基于土壤水分下限的靈武長(zhǎng)棗微孔滲灌灌溉制度研究

焦炳忠 孫兆軍，2 El-SAWY S M 韓 磊 何 俊 曾玉霞

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川750021;2.寧夏大學(xué)環(huán)境工程研究院，銀川750021;3.國(guó)家研究中心農(nóng)業(yè)生物部蔬菜研究所，開(kāi)羅11435;4.教育部中阿旱區(qū)特色資源與環(huán)境治理國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，銀川750021)

0 引言

靈 武 長(zhǎng) 棗 (Ziziphus jujuba Mill. cv.‘Lingwuchangzao’)為鼠李科棗屬落葉喬木，是寧夏優(yōu)勢(shì)特色作物之一。近年來(lái)，隨著種植規(guī)模的擴(kuò)大，水分供需矛盾日漸突出，特別是土壤次生鹽漬化加劇，造成棗樹(shù)產(chǎn)量和品質(zhì)的下降。地下微孔滲灌是高效節(jié)水的地下灌溉方法之一，可有效減少蒸發(fā)，且水分直達(dá)作物根系，可有效提高水資源利用率［1］。目前，關(guān)于地下灌溉技術(shù)的研究主要集中在灌水器適宜布置方式［2-3］、濕潤(rùn)體分布范圍［4］，以及灌水定額的組合［5］對(duì)作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量、水分利用效率等影響方面。關(guān)于微孔滲灌在棗樹(shù)的應(yīng)用方面，韓懂懂等［6］采用微孔滲灌，并與滴灌、管灌進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)微孔滲灌更有利于提高產(chǎn)量和水分利用效率。但對(duì)于微孔滲灌環(huán)形布設(shè)與土壤水分下限控制的灌溉制度卻鮮有報(bào)道。

在作物各生育時(shí)期，設(shè)置適宜的土壤水分下限進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉，是當(dāng)前節(jié)水灌溉領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題［7-9］。如羅雙龍等［10］通過(guò)兩種耕作方式設(shè)置4 個(gè)水分下限，確定壟作小麥適宜的土壤水分下限為70%θf(wàn)(θf(wàn)為田間持水率);徐利崗等［7］以枸杞4個(gè)控水關(guān)鍵生育期進(jìn)行水分下限試驗(yàn)研究，確定了滴灌條件下枸杞最佳土壤水分下限:春梢生長(zhǎng)期為50%θf(wàn)、始花期和盛花期為65%θf(wàn)、盛果期為65%θf(wàn)、秋果期為55%θf(wàn);也有學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)確定，玉米在生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期土壤水分下限為75%θf(wàn)［11］。不同生育時(shí)期水分下限對(duì)作物各形態(tài)指標(biāo)和產(chǎn)量的影響不同，合理控制灌水下限是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉的有效手段。有研究表明，在作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期，設(shè)置較低的土壤水分下限可提高作物抗旱能力。謝美玲［8］采用滴灌條件下水分下限控制的方式對(duì)新疆紅棗灌溉制度進(jìn)行了研究，確定最適宜的灌水定額為450 m3/hm2，土壤水分下限為55.3%θf(wàn)。付優(yōu)等［12］采用桶栽方式對(duì)棗樹(shù)坐果初期進(jìn)行控水試驗(yàn)，得出土壤水分最大虧缺為48.89%θf(wàn)，達(dá)到最高水分利用效率和光合特性時(shí)，土壤水分下限在53.36%θf(wàn)～60.34%θf(wàn)之間，但未對(duì)不同生育時(shí)期土壤水分下限影響的灌溉制度進(jìn)行研究。本文以6 年生靈武長(zhǎng)棗為研究對(duì)象，采用GC-003 物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)和微孔滲灌環(huán)形鋪設(shè)技術(shù)，在棗樹(shù)4 個(gè)生育時(shí)期設(shè)置不同的土壤水分控制下限，研究棗樹(shù)光合特性、形態(tài)指標(biāo)、產(chǎn)量及水分利用效率的變化規(guī)律，確定最適宜的土壤水分下限閾值和棗樹(shù)微孔滲灌灌溉制度，為微孔滲灌種植棗樹(shù)和精準(zhǔn)灌溉提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2018 年4—10 月和2019 年4—10 月在寧夏回族自治區(qū)銀川市永寧縣勝利鄉(xiāng)和順新村試驗(yàn)地(36°51'55.37″N，105°59'22.87″E)開(kāi)展，該地區(qū)蒸發(fā)強(qiáng)烈，氣候干燥，年平均降水量?jī)H為200 mm，距離樣地5 m 空曠處安裝自動(dòng)氣象站(AR5 型，Avalon Ltd.，美國(guó))，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)研究區(qū)降雨量、溫度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射等氣象資料，試驗(yàn)地2年棗樹(shù)全生育期內(nèi)氣候變化見(jiàn)圖1。采用激光粒度儀(Mastersizer 3000 型，Malvern Ltd.，英國(guó))測(cè)定土樣的顆粒組成，粒徑分為3 級(jí)(0 ～0.002 mm(砂粒)、0.002 ～0.02 mm(粉粒)、0.02 ～2 mm(黏粒))，各層土壤顆粒組成見(jiàn)表1，土壤質(zhì)地為砂土(國(guó)際制)，入滲能力較強(qiáng)。處理前0 ～100 cm 土壤基本理化性狀為:土壤容重均值為1.54 g/cm3，田間持水率為17.33%(質(zhì)量含水率)，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比為 12.91 mg/kg，全鹽質(zhì)量比為0.91 g/kg，全氮質(zhì)量比為0.42 g/kg，全磷質(zhì)量比為0.61 g/kg，全鉀質(zhì)量比為14.07 g/kg。

