黄土丘陵山地枣树根际滴灌技术集成示范

曹海祥，刘晓丽，杨荣慧

(1.清涧县林业局，陕西 清涧 718300；2.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100)

黄土丘陵山地枣树根际滴灌技术集成示范

曹海祥1，刘晓丽2*，杨荣慧2

(1.清涧县林业局，陕西 清涧 718300；2.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100)

黄土丘陵山地枣树不同灌溉方式等量灌水试验结果表明，根际滴灌技术灌溉水利用率和增产效益显著，滴灌和根际滴灌产量比不灌溉分别增产12 075 kg·hm-2、15 150 kg·hm-2，WUE(水分利用率)滴灌提高66.94%；根际滴灌为72.07%，净增收入分别为62 536.0和76 086.0元·hm-2。田间管道根际滴灌比地表滴灌使用寿命期长，滴灌和根际滴灌的管道系统年使用折旧期分别为8 a和 12 a。

山地枣树；根际滴灌；灌溉水利用；增产效益

陕北自然降雨少，气候干燥，水是制约黄土丘陵山地枣树生长的主要因素。通过10年的山地枣树不同灌溉方式的水利用率及根系空间分布格局研究，实现山地高效节水灌溉和深根性枣树灌溉水的高效利用，开发研制根际滴灌新产品及创新灌溉技术集成，是提高山地水资源利用率和深根性枣树灌溉水利用效率的根本途径。

植物对灌溉(或土壤)水的吸收利用主要靠根系完成。长时间干旱对植物生长造成胁迫时，地表非充分灌溉水分入渗很难到达根系吸收层，只有灌溉水完全入渗到根系分布层才能得以利用[1,2]。因而，枣树经济林不同灌溉方法的灌溉水利用效果的评价指标，应以灌溉水入渗根系密集区间湿润体面积为依据。野外取样发现，黄土丘陵半干旱密植枣林随林龄变化的根系空间分布特征，4年生及以上树龄的根系主要分布在0～60 cm土层中，富集于20～60 cm，而表层(0～20 cm)根系相对较少[3]。根据土壤水分的测定发现，表层是水分蒸发的活跃区。由于地表蒸发快、灌溉后土壤湿润时间短，枣树对表层灌溉水的利用率很低。目前，清涧县店则沟村山地滴灌枣园遇到的主要问题是，传统地面滴灌方式下的灌溉水很难完全入渗到根系主要分布层。针对这一问题，在传统地面滴灌技术基础上，经技术改进、形成一种新的技术形式——“涌泉根灌技术”(图1)。将灌溉水直接灌入根系吸收层，既减少地面蒸发、又提高灌溉水利用率。2006-2008年观测[2]梨枣平均产量由2 250 kg·hm-2(稀植450株·hm-2)增加到19 800 kg·hm-2。但因山地高差大供水压力不稳定，滴头出水快、土壤入渗慢，从而形成地表积水。2014年在山地枣树低产园改造中，应用西北农林科技大学发明的“一种山地移动式滴灌装置”(专利号：ZL200820028612.1)与“多变量抗堵塞滴头”(专利号：200810017757.6)组合成“可移动根际滴灌新装置”[4～6]。经试验，供水系统压力稳、滴头出水均匀不易形成地表积水。通过采用从树木的根际直接灌溉和地表滴灌水的入渗湿润体峰值分布规律测定，该装置水源压力稳定，供水时不会因压力不稳、出水快形成地表水，水分可直接输送到达根系分布密集区，并位于自然耗散层之下。能减少了水分损失、拟制了杂草生长，有利于枣树对水分和肥料的充分吸收利用[7～9]。所以，该项技术是目前适宜黄土丘陵半干旱山地经济林高效灌溉方式。为了推广这一新技术，我们将根际灌溉的装置集成、使用技术和应用效果进行论述分析，为陕北山地枣树及类似干旱山地经济林的灌溉提供新的技术支撑借鉴。

