不同灌溉條件下幼齡棗園土壤蒸發(fā)試驗(yàn)研究

韓瑩瑩　李宏　程平　劉幫　張志剛　李長城　孫明森

關(guān)鍵詞：幼齡紅棗；地表滴灌；井式灌溉；漫灌；土壤蒸發(fā)

中圖分類號：S723.6；S665.107 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0220—04

紅棗喜光、抗旱、抗寒等，是我國山、沙、堿、旱地區(qū)最具特殊利用價值的生態(tài)經(jīng)濟(jì)樹種。新疆光、熱資源豐富，所以紅棗產(chǎn)業(yè)在新疆發(fā)展很快，2014年全疆特色林果類種植面積達(dá)到146.7萬hm²，其中紅棗達(dá)到46.7萬hm，目前紅棗已成為新疆環(huán)塔里木盆地綠洲帶的最主要栽培果樹之一。新疆紅棗主產(chǎn)區(qū)之一的阿克蘇地區(qū)紅棗達(dá)到13.3多萬hm²，紅棗成為該地區(qū)農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的一個重要來源，而環(huán)塔里木盆地年降水量不足100 mm，因此水資源嚴(yán)重短缺是制約棗樹生長與發(fā)育的重要因素，也決定著其產(chǎn)量和品質(zhì)。當(dāng)前環(huán)塔里木盆地的幼齡棗園大多采用地面灌溉，灌溉定額超過15 000 m³/hm²，容易形成地表積水，田間無效耗水量大，造成了水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

土壤蒸發(fā)是農(nóng)田水分循環(huán)過程中的無效耗水，不參與作物的生理和生產(chǎn)過程，屬于非生產(chǎn)性耗水，因此合理減少田間非生產(chǎn)性耗水、提高作物水分利用效率是節(jié)水灌溉的一條重要途徑。林木井式節(jié)水灌溉方法作為一種新型灌溉技術(shù)，在地面滴灌基礎(chǔ)上，通過盲管將水引入帶孔豎井管內(nèi)部，再從井管壁孔橫向滲漏將水分直接輸送至林木根系分布區(qū)，此過程中地表保持了較干燥狀態(tài)，也有效控制了地表徑流，因此提高了水的利用效率，達(dá)到了節(jié)水的目的。

微型蒸滲儀（micro-lysimeters，簡稱MLS）作為測量土壤蒸發(fā)行之有效的一種小型觀測器皿，具有無擾動、可移動、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，利用導(dǎo)熱率較小的PVC材料制作的微型蒸發(fā)器測量土壤蒸發(fā)簡單有效，在干旱半干旱地區(qū)有很大利用價值。

本試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在新疆林業(yè)科學(xué)院佳木試驗(yàn)站幼齡棗園，通過分析對比地表滴灌、林木井式灌溉、漫灌條件下幼齡紅棗園地表的蒸發(fā)特性，為林木井式灌溉節(jié)水方法提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)在新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣境內(nèi)的新疆林業(yè)科學(xué)院佳木試驗(yàn)站進(jìn)行，地理位置80°32′N，41°5′E，海拔1103 m。基地呈長方形，地勢北高南低，西高東低，南北長1600 m，東西長650 m，地下水埋深2.8～3.3 m；屬于大陸性干旱荒漠氣候，晝夜溫差大；春季較短，多大風(fēng)降溫天氣，時常有倒春寒現(xiàn)象發(fā)生，夏季炎熱而干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈；降水量稀少，四季分配不均，降水量年際變化大，年均降水量不足100 mm；年均氣溫10.1℃，極端低溫-27.4℃，年均日照時數(shù)2747.7 h，≥10℃積溫2916.8～3 198.6℃，無霜期196 d。

1.2樣地選擇

在試驗(yàn)站幼齡紅棗園中選擇3塊樣地，采用地表滴灌、井式灌溉和漫灌灌溉方式各1塊，樣地規(guī)格均為20 m×20 m。棗樹均為地徑（3±0.3）cm的4年生灰棗樹，按東西方向栽培，株間距為1 m，行間距為4 m，采用小冠疏層型整形方式，平均株高為1.91 m，平均冠幅為1.3 m，樹勢基本一致，樹體生長發(fā)育良好，無病蟲害。3塊試驗(yàn)樣地除灌水方式不同外，施肥、病蟲草害防治等田問管理措施均與當(dāng)?shù)叵嗤榉乐孤鄻拥厮值膫?cè)滲影響試驗(yàn)結(jié)果，在地表滴灌和井式灌溉樣地邊緣挖掘深度為2.0 m的壕溝，用防滲膜隔開，并在四周做高出地面60 cm以上的土壟，以防止周圍果園灌水對樣地的影響。