圖1 試驗(yàn)地棗樹(shù)全生育期氣候變化情況Fig.1 Climate changes during whole growing periods of jujube trees in experimental site

表1 試驗(yàn)地各層土壤顆粒組成Tab.1 Soil particle composition of each layer in test site

試驗(yàn)地供試作物為6 年生靈武長(zhǎng)棗，于2012 年移栽定植幼苗(育苗2 年)，種植時(shí)下方鋪設(shè)農(nóng)家肥和秸稈，采用溝灌，2015 年改為滴灌。行株距為300 cm×400 cm，胸徑5.20 ～6.30 cm;平均樹(shù)高為280 ～330 cm;平均冠幅為170 cm(南北)×180 cm(東西)。試驗(yàn)前，通過(guò)對(duì)棗樹(shù)根系分布范圍進(jìn)行采挖觀測(cè)，試驗(yàn)區(qū)棗樹(shù)主根根系分布(距樹(shù)干)范圍在0 ～60 cm，水平范圍在0 ～100 cm。試驗(yàn)地地下水埋深在20 m 以下。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 水分傳感器下限設(shè)定

根據(jù)當(dāng)?shù)貤棙?shù)每年灌溉量、實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和前人對(duì)棗樹(shù)各生育時(shí)期的土壤水分下限的研究［13-14］以及各生育時(shí)期對(duì)水分敏感程度(由大到小依次為開(kāi)花座果期、果實(shí)膨大期、萌芽展葉期、果實(shí)成熟期［15］)，本試驗(yàn)分別在萌芽展葉期、果實(shí)成熟期設(shè)置2 個(gè)灌溉梯度下限55%θf(wàn)、65%θf(wàn)和1 個(gè)灌溉梯度65%θf(wàn);開(kāi)花座果期、果實(shí)膨大期設(shè)置2 個(gè)灌溉梯度下限65%θf(wàn)、75%θf(wàn)，共計(jì)6 個(gè)處理，所有處理上限均為90%θf(wàn)，即對(duì)應(yīng)的水分傳感器設(shè)置上限值為24.00%(體積含水率)，每個(gè)處理3 次重復(fù)。換算后設(shè)置為土壤水分傳感器下限值(體積含水率)，換算公式為

式中 θ——體積含水率，%

ρ1——土壤干容重，g/cm3

ρ2——水容重，取1.0 g/cm3

ω——質(zhì)量含水率，%

不同處理各生育時(shí)期土壤水分傳感器對(duì)應(yīng)的值如表2 所示。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.2 Experimental design

