不同保墑滴灌處理下棗園內(nèi)溫度及水分的變化研究

劉東輝

（遼寧省喀左縣林業(yè)種苗管理站，遼寧 喀左 122300）

遼西地區(qū)氣候干旱，生態(tài)環(huán)境脆弱，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，存在嚴重的水土流失等問題。降雨量少，水資源缺乏是目前當?shù)剞r(nóng)林業(yè)發(fā)展的最大制約因素。傳統(tǒng)的經(jīng)濟發(fā)展模式和耕作方式使生態(tài)環(huán)境愈加脆弱，多年的生態(tài)退耕還林（還草）等措施在改善生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整、促進地方經(jīng)濟發(fā)展等方面起到了積極的作用[1-2]。

棗樹是鼠李科棗屬植物，為落葉小喬木，果實維生素含量豐富，除了鮮食，還可以制作酒棗、蜜棗等老少皆宜的食品。棗樹耐旱，耐貧瘠和耐鹽堿土壤，在遼西地區(qū)大面積栽植。但由于遼西地區(qū)水資源有限，基礎(chǔ)灌溉設(shè)施配套不完善，很大程度上制約了新品種棗園的營建及集約化生產(chǎn)，不利于實現(xiàn)棗的優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)，因此還需要結(jié)合當?shù)貙嶋H探索棗園高效節(jié)水技術(shù)，將其節(jié)水的潛力充分地挖掘出來[2]。

保墑覆蓋是干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項有效的技術(shù)措施，覆蓋的材料可選擇秸稈、地膜、砂石等，目前以地膜、秸稈覆蓋應(yīng)用最多[3]。保墑覆蓋技術(shù)發(fā)展已比較成熟，節(jié)水增產(chǎn)效果明顯[4-5]。滴灌是近些年研究出的先進節(jié)水灌溉技術(shù)，可結(jié)合植物生長的實際需求進行科學灌溉，最大程度地減少水資源浪費、提高水分利用率[6]。通過適時、適量滴灌，營造出適合植物根系生長的土壤水肥氣熱等環(huán)境，取得節(jié)水、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的效果[7-10]。

基于此，本研究在遼西地區(qū)棗園內(nèi)開展不同保墑滴灌措施下土壤溫度及水分的變化情況研究，為建立適合遼西地區(qū)棗園集約化生產(chǎn)應(yīng)用的節(jié)水高產(chǎn)技術(shù)體系提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試樹種為生長6 年的平頂棗樹，種植規(guī)格為株行距2 m×2 m。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 結(jié)合棗園試驗地的實際情況設(shè)計5 個處理，分別為地表覆蓋玉米秸稈+滴灌、地下覆蓋玉米秸稈+滴灌、地下覆蓋玉米秸稈+地表覆蓋玉米秸稈+滴灌、地表覆膜+滴灌、未覆蓋地膜及秸稈+滴灌（CK）。

地表覆蓋玉米秸稈+滴灌：即在棗園內(nèi)地表覆蓋1 層玉米秸稈（20 t·hm-2），不需要進行地表的深翻處理；覆蓋物下安置滴灌設(shè)備，控制滴頭流量3 L·h-1。

地下覆蓋玉米秸稈+滴灌：深翻地表，將地下20 cm 土層翻出，覆蓋1 層玉米秸稈（20 t·hm-2），回填土、踩實；覆蓋物下安置滴灌設(shè)備，控制滴頭流量3 L·h-1。

地下覆蓋玉米秸稈+地表覆蓋玉米秸稈+滴灌：深翻地表，將地下20 cm 土層翻出，覆蓋1層玉米秸稈（10 t·hm-2），回填土、踩實后在地表覆蓋1 層玉米秸稈（10 t·hm-2）；覆蓋物下安置滴灌設(shè)備，控制滴頭流量3 L·h-1。

地表覆膜+滴灌：順著棗樹行起壟（20 cm寬），地面上順著棗樹根莖鋪設(shè)1 層0.014 mm厚度的聚乙烯地膜，邊緣用細碎的土充分壓實；膜下安置滴灌設(shè)備，控制滴頭流量3 L·h-1。

每個處理均重復(fù)3 次，共計15 個處理。每個小區(qū)的面積為60 m2（6 m×10 m）。試驗期間除了保墑滴灌處理按照試驗設(shè)計的要求有所差異外，其他管理均保持一致。在棗樹生長需水的關(guān)鍵階段結(jié)合棗園內(nèi)土壤實際的水分情況進行灌溉。

