不同灌水下限對灰棗樹生長及水分利用效率的影響

馬軍勇，鄭國玉，周建偉，鄭強卿

(1.新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所，新疆石河子832000;2.農業部作物高效用水石河子科學觀測實驗站，新疆石河子832000)

棗樹(Ziziphus jujubeMill.)，是鼠李科(Rhamnaceae)棗屬植物，原產我國，栽培歷史悠久，其果實紅棗是我國特色干果，具有較高的藥用和營養價值［1］。由于新疆獨特的自然條件十分有利于紅棗生長，我國紅棗總產量的33%以上來自新疆。近年來新疆特色林果業發展迅猛，2018年新疆紅棗產量高達361.19萬噸，占其特色林果產量20%以上［2］，紅棗已成為新疆特色林果的第一大產業，在新疆社會經濟發展、生態環境保護以及農民脫貧致富奔小康中占有舉足輕重的地位。隨著新疆紅棗種植面積不斷擴大，灌溉用水量不斷增加，水資源短缺的矛盾日益突出。

灌水下限是指適宜于作物生長的最低土壤水分含量的臨界值，當土壤水分含量低于水分下限時，就會對作物的生長發育及產量造成影響，此時需通過灌溉提高土壤水分含量使作物正常生長［3］。灌水下限因土壤類型和作物不同而有一定的差別，國內學者對冬小麥［4］、青茄［5］、西瓜［6］、油葵［7］等開展了大量研究。馬福生等［8］研究了滴灌條件下不同灌水下限對基質含水率、田間水利用、盆栽紅掌生長和耗水的影響，結果表明:灌水下限為田間持水量的60%時，可在降低作物耗水量的同時提高紅掌品質。楊文斌等［9］模擬了微噴條件下控制灌水下限對溫室茼蒿生長和產量的影響，研究發現-15 kPa土水勢作為控制灌水下限，有利于茼蒿生長，可以達到高產、節水的目的。牛勇等［10］對日光溫室甜瓜進行了研究，結果表明:相對較低的土壤含水量促進根系發育、分生，有利于甜瓜葉面積、莖粗的增加，75%田間持水量灌水下限有利于提高甜瓜產量和品質。牛文全等［11］通過番茄滴灌試驗，研究了不同灌水下限對番茄植株生長、果實形態、產量與品質的影響，發現灌水下限為田間持水量的60%為關中地區日光溫室適宜的滴灌灌溉用水量。

現有的棗樹灌水下限研究更多采用盆栽、溫室等模擬條件，很少開展基于灌水下限的大田試驗研究。本文通過研究不同灌水下限對干旱區灰棗樹生長、產量和水分利用效率的影響，探究灌水下限對大田作物的影響，為干旱區節水灌溉和新疆特色林果業發展提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗于2017年3月—2017年10月在新疆建設兵團第二師 38 團(83°25＇～87°30＇E，35°40＇～40°10＇N)開展。該試驗點地處新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州且末縣境內，昆侖山、阿爾金山北麓，塔里木盆地東南緣，屬典型的干旱沙漠性氣候，多年平均降雨量18.1 mm，多年平均蒸發量2 824 mm，晝夜溫差大，光熱資源豐富，全年有效積溫為2 250℃左右，全年無霜期190 d左右。試驗區灰棗樹樹齡為6 a，行距3 m、株距1 m，樹勢均勻，長勢較旺。棗樹生育期內灌溉方式為滴灌，滴灌帶布設于棗樹兩側，間距為100 cm，滴頭流量3.2 L·h-1，滴頭間距30 cm。灰棗園土壤為壤質砂土，0～80 cm土壤平均田間持水量(質量含水率，θ田)為17.10%，平均干容重為 1.53 g·cm-3，地下水埋深 2.2 m左右。

1.2 試驗設計

本試驗為單因素4水平的灌溉試驗，灌水下限分別為 θ田的40%(T1)，55%(T2)，70%(T3)和85%(T4)，每個處理設4次重復，共16個小區，每個小區均有3行棗樹。試驗小區根據田塊隨機排列，每個小區中選取3個點預埋1 m測量管，每隔2 d采用便攜式時域反射儀(TRIME)對0～0.8 m平均土壤含水率進行測定，以確定是否需要灌溉。當各小區土壤含水量低于灌水下限時進行灌溉，各小區灌水定額通過旋翼式水表進行控制。灌水定額計算依據公式:

式中，M為灌水定額(mm);H為計劃濕潤層厚度(m)，本試驗H取0.8 m;γ為土壤容重(g·cm-3)，該地塊土壤容重為1.53(g·cm-3);P為潤濕比，即濕潤面積與土體面積的比值，本試驗中棗樹行距較大，P取0.5;θmax為灌水上限(%)，本試驗θmax=θ田=17.10%;θmin為灌水下限(%)。

各處理灌溉方案詳見表1。

1.3 指標測定與分析

1.3.1 土壤含水量測定 采用定點測定(TRIME)。每10～20 cm為1個測定段，最后用累計法計算整個土體的含水量;土壤含水量每隔2 d測定1次。

表1 各處理灌水定額和灌水周期Table 1 Irrigation amount and cycle

1.3.2 栆吊生長量測定 每個小區選取3棵長勢基本一致的灰棗樹，在每棵棗樹同一高度上(距地面1.5 m)東、南、西、北4個方向各選取長勢一致的1個二次枝，每個二次枝上選取不同棗股上位置不同的3個棗吊并標記，每15 d用皮尺(精度0.1 cm)測量1次棗吊長度，直到棗吊停止生長。

1.3.3 果實產量測定 各小區隨機選取3顆棗樹作為測產對象，將所選定棗樹的全部果實進行采收、稱重，并按照當地灰棗分級標準進行分級［12］。

1.3.4 作物水分利用效率計算 根據水量平衡原理計算灰棗樹各生育期的田間耗水量:

式中，ET0-t為時段t內灰棗樹田間耗水量(mm);W0、Wt分別為初始時刻0、任一時刻t的土壤質量含水率(mm);M為時段t內的灌水量(mm);P為時段t內的有效降水量(mm);K為時段t內的地下水補給量(mm);C為時段t內的排水量(mm)。試驗區地下水埋深2.2 m左右，地下水無補給量(即K=0);根據試驗監測的土壤含水率數據得出在深度80 cm以下土壤含水量基本無變化(即C=0)。故式(2)可化簡為:

2017年試驗區在灰棗樹全生育期內降雨量8.8 mm(表2)。

棗樹水分利用效率計算公式為:

式中，WUE為棗樹水分利用效率(kg·m-3);m1為棗樹產量(kg·hm-2);ET為棗樹全生育期耗水量(mm)。1.3.5 數據處理與分析 試驗數據使用Excel軟件進行整理;使用SPSS 22.0軟件進行數據分析(其中，選擇Duncan法進行差異顯著性檢驗，P=0.05);使用Origin 9.0作圖。

2 結果與分析

2.1 灌水下限對棗樹棗吊生長的影響

棗吊是棗樹的結果枝，對棗樹開花結果和光合反應有重要作用，適宜的棗吊長度可提高棗樹開花坐果率。由圖1可以看出，萌芽展葉期(4月20日—5月31日)棗吊生長速率較快，而開花坐果期(6月1日—7月10日)棗吊生長速率明顯降低，進入果實膨大期(7月11日以后)棗吊基本停止生長。各處理棗吊長度均不斷增加，但其增長速率不同。其中T4處理的棗吊平均長度最長31.11 cm，T1處理棗吊長度最短21.20 cm，T2和T3處理的棗吊平均長度分別為24.09 cm和28.27 cm。相較T4處理，各處理的栆吊長度分別減少了31.84%(T1)、22.55%(T2)、9.12%(T3)。說明隨著灌水下限的增加可明顯增加棗樹結果枝長度。但結果枝過度增長，其他無效營養枝也會增加，增加田間作業強度，不利于后期開花坐果，過長的果枝在坐果期還需進行棗吊摘心。因此，不同灌水下限對棗吊的生長產生了顯著影響，灌水下限的降低有效抑制了棗吊的過度生長。

表2 2017年試驗區在灰棗樹全生育期內降雨量Table 2 Rainfall in the study area during the whole growth period of gray jujube in 2017

圖1 不同灌水下限對棗吊長度的影響Fig.1 Effects of different irrigation threshold on bearing branch length of jujube

