滴灌對(duì)棗樹(shù)生長(zhǎng)的影響及其灌溉制度的探究

唐 瑞，梁博惠，何寶銀，張上寧

（寧夏水利科學(xué)研究院，寧夏銀川750021）

0 引 言

棗樹(shù)為鼠李科（Rhamnaceae），具有耐干旱、鹽堿、適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)［1］，廣泛種植于熱帶和亞熱帶地區(qū)［2］，是寧夏的特色產(chǎn)業(yè)之一。靈武長(zhǎng)棗（Ziziphus jujube Mill.cv.Ling?wu Changzao）是寧夏紅棗種類中唯一以鮮食為主的品種，其果實(shí)個(gè)大，果皮薄，口感酸甜可口，富含豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，具有活維生素丸、“棗中之王”等美稱，為寧夏的農(nóng)林經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要支撐［3，4］。目前棗樹(shù)的灌溉方式大多采用滴灌的灌溉方式，滴灌具有節(jié)水節(jié)能、省肥省工等優(yōu)點(diǎn)，且能很好地適應(yīng)不同的土壤和地形，大幅度提高作物產(chǎn)量，在我國(guó)西北部等干旱半干旱地區(qū)、地勢(shì)復(fù)雜多變地區(qū)，土地半荒漠化等土壤透水性強(qiáng)的地區(qū)有廣闊的發(fā)展前景［5］。與傳統(tǒng)漫灌相比，滴灌能有效避免輸水過(guò)程中水分損失和深層滲漏損失，同時(shí)可以減小地面蒸發(fā)和徑流損失，因此滴灌可以節(jié)約灌溉水量50%以上，甚至能達(dá)到80%［6］。

近年來(lái)，眾多學(xué)者對(duì)靈武長(zhǎng)棗的繁殖、栽培技術(shù)及生物學(xué)特性進(jìn)行了研究［7-9］，李應(yīng)海［10］等采用膜下滴灌方式，得出灌水定額為80 m3/hm2、灌水次數(shù)10次、有機(jī)肥量為1 200 kg/hm2時(shí)為最優(yōu)組合，張雁南等［11］得出增加（7±0.5）mg/L 氧氣濃度可以促進(jìn)靈武長(zhǎng)棗生長(zhǎng)。但對(duì)于靈武長(zhǎng)棗的各生育期具體的灌溉模式的研究較少，本試驗(yàn)7～8 a 生靈武長(zhǎng)棗為研究對(duì)象，采用滴灌灌溉方式，探究棗樹(shù)的生長(zhǎng)情況，以及最合理的灌溉方式，為寧夏地區(qū)靈武長(zhǎng)棗的種植灌溉模式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在中國(guó)灌溉試驗(yàn)寧夏中心站開(kāi)展，中國(guó)灌溉試驗(yàn)寧夏中心站地處賀蘭山東麓洪積傾斜平原，屬于寧夏北部引黃灌區(qū)，地理位置為東經(jīng)106°42'，北緯38°27'，中心站所處地區(qū)地勢(shì)較平坦，海拔高程1115.6～1116.6 m，主要土壤類型為淡灰鈣土，土壤自然肥力含量中等偏下，表土質(zhì)地較輕。賀蘭山東麓灌區(qū)區(qū)域氣候干燥，晴天多，日照充足，光能資源豐富，全年平均日照時(shí)數(shù)為3 039.6 h，日照率為69%。氣溫平均年較差在32 ℃左右，全年平均氣溫較差為13.1 ℃，無(wú)霜期較短，最長(zhǎng)無(wú)霜期177 d，最短無(wú)霜期129 d。

