唐 瑞,梁博惠,何寶銀,張上寧
(寧夏水利科學(xué)研究院,寧夏銀川750021)
棗樹(shù)為鼠李科(Rhamnaceae),具有耐干旱、鹽堿、適應(yīng)性強(qiáng),經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)[1],廣泛種植于熱帶和亞熱帶地區(qū)[2],是寧夏的特色產(chǎn)業(yè)之一。靈武長(zhǎng)棗(Ziziphus jujube Mill.cv.Ling?wu Changzao)是寧夏紅棗種類中唯一以鮮食為主的品種,其果實(shí)個(gè)大,果皮薄,口感酸甜可口,富含豐富的營(yíng)養(yǎng)成分,具有活維生素丸、“棗中之王”等美稱,為寧夏的農(nóng)林經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要支撐[3,4]。目前棗樹(shù)的灌溉方式大多采用滴灌的灌溉方式,滴灌具有節(jié)水節(jié)能、省肥省工等優(yōu)點(diǎn),且能很好地適應(yīng)不同的土壤和地形,大幅度提高作物產(chǎn)量,在我國(guó)西北部等干旱半干旱地區(qū)、地勢(shì)復(fù)雜多變地區(qū),土地半荒漠化等土壤透水性強(qiáng)的地區(qū)有廣闊的發(fā)展前景[5]。與傳統(tǒng)漫灌相比,滴灌能有效避免輸水過(guò)程中水分損失和深層滲漏損失,同時(shí)可以減小地面蒸發(fā)和徑流損失,因此滴灌可以節(jié)約灌溉水量50%以上,甚至能達(dá)到80%[6]。
近年來(lái),眾多學(xué)者對(duì)靈武長(zhǎng)棗的繁殖、栽培技術(shù)及生物學(xué)特性進(jìn)行了研究[7-9],李應(yīng)海[10]等采用膜下滴灌方式,得出灌水定額為80 m3/hm2、灌水次數(shù)10次、有機(jī)肥量為1 200 kg/hm2時(shí)為最優(yōu)組合,張雁南等[11]得出增加(7±0.5)mg/L 氧氣濃度可以促進(jìn)靈武長(zhǎng)棗生長(zhǎng)。但對(duì)于靈武長(zhǎng)棗的各生育期具體的灌溉模式的研究較少,本試驗(yàn)7~8 a 生靈武長(zhǎng)棗為研究對(duì)象,采用滴灌灌溉方式,探究棗樹(shù)的生長(zhǎng)情況,以及最合理的灌溉方式,為寧夏地區(qū)靈武長(zhǎng)棗的種植灌溉模式提供科學(xué)依據(jù)。
本試驗(yàn)在中國(guó)灌溉試驗(yàn)寧夏中心站開(kāi)展,中國(guó)灌溉試驗(yàn)寧夏中心站地處賀蘭山東麓洪積傾斜平原,屬于寧夏北部引黃灌區(qū),地理位置為東經(jīng)106°42',北緯38°27',中心站所處地區(qū)地勢(shì)較平坦,海拔高程1115.6~1116.6 m,主要土壤類型為淡灰鈣土,土壤自然肥力含量中等偏下,表土質(zhì)地較輕。賀蘭山東麓灌區(qū)區(qū)域氣候干燥,晴天多,日照充足,光能資源豐富,全年平均日照時(shí)數(shù)為3 039.6 h,日照率為69%。氣溫平均年較差在32 ℃左右,全年平均氣溫較差為13.1 ℃,無(wú)霜期較短,最長(zhǎng)無(wú)霜期177 d,最短無(wú)霜期129 d。
本試驗(yàn)以7~8 a 生靈武長(zhǎng)棗為研究對(duì)象,樹(shù)勢(shì)良好、生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲(chóng)害、樹(shù)干通直,直徑等基本相同,栽植行株距3 m×3.5 m,畝栽植64 株,試驗(yàn)區(qū)采用滴灌灌溉方式,鋪設(shè)毛管為Φ16 的滴灌管,環(huán)狀鋪設(shè),圓環(huán)直徑1 m,每株果樹(shù)安裝流量為4.2 L/h的滴頭5 個(gè)。測(cè)得試驗(yàn)區(qū)土壤容重為1.47 g/cm3,田間持水量平均為14.7%。
