滲灌管埋深與灌溉量對棗樹產量和水分利用效率的影響

焦炳忠，孫兆軍,，韓 磊，何 俊，El-SAWY S M，李興強

滲灌管埋深與灌溉量對棗樹產量和水分利用效率的影響

焦炳忠1，孫兆軍1,2,3※，韓 磊2,3，何 俊2,3，El-SAWY S M4，李興強1

（1. 寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021；2. 寧夏大學環境工程研究院，銀川 750021；3. 教育部中阿旱區特色資源與環境治理國際合作聯合實驗室，銀川 750021；4. 埃及國家研究中心蔬菜研究所，開羅 11435）

探尋適宜的地下滲灌埋深和蒸發皿蒸發量系數組合對旱區棗樹根系生長、產量和水分利用效率的影響。采用作物-皿系數（）作為灌溉水量計算標準，設3種地下滲灌埋深D15（15 cm）、D30（30 cm）、D45（45 cm）和4種灌水量W0.6（=0.6）、W0.8（=0.8）、W1.0（=1.0）、W1.2（=1.2）水平的2因素的大田試驗。結果表明：隨著灌水量的增加，各處理在垂直方向0～100 cm和水平距離0～80 cm土層中含水率越高；隨著地下滲灌埋深的增加，土壤含水率峰值均向下移動。灌水量和地下滲灌埋深對20～80 cm土層的根系分布影響較大，D30W0.6和D30W0.8處理較其他處理提高20～60 cm土層的根系干質量密度，D45W1.0和D45W1.2處理較其他處理提高60～80 cm土層根系干質量密度。D30W1.0處理有利于增加棗樹棗吊長度、每吊開花數、每吊座果數、座果率以及提高產量；2017和2018年D30W0.8處理水分利用效率最高分別為4.68、5.32 kg/m3，并且產量較D30W1.0處理降低了9.32%、5.94%，但水分利用效率分別提高了17.88%、16.41%，D30W0.8處理水分利用效率與其他處理均有顯著差異（<0.05）。通過多元回歸和空間分析方法，對產量、水分利用效率與棗樹灌水方式進行優化，選擇適宜的灌水量和地下滲灌埋深區間分別為：370～410 mm、28～33 cm。該研究結果可為寧夏干旱地區地下滲灌棗樹的高產高效管理上提供依據和技術支持。

灌溉；土壤水分；作物-皿系數；地下滲灌；棗樹；根系；產量

0 引 言

近年來，中國西北地區農林牧業的發展受到水資源短缺的限制[1]，一方面，黃河水量的消減及新型工業用水量的增加，極大地削減了寧夏揚黃灌區的農業用水[2]；另一方面，氣候偏暖、降雨分布不均和降水量減少；加之土壤質地為砂性，地表蒸發和地下滲漏流失嚴重等問題，導致作物水分利用效率極低[3]。因此，有效降低地表蒸發和保蓄水分在根系周圍，防止向下滲漏是節水技術研究的核心[4]。

地下灌溉技術是一種高效節水灌溉方法，通過埋入地下的滲灌管將灌溉水滲入到作物周圍供作物根系吸收利用，能有效地減少土壤表面的水分蒸發損失，對作物節水效果十分顯著[5]。目前，對地下灌溉技術的研究，主要集中在適宜的灌水器布置方式[6-8]、濕潤體分布范圍[9]以及與灌水定額的組合方面較多。有學者[6]采用間接地下滴灌及導水裝置對其地下滲灌埋深在干旱區矮化密植紅棗進行試驗研究，表明棗樹細根空間分布呈現由“寬淺型”向“深根型”變化，相對于地表滴灌表現出較好的節水增產效果，并確定了南疆密植棗樹的導水裝置埋深在27～35 cm之間。張陸軍等[10]對涌泉根灌布置方式和灌水量組合進行了田間試驗，通過對棗樹耗水量和產量的分析，確定山地梨棗樹單棵樹布置2個灌水器和單株灌80 L為最佳組合。地下灌溉技術不僅可減少地表徑流和地表蒸發，提高水分利用效率，更能夠保蓄根系周圍的水分，以供作物吸收利用，尤其是干旱地區林木等多年生植物[11]。棗樹在干旱地區抗旱性能較強，是經濟生態效益顯著的特色作物，灌溉方式主要靠降雨和地表滴灌等方式灌溉。棗樹的研究大多在黃土丘陵地區，主要研究了不同棗樹樹齡下土壤水分利用及利用范圍[12-13]、土壤水分和根系空間分布[14-15]以及水分動態變化[16]。但基于環形鋪設埋深的地下滲灌對寧夏旱區同心圓棗土壤水分、根系分布以及產量的研究鮮有報道。

