枣树根系土壤水分运移的研究进展

喻彩丽 花元涛 刘书东

摘要：综述了枣树根系在土壤中的生长规律及营养物质运输途径;介绍了我国水资源情况，分析了滴管灌溉的原理和果林种植业中节水灌溉的情况;对水分和有机质在土壤中的运移进行了总结，并构建了根在土壤水资源中水分运移模型的方式，提供了根系在土壤水分运移模式的理论基础，并为红枣产业水资源的保护和利用研究提供了新思路。

关键词：枣树;根系;水分运移;灌溉模式;滴灌深度;入渗模型

枣树（Jujube）为鼠李科（Rhamnaceae）枣属木本植物，落叶小乔木。枣树在我国种植历史悠久，据考证有8 000多年的历史，其果实俗称大枣、红枣或枣子。枣树最早记载于我国古典文献《诗经》中，认为黄河流域中下游是我国古代枣树种植最早的地区[1]。我国古典书籍中，关于红枣在药用方面价值的记载主要有久食有益脾胃、益智延年、养生保健等功效[2]。近些年来我国西部省份也开始大量栽植枣树，尤其是在新疆。由于新疆地区具有昼夜温差大等特点，利于枣子价值提高，枣树在新疆地区的种植面积不断扩大。在21世纪初期，枣树在我国的栽植面积已经突破150多万hm2，占全世界种植面积的98%以上[3]。在新疆，枣树的种植面积高达45.92万hm2，枣子的产量已经达到了105.8万t，其中新疆生产建设兵团种植面积就达10.49万hm2，产量达43.45万t[4]。随着精准扶贫力度的加大，加强林果业的经济发展成为我国西部振兴的基础，符合“金山银山不如清水绿山”的发展理念。目前，枣树的种植管理水平还需要进一步提高，对应加工产业也有巨大的发展空间。

红枣作为一种药食同源的食品，不但能食用，还有药物疗效。记载枣为药物的有关文献历史已有2 000多年，枣有比较丰富的营养成分和药物活性成分[5]，有“补品之王”和“上等补品”之称[6]。红枣具有多种可以用于食用和药用的价值[7]。研究表明，红枣含有黄酮类、糖类、环磷酸腺苷等活性成分，具增强免疫力、抗肿瘤、降血脂等功效[8-12]。

枣对于人们的生活有很多好处，怎样更好地种植枣树是每个种植工作者应该思考的问题，尤其是关于枣树土壤水分运移的研究。

1 农业用水的分布及其灌溉模式

水资源主要被用于工业、农业生产以及日常生活等，而目前农业用水占比最多。据不完全统计，全球近70%的淡水资源主要用于农业灌溉。尽管如此，农业发展的关键问题其实还是水资源问题，水资源不足使农业在生产总量上大幅度减少。同时，农业灌溉技术没有得到普及，农业用水的利用率偏低。在我国绝大多数地区，农业灌溉水资源浪费极其严重。因此在农业领域，节水是最重要的目标之一。目前全世界已经开始着手解决水资源匮乏以及用水紧张的问题。基于此，人们在农业生产中提出节水灌溉管理，这不但可以阻止水资源的过度浪费，还能使水肥在植物根系部位得到更高效的运用，促进精准和高效农业的发展。节水灌溉技术是一种包括现代农业生产技术和农田水利基础设施综合利用的工程技术，不但能够改善农业生产实际中的节约用水问题，还可以提高劳动生产力。

我国农业灌溉用水利用率低，每年农业灌溉所需要总水量高达3 800亿m3，占我国总用水量的70%以上，而水资源利用系数却不足0.4，造成了极大的水资源浪费。一些发达国家早在20世纪的四五十年代就开始在农业生产中研究利用节水灌溉的方法，并且取得了较好的科研成果。节水灌溉技术主要利用了输水管道在运输水分过程中具备良好的防渗性，并结合水分滴灌、喷灌技术等科学灌溉方法以及設备自动化装置技术等，使用节水灌溉技术后，灌溉用水的利用系数可高达0.8。

随着水资源匮乏程度的加剧，我国对农业节水问题已经开始重视起来。2012年国务院发布了《国家农业节水纲要（2012—2020）》;2013年农业部发布了《水肥一体化技术指导意见》，对具体的水肥一体化推广面积进行了量化;2016年农业部又颁布《推进水肥一体化实施方案（2016—2020年）》。在国家政策的影响下，我国实施节水灌溉的农业面积已超过1 000万hm2。