1.2.2 田間試驗(yàn)布置

采用本研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)加工生產(chǎn)的微孔滲灌管［16］，出水量為300 ～400 mL/(m·min)，微孔滲灌灌水器環(huán)形水平鋪設(shè)，以樹(shù)干為圓心，鋪設(shè)半徑50 cm，埋設(shè)深度20 cm，如圖2 所示;利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電提水技術(shù)為試驗(yàn)提供灌溉用水，各支管道壓力維持在0.2 MPa，水源采用地下水，地下水位16 m，主管道PE?63，各支管PE?32，用PE?20 旁通閥連接微孔滲灌灌水器，每個(gè)處理?xiàng)棙?shù)單獨(dú)用一條支管和一個(gè)旁通閥控制，便于試驗(yàn)過(guò)程的操作。

圖2 田間試驗(yàn)布置示意圖Fig.2 Field test layout sketch

為準(zhǔn)確控制土壤水分上下限、灌溉時(shí)間和水量，采用上海艾美克有限公司GC-003 控制系統(tǒng)以及土壤水分傳感器、流量計(jì)、壓力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用手機(jī)APP 遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控，灌水時(shí)每5 min 刷新并記錄灌水時(shí)間、灌水量及土壤水分變化情況，停止灌水時(shí)每30 min 刷新并記錄數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)流程如圖3 所示。根據(jù)試驗(yàn)地棗樹(shù)根系的分布，每個(gè)處理布設(shè)3 個(gè)傳感器，埋深分別為10、30、50 cm(土壤含水率取均值)，如圖2 所示。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目

1.3.1 光合特性

圖3 微孔滲灌智能灌溉控制系統(tǒng)流程圖Fig.3 Flow chart of intelligent irrigation control system for microporous infiltration irrigation

在開(kāi)花座果期和果實(shí)膨大期有效降雨和灌水后1 ～3 d，選擇天氣晴朗的一天(08:00—18:00)每隔2 h 采用便攜式光合測(cè)定儀(Li-6400 型，Lincoln，美國(guó))測(cè)定各處理葉片光合指標(biāo):凈光合速率Pn(μmol/(m2·s))、蒸騰速率Tr(mmol/(m2·s))、氣孔導(dǎo)度Gs(μmol/(m2·s))、胞間CO2濃度Ci(μmol/(m2·s));采用便攜式SPAD-502 型葉綠素儀測(cè)定葉片葉綠素相對(duì)含量(SPAD)。每個(gè)處理選取東、西、南、北4 個(gè)枝條，并在每個(gè)枝條上選取相應(yīng)位置的葉片測(cè)定。測(cè)定前對(duì)葉片做好標(biāo)記，下同。

1.3.2 土壤含水率

采用Trime-IPH 管式(200 cm)TDR 土壤水分測(cè)量系統(tǒng)(IMKO，Ettlingen，德國(guó))，于2018—2019 年棗樹(shù)生育期4—10 月監(jiān)測(cè)0 ～200 cm 土層土壤含水率，每隔20 cm 測(cè)定一次，測(cè)定時(shí)間為灌水前后和降雨后，主要用于計(jì)算棗樹(shù)耗水量。

1.3.3 棗樹(shù)耗水量

利用水量平衡法計(jì)算棗樹(shù)耗水量，計(jì)算公式為

式中 ET——作物耗水量，mm

R——土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的有效降雨量，mm

I——全生育期內(nèi)實(shí)際灌水量，mm

K——時(shí)間段t 內(nèi)的地下水補(bǔ)給量，mm

D——深層滲漏量，mm

F——徑流量，mm

ΔW——土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)階段初與階段末土壤貯水量的變化量，mm

因試驗(yàn)區(qū)地下水位在20 m 以下，每次灌水量和單次降雨量均較少，并且土壤質(zhì)地90%以上為砂質(zhì)土壤，實(shí)測(cè)生育期內(nèi)1 ～1.5 m 土層土壤含水率變化不大，計(jì)算公式中K、F、D 均可忽略不計(jì)。式(2)可簡(jiǎn)化為

