不同種植模式棗樹、核桃樹耗水特性的比較研究

邵瑾 哈小麗 韓占江

（1 塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾843300）

（2 塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾843300）

水資源缺乏已成為全球性亟待解決的問題。我國人均水資源擁有量為世界平均值的1/4，是世界上13 個嚴(yán)重缺水的國家之一［1］。新疆南疆是我國典型的干旱地區(qū)，終年降水稀少蒸發(fā)強(qiáng)烈，水資源短缺直接制約著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)［2］。南疆農(nóng)業(yè)用水量約為280億m3，占南疆用水總量的95%以上［3］。怎樣合理利用珍貴的水資源，提高水分利用效率，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟需解決的問題。

大量研究表明，合理的種植模式可以提高作物的水分利用效率，使有效的水資源獲得最大的利用率［4-9］。有研究表明，與單作核桃相比，間作模式可降低土壤蒸發(fā)量，提高土壤含水量，降低耗水量［10,11］，提高水分利用效率［12-14］。目前國內(nèi)外關(guān)于果樹與其他作物間作的研究報道較多［5,6,8-14］，而果樹與果樹間作，尤其關(guān)于南疆主栽的紅棗與核桃間作研究，卻鮮見報道。當(dāng)前，南疆紅棗的種植面積位居全國第一，核桃面積位居全國第三［15］，是近幾年紅棗供大于求，紅棗價格持續(xù)下降，“棗賤傷農(nóng)”現(xiàn)象凸顯。棗樹間作其他果樹，可幫助果農(nóng)靈活調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，逐步更換收益不高的樹種［16］。因此，本文以南疆的單作紅棗、單作核桃及紅棗‖核桃3種種植模式為研究對象，比較不同種植模式下棗樹和核桃樹的耗水特性，以期為該地區(qū)果樹高效種植以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試棗樹為6年樹齡的“南疆紅”紅棗，該品種于2014 年通過新疆維吾爾自治區(qū)林木品種審定委員會認(rèn)定；核桃樹為7 年樹齡的“溫185”，該品種于1994年被列為全國推廣產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣十萬畝生態(tài)園內(nèi)的核心區(qū)阿克蘇果滿堂果業(yè)開發(fā)有限公司（41°15′N，80°30′E），背靠天山第一高峰“托木爾峰”，屬于溫帶大陸性氣候，日照時間長，晝夜溫差大，年平均氣溫11. 0℃，最高氣溫41. 0 ℃，最低氣溫-27.0 ℃，日照充足，年日照數(shù)2 361.4～2 980.6 h，年無霜期平均203 d。果園中全部鋪設(shè)安裝了田間供水管道和自壓滴灌、涌泉灌設(shè)施，可滿足果樹生長的需求。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2016 年和2017 年進(jìn)行，試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況見表1。

表1 試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況

選擇3種種植模式：單作紅棗、單作核桃、紅棗‖核桃，根據(jù)高度差分別設(shè)置6 個處理，即坡上單作紅棗（A1：株距1 m，行距2 m）、坡下單作紅棗（A2：株距1 m，行距2 m）、坡上單作核桃（B1：株距2.5 m，行距5 m）、坡下單作核桃（B2：株距2.5 m，行距5 m）、坡上紅棗‖核桃（C1：2 行核桃的行間種植2 行紅棗，核桃株距5 m、行距6 m；紅棗株距1 m、行距2 m）、坡下紅棗‖核桃（C2：2 行核桃的行間種植2 行紅棗，核桃株距5 m、行距6 m；紅棗株距1 m、行距2 m）；其中A1與A2，B1與B2，C1與C2的高度差均為0.65 m。各試驗(yàn)地于3 月底進(jìn)行第一次試水，試水結(jié)束后，于4 月初到5月初每15 d 進(jìn)行一次滴灌，5 月中旬～8 月底，每7 d進(jìn)行一次滴灌。紅棗生育期主要包括：萌芽展葉期（4 月初～4 月底）、開花期（5 月中旬～6 月初）、坐果期（6 月上旬）、膨大期（7 月中旬～8 月上旬）、脆熟期（8 月下旬～9 月中旬）、完熟期（9 月下旬）；核桃生育期主要包括：萌芽期（4月初～4月中旬）、開花結(jié)果期（4 月中旬～5 月初）、果實(shí)膨大期（5 月中旬～6 月初）、硬核期（6月初～7月初）、油脂轉(zhuǎn)化期（7月初～8月底）、成熟期（9月初～9月下旬）。本試驗(yàn)的間作模式中核桃的灌水量、灌水次數(shù)與紅棗一致，所以本文對間作模式水分的分析，以紅棗生育期為主。各處理灌水量用水表準(zhǔn)確計量，實(shí)際灌水量如表2～4 所示。小區(qū)面積為20 m×30 m，3次重復(fù)。

