河西內(nèi)陸區(qū)特色紅棗節(jié)水型灌溉制度研究

王 文 娟

(甘肅省水利科學(xué)研究院，蘭州 730000)

研究河西內(nèi)陸區(qū)紅棗節(jié)水灌溉制度有利于調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。節(jié)水灌溉制度是通過(guò)先進(jìn)的灌溉手段和灌溉方式，以節(jié)約水資源為前提，以提高產(chǎn)量為目的，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行適時(shí)適量的灌溉，并能夠優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，提高農(nóng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。合理的灌溉制度研究對(duì)河西內(nèi)陸區(qū)生態(tài)環(huán)境起到一定的保護(hù)和改善作用。通過(guò)優(yōu)化灌溉制度節(jié)約的水量既可以擴(kuò)大作物種植面積，還可以建設(shè)生態(tài)環(huán)境。研究河西內(nèi)陸區(qū)紅棗節(jié)水灌溉制度可減少單位面積用水量，降低種植成本，有利于提高農(nóng)民收入[1-3]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)于2016年3月至2018年8月在甘肅省水利科學(xué)研究院民勤縣試驗(yàn)基地進(jìn)行，該試驗(yàn)站建設(shè)面積7.82 hm2，其中試驗(yàn)室建筑面積150 m2，試驗(yàn)示范用地6.67 hm2，配有灌溉機(jī)井1眼，灌溉渠道全部管道化，農(nóng)機(jī)具10余套。基地試驗(yàn)儀器設(shè)備齊全，擁有氣象、水文、灌溉、土壤水分等試驗(yàn)儀器30余臺(tái)(套)，有TDR土壤水分測(cè)定儀、全氮測(cè)定儀等一批國(guó)外進(jìn)口灌溉技術(shù)試驗(yàn)儀器，保證了試驗(yàn)研究在田間及室內(nèi)試驗(yàn)順利開(kāi)展。土壤參數(shù)：質(zhì)地為沙壤土，0～60 cm土層干容重1.38 g/m3，田間持水率24%。試驗(yàn)田土壤理化性質(zhì)及灌溉水質(zhì)情況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)田土壤容重和田間持水量Tab.1 Soil bulk density and field capacity of tasted

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以樹(shù)齡4～5 a的紅棗作為供試作物，以滴灌、小管出流方式進(jìn)行灌溉。試驗(yàn)面積為0.061 hm2，栽培紅棗共12行，每行6～8 株，每一行作為一個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積3 m×17 m，株間距為2 m，每個(gè)處理2個(gè)重復(fù)。每行樹(shù)一側(cè)布置1條毛管，距樹(shù)0.3 m。試驗(yàn)以灌水方式和灌溉水量作為處理因子，其中灌水方式設(shè)2個(gè)水平，分別為滴灌(F1)、小管出流(F2)；灌水定額設(shè)3個(gè)水平，分別為豐水處理W1(75%～80%田間持水量)、中度脅迫W2(65%～70%田間持水量)、重度脅迫W3(55%～60%田間持水量)。灌水時(shí)間相同。處理采用裂區(qū)布置方式，主因素為灌水方式，副因素為灌水定額，共6個(gè)處理(見(jiàn)表2)，2個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)寬度為3 m，長(zhǎng)度為17 m、小區(qū)面積3.33×10-3hm2。除灌水定額外，灌水時(shí)間及施肥等其他農(nóng)藝措施與當(dāng)?shù)貙?shí)際一致。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表2所示。

表2 紅棗灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.2 The experiment design scheme

1.3 主要測(cè)試項(xiàng)目及方法

(1)土壤含水率。土壤含水率采用烘干法測(cè)定。在每個(gè)生育階段，選擇一個(gè)完整灌水周期，分別在灌后、灌中(前一次灌水后至下一次灌水前的中間時(shí)間段加測(cè)一次)、灌前(下一次灌水前)進(jìn)行測(cè)定，每次取樣深度均為80 cm，分4層，即地面以下20、40、60、80 cm。

(2)水分利用效率WUE。

WUE=Y/ET

(1)

