不同微润灌溉模式对枣树生长的影响

梁博惠，唐 瑞，何宝银，张上宁

(宁夏水利科学研究院，银川 750021)

0 引 言

灵武长枣属于鼠李科枣(Ziziphus jujube Mill.cv.)，品种优良[1]，是当地的特色产业之一[2]。由于种植的地区自然环境具有差异性，众多学者开展了不同地区不同灌溉方式下枣树的土壤下限情况、耗水规律、光合作用根系生长、灌溉制度等研究。滴灌作为新型的节水灌溉方式，目前广泛应用于枣树种植，朱华等[3, 4]采用滴灌灌溉方式通过研究灌水下限、枣树冠层生物量等方式对枣树的生长情况的影响及灌溉方式，盛统民[5]采用称重法研究枣树耗水规律，胡安焱等[6]结合气象条件探究枣树耗水规律，李应海等[7]采用膜下滴灌得出非充分灌溉下在7月中旬至8月下旬可增加灵武长枣灌水量。但是滴灌也存在部分问题，滴灌灌水的不均匀性会影响根系生长，且滴头易堵塞，造价高，对田间小气候的调节作用不太明显，这些问题制约着滴灌系统的推广与发展[8]。

微润灌溉作为一种新型高效节水灌溉技术，其原理是微润管采用半透膜渗透技术实现连续灌溉[9]，从而实现低耗水、作物高产量、高品质，具有极高的实际应用价值[10, 11]，汤英[12]等在宁夏地区利用微润灌溉果树，得出可以降低作物蒸发蒸腾量，微润灌溉的影响因素众多，张国祥[13]等得出微润灌产量高于普通浇灌，陶涛等[14]、吕望[15]等、张子卓[16]等研究表明供水压力水头和微润管埋深深度对水分入渗量和入渗速率的影响较大，薛万来[17]等认为土壤累计入渗量与压力水头呈正相关。

目前采用微灌灌溉方式种植枣树，探究其对枣树的生长影响及灌溉方式的极少。因此本文根据微润灌溉的影响因素及枣树的生长周期，设置不同的灌水压力、流量及灌溉方式，以研究对枣树生长的影响，并探究适宜的微灌灌溉种植模式，为后续研究提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况及试验设计

试验区位于东经106°6′26″-106°26′30″，北纬37°57′10″-37°57′22″，海拔高度为1 310 m，属于我国的西北内陆，远离海洋，为典型的大陆性季风气候，年平均气温为8.8 ℃，极端最高气温在1975年7月16日，达36.9 ℃，极端最低气温在1975年12月12日为-24 ℃，极端最低气温是衡量农作物越冬的重要标志。年平均降水量为193.4 mm，日照充足，光能资源丰富，多年平均总辐射为602.37 kJ/cm2，多年平均日照时数在2 936 h左右，风沙多，平均风速2.7 m/s。试验于2015年4月至2015年10月在宁夏吴忠市孙家滩高效节水农业示范园区进行，枣树微润灌溉试验区南北宽度115 m，东西长度120 m，面积约1.37 hm2，栽植4年生灵武长枣树32行共1 312 株，株行距为3 m×4.5 m，试验设置不同压力(流量)和灌水间隔时间，布设微润灌溉试验区实施.微润灌溉压力(流量)与不同灌溉时间组合如表1。

表1 试验设计Tab.1 Design of experiments

试验设置微润管水流入口压力为1 m(0.01 MPa)和2 m(0.02 MPa)两个值，储水罐水头压力8 m，微润管入口压力通过调节减压阀控制。经过实测，微润管在试验区埋深20 cm，1和2 m水头压力下，微润管的实测流量分别为2.4和3.36 L/(m·d)，即100和140 mL/(m·h)。试验田间布设为3个试验小区，其中试验处理S1区长宽为120 m×50 m，栽植枣树14行共575株，铺设微润管3 360 m；试验处理S2区长宽为120 m×20 m，栽植枣树5行共205株，铺微润管1 200 m；试验处理S3区长宽为120 m×45 m，栽植枣树13行共533株，铺设微润管3 120 m。

微润管铺设采用双行水平铺设，即在枣树两侧距树干20 cm处沿树行方向各埋设一根微润管，埋深20 cm，每个微润灌溉试验区进行统一管理灌溉，单元内微润管用Φ16PE管以回路方式连接，安装有排气管、排污管。微润管地下埋深如图1所示，埋设间隔W为40 cm，埋深H为20 cm，两条一组微润管形成地下深度0～80 cm、水平宽度80～100 cm的连续湿润土体。试验区供水主管道出口压力为8 m，通过调节各试验小区入口处的减压球阀，使各小区微润管入口水压控制在1 m(0.01 MPa)和2 m(0.02 MPa)。