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

從萌芽展葉期開(kāi)始到果實(shí)成熟期結(jié)束，在每個(gè)小區(qū)選取固定棗樹(shù)，分別在果樹(shù)樹(shù)冠東、西、南、北4個(gè)方向選一枝當(dāng)年新生枝條，用卷尺測(cè)定新梢長(zhǎng)度，用游標(biāo)卡尺測(cè)量新梢直徑;于開(kāi)花座果期測(cè)量棗吊的開(kāi)花數(shù)N1，采收時(shí)統(tǒng)計(jì)標(biāo)記棗吊的果實(shí)數(shù)量N2，座果率計(jì)算式為N2/N1×100%;在果實(shí)成熟期，分別在樹(shù)冠東、西、南、北及內(nèi)部各位置隨機(jī)取樣，測(cè)定單果質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)量。

1.3.5 水分利用效率

水分利用效率的計(jì)算公式為

式中 WUE——水分利用效率，kg/m3

Y——產(chǎn)量，kg/hm2

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制圖;方差分析采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)分析(LSD 法，顯著性水平設(shè)定為P=0.01)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤水分下限對(duì)棗樹(shù)光合特性的影響

不同土壤水分下限控制的灌水量下棗樹(shù)開(kāi)花座果期和果實(shí)膨大期的光合作用特性如表3 所示，可以看出，各處理2 年的果實(shí)膨大期內(nèi)光合特性比開(kāi)花座果期內(nèi)高，各處理間Pn、Tr、Gs、Ci、SPAD 都存在顯著性差異(P ＜0.05)。2018 年開(kāi)花座果期內(nèi)，T6 處理的Pn、Tr、Gs、Ci、SPAD 最高，分別 為8.14 μmol/(m2·s)、3.76 mmol/(m2·s)、0.41 μmol/(m2·s)、434.29 μmol/(m2·s)、53.89，T1 處 理 的Pn、Gs、Ci最 低，分 別 為5.18、0.21、362.16 μmol/(m2·s)，T2 處 理 Tr最 低，為2.54 mmol/(m2·s)，水分下限設(shè)置高的T6、T4、T3處理的Pn、Tr、Gs、Ci、SPAD 比水分下限低的T5、T2、T1 高，存在顯著性差異(P ＜0.05)。在果實(shí)膨大期，T6 處理的Pn、Tr、Ci、SPAD 均最高，T3 處理Gs最高，凈光合速率和氣孔導(dǎo)度T6 與T4 之間無(wú)顯著差異，與其他處理均存在顯著差異(P ＜0.05)，水分下限設(shè)置高的T6、T4、T2 處理的Pn、Tr、Gs、Ci、SPAD比水分下限低的T5、T3、T1 高，T2 與T3 處理之間無(wú)明顯差異?？傮w上2019 年各處理的Pn、Tr、Gs、Ci均比2018 年高，主要是2019 年降雨量比2018 年少，灌水量較2018 年多;各處理變化規(guī)律與2018 年較相似，均表現(xiàn)為T(mén)6 處理Pn、Tr、Gs、Ci、SPAD 最高，水分設(shè)置下限高的處理比水分設(shè)置下限低的處理光合特性強(qiáng)。

表3 不同土壤水分下限下棗樹(shù)的光合特性Tab.3 Photosynthetic characteristics of jujube trees under different soil moisture limits

