不同保墒滴灌处理下枣园内温度及水分的变化研究

刘东辉

（辽宁省喀左县林业种苗管理站，辽宁 喀左 122300）

辽西地区气候干旱，生态环境脆弱，自然灾害频繁发生，存在严重的水土流失等问题。降雨量少，水资源缺乏是目前当地农林业发展的最大制约因素。传统的经济发展模式和耕作方式使生态环境愈加脆弱，多年的生态退耕还林（还草）等措施在改善生态环境、实现农村产业结构的优化调整、促进地方经济发展等方面起到了积极的作用[1-2]。

枣树是鼠李科枣属植物，为落叶小乔木，果实维生素含量丰富，除了鲜食，还可以制作酒枣、蜜枣等老少皆宜的食品。枣树耐旱，耐贫瘠和耐盐碱土壤，在辽西地区大面积栽植。但由于辽西地区水资源有限，基础灌溉设施配套不完善，很大程度上制约了新品种枣园的营建及集约化生产，不利于实现枣的优质丰产，因此还需要结合当地实际探索枣园高效节水技术，将其节水的潜力充分地挖掘出来[2]。

保墒覆盖是干旱地区农业生产中一项有效的技术措施，覆盖的材料可选择秸秆、地膜、砂石等，目前以地膜、秸秆覆盖应用最多[3]。保墒覆盖技术发展已比较成熟，节水增产效果明显[4-5]。滴灌是近些年研究出的先进节水灌溉技术，可结合植物生长的实际需求进行科学灌溉，最大程度地减少水资源浪费、提高水分利用率[6]。通过适时、适量滴灌，营造出适合植物根系生长的土壤水肥气热等环境，取得节水、丰产、优质的效果[7-10]。

基于此，本研究在辽西地区枣园内开展不同保墒滴灌措施下土壤温度及水分的变化情况研究，为建立适合辽西地区枣园集约化生产应用的节水高产技术体系提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试树种为生长6 年的平顶枣树，种植规格为株行距2 m×2 m。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 结合枣园试验地的实际情况设计5 个处理，分别为地表覆盖玉米秸秆+滴灌、地下覆盖玉米秸秆+滴灌、地下覆盖玉米秸秆+地表覆盖玉米秸秆+滴灌、地表覆膜+滴灌、未覆盖地膜及秸秆+滴灌（CK）。

地表覆盖玉米秸秆+滴灌：即在枣园内地表覆盖1 层玉米秸秆（20 t·hm-2），不需要进行地表的深翻处理；覆盖物下安置滴灌设备，控制滴头流量3 L·h-1。

地下覆盖玉米秸秆+滴灌：深翻地表，将地下20 cm 土层翻出，覆盖1 层玉米秸秆（20 t·hm-2），回填土、踩实；覆盖物下安置滴灌设备，控制滴头流量3 L·h-1。

地下覆盖玉米秸秆+地表覆盖玉米秸秆+滴灌：深翻地表，将地下20 cm 土层翻出，覆盖1层玉米秸秆（10 t·hm-2），回填土、踩实后在地表覆盖1 层玉米秸秆（10 t·hm-2）；覆盖物下安置滴灌设备，控制滴头流量3 L·h-1。

地表覆膜+滴灌：顺着枣树行起垄（20 cm宽），地面上顺着枣树根茎铺设1 层0.014 mm厚度的聚乙烯地膜，边缘用细碎的土充分压实；膜下安置滴灌设备，控制滴头流量3 L·h-1。

每个处理均重复3 次，共计15 个处理。每个小区的面积为60 m2（6 m×10 m）。试验期间除了保墒滴灌处理按照试验设计的要求有所差异外，其他管理均保持一致。在枣树生长需水的关键阶段结合枣园内土壤实际的水分情况进行灌溉。

1.2.2 调查方法 每个小区随机选择3 株观测枣树，距枣树主干40 cm 左右垂直向下插入1 个长度150 cm 的测定管（型号DVERN2000），由上至下每10 cm 安置1 个滴头。各处理的布置均保持一致，避免因布设不同而造成试验误差。在每个小区中央的固定位置布设地表直杆土壤温度计和直角地温计，于2021 年5 月30 日、6 月30 日、7 月30 日、8 月30 日对不同土层均温进行统计，均温采取当日8：00、14：00、20：00 3 个时间段测量数据的平均值，观测温度的深度包括0，5，10，15 和20 cm。采用土钻法测定0 ～20 cm，20 ～80 cm，80 ～150 cm 的土壤平均含水量；分别于2021 年6 月5 日、6 月25 日、7 月15 日、8 月5 日、8 月25 日进行统计，重复3 次，最后取平均值。

