不同滴灌灌水方式對漫灌改滴灌成齡紅棗的影響研究

胡家帥，王振華，鄭旭榮

(石河子大學水利建筑工程學院，石河子 832000)

0 引 言

棗(學名：Ziziphus jujube Mill)，別稱中華大棗，鼠李科棗屬植物，果實味甜，營養豐富，更有廣泛的藥用價值，是全國人民喜愛的藥食兼用果品之一。同時也是一種重要的經濟林樹種，在我國具有悠久的歷史[1,2]。自2008年以來，新疆紅棗產業迅猛發展，資料顯示，截至2014年年底，新疆紅棗種植面積已達43萬hm2，躍居全國第一，占全國總面積的近1/3；其中新疆第一師地區最多，種植面積達14萬hm2。但是新疆紅棗業灌溉水利用效率普遍低下，紅棗的灌溉管理依舊停留在農民憑經驗灌溉階段，隨意灌溉現象普遍[3,4]，第一師地區種植的14萬hm2紅棗，12.67萬hm2都是傳統的漫灌灌溉方式，棗樹滴灌節水應用普及率只有5%。傳統的漫灌灌溉方式不但造成水資源的嚴重浪費，而且難以對水肥精準調控，致使棗果品質差，極大地限制了第一師紅棗產業的發展[5,6]。因此研究第一師沙區成齡紅棗漫灌改滴灌科學節水灌溉技術是提高棗果產量品質、加快紅棗節水產業發展的重要基石。

近年來眾多學者對全國各地滴灌紅棗耗水規律、紅棗品質及產量等方面展開研究，胡安焱[6]等在干旱區采用滴灌、低壓軟管灌、微噴灌、溝灌4種灌水技術進行田間試驗得出滴灌在葉溫、品質、適應氣候、田間管理等主要的方面表現最優,微灌在坐果率和產量方面表現最優。游磊[7]等通過研究不同灌水處理對灰棗產量、水分利用效率及品質的影響得出在大滴頭流量3.75 L/h下的各處理的灰棗果實中各品質指標中總糖含量、商品率、維C含量均隨著灌水量的增加呈現先增加后減小的趨勢。何建斌[8]等在極干旱哈密地區通過對不同灌水量處理下的土壤含水率、大棗生長指標進行觀測和分析得出大棗在整個生育期內各處理耗水呈現由低到高再降低的變化趨勢，耗水高峰期是白熟期。已有的對滴灌紅棗產量、品質和水分利用效率的研究多是基于常年連續滴灌紅棗，且都是以普通滴灌帶的面源灌溉方式為主，針對根部點源灌溉方式的研究很少，現在第一師地區大面積的常年漫灌成齡棗樹應節水要求急需改為滴灌，但缺乏科學合理的漫灌改滴灌節水灌溉技術，嚴重阻礙了第一師地區紅棗滴灌的發展。因此，研究不同滴灌灌水方式下灌水量對南疆沙區漫灌改滴灌成齡紅棗生長、產量和水分利用效率的影響，確定哪種滴灌方式及其灌水組合能使得紅棗各生長指標綜合水平達到較優，這對南疆第一師地區紅棗產業、節水灌溉技術的推廣發展及增加農民收入有重要現實意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2015年6-11月在新疆阿拉爾市第一師灌溉試驗站內進行，地理坐標為北緯40°37′～40°38′，東經81°1′ ～81°13′，平均海拔1 100 m，屬于暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，無霜期較長，光照充足，晝夜溫差大，極端最高氣溫40 ℃，極端最低氣溫-33.2 ℃。墾區太陽輻射年均133.7～146.3 kJ/cm2，年均日照2 556.3～2 991.8 h。墾區雨水稀少，冬季少雪，地表蒸發強烈，年均降水量為40.2～82.5 mm，年均蒸發量1 878.6～2 558.7 mm。試驗區土壤平均干容重為1.37 g/m3，地下水埋深大于3.5 m，灌溉水源采用地下水。

1.2 試驗材料

以第一師灌溉試驗站內7年生矮化密植駿棗棗樹為試驗材料，2008年種植，2009年嫁接，常年連續漫灌。株行距1 m×2 m，樹干經修剪均高約1.2 m。整個觀測期肥料均隨水滴施，其他管理均與當地農戶漫灌棗樹管理措施相同。