2.2 不同土壤水分下限對(duì)棗樹(shù)形態(tài)指標(biāo)的影響

棗樹(shù)棗吊長(zhǎng)度、每吊開(kāi)花數(shù)、座果數(shù)和座果率都是構(gòu)成棗樹(shù)產(chǎn)量的主要因素，從圖4a、4b(圖中不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P ＜0.05))可看出，2018 年和2019 年各處理?xiàng)棙?shù)棗吊長(zhǎng)度、每吊開(kāi)花數(shù)、每吊座果數(shù)、座果率2 年變化不大，棗吊長(zhǎng)度、每吊開(kāi)花數(shù)、每吊座果數(shù)、座果率均表現(xiàn)為T(mén)6 處理最高，與T3、T2、T1 處理的棗吊長(zhǎng)度、每吊座果數(shù)都存在顯著差異(P ＜0.05)，與T5 處理的每吊座果數(shù)存在顯著差異(P ＜0.05)。棗樹(shù)棗吊長(zhǎng)度主要在萌芽展葉期和開(kāi)花座果期2 個(gè)生育期生長(zhǎng)，2018 年T6 處理與其他處理之間均存在顯著差異(P ＜0.05)，并 且 T6 處 理 較 T1 處 理 增 加 了32.18%;2019 年T6、T4、T5 處理相互之間均未達(dá)到顯著差異(P ＞0.05)，分別與T2、T3、T1 處理存在顯著差異(P ＜0.05)，并且T6 處理較T1 處理增加了27.73%。開(kāi)花座果期T6、T4、T3 處理水分下限最高，2 年棗樹(shù)的每吊開(kāi)花數(shù)、座果數(shù)均表現(xiàn)為T(mén)6 處理比T1 處理增加了76.79%、32.71%(2018 年)和79.66%、31.88%(2019 年)，T6 處理的座果數(shù)與其他處理均存在顯著差異(P ＜0.05)。2018 年的棗樹(shù)座果率T4 處理和T2 處理最高，分別為57.7%和57.5%，T6 次之，為55.6%;2019 年T6 處理最高，為58.24%，T4、T3、T2 均超過(guò)50%。棗樹(shù)各生育時(shí)期適宜土壤水分下限有利于棗樹(shù)棗吊長(zhǎng)度、每吊開(kāi)花數(shù)、每吊座果數(shù)、座果率的增加。

圖4 2018 年和2019 年不同處理?xiàng)棙?shù)形態(tài)指標(biāo)Fig.4 Morphological indicators of jujube trees under different treatments in 2018 and 2019

由圖4c、4d 可以看出，棗樹(shù)新梢增長(zhǎng)量和新梢莖粗增量變化在開(kāi)花座果期增幅最大，依次為果實(shí)膨大期、萌芽展葉期;各生育時(shí)期水分下限較高的增幅較大，T6 處理各生育時(shí)期水分下限均設(shè)為最高，棗樹(shù)新梢增長(zhǎng)量和新梢莖粗增量變化均最大，分別為51.1(2018 年)、52.7 cm(2019 年)和12.6(2018年)、12.7 mm(2019 年)。2 年的數(shù)據(jù)顯示，T6 處理的新梢莖粗增量與其他處理都存在顯著差異(P ＜0.05)，與T1、T2、T3、T5 處理的新梢增長(zhǎng)量存在顯著差異(P ＜0.05)。

2.3 不同土壤水分下限對(duì)棗樹(shù)耗水量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響

不同土壤水分下限控制的灌水量對(duì)棗樹(shù)耗水量、產(chǎn)量和水分利用效率的影響如表4 所示，2 年棗樹(shù)單果質(zhì)量均表現(xiàn)為T(mén)6 和T3 處理最大，分別為19.61、19.30 g(2018 年)和19.33、19.12 g(2019 年)，與其他處理均存在顯著差異(P ＜0.05);單株結(jié)果數(shù)T4 處理最多，分別為393 個(gè)(2018 年)和392 個(gè)(2019 年)，2018 年與其他處理存在顯著差異(P ＜0.05)，2019 年與T6、T3 之間無(wú)顯著差異，與T5、T2、T1 之間存在顯著差異(P ＜0.05)。水分下限設(shè)置整體高的T6、T4、T3 處理，灌水量和耗水量均高于水分下限設(shè)置低的T5、T2、T1 處理，并存在一定的顯著性(P ＜0.05)。2018 年和2019 年，T6 處理的棗樹(shù)產(chǎn)量最高，分別為5 874.90、6 022.37 kg/hm2，比T1 處理最低產(chǎn)量分別增加了130.67%和108.41%，并且T6 處理與T3 處理無(wú)顯著差異，與其他處理存在顯著差異(P ＜0.05)。2 年水分利用效率均表現(xiàn)為T(mén)3 處理最高，分別為3.86、3.83 kg/m3，比最低的水分利用效率T1 處理分別提高了93.97%、80.66%，2 年T3處理的水分利用效率與其他處理均存在顯著差異(P ＜0.05)。

表4 不同土壤水分下限下的棗樹(shù)耗水量、產(chǎn)量及水分利用效率Tab.4 ET，Y and WUE of jujube trees under different soil moisture lower limits

