南疆駿棗滴灌灌水量對不同生育期生長及土壤水分的影響

宋建峰，呂廷波，張 波

（1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)灌溉中心試驗(yàn)站，烏魯木齊830002；2.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆石河子832000；3.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子832000）

0 引 言

南疆和田地區(qū)屬溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，光照充足，干旱少雨，適宜駿棗生長。駿棗是該地區(qū)節(jié)水型特色林果業(yè)發(fā)展的重要經(jīng)濟(jì)作物之一[1]，然而當(dāng)?shù)貤椶r(nóng)節(jié)水意識薄弱，不同生育期灌水大多依靠經(jīng)驗(yàn)，具有一定的盲目性，導(dǎo)致駿棗產(chǎn)量和品質(zhì)降低，影響了水資源高效利用和特色林果業(yè)綠色發(fā)展。因此，研究駿棗適宜的灌溉方式及其在不同灌水定額下的動態(tài)生長變化，對準(zhǔn)確掌握駿棗各生育期生長特征，為該地區(qū)駿棗適時(shí)適量的滴灌灌溉提供科學(xué)依據(jù)。近年來，圍繞滴灌條件下不同灌溉方式對紅棗生長生理的影響和土壤水分運(yùn)移情況取得了階段性研究成果[2-6]。已有學(xué)者通過研究土壤水鹽動態(tài)來探討紅棗生長發(fā)育狀況和確定紅棗的最佳灌溉制度[7,8]；魏瑞鋒等[9]研究了水分脅迫對棗樹生長的影響，發(fā)現(xiàn)在果實(shí)膨大期和果實(shí)成熟期，重度和中度水分脅迫均降低了葉片凈光合速率；游磊等[10]對滴灌灰棗的研究表明，大流量滴頭和高灌水量對灰棗產(chǎn)量有明顯的提升；扁青永等[11]認(rèn)為，相較于高水和低水，中水（820 mm）條件下南疆沙區(qū)紅棗產(chǎn)量最高、水分利用效率最大；部分研究發(fā)現(xiàn)[12,13]，在干旱區(qū)采用滴灌技術(shù)可以顯著提高水分生產(chǎn)率，灌水頻率直接影響紅棗的產(chǎn)量和品質(zhì)，在適宜的灌溉定額下，采用高頻灌溉紅棗長勢較好，能獲得較高的產(chǎn)量，相同灌溉定額下，低頻灌溉可提高土壤含水率，有利于土壤水分的保持；王天宇等[14]研究了微咸水滴灌與噴灌對棗樹土壤含水率的影響，結(jié)果表明，微咸水滴灌可使表層土壤含水率提升2.6%，而噴灌僅使表層土提升0.7%，微咸水滴灌更利于紅棗的生長。然而，由于南疆和田地區(qū)氣候、棗樹種類、土壤環(huán)境、灌溉方式等條件與上述研究不同，這種極端干旱區(qū)駿棗生長、耗水規(guī)律的研究匱乏。本研究結(jié)合南疆極端干旱地區(qū)實(shí)際種植情況，探討不同灌水量對滴灌駿棗萌芽期、新梢期和花期生長情況的影響，并分析了這3個時(shí)期土壤水分的變化，探討適宜南疆和田地區(qū)駿棗生長前期的最佳灌水量，為駿棗高產(chǎn)種植提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年4月至11月在第十四師昆玉市224 團(tuán)皮墨墾區(qū)灌溉試驗(yàn)站（224 團(tuán)5 連，E79°16′44″，N37°13′1″）進(jìn)行，西距和田市75 km。該地區(qū)屬極端干旱區(qū)，全年降水稀少，日照時(shí)間長，蒸發(fā)量大，土壤鹽漬化較嚴(yán)重。根據(jù)224團(tuán)場氣象站資料顯示，試驗(yàn)區(qū)多年平均氣溫為12.2 ℃，其中7月份平均氣溫為25.5 ℃，極端最高氣溫高達(dá)40.6 ℃。平均風(fēng)速為2.1 m/s，最大風(fēng)速為25.6 m/s，多為西北風(fēng)。年均蒸發(fā)量為2 824 mm，年均降水量僅為33.4 mm。多年平均日照時(shí)數(shù)為2 610.6 h，無霜期天數(shù)多年平均為214 d，沙暴天數(shù)為18～52 d，浮塵天數(shù)多達(dá)200 d。最大凍土深度為0.67 m，試驗(yàn)區(qū)地下水埋深約為3.0 m。土壤質(zhì)地為沙壤土，各土層土壤干容重和田間持水率（重量百分?jǐn)?shù)）見表1。

表1 各土層土壤干容重及田間持水率Tab.1 Soil dry bulk density and field water holding rate of each soil layer

