梁博惠，唐 瑞，何寶銀，張上寧

(寧夏水利科學研究院，銀川 750021)

0 引 言

靈武長棗屬于鼠李科棗(Ziziphus jujube Mill.cv.)，品種優(yōu)良[1]，是當?shù)氐奶厣a(chǎn)業(yè)之一[2]。由于種植的地區(qū)自然環(huán)境具有差異性，眾多學者開展了不同地區(qū)不同灌溉方式下棗樹的土壤下限情況、耗水規(guī)律、光合作用根系生長、灌溉制度等研究。滴灌作為新型的節(jié)水灌溉方式，目前廣泛應用于棗樹種植，朱華等[3, 4]采用滴灌灌溉方式通過研究灌水下限、棗樹冠層生物量等方式對棗樹的生長情況的影響及灌溉方式，盛統(tǒng)民[5]采用稱重法研究棗樹耗水規(guī)律，胡安焱等[6]結合氣象條件探究棗樹耗水規(guī)律，李應海等[7]采用膜下滴灌得出非充分灌溉下在7月中旬至8月下旬可增加靈武長棗灌水量。但是滴灌也存在部分問題，滴灌灌水的不均勻性會影響根系生長，且滴頭易堵塞，造價高，對田間小氣候的調節(jié)作用不太明顯，這些問題制約著滴灌系統(tǒng)的推廣與發(fā)展[8]。

微潤灌溉作為一種新型高效節(jié)水灌溉技術，其原理是微潤管采用半透膜滲透技術實現(xiàn)連續(xù)灌溉[9]，從而實現(xiàn)低耗水、作物高產(chǎn)量、高品質，具有極高的實際應用價值[10, 11]，湯英[12]等在寧夏地區(qū)利用微潤灌溉果樹，得出可以降低作物蒸發(fā)蒸騰量，微潤灌溉的影響因素眾多，張國祥[13]等得出微潤灌產(chǎn)量高于普通澆灌，陶濤等[14]、呂望[15]等、張子卓[16]等研究表明供水壓力水頭和微潤管埋深深度對水分入滲量和入滲速率的影響較大，薛萬來[17]等認為土壤累計入滲量與壓力水頭呈正相關。

目前采用微灌灌溉方式種植棗樹，探究其對棗樹的生長影響及灌溉方式的極少。因此本文根據(jù)微潤灌溉的影響因素及棗樹的生長周期，設置不同的灌水壓力、流量及灌溉方式，以研究對棗樹生長的影響，并探究適宜的微灌灌溉種植模式，為后續(xù)研究提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況及試驗設計

試驗區(qū)位于東經(jīng)106°6′26″-106°26′30″，北緯37°57′10″-37°57′22″，海拔高度為1 310 m，屬于我國的西北內陸，遠離海洋，為典型的大陸性季風氣候，年平均氣溫為8.8 ℃，極端最高氣溫在1975年7月16日，達36.9 ℃，極端最低氣溫在1975年12月12日為-24 ℃，極端最低氣溫是衡量農(nóng)作物越冬的重要標志。年平均降水量為193.4 mm，日照充足，光能資源豐富，多年平均總輻射為602.37 kJ/cm2，多年平均日照時數(shù)在2 936 h左右，風沙多，平均風速2.7 m/s。試驗于2015年4月至2015年10月在寧夏吳忠市孫家灘高效節(jié)水農(nóng)業(yè)示范園區(qū)進行，棗樹微潤灌溉試驗區(qū)南北寬度115 m，東西長度120 m，面積約1.37 hm2，栽植4年生靈武長棗樹32行共1 312 株，株行距為3 m×4.5 m，試驗設置不同壓力(流量)和灌水間隔時間，布設微潤灌溉試驗區(qū)實施.微潤灌溉壓力(流量)與不同灌溉時間組合如表1。