靈武長(zhǎng)棗生育期分為萌芽展葉期、現(xiàn)蕾開(kāi)花期、幼果膨大期、果實(shí)白熟期、果實(shí)成熟期、停長(zhǎng)落葉期(不灌水)、休眠期,2017年試驗(yàn)設(shè)計(jì)4 個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)3 次,共12 個(gè)試驗(yàn)小區(qū);2018年試驗(yàn)增加一個(gè)處理,灌溉定額上限由525 m3/hm2增至600 m3/hm2,灌溉定額由4 950 m3/hm2增至5 625 m3/hm2,全年灌溉定額設(shè)計(jì)5 個(gè)水平處理,每個(gè)處理重復(fù)3 次,共15 個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)詳見(jiàn)表1。
表1 2017-2018年賀蘭山東麓灌區(qū)棗樹(shù)滴灌灌溉制度試驗(yàn)設(shè)計(jì)表
土壤含水率測(cè)定:利用PR2/6 土壤水分測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定土壤體積含水量,測(cè)量10、20、30、40、60和100 cm 6個(gè)土層深度土壤含水率,生育期每10 d 測(cè)一次,降雨階段前后、灌水前后加測(cè)一次,通過(guò)烘干法對(duì)PR2 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行率定,率定后的值作為土壤的質(zhì)量含水率。
灌水量監(jiān)測(cè):灌水前后用精度0.000 1 m3水表對(duì)試驗(yàn)小區(qū)的每次灌水量進(jìn)行計(jì)量。
果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑的測(cè)定:果實(shí)橫徑為果實(shí)橫向最大長(zhǎng)度,果實(shí)縱徑為果實(shí)縱向最大長(zhǎng)度,均用游標(biāo)卡尺測(cè)量,以cm為單位??v徑和和橫徑每個(gè)處理隨機(jī)選取20個(gè)樣品;果形指數(shù)=果實(shí)縱徑/果實(shí)橫徑。
氣象數(shù)據(jù):采用小型氣象站全天候自動(dòng)觀測(cè)降雨量、溫度等氣象數(shù)據(jù)。2017、2018年全年溫度變化及降雨量變化見(jiàn)圖1、表2。
圖1 2017、2018年氣象資料
表2 2017和2018年試驗(yàn)區(qū)降雨量監(jiān)測(cè)表mm
2.1.1 不同水分處理?xiàng)棙?shù)根區(qū)土壤含水率變化特征分析
2017-2018年按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)整理不同水分處理全生育期靈武長(zhǎng)棗根區(qū)0~60,60~100 cm深度土壤含水率,根據(jù)各處理土壤含水率繪制各處理不同土層土壤含水率隨生育期季節(jié)性變化過(guò)程線。分析2可以看出:在整個(gè)生育期,不同處理?xiàng)l件下靈武長(zhǎng)棗根區(qū)不同土層土壤水分變化規(guī)律基本一致,每次灌水或降雨后土壤含水率發(fā)生顯著變化,并且隨著生育期的變化而變化,且由于2018年降雨量高于2017年,因此2018年土壤含水率普遍高于2017年。2017年各處理0~60 cm 土層土壤含水率在5.42%~12.15%范圍變化,60~100 cm 土層土壤含水率在8.23%~12.44%范圍變化;2018年各處理0~60 cm 土層土壤含水率在4.77%~12.29%范圍變化,60~100 cm 土層土壤含水率在7.05%~13.13%范圍變化。在整個(gè)生育期計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(0~100 cm)內(nèi)0~60 cm 土層深度土壤含水率受降水和灌水量影響較大,波動(dòng)明顯,且由于土壤表層直接受陽(yáng)光照射和空氣流動(dòng)影響,西北地區(qū)蒸發(fā)量較大,表層含水率在灌水后一段時(shí)間迅速降低,因此0~20 cm 土壤含水率較小。60~100 cm 土層土壤含水率變化較平穩(wěn)。其中30~60 cm 土層內(nèi)兩年平均含水率為10.20%,大于60%田間持水量(8.82%),約為70%的田間持水量,在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行棗樹(shù)樣株挖根試驗(yàn),結(jié)果顯示根系分布在0~60 cm 處,且主根系分布于30~60 m,故長(zhǎng)棗生長(zhǎng)土壤水分主要來(lái)源于30~60 cm土層,二者結(jié)論一致。
