)水效率。

于2012年4月在長勢良好的5年生棗樹林，分別布置面積均為0.1 hm2的直插式根灌區(qū)，地表滴灌區(qū)和漫灌區(qū)，分別于2012年10月28日 和2013年11月6日測產(chǎn)，水表記錄試驗期間灌水量，以產(chǎn)量與灌水總量的比值作為水分利用效率，進(jìn)行水分利用效率研究。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS統(tǒng)計軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計、顯著性分析，土壤水分等值線圖繪制采用surfer 13.0完成，其他圖件處理用Auto CAD 2013以及Photoshop CS6共同完成。

變化率的計算：

r=(a1-a2)∕a2×100%

(1)

式中，a1為變化前的量；a2為變化后的量；r為在a1基礎(chǔ)上的變化率。

土壤儲水量計算公式：

(2)

式中，W表示某一厚度層的土壤儲水量(mm)；θi為第i層土壤含水量；hi為第i層土層厚度(mm)，i=1，2，3，…n，n為土層數(shù)。根據(jù)《灌溉試驗規(guī)范》(SL13—2014)[17]中的水量平衡計算公式計算各物侯期的耗水量。

水量平衡計算公式：

ET1-2=M+P+K-W-C

(3)

式中，ET1-2為計算時段內(nèi)棗樹田間耗水量(mm)；W為土壤儲水量變化(mm)；M為灌水量(mm)；P為有效降雨量(mm)；K為地下水補給量(mm)；C為排水量(mm)。實測數(shù)據(jù)表明，在試驗階段內(nèi)，無降雨，無排水，地下水水位較深，土壤體積含水量除受灌水影響之外，不受其他因素影響。

故水量平衡計算公式可簡化為：

ET1-2=M-W

(4)

水分利用效率計算公式：

WUE=(Y/W)×100%

(5)

式中，WUE為水分利用效率(kg·km-2·m-3)；Y為測量周期內(nèi)的紅棗產(chǎn)量(kg·km-2)；W為測量周期內(nèi)的灌水總量(m3)。

2 結(jié)果與分析

2.1 根灌條件下土壤水分時空變化特征

2.1.1 根灌條件下土壤水分入滲過程分析 于2013年4月28日18∶30至29日8∶30第一次試驗(圖3(a))，根灌14 h，現(xiàn)場測定滴頭流速為2.94 L·h-2；2013年6月15日14∶00至16日10∶00第二次試驗(圖3(b))，根灌19 h，滴頭流速為2.88 L·h-1；2013年7月21日12∶00至22日4∶30第三次試驗(圖3(c))，根灌15.5 h，滴頭流速為2.97 L·h-2，3次灌溉時，不同土壤層的初始含水量如表1所示；對3次根灌的TDR監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，各土層土壤含水量隨時間變化趨勢如圖3。表明，3次灌溉，土壤水分分布在0～100 cm土壤層，灌水過程中，除20 cm土層土壤含水量呈波動變化，100 cm土壤層土壤含水量基本穩(wěn)定之外，其余各土層和1 m深土層土壤平均含水量均呈S型增加，灌水前期到中期(0～10 h)土壤水分空間異質(zhì)性高于灌水后期(圖4)。第一次試驗為棗樹生長初期，此時植物蒸騰、土表蒸發(fā)較弱，灌水時土壤平均體積含水量達(dá)到最大值44.62%的時間為7.5 h；第二次試驗為棗樹生長的花期，此時氣溫較高，植物蒸騰、土表蒸發(fā)較強，灌水時土壤平均體積含水量達(dá)到最大值43.26%的時間較長，為12.5 h；第三次試驗為棗樹生長的幼果期，此時氣溫很高，植物蒸騰、土表蒸發(fā)很強，灌水時土壤平均體積含水量達(dá)到最大值46.3%的時間為15 h。