表1 試驗設計Tab.1 Design of experiments

試驗設置微潤管水流入口壓力為1 m(0.01 MPa)和2 m(0.02 MPa)兩個值，儲水罐水頭壓力8 m，微潤管入口壓力通過調節(jié)減壓閥控制。經(jīng)過實測，微潤管在試驗區(qū)埋深20 cm，1和2 m水頭壓力下，微潤管的實測流量分別為2.4和3.36 L/(m·d)，即100和140 mL/(m·h)。試驗田間布設為3個試驗小區(qū)，其中試驗處理S1區(qū)長寬為120 m×50 m，栽植棗樹14行共575株，鋪設微潤管3 360 m；試驗處理S2區(qū)長寬為120 m×20 m，栽植棗樹5行共205株，鋪微潤管1 200 m；試驗處理S3區(qū)長寬為120 m×45 m，栽植棗樹13行共533株，鋪設微潤管3 120 m。

微潤管鋪設采用雙行水平鋪設，即在棗樹兩側距樹干20 cm處沿樹行方向各埋設一根微潤管，埋深20 cm，每個微潤灌溉試驗區(qū)進行統(tǒng)一管理灌溉，單元內微潤管用Φ16PE管以回路方式連接，安裝有排氣管、排污管。微潤管地下埋深如圖1所示，埋設間隔W為40 cm，埋深H為20 cm，兩條一組微潤管形成地下深度0～80 cm、水平寬度80～100 cm的連續(xù)濕潤土體。試驗區(qū)供水主管道出口壓力為8 m，通過調節(jié)各試驗小區(qū)入口處的減壓球閥，使各小區(qū)微潤管入口水壓控制在1 m(0.01 MPa)和2 m(0.02 MPa)。

圖1 微潤管地下埋深圖Fig.1 Buried depth map of moistube

1.2 測定指標

土壤田間持水量：在每個試驗處理小區(qū)選代表性取樣點，分別在10、40和80 cm處采用環(huán)刀法取樣，測定其土壤田間持水量。試驗區(qū)10 cm處土壤田間持水量為19.84%、40 cm處為20.52%、80 cm處為21.66%，土壤田間持水量平均為21.00%，詳見表2。

表2 土壤田間持水量Tab.2 Soil field capacity

土壤含水率：在試驗區(qū)建立一套土壤墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測土壤含水率。每個試驗處理小區(qū)設置一個土壤含水率監(jiān)測點，每個墑情監(jiān)測點在5、15、30、50和60 cm埋設土壤墑情傳感器，分別監(jiān)測0～10、10～20、20～40、40～60和60～80 cm土層含水率。傳感器監(jiān)測到的土壤含水率數(shù)值，經(jīng)烘干法矯正。處理S1取每間隔10～11 d的土壤含水率，S2、S3取每次灌前和灌后土壤含水率。

灌水時間、灌水量：根據(jù)試驗設計設定的各試驗處理小區(qū)入口壓力和灌水時間，定時開啟或關閉首部球閥，控制灌水和停灌時間。各個處理的灌水量通過水表觀測記錄。經(jīng)過實測，試驗處理1區(qū)在1 m水頭壓力(0.01 MPa)下，微潤管的實際流量為2.4 L/(m·d)，即100 mL/(m·h)；試驗處理2和處理3區(qū)在2 m水頭壓力(0.02 MPa)下，微潤管的實際流量分別為3.36 L/(m·d)，即140 mL/(m·h)。

生長量：棗樹新枝生長出來后，每個處理小區(qū)選取5株大小相近的棗樹，采用游標卡尺固定測量其新枝地徑，采用直尺測量新枝長度。

氣象要素的測定：采用小型自動氣象站觀測試驗區(qū)的空氣溫度和濕度、風、降水、太陽輻射等要素，2015年試驗期間降雨量見表3。

表3 2015年4-9月降雨量Tab.3 April-September rainfall in 2015

1.3 數(shù)據(jù)處理

本試驗原始數(shù)據(jù)的前期歸納總結及圖表繪制采用Microsoft Excel 2007軟件，采用Tukey法對數(shù)據(jù)進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 土壤含水率

試驗區(qū)棗樹自4月20日開始灌水，圖2是各個處理在棗樹生育期內土壤含水率的變化情況，從4月30日起至生長期灌水結束，處理S1：土壤10～60 cm平均含水率保持在15.11%～16.11%之間，平均為15.64%，為74.5%θf；處理S2：土壤10～60 cm平均含水率保持在13.85%～17.02%之間，平均為15.30%，為73.28%θf；處理S3：土壤10～60 cm平均含水率保持在13.76%～17.39%之間，平均為14.89%，為70.9%θf。整體來看，S1處理中土壤含水率的變化情況較為穩(wěn)定，且土壤含水率保持在較高水平。

