枸杞籬架栽培水肥一體化水分耗散影響因素分析

何 軍，田 英，楊經(jīng)波，秦 墾

（1.寧夏農(nóng)林科學院 枸杞科學研究所，寧夏 銀川 750002；2.國家枸杞工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川 750002；3.寧夏林業(yè)研究院種苗生物工程國家重點實驗室，寧夏 銀川 750004）

“水肥一體化”是將灌溉與施肥融為一體的高效農(nóng)業(yè)技術(shù)，通過將肥料溶解在灌溉水中，由滴灌系統(tǒng)均勻輸送給每一株作物，以滿足作物在不同生長發(fā)育時期對水分和養(yǎng)分的需要[1]。水肥一體化可以依照不同作物的需求，靈活、準確地設定施肥時間、用量和水肥比值[2]，還可以維持土壤適宜的水分和養(yǎng)分濃度[3]，減輕土壤板結(jié)，減少土壤蒸發(fā)量，使灌溉水資源利用率達到90%以上[4]。枸杞水肥一體化技術(shù)的應用，可以大大降低枸杞種植用水量和有效化肥使用量，減輕枸杞園土壤鹽堿化程度，節(jié)約人工成本，提高肥料利用率的同時，有效避免了由于肥料淋溶而污染地下水，有利于枸杞產(chǎn)量和品質(zhì)的提升[5-8]。目前，寧夏枸杞水肥一體化種植面積已達3 500 hm2，但是滴灌管基本都是直接鋪放在地表，不利于種植過程中的農(nóng)事操作，在除草、打藥、旋地等農(nóng)事操作過程中也避免不了對滴灌管的人為破壞，給滴灌管的維護帶來了巨大壓力?；h架栽培可以將滴灌管架設在地表以上，既可以實現(xiàn)與水肥一體化技術(shù)結(jié)合，也有利于除草、打藥及施肥等機械化管理，是枸杞實現(xiàn)機械化栽培的重要方向[9]，但滴灌管適合架設的位置和高度一直沒有科學的研究和數(shù)據(jù)支撐。因此，本試驗從水分耗散角度出發(fā)，以枸杞籬架滴灌為研究對象，探討不同滴灌高度下，溫度、濕度和風力對滴灌過程中水分耗散的影響，找到合適的滴灌高度，解決滴灌管破損維護的難題，也為枸杞籬架栽培模式建立和最大限度地利用水肥一體化技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及栽培方式概述

試驗材料為種植于寧夏銀川市賀蘭縣園藝產(chǎn)業(yè)園大棚內(nèi)的寧夏枸杞品種“寧杞7號”3齡樹，種植行距3.0 m、株距0.8 m。定植和田間管理按照常規(guī)枸杞栽培管理方式，不同之處在于定植前先設置安裝好籬架，即在定植行間隔設置支架，并在相鄰的支架間牽引至少2根架絲，通過架絲綁縛直立的主干固定桿后進行枸杞苗木定植，以保證枸杞幼苗的穩(wěn)定和直立生長，第一年整形時在定植的枸杞苗木成活后，在主干上選留一個強枝剪截定干，在剪口下萌發(fā)出的枝條中選留2個生長勢強的枝條，將其綁縛在主干左右兩側(cè)的第一根架絲上以培養(yǎng)第一層水平主枝，第二年整形時，在第一層水平主枝上方的位置選留1個徒長枝綁縛在主干固定桿上，然后從新萌發(fā)的枝條中沿主干左右兩側(cè)的第二根架絲上綁縛以培養(yǎng)第二層水平主枝。常規(guī)栽培中，滴灌管懸掛于支架上距離地面0.5 m高的位置處的第三根架絲上，隨后根據(jù)試驗方案的設計高度調(diào)整。

1.2 試驗設計

試驗于2016年8月在寧夏銀川市賀蘭縣園藝產(chǎn)業(yè)園大棚中進行。在初始滴灌系統(tǒng)的基礎上用竹竿綁置3組滴灌管，每組滴灌管為5個滴頭，重復3組。試驗分為無風和有風2種情況。