1.3試驗(yàn)設(shè)計

1.3.1試驗(yàn)處理 試驗(yàn)于2014年5月初至10月下旬在佳木試驗(yàn)站紅棗園中進(jìn)行。試驗(yàn)分3個處理，處理1：采用地面滴灌（I₁）方式，滴頭流量為12 L/h，每次灌水72 L/株，全生育期灌水24次，灌水日期如表1所示。處理2：采用井式灌溉（I₂）方式，采用自制帶孔豎井管（內(nèi)徑10 cm，高20 cm，上端5 cm封閉，出水孔大小0.3 cm）安裝在距樹干10 cm處，在處理1供水系統(tǒng)基礎(chǔ)上采用滴頭（12L/h）用毛管將水引入井管內(nèi)，每次灌水72 L/株，全生育期灌溉24次，灌水日期如表1所示。處理3：采用漫灌（I₃）方式，每次灌水定額120 m³，全年灌溉8次，每次灌水時間間隔的長短根據(jù)棗樹不同生育期的需水情況來定，全年灌水日期如表2所示。

1.3.2土壤蒸發(fā)量測定方法 制作2種微型蒸發(fā)器。MIS-1：用PVC制作，內(nèi)徑10 cm，高40 cm，底部用堵頭封底，堵頭底部打有30～40個孔以保持土壤通透性，堵頭底部粘1層薄布防止土粒外漏；每個MLS都有內(nèi)徑11 cm、高40 cm的PVC制作的套管放置于土壤中，方便稱質(zhì)量時內(nèi)桶的取出；采用自制土鉆（內(nèi)徑10 cm，高20 cm）取土，分2次將完整土柱放人微型蒸發(fā)器中。MLS-2：用PVC制作，內(nèi)徑10 cm、高20 cm，用堵頭封底；套管規(guī)格為內(nèi)徑11 cm、高20 cm。

3種灌溉方式下的土壤蒸發(fā)過程均分為水體蒸發(fā)和土壤蒸發(fā)，處理1灌溉時形成半徑25 cm左右的濕潤面，此階段水體蒸發(fā)用MLS-2測量，灌水12 h后，土壤水分完成再分布至下次灌水之前，采用MLS-1測量；處理2灌溉時豎井管內(nèi)有積水，此階段水體蒸發(fā)用MIS-2測量，灌水12 h后，土壤水分完成再分布至下次灌水之前，采用MLS-1測量；處理3灌溉時有地表積水，此間水體蒸發(fā)用MLS-2測量，灌水12 h后，土壤水分完成再分布至下次灌水之前，采用MLS-1測量。

MLS-1：處理1、處理2均在距離樹干20、60、100 cm的行間布設(shè)，處理3在距離樹干20、60、100、140 cm的行間布設(shè)，各重復(fù)3次；MLS-2：處理1在距離樹干10 cm處放置1個，處理2在豎井管位置放置1個，處理3在距離樹干20、60、100 cm的行間布設(shè)，各重復(fù)3次。根據(jù)不同生育期棗樹需水供水情況分別測定2～4次灌水周期的土壤蒸發(fā)量，取均值作為該生育期的蒸發(fā)量。

1.3.3數(shù)據(jù)采集 據(jù)本試驗(yàn)過程記錄與研究目的，新疆阿克蘇地區(qū)2014年幼齡紅棗生育期的劃分如表3所示。

土壤蒸發(fā)測定：用電子臺秤（精度1 g）于每天08：00和21：30（北京時間）稱質(zhì)量，8月中旬后，08：40和21：00稱質(zhì)量，利用2次之間的質(zhì)量差和土柱橫截面積換算得土壤蒸發(fā)量。為了防止夜間露水和沙子進(jìn)入管中，每晚用黑色塑料膜遮蓋，早上日出前半小時揭掉塑料膜。

氣象因素的測定：樣地內(nèi)安裝HOBO小氣候儀，對棗園的氣象因素進(jìn)行測定，主要包括太陽輻射、空氣濕度、溫度、風(fēng)速、降水量，數(shù)據(jù)采集時間間隔10 min。

1.3.4數(shù)據(jù)處理與分析 棗園土壤蒸發(fā)計算方法：棗園土壤蒸發(fā)按照長方體計算，處理1、處理2距離樹干0～100 cm利用MLS-1和MLS一2的表面積進(jìn)行換算。根據(jù)前期棗樹根系和土壤水分濕潤模型的研究，處理1和處理2土壤水分運(yùn)移范圍在距離樹干0～100 cm范圍內(nèi)，因此在距離樹干100～200 cm處的土壤蒸發(fā)忽略不計。處理3距離樹干0～200 cm采用MLS-1和MLS-2進(jìn)行換算。