將S1、S2、S3進行比較，可以發(fā)現(xiàn)，生育期持續(xù)灌水的情況下(S1)，土壤水分由于一直處于高持水量狀態(tài)，因此變化幅度基本為平緩狀態(tài)，S2與S3的灌水方式相比，S2處理的各土層的灌水前與灌水后的土壤含水率差值較大。

S2和S3灌水至第10 d、S1灌水至約20 d，60～80 cm土層含水率達到或接近了此次試驗該土層含水率最大值，之后，隨著灌水—耗水過程的重復，0～60 cm各土層含水率變化較大，而60～80 cm土層含水率變化極小。試驗區(qū)土壤無地下水補給，說明棗樹蒸騰蒸發(fā)不消耗60 cm以下土層中的水分，只消耗60 cm以上土層中水分，且10～60 cm深度土層的含水率相差不大，也就是說，棗樹的根系主要分布在10～60 cm處，為根系主要耗水層，因此10～60 cm處土壤含水率低于60～80 cm。而寧夏地區(qū)蒸發(fā)蒸騰量較高，灌水之后土壤表層含水率增高，但是隨著蒸發(fā)蒸騰作用的進行，0～10 cm深度的土壤含水率會進行下降，因此0～10 cm土壤含水率隨時間大幅變化，且低于其他土層深度的含水率。

由于微潤灌溉以微量持續(xù)灌水的特點，棗樹主要吸收根系分布范圍10～60 cm土層的耗水量和供水量大體保持平衡，該土層含水率的變化反映了棗樹根系吸收消耗土壤水的過程，土壤含水率保持在70%θf～75%θf之間。

2.2 灌水量與耗水量

試驗處理1區(qū)，自4月20日開始在1 m水頭壓力(0.01 MPa)下持續(xù)灌水，至9月底，生長期共灌水162 d(1 d為24 h，下同)，單株棗樹灌水量2 516 L/株(棗樹密度750 株/hm2，下同)；試驗處理2區(qū)，自4月20日開始在2 m水頭壓力(0.02 MPa)下，每灌水10 d間隔停灌5 d，至9月底，生長期共灌水113 d，折合單株棗樹灌水量2 520 L/株；試驗處理3區(qū)，自4月20日開始在2 m水頭壓力(0.02 MPa)下，初次連續(xù)灌水10 d，然后停灌5 d，之后每灌水5 d間隔停灌5 d，至9月底，生長期共灌水89 d，單株棗樹灌水量2 100 L/株。

本試驗在田間條件下采用水量平衡法對耗水量和耗水過程進行分析。因為棗樹需水的生育期內變化，主要是其自身的生理特性與當?shù)貧庀髼l件及土壤條件影響的結果，因而這種計算能夠基本反映該區(qū)棗樹耗水的實際變化趨勢，且切合生產(chǎn)實際，從而便于調整灌水量定額和灌溉制度。試驗區(qū)水量平衡可用公式(1)計算：

ET=(W0-WE)+M+P+K-D-R

(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為某階段內的灌水量，mm；P為某階段內的降雨量，mm；K為某階段內地下水補給量，mm；D為深層滲漏量，mm；R為徑流量，mm。

試驗區(qū)地下水位埋藏較深，可不計地下水補給，生育期內降雨量較少，降水就地入滲，地表徑流量可以忽略，在不考慮深層滲漏量的情況下，水量平衡方程可簡化為公式(2)：

ET=(W0-WE)+M+P

(2)