本試驗(yàn)以7～8 a 生靈武長(zhǎng)棗為研究對(duì)象，樹(shù)勢(shì)良好、生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲(chóng)害、樹(shù)干通直，直徑等基本相同，栽植行株距3 m×3.5 m，畝栽植64 株，試驗(yàn)區(qū)采用滴灌灌溉方式，鋪設(shè)毛管為Φ16 的滴灌管，環(huán)狀鋪設(shè)，圓環(huán)直徑1 m，每株果樹(shù)安裝流量為4.2 L/h的滴頭5 個(gè)。測(cè)得試驗(yàn)區(qū)土壤容重為1.47 g/cm3，田間持水量平均為14.7%。

靈武長(zhǎng)棗生育期分為萌芽展葉期、現(xiàn)蕾開(kāi)花期、幼果膨大期、果實(shí)白熟期、果實(shí)成熟期、停長(zhǎng)落葉期（不灌水）、休眠期，2017年試驗(yàn)設(shè)計(jì)4 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3 次，共12 個(gè)試驗(yàn)小區(qū)；2018年試驗(yàn)增加一個(gè)處理，灌溉定額上限由525 m3/hm2增至600 m3/hm2，灌溉定額由4 950 m3/hm2增至5 625 m3/hm2，全年灌溉定額設(shè)計(jì)5 個(gè)水平處理，每個(gè)處理重復(fù)3 次，共15 個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)詳見(jiàn)表1。

表1 2017-2018年賀蘭山東麓灌區(qū)棗樹(shù)滴灌灌溉制度試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤含水率測(cè)定：利用PR2/6 土壤水分測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定土壤體積含水量，測(cè)量10、20、30、40、60和100 cm 6個(gè)土層深度土壤含水率，生育期每10 d 測(cè)一次，降雨階段前后、灌水前后加測(cè)一次，通過(guò)烘干法對(duì)PR2 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行率定，率定后的值作為土壤的質(zhì)量含水率。

灌水量監(jiān)測(cè)：灌水前后用精度0.000 1 m3水表對(duì)試驗(yàn)小區(qū)的每次灌水量進(jìn)行計(jì)量。

果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑的測(cè)定：果實(shí)橫徑為果實(shí)橫向最大長(zhǎng)度，果實(shí)縱徑為果實(shí)縱向最大長(zhǎng)度，均用游標(biāo)卡尺測(cè)量，以cm為單位?？v徑和和橫徑每個(gè)處理隨機(jī)選取20個(gè)樣品；果形指數(shù)=果實(shí)縱徑/果實(shí)橫徑。

氣象數(shù)據(jù)：采用小型氣象站全天候自動(dòng)觀測(cè)降雨量、溫度等氣象數(shù)據(jù)。2017、2018年全年溫度變化及降雨量變化見(jiàn)圖1、表2。

圖1 2017、2018年氣象資料

表2 2017和2018年試驗(yàn)區(qū)降雨量監(jiān)測(cè)表mm

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量對(duì)土壤含水率的影響

2.1.1 不同水分處理?xiàng)棙?shù)根區(qū)土壤含水率變化特征分析

2017-2018年按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)整理不同水分處理全生育期靈武長(zhǎng)棗根區(qū)0～60，60～100 cm深度土壤含水率，根據(jù)各處理土壤含水率繪制各處理不同土層土壤含水率隨生育期季節(jié)性變化過(guò)程線。分析2可以看出：在整個(gè)生育期，不同處理?xiàng)l件下靈武長(zhǎng)棗根區(qū)不同土層土壤水分變化規(guī)律基本一致，每次灌水或降雨后土壤含水率發(fā)生顯著變化，并且隨著生育期的變化而變化，且由于2018年降雨量高于2017年，因此2018年土壤含水率普遍高于2017年。2017年各處理0～60 cm 土層土壤含水率在5.42%～12.15%范圍變化，60～100 cm 土層土壤含水率在8.23%～12.44%范圍變化；2018年各處理0～60 cm 土層土壤含水率在4.77%～12.29%范圍變化，60～100 cm 土層土壤含水率在7.05%～13.13%范圍變化。在整個(gè)生育期計(jì)劃濕潤(rùn)層深度（0～100 cm）內(nèi)0～60 cm 土層深度土壤含水率受降水和灌水量影響較大，波動(dòng)明顯，且由于土壤表層直接受陽(yáng)光照射和空氣流動(dòng)影響，西北地區(qū)蒸發(fā)量較大，表層含水率在灌水后一段時(shí)間迅速降低，因此0～20 cm 土壤含水率較小。60～100 cm 土層土壤含水率變化較平穩(wěn)。其中30～60 cm 土層內(nèi)兩年平均含水率為10.20%，大于60%田間持水量（8.82%），約為70%的田間持水量，在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行棗樹(shù)樣株挖根試驗(yàn)，結(jié)果顯示根系分布在0～60 cm 處，且主根系分布于30～60 m，故長(zhǎng)棗生長(zhǎng)土壤水分主要來(lái)源于30～60 cm土層，二者結(jié)論一致。