图1 根际滴灌安装图

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2011年，在陕西省清涧县店则沟村枣树节水灌溉试验示范基地进行试验取样。该基地位于清涧县东部，北纬37°40′～38°06′，东经100°15′～110°16′，海拔951～1 029 m，面积4.1 km2，年平均温度8.9℃，≥10℃积温3 470℃，日照时数2 716 h，无霜期160～170 d。2011年平均降雨为480.8 mm，降水季节性分布不均匀，4-6月降水量少，且多为10 mm以下的无效降雨，而6-9月则占降水量的74.3%，且多以暴雨形式出现，强度大。试验地为坡地，土壤为黄绵土，有机质含量2.29 g．kg-1，pH值8.91。

1.2 装置集成与工作原理

1.2.1 根际滴灌装置集成 涌泉灌溉技术，又叫小管出流。该技术利用直径为4 mm的小塑料管与不同流量稳流器连接，安装在毛管上作为灌水器，以细流(射流)状局部湿润作物附近土壤。对于高大果树通常围绕树干修一渗水小沟，均匀湿润果树周围土壤。在米脂县孟岔村枣树示范基地，涌泉灌溉稳流器流量8 L·h-1，每株树布置1个出水口。为了减小土壤湿润面的蒸发损失，可将地面滴灌改成地下灌溉。但是地下灌溉(如地下渗灌和地下滴灌)仍存在以下两个问题[10～12]：

(1)地下滴灌管，在每次灌溉后出现负压吸土，这种现象会造成滴灌管上出水口的堵塞，降低滴灌效果和产品的使用寿命，更换滴灌管又会增加生产成本；

(2)埋在地下的滴灌管何时何处发生堵塞不易被人发现，维修难度大。

所以，对地下埋设的灌溉管预防堵塞、如何发现堵塞，成为技术人士所关注的重点和难点。实践中，在毛管上安装直径为4 mm 的微管，然后将微管埋入地下10 cm层次中，再将其出水口一端插入一个内空的透气装置(称为水流过渡保护器)。水流过渡保护器通常为圆筒形，长度20～30 cm，内径5～7 cm。所用材料可以专门制作，也可以利用市场上的废弃材料。本试验采用塑料瓶作为工程替代品，安装时水流过渡保护器一端与地面持平或高于地面1～2 cm，水流过渡保护器上方有透气孔，以防负压造成微管堵塞。水流过渡保护器竖直安放，其下端为出水口，出水口下方一般悬空5～10 cm，悬空部分正处在树木毛细根发达的部位，以利于树木的吸收。

1.2.2 工作原理与方法 根际滴灌关键技术是利用滴灌系统的滴头将灌溉水直接滴于根系密集分布层。滴头安装方法与抗堵塞技术原理是：利用打孔钻在地面打孔，将滴头插入洞里并悬吊与孔中即可(图1)，地下根际灌打孔深度是根据枣树的根系分布深度确定，打孔深度为35～45 cm 深，并将滴头插入孔内35 cm深处悬于孔内，但滴头下出水口不与孔底部土壤接触，然后滴头上部的孔用土与地面填平即可。

1.3 试验材料与处理

试验材料为10 a生枣树，栽植株行距2 m×3 m，1 665株·hm-2，试验地为20 °坡地。设置地面滴灌、根际滴灌和对照(ck)三个处理，各小区面积分别为0.15 hm2。地面滴灌和根际滴灌采用相同的灌水量，灌水时间分5月下旬初花期、6月中旬幼果期和7月中旬果实膨大期三次灌溉。三次灌水总量750 m3·hm-2，每次单株灌水量为0.15 m3。

1.4 试验测定方法

每次灌水停止后24 h，以滴水点为中心向下垂直挖剖面，观测土壤湿润体入渗峰值到达根系分布层面积。不同灌溉技术土壤分层含水量测定方法为灌溉24 h后，据滴灌点外50 cm处用土钻分层(10 cm)取土，测定深度100 cm，烘干法测定不同土层含水量。6—7月用相同方法每5 d测定一次，降雨前在测定位置铺设塑料布。果实成熟时，将各试验地果实全部采摘，称重法测定鲜果重量。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉土壤湿润体分布状态