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試材選用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種駿棗，棗樹樹齡為12年，棗樹株行距1.5 m×3.0 m。灌水方式為滴灌每次灌水定額根據(jù)水表實(shí)際測定，灌溉采用一行兩管布置模式，分別位于棗樹兩側(cè)，距樹干30 cm，毛管為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的單翼迷宮式滴灌帶，滴頭間距30 cm，額定流量3.2 L/h。

結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際和之前研究結(jié)果，將灌水量設(shè)為5 400、5 850、6 300、6 750、7 200 m3/hm25 個水平，其中W4 處理是棗農(nóng)常年灌水量，作為對照處理，根據(jù)對照處理分別節(jié)水6.67%、13.33%、20.00%設(shè)置W3、W2、W1 處理，并提高6.67%水量設(shè)置高水處理W5。共設(shè)置15 個小區(qū)，每個小區(qū)長35 m，寬9 m，面積315 m2，各小區(qū)隨機(jī)排列，3 組重復(fù)，各處理、重復(fù)之間設(shè)置保護(hù)行。根據(jù)棗樹生長規(guī)律，將棗樹生育期分為5個階段：萌芽期，新梢期，開花坐果期，果實(shí)膨大期，果實(shí)成熟期，主要分析不同灌水量對棗樹前三個時(shí)期生長情況的影響。各生育期具體灌水情況見表2。

表2 各生育期灌水量 m3/hm2Tab.2 Irrigation amount during each growth period

1.3 測定項(xiàng)目與方法

（1）生長指標(biāo)。在棗樹萌芽展葉前每個處理選取5棵形態(tài)規(guī)模一致的棗樹進(jìn)行新稍長度、稍徑和棗吊的測定，棗樹發(fā)芽后選取長勢較強(qiáng)且初始長度一致的嫩芽，并用紅條標(biāo)記，每個生育期測量兩次，新稍長度和新稍直徑分別用皮卷尺和游標(biāo)卡尺測量，棗吊開花數(shù)采用人工測算。

（2）葉片生長。每個處理隨機(jī)選擇5棵棗樹，每棵棗樹隨機(jī)選擇3個葉片進(jìn)行葉片長和寬的測定，最后取其平均值。

（3）田間耗水量。根據(jù)水量平衡公式[15]計(jì)算駿棗每個生育期的田間耗水量：

式中：ET1-2為駿棗階段作物耗水量，mm；i為土壤層次計(jì)數(shù)；n為土壤層次總數(shù)；γi為第i層土壤干容重，g/cm3；Hi為第i層土壤厚度，cm；Wi1、Wi2分別為第i層土壤在時(shí)段始和末的重量含水率，%；M、K、P、C分別為時(shí)段內(nèi)的灌水量、地下水補(bǔ)給量、降水量和排水量，mm。

由于試驗(yàn)區(qū)地下水深度為3.0 m 以下，無地下水補(bǔ)給量，因此K=0；又由數(shù)據(jù)監(jiān)測可知土壤含水率在深度150 cm 以下基本無變化，故C=0；試驗(yàn)區(qū)位于極端干旱區(qū)，降雨量可忽略不計(jì)，P=0。因此，式（1）可化簡為：

（4）土壤含水率。采用烘干法分層測定100 cm 土體土壤含水率，分層高度為10 cm，各層依次取3 個樣求其平均值。取土周期為10～15 d，灌水前后加測。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010 和SPSS 25.0 進(jìn)行對比分析，用Origin 9.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量對駿棗新稍生長的影響

圖1 和圖2 分別是駿棗在萌芽期和花期新稍長度與新稍直徑的生長情況。新稍長度和直徑變化趨勢一致，在6月21日之前長勢較快，在開花坐果后期（6月21日之后）生長速度有所放緩，其中在5月15日與5月23日，各灌水處理新稍生長速度差距并不明顯，到了5月23日之后，差距開始增大，具體表現(xiàn)為：5月23日到6月5日，新稍直徑W3 增長速度最快，W4 次之，而W1、W2 和W5 生長速度最慢；新稍長度則表現(xiàn)為W4 生長最快，W3 次之、W5 最慢。6月5日到6月29日新梢長度和新稍直徑均滿足W3生長最快，W4次之、W5最慢。