表2 A處理每小區(qū)灌水量（mm）

表3 B處理每小區(qū)灌水量（mm）

表4 C處理每小區(qū)灌水量（mm）

1.3 水分測定與計算方法

1.3.1 土壤含水量的測定

分別于紅棗生育期和核桃生育期取取0～100 cm土層土樣，分層取土，20 cm 為1 層，置于鋁盒中，采用烘干法測定土壤含水量，其公式為：土壤含水量=（土壤鮮重-土壤干重）/土壤干重×100%。

1.3.2 耗水量的計算1.3.2.1 總耗水量

果樹耗水量可根據(jù)土壤含水量計算［17,18］得出：

式中，ET1-2為階段耗水量（mm）；i 為土層編號；n為總土層數(shù)；γi為第i 層土壤干容重（g/cm3）；Hi 為第i層土壤厚度（cm）；θi1和θi2分別為第i 層土壤時段初和時段末的含水率，以占干土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)計；M 為時段內(nèi)的灌水量（mm）；P 為有效降水量（mm）；K 為時段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量（mm），當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?. 5 m 時，K 值可以忽略不計。本試驗(yàn)所在區(qū)域，地下水埋深在5 m以下, 故地下水補(bǔ)給量可視為0。

土壤容重采用環(huán)刀法測定［19］。在田間選擇挖掘土壤剖面，深度1 m。按剖面層次從地表向下每20 cm一層，分層采樣，每層重復(fù)3 次。用已知質(zhì)量（m1）和內(nèi)徑的環(huán)刀垂直取原裝土。同時在同層采樣處用鋁盒采樣，測定自然含水量。 把裝有樣品的環(huán)刀兩端立即加蓋，以免水分蒸發(fā)。隨即稱重（m2）精確到0.01 g，并記錄。將裝有樣品的鋁盒烘干稱重，精確到0.01 g，測定土壤含水量（w）。按下式計算土壤容重：ri=（m2-m1）×（100-w）÷100V。式中：ri為土壤容重（g/cm3）；m2為環(huán)刀及濕土質(zhì)量（g）；m1為環(huán)刀及濕土質(zhì)量（g）；V 為環(huán)刀體積（cm3），V=лr2h，式中，r為環(huán)刀內(nèi)半徑（cm），h 為環(huán)刀高度（cm）；w 為土壤含水量（%）。試驗(yàn)地土壤0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm 土層土壤容重分別為1. 74 g·cm-3、1. 69 g·cm-3、1. 64 g·cm-3、1. 56 g·cm-3、1. 63 g·cm-3。

1.3.2.2 灌水量

在每一行果樹進(jìn)水的滴灌帶接口處安裝水表，每次灌水前讀一次水表數(shù)，此次數(shù)值減去前一次所記錄數(shù)據(jù)為本次所滴水量。由每一行灌水量折算出試驗(yàn)小區(qū)的灌水量。

1.3.2.3 土壤貯水消耗量式中：△S 為土壤貯水消耗量（mm）；i 為土層編號；n 為總土層數(shù)；γi為第i層土壤容重；Hi 為第i 層土壤厚度（cm）；θi1和θi2分別為第i層土壤時段初和時段末的含水量，以占干重的百分?jǐn)?shù)計（%）［17,18］。

1.3.2.4 降水量

降水量數(shù)據(jù)從溫宿縣氣象局獲取。

1.3.2.5 土壤貯水量的計算土壤貯水量=換算系數(shù)（0. 1）×土壤含水量（%）×容重（g·cm-3）×土層深度（cm）［17,18］；

1.3.2.6 水分利用效率的計算

水分利用效率（kg·667m-2·mm-1）=產(chǎn)量（kg·667m-2）/生育期總耗水量（mm）［18］，即果樹消耗單位質(zhì)量水所制造的干物質(zhì)量，可用每667 m2果樹的產(chǎn)量除以其總耗水量表示。

