地下滲灌對棗樹生長、產量和水分利用效率的影響

韓懂懂，孫兆軍,2,，焦炳忠，郭媛姣，李 茜，何 俊

(1.寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021；2.寧夏大學資源環(huán)境學院，銀川 750021；3.寧夏大學環(huán)境工程研究院，銀川 750021；4．教育部中阿旱區(qū)特色資源與環(huán)境治理國際合作聯(lián)合實驗室；5.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評價與環(huán)境調控重點實驗室)

0 引 言

西北地區(qū)有著豐富的土地資源和充足的光照條件，有利于提升果實的甜度和品質，是發(fā)展林果業(yè)的理想?yún)^(qū)域[1,2]。發(fā)展林果業(yè)需從西北地區(qū)水資源匱乏、地表蒸發(fā)強烈以及果樹深根性等特點出發(fā)，提出高效節(jié)水的灌溉方式，將水分和養(yǎng)分直接輸送到植物根區(qū)，減少地表蒸發(fā)，提高水分利用效率[3]。地下灌溉是將灌溉水引入田間耕作區(qū)，通過土壤毛細管作用，濕潤根區(qū)土壤，以供作物生長需要。目前，得到研究與應用的地下灌溉技術有：涌泉根灌[4]、垂直線源灌[5]、井式灌溉[6]等。程慧娟等[7,8]開展了垂直線源灌葡萄生長及水分利用效率方面的研究，表明垂直線源灌可減少地表蒸發(fā)，提高水分利用效率。車銀偉等[9]開展了涌泉根灌對梨棗產量及水分利用的影響，得出棗樹在涌泉根灌的灌溉方式下產量、水分利用效率和灌溉水利用效率均顯著提高。

地下滲灌通過孔隙滲水和土壤毛管吸水作用將水分運送到植物根部，該灌溉方式可減少地表徑流和棵間蒸發(fā)。針對地下滲灌的研究，目前主要集中在其濕潤體大小[10]、濕潤峰的運移[11]與灌水器適宜布置方式[12,13]等方面，以及地下滲灌對大田作物的影響研究，表明地下滲灌對大田作物具有良好的節(jié)水增產效果[14,15]，但關于地下滲灌在林木中的應用研究與其他灌水方式比較研究較少。為此，本研究采用大田試驗，通過與管灌和地面滴灌的對比試驗，探討不同灌溉定額下地下滲灌對同心圓棗樹生長指標、產量和水分利用效率的影響，以期為進一步推廣地下滲灌技術提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況及研究對象

試驗區(qū)位于寧夏同心縣王團鎮(zhèn)(北緯36°50′，東經105°60′)。該地區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，多年平均氣溫8.6 ℃，干旱少雨，年平均降水量272.6 mm，年蒸發(fā)量大于2 000 mm，無霜期120～218 d，年平均日照3 024 h。試驗區(qū)土壤的機械組成為：砂粒占53.6%，粉粒占30.2%，黏粒占16.2%，根據(jù)土壤質地劃分標準可知試驗區(qū)土壤為砂壤土，田間持水率24.11%，土壤容重1.36 g/cm3，全鹽0.27 g/kg，全氮0.38 g/kg，全磷0.87 g/kg，速效磷15.30 mg/kg，速效鉀440.93 mg/kg，有機質7.91 g/kg，土壤pH值為7.90。

本試驗于2018年4-10月在該地區(qū)的寧夏旱作節(jié)水科技園區(qū)進行。灌水器是用低密度聚乙烯樹脂與橡膠粉末按一定比例擠壓成型的地下滲灌管道。試驗所選樹種為長勢良好的5 a生同心圓棗樹，樹高2 m左右，株行距為2.5 m×3.5 m，種植密度為1 142 株/hm2。依據(jù)生長發(fā)育特性可將其劃分為4個生育階段，即萌芽展葉期(4月下旬至5月下旬)、開花座果期(6月上旬至7月上旬)、果實膨大期(7月中旬至8月下旬)、果實成熟期(9月上旬至10月上旬)。

1.2 試驗設計

試驗設置不同灌溉定額(828、1 248、1 668 m3/hm2)和不同灌溉方式(地下滲灌、地面滴灌、管灌)2因素3水平的田間試驗，共9個處理，采用隨機區(qū)組排列，每個處理為3株棗樹，3次重復，每個試驗小區(qū)面積為24 m2，共27個小區(qū)。滲灌管道繞棗樹樹干水平圓形鋪設，半徑40 cm、埋深30 cm。全生育期灌水5次。

