不同滴灌量枸杞田間土壤水分運(yùn)移特征

尹志榮，黃建成，桂林國，趙 營，雷金銀

(寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川 750002)

寧夏農(nóng)業(yè)灌溉用水平均利用率在40%左右，人均水資源量不足200m3，水資源短缺已成為制約寧夏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境改善的最大瓶頸。枸杞作為寧夏特色優(yōu)勢經(jīng)濟(jì)作物，生態(tài)適應(yīng)性極強(qiáng)，抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄，具有顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益[1]。近年來，隨著寧夏節(jié)水農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，充分挖掘植物節(jié)水潛力，因地制宜打造規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化種植模式，有效促進(jìn)了枸杞產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新優(yōu)勢。

截至2018年底，寧夏枸杞種植面積已達(dá)6.7萬hm2。實(shí)踐證明，枸杞滴灌栽培增產(chǎn)、節(jié)水效果最顯著。鄭國保等[2]以‘寧杞1號(hào)’為試材將枸杞園土壤水分變化分為四層，活躍層(0～30cm)、次活躍層(30～60cm)、緩變層(30～60cm)和均穩(wěn)層(100～180cm)，并指出枸杞耗水深度一般在0～100cm，0～60cm土層變化尤為激烈。程良等[3]以‘寧杞7號(hào)’為試材研究中部干旱區(qū)覆膜情況下灌水定額為1620m3·hm-2時(shí)枸杞產(chǎn)量最高，覆膜枸杞水分利用率高于不覆膜處理。董世德等[4]開展不同覆蓋措施對(duì)滴灌鹽漬土枸杞生長及水鹽分布的影響，結(jié)果表明，黑膜覆蓋和草簾覆蓋能夠顯著減緩枸杞根區(qū)土壤水分耗散，土壤質(zhì)量含水率分別提高29.6%和13.3%。徐利崗等[5]認(rèn)為干旱區(qū)枸杞土壤水分變化敏感區(qū)域?yàn)榫鄻涓伤骄嚯x40cm處的20～70cm土層，灌水前后土壤含水率在0.2%～4.3%，3750m3·hm-2時(shí)水分利用率及品質(zhì)相對(duì)較好。侯建安等[6]以‘寧杞8號(hào)’為試材分析灌水下限和灌水頻率對(duì)枸杞園土壤分布的影響，表明高頻灌水土壤水分變化保持在一個(gè)較穩(wěn)定的范圍，最佳灌水下限宜控制在田間最大持水量的85%。前人的這些研究多側(cè)重于灌水對(duì)枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率方面的研究且只選擇了一種供試品種，而關(guān)于不同灌水處理同時(shí)對(duì)多個(gè)品種土壤水分動(dòng)態(tài)變化的比較研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)以4個(gè)枸杞品種為試驗(yàn)材料，研究不同灌水量對(duì)不同品種枸杞各土層土壤含水量運(yùn)移及水分利用率的影響，旨在為寧夏枸杞的水分合理調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016年在寧夏農(nóng)林科學(xué)院園林場試驗(yàn)基地枸杞園進(jìn)行(樹齡2 a)，年均降雨量186.7 mm，年均蒸發(fā)量2 500 mm，無霜期約154 d， ≥10 ℃積溫為3 475 ℃。試驗(yàn)地0～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)11.04 g·kg-1，堿解氮57.5 mg·kg-1，速效磷49.2 mg·kg-1，速效鉀402 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素條區(qū)設(shè)計(jì)，因素一為灌溉量，設(shè)灌溉量5 100 m3·hm-2(W1，當(dāng)?shù)罔坭缴a(chǎn)常規(guī)滴灌量)、4 350 m3·hm-2(W2)、3 600 m3·hm-2(W3)、2 850 m3·hm-2(W4)、2 100 m3·hm-2(W5)；因素二為枸杞品種，‘寧杞1號(hào)’(V1)、‘寧杞5號(hào)’(V5)、‘寧杞7號(hào)’(V7)、‘寧杞9號(hào)’(V9)，共4個(gè)品種。其中，‘寧杞1號(hào)’是寧夏農(nóng)林科學(xué)院選育的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適應(yīng)性強(qiáng)的品種，已在寧夏、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、湖北、陜西等省、自治區(qū)推廣種植；‘寧杞5號(hào)’是2009年選育的枸杞新品種，相對(duì)‘寧杞1號(hào)’果粒更大、更均勻、易采摘、經(jīng)濟(jì)效益好，果粒呈長圓形，果實(shí)成熟期比‘寧杞1號(hào)’提前1周左右，但該品種雄蕊花粉敗育，無花粉散出，先天雄性不育，需混栽授粉樹才能結(jié)果；‘寧杞7號(hào)’是從寧夏枸杞生產(chǎn)園中選育出的無性系新品種，在多年多點(diǎn)的品種對(duì)比試驗(yàn)與區(qū)域試驗(yàn)中表現(xiàn)出生長快、自交親和水平高、抗逆性強(qiáng)、豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、果粒大、等級(jí)率高等特點(diǎn)；‘寧杞9號(hào)’是以‘寧杞1號(hào)’同源四倍體98-2 與河北枸杞雜交選育獲得，葉片肥厚，長橢圓形，果粒大。