图1 微润管地下埋深图Fig.1 Buried depth map of moistube

1.2 测定指标

土壤田间持水量：在每个试验处理小区选代表性取样点，分别在10、40和80 cm处采用环刀法取样，测定其土壤田间持水量。试验区10 cm处土壤田间持水量为19.84%、40 cm处为20.52%、80 cm处为21.66%，土壤田间持水量平均为21.00%，详见表2。

表2 土壤田间持水量Tab.2 Soil field capacity

土壤含水率：在试验区建立一套土壤墒情自动监测系统，实时监测土壤含水率。每个试验处理小区设置一个土壤含水率监测点，每个墒情监测点在5、15、30、50和60 cm埋设土壤墒情传感器，分别监测0～10、10～20、20～40、40～60和60～80 cm土层含水率。传感器监测到的土壤含水率数值，经烘干法矫正。处理S1取每间隔10～11 d的土壤含水率，S2、S3取每次灌前和灌后土壤含水率。

灌水时间、灌水量：根据试验设计设定的各试验处理小区入口压力和灌水时间，定时开启或关闭首部球阀，控制灌水和停灌时间。各个处理的灌水量通过水表观测记录。经过实测，试验处理1区在1 m水头压力(0.01 MPa)下，微润管的实际流量为2.4 L/(m·d)，即100 mL/(m·h)；试验处理2和处理3区在2 m水头压力(0.02 MPa)下，微润管的实际流量分别为3.36 L/(m·d)，即140 mL/(m·h)。

生长量：枣树新枝生长出来后，每个处理小区选取5株大小相近的枣树，采用游标卡尺固定测量其新枝地径，采用直尺测量新枝长度。

气象要素的测定：采用小型自动气象站观测试验区的空气温度和湿度、风、降水、太阳辐射等要素，2015年试验期间降雨量见表3。

表3 2015年4-9月降雨量Tab.3 April-September rainfall in 2015

1.3 数据处理

本试验原始数据的前期归纳总结及图表绘制采用Microsoft Excel 2007软件，采用Tukey法对数据进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 土壤含水率

试验区枣树自4月20日开始灌水，图2是各个处理在枣树生育期内土壤含水率的变化情况，从4月30日起至生长期灌水结束，处理S1：土壤10～60 cm平均含水率保持在15.11%～16.11%之间，平均为15.64%，为74.5%θf；处理S2：土壤10～60 cm平均含水率保持在13.85%～17.02%之间，平均为15.30%，为73.28%θf；处理S3：土壤10～60 cm平均含水率保持在13.76%～17.39%之间，平均为14.89%，为70.9%θf。整体来看，S1处理中土壤含水率的变化情况较为稳定，且土壤含水率保持在较高水平。

将S1、S2、S3进行比较，可以发现，生育期持续灌水的情况下(S1)，土壤水分由于一直处于高持水量状态，因此变化幅度基本为平缓状态，S2与S3的灌水方式相比，S2处理的各土层的灌水前与灌水后的土壤含水率差值较大。

S2和S3灌水至第10 d、S1灌水至约20 d，60～80 cm土层含水率达到或接近了此次试验该土层含水率最大值，之后，随着灌水—耗水过程的重复，0～60 cm各土层含水率变化较大，而60～80 cm土层含水率变化极小。试验区土壤无地下水补给，说明枣树蒸腾蒸发不消耗60 cm以下土层中的水分，只消耗60 cm以上土层中水分，且10～60 cm深度土层的含水率相差不大，也就是说，枣树的根系主要分布在10～60 cm处，为根系主要耗水层，因此10～60 cm处土壤含水率低于60～80 cm。而宁夏地区蒸发蒸腾量较高，灌水之后土壤表层含水率增高，但是随着蒸发蒸腾作用的进行，0～10 cm深度的土壤含水率会进行下降，因此0～10 cm土壤含水率随时间大幅变化，且低于其他土层深度的含水率。

由于微润灌溉以微量持续灌水的特点，枣树主要吸收根系分布范围10～60 cm土层的耗水量和供水量大体保持平衡，该土层含水率的变化反映了枣树根系吸收消耗土壤水的过程，土壤含水率保持在70%θf～75%θf之间。

2.2 灌水量与耗水量

试验处理1区，自4月20日开始在1 m水头压力(0.01 MPa)下持续灌水，至9月底，生长期共灌水162 d(1 d为24 h，下同)，单株枣树灌水量2 516 L/株(枣树密度750 株/hm2，下同)；试验处理2区，自4月20日开始在2 m水头压力(0.02 MPa)下，每灌水10 d间隔停灌5 d，至9月底，生长期共灌水113 d，折合单株枣树灌水量2 520 L/株；试验处理3区，自4月20日开始在2 m水头压力(0.02 MPa)下，初次连续灌水10 d，然后停灌5 d，之后每灌水5 d间隔停灌5 d，至9月底，生长期共灌水89 d，单株枣树灌水量2 100 L/株。

本试验在田间条件下采用水量平衡法对耗水量和耗水过程进行分析。因为枣树需水的生育期内变化，主要是其自身的生理特性与当地气象条件及土壤条件影响的结果，因而这种计算能够基本反映该区枣树耗水的实际变化趋势，且切合生产实际，从而便于调整灌水量定额和灌溉制度。试验区水量平衡可用公式(1)计算：