1.4 數(shù)據(jù)分析

2016 年與2017 年兩年數(shù)據(jù)規(guī)律總體基本一致，本文主要以2016 年數(shù)據(jù)為主進(jìn)行分析。利用Microsoft Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖，應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析及LSD檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2. 1 棗樹和核桃樹耗水量的水分來源及其占總耗水量的比例

果樹的耗水量主要由灌水量、土壤貯水消耗量和降水量三部分構(gòu)成。由表5可以看出，棗樹和核桃樹全生育期各處理的灌水量、土壤貯水消耗量及其占總耗水量的比例不同。其中單作紅棗模式（A1、A2處理）和紅棗‖核桃模式（C1、C2處理）坡上種植模式的灌水量、土壤貯水消耗量均高于坡下種植模式的灌水量和土壤貯水消耗量，可能與其地勢差異導(dǎo)致水壓大小不同有關(guān)。C2處理灌水量、總耗水量、灌水量/總耗水量均較高，顯著高于其他處理；A1處理灌水量、土壤貯水消耗量、灌水量/總耗水量均較低，顯著低于其他處理。C1處理土壤貯水消耗量及其占總耗水量的比例最高，顯著高于其他處理。6 個處理均呈現(xiàn)灌溉量占總耗水量的比例較大，可達(dá)79%以上，說明該試驗(yàn)地紅棗和核桃生長期的水分消耗主要來源于灌溉水。

表5 各處理棗樹和核桃樹耗水量的來源及其占總耗水量的比例

2. 2 不同種植模式棗樹和核桃樹各生育期土壤貯水消耗量的比較

2. 2. 1 不同種植模式棗樹和核桃樹各生育期土壤含水量的比較

由圖1可以看出，不同種植模式棗樹和核桃樹各生育期不同土壤層次土壤含水量分布不均。單作紅棗模式（A1、A2處理）的坐果期、膨大期、脆熟期0～20 cm 土層含水量較高。A1處理的坐果期和脆熟期0～100 cm 土層含水量變化趨勢一致，隨土層深度的增加呈現(xiàn)減小-增加-減小的趨勢。A2處理在完熟期20～100 cm 土層含水量較小。單作核桃模式（B1、B2處理）全生育期0～100 cm 土層含水量波動較大。C1處理在膨大期/硬核期、脆熟期/油脂轉(zhuǎn)化期和完熟期0～100 cm 土層含水量隨土層深度增加呈“M”型變化，在20～40 cm、60～80 cm 土層出現(xiàn)兩個峰值。C2處理全生育期0～100 cm 土層含水量隨土層深度的增加，土壤含水量減??；完熟期0～100 cm 土壤含水量較大，顯著高于其他生育期0～100 cm 土層含水量，且在脆熟期/油脂轉(zhuǎn)化期20～40 cm土壤含水量達(dá)最高值，為9.45%。

圖1 不同種植模式各生育期不同土壤層次土壤含水量

2. 2. 2 不同種植模式棗樹和核桃樹土壤貯水消耗量的比較

2. 2. 2. 1 單作紅棗模式與紅棗‖核桃模式土壤貯水消耗量的比較

由圖2 可以看出，單作紅棗模式（A1、A2處理）與紅棗‖核桃模式（C1、C2處理）0～100 cm 土壤貯水消耗量隨土層深度的增加變化趨勢一致，均呈現(xiàn)減小-增加-減小的趨勢。C1處理0～100 cm 土壤貯水消耗量較大，各土層土壤貯水消耗量均顯著高于A1、A2、C2處理0～100 cm 土壤貯水消耗量。C2處理0～60 cm土壤貯水消耗量較小，均顯著低于A1、A2和C1處理。在60～100 cm 土層A1、A2和C1處理土壤貯水消耗較為集中。

2. 2. 2. 2 單作核桃模式與紅棗‖核桃模式土壤貯水消耗量的比較

由圖3可以看出，B1、B2和C1處理0～100 cm 土壤貯水消耗量隨土層深度的增加變化趨勢一致，均呈現(xiàn)減小-增加-減小的趨勢，且土壤貯水消耗量主要集中在40～60 cm 土層。C2處理0～100 cm 土壤貯水消耗量較小，顯著低于A1、A2和C1處理。C1處理0～60 cm 土壤貯水消耗量較高，顯著高于A1、A2和C2處理。