每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列。試驗(yàn)園枸杞株行距3 m×1 m，每行設(shè)置1個(gè)灌水處理，每個(gè)品種14 m，試驗(yàn)小區(qū)面積約42 hm2。沿枸杞行每行鋪設(shè)一根滴灌管，每株枸杞樹下安裝 4 L·h-1流量的管上式滴頭1個(gè)，每根滴灌管前安裝開關(guān)，整個(gè)灌水量由首部水表控制，灌水時(shí)間和灌水定額見表1。試驗(yàn)期間除灌水外，各處理鋤草、施肥、修剪等田間管理均保持一致。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤水分含量 每次灌溉前后用TDR土壤水分測定儀測定0～80 cm土層體積含水量，每10 cm為一層，降雨前后加測。

表1 灌水時(shí)間及灌水定額Table 1 Irrigation time and quota m3·hm-2

1.3.2 產(chǎn)量與水分利用效率 產(chǎn)量水平上枸杞的水分利用效率，即WUE=Y/ET。灌溉水利用效率IWUE=Y/I。式中，Y、ET、I分別為枸杞產(chǎn)量(kg·hm-2)、枸杞開花期至落葉期內(nèi)(5～8月)不同品種的實(shí)際耗水量、灌水量。

耗水量采用水量平衡法計(jì)算。

產(chǎn)量為枸杞果熟期鮮果產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪圖，采用DPS 9.50進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育期內(nèi)不同枸杞品種土壤水分運(yùn)移特征

由圖1可知，不同枸杞品種土壤含水量的變化差異顯著，整體呈波動(dòng)式遞減趨勢，生育后期 (7～8月)土壤含水量低于生育前期(4～6月)，這主要是因?yàn)槊妊科谥灵_花期是枸杞需水關(guān)鍵期，此時(shí)充足的土壤水分含量才能滿足植物營養(yǎng)生長。土壤含水量第一次峰值出現(xiàn)在5月12日灌水后，之后隨時(shí)間的推移 ‘寧杞7號(hào)’和 ‘寧杞9號(hào)’土壤水分含量逐漸降低，至下次灌水后又出現(xiàn)新的峰值，‘寧杞1號(hào)’和‘寧杞5號(hào)’變化有別，‘寧杞1號(hào)’W2、W3、W5處理土壤含水量下降，W4、W1處理土壤含水量上升，而‘寧杞5號(hào)’W1、W5處理土壤含水量下降，W2、W3、W4土壤含水量上升。不同灌水量之間，W5處理土壤含水量較低，尤其對(duì)‘寧杞5號(hào)’和‘寧杞7號(hào)’，平均為16.74%和17.37%；計(jì)算4個(gè)品種栽培下W5處理的平均土壤含水量僅16.91%；W1處理土壤含水量也不高，對(duì)‘寧杞1號(hào)’和‘寧杞9號(hào)’，平均14.59%和16.70%；計(jì)算4個(gè)品種栽培下W1處理的平均土壤含水量為18.40%。對(duì)于‘寧杞5號(hào)’和‘寧杞7號(hào)’，W5處理灌水量少于W1 處理3 000 m3·hm-2，但土壤含水量卻高出W1處理 15.35%和0.06%，同時(shí)W4、W3處理0～20 cm的土壤含水量整體高于其他處理。由此可見，枸杞生育期內(nèi)土壤水分含量的變化規(guī)律與灌溉量無明顯的相關(guān)關(guān)系，灌水量過于飽和或減小太多均會(huì)影響土壤含水量的變化。W5和W1處理土壤含量最低，平均分別為16.91%和18.40%。