作物高產高效與適宜的灌水量和灌水方式有關，利用作物-皿系數（）計算作物灌溉量的方法已被廣泛的應用[17]，可有效提高灌溉精確性，并且作物耗水量與作物-皿系數有一定的顯著關系[18]。吳宣毅等[19]采用蒸發皿蒸發量系數對不同種植行距的溫室番茄進行研究，通過回歸分析確定了為0.8最佳。如何確定適宜的地下滲灌埋深和作物-皿系數的組合，是合理灌水方式和精準灌水量對提高水資源高效利用的關鍵問題。許多學者利用空間分析方法[20-21]尋找各指標可接受的重疊區域，得到各指標同時達到的最優范圍。空間分析方法已經在滴灌施肥的菜花[22]、番茄[23]和玉米[24]等作物上應用，并得出灌水量和施氮量最優組合范圍。因此，本文采用不同地下滲灌埋深和作物-皿系數組合對比分析棗樹土壤水分、根系分布以及產量和水分利用效率的影響；結合空間分析方法對棗樹各指標進行綜合評價，確定最優的地下滲灌埋深和作物-皿系數灌水量范圍，為寧夏干旱地區地下滲灌棗樹的高產高效管理上提供依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區位于寧夏中部干旱帶同心縣旱區節水高效農業科技園區（36°50′N，105°60′E）。該地區干旱少雨，年平均氣溫8.6 ℃，年平均降水量僅為270 mm，棗樹生育期（5-10月）內，研究區降雨季節性分配不均，主要集中在7-9月。2017年棗樹生育期有效降雨量266.4 mm；2018年棗樹生育期有效降雨量為246.5 mm，生育期內降雨量以及其他氣候條件見圖1。多年平均蒸發量2 325 mm，無霜期120～218 d，多年平均日照達3 024 h。2017年處理前0～200 cm土壤基本理化性狀為：土壤容重為1.28 g/cm，田間持水率為23.13，土壤有機質質量比為7.70 mg/kg，全鹽、全氮、全磷、全鉀質量比分別為0.23、0.57、0.80、14.33 g/kg；2018年處理前0～200 cm土壤基本理化性狀為：土壤容重為1.28 g/cm，田間持水率為23.22，土壤有機質質量比為7.90 mg/kg，全鹽、全氮、全磷、全鉀質量比分別為0.22 、0.59、0.86、14.41 g/kg，2a土壤肥力整體屬于中低等。

1.2 試驗材料

供試作物為7 a生棗樹，品種為當地特色經濟作物同心圓棗，行株距為250 cm×350 cm，平均胸徑5.7 cm；平均樹高為338 cm；平均冠幅為242 cm（南北）×263 cm（東西）。每個處理為1株棗樹，3次重復，采用隨機區組排列。

地下滲灌：橡膠和聚乙烯按一定比例混合加工的滲灌管道，出水量為300～400 mL/(m·min)。

1.3 試驗設計

試驗設不同埋深（15、30、45 cm）、不同灌水量（=0.6、0.8、1.0、1.2）2因素隨機區組試驗，共12各處理見表1，每個處理設3次重復，共48個小區。

表1 試驗設計

試驗中，灌溉水量根據放置在作物冠層邊緣處的20 cm標準蒸發皿蒸發量計算，計算公式為

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式中為灌水量，L；為作物-皿系數；為單個地下滲灌控制的小區面積，m2，在本試驗中為1.5 m×1.5 m= 2.25 m2；pan為2次灌水時間間隔內的蒸發皿蒸發量，mm。

