不同灌水定額對(duì)成齡核桃耗水量及水分利用效率的影響

劉新華，虎膽·吐馬爾白，米力夏提·米那多拉，焦 萍

(1.新疆塔里木河流域阿克蘇管理局，新疆 阿克蘇 843000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

近年來，新疆阿克蘇地區(qū)的林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，核桃作為當(dāng)?shù)刈罹咛厣膫鹘y(tǒng)林果樹種之一種植面積快速發(fā)展，已經(jīng)成為阿克蘇地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)民高效增收的重要途徑，也使阿克蘇地區(qū)成為中國核桃生產(chǎn)的重要主產(chǎn)區(qū)[1,2]。阿克蘇地區(qū)的用水主要為農(nóng)業(yè)灌溉用水，由于當(dāng)?shù)馗珊瞪儆甑奶厥鈿夂驐l件，隨著農(nóng)業(yè)灌溉面積的不斷增加，出現(xiàn)了突出的農(nóng)業(yè)用水矛盾，對(duì)于林果生長的進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生了極大的影響[3]。

在核桃需求量的不斷增大、種植面積的不斷增加以及農(nóng)業(yè)用水矛盾日益突出的情況下，如何達(dá)到核桃節(jié)水豐產(chǎn)的目的成為目前首要考慮的問題。而要解決核桃科學(xué)地節(jié)水灌溉問題，首先要了解阿克蘇地區(qū)核桃樹的耗水規(guī)律以及灌溉方式與產(chǎn)量之間的關(guān)系，才能夠更加合理地、科學(xué)地灌溉，從而提高水分利用效率[4,5]。因此，本研究以阿克蘇地區(qū)成齡核桃為研究對(duì)象，通過田間小區(qū)試驗(yàn)，研究在滴灌條件下不同灌水定額對(duì)核桃的耗水規(guī)律及植株生長、土壤平均含水率、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，提出適宜的灌水定額，為阿克蘇地區(qū)成齡核桃灌溉制度的確定提供理論指導(dǎo)和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在位于阿克蘇紅旗波農(nóng)場(chǎng)的新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)特色林果試驗(yàn)基地進(jìn)行。該農(nóng)場(chǎng)距阿克蘇市區(qū)13 km，海拔1 133 m，地理位置為東經(jīng)80°14′，北緯41°16′，地處塔里木盆地北緣，天山南麓，屬于典型溫帶大陸性氣候，具有干旱少雨、日照時(shí)間長、蒸發(fā)強(qiáng)烈、晝夜溫差較大等氣候特征。多年年平均氣溫10.1 ℃，極端最低氣溫-27.4 ℃，極端最高氣溫40.9 ℃；年均日照2 747.7 h，降雨量65.4 mm，蒸發(fā)量1 960 mm，無霜期191 d。試驗(yàn)區(qū)土壤為粉壤土，0～120 cm深度的土壤平均容重為1.57 g/cm3，平均田間持水率為21%，地下水位在試驗(yàn)期間一直位于6 m以下。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試核桃樹為10 a生的“溫185”品種，栽植于2008年，沿東南-西北方向種植，株行距2 m×3 m。試驗(yàn)區(qū)采用一行核桃兩條管滴灌帶的布置模式供水，滴灌帶(迷宮式)距樹40 cm，滴頭間距20 cm，滴頭流量3.0 L/h。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)灌水定額處理，分別為375 m3/hm2(處理1)、450 m3/hm2(處理2)和525 m3/hm2(處理3)。每個(gè)處理的供水支管上均安裝球閥與水表各一個(gè)，灌水前進(jìn)行水表讀數(shù)，嚴(yán)格、準(zhǔn)確的按照設(shè)計(jì)控制每次的灌水量。各處理試驗(yàn)田內(nèi)均選擇長勢(shì)良好、無蟲無病、株徑相近、枝條數(shù)量相近的核桃樹作為樣樹，每個(gè)處理小區(qū)內(nèi)另外選擇2棵樣樹作為重復(fù)。試驗(yàn)實(shí)施從2018年4月開始，11月結(jié)束，成齡核桃物候期及灌溉制度見表1。