不同灌溉方式土壤湿润体分布调查发现，地面滴灌土壤湿润体位于自然耗散层之上(图2)，根际滴灌土壤湿润体位于自然耗散层之下(图3)。图2和图3可以看出，根际滴灌土壤湿润体峰值在自然耗散层之下根系密集层，灌溉水能够得到充分利用，而地表滴灌有30%左右土壤湿润体位于地表20 cm自然耗散层，该区域既无根系，土壤水分又容易蒸发。所以从不同灌溉技术土壤湿润体位于根系分布层的比例看[13]，深根性经济林只有采取根际滴灌才能减少蒸发提高水肥的高效利用，尤其是水资源匮乏的干旱山地限量灌溉。

图2 地表滴灌 图3 根际滴灌

2.2 不同灌溉方法对根系分布层水分的影响

植物对水肥吸收主要是靠根系完成的，所以枣树根系层土壤含水量的提高是验证不同灌溉技术优劣的主要指标，灌溉后根层土壤能达到适宜含水量能合理协调水、气、热等因素之间的关系，使枣树开花坐果率提高而获得高产。

根据地面滴灌和根际滴灌停止24 h后0～100 cm土壤水分含量测定统计，地表滴灌一次灌溉水量250 m3·hm2，滴灌水分主要补充到0～50 cm土层中，根际滴灌土壤水分主要补充到20～70 cm土层中(表1)。地表滴灌0～20 cm无根系区土壤水分含量平均为15.5%，根际滴灌水分含量平均为10.5%，地表滴灌水补充到根系分布层之上，根际滴灌土壤接近自然含水量，灌溉水主要补充到20～70 cm根系密集区，土壤平均含水量补充到15.1%，根际滴管灌溉水补充到根系分布层。所以，不同灌溉土壤分层含水量测定结果表明，地表滴灌到达水肥吸收根系层的水分是有限的，只有根际滴灌水分完全到达根系分布层。

表1 不同灌溉方式土壤水分含量

2.3 根际滴灌增产效益分析

虽然枣树抗旱性强，但10 a生山地枣园滴灌和根际滴灌相同水量试验的产量结果表明(表2)，花期和坐果期采取补充灌溉，其增产结果为，两种灌溉技术增产幅度最大的是根际滴灌技术。山地10 a生枣树在不同生育期总灌水3次，年灌水定额750 m3·hm-2，滴灌和根际滴灌产量比不灌溉分别增产12 075 kg·hm-2和15 150 kg·hm-2，WUE分别提高66.94%和72.07%。

2.4 根际滴灌产出效益分析

不同滴灌方式，一次性基础设施投入后年运行成本折旧和产出效益的比较发现，地面滴灌、根际滴灌基础设施一次性投入都为30 000 元·hm-2。虽然基础设施投入相同，但因田间输水管和滴头埋人地下使用折旧年限不同，地面滴灌田间输水管露于地表管道易老化，使用期为8 a。根际滴灌输水管浅埋抗老化，滴头出水口有防护罩阻隔又抗堵塞，使用期为12 a。从地面滴灌和根际滴灌基础设施建设年运行成本和灌溉管理投入水费及人工费用与产出效益核算，不同滴灌投入和产出效益结果于见表3。

表2 不同灌溉技术增产效益比较

表3 不同灌水投入产出经济效益表

注：红枣价格以4.0元·kg-1计算。

表3可知，与不灌溉相比，地面滴灌、根际滴灌的净增收入分别为62 536.0和76 086.0元·hm-2，净增值率分别为57.7%和67.6%；地面滴灌、根际滴灌每方水产值分别为58.6和76.6元·m-3；根际滴灌净收入增加13 550.0元·hm-2。据地面滴灌系统总投入和不同滴灌方法有效使用年限的成本折算，地面滴灌和根际滴灌年平均折旧费分别为2 500和3 750元·hm-2，根际滴灌成本折旧费比滴灌降低1 250元·hm-2，由此可见，干旱缺水山地枣树根际灌溉增产潜力大，枣树根系分布深，地面灌溉水到达根系较少，深根性枣树地表滴灌水分利用低是产量提高的瓶颈；通过不同灌溉试验，枣园净收入均得到了大幅度提高，只是程度不同而已，尤其是根际滴灌方式，净增值率高达67.6%，所以根灌技术在山地经济林中有着广阔的推广前景。