1.2.1 無風情況下第一組試驗，早上8：00把所有滴灌管的5個滴頭滴灌高度調(diào)為零，在每個滴頭下放一個桶，并且稱量每個桶的質(zhì)量，然后覆上桶蓋，打開滴灌系統(tǒng)，1 h后稱桶和水的質(zhì)量，減去桶的質(zhì)量，測量1 h的滴水量，以測定并保證滴頭的均勻度一致。從第二組試驗開始，每組滴灌的高度調(diào)節(jié)為0 cm、30 cm、50 cm、70 cm和90 cm。為了減少蒸騰，在每個圓形籮筐中裝滿有機質(zhì)，然后再放在桶上，稱量總質(zhì)量，滴水1 h后，再稱1次桶和有機質(zhì)總質(zhì)量，由總質(zhì)量減去滴水前的質(zhì)量，得到滴水1 h后的剩余水質(zhì)量，并且記下溫度和濕度，每天5次，連續(xù)重復3天。

1.2.2 有風情況下第一組試驗，早上8：00把所有滴灌管的5個滴頭滴灌高度調(diào)為零，在每個滴頭下放一個桶，并且稱量每個桶的質(zhì)量，然后覆上桶蓋，打開滴灌系統(tǒng)，1 h后稱桶和水的質(zhì)量，減去桶的質(zhì)量，測量1 h的滴水量。從第二組試驗開始，每組滴灌的高度調(diào)節(jié)為0 cm，30 cm，50 cm，70 cm和90 cm。在每個圓形籮筐中放滿有機質(zhì)，然后再放在桶上，稱量桶和基質(zhì)的總質(zhì)量，每個滴頭正前方20 cm、距離樹體20～30 cm放置一個電風扇，電風扇調(diào)為1檔，滴灌1 min后，用插牌在有機質(zhì)上做水滴落點的標記，然后讓電風扇運行，在每個滴頭旁用風速儀器測定風速，1 h后斷電，稱量桶、有機質(zhì)和水的總質(zhì)量，減去滴水前的總質(zhì)量，就是滴水1 h后的剩余水質(zhì)量，測量插牌標記處至水滴的飄移落點水平距離，每天重復5次。然后再把電風扇調(diào)為2檔和3檔，測其滴水1 h后的剩余水質(zhì)量和水滴的飄移落點水平距離。

水分耗散率（%）=（1 h滴水量-滴水1 h后的剩余水質(zhì)量）/1 h滴水量×100。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)分別采用Excel 2010和SPSS 19.0進行統(tǒng)計和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 無風情況下對水份耗散率的影響

由表1可知，在試驗的3 d時間里，均呈現(xiàn)從上午09：30開始，氣溫逐漸升高，到14：30達到最高。其中8月1日的最低溫度為24.2℃，最高35.2℃；8月2日最低溫度為20.5℃，最高溫度為35.5℃；8月3日最低溫度為21.4℃，最高溫度為34.6℃。試驗觀測3 d內(nèi)的平均溫度在29.5～30.7℃，8月1日的平均溫度相對于8月2日和8月3日偏高；從3 d內(nèi)同一監(jiān)測時間點的溫度差異比較來看，8月1日的溫度也普遍相對偏高，其中09：00、11：30、12：30的溫度均顯著高于8月2日和8月3日（P<0.05），8月3日這3個時間的溫度也均顯著高于8月2日（P<0.05）。從09：30到14：30，3 d內(nèi)不同時間段的溫度相差較大，溫度變化幅度分別為8月1日在13.64%～45.45%，8月2日在32.68%～73.17%，8月3日為25.70%～61.68%。

表1 無風情況下溫室的溫度差異 ℃

由表2可知，在3 d的試驗過程中，全天的平均濕度為8月1日＞8月3日＞8月2日。同一監(jiān)測時間溫度的高度和下降規(guī)律較為一致，均是8月1日顯著高于8月2日和8月3日，除09：30的濕度8月2日顯著高于8月3日外（P<0.05），其他時間均是8月2日顯著低于8月3日（P<0.05）。從09：30到14：30，濕度逐漸降低，其中09：00—11：30，降幅較大，降幅范圍在15.30%～24.40%，其中8月2日的降幅（24.4%）最大，大于8月3日的降幅17.10%和8月1日的15.30%。從11：30—14：30，濕度的下降幅度逐漸降低，降幅分別是8月1日（10.60%）＞8月2日（7.20%）＞8月3日（6.90%）?？梢?，溫度和濕度較高的8月1日中午11：30之后高溫時間濕度的變化幅度最大，高溫加快了水分的散失。

