不同微潤(rùn)灌溉模式對(duì)棗樹生長(zhǎng)的影響

梁博惠，唐 瑞，何寶銀，張上寧

(寧夏水利科學(xué)研究院，銀川 750021)

0 引 言

靈武長(zhǎng)棗屬于鼠李科棗(Ziziphus jujube Mill.cv.)，品種優(yōu)良[1]，是當(dāng)?shù)氐奶厣a(chǎn)業(yè)之一[2]。由于種植的地區(qū)自然環(huán)境具有差異性，眾多學(xué)者開展了不同地區(qū)不同灌溉方式下棗樹的土壤下限情況、耗水規(guī)律、光合作用根系生長(zhǎng)、灌溉制度等研究。滴灌作為新型的節(jié)水灌溉方式，目前廣泛應(yīng)用于棗樹種植，朱華等[3, 4]采用滴灌灌溉方式通過研究灌水下限、棗樹冠層生物量等方式對(duì)棗樹的生長(zhǎng)情況的影響及灌溉方式，盛統(tǒng)民[5]采用稱重法研究棗樹耗水規(guī)律，胡安焱等[6]結(jié)合氣象條件探究棗樹耗水規(guī)律，李應(yīng)海等[7]采用膜下滴灌得出非充分灌溉下在7月中旬至8月下旬可增加靈武長(zhǎng)棗灌水量。但是滴灌也存在部分問題，滴灌灌水的不均勻性會(huì)影響根系生長(zhǎng)，且滴頭易堵塞，造價(jià)高，對(duì)田間小氣候的調(diào)節(jié)作用不太明顯，這些問題制約著滴灌系統(tǒng)的推廣與發(fā)展[8]。

微潤(rùn)灌溉作為一種新型高效節(jié)水灌溉技術(shù)，其原理是微潤(rùn)管采用半透膜滲透技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)灌溉[9]，從而實(shí)現(xiàn)低耗水、作物高產(chǎn)量、高品質(zhì)，具有極高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[10, 11]，湯英[12]等在寧夏地區(qū)利用微潤(rùn)灌溉果樹，得出可以降低作物蒸發(fā)蒸騰量，微潤(rùn)灌溉的影響因素眾多，張國(guó)祥[13]等得出微潤(rùn)灌產(chǎn)量高于普通澆灌，陶濤等[14]、呂望[15]等、張子卓[16]等研究表明供水壓力水頭和微潤(rùn)管埋深深度對(duì)水分入滲量和入滲速率的影響較大，薛萬來[17]等認(rèn)為土壤累計(jì)入滲量與壓力水頭呈正相關(guān)。

目前采用微灌灌溉方式種植棗樹，探究其對(duì)棗樹的生長(zhǎng)影響及灌溉方式的極少。因此本文根據(jù)微潤(rùn)灌溉的影響因素及棗樹的生長(zhǎng)周期，設(shè)置不同的灌水壓力、流量及灌溉方式，以研究對(duì)棗樹生長(zhǎng)的影響，并探究適宜的微灌灌溉種植模式，為后續(xù)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)位于東經(jīng)106°6′26″-106°26′30″，北緯37°57′10″-37°57′22″，海拔高度為1 310 m，屬于我國(guó)的西北內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，為典型的大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為8.8 ℃，極端最高氣溫在1975年7月16日，達(dá)36.9 ℃，極端最低氣溫在1975年12月12日為-24 ℃，極端最低氣溫是衡量農(nóng)作物越冬的重要標(biāo)志。年平均降水量為193.4 mm，日照充足，光能資源豐富，多年平均總輻射為602.37 kJ/cm2，多年平均日照時(shí)數(shù)在2 936 h左右，風(fēng)沙多，平均風(fēng)速2.7 m/s。試驗(yàn)于2015年4月至2015年10月在寧夏吳忠市孫家灘高效節(jié)水農(nóng)業(yè)示范園區(qū)進(jìn)行，棗樹微潤(rùn)灌溉試驗(yàn)區(qū)南北寬度115 m，東西長(zhǎng)度120 m，面積約1.37 hm2，栽植4年生靈武長(zhǎng)棗樹32行共1 312 株，株行距為3 m×4.5 m，試驗(yàn)設(shè)置不同壓力(流量)和灌水間隔時(shí)間，布設(shè)微潤(rùn)灌溉試驗(yàn)區(qū)實(shí)施.微潤(rùn)灌溉壓力(流量)與不同灌溉時(shí)間組合如表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Design of experiments