棗樹整個生育期大致劃分為5個階段：萌芽期（4月28日—5月21日）、開花期（5月22日—6月24日）、座果期（6月25日—7月8日）、膨大期（7月9日—9月16日）、成熟期（9月17日—9月28日），生育時期起止日期根據每年氣候條件會左右浮動。試驗處理之前，棗樹灌溉方式為漫灌（春灌和冬灌）+滴灌（一棵樹4個滴頭），2016年10月待棗樹成熟收獲后，按照試驗設計進行處理，采用人工開溝鋪設地下滲灌，管道鋪設方式以棗樹樹干為圓心，直徑為80 cm，深度以地表為起點，向下測量確定，埋管前，對管道進行通水測試。試驗過程中，灌水時間根據傳感器控制，灌水量采用流量計監測。各處理灌水量根據蒸發皿蒸發量計算，通過流量計進行監測，分別對試驗小區按照試驗設計的灌溉量進行灌溉。根據前人對傳感器埋設位置的研究[25-26]、試驗地土壤結構、地下滲灌布設位置以及棗樹根系分布等，將傳感器埋設在距離地下滲灌鋪設外側15 cm處，每個處理放置3個傳感器，分別在10、30、50 cm處垂直分布，如圖2所示。

1.4 土壤水分及降雨監測

1）土壤含水率：2016年10月，將Trime-IPH管式（200 cm）TDR土壤水分測量系統（IMKO，Ettlingen，Germany）以棗樹樹干為中心水平距離20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 cm處布設TDR測管，測定數據前用烘干法進行校正。于2017—2018年棗樹生育期5-10月內監測0～200 cm土層土壤含水率，測定垂直深度為200 cm，每隔20 cm測定水分，測定時間為灌水前后和降雨后。

圖2 田間試驗布置

2）根系分布：對棗樹進行處理后，在各生育時期對每個處理選取相應位置（東、西、南、北4個方向），以棗樹樹干為中心水平距離60 cm處，每隔10 cm土層進行采樣。采用直徑為10 cm自制根鉆進行取樣，根樣放在5 mm篩網上，用水沖洗，將所有根系全部撿出，先放入105 ℃烘箱殺青5 min左右，然后調到75 ℃恒溫烘干（直到質量不變），用萬分之一的電子天平稱量根系干質量，再將根系干質量除以根鉆體積得到每個樣品的根系干質量密度。

3）棗吊長度：從萌芽展葉期開始到果實成熟期結束，在每個處理小區選取固定棗樹，在果樹樹冠的東、西、南、北4個方向各選一條當年新生枝條，同時用卷尺測定新梢長度，用電子數顯游標卡尺測量新梢直徑。

4）座果率：于開花座果前期記錄標記棗吊的開花數（1），采收時統計標記棗吊的果實數量（2），按“座果率＝2/1×100%”。

5）棗樹產量（Yield，，kg/hm2）：在果實成熟期，分別在樹冠東、西、南、北及內部各位置隨機取樣，測定單果質量，按“單位面積產量＝平均單果質量×單株結果數×單位面積棗樹棵樹”。

6）棗樹耗水量（Evaporation and Transpiration，ET，m3/hm2）：在棗樹萌芽展葉初期和果實成熟采收后，利用水量平衡法[27]計算棗樹全生育期內的耗水量。計算公式為

式中ET為耗水量，mm；為有效降雨量，mm；為灌水量，mm；為時間段內的地下水補給量，mm；為徑流量，mm；為深層滲漏量，mm；0、T為時段初和任一時間時的土壤計劃濕潤層內的儲水量，mm，可由試驗獲取。根據實測，生育期內2 m 深土壤水分變化不大，并且每次灌水量較少，故、、忽略不計。試驗期間的有效降雨量分別為266.4和246.5 mm。上式簡化為

1.5 數據分析

用 Excel 2010數據處理；利用SPSS 22.0統計分析軟件對試驗數據方差分析（LSD法，顯著性水平設定為= 0.05）；運用Mathematica 9.0回歸分析；用Origin 9.1軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同地下滲灌埋深和灌水量對棗樹土壤含水率的影響

