地下渗灌对枣树生长、产量和水分利用效率的影响

韩懂懂，孙兆军,2,，焦炳忠，郭媛姣，李 茜，何 俊

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏大学资源环境学院，银川 750021；3.宁夏大学环境工程研究院，银川 750021；4．教育部中阿旱区特色资源与环境治理国际合作联合实验室；5.宁夏(中阿)旱区资源评价与环境调控重点实验室)

0 引 言

西北地区有着丰富的土地资源和充足的光照条件，有利于提升果实的甜度和品质，是发展林果业的理想区域[1,2]。发展林果业需从西北地区水资源匮乏、地表蒸发强烈以及果树深根性等特点出发，提出高效节水的灌溉方式，将水分和养分直接输送到植物根区，减少地表蒸发，提高水分利用效率[3]。地下灌溉是将灌溉水引入田间耕作区，通过土壤毛细管作用，湿润根区土壤，以供作物生长需要。目前，得到研究与应用的地下灌溉技术有：涌泉根灌[4]、垂直线源灌[5]、井式灌溉[6]等。程慧娟等[7,8]开展了垂直线源灌葡萄生长及水分利用效率方面的研究，表明垂直线源灌可减少地表蒸发，提高水分利用效率。车银伟等[9]开展了涌泉根灌对梨枣产量及水分利用的影响，得出枣树在涌泉根灌的灌溉方式下产量、水分利用效率和灌溉水利用效率均显著提高。

地下渗灌通过孔隙渗水和土壤毛管吸水作用将水分运送到植物根部，该灌溉方式可减少地表径流和棵间蒸发。针对地下渗灌的研究，目前主要集中在其湿润体大小[10]、湿润峰的运移[11]与灌水器适宜布置方式[12,13]等方面，以及地下渗灌对大田作物的影响研究，表明地下渗灌对大田作物具有良好的节水增产效果[14,15]，但关于地下渗灌在林木中的应用研究与其他灌水方式比较研究较少。为此，本研究采用大田试验，通过与管灌和地面滴灌的对比试验，探讨不同灌溉定额下地下渗灌对同心圆枣树生长指标、产量和水分利用效率的影响，以期为进一步推广地下渗灌技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及研究对象

试验区位于宁夏同心县王团镇(北纬36°50′，东经105°60′)。该地区属于中温带半干旱大陆性气候，多年平均气温8.6 ℃，干旱少雨，年平均降水量272.6 mm，年蒸发量大于2 000 mm，无霜期120～218 d，年平均日照3 024 h。试验区土壤的机械组成为：砂粒占53.6%，粉粒占30.2%，黏粒占16.2%，根据土壤质地划分标准可知试验区土壤为砂壤土，田间持水率24.11%，土壤容重1.36 g/cm3，全盐0.27 g/kg，全氮0.38 g/kg，全磷0.87 g/kg，速效磷15.30 mg/kg，速效钾440.93 mg/kg，有机质7.91 g/kg，土壤pH值为7.90。

本试验于2018年4-10月在该地区的宁夏旱作节水科技园区进行。灌水器是用低密度聚乙烯树脂与橡胶粉末按一定比例挤压成型的地下渗灌管道。试验所选树种为长势良好的5 a生同心圆枣树，树高2 m左右，株行距为2.5 m×3.5 m，种植密度为1 142 株/hm2。依据生长发育特性可将其划分为4个生育阶段，即萌芽展叶期(4月下旬至5月下旬)、开花座果期(6月上旬至7月上旬)、果实膨大期(7月中旬至8月下旬)、果实成熟期(9月上旬至10月上旬)。

1.2 试验设计

试验设置不同灌溉定额(828、1 248、1 668 m3/hm2)和不同灌溉方式(地下渗灌、地面滴灌、管灌)2因素3水平的田间试验，共9个处理，采用随机区组排列，每个处理为3株枣树，3次重复，每个试验小区面积为24 m2，共27个小区。渗灌管道绕枣树树干水平圆形铺设，半径40 cm、埋深30 cm。全生育期灌水5次。