試驗(yàn)設(shè)置微潤(rùn)管水流入口壓力為1 m(0.01 MPa)和2 m(0.02 MPa)兩個(gè)值，儲(chǔ)水罐水頭壓力8 m，微潤(rùn)管入口壓力通過調(diào)節(jié)減壓閥控制。經(jīng)過實(shí)測(cè)，微潤(rùn)管在試驗(yàn)區(qū)埋深20 cm，1和2 m水頭壓力下，微潤(rùn)管的實(shí)測(cè)流量分別為2.4和3.36 L/(m·d)，即100和140 mL/(m·h)。試驗(yàn)田間布設(shè)為3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，其中試驗(yàn)處理S1區(qū)長(zhǎng)寬為120 m×50 m，栽植棗樹14行共575株，鋪設(shè)微潤(rùn)管3 360 m；試驗(yàn)處理S2區(qū)長(zhǎng)寬為120 m×20 m，栽植棗樹5行共205株，鋪微潤(rùn)管1 200 m；試驗(yàn)處理S3區(qū)長(zhǎng)寬為120 m×45 m，栽植棗樹13行共533株，鋪設(shè)微潤(rùn)管3 120 m。

微潤(rùn)管鋪設(shè)采用雙行水平鋪設(shè)，即在棗樹兩側(cè)距樹干20 cm處沿樹行方向各埋設(shè)一根微潤(rùn)管，埋深20 cm，每個(gè)微潤(rùn)灌溉試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一管理灌溉，單元內(nèi)微潤(rùn)管用Φ16PE管以回路方式連接，安裝有排氣管、排污管。微潤(rùn)管地下埋深如圖1所示，埋設(shè)間隔W為40 cm，埋深H為20 cm，兩條一組微潤(rùn)管形成地下深度0～80 cm、水平寬度80～100 cm的連續(xù)濕潤(rùn)土體。試驗(yàn)區(qū)供水主管道出口壓力為8 m，通過調(diào)節(jié)各試驗(yàn)小區(qū)入口處的減壓球閥，使各小區(qū)微潤(rùn)管入口水壓控制在1 m(0.01 MPa)和2 m(0.02 MPa)。

圖1 微潤(rùn)管地下埋深圖Fig.1 Buried depth map of moistube

1.2 測(cè)定指標(biāo)

土壤田間持水量：在每個(gè)試驗(yàn)處理小區(qū)選代表性取樣點(diǎn)，分別在10、40和80 cm處采用環(huán)刀法取樣，測(cè)定其土壤田間持水量。試驗(yàn)區(qū)10 cm處土壤田間持水量為19.84%、40 cm處為20.52%、80 cm處為21.66%，土壤田間持水量平均為21.00%，詳見表2。

表2 土壤田間持水量Tab.2 Soil field capacity

土壤含水率：在試驗(yàn)區(qū)建立一套土壤墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤含水率。每個(gè)試驗(yàn)處理小區(qū)設(shè)置一個(gè)土壤含水率監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)墑情監(jiān)測(cè)點(diǎn)在5、15、30、50和60 cm埋設(shè)土壤墑情傳感器，分別監(jiān)測(cè)0～10、10～20、20～40、40～60和60～80 cm土層含水率。傳感器監(jiān)測(cè)到的土壤含水率數(shù)值，經(jīng)烘干法矯正。處理S1取每間隔10～11 d的土壤含水率，S2、S3取每次灌前和灌后土壤含水率。

