不同灌水下限对灰枣树生长及水分利用效率的影响

马军勇，郑国玉，周建伟，郑强卿

(1.新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所，新疆石河子832000;2.农业部作物高效用水石河子科学观测实验站，新疆石河子832000)

枣树(Ziziphus jujubeMill.)，是鼠李科(Rhamnaceae)枣属植物，原产我国，栽培历史悠久，其果实红枣是我国特色干果，具有较高的药用和营养价值［1］。由于新疆独特的自然条件十分有利于红枣生长，我国红枣总产量的33%以上来自新疆。近年来新疆特色林果业发展迅猛，2018年新疆红枣产量高达361.19万吨，占其特色林果产量20%以上［2］，红枣已成为新疆特色林果的第一大产业，在新疆社会经济发展、生态环境保护以及农民脱贫致富奔小康中占有举足轻重的地位。随着新疆红枣种植面积不断扩大，灌溉用水量不断增加，水资源短缺的矛盾日益突出。

灌水下限是指适宜于作物生长的最低土壤水分含量的临界值，当土壤水分含量低于水分下限时，就会对作物的生长发育及产量造成影响，此时需通过灌溉提高土壤水分含量使作物正常生长［3］。灌水下限因土壤类型和作物不同而有一定的差别，国内学者对冬小麦［4］、青茄［5］、西瓜［6］、油葵［7］等开展了大量研究。马福生等［8］研究了滴灌条件下不同灌水下限对基质含水率、田间水利用、盆栽红掌生长和耗水的影响，结果表明:灌水下限为田间持水量的60%时，可在降低作物耗水量的同时提高红掌品质。杨文斌等［9］模拟了微喷条件下控制灌水下限对温室茼蒿生长和产量的影响，研究发现-15 kPa土水势作为控制灌水下限，有利于茼蒿生长，可以达到高产、节水的目的。牛勇等［10］对日光温室甜瓜进行了研究，结果表明:相对较低的土壤含水量促进根系发育、分生，有利于甜瓜叶面积、茎粗的增加，75%田间持水量灌水下限有利于提高甜瓜产量和品质。牛文全等［11］通过番茄滴灌试验，研究了不同灌水下限对番茄植株生长、果实形态、产量与品质的影响，发现灌水下限为田间持水量的60%为关中地区日光温室适宜的滴灌灌溉用水量。

现有的枣树灌水下限研究更多采用盆栽、温室等模拟条件，很少开展基于灌水下限的大田试验研究。本文通过研究不同灌水下限对干旱区灰枣树生长、产量和水分利用效率的影响，探究灌水下限对大田作物的影响，为干旱区节水灌溉和新疆特色林果业发展提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2017年3月—2017年10月在新疆建设兵团第二师 38 团(83°25＇～87°30＇E，35°40＇～40°10＇N)开展。该试验点地处新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州且末县境内，昆仑山、阿尔金山北麓，塔里木盆地东南缘，属典型的干旱沙漠性气候，多年平均降雨量18.1 mm，多年平均蒸发量2 824 mm，昼夜温差大，光热资源丰富，全年有效积温为2 250℃左右，全年无霜期190 d左右。试验区灰枣树树龄为6 a，行距3 m、株距1 m，树势均匀，长势较旺。枣树生育期内灌溉方式为滴灌，滴灌带布设于枣树两侧，间距为100 cm，滴头流量3.2 L·h-1，滴头间距30 cm。灰枣园土壤为壤质砂土，0～80 cm土壤平均田间持水量(质量含水率，θ田)为17.10%，平均干容重为 1.53 g·cm-3，地下水埋深 2.2 m左右。

1.2 试验设计

本试验为单因素4水平的灌溉试验，灌水下限分别为 θ田的40%(T1)，55%(T2)，70%(T3)和85%(T4)，每个处理设4次重复，共16个小区，每个小区均有3行枣树。试验小区根据田块随机排列，每个小区中选取3个点预埋1 m测量管，每隔2 d采用便携式时域反射仪(TRIME)对0～0.8 m平均土壤含水率进行测定，以确定是否需要灌溉。当各小区土壤含水量低于灌水下限时进行灌溉，各小区灌水定额通过旋翼式水表进行控制。灌水定额计算依据公式:

式中，M为灌水定额(mm);H为计划湿润层厚度(m)，本试验H取0.8 m;γ为土壤容重(g·cm-3)，该地块土壤容重为1.53(g·cm-3);P为润湿比，即湿润面积与土体面积的比值，本试验中枣树行距较大，P取0.5;θmax为灌水上限(%)，本试验θmax=θ田=17.10%;θmin为灌水下限(%)。

各处理灌溉方案详见表1。

1.3 指标测定与分析

1.3.1 土壤含水量测定 采用定点测定(TRIME)。每10～20 cm为1个测定段，最后用累计法计算整个土体的含水量;土壤含水量每隔2 d测定1次。

表1 各处理灌水定额和灌水周期Table 1 Irrigation amount and cycle

1.3.2 栆吊生长量测定 每个小区选取3棵长势基本一致的灰枣树，在每棵枣树同一高度上(距地面1.5 m)东、南、西、北4个方向各选取长势一致的1个二次枝，每个二次枝上选取不同枣股上位置不同的3个枣吊并标记，每15 d用皮尺(精度0.1 cm)测量1次枣吊长度，直到枣吊停止生长。

1.3.3 果实产量测定 各小区随机选取3颗枣树作为测产对象，将所选定枣树的全部果实进行采收、称重，并按照当地灰枣分级标准进行分级［12］。

1.3.4 作物水分利用效率计算 根据水量平衡原理计算灰枣树各生育期的田间耗水量:

式中，ET0-t为时段t内灰枣树田间耗水量(mm);W0、Wt分别为初始时刻0、任一时刻t的土壤质量含水率(mm);M为时段t内的灌水量(mm);P为时段t内的有效降水量(mm);K为时段t内的地下水补给量(mm);C为时段t内的排水量(mm)。试验区地下水埋深2.2 m左右，地下水无补给量(即K=0);根据试验监测的土壤含水率数据得出在深度80 cm以下土壤含水量基本无变化(即C=0)。故式(2)可化简为:

2017年试验区在灰枣树全生育期内降雨量8.8 mm(表2)。

枣树水分利用效率计算公式为:

式中，WUE为枣树水分利用效率(kg·m-3);m1为枣树产量(kg·hm-2);ET为枣树全生育期耗水量(mm)。1.3.5 数据处理与分析 试验数据使用Excel软件进行整理;使用SPSS 22.0软件进行数据分析(其中，选择Duncan法进行差异显著性检验，P=0.05);使用Origin 9.0作图。

2 结果与分析

2.1 灌水下限对枣树枣吊生长的影响

枣吊是枣树的结果枝，对枣树开花结果和光合反应有重要作用，适宜的枣吊长度可提高枣树开花坐果率。由图1可以看出，萌芽展叶期(4月20日—5月31日)枣吊生长速率较快，而开花坐果期(6月1日—7月10日)枣吊生长速率明显降低，进入果实膨大期(7月11日以后)枣吊基本停止生长。各处理枣吊长度均不断增加，但其增长速率不同。其中T4处理的枣吊平均长度最长31.11 cm，T1处理枣吊长度最短21.20 cm，T2和T3处理的枣吊平均长度分别为24.09 cm和28.27 cm。相较T4处理，各处理的栆吊长度分别减少了31.84%(T1)、22.55%(T2)、9.12%(T3)。说明随着灌水下限的增加可明显增加枣树结果枝长度。但结果枝过度增长，其他无效营养枝也会增加，增加田间作业强度，不利于后期开花坐果，过长的果枝在坐果期还需进行枣吊摘心。因此，不同灌水下限对枣吊的生长产生了显著影响，灌水下限的降低有效抑制了枣吊的过度生长。

表2 2017年试验区在灰枣树全生育期内降雨量Table 2 Rainfall in the study area during the whole growth period of gray jujube in 2017

图1 不同灌水下限对枣吊长度的影响Fig.1 Effects of different irrigation threshold on bearing branch length of jujube