表2 無風情況下溫室的濕度差異 %

通過分析連續(xù)3 d的平均水分耗散率可知，隨著滴灌高度的增加，水分耗散率逐漸升高，0～30 cm之間，水分耗散率增幅不大（圖1-A），差異不顯著（P>0.05）（圖1-B），30～90 cm，水分耗散率增幅擴大，并且3 d中水分耗散率出現(xiàn)了較大差別，不同灌溉高度下的水分耗散率均是8月1日＞8月3日＞8月2日（圖1-A），隨著灌溉高度的升高，水分耗散率逐漸增大，30～90 cm兩兩之間均達到顯著差異水平（P<0.05）。因此，灌溉高度與水分耗散率呈正比，選擇合理的灌溉高度對于減少水分散失，增強節(jié)水灌溉效果是生產(chǎn)實踐中必須考慮的因素。結(jié)合表1、表2可以看出，3 d中的氣溫差別不大，濕度卻有很大差別。8月2日濕度最小，滴灌高度90 cm的情況下，水分耗散率為4.53%，未超過5%，在西北干旱區(qū)的枸杞種植企業(yè)的承受能力之內(nèi)。

圖1 不同滴灌高度無風條件下的水分耗散率

2.2 不同風速對水分耗散率的影響

試驗中電風扇測得1檔平均風速為1.25 m/s，相對應表3的1級風，2檔平均風速為2.63 m/s，相對應表3的2級風，3檔平均風速為3.57 m/s，相對應表3的3級風。

表3 不同風速對應的風力等級

由于寧夏地處西北干旱區(qū)，在枸杞生長生育期遇到刮風是不可避免的。由圖2-A可以看出，在同一級風力的影響下，隨著滴灌高度的增加，水分耗散率也隨著增加，在灌溉高度90 cm達到最高，為1級風下的4.16%、2級風下的5.32%和3級風下的7.01%，風力越大，水分耗散率越大，灌溉高度越高，水分耗散率越大；在同一滴灌高度，水分耗散率均是3級風水分耗散率＞2級風水分耗散率＞1級風水分耗散率。差異顯著性分析表明（圖2-B），相同風力下不同灌溉高度的水分耗散率均是90 cm＞70 cm＞50 cm＞30 cm＞0 cm，且兩兩之間的差異均達到了顯著水平（P<0.05）。在3級風的情況下，同一高度滴灌水分耗散率均比無風滴灌下的水分耗散率高，并且在90 cm滴灌高度下，3級風的水分耗散率為7.01%，遠遠超過了無風情況下同一高度4.53%的最大水分耗散率。

圖2 不同風速下的水分耗散率

在有風的情況下，籬架滴灌水滴在下落的過程中會受到風的影響而改變落點，從而會改變土壤的潤濕帶。從圖3可以看出，在同一風力的情況下，水滴飄移的水平距離隨著灌溉高度的增加而增加，滴灌高度為90 cm時，水滴飄移的水平距離最遠（圖3-A）。而在同一灌溉高度下，不同風力對水滴飄移水平距離的影響表現(xiàn)為隨著風力的增大，水滴漂移的水平距離也在逐漸增加，均是3級風下的水滴漂移水平距離顯著大于2級風下的水滴漂移水平距離和1級風下的水滴漂移水平距離（P<0.05），2級風下的水滴漂移水平距離顯著大于1級風下的水滴漂移水平距離（P<0.05），最大的3級風力下，灌溉高度90 cm處，水滴飄移水平距離為9.41 cm（圖3-B）。這與水分耗散率的表現(xiàn)和規(guī)律是一致的。

圖3 不同風速下的水滴飄移水平距離

2.3 不同風速下不同灌溉高度對水分耗散率擬合方程分析

圖4 展示了無風和有風情況下，30 cm、50 cm、70 cm、90 cm 4個不同灌溉高度的水分耗散率擬合關(guān)系。由圖4（A-D）可以看出，30 cm灌溉高度下與不同風速間的相關(guān)系數(shù)（R2）為0.987 9，50 cm灌溉高度下與不同風速間的相關(guān)系數(shù)（R2）為0.9 918，70 cm灌溉高度下與不同風速間的相關(guān)系數(shù)（R2）為0.987 2，90 cm灌溉高度下與不同風速間的相關(guān)系數(shù)（R2）為0.936 8。擬合方程的相關(guān)性系數(shù)大小是50 cm＞30 cm＞70 cm＞90 cm，說明滴灌高度為50 cm時水分耗散率最小，90 cm時水分耗散率最大。