1.3 试验区概况

试验安排在辽宁省朝阳市一枣园内，内部没有杂草。试验区属于北温带半干旱大陆性季风气候，降雨量少，气温偏高，光照条件好；气温年平均值为8.4 ℃；降雨量年均465.1 mm 左右，6—7 月降雨量少，进入7 月后降雨量明显增加；光照时长年均2 628.2 h；风速年均2.9 m·s-1；无霜期年均153 d。0 ～40 cm 土层内的养分：有机质2.2 g·kg-1、速效氮34.1 mg·kg-1、有效磷2.8 mg·kg-1、有效钾101.8 mg·kg-1、pH 8.3。

2 结果与分析

2.1 不同保墒滴灌措施下枣园内土壤温度变化分析

分别于5 月30 日、6 月30 日、7 月30 日、8 月30 日对枣园内不同保墒滴灌措施下土壤0，5，10，15 和20 cm 的平均温度进行测量、分析，结果见表1。

根据表1 可知，在不同保墒滴灌措施处理下，随着时间的变化，土壤内各层均温表现出基本一致的趋势，整体温度相对最高的处理为地表覆膜+滴灌措施，未覆盖地膜及秸秆+滴灌的处理与地下覆盖玉米秸秆+滴灌处理的土壤温度居中，其他2 个处理的土壤温度最低。分析其原因，在于地膜组成为聚合的大分子，表面没有空隙且透光度高，因此膜内保温效果好；而秸秆覆盖在温度高的季节对太阳辐射的反射率高，加上秸秆吸收太阳辐射后导热率较小，不易起到热量往地表传递的作用，造成地表温度较低。各处理在7 月30 日之后土壤内的温度有陡然降低的趋势，分析其原因，可能是试验期间外界气温出现了较大的变化，进而影响到土壤内的温度。各处理0 ～20 cm 土层内的温度差极值降低的速度以地下覆盖玉米秸秆+滴灌的处理为最大，其次为未覆盖地膜及秸秆+滴灌的对照，排在第3 位的是地表覆膜+滴灌处理，以地下覆盖玉米秸秆+地表覆盖玉米秸秆+滴灌的处理温度降低速度最慢。

表1 不同保墒滴灌措施下枣园内不同土层、不同时间土壤温度变化分析 （℃）

续表1 不同保墒滴灌措施下枣园内不同土层、不同时间土壤温度变化分析 （℃）

2.2 不同保墒滴灌措施下枣园内土壤水分变化分析

试验分别于6 月5 日、6 月25 日、7 月15 日、8 月5 日、8 月25 日对枣园内不同保墒滴灌措施下0 ～20、20 ～80、80 ～150 cm 的土壤平均含水量进行测量、分析，结果见表2。

根据表2 可知，0 ～20 cm 土层，地下覆盖玉米秸秆+地表覆盖玉米秸秆+滴灌的处理、地表覆盖玉米秸秆+滴灌的处理与未覆盖地膜及秸秆+滴灌的对照处理之间差异较大，表明这2 个处理土壤的保墒效果更好。分析其原因，主要由于地表覆盖1 层玉米秸秆对降雨直接冲击地表起到了一定的缓解作用，使土壤的团粒结构稳定、减少了水土流失，土壤疏松、有着更好的导水性，使降雨更快地下渗到土壤中。与此同时地表覆盖的秸秆可以使太阳对地面的辐射作用得到一定的削弱，降低土壤温度，使水分的蒸发作用有所减弱，且大气中的水蒸气遇到了覆盖的作物秸秆后通过液化作用成为液态水又返回到土壤中，使土壤内含水量有明显的提高。覆盖地膜处理下，由于土壤温度比其他处理高，水分蒸发更快、从地膜边缘溢出，加快了土壤水分的散失速度。

