修剪強(qiáng)度對(duì)棗林地耗水及水分利用效率的影響

白永紅, 高志永, 汪有科, 馬建鵬, 聶真義, 陸 靜

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 2.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 水利工程分院,陜西 楊凌 712100; 3.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 4.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 5.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

干旱缺水和水土流失是限制黃土高原生態(tài)恢復(fù)和農(nóng)業(yè)發(fā)展的兩大瓶頸[1]。自1999年退耕還林政策實(shí)施以來，黃土高原水土流失狀況得到顯著改善。但與此同時(shí)，退耕還林的植被不斷生長(zhǎng)，對(duì)土壤水分需求量越來越大，導(dǎo)致黃土高原土壤水分虧缺越來越嚴(yán)重，形成了大范圍土壤干化，林地土壤水分調(diào)控作用降低，從而影響植被生長(zhǎng)發(fā)育，甚至導(dǎo)致群落的衰敗和生態(tài)系統(tǒng)退化[2-4]。如何防治半干旱黃土丘陵區(qū)人工林地日趨嚴(yán)重的土壤水分生態(tài)環(huán)境惡化已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)界不可逾越的重大課題。

紅棗(Zizyphusjujuba)是陜北重要特色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，種植面積超過6.67萬hm2，且多為山地棗林，灌溉水源稀缺，以旱作模式為主[5]。為了保護(hù)當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境，前人進(jìn)行了大量研究，并提出了集雨微灌工程、截水溝、覆蓋保墑等各種旱作節(jié)水技術(shù)，從一定程度上增加降雨入滲，減少地表蒸發(fā)，提高了棗林產(chǎn)量和水分利用效率[6-9]。然而，棗樹單株耗水與林地總耗水量隨著樹齡的增加不斷增大[10]，土壤干燥化仍在加重[4]，傳統(tǒng)旱作節(jié)水技術(shù)并不能很好地解決這一問題。

在蘋果樹、芒果樹的修剪試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)修剪能調(diào)節(jié)果樹冠層光照情況，使樹體健壯生長(zhǎng)、果品優(yōu)質(zhì)[11-12]；在蘋果林、桉樹林的修剪研究中，表明修剪能減少樹體蒸騰，改善林地土壤水分[13-15]。由此，有研究者于2012年提出了節(jié)水型修剪理論，試圖通過修剪減少棗林地耗水，以當(dāng)?shù)刈匀唤涤昱c土壤水分為依據(jù)確定目標(biāo)產(chǎn)量，以達(dá)到緩解土壤干燥化，或防止生態(tài)惡化的目的[16-17]。近幾年我們已經(jīng)對(duì)旱作棗樹蒸騰耗水機(jī)制[5,10,18-20]、棗樹生物量模型[21]、主枝修剪對(duì)棗樹蒸騰影響[22]等方面開展了一系列研究，但由于受到觀測(cè)手段和分析方法的制約，仍然存在修剪指標(biāo)數(shù)字化程度不夠、修剪控制指標(biāo)精度偏低等問題。本研究以黃土丘陵半干旱區(qū)旱作棗林為研究對(duì)象，在以往的研究基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合理的修剪標(biāo)準(zhǔn)，研究修剪強(qiáng)度與棗林地耗水及水分利用效率的關(guān)系，探索適宜陜北地區(qū)矮化密植棗林地可持續(xù)發(fā)展的修剪強(qiáng)度，為改善土壤干燥化，完善節(jié)水型修剪理論，開發(fā)新型經(jīng)濟(jì)林旱作節(jié)水技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)布設(shè)于陜西省榆林市米脂縣(38°11′N，109°28′E)孟岔山地紅棗節(jié)水示范基地。該區(qū)域?qū)俚湫偷狞S土高原丘陵溝壑區(qū)，溫帶半干旱性氣候區(qū)，氣候干燥。年平均降雨量451.6 mm，主要集中在7—9月，年平均氣溫8.4℃，年均日照時(shí)數(shù)2 761 h，日照百分率62%，年總輻射580.5 kJ/cm2，平均海拔1 049 m。試驗(yàn)地土壤為黃綿土，最上部1 m土層平均土壤容重為1.29 g/cm3，田間持水量和凋萎系數(shù)分別是23%和5.16%(質(zhì)量含水量)。