灌水時(shí)間、灌水量：根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)定的各試驗(yàn)處理小區(qū)入口壓力和灌水時(shí)間，定時(shí)開啟或關(guān)閉首部球閥，控制灌水和停灌時(shí)間。各個(gè)處理的灌水量通過水表觀測(cè)記錄。經(jīng)過實(shí)測(cè)，試驗(yàn)處理1區(qū)在1 m水頭壓力(0.01 MPa)下，微潤(rùn)管的實(shí)際流量為2.4 L/(m·d)，即100 mL/(m·h)；試驗(yàn)處理2和處理3區(qū)在2 m水頭壓力(0.02 MPa)下，微潤(rùn)管的實(shí)際流量分別為3.36 L/(m·d)，即140 mL/(m·h)。

生長(zhǎng)量：棗樹新枝生長(zhǎng)出來后，每個(gè)處理小區(qū)選取5株大小相近的棗樹，采用游標(biāo)卡尺固定測(cè)量其新枝地徑，采用直尺測(cè)量新枝長(zhǎng)度。

氣象要素的測(cè)定：采用小型自動(dòng)氣象站觀測(cè)試驗(yàn)區(qū)的空氣溫度和濕度、風(fēng)、降水、太陽輻射等要素，2015年試驗(yàn)期間降雨量見表3。

表3 2015年4-9月降雨量Tab.3 April-September rainfall in 2015

1.3 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)的前期歸納總結(jié)及圖表繪制采用Microsoft Excel 2007軟件，采用Tukey法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水率

試驗(yàn)區(qū)棗樹自4月20日開始灌水，圖2是各個(gè)處理在棗樹生育期內(nèi)土壤含水率的變化情況，從4月30日起至生長(zhǎng)期灌水結(jié)束，處理S1：土壤10～60 cm平均含水率保持在15.11%～16.11%之間，平均為15.64%，為74.5%θf；處理S2：土壤10～60 cm平均含水率保持在13.85%～17.02%之間，平均為15.30%，為73.28%θf；處理S3：土壤10～60 cm平均含水率保持在13.76%～17.39%之間，平均為14.89%，為70.9%θf。整體來看，S1處理中土壤含水率的變化情況較為穩(wěn)定，且土壤含水率保持在較高水平。

將S1、S2、S3進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，生育期持續(xù)灌水的情況下(S1)，土壤水分由于一直處于高持水量狀態(tài)，因此變化幅度基本為平緩狀態(tài)，S2與S3的灌水方式相比，S2處理的各土層的灌水前與灌水后的土壤含水率差值較大。

S2和S3灌水至第10 d、S1灌水至約20 d，60～80 cm土層含水率達(dá)到或接近了此次試驗(yàn)該土層含水率最大值，之后，隨著灌水—耗水過程的重復(fù)，0～60 cm各土層含水率變化較大，而60～80 cm土層含水率變化極小。試驗(yàn)區(qū)土壤無地下水補(bǔ)給，說明棗樹蒸騰蒸發(fā)不消耗60 cm以下土層中的水分，只消耗60 cm以上土層中水分，且10～60 cm深度土層的含水率相差不大，也就是說，棗樹的根系主要分布在10～60 cm處，為根系主要耗水層，因此10～60 cm處土壤含水率低于60～80 cm。而寧夏地區(qū)蒸發(fā)蒸騰量較高，灌水之后土壤表層含水率增高，但是隨著蒸發(fā)蒸騰作用的進(jìn)行，0～10 cm深度的土壤含水率會(huì)進(jìn)行下降，因此0～10 cm土壤含水率隨時(shí)間大幅變化，且低于其他土層深度的含水率。

由于微潤(rùn)灌溉以微量持續(xù)灌水的特點(diǎn)，棗樹主要吸收根系分布范圍10～60 cm土層的耗水量和供水量大體保持平衡，該土層含水率的變化反映了棗樹根系吸收消耗土壤水的過程，土壤含水率保持在70%θf～75%θf之間。