表1 不同灌溉時間各土層土壤初始體積含水量

2.1.2 根灌后土壤水分隨時間變化分析 采集三次根灌后20天的TDR監(jiān)測數(shù)據(jù)，平均兩個剖面上對應(yīng)土層一晝夜的土壤水分變化數(shù)據(jù)，作為當(dāng)天該土層的土壤體積含水量進(jìn)行分析，各土層土壤含水量隨時間消退規(guī)律如圖5所示。結(jié)果表明，灌后各土層土壤體積含水量逐漸消退，1 m深土層平均土壤含水量，第一次試驗平均消退0.21%·d-1，第二次試驗平均消退0.19%·d-1，第三次試驗平均消退0.17%·d-1；各土層土壤體積含水量60 cm和100 cm土層消退率穩(wěn)定，40 cm土層呈先消退，后增加的趨勢，20 cm土層灌后0～10 d迅速消退，80 cm土層灌后11～20 d迅速消退。這種變化可能與試驗地特殊的上沙下粘土質(zhì)特性有關(guān)，表層土壤主要受強烈的土面蒸發(fā)的影響，灌溉后土壤含水量迅速消退；80 cm土層附近由于存在一層粘土層，很大部分的灌溉水儲存在40～80 cm土層，灌溉水對100 cm土層的影響較小，灌水后期由于強烈的蒸散發(fā)，深層土壤水分通過毛細(xì)管運力等作用，向表層土壤運移，引起了80 cm土層土壤水分消退明顯。

圖3 三次根灌不同土層土壤水分入滲過程

Fig.3 The dynamic analysis of water infiltration process at different layers in three root irrigations

注：(a)為第一次根灌,(b)為第二次根灌,(c)為第三次根灌,下圖同。

Note: (a) the first root irrigation, (b) the second root irrigation, (c) the third root irrigation, the same below.

圖4 不同根灌時間土壤水分空間分布等值線

圖5 三次根灌后20 d不同土層土壤水分消退過程動態(tài)變化

Fig.5 The dynamic analysis of water regression process at different layers 20 d after three root irrigations

2.1.3 根灌條件下土壤水分垂直變化分析 對不同深度土壤水分進(jìn)行單因素方差分析及差異顯著性檢驗(表2)，表明，3次根灌過程中，土壤含水量80 cm土層變異系數(shù)最大，說明80 cm土壤層是根灌過程中土壤水分劇烈變化層，100 cm土層變異系數(shù)最小，說明根灌對100 cm土層土壤含水量的影響最小。各土層土壤含水量變異系數(shù)大小次序為80 cm>20 cm>40 cm>60 cm>100 cm。灌后，各土層土壤平均含水量之間的差異顯著性表明，80 cm和100 cm土層與其他各土層之間差異顯著，20、40、60 cm土層之間差異不顯著。80 cm土層附近土壤含水量等值線較其他各層更加密集，說明此層土壤含水量的空間異質(zhì)性高于其他各層(圖4)。

2.2 根灌節(jié)水效率研究

2.2.1 根灌與地表滴灌節(jié)水效率對比 2013年7月21日，布置了直插式根灌與地表滴灌土壤水分對比試驗(圖6)，試驗中測得滴頭流速為2.97 L·h-1，通過安裝在支管出水口的水表記錄的灌水量為1 250 m3·hm-2，即為125 mm；烘干法測定土壤重量含水量，計算灌溉前后不同土層土壤儲水量變化(表2)。結(jié)果表明，灌溉前后根灌80 cm土層土壤儲水量變化最大，灌后增加34.09 mm，相對增加100.95%，滴灌20 cm土層土壤儲水量變化最大，灌后增加27.45 mm，相對增加83.39%。灌后1 m深土層平均土壤儲水量，根灌增加108.43 mm，相對增加55.55%，灌水效率為86.74%，滴灌增加73.71 mm，相對增加37.62%，灌水效率為58.97%，根灌灌水效率比滴灌高27.78%。通過簡化后的水量平衡公式，計算根灌條件下棗樹耗水量為16.57 mm，耗水率為13.26%，滴灌條件下棗樹耗水量為51.29 mm，耗水率為41.03%，滴灌耗水率比根灌高27.78%，說明棗樹林根灌技術(shù)比滴灌節(jié)水27.78%，根灌有效地抑制了土壤水分蒸發(fā)損失。

表2 不同灌溉時間各土層土壤含水量描述性統(tǒng)計結(jié)果

注：同列不同小寫字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平，下同。

Note: the different lowercase letters in the same columns mean significant difference at 0.05 levels, the same below.

圖6 根灌、滴灌對比試驗布置

Fig.6 The test arrangement of root irrigation and drip irrigation

2.2.2 根灌與地表滴灌水分利用效率對比 于2012年4月在長勢良好的4年生棗樹林(試驗前均采用漫灌)，分別布置面積均為0.1 hm2的直插式根灌(STRI)區(qū)，地表滴灌(SDI)區(qū)及漫灌(FI)區(qū)， 2012年10月28日、2013年11月6日測產(chǎn)，水表記錄灌水總量，以產(chǎn)量與灌水總量的比值作為水分利用效率，進(jìn)行不同灌溉方式水分利用效率對比，試驗布置如圖7所示，將每個試驗區(qū)均勻布置為面積為0.033 hm2的3個試驗小區(qū)，測定每個試驗小區(qū)的紅棗產(chǎn)量，計算不同灌溉方式下紅棗平均產(chǎn)量。觀測周期內(nèi)的灌水總量與產(chǎn)量數(shù)據(jù)如表4所示，結(jié)果表明，不同灌溉方式之間的紅棗產(chǎn)量差異不顯著，直插式根灌與地表滴灌水分利用效率差異不顯著，直插式根灌與漫灌，地表滴灌與漫灌之間水分利用效率差異顯著，兩年試驗的平均水分利用效率，直插式根灌比地表滴灌高8.12%，比漫灌高52.46%。