2 地下滴灌深度对枣树根系和水分的影响

枣树根系是枣树吸收水分、养分及矿物质等的关键部位。为了确保根系在土壤中健壮生长，确认根系需要水分的范围，更好地提高枣树产量和水分利用率，工作人员通过调查，采取了相应的灌溉技术。要增大枣树生产种植规模，需要调控地下滴灌深度等。传统栽培管理中，大多数枣树的根系和所吸收水分分布在较浅的土壤表层区域，这一现象的产生原因有很多，其中主要原因是枣树根系为了吸收足够的水分和养料等，导致其根部被迫生长于受到灌溉的土壤表层区域。因此，灌溉深度对枣树根系在垂直、水平方向上的生长分布范围都有一定的影响。此外，随着地下滴灌技术的不断发展，滴水的深度也在不断增加，根系的生长分布特征也逐渐地从“宽浅”的生理模式逐步发展成为“深根”的生理模式，从而能够更好地适应枣树的生长。

目前在我国灌溉领域中，地下滴灌技术属于新型高效节能的一种灌溉应用技术，其主要原理是通过应用重力及毛细管的作用，使得水肥混合液能够从地下滴灌管道处，有效且缓慢地渗透到植物的整个根系部分，从而在很大程度上提高水分的利用率。除此之外，应用这一灌溉技术，可以更为科学、合理、适时地输送水肥养料。这也为枣树的生长发育、果实品质的提高等提供了更为良好的生长基础和环境。随着地下滴灌深度的不断增加，枣树根系会出现以下3种变化：（1）生长密度会随着灌溉的深度逐渐地变小;（2）能够对水肥营养物质元素进行更为有效、合理的吸收和利用;（3）周围土壤的滴灌区域得到最大范围的增大。

3 枣树根系吸水研究

枣树在生长过程中需从土壤中吸收水分和各种营养物质，增施氮肥能够促进枣树新梢生长，增强枣树根系吸水能力。枣树种植中，其根系生长情况和土壤水分的分布状况是密不可分的。在早期生产上，减少落花和落果的主要方法是充分利用叶片光合作用以及有效吸收水分，促进果实的膨大。关于果树根系吸水的情况和根系在土壤中分布的相关性研究最早主要由Cardner等科学家在1964年提出[13]。之后的几年内，研究者认为，根干的质量、根系的数量等对根系吸收水分都起着极其重要的作用[14-15]。有一些研究者发现，当根部直径大于 2 mm 时，根系以输导为主;当根部直径小于2 mm时，根系以吸水为主[16]。

参考文献：

[1]刘 聪. 新疆红枣的功能性成分及加工工艺的研究[D]. 杭州：浙江大学，2014.

[2]刘润平. 红枣的营养价值及其保健作用[J]. 中国食物与营养，2009，23（12）：50-52.

[3]梁 鸿. 中国红枣及红枣产业的发展现状、存在问题和对策的研究[D]. 西安：陕西师范大学，2006.

[4]石国强. 新疆兵团红枣产业发展战略研究[D]. 石河子：石河子大学，2013.

[5]张艳红. 红枣中营养成分测定及质量评价[D]. 乌鲁木齐：新疆大学，2007.

[6]刘孟军. 中国红枣产业的现状与发展建议[J]. 果农之友，2008（3）：3-5.

[7]李淑子，张 本. 大枣的化学和药理研究概况[J]. 中草药，1983，14（10）：39-46.

[8]王爱蓉. 枣的营养与药用价值[J]. 科技情报开发与经济，2005，15（23）：143-145.

[9]萝 莉. 大枣生物活性多糖分离及抗氧化活性研究[D]. 郑州：河南工业大学，2013.

[10]杨世平，孙润广，陈国良，等. 红枣中营养、药用有效成分多糖的分离与提纯及其鉴定[J]. 延安大学学报，2004，23（3）：38-40.

[11]张文杰，陈锦屏，马娟峰. 红枣主要活性成分及其药理作用的研究进展[J]. 农产品加，2008，10（10）：48-50.

[12]Wojdyo A，Carbonell-BarrachinaA，Legua P，et al.Phenolic composition，ascorbic acid content，and antioxidant capacity of Spanish jujube （Ziziphus jujube Mill.） fruits[J]. Food Chemistry，2016，107（15）：307-314.

[13]Gardner W R. Relation of root distribution to water uptake and availability[J]. Agronomy Journal，1964，56（1）：41-45.

[14]薛丽华，段俊杰，王志敏，等. 不同水分条件对冬小麦根系时空分布、土壤水利用和产量的影响[J]. 生态学报，2010，30（19）：5296-5305.

[15]李彩霞，孙景生，周新国，等. 隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布[J]. 生态学报，2011，31（14）：3956-3963.

[16]郝仲勇，杨培岭，刘洪禄，等. 苹果树根系分布特性的试验研究[J]. 中国农业大学学报，1998，3（6）：63-66.