圖1 新稍長度隨時(shí)間變化Fig.1 The length of the new tip varies with time

圖2 新稍直徑隨時(shí)間變化Fig.2 The new diameter varies with time

新稍長度和稍徑在6月29日最終生長量均滿足W5＜W1＜W2＜W4＜W3，其中新稍長度W1、W5均與W4（對照）差異達(dá)到顯著水平，而W2、W3則與W4差異不顯著；新稍直徑W1、W2 均與W4 差異顯著，W3、W5 則與W4 差異不顯著。與W4處理（對照）相比，W3 新梢長度對比增加7.90%，而W1、W3、W5 分別降低17.35%、12.59%、21.93%；新稍直徑則對比W4表現(xiàn)為，W3 增加20.12%，W1、W2、W5分別降低9.00%、6.97%、21.71%。由此可知，駿棗萌芽期、新稍期和開花坐果期低水（W1、W2）和高水（W5）處理對新梢長度及稍徑均有抑制作用，且高水抑制作用更加明顯，本試驗(yàn)條件下W3處理比較適宜駿棗生長。

2.2 不同灌水量對駿棗葉片及棗吊生長的影響

棗樹是耐旱植物，在光照充足和適宜水分條件下，長勢更好。表3是不同灌水量駿棗葉片長、寬及棗吊生長情況。隨著灌水量增加，棗樹葉片長、棗吊長、開花數(shù)均表現(xiàn)為先增大后減小的生長趨勢，各處理滿足W5＜W1＜W2＜W4＜W3，而葉片寬度則滿足W4＜W5＜W1＜W2＜W3。

表3 不同灌水量駿棗葉片及棗吊生長情況Tab.3 Growth of leaves and hanging of jujube with different irrigation amount

葉片長度，W1、W2 相較W4 表現(xiàn)為差異不顯著，W3、W5 相較W4 則表現(xiàn)為差異顯著，說明相較于對照處理（W4）干旱條件（W1、W2、W3）駿棗葉片生長效果較好，駿棗葉片長度與W4相差不大，甚至W3葉長顯著大于W4，而在高水環(huán)境下則相反，駿棗葉片長度明顯下降；葉片寬度，W1、W2、W5 與W4 相比表現(xiàn)為差異不顯著，而W3 則表現(xiàn)為差異顯著；棗吊長度，W2 相較W4 表現(xiàn)為差異不顯著，W1、W3、W5 相較W4 則表現(xiàn)為差異顯著，在最高水量和最低水量情況下，棗吊長度均相較對照有所減小；開花數(shù)，W2 相較W4 表現(xiàn)為差異不顯著，W1、W3、W5 相較W4 則表現(xiàn)為差異顯著，W3 棗吊生長量最大，開花數(shù)最多。由此可知，相較對照處理（W4），適宜降低灌水量（W3）可促進(jìn)棗樹生長。

2.3 不同灌水量棗樹萌芽期、新梢期和開花坐果期耗水強(qiáng)度對比

圖3是不同灌水量棗樹在萌芽期、新梢期和開花坐果期灌水量和作物耗水量大小及其變化規(guī)律，隨著灌水量的增加，棗樹在萌芽期平均耗水強(qiáng)度由1.87 mm/d增加到2.19 mm/d，變化量為0.32 mm/d；在新梢期則由2.95 mm/d 增加到3.81 mm/d，變化量為0.86 mm/d；在開花坐果前期由4.94 mm/d 增加到6.75 mm/d，變化量為1.81 mm/d；在開花坐果后期由6.09 mm/d 增加到7.80 mm/d，變化量為1.71 mm/d，由此可見，各處理平均耗水強(qiáng)度變化量表現(xiàn)為萌芽期＜新梢期＜開花坐果后期＜開花坐果前期。萌芽期到開花坐果后期總耗水量變化范圍為330.88～428.92 mm。各處理駿棗由萌芽期至開花坐果后期平均耗水強(qiáng)度變化趨勢一致，隨著時(shí)間的推移平均耗水強(qiáng)度逐漸增大，開花坐果后期平均耗水強(qiáng)度最大。

圖3 不同灌水量駿棗耗水情況Fig.3 Water consumption of jujube with different irrigation amounts

萌芽期（4月下旬至5月上旬）平均耗水強(qiáng)度最小，各處理平均值為2.01 mm/d，氣溫較低，棗樹生長較慢，蒸騰耗水主要用于駿棗萌芽展葉；新稍期（5月上旬至5月下旬）各處理平均耗水強(qiáng)度為3.44 mm/d，棗樹新稍和棗吊生長較快，棗樹葉片逐漸增大；開花坐果期時(shí)間較長，棗吊長度和開花數(shù)在這一生長階段不斷增長，在開花坐果前期（5月下旬至6月上旬），各處理平均耗水強(qiáng)度相對后期較小，耗水主要用于棗吊的伸長和棗吊開花，而到了開花坐果后期（6月中旬至7月上旬），氣溫較高，棗樹耗水強(qiáng)度逐漸升高并達(dá)到最大值（各處理平均值為7.00 mm/d），棗樹對水分比較敏感，棗吊幼果生長加快。