圖2 單作紅棗模式與紅棗‖核桃模式土壤貯水消耗量圖

圖3 單作核桃模式與紅棗‖核桃模式土壤貯水消耗量

2. 3 不同種植模式棗樹和核桃樹水分利用效率的比較

由表6 可知，A1處理產(chǎn)量最高，水分利用效率最高；B1處理產(chǎn)量最低，水分利用效率偏低，說明產(chǎn)量與水分利用效率呈正相關(guān)關(guān)系。C2處理灌水量最高，但水分利用效率偏低，說明過多的增加灌水量不會增加產(chǎn)量，會造成水資源的浪費(fèi)。綜合比較發(fā)現(xiàn)，A1處理是本試驗(yàn)條件下水分利用效率最高的處理。

表6 不同處理對棗樹和核桃樹產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率的影響

3 討論

灌溉水是植物生長水分的重要來源，其占總耗水量的比例較大。有研究認(rèn)為，隨著灌水量的增加，農(nóng)田耗水量的增加，土壤貯水消耗量減少［20］。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著灌溉水的增加，灌水量占總耗水量的比例增加，降水量和土壤貯水消耗量占總耗水量的比例均減少。C2處理灌水量最大，其土壤貯水消耗量最小，為負(fù)值，說明灌水增多不利于棗樹和核桃樹利用土壤貯水。比較不同種植模式耗水量的來源及其占總耗水量的比例可知，本試驗(yàn)條件下，灌溉水是棗樹和核桃樹生長所需水分的主要來源，占總耗水量的79%以上。坡上種植模式（A1、B1、C1處理）灌水量均低于坡下種植模式（A2、B2、C2處理）灌水量，可以適當(dāng)增加坡上種植模式的灌水量，減少坡下種植模式的灌水量。

有研究認(rèn)為，間作模式有利于提高作物的產(chǎn)量［21］，本研究發(fā)現(xiàn)，間作模式C1比坡上單作模式A1和B1（土地當(dāng)量比為0.89，小于1）或坡下單作模式A2、B2（土地當(dāng)量比為0.95，小于1）有產(chǎn)量劣勢；而間作模式C2比坡上單作模式A1、B1（土地當(dāng)量比為1. 25，大于1）或坡下單作模式A2、B2（土地當(dāng)量比為1.25，大于1）有產(chǎn)量優(yōu)勢；C2處理的紅棗和核桃產(chǎn)量均高于C1處理，可能與下坡的灌溉量高于坡上有關(guān)；C2處理灌水量為6種處理中最高，但水分利用效率不是最高，可以適當(dāng)減少C2處理的灌水量來降低成本。有研究認(rèn)為，作物產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加，而水分利用效率隨灌水量的增加而減小［22,23］，當(dāng)灌水量增加到一定值時再增加灌水量，會導(dǎo)致產(chǎn)量減少［24］；適度的減少灌水量有利于增加產(chǎn)量，提高水分利用效率［25,26］。本研究發(fā)現(xiàn)，A1處理灌溉量不是最高，但水利用效率最高；C2處理灌溉水最高，產(chǎn)量較高，但水分利用效率較低，與前人研究結(jié)果相似。本文通過單作模式與間作模式進(jìn)行對比研究，闡述不同種植模式棗樹和核桃樹的耗水特性的差異。但隨著生長年限的增加，根系會不斷變化，間作模式棗樹和核桃樹對水分的競爭關(guān)系可能會發(fā)生變化，有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

（1）本試驗(yàn)條件下，棗樹和核桃樹耗水的主要來源是灌溉水，占總耗水量的79%以上。C2處理灌水量及其占總耗水量的比例最大。6 個處理土壤含水量隨土層深度的增加變化趨勢一致。單作紅棗模式（A1、A2處理）與紅棗‖核桃模式（C1、C2處理）土壤含水量在40～60 cm 土層較集中；單作核桃模式（B1、B2處理）與紅棗‖核桃模式（C1、C2處理）土壤含水量在60～80 cm土層較集中。

（2）間作模式C1比單作模式A1、B1、A2、B2有產(chǎn)量劣勢，而間作模式C2比單作模式A1、B1、A2、B2有產(chǎn)量優(yōu)勢，但C2水分利用效率較低；A1紅棗產(chǎn)量最高，為478. 03 kg·667m-2，其水分利用效率最高，為1.19 kg·667m-2·mm-1。