2.2 灌水量與耗水量

試驗(yàn)處理1區(qū)，自4月20日開始在1 m水頭壓力(0.01 MPa)下持續(xù)灌水，至9月底，生長(zhǎng)期共灌水162 d(1 d為24 h，下同)，單株棗樹灌水量2 516 L/株(棗樹密度750 株/hm2，下同)；試驗(yàn)處理2區(qū)，自4月20日開始在2 m水頭壓力(0.02 MPa)下，每灌水10 d間隔停灌5 d，至9月底，生長(zhǎng)期共灌水113 d，折合單株棗樹灌水量2 520 L/株；試驗(yàn)處理3區(qū)，自4月20日開始在2 m水頭壓力(0.02 MPa)下，初次連續(xù)灌水10 d，然后停灌5 d，之后每灌水5 d間隔停灌5 d，至9月底，生長(zhǎng)期共灌水89 d，單株棗樹灌水量2 100 L/株。

本試驗(yàn)在田間條件下采用水量平衡法對(duì)耗水量和耗水過程進(jìn)行分析。因?yàn)闂棙湫杷纳趦?nèi)變化，主要是其自身的生理特性與當(dāng)?shù)貧庀髼l件及土壤條件影響的結(jié)果，因而這種計(jì)算能夠基本反映該區(qū)棗樹耗水的實(shí)際變化趨勢(shì)，且切合生產(chǎn)實(shí)際，從而便于調(diào)整灌水量定額和灌溉制度。試驗(yàn)區(qū)水量平衡可用公式(1)計(jì)算：

ET=(W0-WE)+M+P+K-D-R

(1)

式中：ET為耗水量，mm；W0、WE為生育期某階段初、末100 cm土層的土壤含水量，mm；M為某階段內(nèi)的灌水量，mm；P為某階段內(nèi)的降雨量，mm；K為某階段內(nèi)地下水補(bǔ)給量，mm；D為深層滲漏量，mm；R為徑流量，mm。

試驗(yàn)區(qū)地下水位埋藏較深，可不計(jì)地下水補(bǔ)給，生育期內(nèi)降雨量較少，降水就地入滲，地表徑流量可以忽略，在不考慮深層滲漏量的情況下，水量平衡方程可簡(jiǎn)化為公式(2)：

ET=(W0-WE)+M+P

(2)

采用上式計(jì)算生育期內(nèi)各階段各處理實(shí)際耗水量，耗水強(qiáng)度(mm/d)=耗水量/灌水時(shí)間，試驗(yàn)中灌水量采用水表進(jìn)行記錄。

根據(jù)表4及圖3，自4月到7月，各處理灌水量和耗水強(qiáng)度逐步增大，至7月達(dá)到最大值；隨后自7-9月灌水量和耗水強(qiáng)度逐步降低。本試驗(yàn)中，雖然各處理微潤(rùn)管入口設(shè)定了固定壓力值，但是4-7月隨著氣溫升高、棗樹葉面積增大等，耗水強(qiáng)度增大，灌水量也隨之增大；7-9月隨著氣溫逐步下降，耗水強(qiáng)度減小，灌水量也隨之下降。各處理間，生長(zhǎng)期灌水量總量以處理S2最大，S1次之，S3最?。缓乃畯?qiáng)度總量以S2最大，S1次之，S3最小。這是由于S1為連續(xù)灌溉，土壤含水率一直在74.5%θf附近變化，微潤(rùn)管與土壤水分之間相對(duì)處于平衡狀態(tài)，S2灌溉方式為不連續(xù)灌溉，土壤存在干濕交替狀態(tài)，微潤(rùn)管與土壤之間會(huì)存在水勢(shì)差，因而S2灌水量高于S1，S2耗水強(qiáng)度高于S1，S2與S3均為不連續(xù)灌溉，而S2一次灌水時(shí)間多于S3，因而S2灌水量高于S3，S2耗水量高于S3。

表4 生育期內(nèi)各處理灌水量及耗水強(qiáng)度Tab.4 Irrigation amount and intensity of each treatment during the growth period

圖3 各處理生育期灌水量與耗水強(qiáng)度變化情況Fig.3 Changes of irrigation water and water consumption intensity at different growth stages