2.4 不同灌水量滴灌駿棗土壤水分動態(tài)變化

圖4是不同灌水量滴灌駿棗在萌芽期、新梢期和開花坐果期土壤水分動態(tài)變化情況。4月18日為試驗(yàn)地第一次灌水前取土，土壤水分含量最低，5月29日土壤水分含量最大。不同深度土層土壤水分隨時(shí)間推移變化規(guī)律相似，隨著時(shí)間推移先增大后減小。在0～100 cm 土層內(nèi)，從4月18日至6月28日，各處理在時(shí)間維度上土壤水分平均值W1 為5.35%，W2 為5.00%，W3 為5.72%，W4 為7.72%，W5 為6.76%，說明在0～100 cm 土層內(nèi)灌水量與土壤水分無正相關(guān)關(guān)系，增大灌水量并不能有效提高土壤水分含量。

圖4 不同灌水量滴灌駿棗土壤水分動態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of soil moisture under drip irrigation with different irrigation amounts

由圖4 可得，0～20 cm 土層內(nèi)，4月18日各處理（W1 至W5）土壤水分平均值為1.78%，5月10日為3.02%，5月29日為2.72%，6月28日為2.13%；同理可得20～80 cm 土層內(nèi)土壤水分平均值分別為4.63%、6.36%、6.95%、6.04%；80～100 cm 土層土壤水分平均值分別為8.44%、8.81%、12.09%、10.30%?？梢?～20 cm表層土水分含量極低，試驗(yàn)區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠南緣，氣溫較高，上層土壤水分蒸發(fā)嚴(yán)重；20～80 cm 土層土壤水分次之，土層較深，受氣溫影響較小；80～100 cm 深土層的土壤水分含量最高，由此可知試驗(yàn)地土壤水分含量存在明顯的分層現(xiàn)象：80～100 cm 土層＞20～80 cm 土層＞0～20 cm土層。

3 討 論

本研究對駿棗新稍生長分析發(fā)現(xiàn)，適宜降低灌水量對新稍增長具有促進(jìn)作用，高水與低水都能抑制棗樹新稍生長，而高水比低水抑制效果更加明顯，這與扁青永等[16]研究結(jié)果相似。棗樹各生育期耗水量與天氣狀況和棗樹生長發(fā)育情況息息相關(guān)[17]，棗樹在不同生育階段耗水情況不同，灌水量增加，耗水量也隨之增大，耗水高峰一般在開花坐果期和果實(shí)膨大期，本試驗(yàn)條件下，開花坐果期耗水最大，這與洪明等[18]研究結(jié)果一致。研究表明[19]，隨著灌水量的增加，土壤水分含量增大，但本試驗(yàn)地位于塔克拉瑪干沙漠南緣，氣溫較高，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤分層現(xiàn)象明顯，增大灌水量并不能使土壤水分增大，這與胡家?guī)浀萚20]的研究結(jié)果相似。

適宜的灌溉制度對棗樹生長至關(guān)重要，特別是棗樹在生長前期，灌水量和灌水頻率能直接影響棗樹新稍和棗吊生長[21,22]，進(jìn)而影響棗吊座果率、產(chǎn)量和品質(zhì)。研究區(qū)棗農(nóng)灌水完全依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)而合理的灌水標(biāo)準(zhǔn)，灌水比較盲目，本試驗(yàn)條件下，W3 處理最適宜棗樹生長，棗樹新稍和棗吊生長狀況較好，適宜做最優(yōu)的灌溉制度，然而本文沒有考慮其他因素對棗樹生長的影響，比如施肥情況，以及施肥和灌水的交互作用對棗樹生長的影響，這為本試驗(yàn)接下來的研究提供一定程度的參考。

4 結(jié) 論

（1）棗樹在生長前期6 300 m3/hm2灌水量處理?xiàng)l件下新稍生長情況最好，高水和低水處理對新梢生長均有抑制作用，且高水抑制作用更加明顯；與此同時(shí)棗樹葉片長、棗吊長、開花數(shù)生長情況均比其他處理明顯高，適宜降低灌水量可促進(jìn)棗樹生長。

（2）平均耗水強(qiáng)度表現(xiàn)為萌芽期＜新梢期＜開花坐果后期＜開花坐果前期，萌芽期到開花坐果后期總耗水量變化范圍為330.88～428.92 mm。

（3）試驗(yàn)地土壤水分含量存在明顯的分層現(xiàn)象，80～100 cm 土層水分含量最高，20～80 cm 土層次之，0～20 cm 土層最低；在0～100 cm 土層內(nèi)灌水量與土壤水分無正相關(guān)關(guān)系，增大灌水量并不能有效提高土壤水分含量。