1.2 試驗(yàn)布設(shè)

如圖1所示，試驗(yàn)區(qū)棗樹于2008年按株行距2 m×3 m種植于東向坡(25°)的水平階上,棗樹品種為梨棗。在水平階上選取16棵樹體形態(tài)相似的棗樹，劃分為4各小區(qū)，每個(gè)小區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)修剪強(qiáng)度。依靠天然降雨，3 a內(nèi)旱作矮化密植棗林地土壤水分變化主要集中在2.6 m土層內(nèi)，一年內(nèi)2.6 m以下土壤水分變異極低[20]，因此，每個(gè)小區(qū)邊界都采用防水膜隔離3 m土層，以防止各小區(qū)內(nèi)土壤水分受到外部土壤的影響。

圖1 試驗(yàn)布設(shè)示意圖

1.3 修剪處理

修剪是在考慮到光照與密度的條件下，以盡量保留結(jié)果枝為原則，控制樹高、冠幅、主枝數(shù)等指標(biāo)，設(shè)置4個(gè)修剪強(qiáng)度(表1)，其中修剪強(qiáng)度1參考的是往年保證旱作密植棗園最大產(chǎn)量的修剪強(qiáng)度?？紤]到棗樹的棗吊、葉片主要著生于二次枝上，二次枝也是主要的結(jié)果枝，因此，將二次枝總長(zhǎng)度也納入修剪控制指標(biāo)中。試驗(yàn)布設(shè)中的每個(gè)小區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)修剪強(qiáng)度，每年5月棗樹萌芽展葉后進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，平均每5～7 d修剪1次。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 棗樹生長(zhǎng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)利用游標(biāo)卡尺、卷尺等工具測(cè)量各棗樹生長(zhǎng)指標(biāo)，包括：主枝數(shù)、主枝長(zhǎng)度及直徑、側(cè)枝數(shù)、側(cè)枝長(zhǎng)度及直徑、棗吊數(shù)、棗吊長(zhǎng)度及直徑、果實(shí)數(shù)量、果實(shí)橫縱徑、葉片數(shù)量、葉片橫縱徑，棗樹生育期內(nèi)每5～7 d測(cè)量1次。采用棗樹生物量模型[21]進(jìn)行棗樹各部分生物量的計(jì)算，公式如下：

B枝條干重=0.0008×D2×H-1.5122

(1)

B棗吊干重=0.013×(D2×H)0.711

(2)

B葉片干重=1.354×10-5×Z1.436×T0.869

(3)

(4)

式中：B為各器官生物量(g)；D，H為枝條、棗吊枝條(mm)和長(zhǎng)度(mm)；T，Z為葉片橫徑(mm)和縱徑(mm)；D1，D2為果實(shí)橫徑(mm)和縱徑(mm)。通過采集并統(tǒng)計(jì)棗樹果實(shí)干重與鮮重，獲得棗樹果實(shí)干重與鮮重的回歸方程：B果實(shí)干重=0.4123×B果實(shí)鮮重，R2=0.8671，因此，棗樹生物量(干重)計(jì)算公式為：

(5)

表1 各修剪強(qiáng)度具體修剪標(biāo)準(zhǔn)

1.4.2 蒸騰監(jiān)測(cè) 本試驗(yàn)采用熱擴(kuò)散方法監(jiān)測(cè)全生育期棗樹樹干液流，2015年液流數(shù)據(jù)由4月30日記錄至10月15日生育期結(jié)束。為消除安裝方位、高度等引起的檢測(cè)誤差，統(tǒng)一在選取的主要觀測(cè)棗樹樹干北側(cè)，距離地表20 cm處各安裝1組熱擴(kuò)散式探針(thermal diffuse probe，TDP-20)[23]，同時(shí)用30 cm寬的錫箔紙對(duì)探針進(jìn)行包裹，以減少外界環(huán)境的影響。數(shù)據(jù)的采集利用美國(guó)Campbell生產(chǎn)CR1000數(shù)據(jù)采集器，采集頻率為10 min/次。棗樹液流密度計(jì)算公式[24]為：

(6)