2.1.1 土壤含水率隨土層深度的分布

2017和2018年棗樹全生育期內各處理根區垂直剖面土壤水分分布如圖3所示，2 a的土壤水分在100 cm以下隨著灌水量和地下滲灌埋深變化幅度不大，都在18%以內（除D45W1.2處理2017和2018年分別為18.03%、18.30%）。土壤表層0～20 cm主要是受到降雨、地表蒸發、作物耗水量等的影響較大，土壤含水率均在20%左右。相同灌水量下，埋深D15比埋深D30和D45下土層0～20 cm的土壤含水率高，D15W1.2處理下土層土壤含水率最高為24.46%，比D30W0.6處理最低提高了32.50%；D45埋深比D15和D30埋深在>20～200 cm土層土壤含水率高（除D30埋深下W0.6和W0.8灌水量下高于D45埋深），最高分別在>20～40 cm土層為27.27%、>40～60 cm土層為29.06%，相比0～20 cm土層土壤含水率分別提高了27.07%、35.41%。D30埋深下各灌水量比D15埋深在土層>20～200 cm土壤含水率都高。相同埋深下，隨著灌水量的增加，0～100 cm土層土壤含水率逐漸增加。地下滲灌埋深為D15時，不同灌水量下土壤含水率峰值均在0～20 cm；地下滲灌埋深為D30時，不同灌水量下土壤含水率峰值均在>20～40 cm；地下滲灌埋深為D45時，不同灌水量下土壤含水率峰值均在>40～60 cm。地下滲灌埋深越深對表層0～20 cm土壤含水率影響越小，D45埋深有利于增加>20～60 cm土層土壤含水率，減少地表蒸發。D45埋深下，在>20～60 cm土層土壤含水率值比D15和D30埋深變化大，2 a的W1.2在>40～60 cm土層土壤含水率最高，2017和2018年分別為29.06%、27.87%，比W0.6、W0.8、W1.0分別提高了36.82%、25.57%、11.55%和32.27%、12.42%、3.72%。

2.1.2 土壤含水率水平方向分布

2017和2018年各處理水平距離0～200 cm土壤含水率變化如圖4所示。各處理水平方向土壤含水率分布均呈先增大（0～40 cm）后減?。?40～100 cm），最后趨于穩定（>100～200 cm），穩定后土壤含水率均在15%左右波動，并且各處理的峰值都在>20～60 cm土層。地下滲灌埋設距棗樹樹干>20～40 cm處，此處土壤含水率相對較高。相同埋深下，2 a的W1.2處理在水平距離>20～40 cm處的土壤含水率均高于W0.6、W0.8和W1.0，2017年比W0.6、W0.8和W1.0處理分別提高了6.96%～16.56%、4.62%～12.94%、1.74%～7.02%；2018年比W0.6、W0.8和W1.0處理分別提高了13.43%～20.02%、9.86%～16.47%、5.80%～8.01%；并且2017年D45W1.2處理土壤含水率最高為26.48%，比D30W1.2處理提高了5.62%；2018年D30W1.2處理土壤含水率最高為26.37%，比D45W1.2處理提高了9.49%。距離棗樹水平距離0～20 cm處的土壤含水率在20%左右，2018年各埋深下W0.6、W0.8土壤含水率低于20%，W1.0和W1.2土壤含水率高于20%。相同灌水量下，水平距離0～20 cm范圍內隨著地下滲灌埋深土壤含水率逐漸增大（除2018年W0.8先減小后增大），最大值均在D45埋深條件下。水平距離>20～40 cm范圍內隨著地下滲灌埋深土壤含水率先減小后增大（除2017年W0.6逐漸增大）。水平距離>40～80 cm范圍內，隨著埋深的增加土壤含水率均逐漸增加。距離棗樹水平距離>80～200 cm范圍內，2 a的土壤含水率值變化在15%左右，各處理之間無明顯區別。2018與2017年水平距離各處的土壤含水率值變化規律無明顯區別，在距離棗樹水平距離>60～80 cm范圍內，2017年較2018年土壤含水率偏大，漲幅都在2%～3%之間。