表1 成齡核桃物候期及灌溉制度

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

(1)生長狀況。在每個(gè)處理的樣樹上標(biāo)記8個(gè)新梢枝條與8個(gè)果實(shí)，每次都在這些枝條與果實(shí)上固定觀測(cè)。新梢長度采用米尺測(cè)量，果實(shí)橫縱徑用游標(biāo)卡尺測(cè)量，取平均值使用，每7 d測(cè)定一次。

(2)土壤體積含水率。采用TRIME-IPH水分儀對(duì)每個(gè)處理內(nèi)的樣樹進(jìn)行土壤剖面體積含水率測(cè)定，在株間與行間分別距離樣樹40、80 cm各設(shè)置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm 6個(gè)土層，在灌水前后一天進(jìn)行土壤體積含水率的測(cè)定。

(3)果實(shí)產(chǎn)量。 對(duì)每個(gè)處理的3棵樣樹進(jìn)行核桃采摘(8月30日)，測(cè)定單株總產(chǎn)量，取平均值后折算出每個(gè)處理的總產(chǎn)量與公頃產(chǎn)量。

(4)氣象參數(shù)。置于試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的“Watchdog”小型全自動(dòng)氣象站自動(dòng)觀測(cè)核桃全生育期內(nèi)的氣象資料，包括降雨量(P)、風(fēng)速(V)、太陽輻射(Q)、溫度(Ta)、濕度(RH)等數(shù)據(jù)，每隔30 min記錄一次。

(5)耗水量。核桃生育期耗水量根據(jù)水量平衡法[6]計(jì)算，使用公式如下:

(1)

式中:ET1-2為時(shí)段1至?xí)r段2之間的核桃耗水量，mm；m為土壤層序號(hào)總數(shù)；i為土壤層序號(hào)；γi為第i層土壤干體積質(zhì)量含水率，g/cm3；Hi為第i層土壤層厚度，cm，本研究取H=20 cm；Wi1與Wi2分別為時(shí)段1和時(shí)段2的土壤體積含水率；M為時(shí)段內(nèi)灌水量，mm；P為時(shí)段內(nèi)有效降水量，mm；K為時(shí)段內(nèi)地下水補(bǔ)給量，mm；C為時(shí)段內(nèi)深層滲漏量，mm。

比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，120 cm深度處在灌前灌后的土壤層含水率變化不大，因此將測(cè)定核桃耗水量的土層深度確定為120 cm。由于120 cm深處的土壤含水量整個(gè)生育期內(nèi)都基本沒有變化，故不考慮地下水補(bǔ)給量(即K=0)及深層滲漏(即C=0)，因此將水量平衡計(jì)算公式簡(jiǎn)化為：

(2)

(6)有效降雨量。有效降雨量P0采用FAO報(bào)告推薦經(jīng)驗(yàn)公式[7]計(jì)算，公式如下：

(3)

式中：P0為有效降水量，mm；TP為總降雨量，mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水定額下全生育期土壤水分變化過程

圖1表示在不同灌水定額處理下，成齡核桃在全生育期內(nèi)0～120 cm土層平均含水率的變化曲線。由圖1可知在滴灌條件下，全生育期土壤平均含水率從大到小順序?yàn)?處理3>處理2>處理1，最大的灌水定額使得處理3的土壤含水率要明顯大于其他處理。同時(shí)，3種處理的土壤平均含水率在全生育期內(nèi)整體上均呈下降趨勢(shì)，其中萌芽期土壤平均含水率最高，這是由于春灌定額較大，而萌芽期核桃蒸騰量和棵間蒸發(fā)均較小。從開花結(jié)果期至油脂轉(zhuǎn)化期，氣溫逐漸升高以及核桃營養(yǎng)生殖生長的逐漸增強(qiáng)，使蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度隨之增強(qiáng)，核桃對(duì)水分需求逐階段增大，因此土壤含水率逐漸降低。停灌后的成熟期土壤平均含水率降至全生育期最低，因此需要在核桃休眠期進(jìn)行一次冬灌，以保證防寒及次年開春土壤具有較高的含水率。