式中：Js為液流密度[g/(m2·s)]；ΔTm為液流量為零時(shí)測(cè)頭溫度與周圍空氣溫度的溫度差(℃)；ΔT為有上升液流時(shí)測(cè)頭溫度與周圍空氣溫度之間的溫度差(℃)。因此，棗樹日蒸騰量計(jì)算公式為：

(7)

式中：AT為日蒸騰量(mm/d)；As為邊材面積(cm2)；Jsi為當(dāng)日第10×i分鐘時(shí)的液流密度。通過在試驗(yàn)地周邊調(diào)查同齡棗樹，獲得棗樹邊材面積與胸徑數(shù)據(jù)回歸方程：As=0.8249×DBH+1.5634，R2=0.8901，其中As為邊材面積(cm2)；DBH為棗樹胸徑(cm)，從而確定主要觀測(cè)梨棗樹的邊材面積。

蒸騰效率(TE)表示每蒸騰消耗1 kg水能產(chǎn)生的干物質(zhì)量，作為狹義的水分利用效率，在降低植物蒸騰耗水量、追求高效用水的相關(guān)研究中，是衡量節(jié)水效果的度量指標(biāo)[25-26]。其計(jì)算公式為：

(8)

式中：ΔB棗樹干重為生育期某時(shí)段棗樹干物質(zhì)量增量(g)；T為對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)棗樹蒸騰耗水量(kg)。

1.4.3 土壤水分監(jiān)測(cè) 一般10齡以上根系茂密的人工林，其根系可以穿透將近10 m深的土層[27]，根據(jù)試驗(yàn)前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)棗樹根系最深可達(dá)7 m左右，在試驗(yàn)地布設(shè)10 m深中子管監(jiān)測(cè)土壤水分，發(fā)現(xiàn)3 a內(nèi)旱作矮化密植棗林地土壤水分變化主要集中在2.6 m土層內(nèi)，一年內(nèi)2.6 m以下土壤水分變異極低[20]，通過水量平衡原則，默認(rèn)棗林地生育期蒸發(fā)量與蒸騰量總和等于生育期降雨量減去土壤儲(chǔ)水量增量。為研究棗樹修剪對(duì)土壤水分的影響，分別在各小區(qū)棗樹株間3個(gè)位置布設(shè)3 m深中子管(圖1)，利用中子儀(CNC503B，China)監(jiān)測(cè)土壤體積含水量，步長(zhǎng)為20 cm，采集頻率為10 d/次。土壤儲(chǔ)水量計(jì)算公式為：

W=θV×h

(9)

式中：W為土壤儲(chǔ)水量(mm)；θV為土壤體積含水量(%)；h為土層深度(cm)。此外，由于棗樹是陜北地區(qū)主要經(jīng)濟(jì)樹種之一，在研究中還應(yīng)考慮棗樹產(chǎn)量，分析修剪強(qiáng)度對(duì)棗樹果實(shí)的水分利用效率的影響，棗樹果實(shí)水分利用效率計(jì)算公式為：

(10)

式中：WUE為棗樹果實(shí)水分利用效率(kg/m3)；Y為棗樹產(chǎn)量(kg/hm2)；P為生育期降雨量(mm)；ΔW為生育期棗林地土壤儲(chǔ)水量增量(mm)。

1.4.4 氣象監(jiān)測(cè) 在試驗(yàn)點(diǎn)附近布設(shè)小型氣象站(RR-9100,UK)，監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)為10 min。監(jiān)測(cè)要素包括：降雨量(mm)、總輻射(W/m2)、凈輻射(W/m2)、光合有效輻射[μmol/(m2·s)]、風(fēng)速(m/s)、溫度(℃)和相對(duì)濕度(%)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析主要采用Excel 2012和PASW Statistics 18.0軟件，作圖采用了Sigmaplot 12.5和AutoCAD 2010軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 修剪強(qiáng)度對(duì)棗樹蒸騰耗水的影響