2.2 灌水下限對紅棗產量的影響

不同灌水下限對棗樹果實等級及產量的影響見表3。處理 T1、T2、T3的單果重明顯高于處理T4，且處理T4與T1、T2間差異顯著。在果實比例方面，一級果比例隨灌水下限的降低而顯著提高，且最大值出現在處理T1，與處理T4相比各處理分別提高了39.02%、35.66%、21.76%;二級果比例雖也有所提高，但處理T2、T3、T4間差異均不顯著;三級果比例隨灌水下限的降低而明顯降低，處理T1、T2、T3、T4的三級果比例分別為 18.03%、20.77%、24.39%、33.02%。不同灌水下限對紅棗產量有不同程度的影響，處理T2、T3產量均高于處理T4且差異顯著，較處理T4分別提高了11.20%、4.48%，而處理T1比處理T4產量減少了366.8 kg·hm-2。這是由于T1處理灌水周期較長，在灌水前容易引起干旱;T4處理灌水次數多，灌水量少，水肥不能有效供應棗樹深層根系，T2、T3處理在開花坐果期提供了充足的水肥供應，有利于棗樹坐果。因此，適度的灌水下限不僅有利于提高棗樹產量，還可以增加一級、二級果實的比重。

2.3 灌水下限對棗樹水分利用效率的影響

2.3.1 灌水下限對棗樹耗水規律的影響 表4為各處理棗樹全生育期耗水量及各生育階段耗水量變化情況。從表4可以看出，棗樹的全生育期耗水量和各生育階段耗水量均隨灌水下限的提高而增加，且T4處理達到最大值，其全生育期耗水量為623.14 mm。不同處理下萌芽展葉期、開花坐果期、果實膨大期、成熟期的平均耗水強度，分別為2.57、4.10、3.59 mm·d-1和 0.85 mm·d-1。因此，不同處理下各生育期內耗水強度都表現為開花坐果期＞果實膨大期＞萌芽展葉期＞成熟期，說明不同灌水下限對各生育期棗樹需水程度影響不大。其中，開花坐果期對水分依賴程度最大，各處理下開花坐果期耗水量均占其全生育期耗水量30%以上。開花坐果期是棗樹營養生長和生殖生長并進的時期，且此時氣溫升高，蒸發量也較大，因此棗樹開花坐果期耗水強度最高。綜上，灰棗的需水關鍵時期為開花坐果期和果實膨大期，應在該生育期內加強對土壤水分的農業生產管理措施。

表3 不同灌水下限對紅棗重量及產量的影響Table 3 Effects of different irrigation threshold on fruit weight and yield of jujube

表4 不同灌水下限對棗樹耗水規律的影響Table 4 Effects of different irrigation threshold on water consumption amount of jujube

2.3.2 灌水下限對棗樹水分利用效率的影響 各處理棗樹水分利用效率(WUE)如表5所示，不同灌水下限對提高棗樹水分利用效率具有較大影響。各處理下水分利用效率由大到小為T2、T1、T3、T4。其中，處理T1、T2、T3的水分利用效率比處理T4分別提高了27.27%、28.28%、10.10%，因此降低灌水下限有利于提高棗樹的水分利用效率。

表5 不同灌水下限對棗樹水分利用效率的影響Table 5 Effects of different irrigation threshold on water use efficiency of jujube

3 討論與結論

本文通過設置大田灌水下限試驗對棗樹生長、果實產量及水分利用效率進行研究，得出以下結論:

1)降低灌水下限可有效抑制棗樹的營養生長。隨著灌水下限的降低，對棗樹棗吊生長抑制作用加劇，相較處理T4，各處理棗吊長度減少了9.12%～31.84%。

2)適宜的灌水下限可以提高棗樹的產量和果實等級。不同灌水下限對棗樹果實等級影響顯著，處理T1、T2、T3的三級果比例降低至25%以下。其中，T1處理中一級果和二級果的比例最高，分別為42.61%和39.36%。不同灌水下限對紅棗產量影響顯著，其中處理T2產量最高，為6 832.9 kg·hm-2，較處理T4提高了11.26%。因此，適度的降低灌水下限不僅可以提高棗樹產量，還能增加一級、二級果實的比重。

3)適宜的灌水下限有利于提高干旱區植物的水分利用效率。降低灌水下限有利于提高棗樹的水分利用效率，其中:處理T1、T2、T3的水分利用效率較處理T4提高了10.10%～28.28%。綜合考慮不同灌水下限對灰棗生長、產量以及水分利用效率的影響，在沙漠綠洲區灌水下限為田間持水率的55%較適宜于灰棗的生長和發育。