2.2 灌水下限对红枣产量的影响

不同灌水下限对枣树果实等级及产量的影响见表3。处理 T1、T2、T3的单果重明显高于处理T4，且处理T4与T1、T2间差异显著。在果实比例方面，一级果比例随灌水下限的降低而显著提高，且最大值出现在处理T1，与处理T4相比各处理分别提高了39.02%、35.66%、21.76%;二级果比例虽也有所提高，但处理T2、T3、T4间差异均不显著;三级果比例随灌水下限的降低而明显降低，处理T1、T2、T3、T4的三级果比例分别为 18.03%、20.77%、24.39%、33.02%。不同灌水下限对红枣产量有不同程度的影响，处理T2、T3产量均高于处理T4且差异显著，较处理T4分别提高了11.20%、4.48%，而处理T1比处理T4产量减少了366.8 kg·hm-2。这是由于T1处理灌水周期较长，在灌水前容易引起干旱;T4处理灌水次数多，灌水量少，水肥不能有效供应枣树深层根系，T2、T3处理在开花坐果期提供了充足的水肥供应，有利于枣树坐果。因此，适度的灌水下限不仅有利于提高枣树产量，还可以增加一级、二级果实的比重。

2.3 灌水下限对枣树水分利用效率的影响

2.3.1 灌水下限对枣树耗水规律的影响 表4为各处理枣树全生育期耗水量及各生育阶段耗水量变化情况。从表4可以看出，枣树的全生育期耗水量和各生育阶段耗水量均随灌水下限的提高而增加，且T4处理达到最大值，其全生育期耗水量为623.14 mm。不同处理下萌芽展叶期、开花坐果期、果实膨大期、成熟期的平均耗水强度，分别为2.57、4.10、3.59 mm·d-1和 0.85 mm·d-1。因此，不同处理下各生育期内耗水强度都表现为开花坐果期＞果实膨大期＞萌芽展叶期＞成熟期，说明不同灌水下限对各生育期枣树需水程度影响不大。其中，开花坐果期对水分依赖程度最大，各处理下开花坐果期耗水量均占其全生育期耗水量30%以上。开花坐果期是枣树营养生长和生殖生长并进的时期，且此时气温升高，蒸发量也较大，因此枣树开花坐果期耗水强度最高。综上，灰枣的需水关键时期为开花坐果期和果实膨大期，应在该生育期内加强对土壤水分的农业生产管理措施。

表3 不同灌水下限对红枣重量及产量的影响Table 3 Effects of different irrigation threshold on fruit weight and yield of jujube

表4 不同灌水下限对枣树耗水规律的影响Table 4 Effects of different irrigation threshold on water consumption amount of jujube

2.3.2 灌水下限对枣树水分利用效率的影响 各处理枣树水分利用效率(WUE)如表5所示，不同灌水下限对提高枣树水分利用效率具有较大影响。各处理下水分利用效率由大到小为T2、T1、T3、T4。其中，处理T1、T2、T3的水分利用效率比处理T4分别提高了27.27%、28.28%、10.10%，因此降低灌水下限有利于提高枣树的水分利用效率。

表5 不同灌水下限对枣树水分利用效率的影响Table 5 Effects of different irrigation threshold on water use efficiency of jujube

3 讨论与结论

本文通过设置大田灌水下限试验对枣树生长、果实产量及水分利用效率进行研究，得出以下结论:

1)降低灌水下限可有效抑制枣树的营养生长。随着灌水下限的降低，对枣树枣吊生长抑制作用加剧，相较处理T4，各处理枣吊长度减少了9.12%～31.84%。

2)适宜的灌水下限可以提高枣树的产量和果实等级。不同灌水下限对枣树果实等级影响显著，处理T1、T2、T3的三级果比例降低至25%以下。其中，T1处理中一级果和二级果的比例最高，分别为42.61%和39.36%。不同灌水下限对红枣产量影响显著，其中处理T2产量最高，为6 832.9 kg·hm-2，较处理T4提高了11.26%。因此，适度的降低灌水下限不仅可以提高枣树产量，还能增加一级、二级果实的比重。

3)适宜的灌水下限有利于提高干旱区植物的水分利用效率。降低灌水下限有利于提高枣树的水分利用效率，其中:处理T1、T2、T3的水分利用效率较处理T4提高了10.10%～28.28%。综合考虑不同灌水下限对灰枣生长、产量以及水分利用效率的影响，在沙漠绿洲区灌水下限为田间持水率的55%较适宜于灰枣的生长和发育。