2.1.1 修剪強(qiáng)度對(duì)棗樹逐日蒸騰耗水的影響 陜北棗樹每年5月初解除休眠，液流逐步上升，到10月樹葉掉落后進(jìn)入休眠，每年液流啟動(dòng)的日期不一，通過根據(jù)液流變化規(guī)律確定棗樹生育期的方法[20]，確定2014—2016年棗樹生育期分別為：5月6日—10月14日，5月8日—10月11日，5月1日—10月13日，各持續(xù)了162，157，165 d。從圖2可以看出，在氣象、土壤水分等影響因子作用下，2014—2016年每年各個(gè)修剪強(qiáng)度下棗樹生育期內(nèi)逐日蒸騰耗水都有小范圍波動(dòng)現(xiàn)象，但變化趨勢(shì)一致。總體來說，5月初棗樹解除休眠后，各修剪強(qiáng)度下棗樹日蒸騰量變化范圍差異逐漸增大，修剪強(qiáng)度越大，棗樹日蒸騰量上升趨勢(shì)越緩慢，直到7月達(dá)到生育期最大幅度。9月底，不同修剪強(qiáng)度下棗樹逐日蒸騰開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，10月之后大幅度下降直到休眠，這期間不斷出現(xiàn)落葉現(xiàn)象，葉片活性降低，蒸騰作用放緩，各處理間棗樹日蒸騰量變化差異逐漸減弱。

修剪強(qiáng)度決定了各處理日蒸騰量的變化范圍，同一生育期，棗樹蒸騰耗水逐日變化范圍隨修剪強(qiáng)度的增大而減小。同時(shí)，棗樹日蒸騰量變化范圍還受到降雨、土壤水分等環(huán)境因素的影響。2014—2016年全年降雨分別為460.4，380.8，590.8 mm，生育期內(nèi)地下3 m土層平均土壤體積含水量分別為8.47%，6.31%，8.80%，生育期內(nèi)平均光合有效輻射分別為192.2，179.3，198.7 μmol/(m2·s)。如圖2所示，在降雨和光合有效輻射相對(duì)充沛的年份(2014年和2016年)，棗樹可利用的土壤水分較多，蒸騰作用更強(qiáng)烈，不同修剪強(qiáng)度下棗樹逐日蒸騰耗水變化差異較大，而在降雨量較少、土壤極度干旱的2015年，土壤中可利用水分太少，棗樹生長(zhǎng)發(fā)育也受到一定程度的影響，不同修剪強(qiáng)度下棗樹逐日蒸騰耗水變化差異也較小。同時(shí)，較輕的修剪強(qiáng)度下棗樹蒸騰量更容易受到環(huán)境因素的影響，2014年和2016年棗樹的蒸騰耗水量平均水平明顯大于2015年，3 a修剪強(qiáng)度1處理下的棗樹日蒸騰量平均為1.73 mm，修剪強(qiáng)度4處理下的棗樹日蒸騰量平均為1.10 mm，說明在較重的修剪強(qiáng)度下，棗樹蒸騰耗水能夠得到更有效的控制，樹體規(guī)格較小的棗樹在水分充足的年份里仍然能夠保持較低的蒸騰耗水量。

2.1.2 修剪強(qiáng)度對(duì)棗樹生育期蒸騰耗水的影響 從表2可以看出，在不同的年降雨條件下，增大修剪強(qiáng)度均能顯著減少棗樹的蒸騰耗水量。修剪強(qiáng)度2，修剪強(qiáng)度3，修剪強(qiáng)度4處理下棗樹較修剪強(qiáng)度1在2014年分別降低了10.84%，22.06%，39.15%，在2015年分別降低了7.35%，12.93%，23.77%，在2016年分別降低了11.19%，27.19%，41.46%。降雨充沛的年份，增大修剪強(qiáng)度減小棗樹蒸騰耗水的效果尤為明顯，2015年強(qiáng)度4處理下的棗樹較強(qiáng)度1蒸騰耗水量減少41.74 mm，而2014年和2016年強(qiáng)度4處理下的棗樹較強(qiáng)度1蒸騰耗水量分別減少89.03 mm和128.26 mm。2015年強(qiáng)度1與強(qiáng)度2，強(qiáng)度2與強(qiáng)度3之間的蒸騰耗水量沒有顯著性差異(p>0.05)，很可能是由于當(dāng)年生育期降雨量較少(僅為254.4 mm)，生育期內(nèi)地下3 m土層平均土壤體積含水量只有6.31%，根據(jù)之前研究，6%的土壤水分體積含水率是影響棗樹蒸騰的一個(gè)閾值，當(dāng)土壤水分低于6%時(shí)會(huì)對(duì)棗樹蒸騰耗水起到限制作用[20]。由此可以推測(cè)，在這樣的干旱條件下，棗樹的蒸騰耗水量已經(jīng)接近其維持正常生命活動(dòng)所能承受的最低值，只有較大程度地減小棗樹樹體規(guī)格，才能夠顯著性減少棗樹蒸騰耗水量。