方差分析應(yīng)用SPSS 17.5統(tǒng)計軟件；繪圖應(yīng)用Microsoft Excel 2003。

2結(jié)果與分析

2.1 3種灌溉條件下幼齡紅棗各生育期距樹干不同距離的日均蒸發(fā)特性

3種處理?xiàng)l件下距樹干長20 cm的地表不同生育期日均蒸發(fā)量對比見圖1。從圖1可看出，總體來看，幼齡棗樹的土壤蒸發(fā)量為坐果期>開花期>展葉期>膨大期>成熟期>落葉期；I₃和I₁、I₂條件下不同生育期日均蒸發(fā)量均存在極顯著差異（P<0.01），3種處理方式下土壤蒸發(fā)量為I₃>I₁>I₂；距樹干長60、100 cm的地表各生育期的日均蒸發(fā)量呈現(xiàn)的規(guī)律性（圖2、圖3）與距樹干長20 cm的地表一致，其中I₂條件下距離樹干長20、60、100 cm的地表全生育期日均蒸發(fā)量比I₁條件下平均減少了23%、23%、27%。

由圖4可以看出，I₁條件下坐果期、開花期、展葉期的日均蒸發(fā)量之間沒有顯著差異（P>0.05），膨大期、成熟期、落葉期兩兩之間差異顯著（P<0.05），前3個生育期日均蒸發(fā)顯著高于后3個時期（P<0.05）；I₂條件下不同生育期日均蒸發(fā)量呈現(xiàn)的規(guī)律性與I₁條件下的一致；I₃條件下坐果期和開花期的日均蒸發(fā)量沒有顯著差異（P>0.05），展葉期、膨大期、成熟期、落葉期兩兩之間差異顯著（P<0.05），同樣，I₃條件下前3個生育期的日均蒸發(fā)顯著高于后3個時期（P<0.05）。柱上不同小寫字母、大寫字母表示處理間差異顯著（P<0.05）、

極顯著（P<0.01）。下圖同

2.2 3種灌溉條件下幼齡紅棗不同生育期蒸發(fā)總量比較

由圖5可以看出，I₁、I₂、I₃條件下幼齡棗樹在各生育期的蒸發(fā)強(qiáng)度一致表現(xiàn)為坐果期>開花期>展葉期>膨大期>成熟期>落葉期。根據(jù)2014年試驗(yàn)期間的氣象資料分析，其主要原因是坐果期是棗樹幼果迅速生長階段，該階段蒸騰旺盛，為滿足幼果生長，灌水次數(shù)在全生育期中最多，故該時期表層土壤含水量也高，從而促進(jìn)了土壤蒸發(fā)，同時此階段的氣溫日均值也達(dá)到了一年中的最大值（27%），所以坐果期階段的蒸發(fā)總量最大，3種處理下坐果期土壤蒸發(fā)總量均值分別為190.4（I₁）、146.2（I₂）、366 L/株（I₃）；開花期期間，一方面棗樹枝葉已大部分形成，棗樹蒸騰量較大，另一方面棗樹花量大，如果水分供應(yīng)不足，棗樹會出現(xiàn)焦花落花現(xiàn)象，還會降低后期坐果率，因此花期棗樹需水量也較多，且該階段氣溫已升高，太陽輻射平均值也達(dá)到了年內(nèi)最大值（410 W/m²），加速了土壤蒸發(fā)，3種處理下開花期土壤蒸發(fā)總量均值分別為153（I₁）、120.4（I₂）、348.8 L/株（I₃）；展葉期期間，由于大部分棗樹枝葉還未形成，棗園土壤裸露面積較大，且該階段大風(fēng)天氣較多，風(fēng)速的平均值達(dá)到年內(nèi)最大（0.337 m/s），土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，因此該階段土壤蒸發(fā)總量也較大，3種處理下開展葉期土壤蒸發(fā)總量均值分別為149.6（I₁）、105.6（I₂）、296.6 L/株（I₃）；膨大期期間，由于該階段棗樹葉面積系數(shù)最大，所以土壤裸露面積最小，且該階段氣溫、地溫已逐漸降低，因此土壤蒸發(fā)總量較小，3種處理下果實(shí)膨大期土壤蒸發(fā)總量均值分別為105.5（I₁）、75.4（I₂）、249.7L/株（I₃）；成熟期期間，太陽輻射較小，晝短夜長，氣溫較低，該階段灌水量也少，因此該階段土壤蒸發(fā)量小，3種處理下果實(shí)膨成熟期土壤蒸發(fā)總量均值分別為90.5（I₁）、55.8（I₂）、206.7 L/株（I₃）；落葉期，該階段日平均氣溫10℃，日均太陽輻射量達(dá)到全生育期最小值（292 W/m²），因此落葉期的蒸發(fā)總量最小，3種處理下落葉期土壤蒸發(fā)總量均值分別為76.4（I₁）、43.8（I₂）、111.7 L/株（I₃）。