ET=播種時(shí)土壤含水量+生育期灌水量+

有效降水量-收獲期土壤含水量

(2)

式中：Y為產(chǎn)量；ET為耗水量。

(3)株高的測(cè)定。隨機(jī)取樣3株，用鋼卷尺測(cè)定株高。

(4)新梢長(zhǎng)度和直徑。自萌芽展葉期開(kāi)始至果實(shí)成熟期結(jié)束，每個(gè)處理選定3棵棗樹(shù)，在每個(gè)棗樹(shù)兩側(cè)分別選取兩個(gè)新生枝條，每個(gè)處理重復(fù)3次，每 30 d用皮尺和電子游標(biāo)卡尺分別測(cè)定新梢長(zhǎng)度和直徑。

(5)果實(shí)縱橫徑。自坐果期至果實(shí)成熟期結(jié)束，每個(gè)處理選定12個(gè)果實(shí)進(jìn)行標(biāo)記，每20 d用電子游標(biāo)卡尺測(cè)定一次果實(shí)縱橫徑。

(6)氣象數(shù)據(jù)。試驗(yàn)站內(nèi)設(shè)置有小型自動(dòng)氣象站，自動(dòng)測(cè)定實(shí)驗(yàn)所需氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)等氣象資料。

(7)產(chǎn)量。待果實(shí)成熟后，每株按上、中、下隨機(jī)選5個(gè)果穗，用0.1 kg的電子天平測(cè)定單粒重、單穗重、單株產(chǎn)量，統(tǒng)計(jì)小區(qū)產(chǎn)量，計(jì)算平均產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

紅棗枝干的發(fā)育和果實(shí)的形成都需要作物從土壤中吸取足夠水分來(lái)完成，紅棗果實(shí)形態(tài)的大小、果實(shí)的產(chǎn)量以及果實(shí)品質(zhì)的好壞在一定程度上取決于于土壤中水分的含量。所以土壤水分對(duì)紅棗植株的正常生長(zhǎng)意義重大。并且灌水方式對(duì)紅棗植株吸取水分有很大的影響。本文主要通過(guò)研究滴灌與小管出流條件下不同灌水處理?xiàng)棙?shù)全生育期土壤含水量的變化特征，研究河西內(nèi)陸區(qū)滴灌棗樹(shù)與小管出流棗樹(shù)的耗水規(guī)律，從而提出有利于河西內(nèi)陸區(qū)特色紅棗的灌溉制度[4]。

2.1 不同灌水模式下紅棗萌芽展葉期土壤水分變化規(guī)律研究

紅棗萌芽展葉期的土壤水分變化規(guī)律如圖1所示。由圖1可知，萌芽展葉期的土壤水分隨土層深度的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，總體來(lái)看，F(xiàn)1條件下的土壤含水率變化幅度比較大。80 cm處各處理土壤含水率無(wú)明顯差異，40～60 cm處土壤含水率變化最活躍。W1和W2受近期灌水的影響，W1呈增-減-增的趨勢(shì)，呈“S”曲線(xiàn)，且80 cm處土壤含水率最大；W2呈先增后減的趨勢(shì)，60 cm處土壤含水率最大，且大于其它處理。是因?yàn)閃1處理60 cm處水分緩慢向80 cm處入滲，同時(shí)又通過(guò)毛管作用傳導(dǎo)水分到土面供蒸發(fā)，且40～60 cm處棗樹(shù)根系較發(fā)達(dá)，植株自身耗水也較快。F2條件下，W3處理呈遞增趨勢(shì)，80 cm處含水率最大，因?yàn)槊妊空谷~期植株葉面積較小，植株蒸騰耗水較少。W2處理植株長(zhǎng)勢(shì)較W3處理生長(zhǎng)旺盛，所以蒸騰量相對(duì)較多，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)樵诤游鲀?nèi)陸區(qū)棗樹(shù)在此時(shí)期時(shí)正處于溫度和濕度均比較低的時(shí)期，陽(yáng)光照射強(qiáng)度偏低，土壤蒸發(fā)作用還未達(dá)到最高點(diǎn)，棗樹(shù)植株蒸騰作用低，故而紅棗在此時(shí)期的土壤水分變化規(guī)律不明顯[5]。