2018年新增處理T5,在60~100 cm 處灌水前后土壤含水率均值為12.53%以上,是田間持水量的85%以上,在圖中土壤含水率明顯高于其他處理,表明單次灌水量超過(guò)450 m3/hm2時(shí),會(huì)產(chǎn)生深層滲漏,在灌水定額設(shè)置時(shí)不宜超過(guò)450 m3/hm2。6月中旬(現(xiàn)蕾開(kāi)花期)前各處理土壤含水率變幅相對(duì)較小,6月下旬至7月中旬(幼果膨大期)長(zhǎng)棗開(kāi)始坐果,加之氣溫升高,棵間蒸發(fā)和植株蒸騰都相對(duì)增大,土壤含水率下降速度加快。2018年7月上旬至8月上旬受降雨影響各處理土壤含水率率處于較高水平。8月下旬至9月上旬(果實(shí)白熟期)灌水后各處理土壤含水率下降速度再次加快。9月中旬至10月上旬(果實(shí)成期)灌水前后土壤含水率變幅減緩,該階段主要為長(zhǎng)棗糖分積累階段因此耗水量較小。
2.1.2 不同處理灌水前后對(duì)靈武長(zhǎng)棗土壤水分變化的影響
根據(jù)靈武長(zhǎng)棗生育期,選取不同灌水定額,分析不同處理灌溉前后土壤含水率變化。2017年現(xiàn)蕾開(kāi)花期6月19日進(jìn)行第4次灌水,靈武長(zhǎng)棗開(kāi)花期灌水前后各層土壤含水率灌前、灌后及二者差值δ0的變化情況見(jiàn)圖3。圖3中看出,T1 灌水前后土壤含水率呈先增大后減小的趨勢(shì),灌水前后土壤含水率差值在30 cm 為極大值為3.7%,在60 cm 為1.1%,在100 cm 處為負(fù)值即灌水對(duì)100 cm處土壤未產(chǎn)生影響;T2處理灌水前后土壤含水率差值在40 cm 以上中增幅較大為3.5%~5.8%,對(duì)60 cm 處土壤含量差值為0.9%,在100 cm 處為負(fù)值即灌水對(duì)100 cm 處土壤未產(chǎn)生影響,長(zhǎng)棗根系消耗的水分主要在40 cm處;T3處理土壤含水率在40~60 cm 出現(xiàn)極大值為12.6%,灌水前后土壤含水率差值從10 cm 至100 cm 逐漸遞減,對(duì)100 cm 處土壤含水率有較小影響,說(shuō)明長(zhǎng)棗根系消耗的水分分布至30~60 cm 處;T4 處理土壤含水率在40 cm出現(xiàn)極大值,變化同處理T3。
圖2 2017-2018年靈武長(zhǎng)棗不同水分處理各土層土壤含水率變化過(guò)程線
圖3 2017年現(xiàn)蕾開(kāi)花期(第四次)灌水前后土壤含水率變化
2018年果實(shí)白熟期(第九次)灌水時(shí)間為8月19日,靈武長(zhǎng)棗果實(shí)白熟期灌水前后各層土壤含水率變化情況見(jiàn)圖4。由圖4得知:
圖4 幼果膨大期(第6次)灌水前后土壤含水率變化
當(dāng)灌水量為300 m3/hm2時(shí),灌水后土壤各層土壤含水率從上往下呈先增大后減小的趨勢(shì),土壤含水率在60 cm 處出現(xiàn)極大值;當(dāng)灌水量超過(guò)375 m3/hm2時(shí),灌后各層土壤含水率從深度10~40 cm 處快速增大,40~100 cm 處土壤含水率隨深度增加增幅不大,40~100 cm處灌后土壤含水率均值為11.43%,為田間持水量的78%。當(dāng)灌水量為600 m3/hm2時(shí),40~100 cm處灌水前后土壤含水率差值變化不大,主要因?yàn)楣嗨霸搶佣瓮寥篮瘦^高,處于田間持水量的80%以上。
綜合得出,土壤含水率差值在30~40 cm 處較大,該處為長(zhǎng)棗毛細(xì)根層的分布區(qū)域,單次灌水量低于225 m3/hm2對(duì)60 cm處土壤含水率影響較小,低于300 m3/hm2時(shí)對(duì)100 cm 處土層的含水率影響較小,灌水量超過(guò)450 m3/hm2時(shí),100 cm處土壤含水率有較大影響,即產(chǎn)生深層滲漏,在灌水定額選取時(shí)宜為300~450 m3/hm2。
本試驗(yàn)在田間條件下采用水量平衡法對(duì)靈武長(zhǎng)棗耗水量和耗水過(guò)程進(jìn)行分析。因?yàn)殪`武長(zhǎng)棗需水的生育期內(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(shù)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溉制度。根據(jù)水分收支情況,試驗(yàn)區(qū)耗水量可用公式(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。