2.4 棗樹(shù)耗水量和灌水量+降雨量對(duì)產(chǎn)量和水分利用效率的影響

通過(guò)2 年的耗水量和灌水量+降雨量對(duì)產(chǎn)量和水分利用效率的影響，分別以產(chǎn)量Y 和水分利用效率WUE 為因變量，耗水量ET 和灌水量+ 降雨量(W+R)為自變量，擬合出二次多項(xiàng)式的回歸曲線方程。由圖5 可以看出，隨著耗水量的增加產(chǎn)量和水分利用效率先增大后減小，增大幅度大于減小幅度，但耗水量達(dá)到一定值時(shí)，產(chǎn)量和水分利用效率均降低。當(dāng)棗樹(shù)全生育期耗水量為173.33 mm 時(shí)，棗樹(shù)產(chǎn)量達(dá)到最大值6 026.56 kg/hm2，此時(shí)水分利用效率為3.48 kg/m3;當(dāng)棗樹(shù)全生育期耗水量為161.33 mm 時(shí)，棗樹(shù)的水分利用效率達(dá)到最大值3.61 kg/m3，此時(shí)棗樹(shù)產(chǎn)量為5 770.16 kg/hm2。隨著水量的增加產(chǎn)量和水分利用效率先增大后減小，增大幅度大于減小幅度，但灌水量達(dá)到一定值時(shí)，產(chǎn)量和水分利用效率并未持續(xù)增加。當(dāng)棗樹(shù)全生育期灌水量+ 降雨量為616.16 mm 時(shí)，產(chǎn)量最大為6 026.97 kg/hm2，此時(shí)水分利用效率為3.64 kg/m3;當(dāng)棗樹(shù)全生育期灌水量+降雨量為601.01 mm 時(shí)，水分利用效率為3.70 kg/m3;此時(shí)棗樹(shù)產(chǎn)量為5 977.68 kg/hm2。

3 討論

對(duì)棗樹(shù)各生育期設(shè)置不同的土壤水分下限進(jìn)行光合特性、形態(tài)指標(biāo)、產(chǎn)量及水分利用效率對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)棗樹(shù)葉片的Pn、Tr、Gs、Ci、SPAD 隨土壤水分下限的提高而增加，不同處理之間光合特性存在顯著性差異［7，17-19］。棗樹(shù)果實(shí)膨大期比開(kāi)花座果期光合特性高，果實(shí)膨大期主要在7—9 月，屬于棗樹(shù)生長(zhǎng)和果實(shí)膨大旺盛時(shí)期，進(jìn)行光合作用積累有機(jī)質(zhì)的關(guān)鍵期。作物通過(guò)光合作用積累有機(jī)質(zhì)直接在植株形態(tài)指標(biāo)、干物質(zhì)和果實(shí)的變化上反映［20］。棗樹(shù)形態(tài)指標(biāo)在各生育時(shí)期受水分的影響，萌芽展葉期棗樹(shù)地上部分新梢增長(zhǎng)量、新梢直徑生長(zhǎng)較緩慢，主要是地下部分根系快速生長(zhǎng)。本研究表明，萌芽展葉期適當(dāng)?shù)亟档屯寥浪窒孪藓?，在開(kāi)花座果期進(jìn)行充分灌溉有利于地上部分棗樹(shù)生長(zhǎng)，開(kāi)花座果期土壤水分下限越高越有利于開(kāi)花數(shù)和座果數(shù)增多，但單果質(zhì)量較低，單吊座果數(shù)較多不利于果實(shí)膨大，并且單位空間的容納度有限;果實(shí)膨大期土壤含水率下限越高越有利于單果增重，產(chǎn)量相應(yīng)增加［21-22］。

圖5 棗樹(shù)耗水量和灌水量+降雨量與產(chǎn)量和水分利用效率的關(guān)系Fig.5 Relationships between jujube tree ET，irrigation water volume amount + rainfall，yield and WUE