圖1 不同灌水處理?xiàng)棙?shù)萌芽展葉期土壤水分動(dòng)態(tài)變化Fig.1 The change of soil moisture content with different irrigation in the budding leaf stage of jujube

2.2 不同灌水模式下紅棗果實(shí)膨大期土壤水分變化規(guī)律研究

不同灌水處理?xiàng)棙?shù)果實(shí)膨大期土壤水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律如圖2所示，從圖2可以看出，各處理土壤含水率的變化規(guī)律大致呈現(xiàn)隨土層深度增加而整體減小的趨勢(shì)。產(chǎn)生這一變化規(guī)律的原因是此時(shí)期溫度增加，濕度降低，棗樹(shù)的蒸騰作用強(qiáng)，土壤蒸發(fā)量增加，作物生長(zhǎng)發(fā)育迅速，需要大量的水分來(lái)維持植株的正常生長(zhǎng)。故20 cm處含水率較高。W1F1處理20 cm處的含水率較W1F2高出6.83%，40 cm處的含水率較W1F2低5.29%。W2灌水水平在兩種灌水條件下呈現(xiàn)同樣的變化規(guī)律，且無(wú)明顯差異。W3灌水水平，灌水方式對(duì)60～80 cm土壤含水率無(wú)明顯影響，40～60 cm處F1條件下土壤含水率增幅最大，W1條件下土壤含水率增幅最小，20 cm處F1對(duì)應(yīng)的含水率最小。F2條件下，40～80 cm處土壤含水率減小速度最快。在兩種灌水方式水平下，W1和W2在20～40 cm處土壤含水率呈顯著差異，且F1的差距最大； F1條件下，W1土壤含水率逐漸大于W3。說(shuō)明長(zhǎng)期重度脅迫(W3)減少了表層土壤含水率，但增強(qiáng)了40～60 cm處的保水能力，F(xiàn)2條件下40～60 cm處的平均土壤含水率最高。

圖2 不同灌水處理?xiàng)棙?shù)果實(shí)膨大期土壤水分動(dòng)態(tài)變化Fig.2 The change of soil moisture content under different irrigation in the Fruit expansion period of jujube

2.3 不同灌水模式下紅棗新梢長(zhǎng)度、直徑的變化規(guī)律研究

棗樹(shù)各灌水模式處理下全生育期內(nèi)新梢長(zhǎng)度和直徑的變化趨勢(shì)如表3所示，從表3可以看出，棗樹(shù)展葉期的新梢長(zhǎng)度和直徑變化規(guī)律呈現(xiàn)迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中處理W2F1、處理W3F1 在開(kāi)花坐果期新梢長(zhǎng)度增長(zhǎng)量分別達(dá)到28.36、27.1 cm，均高于豐水處理26.43 cm的新梢生長(zhǎng)量。在整個(gè)生育期內(nèi)，兩種灌水方式條件下各灌水量水平對(duì)棗樹(shù)新梢直徑的影響規(guī)律呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。其中，在同一灌水方式水平下，處理W1F1、處理 W2F1、處理W3F1的新梢直徑在開(kāi)花坐果期分別增長(zhǎng)了0.12、0.12和 0.10 cm，處理 W2F1、處理W3F1的新梢直徑增長(zhǎng)量稍高于處理W1F1；處理W1F1、處理 W2F1、處理W3F1的新梢直徑在果實(shí)膨大期分別增長(zhǎng)了0.07、0.06 和 0.07 cm。這表明棗樹(shù)在這一時(shí)期進(jìn)行了調(diào)虧處理后對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了積極的作用，在保證植株正常生長(zhǎng)發(fā)育的情況下，適當(dāng)?shù)奶澦黾恿酥仓甑男律议L(zhǎng)度生長(zhǎng)速度。而棗在完成開(kāi)花坐果期以后植株的生長(zhǎng)開(kāi)始速度變慢，直至停止增長(zhǎng)，此時(shí)期后棗樹(shù)植株生長(zhǎng)不再需要消耗大量的水分來(lái)增加新梢增長(zhǎng)。因此在此時(shí)期進(jìn)行調(diào)控灌溉，既可以達(dá)到節(jié)水目的，還可以抑制作物枝干增長(zhǎng)，此時(shí)期的水分主要用于果實(shí)的增長(zhǎng)[6]。