表1 試驗設計

1.3 觀測項目及方法

(1)新梢長度、直徑和棗吊長度：從萌芽展葉期開始到果實成熟期結束，用卷尺測定新梢長度和棗吊長度，用電子數(shù)顯游標卡尺測量新梢直徑。

(2)座果率：于開花座果前期記錄標記棗吊的開花數(shù)(N1)，采收時統(tǒng)計標記棗吊的果實數(shù)量(N2)，按“座果率=N2/N1×100%”計算座果率。

(3)果實產量：在果實成熟期，分別在樹冠各個方向及內膛各位置隨機取樣，測定50個樣果的平均單果質量，按“產量=平均單果質量×單株果實數(shù)量”計算產量。

(4)棗樹耗水量：根據(jù)水量平衡公式計算棗樹耗水量。計算公式為：

ET=P+I+K-R-D-(Wt-W0)

(1)

式中：ET為耗水量，mm；P為保存在土壤計劃濕潤層內的有效降雨量，mm；I為灌水量，mm；K為時間段t內的地下水補給量，mm；R為徑流量，mm；D為深層滲漏量，mm；Wt，W0為時段初和任一時間t時的土壤計劃濕潤層內的儲水量，mm。

試驗區(qū)地下水位在50 m以下，并且每次灌水量較少，故K、R、D忽略不計。試驗期間降水量由試驗區(qū)自動氣象站采集，有效降雨量為246.5 mm。上式簡化為：

ET=P+I-(Wt-W0)

(2)

(5)水分利用效率(WUE)的計算公式為：

WUE=產量/耗水量

(3)

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用統(tǒng)計分析軟件SPSS 22.0對試驗數(shù)據(jù)進行分析，選擇Duncan法進行處理間的差異顯著性檢驗，檢驗水平P=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉方式及灌溉定額對棗樹生長指標的影響

新梢和新梢直徑生長可以反映樹體生長速度和樹體是否健壯的重要指標。從圖1和圖2可以看出，棗樹萌芽展葉前期(5月1-8日)新梢生長速度較緩。棗樹在萌芽展葉后期與開花座果前期(5月8日-6月2日)新梢快速生長。在開花座果后期和果實膨大前期(6月2日-7月26日)，新梢生長速度放緩。在果實膨大后期和果實成熟期，新梢基本停止生長，長度與粗度達到峰值，此后一直到果實成熟期新梢均變化不大。不同處理新梢生長情況和新梢直徑變化呈現(xiàn)出不同的規(guī)律。當灌溉定額相同時，新梢長度表現(xiàn)為地面滴灌>地下滲灌>管灌，新梢直徑表現(xiàn)為地下滲灌>地面滴灌>管灌。

圖1 灌溉方式與灌溉定額對棗樹新梢長度的影響

圖2 灌溉方式與灌溉定額對棗樹新梢直徑的影響

棗樹在棗吊上開花座果，從圖3可以看出，棗樹棗吊在萌芽展葉后期與開花座果前期(5月8日-6月2日)進入快速生長期，其棗吊快速生長。在開花座果后期和果實膨大前期(6月2日-7月26日)，棗吊生長速度放緩。棗吊在果實膨大后期和果實成熟期基本停止生長，長度達到峰值，此后一直到果實成熟期均變化不大。

圖3 灌溉方式與灌溉定額對棗吊長度的影響

2.2 不同灌溉方式及灌溉定額對棗樹開花座果率及產量的影響

開花數(shù)和座果率是影響果樹單株產量的主要因素。從表2可以看出，T2處理的座果率最大，為6.94%，與T3、T6無顯著差異(P>0.05)，與T1、T4、T5、T7、T8、T9有顯著差異(P<0.05)。灌溉定額為W1時，棗樹座果率大小表現(xiàn)為地下滲灌>地面滴灌>管灌，且地下滲灌處理的棗樹座果率顯著增加；灌溉定額為W2時，與其他兩種灌溉方式相比，地下滲灌處理的棗樹座果率顯著增加；灌溉定額為W3時，與管灌相比，地下滲灌和地面滴灌顯著提高了棗樹的座果率?？梢姡嗤喔榷~時，地下滲灌與管灌相比能顯著提高棗樹座果率。

單果質量和單株結果數(shù)是影響果樹單株產量的主要因素。從表2可以看出，T3處理的單果質量最大，為21.15 g，與其他處理無顯著差異(P>0.05)；T2處理的單株結果數(shù)最多，為392個，與T3、T6無顯著差異(P>0.05)，與T1、T4、T5、T7、T8、T9有顯著差異(P<0.05)。T2處理的產量最高，為9 418.85 kg/hm2，與T3、T6無顯著差異(P>0.05)，與T1、T4、T5、T7、T8、T9有顯著差異(P<0.05)。不同處理對棗樹單株結果數(shù)與產量的變化趨勢類似且存在一定差異，平均單果質量無顯著影響。說明不同處理對單果質量影響較小，產量主要受到單株結果數(shù)的影響。灌溉定額為W1時，棗樹產量大小為地下滲灌>地面滴灌>管灌，且地下滲灌處理的棗樹產量顯著增加；灌溉定額為W2時，地下滲灌較地面滴灌和管灌顯著增加棗樹產量；灌溉定額為W3時，管灌與地面滴灌、地下滲灌相比顯著降低了棗樹的產量?？梢?，相同灌溉定額時，地下滲灌較管灌能夠顯著提高棗樹產量。