圖2不同修剪強(qiáng)度下棗樹逐日蒸騰耗水變化曲線

表2不同修剪強(qiáng)度下全生育期棗樹蒸騰量mm

年份年降雨量生育期降雨量生育期蒸騰量強(qiáng)度1強(qiáng)度2強(qiáng)度3強(qiáng)度42014460.6330.0227.39a202.75b177.22c138.35d2015380.8254.4175.67a162.76ab152.96b133.91c2016590.8480.6309.34a274.74b225.22c181.08d

注：不同字母表示修剪強(qiáng)度間差異顯著(p<0.05)，下表同。

2.1.3 修剪強(qiáng)度對(duì)棗樹生物量及蒸騰效率的影響 統(tǒng)計(jì)并計(jì)算2014—2016年各修剪強(qiáng)度下棗樹生物量與蒸騰效率變化規(guī)律，結(jié)果見圖3?？梢钥闯?，不同年份不同修剪強(qiáng)度下棗樹生育期生物量變化趨勢(shì)相似，呈緩慢上升—快速上升—緩慢上升的增長(zhǎng)模式。每年生育期開始至6月中旬是棗樹萌芽展葉主要時(shí)期，葉片與新長(zhǎng)出的枝條量較少，9月中旬至生育期結(jié)束是棗樹果實(shí)糖分生成的主要時(shí)期，枝葉與果實(shí)在重量上增長(zhǎng)緩慢，這兩段時(shí)間內(nèi)棗樹生物量增長(zhǎng)極為緩慢。6月中旬到9月中旬是枝葉量快速增大伴隨果實(shí)快速生長(zhǎng)的時(shí)期，因此棗樹生物量增長(zhǎng)速度較快。本研究設(shè)置的修剪標(biāo)準(zhǔn)，不僅能夠直接控制樹高、冠幅，拉開樹體規(guī)格的差距，更能有效控制各個(gè)修剪強(qiáng)度生物量，棗樹生物量明顯隨修剪強(qiáng)度的增大而減小。受氣候與土壤因素等影響，同一修剪強(qiáng)度下棗樹生物量基本是2015年<2014年<2016年，這說明相同樹體規(guī)格的棗樹在降雨充沛、土壤水分較高的年份，其枝葉、果實(shí)的繁茂程度也要高于降雨量少、土壤水分低的年份。

圖3不同修剪強(qiáng)度下棗樹生物量及蒸騰效率變化

其次，通過棗樹生育期各時(shí)段蒸騰效率可以看到(圖3B、圖3D、圖3F)，不同年份各修剪強(qiáng)度下蒸騰效率差異較小，其變異系數(shù)基本保持在較低水平(低于10%)，表示蒸騰效率基本不隨修剪強(qiáng)度發(fā)生變化。各修剪強(qiáng)度下的棗樹蒸騰效率變化趨勢(shì)一致，呈雙峰曲線形式。棗樹蒸騰效率大約在每年6月至9月處于較高水平(大于2 g/kg)，并且在6月至7月中旬、8月，這兩段時(shí)間內(nèi)處于較高水平，主要是因?yàn)榍罢呤敲妊空谷~的中后期，后者是果實(shí)膨大主要時(shí)期，棗樹生物量迅速增長(zhǎng)的緣故，而7月中下旬棗樹處于開花坐果期，生物量增長(zhǎng)較萌芽展葉期慢，因此蒸騰效率較前期有所下降。