灌水量是影響作物耗水量的一個(gè)主要因素，隨著灌水量增加耗水量也相應(yīng)增大，棗樹(shù)生育期內(nèi)的耗水量隨著土壤水分下限的升高而增大，全生育期內(nèi)的灌溉水量也相應(yīng)增多［23］。耗水量和灌水量+降雨量增大到一定程度，相應(yīng)的產(chǎn)量和水分利用效率會(huì)出現(xiàn)最大值，然后隨著耗水量和灌水量+降雨量增大而降低，最佳的灌水量+降雨量在601.01 ～616.16 mm 之間，產(chǎn)量和水分利用效率最高。從土壤水分變化情況看，試驗(yàn)地土壤87%以上為沙質(zhì)土壤，水分下滲嚴(yán)重，各生育時(shí)期適宜的水分下限有利于棗樹(shù)形態(tài)指標(biāo)的生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量。水分下限值降低并不總是降低作物產(chǎn)量，不同生育時(shí)期有限水分脅迫有助于作物增產(chǎn)和提高水分利用效率［24］。T6和T4 處理的灌水總量超過(guò)了其他處理，產(chǎn)量與T3處理無(wú)顯著性差異，并且T3 處理的水分利用效率最高;但全生育時(shí)期土壤水分下限較低時(shí)，水分利用效率沒(méi)有明顯提高，產(chǎn)量的降低比灌溉水量和耗水量減少更顯著［25］。

適宜的灌水量在不降低產(chǎn)量的條件下［26-27］，可以有效提高水分利用效率。本研究不同處理?xiàng)棙?shù)生育時(shí)期光合、形態(tài)、產(chǎn)量及水分利用效率等綜合指標(biāo)的評(píng)價(jià)，可以看出T6、T4 處理光合特性、形態(tài)指標(biāo)最優(yōu)，T6 處理產(chǎn)量最高，T3、T4 次之;T3 處理產(chǎn)量與T6 處理無(wú)顯著差異，與T4 處理在2019 年無(wú)顯著差異(P ＞0.05)，2018 年存在顯著差異;并且T3 處理灌水量分別為326 mm 和387 mm，較T6、T4 處理分別減少了22.57%、29.20%(2018 年)和13.59%、24.74%(2019 年)，但T3 處理的水分利用效率最大，比T6、T4 處理分別高2.40%、1.58%(2018 年)和12.00%、7.58%(2019 年)，T3 處理在減產(chǎn)不明顯情況下，提高了水分利用效率，減少了水資源浪費(fèi)。此外，開(kāi)花座果期輕度水分處理和果實(shí)膨大期中度水分處理有利于提高水分利用效率，這與馬福生等［28］研究結(jié)果一致。綜上，T3 處理各生育時(shí)期的土壤水分下限可作為靈武長(zhǎng)棗微孔滲灌灌溉制度，如表5 所示。

4 結(jié)論

(1)棗樹(shù)不同生育時(shí)期土壤水分下限的提高有利于作物光合作用，T6 處理的Pn、Tr、Gs、Ci、SPAD最高，與其他處理存在顯著性差異(P ＜0.05)。開(kāi)花座果期土壤水分下限越高，越有利于增加開(kāi)花數(shù)和座果數(shù)，對(duì)單果質(zhì)量增加影響較低;果實(shí)膨大期土壤水分下限提高有利于單果增重，產(chǎn)量相應(yīng)增加。

表5 微孔滲灌控制土壤水分下限的靈武長(zhǎng)棗灌溉制度Tab.5 Lingwu jujube irrigation scheme based on GC-003 controlling upper and lower water limits

(2)棗樹(shù)各生育時(shí)期土壤水分下限的提高，增加了耗水量和灌水量，提高了產(chǎn)量，但水分利用效率反而有所降低。通過(guò)二次多項(xiàng)式的回歸分析，隨著耗水量和灌水量+降雨量逐漸增加，棗樹(shù)產(chǎn)量和水分利用效率先增大、后降低。

(3)T3 處理與T6 處理(最大)產(chǎn)量無(wú)顯著差異(P ＞0.05)，與其他處理(除2019 年T4 處理)均存在顯著差異(P ＜0.05)，但T3 處理的水分利用效率最佳，分別為3.86、3.83 kg/m3，灌水量分別為326 mm 和387 mm，較T6 處理低。

(4)靈武長(zhǎng)棗4 個(gè)生育時(shí)期適宜的土壤水分下限分別為:萌芽展葉期55%θf(wàn)，開(kāi)花座果期75%θf(wàn)，果實(shí)膨大期65%θf(wàn)，果實(shí)成熟期65%θf(wàn)。