2018年新增處理T5，在60～100 cm 處灌水前后土壤含水率均值為12.53%以上，是田間持水量的85%以上，在圖中土壤含水率明顯高于其他處理，表明單次灌水量超過(guò)450 m3/hm2時(shí)，會(huì)產(chǎn)生深層滲漏，在灌水定額設(shè)置時(shí)不宜超過(guò)450 m3/hm2。6月中旬（現(xiàn)蕾開(kāi)花期）前各處理土壤含水率變幅相對(duì)較小，6月下旬至7月中旬（幼果膨大期）長(zhǎng)棗開(kāi)始坐果，加之氣溫升高，棵間蒸發(fā)和植株蒸騰都相對(duì)增大，土壤含水率下降速度加快。2018年7月上旬至8月上旬受降雨影響各處理土壤含水率率處于較高水平。8月下旬至9月上旬（果實(shí)白熟期）灌水后各處理土壤含水率下降速度再次加快。9月中旬至10月上旬（果實(shí)成期）灌水前后土壤含水率變幅減緩，該階段主要為長(zhǎng)棗糖分積累階段因此耗水量較小。

2.1.2 不同處理灌水前后對(duì)靈武長(zhǎng)棗土壤水分變化的影響

根據(jù)靈武長(zhǎng)棗生育期，選取不同灌水定額，分析不同處理灌溉前后土壤含水率變化。2017年現(xiàn)蕾開(kāi)花期6月19日進(jìn)行第4次灌水，靈武長(zhǎng)棗開(kāi)花期灌水前后各層土壤含水率灌前、灌后及二者差值δ0的變化情況見(jiàn)圖3。圖3中看出，T1 灌水前后土壤含水率呈先增大后減小的趨勢(shì)，灌水前后土壤含水率差值在30 cm 為極大值為3.7%，在60 cm 為1.1%，在100 cm 處為負(fù)值即灌水對(duì)100 cm處土壤未產(chǎn)生影響；T2處理灌水前后土壤含水率差值在40 cm 以上中增幅較大為3.5%～5.8%，對(duì)60 cm 處土壤含量差值為0.9%，在100 cm 處為負(fù)值即灌水對(duì)100 cm 處土壤未產(chǎn)生影響，長(zhǎng)棗根系消耗的水分主要在40 cm處；T3處理土壤含水率在40～60 cm 出現(xiàn)極大值為12.6%，灌水前后土壤含水率差值從10 cm 至100 cm 逐漸遞減，對(duì)100 cm 處土壤含水率有較小影響，說(shuō)明長(zhǎng)棗根系消耗的水分分布至30～60 cm 處；T4 處理土壤含水率在40 cm出現(xiàn)極大值，變化同處理T3。

圖2 2017-2018年靈武長(zhǎng)棗不同水分處理各土層土壤含水率變化過(guò)程線

圖3 2017年現(xiàn)蕾開(kāi)花期（第四次）灌水前后土壤含水率變化

2018年果實(shí)白熟期（第九次）灌水時(shí)間為8月19日，靈武長(zhǎng)棗果實(shí)白熟期灌水前后各層土壤含水率變化情況見(jiàn)圖4。由圖4得知：