土壤中20 ～80 cm 土层（表2），地表覆盖玉米秸秆+滴灌、地下覆盖玉米秸秆+滴灌、地下覆盖玉米秸秆+地表覆盖玉米秸秆+滴灌的处理与未覆盖地膜及秸秆+滴灌的对照处理和地表覆膜+滴灌处理有明显的差异，表明地表或者地下覆盖玉米秸秆的处理较覆盖地膜在保墒效果上更好，土壤含水量增加明显。分析其原因，可能在于覆盖秸秆后，土壤水分通过毛细管作用输向地表的能力受到了抑制，因此土壤含水量相对较高。

土壤中80 ～150 cm 土层（表2），各保墒滴灌处理的土壤含水量随着时间的延迟变化趋势基本一致，表明不同保墒滴灌措施没有明显影响80 ～150 cm 土壤含水量变化趋势，但各保墒滴灌处理下土壤含水量存在一定的差异，分析其原因，可能在于80 ～150 cm 土层内前期含水量存在差异。

表2 不同保墒滴灌措施下枣园内不同土层、不同时间土壤水分变化分析 （%）

续表2 不同保墒滴灌措施下枣园内不同土层、不同时间土壤水分变化分析 （%）

结合不同土层土壤含水量的分析，各处理土壤含水量的整体排序为地下覆盖玉米秸秆+地表覆盖玉米秸秆+滴灌＞地表覆盖玉米秸秆+滴灌＞地下覆盖玉米秸秆+滴灌＞未覆盖地膜及秸秆+滴灌（CK）＞地表覆膜+滴灌。由此可知，在枣树的整个生育期内，通过覆盖玉米秸秆+滴灌的保墒措施，使土壤的结构得到了一定的改善、含水量得到了提高。在0 ～150 cm 土层内，保墒效果最好的处理为地下覆盖玉米秸秆+地表覆盖玉米秸秆+滴灌，一方面通过地表覆盖玉米秸秆使土壤的蒸发作用得到了一定的抑制，使降雨更容易下渗到土壤中，另一方面将秸秆埋入到深层土壤中对水分通过毛细管运输的通道进行了切断，减少了土壤中水分往地表输送、蒸发，进而保持较高的含水量。

3 结论与讨论

通过对枣园内不同保墒滴灌处理下不同时间和不同土层内的温度、水分变化情况进行分析，可知覆盖作物秸秆的效应不仅是增温，还包括降温，覆盖地膜在改善土壤温度方面的效果仅为增温，因此覆盖秸秆的处理使土壤温度在不同时间的变化幅度明显小于覆盖地膜+滴灌的处理，可以为枣树根系活动创造较为稳定、适宜的温度条件；覆盖秸秆的滴灌处理对增加土壤含水量的效果比仅覆盖地膜的滴灌处理明显，可以为枣树生长提供足够的水分条件。因此，建议辽西地区枣园推广地表覆盖玉米秸秆+地下覆盖玉米秸秆+滴灌的处理方式。

土壤温度可以综合表征土壤的热状况，一般大气温度、近地面的空气热平衡等均可对土壤内的温度分布情况产生影响[11-12]。土壤的温度变化属于复合的变化过程，在不同时间、不同土层下土壤的热量收支平衡有不同程度的变化，因此土壤温度表现出的时空分布特征较为明显[11-12]。

枣树根系在土壤分布的深度以20 ～80 cm为主，生长时间早于地上部分，具有更长的生长期，一般在土壤温度7.2 ℃左右时逐渐开始活动，10 ℃～20 ℃时生长速度缓慢，快速生长温度为22 ℃～25 ℃。结合本试验的结果，在2021 年试验年份里，覆盖秸秆的3 个处理土壤温度更加利于枣树根系的生长，覆盖地膜+滴灌的处理在5 月30 日0 ～10 cm 土层内温度可超过27 ℃，对枣树根系的生长不利。

本试验是2021 年的观测结果，未来将继续开展长期定位观测，为保墒滴灌措施的实施提供更加完善的定量化指标。目前地膜覆盖、作物秸秆覆盖在平原地区应用较多，有较为深入的保墒机理方面的研究，但在辽西干旱山区的研究不多，尤其是结合滴灌措施应用方面的研究更少，未来可结合当地气候特征，将秸秆覆盖与滴灌定量化技术结合起来进行研究和推广，以推动节水农业的发展。