圖3 2017和2018年不同處理棗樹垂直方向土壤含水率變化

2.2 不同處理對棗樹根系分布的影響

2017和2018年不同處理對棗樹土壤垂直剖面根系干質量密度分布情況如表2所示。各處理棗樹的根系干質量密度主要分布在20～80 cm土層。隨著灌水量的增多，各土層根系干質量密度相應增大。2017年隨著地下滲灌埋深增加，0～20 cm土層根系干質量密度逐漸減小，20～40 cm土層根系干質量密度先增加后減小，各處理下60～80 cm土層根系干質量密度最大，在埋深D45下最大，在30.61～34.83 g/m3之間。地下滲灌埋深為D15，隨著灌水量的增加，根系干質量密度相應增多，20～40 cm土層根系干質量密度最大，隨之為0～20、40～60、60～80 cm土層，D15W1.2處理根系干質量密度最大為23.45 g/m3。地下滲灌埋深為D30，20～40 cm土層根系干質量密度最大，隨之為40～60、60～80、0～20 cm土層，D30W1.0處理根系干質量密度最大為23.49 g/m3。地下滲灌埋深為D45，60～80 cm土層根系干質量密度最大，隨之為40～60、20～40、80～100、100～120 cm土層，明顯高于埋深D15和D30，D45W1.0處理根系干質量密度最大為34.83 g/m3，但0～20 cm土層的根系干質量密度明顯降低。2018年各處理根系干質量密度變化與2017年變化趨勢相似；埋深D15下，棗樹根系干質量密度在20～40 cm土層最大，在17.99～23.11 g/m3之間；埋深D30下，棗樹根系干質量密度在20～40、40～60、60～80 cm土層變化均較大，在15.78～27.32 g/m3之間（除D30W0.6處理為13.75 g/m3）；埋深D45下，棗樹根系干質量密度最大在60～80 cm土層，最大為29.95 g/m3。

圖4 2017和2018年不同處理對棗樹水平方向土壤含水率變化

2.3 不同處理對棗樹棗吊長度及座果率的影響

棗樹棗吊長度、每吊開花數和座果數都影響棗樹產量，從表3可以看出，適宜灌水方式組合D30W1.0、D30W1.2、D45W1.2有助于增加棗樹棗吊長度、每吊開花數、每吊座果數、座果率。2017、2018各處理中D30W1.0處理的棗吊長度最大分別為28.56、28.49 cm，與D30W1.2和D45W1.2處理之間無顯著差異（>0.05），與其他處理存在顯著差異（<0.05）。灌水量相同下，D30處理的棗吊長度長于D15和D45，D30處理比D15處理整體提高了14.56%以上。2 a的D30W1.0處理每吊開花數最多，均為64朵，2017和2018年相比D15W0.6處理（最少）提高了43.27%、48.84%；D30 W1.0處理每吊開花數與D30W1.2和D45W1.2處理無顯著差異（>0.05），與其他處理存在顯著差異（<0.05）。2 a各處理中D45W1.2處理的每吊座果數最多均為36個，說明充分的灌溉量可以保花保果，相比D15W0.處理（最少）為13、15個分別提高了172.54%、140.00%。D45W1.2處理的每吊座果數與D30 W1.2達到顯著差異（<0.05），與其他處理存在顯著差異（<0.05）。座果率最高為D45W1.2處理，與D30W1.2無顯著差異，與其他處理存在顯著差異（<0.05）；并且D30W1.0和D30W1.2座果率均超過了50%，說明高水量和地下滲灌埋深D45有利于棗樹座果率，降低地表蒸發，促使水分向下運移更有利于棗樹對水分的吸收。

2.4 不同處理對棗樹產量及水分利用效率的變化

表4為2017和2018年各處理對棗樹產量構成因素、耗水量和水分利用效率的影響。可以看出，2017年各處理中D30W1.0處理單果質量最大為21.71 g，與D30W1.2、D45W1.0處理無顯著差異（>0.05），與其他處理均存在顯著差異（<0.05）；2018年各處理中D45W1.0處理單果質量最大為21.17g，與D30W1.0處理無顯著差異（>0.05），與其他處理均存在顯著差異（<0.05）。相同埋深下，隨著灌水量的增加，單果質量先增加后降低；4個灌水量處理下W1.0單果質量最大，W0.6單果質量最小。2017和2018年單株結果數均表現D45W1.2處理最多，分別為464、468，與2017年D30W1.0、D30W1.2處理無顯著差異（>0.05）；相同埋深下，隨著灌溉量的增加，單株結果數逐漸增加；相同灌溉量下，隨地下滲灌埋深的增加，2017年單株結果數逐漸增加，2018年W1.2處理逐漸增加，其他處理均先增加后降低。棗樹耗水量隨著灌溉量和地下滲灌埋深的增加逐漸增大；2017和2018年各處理中D45W1.2處理耗水量最大分別為3 235.80、3 263.76 m3/hm2，均與其他處理存在顯著差異（<0.05）。