表1 试验设计

1.3 观测项目及方法

(1)新梢长度、直径和枣吊长度：从萌芽展叶期开始到果实成熟期结束，用卷尺测定新梢长度和枣吊长度，用电子数显游标卡尺测量新梢直径。

(2)座果率：于开花座果前期记录标记枣吊的开花数(N1)，采收时统计标记枣吊的果实数量(N2)，按“座果率=N2/N1×100%”计算座果率。

(3)果实产量：在果实成熟期，分别在树冠各个方向及内膛各位置随机取样，测定50个样果的平均单果质量，按“产量=平均单果质量×单株果实数量”计算产量。

(4)枣树耗水量：根据水量平衡公式计算枣树耗水量。计算公式为：

ET=P+I+K-R-D-(Wt-W0)

(1)

式中：ET为耗水量，mm；P为保存在土壤计划湿润层内的有效降雨量，mm；I为灌水量，mm；K为时间段t内的地下水补给量，mm；R为径流量，mm；D为深层渗漏量，mm；Wt，W0为时段初和任一时间t时的土壤计划湿润层内的储水量，mm。

试验区地下水位在50 m以下，并且每次灌水量较少，故K、R、D忽略不计。试验期间降水量由试验区自动气象站采集，有效降雨量为246.5 mm。上式简化为：

ET=P+I-(Wt-W0)

(2)

(5)水分利用效率(WUE)的计算公式为：

WUE=产量/耗水量

(3)

1.4 数据分析

使用统计分析软件SPSS 22.0对试验数据进行分析，选择Duncan法进行处理间的差异显著性检验，检验水平P=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式及灌溉定额对枣树生长指标的影响

新梢和新梢直径生长可以反映树体生长速度和树体是否健壮的重要指标。从图1和图2可以看出，枣树萌芽展叶前期(5月1-8日)新梢生长速度较缓。枣树在萌芽展叶后期与开花座果前期(5月8日-6月2日)新梢快速生长。在开花座果后期和果实膨大前期(6月2日-7月26日)，新梢生长速度放缓。在果实膨大后期和果实成熟期，新梢基本停止生长，长度与粗度达到峰值，此后一直到果实成熟期新梢均变化不大。不同处理新梢生长情况和新梢直径变化呈现出不同的规律。当灌溉定额相同时，新梢长度表现为地面滴灌>地下渗灌>管灌，新梢直径表现为地下渗灌>地面滴灌>管灌。

图1 灌溉方式与灌溉定额对枣树新梢长度的影响

图2 灌溉方式与灌溉定额对枣树新梢直径的影响

枣树在枣吊上开花座果，从图3可以看出，枣树枣吊在萌芽展叶后期与开花座果前期(5月8日-6月2日)进入快速生长期，其枣吊快速生长。在开花座果后期和果实膨大前期(6月2日-7月26日)，枣吊生长速度放缓。枣吊在果实膨大后期和果实成熟期基本停止生长，长度达到峰值，此后一直到果实成熟期均变化不大。

图3 灌溉方式与灌溉定额对枣吊长度的影响

2.2 不同灌溉方式及灌溉定额对枣树开花座果率及产量的影响

开花数和座果率是影响果树单株产量的主要因素。从表2可以看出，T2处理的座果率最大，为6.94%，与T3、T6无显著差异(P>0.05)，与T1、T4、T5、T7、T8、T9有显著差异(P<0.05)。灌溉定额为W1时，枣树座果率大小表现为地下渗灌>地面滴灌>管灌，且地下渗灌处理的枣树座果率显著增加；灌溉定额为W2时，与其他两种灌溉方式相比，地下渗灌处理的枣树座果率显著增加；灌溉定额为W3时，与管灌相比，地下渗灌和地面滴灌显著提高了枣树的座果率。可见，相同灌溉定额时，地下渗灌与管灌相比能显著提高枣树座果率。

单果质量和单株结果数是影响果树单株产量的主要因素。从表2可以看出，T3处理的单果质量最大，为21.15 g，与其他处理无显著差异(P>0.05)；T2处理的单株结果数最多，为392个，与T3、T6无显著差异(P>0.05)，与T1、T4、T5、T7、T8、T9有显著差异(P<0.05)。T2处理的产量最高，为9 418.85 kg/hm2，与T3、T6无显著差异(P>0.05)，与T1、T4、T5、T7、T8、T9有显著差异(P<0.05)。不同处理对枣树单株结果数与产量的变化趋势类似且存在一定差异，平均单果质量无显著影响。说明不同处理对单果质量影响较小，产量主要受到单株结果数的影响。灌溉定额为W1时，枣树产量大小为地下渗灌>地面滴灌>管灌，且地下渗灌处理的枣树产量显著增加；灌溉定额为W2时，地下渗灌较地面滴灌和管灌显著增加枣树产量；灌溉定额为W3时，管灌与地面滴灌、地下渗灌相比显著降低了枣树的产量。可见，相同灌溉定额时，地下渗灌较管灌能够显著提高枣树产量。