圖1 枸杞生育期內(nèi)不同灌水量下0～20 cm土壤水分含量Fig.1 Soil water content of 0-20 cm under different irrigation amounts during growth period of wolfberry

2.2 灌溉前后不同枸杞品種土壤水分剖面分布特征

剖面土壤含水量在枸杞生育期內(nèi)的變化十分明顯，如圖2所示。隨土壤深度的增加，0～60 cm土層土壤含水量變化極為劇烈，而底層60～80 cm 土壤含水量變化相對(duì)緩慢，表明隨土層加深土壤含水量受灌水的影響減小，灌水后土壤含水量的變化與灌水前相比，整體上以40 cm為“臨界點(diǎn)”開始下降逐漸趨于平緩。對(duì)于‘寧杞1號(hào)’，灌前、灌后各處理剖面土壤含水量的變化隨土層深度的增加波動(dòng)幅度較大，W5處理土壤含水量最低，變化極為劇烈，隨灌溉時(shí)間的增加W1處理不同土層土壤含水量逐漸減小，僅次于W5處理，而W3～W4處理土壤含水量相對(duì)較高，穩(wěn)定在 19.83%～20.31%。對(duì)于‘寧杞5號(hào)’，灌水后土壤含水量的變化與灌水前相似，灌后1 d和灌后 3 d、灌后5 d的土壤含水量在0～40 cm土層變化趨勢基本一致，僅灌后3 d時(shí)40 cm土層的土壤含水量急劇下降，后又逐漸趨于平緩，W5處理土壤含水量最低，平均為 16.44%，W4處理土壤含水量最高，平均為 23.86%。對(duì)于‘寧杞7號(hào)’，灌后與灌前剖面土壤含水量只有W4處理變化顯著，且土壤含水量最低為15.24%，其他處理趨勢一致，灌后1 d時(shí)W1處理土壤含水量高于W5處理，灌后3 d至5 d時(shí)W5處理的土壤含水量反而高于W1，表明過量灌溉在滿足作物正常需水外，很大一部分可能耗于無效蒸發(fā)，導(dǎo)致土壤含水量與虧缺灌溉條件下的土壤含水量差異較小，還有可能加速土壤水分向深層運(yùn)移。對(duì)于‘寧杞9號(hào)’，除W1土壤含水量變化波動(dòng)較大外，隨灌溉時(shí)間的增加其他灌水處理變化比較穩(wěn)定，差異較小，但整體上W2處理不同層次土壤含水量較高，平均為19.78%，W3次之為18.41%。

1～4分別表示灌水前、灌水后1 d、灌水后3 d和灌水后5 d；A.寧杞1號(hào)；B.寧杞5號(hào)；C.寧杞7號(hào);D.寧杞9號(hào)

由上述分析可知，水量過于飽和的充分灌溉W1在灌水時(shí)，只有部分水分被作物吸收，另一部分水分耗于無效蒸發(fā)，還有一部分水分可能流失于深層滲漏，實(shí)際用水效率低下。而灌水量減少的處理，在滿足作物正常生長所需的需水量外，土壤含水量比過量灌溉土壤含水率要高。