圖4 不同灌溉高度下水分耗散率擬合方程

3 討論與結(jié)論

近年來，枸杞栽培除寧夏主要產(chǎn)區(qū)外，青海、甘肅、新疆、內(nèi)蒙古、河北等北方地區(qū)種植面積持續(xù)增加[9]。與傳統(tǒng)栽培模式相比，籬架栽培模式下的枸杞葉片明顯變大、增厚，樹體生長強勢，整形修剪簡便，節(jié)省人力成本，單株產(chǎn)量增加[9-10]。枸杞種植的大部分地區(qū)氣候干旱、風大、蒸發(fā)強烈，水資源較為寶貴。水肥一體化栽培技術(shù)的應用為干旱地區(qū)枸杞栽培提供了可靠保證。但是，在水肥一體化栽培滴灌過程中，水分的耗散難以避免。通常情況下，滴灌可以根據(jù)滴灌管的鋪設位置分為地表滴灌、地下滴灌和架上滴灌等，國內(nèi)外果樹栽培中較為常見的是架上滴灌，所謂架上灌溉是將滴灌帶（管）懸掛在距地面30～50 cm處，主要是為了方便果園田間中耕除草等作業(yè)[11]。目前，有關(guān)滴灌方式對果樹生長和水分消耗的研究較多，結(jié)果均表明滴灌與傳統(tǒng)漫灌相比，能有效減少水分消耗，促進果實產(chǎn)量和品質(zhì)的提升[11-13]。而對于滴灌管的高度及其在滴水過程中水分的耗散情況還未見報道。

本試驗通過在溫室小環(huán)境內(nèi)人工控制模擬有風和無風，研究不同滴灌管高度對水分耗散的影響，結(jié)果表明，在無風的情況下，濕度越小，水分的耗散率就越高，分析原因，蒸發(fā)是必須考慮的主要原因。已有研究表明，對干旱半干旱地區(qū)而言，蒸發(fā)是土壤水分喪失的主要途徑，導致水分虧缺的主要因素也是土壤蒸發(fā)[14-15]。在溫室小環(huán)境內(nèi)，8月初高溫且沒有風的情況下，通過連續(xù)3 d的溫濕度監(jiān)測可見，溫度越高，濕度越大，而濕度越小，蒸發(fā)越大，則水分耗散率越大，說明損耗的水分途徑主要源于蒸發(fā)。水分的耗散率會隨著滴灌的高度增加而增加，滴灌管高度在0～30 cm之間增幅不大，但是滴灌管高度30～90 cm之間增幅較大，滴灌管高度在90 cm處，水分耗散率達到最大。在有風的情況下，同一滴灌高度下，風力越大，水分耗散率越大，水滴飄移水平距離越大。在同一風力下，水分耗散率和水滴飄移水平距離隨滴灌高度的增加而增大。

滴灌管架設在距離地面50 cm高度，在模擬3級風以下，30～50 cm高度下的水分耗散率在2.37%～7.01%，水滴下落飄移的水平距離最大為5.52 cm，并且不影響農(nóng)事操作，對提高水分利用率和減少滴灌管維護成本具有積極作用，適合在枸杞籬架栽培中應用。有風和無風下，不同灌溉高度的水分耗散進行擬合方程也說明，滴灌高度為50 cm時水分耗散率最小，結(jié)合前述水分耗散率和水分漂移距離的數(shù)據(jù)來看，單純考慮水滴下落過程中因溫度、濕度、風力、土壤導致的水分耗散大小而言，在不影響機械作業(yè)的情況下，將滴灌管架設得越低越好，但是在標準化機械化應用的需求下，要考慮開溝施肥、株間除草機的作業(yè)高度，因此，在目前的枸杞籬架栽培生產(chǎn)實際中，將滴灌管架設在50 cm第一道絲上是可行的。

由于目前還沒有文獻報道有關(guān)果樹水肥一體化栽培技術(shù)中滴灌管架設高度對水分蒸散和水分利用效率的研究，無法與本試驗結(jié)果進行對比分析，本試驗結(jié)果也僅基于控制試驗的數(shù)據(jù)，但本研究對枸杞籬架水肥一體化栽培水利用依然提供了一些基礎數(shù)據(jù)支撐。還需要結(jié)合具體枸杞種植區(qū)生態(tài)類型、氣候條件、田間實際灌溉方式和灌溉量，對枸杞生長、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響等做進一步研究，這也是下一步開展枸杞籬架栽培模式下水肥一體化技術(shù)研究需要深入探討的內(nèi)容。