2.2 修剪強(qiáng)度對(duì)棗林地土壤水分的影響

圖4為2014—2016年不同修剪強(qiáng)度下棗林地3 m土層土壤水分變化及其降雨情況。就每個(gè)生育期來看，隨著5月棗樹萌芽之后不斷生長(zhǎng)，各個(gè)修剪強(qiáng)度間棗樹耗水差異不斷增大，直接表現(xiàn)在土壤水分動(dòng)態(tài)變化上。一般來說，修剪強(qiáng)度越大，棗樹耗水越少，隨著降雨對(duì)土壤水分的補(bǔ)充，土壤水分越高。2014年修剪強(qiáng)度1—4處理下的棗林地生育期土壤儲(chǔ)水量分別提高了-16.76，-2.64，17.27，42.54 mm，2015年修剪強(qiáng)度1-4處理下的棗林地生育期土壤儲(chǔ)水量分別提高了-20.45，-12.14，-6.08，2.98 mm，2016年修剪強(qiáng)度1—4處理下的棗林地生育期土壤儲(chǔ)水量分別提高了-19.31，3.70，46.22，68.38 mm。也就是說，在修剪強(qiáng)度1處理下的棗林地，2014—2016年生育期棗林地3 m土層土壤水分處于負(fù)增長(zhǎng)狀態(tài)，即使降雨對(duì)土壤水分有所補(bǔ)充，也會(huì)迅速被旺盛的棗樹蒸騰消耗掉，土壤水分被棗樹透支。但是在修剪強(qiáng)度4處理下的棗樹，生育期棗林地3 m土層土壤水分處于增長(zhǎng)狀態(tài)，即使在年降雨量只有380.8 mm的2015年，也能夠使棗樹生育期耗水量與年降雨量達(dá)到平衡，沒有進(jìn)一步透支林地的土壤水分。

2.3 修剪強(qiáng)度對(duì)棗樹產(chǎn)量和水分利用效率的影響

表3為不同修剪處理下棗樹產(chǎn)量與其水分利用效率對(duì)比情況，可以看出，不同年份間棗樹產(chǎn)量與水分利用效率差異較大，降雨較多的2016年棗樹產(chǎn)量普遍較高，最高產(chǎn)量可達(dá)15.57 t/hm2；而降雨量少的2015年棗樹產(chǎn)品普遍較低，最高產(chǎn)量?jī)H為外9.75 t/hm2，是2016年的71.4%，由此可見氣候條件對(duì)旱作經(jīng)濟(jì)棗樹產(chǎn)量影響巨大。與此同時(shí)，同一修剪強(qiáng)度下棗樹水分利用效率2015年>2014年>2016年，主要是由于降雨越多，棗林地蒸發(fā)蒸騰量越大的緣故。總體上說，不同年份均是強(qiáng)度1處理下的棗樹產(chǎn)量最高，強(qiáng)度4處理下的棗樹水分利用效率最高，棗樹產(chǎn)量隨著修剪強(qiáng)度的增大而減小，棗樹水分利用效率隨修剪強(qiáng)度的增大而升高，增大修剪強(qiáng)度有利于陜北黃土高原有限的水資源高效利用。對(duì)不同修剪強(qiáng)度下棗樹產(chǎn)量與水分利用效率進(jìn)行顯著性分析，發(fā)現(xiàn)各修剪強(qiáng)度間棗樹產(chǎn)量沒有顯著性差異，這可能是在修剪過程中合理保留結(jié)果枝的效果。同時(shí)，棗樹水分利用效率隨修剪強(qiáng)度的增大而升高，而圖3中顯示各修剪強(qiáng)度間蒸騰效率差異較小，應(yīng)該是增大修剪強(qiáng)度并盡量保留結(jié)果枝以后，棗樹生殖生長(zhǎng)比重加大，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)比重減小的緣故。