2.3 灌水對(duì)不同枸杞品種水分利用效率及灌溉水利用效率的影響

根據(jù)不同枸杞品種主要生育期5～8月實(shí)際耗水量、鮮果產(chǎn)量計(jì)算水分利用率及灌溉水利用效率(表2)，結(jié)果表明不同灌水量明顯影響枸杞品種產(chǎn)量、耗水量及水分利用效率。隨著灌水量的減少，5～8月鮮果產(chǎn)量整體呈先增加后下降再增加的“N”字形趨勢，灌水量與產(chǎn)量無明顯相關(guān)關(guān)系，W5處理顯著提高‘寧杞1號(hào)’和‘寧杞5號(hào)’的產(chǎn)量，其中比‘寧杞1號(hào)’栽培條件下W1、W2、W3、W4處理產(chǎn)量的平均值增產(chǎn)56.46%，比‘寧杞5號(hào)’栽培條件下W1、W2、W3、W4處理產(chǎn)量的平均值增產(chǎn)52.80%;W2處理僅次之，顯著提高了‘寧杞7號(hào)’和‘寧杞9號(hào)’產(chǎn)量，比‘寧杞7號(hào)’栽培條件下W1、W3、W4、W5處理產(chǎn)量的平均值增產(chǎn)22.66%，比‘寧杞9號(hào)’栽培條件下W1、W3、W4、W5處理產(chǎn)量的平均增產(chǎn)43.23%。5～8月耗水量不同處理間存在顯著或極顯著差異，均以W2處理為拐點(diǎn)先增加后下降呈倒“V”字形，W2處理耗水量最高，平均為228.77 mm。水分利用效率不同品種規(guī)律不一，灌水處理間差異極顯著，隨灌水量的減少，‘寧杞1號(hào)’呈先下降后增加再下降再增加的“W”字形趨勢，W5處理水分利用效率最高為17.82 kg·m-3，較W1處理提高60.40%，W3處理水分利用效率僅次于W5處理，為17.73 kg·m-3；‘寧杞5號(hào)’先增加后下降再增加呈“N”字形，W5處理水分效率最高為11.72 kg·m-3，較W1處理提高90.57%，W2處理次之為6.79 kg·m-3；‘寧杞7號(hào)’水分利用效率整體偏低，W5處理表現(xiàn)稍好，相比W1處理產(chǎn)量增加5.05%的同時(shí)，水分利用效率極顯著提高49.54%，與W2、W3、W4處理相比水分利用效率平均提高56.67%，而W2處理僅提高 3.64%；‘寧杞9號(hào)’呈先增加后下降再增加再下降的“M”字形趨勢，W4處理水分利用效率最高為8.16 kg·m-3，W5、W2處理次之分別為7.86 kg·m-3、7.83 kg·m-3。灌溉水利用效率除寧杞9號(hào)灌水處理間差異不顯著外，‘寧杞1號(hào)’‘寧杞5號(hào)’‘寧杞7號(hào)’W5處理與其他處理差異均達(dá)極顯著水平，其他處理間無顯著差異。

表2 不處理下不同枸杞品種水分利用效率及灌溉水利用效率Table 2 Water use efficiency and irrigation water use efficiency of different wolfberry varieties under different treatments

綜上分析，不同灌水量條件下，不同枸杞品種獲得節(jié)水高產(chǎn)的灌水處理不同，綜合考慮枸杞產(chǎn)量、水分利用效率及灌溉水利用效率，本試驗(yàn)條件下，W2和W5處理是節(jié)水高產(chǎn)的處理；同一灌水量條件下，不同品種間‘寧杞1號(hào)’產(chǎn)量、水分利用效率及灌溉水利用效率顯著高于其他品種，表明同等土壤、種植管理水平上‘寧杞1號(hào)’耐旱節(jié)水增產(chǎn)效果更突出。