從表3看出,各處理在生育期耗水量大小趨勢(shì)依次為:幼果膨大期>果實(shí)白熟期>現(xiàn)蕾開(kāi)花期>萌芽展葉期>果實(shí)成熟期>停長(zhǎng)落葉期。萌芽開(kāi)花期,氣溫較低,靈武長(zhǎng)棗蒸騰耗水只用于營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)發(fā)育,主要以棵間蒸發(fā)為主,各處理耗水量在34.0~47.37 mm 之間,各處理土壤水分均出現(xiàn)盈余,呈現(xiàn)灌溉增加土壤水分的蓄存階段?,F(xiàn)蕾開(kāi)花期,棗吊、棗頭、葉片和二次枝迅速生長(zhǎng),各處理耗水量逐漸提高在45.02~165.7 mm 之間,各處理土壤水分出現(xiàn)少量盈余。幼果膨大期,生殖生長(zhǎng)達(dá)到頂峰,耗水量陡增,各處理耗水量在115.31~260.57 mm,各處理土壤水分多出現(xiàn)虧缺。果實(shí)白熟期,耗水量相對(duì)較大,各處理耗水量137.74~203.29 mm。果實(shí)成熟期,靈武長(zhǎng)棗生理活動(dòng)開(kāi)始變緩,耗水量有所降低,耗水量26.02~62.62 mm。停長(zhǎng)落葉期靈武長(zhǎng)棗耗水量繼續(xù)降低,為耗水量為14.00~19.29 mm。
表3 靈武長(zhǎng)棗2017年、2018年各生育期耗水量mm
耗水強(qiáng)度反映了作物不同生育階段內(nèi)灌溉、施肥、氣象等對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的綜合影響。耗水強(qiáng)度(mm/d)=耗水量/灌水時(shí)間,靈武長(zhǎng)棗各生育期耗水強(qiáng)度見(jiàn)圖5。由圖5可知,2017年試驗(yàn)得出靈武長(zhǎng)棗全生育期內(nèi)耗水強(qiáng)度從萌芽展葉期至落葉期呈先上升后下降再上升又下降的趨勢(shì),現(xiàn)蕾開(kāi)花期耗水強(qiáng)度出現(xiàn)較大值,果實(shí)白熟期耗水強(qiáng)度達(dá)到頂峰。2018年試驗(yàn)得出靈武長(zhǎng)棗全生育期耗水強(qiáng)度從萌芽展葉期至停長(zhǎng)落葉器呈凸拋物線趨勢(shì),果實(shí)白熟期耗水強(qiáng)度達(dá)到頂峰,幼果膨大期耗水強(qiáng)度高于現(xiàn)蕾開(kāi)花期,2018年幼果膨大期降雨達(dá)84.33 mm,現(xiàn)蕾開(kāi)花期和果實(shí)白熟期為靈武長(zhǎng)棗需水關(guān)鍵期。各生育期耗水強(qiáng)度對(duì)比:果實(shí)白熟期>現(xiàn)蕾開(kāi)花期>幼果膨大期>果實(shí)成熟期>萌芽展葉期>停長(zhǎng)落葉期。各處理在萌芽展葉期耗水強(qiáng)度為1.13~1.58 mm/d,現(xiàn)蕾開(kāi)花期為1.29~5.54 mm/d,幼果膨大期耗水強(qiáng)度為2.26~5.11 mm/d,果實(shí)白熟期耗水強(qiáng)度處于各生育期最大,在4.44~6.56 mm/d 之間;成熟期耗水強(qiáng)度在1.08~2.61 mm/d,到落葉期逐步降至0.56~0.77 mm/d。從總體來(lái)看,各處理隨著灌水量和降雨量的增加,耗水強(qiáng)度也隨之增加。
圖5 靈武長(zhǎng)棗生育期各階段耗水強(qiáng)度變化動(dòng)態(tài)