圖1 不同灌水處理下全生育期土壤平均含水率變化

2.2 不同灌水定額對(duì)核桃生長的影響

新梢的生長，一定程度上反映著樹勢(shì)的強(qiáng)弱，新梢的正常生長是果樹營養(yǎng)生長的主要環(huán)節(jié)之一；果實(shí)發(fā)育主要表現(xiàn)為果實(shí)橫徑和縱徑的變化。通過對(duì)不同灌水處理的成齡核桃新梢長度、果實(shí)橫縱徑觀測(cè)(圖2、圖3、圖4)，成齡核桃新梢長度、果實(shí)橫縱徑大小均隨灌水定額的增加而增大，說明在一定程度上隨著灌水定額的增大，核桃樹生長性狀更加旺盛，然而如繼續(xù)增大灌水定額將會(huì)影響果樹的花芽分化及果實(shí)產(chǎn)量[8]。

圖2 不同灌水定額下核桃新梢長度變化

圖3 不同灌水定額下核桃果實(shí)橫徑變化

圖4 不同灌水定額下核桃果實(shí)縱徑變化

2.3 不同灌水定額下成齡核桃的耗水規(guī)律及作物系數(shù)

根據(jù)2018年所測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及氣象參數(shù)，運(yùn)用水量平衡法公式、Pen-Monteith公式[7]等計(jì)算，得到不同灌水定額下成齡核桃各生育期的耗水量、參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0及作物系數(shù)Kc如表2所示，生育期ET0及降雨量如圖5所示。

圖5 成齡核桃生育期ET0及降雨量

表2 不同灌水定額成齡核桃生育期耗水量、ET0及Kc

由于萌芽期灌水定額各處理均相同，成熟期無灌水，因此本文主要研究由開花結(jié)果期至油脂轉(zhuǎn)化期的4個(gè)不同灌溉敏感物候期的耗水規(guī)律。由表2可以看出，灌水定額的不同使得核桃在各物候期的耗水量有較大差異。隨著生育期的推移，不同灌水處理的耗水量均逐漸增大。從開花結(jié)果期到果實(shí)膨大期，新枝的抽發(fā)及幼果開始膨大使核桃的營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)，其蒸騰耗水能力增強(qiáng)，并隨著當(dāng)?shù)貧鉁氐闹饾u升高，核桃需水強(qiáng)度開始增大，各處理耗水量達(dá)到59.06,55.38,52.13 mm。硬核期和油脂轉(zhuǎn)化期為核桃關(guān)鍵需水期，也是決定最終產(chǎn)量的重要階段，由于這兩個(gè)階段生育期時(shí)間最長(80 d)，在此階段當(dāng)?shù)貧鉁匾采寥曜罡撸舭l(fā)蒸騰量也達(dá)到峰值，耗水量達(dá)到全生育期最高值，硬核期和油脂轉(zhuǎn)化期各處理耗水模數(shù)之和達(dá)到66.52%，70.25%，72.00%，因此在硬核期需要增大灌水頻率，而在油脂轉(zhuǎn)化期需要相應(yīng)降低灌水頻率(較硬核期)，以保證核桃果實(shí)完成更好的油脂轉(zhuǎn)化。不同灌水處理的核桃Kc整體上均為單峰曲線，在生育初期核桃Kc值較小(開花結(jié)果期0.66、0.64、0.71)，而在關(guān)鍵物候期達(dá)到峰值(硬核期0.68、0.74、0.81)，后期減小(油脂轉(zhuǎn)化期0.54、0.62、0.70)。