3 討 論

3.1 滴灌量對(duì)枸杞田間土壤水分運(yùn)移特征的影響

灌水是影響枸杞園土壤水分動(dòng)態(tài)的重要因素[7]，科學(xué)合理的滴灌量是實(shí)現(xiàn)枸杞節(jié)水增效的前提保障。本試驗(yàn)結(jié)果表明，枸杞全生育期內(nèi)土壤水分含量呈波動(dòng)式遞減趨勢，生育后期的土壤水分低于生育前期，不同品種因每次的滴灌量不同導(dǎo)致土壤水分含量峰值存在差異，其主要原因是5、6月份為枸杞萌芽開花關(guān)鍵期，此時(shí)需水量大，充足灌水有助于促進(jìn)枸杞生殖生長，而到后期7、8月份灌水量逐漸減小，只需滿足枸杞營養(yǎng)生長所需水分。不同灌水處理間W5、W1處理0～20 cm土層土壤含水量低下，平均達(dá)到16.91%和18.40%，而W3、W4處理平均達(dá)到20.55%、 20.84%，這表明在0～20 cm土壤水分活躍層，土壤儲(chǔ)水能力受灌水量影響顯著，灌水量過大或過小均會(huì)影響淺根層土壤含水量的變化，這與賀軍奇等[8]的研究相似。

不同滴灌量對(duì)不同枸杞品種灌水前后剖面土壤含水量的變化亦具有顯著影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同滴灌量條件下，灌水后剖面土壤含水量的變化與灌水前相比，整體上以40 cm為“臨界點(diǎn)”開始下降逐漸趨于平緩。不同灌水處理間，‘寧杞1號(hào)’和‘寧杞5號(hào)’枸杞在W5處理下土壤含水量表現(xiàn)最低；‘寧杞7號(hào)’枸杞則在W4處理下土壤含水量最低，0～80 cm土壤平均含水量僅為15.24%；‘寧杞9號(hào)’枸杞隨土層加深土壤含水量變化規(guī)律不明顯，灌水后0～30 cm土層以W5處理土壤含水量最低，30～50 cm土層以W1處理土壤含水量最低，50～70 cm土層以W4處理土壤含水量最低，70～80 cm土層又以W1處理土壤含水量最低。綜合分析表明，灌水過量容易造成無效蒸發(fā)和淋溶損失，適度的滴灌量是減少無效損失和提高水分利用效率的有效途徑。目前，寧夏枸杞的種植以《寧夏枸杞滴灌種植技術(shù)規(guī)程DB64/T 1294-2016》為參考，關(guān)于不同品種枸杞的適宜灌溉量尚未明確說明，本研究在上述參考的前提下，同時(shí)開展4個(gè)常用枸杞品種的灌水研究，詳細(xì)了解不同品種對(duì)不同滴灌量的響應(yīng)，這對(duì)優(yōu)化不同品種最佳灌溉制度十分必要。

3.2 滴灌量對(duì)枸杞產(chǎn)量及水分利用效率的影響

枸杞產(chǎn)量及水分利用效率受生態(tài)環(huán)境因素及栽培措施的共同影響，不同灌水量條件下，枸杞品種的耗水特性、產(chǎn)量和水分利用效率存在較大差異。本研究綜合考慮枸杞產(chǎn)量、水分利用效率及灌溉水利用效率發(fā)現(xiàn)，對(duì)枸杞這種極耐旱作物而言，在枸杞生育期內(nèi)充足的水分供應(yīng)使得枸杞水分利用效率低下，反而在常規(guī)滴灌量基礎(chǔ)上根據(jù)枸杞需水關(guān)鍵期進(jìn)行適當(dāng)水量調(diào)控，有利于提高枸杞產(chǎn)量及水分利用效率，這與徐利崗等[9]研究一致。