1.2.2 調(diào)查方法 每個小區(qū)隨機選擇3 株觀測棗樹，距棗樹主干40 cm 左右垂直向下插入1 個長度150 cm 的測定管（型號DVERN2000），由上至下每10 cm 安置1 個滴頭。各處理的布置均保持一致，避免因布設(shè)不同而造成試驗誤差。在每個小區(qū)中央的固定位置布設(shè)地表直桿土壤溫度計和直角地溫計，于2021 年5 月30 日、6 月30 日、7 月30 日、8 月30 日對不同土層均溫進行統(tǒng)計，均溫采取當日8：00、14：00、20：00 3 個時間段測量數(shù)據(jù)的平均值，觀測溫度的深度包括0，5，10，15 和20 cm。采用土鉆法測定0 ～20 cm，20 ～80 cm，80 ～150 cm 的土壤平均含水量；分別于2021 年6 月5 日、6 月25 日、7 月15 日、8 月5 日、8 月25 日進行統(tǒng)計，重復(fù)3 次，最后取平均值。

1.3 試驗區(qū)概況

試驗安排在遼寧省朝陽市一棗園內(nèi)，內(nèi)部沒有雜草。試驗區(qū)屬于北溫帶半干旱大陸性季風氣候，降雨量少，氣溫偏高，光照條件好；氣溫年平均值為8.4 ℃；降雨量年均465.1 mm 左右，6—7 月降雨量少，進入7 月后降雨量明顯增加；光照時長年均2 628.2 h；風速年均2.9 m·s-1；無霜期年均153 d。0 ～40 cm 土層內(nèi)的養(yǎng)分：有機質(zhì)2.2 g·kg-1、速效氮34.1 mg·kg-1、有效磷2.8 mg·kg-1、有效鉀101.8 mg·kg-1、pH 8.3。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同保墑滴灌措施下棗園內(nèi)土壤溫度變化分析

分別于5 月30 日、6 月30 日、7 月30 日、8 月30 日對棗園內(nèi)不同保墑滴灌措施下土壤0，5，10，15 和20 cm 的平均溫度進行測量、分析，結(jié)果見表1。

根據(jù)表1 可知，在不同保墑滴灌措施處理下，隨著時間的變化，土壤內(nèi)各層均溫表現(xiàn)出基本一致的趨勢，整體溫度相對最高的處理為地表覆膜+滴灌措施，未覆蓋地膜及秸稈+滴灌的處理與地下覆蓋玉米秸稈+滴灌處理的土壤溫度居中，其他2 個處理的土壤溫度最低。分析其原因，在于地膜組成為聚合的大分子，表面沒有空隙且透光度高，因此膜內(nèi)保溫效果好；而秸稈覆蓋在溫度高的季節(jié)對太陽輻射的反射率高，加上秸稈吸收太陽輻射后導(dǎo)熱率較小，不易起到熱量往地表傳遞的作用，造成地表溫度較低。各處理在7 月30 日之后土壤內(nèi)的溫度有陡然降低的趨勢，分析其原因，可能是試驗期間外界氣溫出現(xiàn)了較大的變化，進而影響到土壤內(nèi)的溫度。各處理0 ～20 cm 土層內(nèi)的溫度差極值降低的速度以地下覆蓋玉米秸稈+滴灌的處理為最大，其次為未覆蓋地膜及秸稈+滴灌的對照，排在第3 位的是地表覆膜+滴灌處理，以地下覆蓋玉米秸稈+地表覆蓋玉米秸稈+滴灌的處理溫度降低速度最慢。

表1 不同保墑滴灌措施下棗園內(nèi)不同土層、不同時間土壤溫度變化分析 （℃）

續(xù)表1 不同保墑滴灌措施下棗園內(nèi)不同土層、不同時間土壤溫度變化分析 （℃）

2.2 不同保墑滴灌措施下棗園內(nèi)土壤水分變化分析

試驗分別于6 月5 日、6 月25 日、7 月15 日、8 月5 日、8 月25 日對棗園內(nèi)不同保墑滴灌措施下0 ～20、20 ～80、80 ～150 cm 的土壤平均含水量進行測量、分析，結(jié)果見表2。

根據(jù)表2 可知，0 ～20 cm 土層，地下覆蓋玉米秸稈+地表覆蓋玉米秸稈+滴灌的處理、地表覆蓋玉米秸稈+滴灌的處理與未覆蓋地膜及秸稈+滴灌的對照處理之間差異較大，表明這2 個處理土壤的保墑效果更好。分析其原因，主要由于地表覆蓋1 層玉米秸稈對降雨直接沖擊地表起到了一定的緩解作用，使土壤的團粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、減少了水土流失，土壤疏松、有著更好的導(dǎo)水性，使降雨更快地下滲到土壤中。與此同時地表覆蓋的秸稈可以使太陽對地面的輻射作用得到一定的削弱，降低土壤溫度，使水分的蒸發(fā)作用有所減弱，且大氣中的水蒸氣遇到了覆蓋的作物秸稈后通過液化作用成為液態(tài)水又返回到土壤中，使土壤內(nèi)含水量有明顯的提高。覆蓋地膜處理下，由于土壤溫度比其他處理高，水分蒸發(fā)更快、從地膜邊緣溢出，加快了土壤水分的散失速度。