不同試驗(yàn)處理靈武長(zhǎng)棗內(nèi)在品質(zhì)見(jiàn)表4。2017年各處理可溶性糖在45.0%~46.10%之間,處理T2 最大為48.8%;2018年各處理可溶性糖在15.4%~18.2%之間,處理T5 最大,為20.4%。Vc 具有還原性質(zhì),即抗氧化作用,保持靈武長(zhǎng)棗的新鮮香味。2017年各處理Vc 含量在242.43~258.13 mg/100 g 之間,處理T1最大為258.13 mg/100 g;2018年各處理Vc 含量在304.6~328.2 mg/100 g 之間,處理T1 最大為328.2 mg/100 g。2017年不同處理總酸的范圍為3.56 ~4.56 g/kg,2018年不同處理總酸的范圍為4.39~6.58 g/kg??扇苄怨绦挝锸翘恰⒂袡C(jī)酸及其他固體物質(zhì)的總和。2017年不同處理靈武長(zhǎng)棗可溶性固形物為31.10%~33.50%,其中處理T2最大為33.50%,T1處理為33.10%,T4和T3處理分別為32.70%和31.10%。2018年不同處理靈武長(zhǎng)棗可溶性固形物為17.9%~30.7%,其中處理T3 最大為30.7%,T2 處理次之為30.6%。綜合兩年試驗(yàn)結(jié)論,各處理之間差距較小,灌溉水量的不同對(duì)長(zhǎng)棗品質(zhì)的影響不顯著。
表4 生育期不同處理對(duì)靈武長(zhǎng)棗品質(zhì)的影響
由表4可知,2017年靈武長(zhǎng)棗T3 產(chǎn)量最高為16 080 kg/hm2,總體表現(xiàn)為T3>T4>T2>T1;作物水分生產(chǎn)率均為T3 最高,為2.91 kg/m3,總體表現(xiàn)均為,綜上試驗(yàn)結(jié)果采用T3處理為最優(yōu)處理,可達(dá)到更好的節(jié)水高產(chǎn)效果。2018年T5 產(chǎn)量最高為782.08 kg/hm2,總體表現(xiàn)為T5>T4>T3>T2>T1,隨著灌水量的增加,產(chǎn)量也隨之增加。水分生產(chǎn)效率T1最大為2.62 kg/m3,隨著灌水量的增加水分生產(chǎn)率逐漸下降,總體表現(xiàn)為T1>T2>T3>T4>T5。
根據(jù)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)村水利技術(shù)術(shù)語(yǔ)》(SL56-2013)[12],作物水分生產(chǎn)率為作物產(chǎn)量與全生育期耗水量的比值,單位為kg/m3。2017年水分生產(chǎn)率T3 最大為2.91kg/m3,表現(xiàn)為T3>T2>T1>T4;2018年水分生產(chǎn)率T1 最大為1.60 kg/m3,表現(xiàn)為T5>T4>T8>T7>T9>T6>T1>T2>T3,各處理間水分生產(chǎn)率差異不大。
綜合兩年試驗(yàn)結(jié)果,T3處理為最優(yōu)處理。即推薦靈武長(zhǎng)棗灌溉制度見(jiàn)表5。在此處理下靈武長(zhǎng)棗產(chǎn)量為11 184~16 080 m3/hm2;水分生產(chǎn)率為1.90~2.90 kg/m3。
表5 推薦靈武長(zhǎng)棗灌溉制度m3/hm2
(1)在整個(gè)生育期,各次灌水或降雨后土壤含水率發(fā)生顯著變化,且在整個(gè)生育期計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(100 cm)30~100 cm土層土壤含水率較大,其中30~60 cm 土層內(nèi)平均含水率為10.20%,約為70%的田間持水量,長(zhǎng)棗主根系分布于30~60 m,長(zhǎng)棗生長(zhǎng)土壤水分主要來(lái)源于30~60 cm的主要土層。
(2)單次灌水量低于225 m3/hm2對(duì)60 cm處土壤含水率影響較小,低于300 m3/hm2時(shí)對(duì)100 cm 處土層的含水率影響較小,灌水量超過(guò)450 m3/hm2時(shí),100 cm處土壤含水率有較大影響,即產(chǎn)生深層滲漏,在灌水定額選取時(shí)宜為300~450 m3/hm2。
(3)靈武長(zhǎng)棗各生育期耗水量大小趨勢(shì)依次為:果實(shí)膨大期>果實(shí)白熟期>幼果膨大期>現(xiàn)蕾開(kāi)花期>萌芽展葉期>果實(shí)成熟期>停長(zhǎng)落葉期,其各生育期階段耗水強(qiáng)度大小比較:果實(shí)白熟期>現(xiàn)蕾開(kāi)花期>幼果膨大期>果實(shí)成熟期>萌芽展葉期>停長(zhǎng)落葉期,現(xiàn)蕾開(kāi)花期和果實(shí)白熟期為靈武長(zhǎng)棗需水關(guān)鍵期。
(4)綜合兩年試驗(yàn)結(jié)果,T3 處理為最優(yōu)處理。在此處理下靈武長(zhǎng)棗產(chǎn)量為11 184~16 080 m3/hm2;水分生產(chǎn)率為1.90~2.90 kg/m3?!?/p>