本試驗(yàn)條件下，W5處理在常規(guī)灌水量減少58.82%的基礎(chǔ)上，‘寧杞1號(hào)’和‘寧杞5號(hào)’枸杞產(chǎn)量明顯提高了34.22%和36.12%，水分利用效率增加了60.40%和90.57%；‘寧杞7號(hào)’和‘寧杞9號(hào)’則受W2處理的影響顯著，枸杞產(chǎn)量分別提高了16.57%和97.10%，水分利用效率增加了3.64%和77.95%，表明不同品種對(duì)灌水量的響應(yīng)不同，適度的水分虧缺可以達(dá)到提高作物產(chǎn)量和水分利用效率的目的[10]。這主要是由于枸杞生長物候期對(duì)水分的敏感性存在差異，張自剛[11]研究表明枸杞周年耗水量為盛化期>盛果期>營養(yǎng)生長期>秋果生長期>秋果采收期，而本研究在果熟期對(duì)各處理每次灌水定額進(jìn)行調(diào)控，尤其在盛果期(7月9日)將W5處理的灌水定額加大，高于W3、W4處理而低于W1、W2處理，保證了盛果期灌水量對(duì)枸杞果實(shí)膨大的有效影響，這就促使W5處理在不減產(chǎn)的情況下反而能提高產(chǎn)量。張智猛等[12]在花生上做了相關(guān)研究，認(rèn)為適當(dāng)干旱和適時(shí)補(bǔ)水可顯著提高水分生產(chǎn)效率和花生產(chǎn)量。山侖等[13]也認(rèn)為在作物生長的某些生育時(shí)期適當(dāng)控制水分對(duì)于作物的增產(chǎn)更為有效。這均與本研究結(jié)果一致。葛宇等[14]研究不同灌水量對(duì)復(fù)播油葵耗水特性的影響，表明水分利用率隨灌水量的增加而減少。張忠學(xué)等[15]研究不同灌水處理對(duì)小麥生長及水分利用效率的影響，表明隨著灌溉量的增加，農(nóng)田總耗水量増加，灌溉水利用比例提高，水分利用效率降低。這與本研究也有相似之處。本研究中因品間差異，‘寧杞1號(hào)’枸杞水分利用效率隨灌水量的減少呈“W”形趨勢，其他3個(gè)品種則隨灌水量的減少基本上呈先增加后減少再增加的“N”形趨勢，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)在低灌水量下產(chǎn)量表現(xiàn)好的品種水分利用效率也會(huì)表現(xiàn)更佳，這與品種抗旱性密切相關(guān)，比如W5處理灌溉下‘寧杞1號(hào)’和‘寧杞5號(hào)’枸杞。近年來根據(jù)區(qū)域優(yōu)勢、地力條件選用耐旱高產(chǎn)枸杞品種及優(yōu)化灌溉制度，成為寧夏枸杞綠色高質(zhì)量發(fā)展關(guān)注的主要方面，因此，開展不同品種適宜灌溉量和合理灌溉制度的研究，是提高水分利用效率和產(chǎn)量的關(guān)鍵。

4 結(jié) 論

不同滴灌量條件下，枸杞生育期內(nèi)不同品種0～20 cm土壤含水量隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈波動(dòng)式遞減變化趨勢，剖面土壤含水量隨土層的加深漸趨平緩，隨灌溉時(shí)間的增加W5、W1處理變化幅度最大，土壤含水量最低。

不同品種產(chǎn)量及水分利用效率對(duì)滴灌量的響應(yīng)不同。 ‘寧杞1號(hào)’和‘寧杞5號(hào)’枸杞，W5處理顯著提高枸杞產(chǎn)量和水分利用效率； ‘寧杞7號(hào)’枸杞，W5處理在高出W1處理產(chǎn)量5.05%的情況下，水分利用效率提高49.54%，W2處理產(chǎn)量增加16.57%，但水分利用效率僅提高3.64%； ‘寧杞9號(hào)’枸杞，灌水量減少的處理產(chǎn)量均比對(duì)照增加，水分利用效率增效更為顯著，綜合考慮W4處理效果最佳。