由圖5可知，成齡核桃逐日ET0從開花結(jié)果期至油脂轉(zhuǎn)化期整體呈拋物線特征，開花結(jié)果期(04-21-05-09)ET0平均值為3.48 mm，果實(shí)膨大期(05-10-06-02)上升至3.73 mm，到硬核期(06-03-07-05)ET0明顯增大，該階段均值達(dá)到4.23 mm，并出現(xiàn)全年單日ET0峰值5.35 mm，盡管期間降雨較多，但由于該時(shí)期降雨多在夜間，其日間ET0值依舊較高；油脂轉(zhuǎn)化前期(07-06-08-10)均值為4.02 mm，在油脂轉(zhuǎn)化后期(08-11-09-01)進(jìn)入雨季，大氣溫度及太陽輻射開始降低，日照時(shí)間減少，日ET0值由4.10 mm逐日下降至2.38 mm。將ET0值按生育階段逐日累加，如表2所示，得到開花結(jié)果期ET0值為66.08 mm，果實(shí)膨大期89.44 mm，硬核期139.45 mm，油脂轉(zhuǎn)化期203.40 mm,累計(jì)498.37 mm。開花結(jié)果期至油脂轉(zhuǎn)化期降雨量共計(jì)66.41 mm，有效降雨量為33.75 mm。期間4月下旬至5月中旬無降雨，5月下旬至9月上旬偶有陰天及降雨導(dǎo)致ET0部分回落，其中在7月1日有強(qiáng)降雨天氣，降雨量達(dá)到26.61 mm，使ET0值由5.09 mm降至3.07 mm。

2.4 不同灌水定額下成齡核桃水分利用效率分析

水分利用效率是指在田間，作物蒸散消耗單位質(zhì)量水所制造的干物質(zhì)量，通常以果實(shí)產(chǎn)量與實(shí)際耗水量的比值表示[9]。灌溉水分生產(chǎn)率是指每立方米灌水所能生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品量，通常以果實(shí)產(chǎn)量與灌水總量的比值表示[10]。水分利用效率與灌溉水分生產(chǎn)率均是衡量作物產(chǎn)量與耗水量及灌水量關(guān)系的重要指標(biāo)。由表3可知，在不同灌水定額下核桃產(chǎn)量有較大的差異。處理2和處理3的產(chǎn)量與處理1的差異顯著，具體為：處理2比處理1高19.48%，處理3比處理1高23.62%。

表3 不同灌水定額成齡核桃水分利用效率及灌溉水分生產(chǎn)率

各處理產(chǎn)量大小順序?yàn)?處理3>處理2>處理1，說明在一定灌水區(qū)間內(nèi)成齡核桃產(chǎn)量會(huì)隨灌水量及耗水量的增加而增加。從水分利用效率來看，處理2的水分利用效率最高，為1.94 kg/m3。而從灌溉水分生產(chǎn)率來看，處理1與處理2 的灌溉水分生產(chǎn)率均較高，分別為2.02與2.01 kg/m3。盡管處理1的灌水量最小，而灌溉水分生產(chǎn)率最高，但其產(chǎn)量過于偏低，比處理2低1 033.9 kg/hm2。處理3的產(chǎn)量最高，其灌水量也最大，但水分利用效率與灌溉水分生產(chǎn)率均低于處理2。因此，認(rèn)為灌水定額為450 m3/hm2的處理2為最優(yōu)處理，適合在實(shí)際生產(chǎn)灌溉中推廣應(yīng)用。

3 結(jié) 語

(1)成齡核桃新梢長度、果實(shí)橫縱徑大小均隨灌水定額的增加而增大，在一定程度上隨著灌水定額的增大，核桃樹生長性狀更加旺盛。

(2)隨著生育期的推移，不同灌水處理的耗水量均逐漸增大。硬核期和油脂轉(zhuǎn)化期為核桃關(guān)鍵需水期，蒸發(fā)蒸騰量達(dá)到峰值，耗水量達(dá)到全生育期最高，3個(gè)處理這兩個(gè)時(shí)間段的耗水模數(shù)之和分別達(dá)到66.52%，70.25%，72.00%。不同灌水處理的核桃Kc整體上均為單峰曲線，成齡核桃單日ET0從開花結(jié)果期至油脂轉(zhuǎn)化期整體呈拋物線特征。

(3)綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為灌水定額為450 m3/hm2的處理2為最優(yōu)處理，適合在實(shí)際生產(chǎn)灌溉中推廣應(yīng)用。