采用上式計算生育期內各階段各處理實際耗水量，耗水強度(mm/d)=耗水量/灌水時間，試驗中灌水量采用水表進行記錄。

根據(jù)表4及圖3，自4月到7月，各處理灌水量和耗水強度逐步增大，至7月達到最大值；隨后自7-9月灌水量和耗水強度逐步降低。本試驗中，雖然各處理微潤管入口設定了固定壓力值，但是4-7月隨著氣溫升高、棗樹葉面積增大等，耗水強度增大，灌水量也隨之增大；7-9月隨著氣溫逐步下降，耗水強度減小，灌水量也隨之下降。各處理間，生長期灌水量總量以處理S2最大，S1次之，S3最??；耗水強度總量以S2最大，S1次之，S3最小。這是由于S1為連續(xù)灌溉，土壤含水率一直在74.5%θf附近變化，微潤管與土壤水分之間相對處于平衡狀態(tài)，S2灌溉方式為不連續(xù)灌溉，土壤存在干濕交替狀態(tài)，微潤管與土壤之間會存在水勢差，因而S2灌水量高于S1，S2耗水強度高于S1，S2與S3均為不連續(xù)灌溉，而S2一次灌水時間多于S3，因而S2灌水量高于S3，S2耗水量高于S3。

表4 生育期內各處理灌水量及耗水強度Tab.4 Irrigation amount and intensity of each treatment during the growth period

圖3 各處理生育期灌水量與耗水強度變化情況Fig.3 Changes of irrigation water and water consumption intensity at different growth stages

2.3 棗樹生長量

從4月到8月棗樹地徑和新枝生長量均逐步增大，至8月達到最大；進入9月，隨著棗樹進入結果期，棗樹生長發(fā)育逐漸減緩，棗樹地徑和新枝生長量減小。棗樹全生育期各處理地徑生長量S2>S1>S3，與灌水量與耗水強度趨勢一致；新枝生長量S1>S2>S3，灌水量和耗水強度大的處理其新枝生長量大，灌水量和耗水強度最小的處理新枝生長量也最小。分別對各處理棗樹全生長期及各月地徑增長量和新枝生長量采用Tukey法進行多重比較，比較結果如表5所示。

方差分析得出，不同的微潤灌溉方案處理對棗樹全生長期新枝生長量造成的差異達到了極顯著水平，其S3與S1和S2之間的差異達到了極顯著水平，S1和S2之間差異不顯著，新枝生長量以S2>S1>S3，棗樹全生長期微潤灌溉方案以處理S2最優(yōu)，處理S1次之。同理，分別對5月、6月、7月、8月和9月棗樹地徑增長量、新枝生長量進行方差分析，綜合各月優(yōu)選結果，5月、6月和7月的微潤灌溉方案以處理S2最優(yōu)，9月以處理S3方案最優(yōu)；8月以地徑增長量優(yōu)選方案為處理S2，以新枝生長量優(yōu)選結果為處理S3。以各月生長量為目標優(yōu)選結果為：5月、6月、7月和8月的微潤灌溉方案以處理S2最優(yōu)，9月以處理S3方案最優(yōu)。

3 結 語

(1)由于微潤灌溉以微量持續(xù)灌水的特點，棗樹主要吸收根系分布范圍10～60 cm土層的耗水量和供水量大體保持平衡，土壤含水率保持在70%θf～75%θf之間。

表5 棗樹生長量Tukey法多重比較結果Tab.5 Multiple comparison results of jujube growth by Tukey method

注：不同字母表示不同處理在同一生育階段差異顯著(P<0.05)與極顯著(P<0.01)。

(2)各處理間，生長期灌水量總量以處理S2最大，S1次之，S3灌水量最??；耗水強度總量以S2最大，S1次之，S3灌水量最小。

(3)棗樹全生育期中，各處理地徑生長量S2>S1>S3，新枝生長量S1>S2>S3，不同處理棗樹地徑增長量和新枝生長量中S3與S1和S2之間的差異均達到了極顯著水平，S1和S2之間差異均不顯著，據(jù)此，棗樹全生長期微潤灌溉方案以處理S2最優(yōu)，處理S1次之。

(4)綜合各月優(yōu)選結果，5月、6月和7月的微潤灌溉方案以處理S2最優(yōu)，9月以處理S3方案最優(yōu)；8月以地徑增長量優(yōu)選方案為處理S2，以新枝生長量優(yōu)選結果為處理S3。以各月生長量為目標優(yōu)選結果為：5月、6月、7月和8月的微潤灌溉方案以處理S2最優(yōu)，9月以處理S3方案最優(yōu)。

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