由圖5還可看到，I₁、I₂、I₃條件下的不同生育期蒸發(fā)總量兩兩對比均差異極顯著（P<0.01），土壤蒸發(fā)由大到小順序?yàn)镮₃>I₁>I₂。

2.3 3種灌溉條件下幼齡棗園全生育期土壤蒸發(fā)與主要?dú)庀笠蜃拥南嚓P(guān)性分析

灌溉條件會影響棗園土壤蒸發(fā)大小，同時，土壤蒸發(fā)也受到太陽輻射、溫度、風(fēng)速、空氣濕度等氣象因子的影響。表4為通過SPSS 17.5對I₁、I₂、I₃條件下幼齡棗園不同生育期蒸發(fā)量與氣象因子的相關(guān)性分析結(jié)果，可以看到I₁、I₂、I₃條件下不同生育期蒸發(fā)量與氣象因子相關(guān)關(guān)系均一致，表現(xiàn)為太陽輻射>風(fēng)速>溫度>相對濕度>降水，其中相對濕度與幼齡棗園土壤蒸發(fā)呈負(fù)相關(guān)，即相對濕度越大土壤蒸發(fā)量越小，且I₁條件下太陽輻射、風(fēng)速與土壤蒸發(fā)量呈極顯著相關(guān)（P<0.01）；I₂條件下太陽輻射與土壤蒸發(fā)量呈極顯著相關(guān)（P<0.01），風(fēng)速與土壤蒸發(fā)呈顯著相關(guān)（P<0.05）；I₃條件下太陽輻射、風(fēng)速與土壤蒸發(fā)量均呈顯著相關(guān)（P<0.05）。太陽輻射、風(fēng)速、溫度是影響幼齡棗樹土壤蒸發(fā)的主要因素，試驗(yàn)地年降水量稀少，所以降水量對該試驗(yàn)影響很小。

3結(jié)論與討論

本試驗(yàn)通過分析比較全生育期幼齡紅棗園3種灌溉條件下的地表土壤蒸發(fā)特性，結(jié)果表明，3種灌溉條件下幼齡棗樹整個生育期的土壤蒸發(fā)強(qiáng)度均一致，表現(xiàn)為坐果期>開花期>展葉期>膨大期>成熟期>落葉期；棗園灌溉方式的不同會直接影響到其土壤蒸發(fā)的大小，具體表現(xiàn)為不同灌溉條件下幼齡灰棗樹在距離樹干長20、60、100 cm的地表的各生育期日均土壤蒸發(fā)大小順序均為I₃>I₁>I₂；3種灌溉條件下幼齡棗樹不同生育期的平均蒸發(fā)總量大小為I₃>I₁>I₂，故井式灌溉條件下的土壤蒸發(fā)量最小，而土壤蒸發(fā)屬于田間無效耗水，不參與作物生長過程，造成了水資源的浪費(fèi)，因此林木井式灌溉方法減少了田間無效消耗水量，提高了水分利用效率。

外界氣象環(huán)境也會影響土壤蒸發(fā)，通過分析得出，太陽輻射、風(fēng)速、溫度是影響幼齡棗園土壤蒸發(fā)的主要因素，太陽輻射、風(fēng)速和氣溫（值）越大，土壤蒸發(fā)也越大，反之則越小。

井式灌溉作為一種新的地下滲灌灌溉方式，與植物吸收根分布相結(jié)合，將水分通過井管直接輸送到植物主要根系分布區(qū)域，降低了地表土壤含水量，減少了土壤蒸發(fā)，有效解決了傳統(tǒng)漫灌、地表滴灌等產(chǎn)生的無效耗水量大的問題。在我國水資源嚴(yán)重缺乏的旱作區(qū)農(nóng)林業(yè)灌溉中，井式灌溉應(yīng)用空間非常廣闊。

本試驗(yàn)所用Micro-Lysimeter制作材料、內(nèi)徑、長度以及封底情況可能對所測量的土壤蒸發(fā)大小均會有影響，但由于受試驗(yàn)客觀條件的限制未能對實(shí)際測量的數(shù)值進(jìn)行可靠性的驗(yàn)證；另外，由于幼齡棗樹不同生育期灌水定額小，灌溉次數(shù)也多，因此測得的平均每株棗樹的蒸發(fā)量可能要比實(shí)際蒸發(fā)偏大一些，這些都需要今后繼續(xù)深入研究。