表2 灌溉方式与灌溉定额对枣树开花座果率及产量的影响

注：不同英文小写字母表示各处理在0.05水平差异显著。

2.3 不同灌溉方式及灌溉定额对枣树水分利用效率的影响

枣树水分利用效率是衡量枣树产量与灌水量关系的重要指标。从表3可以看出，T2处理的水分利用效率最大，为3.84 kg/m3，与T1无显著差异(P>0.05)，与T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9有显著差异(P<0.05)。在灌溉定额为W1和W2时，不同灌溉方式下，地下渗灌显著提高了枣树水分利用效率；灌溉定额为W3时，相比其他两种灌溉方式，管灌条件下的枣树水分利用效率显著降低，而前两者间差异不显著。地下渗灌条件下，与灌溉定额W1和W2处理相比，灌溉定额为W3的处理显著降低了枣树水分利用效率，而前两者间差异不显著；地面滴灌条件下，不同灌溉定额处理间枣树水分利用效率无显著差异；管灌条件下，灌溉定额W2和W3处理相比灌溉定额W1处理枣树水分利用效率显著降低。可见，相同灌溉定额时，地下渗灌较地面滴灌和管灌能够显著提高枣树水分利用效率。

表3 灌溉方式与灌溉定额对枣树水分利用效率的影响

注：不同英文小写字母表示各处理在0.05水平差异显著。

3 讨 论

从研究结果可以看出，灌溉定额一定时，地下渗灌较地面滴灌和管灌能够显著增加枣树座果率。枣树根系密集区主要分布在土层0～100 cm[16,17]，因此，维持枣树生存最主要水分来源是0～100 cm土层。开花座果期是枣树的水分敏感期，根区土壤水分供应不足是影响枣树座果率低的主要因素之一[18,19]。在本试验中，开花座果期地面蒸发较强，相同灌溉定额时，管灌时流量大，灌水时间短，土壤表面湿润面积大、入渗缓慢，使其蒸发量增大，入渗的水分显著减少；滴灌条件下滴头流量小，土壤表面湿润面积小，水分蒸发较少；而地下渗灌可将水分直接灌到枣树的根部，减少了地面的无效蒸发，从而使灌入的水分发挥了更高效的作用。

枣树根区水分是决定枣树产量的关键因素之一。从枣树产量方面来看，与管灌、滴灌相比，地下渗灌条件下产量显著增加。一方面，座果率是影响果树单株产量的主要因素，与管灌、滴灌相比，地下灌溉能够促进枣吊的生长、增加枣树的座果率，有利于增加单颗枣树结果数；另一方面，相同灌溉定额条件下，与管灌、滴灌相比，地下灌溉提供给枣树根区有效水分较高，而土壤水分充足有利于枣树花芽形成和果实膨大，最终影响产量增加。水分利用效率(WUE)是反映植物同化特性的重要参数，是衡量作物产量与用水量关系的一种指标[20,21]。地下渗灌可以及时将作物所需水分送到根区，避免地面蒸发，起到很好的保墒作用，从而有助于提高枣树产量和水分利用效率。

4 结 语

综合考虑新梢长度、新梢直径、枣吊长度、座果率、产量、水分利用效率和经济效益等多种因素，得出地下渗灌对枣树有增产、节水效果，是一种值得推广的高效节水灌溉技术。在地下渗灌条件下，随灌溉定额增大到一定程度后枣树水分利用效率不再继续增大，反而有减小的趋势，灌溉定额为1 248 m3/hm2时既能满足高产又可实现节水，是一个最优的选择。因此最佳灌溉方式为地下渗灌、灌溉定额为1 248 m3/hm2，该处理产量最高(9 418.85 kg/hm2)、水分利用效率最高(3.84 kg/m3)。该试验研究为宁夏干旱地区高效节水种植同心圆枣树提供技术指导，也可为地下渗灌技术在西北干旱区推广提供理论依据。