表2 灌溉方式與灌溉定額對棗樹開花座果率及產量的影響

注：不同英文小寫字母表示各處理在0.05水平差異顯著。

2.3 不同灌溉方式及灌溉定額對棗樹水分利用效率的影響

棗樹水分利用效率是衡量棗樹產量與灌水量關系的重要指標。從表3可以看出，T2處理的水分利用效率最大，為3.84 kg/m3，與T1無顯著差異(P>0.05)，與T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9有顯著差異(P<0.05)。在灌溉定額為W1和W2時，不同灌溉方式下，地下滲灌顯著提高了棗樹水分利用效率；灌溉定額為W3時，相比其他兩種灌溉方式，管灌條件下的棗樹水分利用效率顯著降低，而前兩者間差異不顯著。地下滲灌條件下，與灌溉定額W1和W2處理相比，灌溉定額為W3的處理顯著降低了棗樹水分利用效率，而前兩者間差異不顯著；地面滴灌條件下，不同灌溉定額處理間棗樹水分利用效率無顯著差異；管灌條件下，灌溉定額W2和W3處理相比灌溉定額W1處理棗樹水分利用效率顯著降低。可見，相同灌溉定額時，地下滲灌較地面滴灌和管灌能夠顯著提高棗樹水分利用效率。

表3 灌溉方式與灌溉定額對棗樹水分利用效率的影響

注：不同英文小寫字母表示各處理在0.05水平差異顯著。

3 討 論

從研究結果可以看出，灌溉定額一定時，地下滲灌較地面滴灌和管灌能夠顯著增加棗樹座果率。棗樹根系密集區(qū)主要分布在土層0～100 cm[16,17]，因此，維持棗樹生存最主要水分來源是0～100 cm土層。開花座果期是棗樹的水分敏感期，根區(qū)土壤水分供應不足是影響棗樹座果率低的主要因素之一[18,19]。在本試驗中，開花座果期地面蒸發(fā)較強，相同灌溉定額時，管灌時流量大，灌水時間短，土壤表面濕潤面積大、入滲緩慢，使其蒸發(fā)量增大，入滲的水分顯著減少；滴灌條件下滴頭流量小，土壤表面濕潤面積小，水分蒸發(fā)較少；而地下滲灌可將水分直接灌到棗樹的根部，減少了地面的無效蒸發(fā)，從而使灌入的水分發(fā)揮了更高效的作用。

棗樹根區(qū)水分是決定棗樹產量的關鍵因素之一。從棗樹產量方面來看，與管灌、滴灌相比，地下滲灌條件下產量顯著增加。一方面，座果率是影響果樹單株產量的主要因素，與管灌、滴灌相比，地下灌溉能夠促進棗吊的生長、增加棗樹的座果率，有利于增加單顆棗樹結果數(shù)；另一方面，相同灌溉定額條件下，與管灌、滴灌相比，地下灌溉提供給棗樹根區(qū)有效水分較高，而土壤水分充足有利于棗樹花芽形成和果實膨大，最終影響產量增加。水分利用效率(WUE)是反映植物同化特性的重要參數(shù)，是衡量作物產量與用水量關系的一種指標[20,21]。地下滲灌可以及時將作物所需水分送到根區(qū)，避免地面蒸發(fā)，起到很好的保墑作用，從而有助于提高棗樹產量和水分利用效率。

4 結 語

綜合考慮新梢長度、新梢直徑、棗吊長度、座果率、產量、水分利用效率和經濟效益等多種因素，得出地下滲灌對棗樹有增產、節(jié)水效果，是一種值得推廣的高效節(jié)水灌溉技術。在地下滲灌條件下，隨灌溉定額增大到一定程度后棗樹水分利用效率不再繼續(xù)增大，反而有減小的趨勢，灌溉定額為1 248 m3/hm2時既能滿足高產又可實現(xiàn)節(jié)水，是一個最優(yōu)的選擇。因此最佳灌溉方式為地下滲灌、灌溉定額為1 248 m3/hm2，該處理產量最高(9 418.85 kg/hm2)、水分利用效率最高(3.84 kg/m3)。該試驗研究為寧夏干旱地區(qū)高效節(jié)水種植同心圓棗樹提供技術指導，也可為地下滲灌技術在西北干旱區(qū)推廣提供理論依據(jù)。