表3 各生育期棗樹(shù)新梢長(zhǎng)度和直徑變化 cm

不同灌水處理新梢長(zhǎng)度和直徑累積生長(zhǎng)量變化規(guī)律如圖3所示，從圖3可以看出，不同灌水模式下紅棗各處理新梢直徑和長(zhǎng)度累積增長(zhǎng)量的變化趨勢(shì)大致一致。在小管出流條件下，不同處理間果實(shí)膨大期新梢長(zhǎng)度累計(jì)增長(zhǎng)量，除處理W2F1與處理W3F1小于處理W1F1外，其余虧水處理均大于處理W1F1。不同處理間果實(shí)膨大期新梢直徑累計(jì)增長(zhǎng)量，只有處理W2F1略小于處理W1F1，其余虧水處理均大于處理W1F1。

圖3 不同灌水處理新梢長(zhǎng)度和直徑累積生長(zhǎng)量Fig.3 Cumulative growth of new shoot length and diameter in ifferent irrigation treatment

2.4 不同灌水模式下紅棗果實(shí)形態(tài)的變化規(guī)律研究

不同灌水模式下紅棗果實(shí)形態(tài)的變化規(guī)律如圖4和圖5所示。由圖4和圖5可知，不同灌水處理?xiàng)l件下紅棗的橫徑和縱徑均隨紅棗的生長(zhǎng)發(fā)育逐漸變大，但生長(zhǎng)速率不盡相同。7月11日至8月10日為果實(shí)第一次膨大期，各處理橫徑和縱徑長(zhǎng)勢(shì)都較均勻，無(wú)明顯差異，但到8月10日(果實(shí)第二次膨大期)差異逐漸明顯，且紅棗橫徑隨灌水量的增加差異逐漸變大。

圖5 不同灌水處理紅棗縱徑生長(zhǎng)曲線(xiàn)Fig.5 Longitudinal diameter growth curve of jujube under different irrigation treatment

灌水方式水平對(duì)紅棗橫徑影響不顯著。滴灌(F1)條件下，W2處理紅棗橫徑在果實(shí)第一次膨大期較大，但到果實(shí)第二次膨大期，粒徑膨大速率逐漸減慢，其粒徑小于W3處理，W3處理粒徑一直處于較高水平，W2處理橫徑大致一直處于中等水平。小管出流(F2)水平下，W1處理第二次果實(shí)膨大期橫徑處于中等水平，W2處理最小，W3處理最大。在第二次果實(shí)膨大末期W1F3處理橫徑最大，為24.12 mm，由于分別于8月11日給W1 、W2、W3灌水375、300、225 m3/hm2，說(shuō)明第一次果實(shí)膨大期適度虧水后于第二次果實(shí)膨大期復(fù)水后，其橫徑增長(zhǎng)較快；滴灌豐水處理(W3F1)紅棗橫徑最大，水分和養(yǎng)分既能滿(mǎn)足營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)又能滿(mǎn)足生殖生長(zhǎng)，中度脅迫與小管出流組合(W2F2)處理能平衡營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，有助于紅棗橫徑增長(zhǎng)[7]。

滴灌(F1)水平下，紅棗縱徑隨水分虧缺程度的加強(qiáng)呈先增加后減小的趨勢(shì)；小管出流(F2)水平下，W1處理橫徑最大，W3次之；第二次果實(shí)膨大末期W1F3處理縱徑最大，為36.23 mm。說(shuō)明豐水滴灌(W1F1)處理利于紅棗縱徑的生長(zhǎng)，中度脅迫與小管出流(W2F2)處理也有助于紅棗縱徑增長(zhǎng)。