1.3 試驗設計

棗樹的灌溉方法由漫灌改為滴灌，采用兩種滴灌方式，均一行兩管，即在樹行兩側20 cm處各布置一根滴灌管。第一種滴灌方式M1為根部點源灌溉(以下簡稱根灌)，即滴灌管只在紅棗樹干根部處自行開孔安裝可調節流量滴頭，控制滴頭流量為4 L/h。第二種滴灌方式M2為均勻面源灌溉(以下簡稱均灌)，即采用市面上較為流行的果樹專用滴灌帶，滴頭流量4 L/h。每種滴灌方式設置3個灌水量水平：900、1 050和1 200 mm(分別標記為W1、W2和W3)共6個試驗處理，另外設置一個漫灌CK(灌水量1 500 mm)的對照處理。每個處理均設置3個重復，具體的試驗設置如表1所示。

表1 試驗處理設計

各觀測期具體灌水情況，如表2所示。

表2 各觀測期具體灌水情況

1.4 測定項目與方法

(1)灌水量：每個灌水處理安裝一個高精度水表，計量每次灌水量。

(2)土壤含水率：采用CPW503DR中子儀測定土壤不同方向及不同深度含水率，每個處理布設一組中子管，每組4根，分別布置在棗樹東西南北方向各1根，距樹40 cm處。每根中子管埋設深度為1.5 m，測量土層(10、20、30、40、50、70、90、110、130、150 cm)的含水率。試驗前，為尋找土壤含水率與儀器顯示值之間的關系，需對儀器進行實地標定，用傳統的取土烘干法測量各層土壤含水量，取土烘干法所測結果為質量含水量，利用質量含水率和體積含水率之間的轉換關系，在對照儀器顯示值，所得標定曲線方程結果如下：

y=18.580x-3.304

(1)

式中：y為土壤實際體積含水率，%；x為儀器測得計數比，%。

(3)氣象數據：利用自動氣象站進行太陽輻射、氣溫、相對濕度、風速及降雨量等氣象數據的觀測。

(4)駿棗田間耗水量：根據水量平衡原理計算駿棗樹各生育期的田間耗水量[9]，計算公式為：

(2)

式中：ET1-2為階段田間耗水量，mm；i為土壤層次數；W為土壤層次總數；γi為第i層土壤干容重，g/cm3；Hi為第i層土壤的厚度，cm；Wi1為第i層土壤在時段始的含水率(干土重的百分率)；Wi2為第i層土壤在時段末的含水率(干土重的百分率)；M為觀測時段內的灌水量，mm；P為觀測時段內的降水量，mm；K為觀測時段內的地下水補給量，mm；C為觀測時段內的排水量，mm。

本文試驗區地土壤為沙壤土，地下水深度為3.5 m以下，地下水無補給量，因此K=0；根據試驗監測的土壤含水率數據分析得出在土壤深度150 cm以下土壤含水量基本無變化故C=0；因此，式(2)可以化簡為：

(3)

式中各參數意義同前。

(5)株高：紅棗成熟時采用鋼卷尺對株高進行測定，每個處理每個重復隨機選取十棵棗樹測量，最終進行平均計算出各處理株高。

(6)駿棗產量：駿棗收獲時每個處理的每個重復隨機選取3棵棗樹進行產量測定，最終進行平均求得平均產量值即為該處理的產量值。主要測量指標為平均單位面積產量。

(7)駿棗品質：商品率定義為產品總量中商品量所占比例，本試驗中駿棗分級按照第一師市場對紅棗分級定義，進行商品量的確定，即縱徑大于3.2cm 的駿棗均為商品果；特級果為縱徑大于4.7 cm，平均單果重量在17.3 g左右；一級果為縱徑在4.3～4.6 cm之間，平均單果重量在15.2 g左右；二級果為縱徑在3.6～4.2 cm之間，平均單果重量在14.7g左右；三級果為縱徑在3.2～3.5 cm之間，平均單果重量在5.7 g左右[10]。每個灌水處理的每個處理在駿棗收獲時隨機選取3株棗樹，收貨其全部紅棗果實，將選出的樣品按照果實縱徑用游標卡尺測量劃分為等級，然后計算各處理駿棗的商品率。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉方式各觀測期的耗水量