2.3 棗樹生長(zhǎng)量

從4月到8月棗樹地徑和新枝生長(zhǎng)量均逐步增大，至8月達(dá)到最大；進(jìn)入9月，隨著棗樹進(jìn)入結(jié)果期，棗樹生長(zhǎng)發(fā)育逐漸減緩，棗樹地徑和新枝生長(zhǎng)量減小。棗樹全生育期各處理地徑生長(zhǎng)量S2>S1>S3，與灌水量與耗水強(qiáng)度趨勢(shì)一致；新枝生長(zhǎng)量S1>S2>S3，灌水量和耗水強(qiáng)度大的處理其新枝生長(zhǎng)量大，灌水量和耗水強(qiáng)度最小的處理新枝生長(zhǎng)量也最小。分別對(duì)各處理?xiàng)棙淙L(zhǎng)期及各月地徑增長(zhǎng)量和新枝生長(zhǎng)量采用Tukey法進(jìn)行多重比較，比較結(jié)果如表5所示。

方差分析得出，不同的微潤(rùn)灌溉方案處理對(duì)棗樹全生長(zhǎng)期新枝生長(zhǎng)量造成的差異達(dá)到了極顯著水平，其S3與S1和S2之間的差異達(dá)到了極顯著水平，S1和S2之間差異不顯著，新枝生長(zhǎng)量以S2>S1>S3，棗樹全生長(zhǎng)期微潤(rùn)灌溉方案以處理S2最優(yōu)，處理S1次之。同理，分別對(duì)5月、6月、7月、8月和9月棗樹地徑增長(zhǎng)量、新枝生長(zhǎng)量進(jìn)行方差分析，綜合各月優(yōu)選結(jié)果，5月、6月和7月的微潤(rùn)灌溉方案以處理S2最優(yōu)，9月以處理S3方案最優(yōu)；8月以地徑增長(zhǎng)量?jī)?yōu)選方案為處理S2，以新枝生長(zhǎng)量?jī)?yōu)選結(jié)果為處理S3。以各月生長(zhǎng)量為目標(biāo)優(yōu)選結(jié)果為：5月、6月、7月和8月的微潤(rùn)灌溉方案以處理S2最優(yōu)，9月以處理S3方案最優(yōu)。

3 結(jié) 語

(1)由于微潤(rùn)灌溉以微量持續(xù)灌水的特點(diǎn)，棗樹主要吸收根系分布范圍10～60 cm土層的耗水量和供水量大體保持平衡，土壤含水率保持在70%θf～75%θf之間。

表5 棗樹生長(zhǎng)量Tukey法多重比較結(jié)果Tab.5 Multiple comparison results of jujube growth by Tukey method

注：不同字母表示不同處理在同一生育階段差異顯著(P<0.05)與極顯著(P<0.01)。

(2)各處理間，生長(zhǎng)期灌水量總量以處理S2最大，S1次之，S3灌水量最??；耗水強(qiáng)度總量以S2最大，S1次之，S3灌水量最小。

(3)棗樹全生育期中，各處理地徑生長(zhǎng)量S2>S1>S3，新枝生長(zhǎng)量S1>S2>S3，不同處理?xiàng)棙涞貜皆鲩L(zhǎng)量和新枝生長(zhǎng)量中S3與S1和S2之間的差異均達(dá)到了極顯著水平，S1和S2之間差異均不顯著，據(jù)此，棗樹全生長(zhǎng)期微潤(rùn)灌溉方案以處理S2最優(yōu)，處理S1次之。

(4)綜合各月優(yōu)選結(jié)果，5月、6月和7月的微潤(rùn)灌溉方案以處理S2最優(yōu)，9月以處理S3方案最優(yōu)；8月以地徑增長(zhǎng)量?jī)?yōu)選方案為處理S2，以新枝生長(zhǎng)量?jī)?yōu)選結(jié)果為處理S3。以各月生長(zhǎng)量為目標(biāo)優(yōu)選結(jié)果為：5月、6月、7月和8月的微潤(rùn)灌溉方案以處理S2最優(yōu)，9月以處理S3方案最優(yōu)。

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