圖4 幼果膨大期（第6次）灌水前后土壤含水率變化

當(dāng)灌水量為300 m3/hm2時(shí)，灌水后土壤各層土壤含水率從上往下呈先增大后減小的趨勢(shì)，土壤含水率在60 cm 處出現(xiàn)極大值；當(dāng)灌水量超過(guò)375 m3/hm2時(shí)，灌后各層土壤含水率從深度10～40 cm 處快速增大，40～100 cm 處土壤含水率隨深度增加增幅不大，40～100 cm處灌后土壤含水率均值為11.43%，為田間持水量的78%。當(dāng)灌水量為600 m3/hm2時(shí)，40～100 cm處灌水前后土壤含水率差值變化不大，主要因?yàn)楣嗨霸搶佣瓮寥篮瘦^高，處于田間持水量的80%以上。

綜合得出，土壤含水率差值在30～40 cm 處較大，該處為長(zhǎng)棗毛細(xì)根層的分布區(qū)域，單次灌水量低于225 m3/hm2對(duì)60 cm處土壤含水率影響較小，低于300 m3/hm2時(shí)對(duì)100 cm 處土層的含水率影響較小，灌水量超過(guò)450 m3/hm2時(shí)，100 cm處土壤含水率有較大影響，即產(chǎn)生深層滲漏，在灌水定額選取時(shí)宜為300～450 m3/hm2。

2.2 不同處理靈武長(zhǎng)棗不同生育期耗水量及耗水強(qiáng)度

本試驗(yàn)在田間條件下采用水量平衡法對(duì)靈武長(zhǎng)棗耗水量和耗水過(guò)程進(jìn)行分析。因?yàn)殪`武長(zhǎng)棗需水的生育期內(nèi)變化，主要是其自身的生理特性與當(dāng)?shù)貧庀髼l件及土壤條件影響的結(jié)果，因而這種計(jì)算能夠基本反映該區(qū)棗樹(shù)耗水的實(shí)際變化趨勢(shì)，且切合生產(chǎn)實(shí)際，從而便于調(diào)整灌水量定額和灌溉溉制度。根據(jù)水分收支情況，試驗(yàn)區(qū)耗水量可用公式（1）：

式中：ET為耗水量，mm；W0、WE為生育期某階段初、末100 cm 土層的土壤含水量，mm；M為某階段內(nèi)的灌水量，mm；P為某階段內(nèi)的降雨量，mm。

從表3看出，各處理在生育期耗水量大小趨勢(shì)依次為：幼果膨大期>果實(shí)白熟期>現(xiàn)蕾開(kāi)花期>萌芽展葉期>果實(shí)成熟期>停長(zhǎng)落葉期。萌芽開(kāi)花期，氣溫較低，靈武長(zhǎng)棗蒸騰耗水只用于營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)發(fā)育，主要以棵間蒸發(fā)為主，各處理耗水量在34.0～47.37 mm 之間，各處理土壤水分均出現(xiàn)盈余，呈現(xiàn)灌溉增加土壤水分的蓄存階段?，F(xiàn)蕾開(kāi)花期，棗吊、棗頭、葉片和二次枝迅速生長(zhǎng)，各處理耗水量逐漸提高在45.02～165.7 mm 之間，各處理土壤水分出現(xiàn)少量盈余。幼果膨大期，生殖生長(zhǎng)達(dá)到頂峰，耗水量陡增，各處理耗水量在115.31～260.57 mm，各處理土壤水分多出現(xiàn)虧缺。果實(shí)白熟期，耗水量相對(duì)較大，各處理耗水量137.74～203.29 mm。果實(shí)成熟期，靈武長(zhǎng)棗生理活動(dòng)開(kāi)始變緩，耗水量有所降低，耗水量26.02～62.62 mm。停長(zhǎng)落葉期靈武長(zhǎng)棗耗水量繼續(xù)降低，為耗水量為14.00～19.29 mm。