表3是沙區漫灌改滴灌成齡駿棗各處理及漫灌駿棗的各觀測期耗水量詳情一覽表。 由表3可以看出，無論是根灌、均灌還是漫灌，各處理整個觀測期的耗水量基本為白熟期>膨大期>花期>完熟期，均呈現先增高后降低的趨勢，這與相關文獻[8,11]研究結果一致。相同灌水量條件下，各觀測期耗水量和總耗水量均表現為漫灌>根灌>均灌，但隨著灌水量的增加，耗水量根灌>均灌的程度逐漸平緩。 相同灌溉方式條件下，各觀測期耗水量和總耗水量表現為隨著灌水量的增加而增加。總耗水量均表現為漫灌>根灌>均灌，這是因為根灌和均灌土壤水分分布和棗樹根系有較好的耦合關系，可以有效減少地表土壤水分蒸發損失和水分深層滲漏損失，有利于紅棗根系對土壤水分的吸收利用。相同灌水量條件下均灌比根灌的耗水量更低，特別是M2W1處理總耗水量最低為862.1 mm，因為小灌水量面源均灌方式水分入滲深度淺且入滲速度慢，更多的水分以表層土壤水分蒸發的形式流失。

表3 駿棗漫灌改滴灌后各觀測期耗水量 mm

2.2 不同滴灌方式對漫灌改滴灌紅棗產量和水分利用效率的影響

圖1是不同滴灌方式條件下各處理的駿棗產量及水分利用效率詳表，由紅棗全觀測期產量和耗水量即可得其水分利用效率WUE，其計算公式如下所示：

WUE=Y/ETc

(4)

式中：Y為作物產量，kg/hm2；ETc為作物耗水量，m3/hm2。

圖1 不同滴灌方式下漫灌改滴灌紅棗的產量和水分利用效率

由圖1可知，不同滴灌方式下改滴灌紅棗各處理平均產量在3 949～6 560 kg/hm2之間變化，WUE在0.365～0.512 kg/m3之間變化，漫灌CK的平均產量為6 548 kg/hm2、WUE為0.331 kg/m3。CK雖然產量較高，但WUE相比根灌、均灌最低。根灌時，隨著灌水量的增加產量和WUE呈現先增大后減小的趨勢(a<0.5)；均灌時，產量隨著灌水量的增加逐漸增加，而WUE隨著灌水量的增加逐漸小幅度減小，產量和WUE呈負相關(a<0.5)。相同灌水量條件下，W1時根灌產量大于均灌，但WUE差異不顯著(a>0.5)；W2時根灌產量和WUE均大于均灌，且差異性顯著(a<0.5)；W3時根灌產量和WUE均小于均灌，且差異性顯著(a<0.5)。綜上可知，無論是根灌還是均灌，一味的增大灌水量并不能有效地提高水分利用效率；在合理灌水量范圍內，小水量時根灌在產量和WUE方面表現更優，大水量時均灌在產量和WUE方面表現更優。

2.3 不同滴灌方式對漫灌改滴灌紅棗株高的影響

圖2是不同滴灌方式條件下成熟時各處理的駿棗株高，由圖2可知根灌和均灌的株高均隨著灌水量的增加而增加，當從W1增加到W2時，株高增加20 cm，變化顯著；繼續增加到W3時株高增加10 cm，逐漸趨于平穩。綜上可知，相同灌水量時根灌、均灌對株高的影響不顯著；與CK相比，相同株高時根灌和均灌節水30%。

圖2 不同滴灌方式下漫灌改滴灌成齡紅棗的株高

2.4 不同滴灌方式對漫灌改滴灌成齡紅棗品質的影響

不同滴灌方式對漫灌改滴灌成齡駿棗品質影響見表5。由表5可知，根灌時紅棗商品率隨著灌水量的增加逐漸降低，均灌時紅棗商品率隨著灌水量的增加沒有顯著變化，總體上均灌相比根灌商品率表現更優。根灌紅棗果實等級主要分布在一級果、二級果和特級果，三級果較少；均灌的紅棗果實等級主要分布在一級果和二級果，特級果和三級果較少；M2W1特級果比例最大為23.2%，這是因為M2W1處理產量低，而水分利用效率WUE高，使得果實等級品質相對較好。總體上，相比均灌，根灌有助于提高紅棗特級果的比例。改滴灌處理中，果實等級品質與CK處理相似程度最高的是根灌M1W2，但相比CK節水30%。