[17]冀果信. 我国鲜枣出口的制约因素及其对策[J]. 北京农业，2002（7）：4-6.

[18]宋锋惠，俞 涛，卓热木·塔西，等. 红枣根系生长于地上部生长的相关性分析[J]. 新疆农业科学，2010，47（12）：2416-2420.

[19]李景娟，高建伟. 氮磷调控根系形态的分子机制研究进展[J]. 山东农业科学，2013，45（6）：123-129.

[20]Chun L，Mi G H，Li J S，et al. Genetic analysis of maize root characteristics in response to low nitrogen stress[J]. Plant and Soil，2005，276（1/2）：369-382.

[21]Tian Q Y，Chen F J，Zhang F S，et al. Possible involvement of cytokinin in nitrate-mediated root growth in maize[J]. Plant and Soil，2005，277（1/2）：185-196.

[22]Williamson L C，Ribrioux S P，Fitter A H，et al. Phosphate availability regulates root system architecture in Arabidopsis[J]. Plant Physiol，2001，126（2）：875-882.

[23]Svistoonoff S，Creff A，Reymond M，et al. Root tip contact with low-phosphate media reprograms plant root architecture [J]. Nat Genet，2007，39（6）：792-796.

[24]Bonser A M，Lynch J，Snapp S.Effect of phosphorus deficiency on growth angle of basal roots in Phaseolus vulgaris[J]. New Phytol，1996，132（2）：281-288.

[25]Ayars J E，Schoneman R A，Dale F，et al. Managing subsurface drip irrigation in the presence of shallow group water[J]. Agricultural Water Management，2001，47（3）：243-264.

[26]王麗娟，王文科，王 哲，等. 奎屯河流域包气带盐分分布特征与影响因素[J]. 地球科学与环境学报，2008，30（4）：429-433.

[27]Novok V. Estimation of soil-water extraction patterns by root[J]. Agricultural Water Management，1987，12（4）：271-278.

[28]Nimah M N，Hanks R J. Model for estimating soil water，plant，and atmospheric interrelations：Ⅱ. Field test of model[J]. Soil Science Society of America Journal，1973，37（4）：528-532.

[29]Lambert J R，Vries F W T P D. Dynamics of water in the soil-plant-atmosphere- 7-system：a model named troika[M]//Physical aspects of soil water and salts in ecosystems.Heidelberg： Springer Berlin Heidelberg，1973：257-273.

[30]Feddes R A，Kowalik P，Zarandy H. Simulation of field water use and crop yield [J]. Pudoc.Wageningen，1978：189.

[31]Huck M G，Hillel D. A model of root growth and water uptake accounting for photosynthesis，respiration，transpiration，and soil hydraulics[J]. Advances in Irrigation，1983，2：273-333.

[32]Horton R E. The rle of infiltration in the hydrologic cycle[J]. EosTransactions American Geophysical Union，1933，14：446-460.

[33]陶生才，潘 婕，劉 珂. DSSAT 模型在中国农业与气候变化领域应用进展[J]. 中国农学通报，2015，31（9）：200-206.

[34]Diepen C A，Wolf J，Keulen H，et al. WOFOST：a simulation model of crop production[J]. Soil Use & Management，1989，5（1）：16-24.

[35]孙三民. 南疆枣树间接地下滴灌条件下根区土壤水盐肥运移规律及根系调控研究[D]. 北京：中国农业大学，2018.

[36]赵西宁，李 楠，高晓东，等. 基于18O示踪的不同树龄枣树土壤水分利用特征分析[J]. 农业工程学报，2018，34（3）：135-142.

[37]Richards L A. Capillary condition of liquids through porous medium [J]. Physics，1931，1（5）：318-333.

[38]Green W H，Ampt G A.Studies on soil physics.Ⅰ：the flow of air and water through soils[J]. Journal of Agricultural Science and Technology，1911，4（1）：1-24.

[39]Chu S T.Green-Ampt analysis of wetting patterns for surface emitters[J]. J of Irri and Drainage Engg，1994，120：414-421.

[40]Nielsen D R，van Genuchten M T，Biggar J W. Water flow and solute transport processes in the unsaturated[J]. Water Resources Research，1986，22（9）：234-245.

[41]Jury W A，Earl K D. Water movement in bare and cropped soil under isolated trickle emitters：Ⅰ. Analysis of bare soil experiments[J]. Soil Sci Soc Am Proc，1977，41：852-856.

[42]李光永，郑耀泉，曾德超. 地埋点源非饱和土壤水运动的数值模拟[J]. 水利学报，1996（11）：47-51.赵 洪，邓 姗，章毅颖，等. 2009—2018年我国番茄品种利用及管理分析[J]. 江苏农业科学，2020，48（12）：24-28.