圖4 不同修剪強(qiáng)度下棗林地土壤水分變化曲線

3 討 論

3.1 修剪強(qiáng)度對(duì)棗林地耗水的影響

在前人的研究中，樹體蒸騰影響因素可以分為兩類，一類是輻射、溫度等環(huán)境外部因素[28-29]，一類是樹體種類、規(guī)格、基因、生理變化等內(nèi)部因素[25,30]。目前關(guān)于棗樹不同修剪強(qiáng)度對(duì)樹木生理指標(biāo)影響及修剪對(duì)棗樹根系影響還缺乏相關(guān)研究。Namirembe等[31]在水資源有限的環(huán)境中研究發(fā)現(xiàn)，修剪使4 a生的美麗決明(Sennaspectabilis)木質(zhì)部導(dǎo)管直徑變窄，樹干導(dǎo)水率降低，抑制了樹冠的蒸騰速率并減少土壤水分的消耗。在葡萄修剪試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，修剪后葡萄枝條導(dǎo)管腔內(nèi)產(chǎn)生侵填體，降低了其水分輸送性能，最大可降低液流速率21.10%[32]。除了修剪導(dǎo)致的生理變化能夠減少林木蒸騰耗水以外，樹體蒸騰耗水還與葉面積顯著相關(guān)[33-34]。一般認(rèn)為，植株蒸騰量與單株總?cè)~面積顯著相關(guān)，蒸騰量隨著葉面積增加而增大，但葉面積增加至一定程度后，蒸騰增幅會(huì)變緩甚至不再增加[22,35-36]。

棗樹生育期內(nèi)同一時(shí)段各修剪強(qiáng)度蒸騰效率變異系數(shù)基本不超過10%，各個(gè)修剪強(qiáng)度間棗樹蒸騰效率差異很小，說明研究樹種在各修剪強(qiáng)度下蒸騰效率穩(wěn)定。采用的修剪標(biāo)準(zhǔn)能夠有效拉開各個(gè)修剪強(qiáng)度處理下棗樹生物量的差距(圖3)，也就是說，修剪一旦能夠有效控制樹體的生物量，就能夠顯著減少樹體的蒸騰耗水量，可以認(rèn)為本研究中通過增大修剪強(qiáng)度降低棗樹蒸騰耗水量(表2)是一種有效的管理技術(shù)手段。

棗樹修剪降低蒸騰耗水的同時(shí)也影響林下的土壤水分，有利于土壤水分的提升，但是會(huì)一定程度的增加棗林地蒸發(fā)量。由于陜北黃土高原旱作矮化密植棗林地土壤水分3 a內(nèi)的變化主要集中在2.6 m土層內(nèi)，1 a內(nèi)2.6 m以下土壤水分變異極低[20]，由此通過水量平衡，計(jì)算得各修剪強(qiáng)度下棗林地蒸發(fā)量。2014—2016年各修剪強(qiáng)度下棗林地蒸散量見表4，由于棗林地表沒有任何覆蓋措施，修剪強(qiáng)度越大，棗樹規(guī)格越小，暴露在外的土地面積越多，棗林地蒸發(fā)量也隨修剪強(qiáng)度的增大而升高。此外，棗林地蒸發(fā)量占蒸散總量的比例也隨修剪強(qiáng)度的增大而增大，尤其是修剪強(qiáng)度4處理下棗林地蒸發(fā)量占蒸散總量的比例明顯高于強(qiáng)度3?？梢酝茢?，雖然增大修剪強(qiáng)度減少了棗樹蒸騰耗水量，但節(jié)約下來的蒸騰量并不能完全用于改善土壤水分，其中有一部分被蒸發(fā)掉了，并且這部分蒸發(fā)量也隨修剪強(qiáng)度的增大而增大。2014—2016年強(qiáng)度4處理下的棗樹較強(qiáng)度3蒸騰量分別減少38.86，19.04，44.14 mm，蒸發(fā)量增大了13.60，9.98，21.98 mm。

3.2 陜北地區(qū)棗林適宜土壤水分及水分利用效率與其修剪強(qiáng)度的探討

近年來有果樹修剪影響土壤水分的研究報(bào)道，李明霞等[15]發(fā)現(xiàn)較傳統(tǒng)長(zhǎng)放修剪而言，修剪強(qiáng)度更大的更新修剪林地2.4 m深土層土壤水分得到了明顯的改善。通過本研究的結(jié)果可以看到，增大修剪強(qiáng)度可以顯著降低棗樹蒸騰耗水量(圖2)，改善林地土壤水分(圖4)，與強(qiáng)度1相比，2014—2016年強(qiáng)度4處理下的棗樹蒸騰耗水分別減少了89.03，41.75，128.26 mm，生育期3 m土層土壤儲(chǔ)水量增量分別增加了59.30，23.42，87.69 mm，在降雨充沛的年份，增大棗樹修剪強(qiáng)度的節(jié)水效果更為顯著。魏新光等[22]也在其研究中發(fā)現(xiàn)，修剪強(qiáng)度最大(留有一個(gè)主枝)的棗林地土壤水分有所改善，2 a累計(jì)增加土壤儲(chǔ)水量40.5 mm，與本研究的研究結(jié)果相似。2015年強(qiáng)度2處理下的棗樹蒸騰耗水量較強(qiáng)度1相比，并沒有顯著性的降低，這可能是由于年降雨量太小，土壤可利用水分少，輕度修剪的棗樹無法控制樹冠對(duì)土壤水分需求的緣故，這與Jackson等[36]在研究修剪對(duì)銀樺(Grevillearobusta)坡地農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)的影響時(shí)得到的結(jié)論相符。