3 结论

不同灌溉方式结果表明，根际滴灌技术是深根性植物最节水的滴灌方式，根际灌溉与传统地面灌溉比较，滴头埋于根系层供水，其主要效果是：

(1)由于枣树根系分布深，在限量非充分灌溉条件下，地面滴灌水不能完全进入根系分布层，灌溉湿润体位于自然耗散层，灌溉水利用率低。根际滴灌技术是将灌溉水直接滴于根系吸收层，灌溉水位于自然耗散层之下的根系分布层，供植物直接吸收利用，提高了灌溉水利用率。

(2)地面滴灌水位于自然耗散层，山地气候干燥地表灌溉水易于蒸发，仅起到对土壤短时间的补水作用，不利于根系的吸收利用。根际滴灌水在自然耗散层之下，灌溉水不易蒸发，土壤湿润持续时间长，有利于根系的吸收利用。

(3)根际滴灌地面输水管可以完全埋人地下，管道不易老化，使用寿命时间长，根际滴灌比地面滴灌折旧成本低。

(4)在相同灌水量条件下，根际滴灌比地面滴灌水利用率和增产效益显著。

[1] 杨荣慧,汪有科,刘守阳,等.抗堵塞滴头研制与根际滴灌技术集成应用研究[J].灌溉排水学报，2012,31(2)，79-81.

[2] 吴普特,汪有科,辛小桂,等.陕北山地红枣集雨微灌技术集成与示范[J].干旱地区农业研究,2008,26(4):1-6.

[3] 刘晓丽,汪有科,马理辉,等.密植枣林地深层土壤水分垂直变化与根系分布关系[J].农业机械学报,2013,44(7)65-69.

[4] 杨荣慧,雷玉山,孙宝胜,等.山地膜上节水灌溉的设计与制作研究[J].节水灌溉,2006,(4):20-21.

[5] 杨荣慧,陈建伟,王延平,等.山地新型简易滴灌系统设计与应用研究[J].西北林学院学报,2005,20(1)：98-101.

[6] 杨荣慧,陈建伟,王延平.山地节水滴灌设备研制及其应用效益的研究[J].西北农业学报,2004,13(2):98-101.

[7] 张振华,蔡焕杰,郭永昌,等.滴灌土壤湿润体影响因素的实验研究[J].农业工程学报,2002,18(2):17-20.

[8] 刘晓英,杨振刚,王天俊.滴灌条件下土壤水分运动规律的研究[J].水利学报,1990,21(1):11-21.

[9] 李光永,曾德超.滴灌土壤湿润体特征值的数值算法[J].水利学报,1997,28(7):1-6.

[10] 黄兴发,李光勇.地下滴灌技术的研究现状与发展[J].农业工程学报,2006,18(2):176-181.

[11] 李道西,罗金耀.地下滴灌技术的研究及其进展[J].中国农村水利水电,2003,(7)15-17.

[12] 马孝义,康绍忠.果树地下滴灌灌水技术田间试验研究[J].西北农业大学学报，2000,28(1)：57-61.

[13] 杨荣慧,张国荣,陈一平,等.田间土壤蒸散模型研究[J].西北林学院学报,2005,20(2):86-89.

Application of Rhizosphere Drip Irrigation to Mountain Jujube

CAO Hai-xiang1, LIU Xiao-li2, YANG Rong-hui2

(1.QingjianForestryBureau,Yulin,Shaanxi718300;2.NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100)

The experiments on same amount of water for Jujube irrigation in different methods showed that rhizosphere drip irrigation technology is efficient and beneficial.Drip and rhizosphere drip irrigation can increase the yield 12 075 kg and 15 150 kg·hm-2respectively over that of non-drip irrigation, with WUE of drip irrigation increased 66.94% and 72.07%.The net income has been increased by 62 536.0 and 76 086.0 yuan·hm-2respectively.Furthermore, the pipes for rhizosphere drip irrigation can used longer than that of the surface drip irrigation and their depreciation period of use is 8 and 12 years respectively.

Mountain jujube; rhizosphere drip irrigation; irrigation efficiency; benefit increased

2015-04-18 基金项目：国家自然科学基金(31200343)项目；林业科学技术推广项目([2014]46)；西北农林科技大学基本科研业务专项资金(2014YB058)。

曹海祥(1970-)，男，陕西清涧县人，工程师，主要从事红枣栽培技术管理。

S275.6

A

1001-2117(2015)05-0028-05

*通讯作者