表3 灌溉前后0～100 cm土層土壤儲水量變化

圖7 不同灌溉方式下的水分利用效率對比試驗布置

Fig.7 The test layout of water-use efficiency of different irrigation methods

表4 不同灌溉方式下的產(chǎn)量及水分利用效率

3 討 論

土壤水分是農(nóng)作物生長發(fā)育的基本條件和農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)報的基本參數(shù)，土壤含水量的多少和空間分布，能有效反映作物當(dāng)前的生長狀況，以及研究區(qū)域的干旱情況[18]。水分利用效率是節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要指標(biāo)，是節(jié)水農(nóng)業(yè)研究的重要理論問題之一[19]，中國的灌溉水利用效率僅為40%左右，低于發(fā)達(dá)國家的80%利用效率，水的生產(chǎn)效率不足1.0 kg·m-3，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家2.0 kg·m-3的水平[20]。目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)是滴灌技術(shù)包括膜下滴灌，對滴灌土壤水分的運移、分布規(guī)律以及數(shù)值模擬已經(jīng)研究較為成熟[21-22]。

直插式根灌技術(shù)是一種新型的節(jié)水技術(shù)，分析根灌過程中的土壤水分時空分布規(guī)律，是推動根灌技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的基礎(chǔ)。在本試驗條件下，不同根灌時間，土壤水分的時空分布趨勢大致相同，其中80 cm土壤層空間異質(zhì)性很大，通過對試驗地土壤調(diào)查顯示，在80 cm土壤層附近存在一層粘土層，其質(zhì)地與其他各層存在很大差異，滲透系數(shù)較小。灌溉過程中，各土層土壤含水量的變異系數(shù)大小為80 cm>20 cm>40 cm>60 cm>100 cm，80 cm、40 cm和20 cm土層是變異系數(shù)變化較大的土層，這是因為80 cm土層主要受土壤滲透系數(shù)影響，由于試驗期間的平均氣溫很高，20 cm和40 cm土層土壤含水量變化，主要受棗樹蒸散發(fā)、土壤毛細(xì)管運力、深層下滲等共同作用的影響。灌溉后各土層土壤體積含水量消退規(guī)律表明，20 cm土層灌后0～10 d迅速消退，80 cm土層灌后11～20 d迅速消退。這種變化可能與試驗地特殊的上沙下粘土質(zhì)特性決定的，由于強烈的蒸散發(fā)，表層土壤水分首先消退，灌水后期，深層土壤水分在通過毛細(xì)管運力等作用，向表層土壤運移，引起了80 cm土層土壤水分的明顯消退。

灌溉是影響干旱區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最主要因素之一[23]。 一種灌溉技術(shù)是否能夠推廣應(yīng)用最主要的參考標(biāo)準(zhǔn)，一是運行成本，二是節(jié)水效率。直插式根灌技術(shù)是依托于滴灌設(shè)施，在原有滴頭上連接一個直插式滲灌滴頭，成本低廉，田間布置簡單；杜虎林等[2]在塔里木公路防護(hù)林的試驗表明，直插式根灌技術(shù)比滴灌節(jié)水30%以上。本試驗通過灌后土層儲水量和蒸發(fā)損失兩個方面考慮，得出在試驗地根灌比地表滴灌節(jié)水效率高27.78%，平均水分利用效率比地表滴灌高8.12%，比漫灌高52.46%，可為該地區(qū)灌溉水資源管理部門提供一定的參考。

4 結(jié) 論

1) 試驗地灌水過程中直插式根灌的土壤水分分布在0～100 cm土壤層，隨灌溉時間增加，20 cm土層土壤含水量呈波動變化，100 cm土層基本穩(wěn)定，其余各土層呈S型增加。

2) 棗樹生長不同時期1 m深土層平均土壤體積含水量，最大值及達(dá)到最大值的時間，棗樹生長初期為44.62%、7.5 h，花期為43.26%、12.5 h；幼果期為46.3%、15 h。