表3 靈武長(zhǎng)棗2017年、2018年各生育期耗水量mm

耗水強(qiáng)度反映了作物不同生育階段內(nèi)灌溉、施肥、氣象等對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的綜合影響。耗水強(qiáng)度（mm/d）=耗水量/灌水時(shí)間，靈武長(zhǎng)棗各生育期耗水強(qiáng)度見(jiàn)圖5。由圖5可知，2017年試驗(yàn)得出靈武長(zhǎng)棗全生育期內(nèi)耗水強(qiáng)度從萌芽展葉期至落葉期呈先上升后下降再上升又下降的趨勢(shì)，現(xiàn)蕾開(kāi)花期耗水強(qiáng)度出現(xiàn)較大值，果實(shí)白熟期耗水強(qiáng)度達(dá)到頂峰。2018年試驗(yàn)得出靈武長(zhǎng)棗全生育期耗水強(qiáng)度從萌芽展葉期至停長(zhǎng)落葉器呈凸拋物線趨勢(shì)，果實(shí)白熟期耗水強(qiáng)度達(dá)到頂峰，幼果膨大期耗水強(qiáng)度高于現(xiàn)蕾開(kāi)花期，2018年幼果膨大期降雨達(dá)84.33 mm，現(xiàn)蕾開(kāi)花期和果實(shí)白熟期為靈武長(zhǎng)棗需水關(guān)鍵期。各生育期耗水強(qiáng)度對(duì)比：果實(shí)白熟期>現(xiàn)蕾開(kāi)花期>幼果膨大期>果實(shí)成熟期>萌芽展葉期>停長(zhǎng)落葉期。各處理在萌芽展葉期耗水強(qiáng)度為1.13～1.58 mm/d，現(xiàn)蕾開(kāi)花期為1.29～5.54 mm/d，幼果膨大期耗水強(qiáng)度為2.26～5.11 mm/d，果實(shí)白熟期耗水強(qiáng)度處于各生育期最大，在4.44～6.56 mm/d 之間；成熟期耗水強(qiáng)度在1.08～2.61 mm/d，到落葉期逐步降至0.56～0.77 mm/d。從總體來(lái)看，各處理隨著灌水量和降雨量的增加，耗水強(qiáng)度也隨之增加。

圖5 靈武長(zhǎng)棗生育期各階段耗水強(qiáng)度變化動(dòng)態(tài)

2.3 不同水肥處理對(duì)靈武長(zhǎng)棗內(nèi)在品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

不同試驗(yàn)處理靈武長(zhǎng)棗內(nèi)在品質(zhì)見(jiàn)表4。2017年各處理可溶性糖在45.0%～46.10%之間，處理T2 最大為48.8%；2018年各處理可溶性糖在15.4%～18.2%之間，處理T5 最大，為20.4%。Vc 具有還原性質(zhì)，即抗氧化作用，保持靈武長(zhǎng)棗的新鮮香味。2017年各處理Vc 含量在242.43～258.13 mg/100 g 之間，處理T1最大為258.13 mg/100 g；2018年各處理Vc 含量在304.6～328.2 mg/100 g 之間，處理T1 最大為328.2 mg/100 g。2017年不同處理總酸的范圍為3.56 ～4.56 g/kg，2018年不同處理總酸的范圍為4.39～6.58 g/kg?？扇苄怨绦挝锸翘恰⒂袡C(jī)酸及其他固體物質(zhì)的總和。2017年不同處理靈武長(zhǎng)棗可溶性固形物為31.10%～33.50%，其中處理T2最大為33.50%，T1處理為33.10%，T4和T3處理分別為32.70%和31.10%。2018年不同處理靈武長(zhǎng)棗可溶性固形物為17.9%～30.7%，其中處理T3 最大為30.7%，T2 處理次之為30.6%。綜合兩年試驗(yàn)結(jié)論，各處理之間差距較小，灌溉水量的不同對(duì)長(zhǎng)棗品質(zhì)的影響不顯著。