3 討 論

(1)本文采用的試驗灌溉定額為900、1 050、1 200 mm，是根據試驗地當地常年連續漫灌駿棗灌溉定額1 500 mm分別節水40%、30%、20%而制定，與有關文獻研究的用量偏高，如游磊[7]等最大處理滴灌灌溉定額為637.5 mm，鄭強卿[11]等最大處理滴灌灌溉定額為720 mm，主要是因為本文試驗圍繞漫灌改滴灌開展，所用地塊為常年連續漫灌棗樹地，常年連續漫灌棗樹相比文獻[7,11]常年連續滴灌棗樹灌水量必然要大，盲目過多的降低灌水量必然會大面積減產；其次還受棗樹的品種、年限、種植模式、種植地域、土壤質地、農藝措施等的影響。本文圍繞不同灌溉方式和灌水量開展漫灌改滴灌的試驗，總灌水次數設計為14次，相關文獻研究灌水次數超過14次情況下試驗也得到了較好的結果，因此對于本文漫灌改滴灌設計灌水次數在超過14次情況下根灌和均灌對紅棗的影響還需要繼續開展試驗研究。

表5 不同滴灌方式下各處理的駿棗品質

(2)本文試驗各處理紅棗的產量與相關文獻研究的產量偏低，如游磊[7]等最大產量為10 895.7 kg/hm2，何建斌[8]等最大產量為9 035 kg/hm2，主要是因為本試驗地區5月18日下午8點30分遭受了暴雨天氣并伴有時常約6 min冰雹，使得棗樹的生長在新梢生長階段受到較大影響，最終導致產量較往年有所減少。但這并沒有影響灌水量與產量、WUE之間的關聯規律性，本文研究表明，改滴灌后根灌紅棗產量的大小隨著灌水量的增加呈現先增大后減小的趨勢，均灌WUE隨著灌水量的增加呈現逐漸減少趨勢，這一點與游磊[7]等的研究結果具有相似之處。這可能是由于冰雹發生在棗樹生長發育早期，雖然影響了產量，但整體規律性依然保持一致。

(3)根部點源灌溉方式和均勻面源灌溉方式的主要區別就是濕潤范圍不同，根灌濕潤范圍35～40 cm，土壤表層看成圓形；均灌濕潤范圍約40 cm，土壤表層看成矩形。其次是水分入滲速度不同，根灌相比均灌要快一些。本文研究發現改滴灌后根灌、均灌會使棗樹根系的分布相對收縮集中，更利于水分的有效吸收，這與毛娟[12]等在荒漠葡萄方面研究結果有相似之處。本文試驗中根灌綜合效果優于均灌，但實際農作中根灌價值體現不如均灌高。主要是因為棗樹種植模式多為矮化密植，隨著樹齡的增加，需要不斷的移除一定的棗樹來調節種植密度，從而給予棗樹合理的生長空間，這就要求每年跟換新滴灌管，而從目前市場來看根灌滴灌管的投資是均灌滴灌帶的3倍，且根灌滴灌鋪設的工作量較大。科學高效規范的種植模式、市場化的根灌材料是解決此問題的關鍵，根灌普及面臨的是一個龐大的多學科交叉系統工程。

(4)本文一次性試驗研究結果具有一定的局限性，從地域、土壤質地和紅棗種類上來看所得出的結論只適用于干旱區沙土條件下的駿棗，對于其他生長環境和土壤條件的漫灌改滴灌紅棗的影響有待進一步研究；從時間尺度上來看，一年的試驗結果受到多方面因素的影響，因此在本文研究基礎上我們將繼續開展漫灌改滴灌的試驗研究來增加試驗研究結果的科學性和準確性。

4 結 語

(1)漫灌改滴灌后，根灌、均灌紅棗全觀測期耗水量呈單峰曲線趨勢變化，耗水量均隨著灌水量的增加而增加，相同灌水量條件下均灌比根灌的耗水量低。

(2)在合理灌水量范圍內，小水量時根灌在產量和WUE方面表現較優，大水量時均灌在產量和WUE方面表現較優。

(3)根灌和均灌的株高均隨著灌水量的增加而增加，相同灌水量時根灌、均灌對株高的影響不顯著。

(4)根灌時紅棗商品率隨著灌水量的增加逐漸降低，均灌時紅棗商品率隨著灌水量的增加沒有顯著變化，總體上均灌相比根灌商品率表現更優，根灌比均灌優果率更大。

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