3) 各土層土壤含水量變異系數(shù)大小次序為80 cm>20 cm>40 cm>60 cm>100 cm。灌后土壤平均含水量，80 cm、100 cm土層與其余各層之間差異顯著，20 cm、40 cm、60 cm土層之間差異不顯著，80 cm土層土壤含水量空間異質(zhì)性最高。

4) 3次根灌后，各土層土壤體積含水量逐漸消退，1 m深土層平均土壤含水量第一次試驗平均消退0.21%·d-1，第二次試驗平均消退0.19%·d-1，第三次試驗平均消退0.17%·d-1；3次試驗，各土層土壤體積含水量60 cm和100 cm消退率穩(wěn)定，40 cm土層呈先消退，后增加的趨勢，20 cm土層灌后0～10 d迅速消退，80 cm土層灌后11～20 d迅速消退。

5) 試驗地直插式根灌灌水效率為86.74%，地表滴灌灌水效率為58.97%，根灌灌水效率比滴灌高27.78%。根灌條件下棗樹耗水率為13.26%，滴灌條件下棗樹耗水率為41.03%，滴灌耗水率比根灌高27.78%，從這一角度說明，根灌技術(shù)比地表滴灌技術(shù)節(jié)水效率高27.78%；不同灌溉方式下，紅棗產(chǎn)量差異不顯著，直插式根灌與地表滴灌水分利用效率差異不顯著，直插式根灌與漫灌，地表滴灌與漫灌之間水分利用效率差異顯著，直插式根灌的水分利用效率分別比地表滴灌和漫灌高8.12%，52.46%。

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Soil water temporal and spatial distribution and water-saving efficiency of straight tube root irrigation

MA Zhen-yong1,2, DU Hu-lin1, LIU Rong-guo3, YAN Zi-zhu4, LIU Li-gang3

(1.ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou,Gansu73000,China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China; 3.NingxiaShapotouNationalNatureReserveAdministration,Zhongwei,Ningxia755700,China; 4.GansuDesertControlResearchInstitute,Lanzhou,Gansu730070,China)

In order to identify soil water temporal and spatial distribution and water-saving efficiency under straight tube root irrigation, root irrigation experiment in the Jujube ecological and economic forest of downstream part of Tarim river was carried out. The results showed that: (1) In straight root irrigation process, the distribution of soil moisture was at soil layer from 0 to 100 cm; with the increase in irrigation time, the soil water content of soil layer from 0 to 20 cm was fluctuating, that of soil layer(80～100 cm) stable, and that of the rest soil was on the rise of S type; (2) The maximum value of average soil water content of one-meter deep soil layer and the time at which the value was reached were 44.62% and 7.5 h, in jujube growth stage, 43.26% and 12.5 h in flowering stage, 46.3% and 15 h in young fruit period; (3) In the process of root irrigation, the variation coefficient of soil water content at each soil layer was ranked in the descending order, 80 cm>20 cm>40 cm>60 cm>100 cm. After irrigation, there was significant difference in the average soil water content at 80 cm, 100 cm layer and that at rest layers. There was no significant difference in the average soil water content between the soil layer of 20 cm, 40 cm and 60 cm. The spatial heterogeneity of soil water content in 80 cm soil layer was the highest; (4) 20 days after the three experiments, the regression rate of the average soil water content in 0～100 cm soil layer was 0.21%·d-1, 0.19%·d-1and 0.17%·d-1respectively. With regard to soil volumetric water content, the regression rate of the 60 cm and 100 cm soil layer remained stable, that of 40 cm soil layer faded before it increased, that of 20 cm soil layer faded rapidly in the first ten days, and that of 80 cm soil layer faded rapidly in the latter ten days. (5) The water-saving efficiency of straight tube root irrigation was 27.78% higher than surface drip irrigation. The water use efficiency of straight tube root irrigation was 8.12% and 52.46% higher than respectively than surface drip irrigation and flood irrigation.

straight tube root irrigation； soil water； temporal and spatial distribution； water-saving efficiency； water use efficiency

1000-7601(2017)04-0095-08

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.04.15

2016-05-10

寧夏回族自治區(qū)環(huán)保廳寧夏環(huán)保生態(tài)示范基地根灌節(jié)水技術(shù)研究與示范項目(Y490L61001)；甘肅省科技支撐計劃項目(1304JKCA170)

馬振勇(1989—)，男，甘肅和政人，碩士研究生，主要從事干旱區(qū)水文水資源、節(jié)水灌溉及水肥耦合等方面的研究。 E-mail:mzyzhx@163.com。

S275.9；S152.7+5

A