土壤中20 ～80 cm 土層（表2），地表覆蓋玉米秸稈+滴灌、地下覆蓋玉米秸稈+滴灌、地下覆蓋玉米秸稈+地表覆蓋玉米秸稈+滴灌的處理與未覆蓋地膜及秸稈+滴灌的對照處理和地表覆膜+滴灌處理有明顯的差異，表明地表或者地下覆蓋玉米秸稈的處理較覆蓋地膜在保墑效果上更好，土壤含水量增加明顯。分析其原因，可能在于覆蓋秸稈后，土壤水分通過毛細管作用輸向地表的能力受到了抑制，因此土壤含水量相對較高。

土壤中80 ～150 cm 土層（表2），各保墑滴灌處理的土壤含水量隨著時間的延遲變化趨勢基本一致，表明不同保墑滴灌措施沒有明顯影響80 ～150 cm 土壤含水量變化趨勢，但各保墑滴灌處理下土壤含水量存在一定的差異，分析其原因，可能在于80 ～150 cm 土層內(nèi)前期含水量存在差異。

表2 不同保墑滴灌措施下棗園內(nèi)不同土層、不同時間土壤水分變化分析 （%）

續(xù)表2 不同保墑滴灌措施下棗園內(nèi)不同土層、不同時間土壤水分變化分析 （%）

結(jié)合不同土層土壤含水量的分析，各處理土壤含水量的整體排序為地下覆蓋玉米秸稈+地表覆蓋玉米秸稈+滴灌＞地表覆蓋玉米秸稈+滴灌＞地下覆蓋玉米秸稈+滴灌＞未覆蓋地膜及秸稈+滴灌（CK）＞地表覆膜+滴灌。由此可知，在棗樹的整個生育期內(nèi)，通過覆蓋玉米秸稈+滴灌的保墑措施，使土壤的結(jié)構(gòu)得到了一定的改善、含水量得到了提高。在0 ～150 cm 土層內(nèi)，保墑效果最好的處理為地下覆蓋玉米秸稈+地表覆蓋玉米秸稈+滴灌，一方面通過地表覆蓋玉米秸稈使土壤的蒸發(fā)作用得到了一定的抑制，使降雨更容易下滲到土壤中，另一方面將秸稈埋入到深層土壤中對水分通過毛細管運輸?shù)耐ǖ肋M行了切斷，減少了土壤中水分往地表輸送、蒸發(fā)，進而保持較高的含水量。

3 結(jié)論與討論

通過對棗園內(nèi)不同保墑滴灌處理下不同時間和不同土層內(nèi)的溫度、水分變化情況進行分析，可知覆蓋作物秸稈的效應(yīng)不僅是增溫，還包括降溫，覆蓋地膜在改善土壤溫度方面的效果僅為增溫，因此覆蓋秸稈的處理使土壤溫度在不同時間的變化幅度明顯小于覆蓋地膜+滴灌的處理，可以為棗樹根系活動創(chuàng)造較為穩(wěn)定、適宜的溫度條件；覆蓋秸稈的滴灌處理對增加土壤含水量的效果比僅覆蓋地膜的滴灌處理明顯，可以為棗樹生長提供足夠的水分條件。因此，建議遼西地區(qū)棗園推廣地表覆蓋玉米秸稈+地下覆蓋玉米秸稈+滴灌的處理方式。

土壤溫度可以綜合表征土壤的熱狀況，一般大氣溫度、近地面的空氣熱平衡等均可對土壤內(nèi)的溫度分布情況產(chǎn)生影響[11-12]。土壤的溫度變化屬于復(fù)合的變化過程，在不同時間、不同土層下土壤的熱量收支平衡有不同程度的變化，因此土壤溫度表現(xiàn)出的時空分布特征較為明顯[11-12]。

棗樹根系在土壤分布的深度以20 ～80 cm為主，生長時間早于地上部分，具有更長的生長期，一般在土壤溫度7.2 ℃左右時逐漸開始活動，10 ℃～20 ℃時生長速度緩慢，快速生長溫度為22 ℃～25 ℃。結(jié)合本試驗的結(jié)果，在2021 年試驗?zāi)攴堇?，覆蓋秸稈的3 個處理土壤溫度更加利于棗樹根系的生長，覆蓋地膜+滴灌的處理在5 月30 日0 ～10 cm 土層內(nèi)溫度可超過27 ℃，對棗樹根系的生長不利。

本試驗是2021 年的觀測結(jié)果，未來將繼續(xù)開展長期定位觀測，為保墑滴灌措施的實施提供更加完善的定量化指標。目前地膜覆蓋、作物秸稈覆蓋在平原地區(qū)應(yīng)用較多，有較為深入的保墑機理方面的研究，但在遼西干旱山區(qū)的研究不多，尤其是結(jié)合滴灌措施應(yīng)用方面的研究更少，未來可結(jié)合當?shù)貧夂蛱卣?，將秸稈覆蓋與滴灌定量化技術(shù)結(jié)合起來進行研究和推廣，以推動節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展。