ET=(W0-WE)+M+P+K-D-R

(1)

式中：ET为耗水量，mm；W0、WE为生育期某阶段初、末100 cm土层的土壤含水量，mm；M为某阶段内的灌水量，mm；P为某阶段内的降雨量，mm；K为某阶段内地下水补给量，mm；D为深层渗漏量，mm；R为径流量，mm。

试验区地下水位埋藏较深，可不计地下水补给，生育期内降雨量较少，降水就地入渗，地表径流量可以忽略，在不考虑深层渗漏量的情况下，水量平衡方程可简化为公式(2)：

ET=(W0-WE)+M+P

(2)

采用上式计算生育期内各阶段各处理实际耗水量，耗水强度(mm/d)=耗水量/灌水时间，试验中灌水量采用水表进行记录。

根据表4及图3，自4月到7月，各处理灌水量和耗水强度逐步增大，至7月达到最大值；随后自7-9月灌水量和耗水强度逐步降低。本试验中，虽然各处理微润管入口设定了固定压力值，但是4-7月随着气温升高、枣树叶面积增大等，耗水强度增大，灌水量也随之增大；7-9月随着气温逐步下降，耗水强度减小，灌水量也随之下降。各处理间，生长期灌水量总量以处理S2最大，S1次之，S3最小；耗水强度总量以S2最大，S1次之，S3最小。这是由于S1为连续灌溉，土壤含水率一直在74.5%θf附近变化，微润管与土壤水分之间相对处于平衡状态，S2灌溉方式为不连续灌溉，土壤存在干湿交替状态，微润管与土壤之间会存在水势差，因而S2灌水量高于S1，S2耗水强度高于S1，S2与S3均为不连续灌溉，而S2一次灌水时间多于S3，因而S2灌水量高于S3，S2耗水量高于S3。

表4 生育期内各处理灌水量及耗水强度Tab.4 Irrigation amount and intensity of each treatment during the growth period

图3 各处理生育期灌水量与耗水强度变化情况Fig.3 Changes of irrigation water and water consumption intensity at different growth stages

2.3 枣树生长量

从4月到8月枣树地径和新枝生长量均逐步增大，至8月达到最大；进入9月，随着枣树进入结果期，枣树生长发育逐渐减缓，枣树地径和新枝生长量减小。枣树全生育期各处理地径生长量S2>S1>S3，与灌水量与耗水强度趋势一致；新枝生长量S1>S2>S3，灌水量和耗水强度大的处理其新枝生长量大，灌水量和耗水强度最小的处理新枝生长量也最小。分别对各处理枣树全生长期及各月地径增长量和新枝生长量采用Tukey法进行多重比较，比较结果如表5所示。

方差分析得出，不同的微润灌溉方案处理对枣树全生长期新枝生长量造成的差异达到了极显著水平，其S3与S1和S2之间的差异达到了极显著水平，S1和S2之间差异不显著，新枝生长量以S2>S1>S3，枣树全生长期微润灌溉方案以处理S2最优，处理S1次之。同理，分别对5月、6月、7月、8月和9月枣树地径增长量、新枝生长量进行方差分析，综合各月优选结果，5月、6月和7月的微润灌溉方案以处理S2最优，9月以处理S3方案最优；8月以地径增长量优选方案为处理S2，以新枝生长量优选结果为处理S3。以各月生长量为目标优选结果为：5月、6月、7月和8月的微润灌溉方案以处理S2最优，9月以处理S3方案最优。

3 结 语

(1)由于微润灌溉以微量持续灌水的特点，枣树主要吸收根系分布范围10～60 cm土层的耗水量和供水量大体保持平衡，土壤含水率保持在70%θf～75%θf之间。

表5 枣树生长量Tukey法多重比较结果Tab.5 Multiple comparison results of jujube growth by Tukey method

注：不同字母表示不同处理在同一生育阶段差异显著(P<0.05)与极显著(P<0.01)。

(2)各处理间，生长期灌水量总量以处理S2最大，S1次之，S3灌水量最小；耗水强度总量以S2最大，S1次之，S3灌水量最小。

(3)枣树全生育期中，各处理地径生长量S2>S1>S3，新枝生长量S1>S2>S3，不同处理枣树地径增长量和新枝生长量中S3与S1和S2之间的差异均达到了极显著水平，S1和S2之间差异均不显著，据此，枣树全生长期微润灌溉方案以处理S2最优，处理S1次之。

(4)综合各月优选结果，5月、6月和7月的微润灌溉方案以处理S2最优，9月以处理S3方案最优；8月以地径增长量优选方案为处理S2，以新枝生长量优选结果为处理S3。以各月生长量为目标优选结果为：5月、6月、7月和8月的微润灌溉方案以处理S2最优，9月以处理S3方案最优。

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