增大修剪強(qiáng)度雖然能夠降低棗樹蒸騰耗水量，改善林地土壤水分，但也在一定程度上降低了棗樹產(chǎn)量(表3)。眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出，目前黃土高原土壤干燥化日益加重，并為該區(qū)域大規(guī)模人工林帶來的土壤水環(huán)境惡化所擔(dān)憂[2,4,37]。因此，一味追求產(chǎn)量、透支林地土壤水分是不可取的，只有考慮到當(dāng)?shù)丨h(huán)境承載力，以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，追求水土資源高效利用，才能避免生態(tài)系統(tǒng)遭到進(jìn)一步的破壞。研究結(jié)果表明，強(qiáng)度4處理下的棗樹產(chǎn)量雖然較其他強(qiáng)度而言有所下降，但各修剪強(qiáng)度間棗樹產(chǎn)量在統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有顯著性差異(表3)。此外，各修剪強(qiáng)度中，強(qiáng)度4處理下的棗樹蒸騰耗水量顯著低于其他各修剪強(qiáng)度(表2)，水分利用效率也最高(表3)，綜合棗林地耗水、棗樹產(chǎn)量與水分利用效率等各方面考慮，在研究范圍內(nèi)，修剪強(qiáng)度4處理下棗林產(chǎn)量沒有顯著性降低，又能達(dá)到高效用水的目的，可以作為當(dāng)?shù)睾底鳁椓挚沙掷m(xù)發(fā)展的修剪管理參考標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，由于增大修剪強(qiáng)度，減少棗樹蒸騰耗水的同時(shí)也促進(jìn)了林地蒸發(fā)，與強(qiáng)度1相比，強(qiáng)度4處理下的棗樹3 a平均蒸騰量降低86.35 mm，蒸發(fā)量升高了29.54 mm，節(jié)約下來的蒸騰量并不能完全用于改善土壤水分，因此，建議陜北旱作棗林地進(jìn)行節(jié)水型修剪的同時(shí)，采取地面覆蓋等抑制地表蒸發(fā)的措施，以減少林地蒸發(fā)量。

4 結(jié) 論

(1) 棗樹可以通過修剪強(qiáng)度的增加來控制樹體規(guī)格，從而可以實(shí)現(xiàn)降低棗樹蒸騰耗水的效果，蒸騰耗水量的減小有利于林地土壤水分的提升，可以緩解林地土壤干化現(xiàn)象，是一條黃土高原林地防治干化的新途徑。不同降雨年份，修剪對(duì)于降低棗樹蒸騰耗水效果不同，在降雨充沛的年份效果更為顯著。但修剪也在一定程度上促進(jìn)了棗林地蒸發(fā)，建議將適度修剪與傳統(tǒng)的覆蓋保墑結(jié)合以提高土壤水分環(huán)境的保護(hù)與修復(fù)。

(2) 各修剪強(qiáng)度間棗樹蒸騰效率差異較小(變異系數(shù)<10%)，本研究采用的修剪標(biāo)準(zhǔn)證明，合理的修剪能夠較好地控制樹體枝葉生物量，而對(duì)于果實(shí)產(chǎn)量影響較小，各修剪強(qiáng)度間棗樹產(chǎn)量無顯著性差異，且棗樹水分利用效率隨著修剪強(qiáng)度的增大得到了顯著性提高，與修剪強(qiáng)度1相比，修剪強(qiáng)度4處理下的棗樹3 a平均水分利用效率提高了11.99%，由此證明試驗(yàn)提供的修剪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于旱作棗林生產(chǎn)具有較強(qiáng)的參考意義。

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