表4 生育期不同處理對(duì)靈武長(zhǎng)棗品質(zhì)的影響

由表4可知，2017年靈武長(zhǎng)棗T3 產(chǎn)量最高為16 080 kg/hm2，總體表現(xiàn)為T3>T4>T2>T1；作物水分生產(chǎn)率均為T3 最高，為2.91 kg/m3，總體表現(xiàn)均為，綜上試驗(yàn)結(jié)果采用T3處理為最優(yōu)處理，可達(dá)到更好的節(jié)水高產(chǎn)效果。2018年T5 產(chǎn)量最高為782.08 kg/hm2，總體表現(xiàn)為T5>T4>T3>T2>T1，隨著灌水量的增加，產(chǎn)量也隨之增加。水分生產(chǎn)效率T1最大為2.62 kg/m3，隨著灌水量的增加水分生產(chǎn)率逐漸下降，總體表現(xiàn)為T1>T2>T3>T4>T5。

根據(jù)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)村水利技術(shù)術(shù)語(yǔ)》（SL56-2013）［12］，作物水分生產(chǎn)率為作物產(chǎn)量與全生育期耗水量的比值，單位為kg/m3。2017年水分生產(chǎn)率T3 最大為2.91kg/m3，表現(xiàn)為T3>T2>T1>T4；2018年水分生產(chǎn)率T1 最大為1.60 kg/m3，表現(xiàn)為T5>T4>T8>T7>T9>T6>T1>T2>T3，各處理間水分生產(chǎn)率差異不大。

綜合兩年試驗(yàn)結(jié)果，T3處理為最優(yōu)處理。即推薦靈武長(zhǎng)棗灌溉制度見(jiàn)表5。在此處理下靈武長(zhǎng)棗產(chǎn)量為11 184～16 080 m3/hm2；水分生產(chǎn)率為1.90～2.90 kg/m3。

表5 推薦靈武長(zhǎng)棗灌溉制度m3/hm2

3 結(jié) 論

（1）在整個(gè)生育期，各次灌水或降雨后土壤含水率發(fā)生顯著變化，且在整個(gè)生育期計(jì)劃濕潤(rùn)層深度（100 cm）30～100 cm土層土壤含水率較大，其中30～60 cm 土層內(nèi)平均含水率為10.20%，約為70%的田間持水量，長(zhǎng)棗主根系分布于30～60 m，長(zhǎng)棗生長(zhǎng)土壤水分主要來(lái)源于30～60 cm的主要土層。

（2）單次灌水量低于225 m3/hm2對(duì)60 cm處土壤含水率影響較小，低于300 m3/hm2時(shí)對(duì)100 cm 處土層的含水率影響較小，灌水量超過(guò)450 m3/hm2時(shí)，100 cm處土壤含水率有較大影響，即產(chǎn)生深層滲漏，在灌水定額選取時(shí)宜為300～450 m3/hm2。

（3）靈武長(zhǎng)棗各生育期耗水量大小趨勢(shì)依次為：果實(shí)膨大期>果實(shí)白熟期>幼果膨大期>現(xiàn)蕾開(kāi)花期>萌芽展葉期>果實(shí)成熟期>停長(zhǎng)落葉期，其各生育期階段耗水強(qiáng)度大小比較：果實(shí)白熟期>現(xiàn)蕾開(kāi)花期>幼果膨大期>果實(shí)成熟期>萌芽展葉期>停長(zhǎng)落葉期，現(xiàn)蕾開(kāi)花期和果實(shí)白熟期為靈武長(zhǎng)棗需水關(guān)鍵期。

（4）綜合兩年試驗(yàn)結(jié)果，T3 處理為最優(yōu)處理。在此處理下靈武長(zhǎng)棗產(chǎn)量為11 184～16 080 m3/hm2；水分生產(chǎn)率為1.90～2.90 kg/m3?！?/p>