2.5 不同灌水處理對(duì)水分利用效率及產(chǎn)量關(guān)系

不同灌水量下紅棗產(chǎn)量、耗水及水分利用效率如表4所示，由表4可知，相同水分條件下，滴灌紅棗產(chǎn)量較小管出流紅棗產(chǎn)量高，且W3水平下的灌水方式對(duì)紅棗產(chǎn)量的影響最大，F(xiàn)1的紅棗產(chǎn)量比F2高9.29%。相同灌水方式水平下，紅棗產(chǎn)量隨水分虧缺程度的加強(qiáng)呈先增大后減小的趨勢(shì)，W2水平時(shí)達(dá)最大。在F1條件下，W2對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量分別比W1產(chǎn)量高出23.25%；F2條件下，W2對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量分別比W1產(chǎn)量高出28.29%。W2F2處理的紅棗產(chǎn)量最高，為12 917.04 kg/hm2，W3F2產(chǎn)量最低，為8 114.644 kg/hm2。說(shuō)明重度脅迫和小管出流組合處理不僅不利于作物增產(chǎn)，反而會(huì)引起減產(chǎn)，適當(dāng)?shù)乃置{迫利于作物增產(chǎn)，且中度脅迫和滴灌處理組合作物增產(chǎn)效果最明顯。

表4 不同灌水量下紅棗產(chǎn)量、耗水及水分利用效率Tab.4 The yield、 water consumption and water use efficiency under different irrigation amount

注：不同小寫(xiě)字母表示在5%水平上差異顯著。

當(dāng)灌水量低于300 m3/hm2，通過(guò)提高灌水量可相應(yīng)提高產(chǎn)量；當(dāng)灌水量高于300 m3/hm2時(shí)提高灌水量不但不能相應(yīng)增產(chǎn)反而抑制，所以適宜的灌水量對(duì)紅棗增產(chǎn)有重要作用。從產(chǎn)量角度分析，灌水量應(yīng)控制在300 m3/hm2左右能獲得最大產(chǎn)量。

3 結(jié) 語(yǔ)

本論文主要討論了滴灌、小管出流條件下，不同灌水處理對(duì)河西內(nèi)陸區(qū)特色紅棗的土壤水分分布規(guī)律、棗樹(shù)生理、生態(tài)指標(biāo)、耗水特性及產(chǎn)量的影響。主要結(jié)論有：同一灌水方式條件下，除豐水水平(W1)外，紅棗在萌芽期、開(kāi)花坐果期、果實(shí)膨大期的耗水量均隨灌水量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，說(shuō)明適度的水分虧缺可以增強(qiáng)植株的抗衰老能力，延緩植株衰老時(shí)間，使紅棗葉片在果實(shí)成熟期依然有較強(qiáng)的功能；從紅棗萌芽展葉期至徑粗生長(zhǎng)停止，W1F2處理的莖粗生長(zhǎng)最快，灌水方式水平對(duì)紅棗橫徑增幅無(wú)明顯影響，灌水量對(duì)其大致呈W1>W2>W3的規(guī)律；灌水量對(duì)紅棗橫縱徑生長(zhǎng)的影響呈極顯著水平，中度脅迫(W2)處理最利于紅棗粒徑增長(zhǎng)發(fā)育；相同水分條件下，滴灌紅棗產(chǎn)量較小管出流紅棗產(chǎn)量高，且中度脅迫(W2)水平下的灌水方式對(duì)紅棗產(chǎn)量的影響最大；相同灌水方式水平下，紅棗產(chǎn)量隨水分虧缺程度的加強(qiáng)呈先增大后減小的趨勢(shì)，中度脅迫(W2)水平時(shí)達(dá)最大。綜合考慮紅棗的生長(zhǎng)指標(biāo)、表觀(guān)品質(zhì)及其產(chǎn)量，灌水量為田間持水量的65%～70%，灌水方式為滴灌時(shí)，產(chǎn)量較高，對(duì)干旱區(qū)特色紅棗影響較為明顯，適宜在生產(chǎn)中推廣引用。另外，本試驗(yàn)的紅棗樹(shù)齡為4～5 a，還未達(dá)到紅棗盛果期，故本試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論還有一定的局限性，如有條件再繼續(xù)研究盛果期紅棗適宜的灌溉制度。