從2 a產量看，2017和2018年各處理中D30W1.0處理產量最高，分別為8 506.68、9 639.28 kg/hm2，與D30W1.2處理無顯著差異（>0.05），與其他處理存在顯著差異（<0.05）；2017和2018年D30W0.8處理較D30W1.0處理的產量分別降低了9.32%、5.94%。相同埋深下，隨著灌水量的增加，棗樹產量先增加后降低，W1.0灌水量下產量最大。灌水量為W0.6下，隨著埋深的增加，產量逐漸增加；灌水量為W0.8、W1.0和W1.2下，隨著埋深的增加，產量先增加后降低。2017和2018年各處理中D30W0.8處理水分利用效率都最高，分別為4.68、5.32 kg/m3，與其他處理存在顯著差異（<0.05）；D30W0.8處理比D30W1.0處理的水分利用效率提高了17.88%、16.41%。

表2 棗樹根系干質量密度隨土層深度的變化關系

注：同列不同小寫字母表示0.05水平差異顯著，*表示差異顯著（<0.05），**表示差異極顯著（<0.01），下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference (＜0.05), * means significant(＜0.05), **means much significant(＜0.01), the same as below.

2.5 基于棗樹產量和WUE的灌水方式優化

分別以2017和2018年棗樹產量、水分利用效率作為因變量，不同地下滲灌埋深和灌水量作為自變量，進行回歸分析，得到2017和2018年棗樹產量、水分利用效率與地下滲灌埋深和灌水量之間的回歸關系，如表5所示，由2可知，2 a產量和水分利用效率擬合方程效果較好，均達到極顯著水平（<0.01）。用Matlab極值問題求回歸方程最大值，當2 a產量達到最大值8 546.90、9 902.10 kg/hm2時，灌水量分別為449、436 mm，地下滲灌埋深分別為37、33 cm；當2 a WUE達到最大值4.39、4.84 kg/m3時，灌水量分別為347、351 mm，地下滲灌埋深分別為33、28 cm。但產量和WUE分別為最大值時，地下滲灌埋深和灌水量的值均不相同?？紤]到高產高效的目的，進一步運用空間分析方法，通過尋找重疊區域或最接近目標值的區域。分別設定地下滲灌埋深上下限為D15、D45，灌水量上下限為250、500 mm，擬合方程繪圖，產量、WUE最大值90%置信區間內是可以接受，區間結果如圖5所示，因此，地下滲灌埋深在28～33 cm，灌水量在370～410 mm范圍時，產量、WUE均達到最大值的90%以上。

表3 不同處理對棗樹棗吊及座果率的影響

表4 不同處理對棗樹產量及水分利用效率的影響

表5 地下滲灌埋深和灌水量與棗樹產量及水分利用效率的回歸關系

圖5 2017和2018年地下滲灌灌水器埋深、灌水量對產量和水分利用效率的影響

3 討 論

在干旱地區，土壤中水分含量的多少是限制植物生長的關鍵因素[28]，植株吸收水分最先從離樹干濕潤區最近處，然后從土壤含水率高的土層吸取[29]，具有深層根系的植物在水分欠缺下可吸收土壤深層水分，提升植物的抗旱性和利用深層土壤水分的作用[30]。本研究設置的地下滲灌的不同埋深影響著土壤水分的空間分布進而促使不同土層棗樹根系的生長；埋深相同下，棗樹土壤水分剖面變化趨勢基本一致。棗樹細根密集層土壤含水率主要受到灌水量、降雨及土壤蒸發的影響，灌水和有效降雨后土壤水分會迅速上升，生育期內土壤水分波動較大。不同地下滲灌埋深，土壤剖面含水率變化有差異，埋深較淺的地下滲灌主要影響0～40 cm的土壤含水率；埋深較深的45 cm時，土壤40～80 cm的土壤含水率變化較大。地下灌水器鋪設附近的土壤含水率變化較大，并向地下滲灌四周逐漸擴散并減小[31-32]。

棗林根系分布與棗樹種植密度和灌水方式有密切關系。滴灌灌水方式對棗林的根系分布及土壤水分運移均有顯著影響，并不利于細根向深處生長，一半以上的棗樹細根主要分布在20～80 cm土層中。通過增加土壤不同深度的灌水量，可促進作物相應土層根系的生長[33-34]。根系干密度的多少決定著作物對水分和養分的吸收，隨著地下滲灌埋深，根系干密度的增幅和土壤含水率的最大值范圍均向下移動，適當的增加地下滲灌埋深，有利于增加20～80 cm土層的根系干密度。有研究表明[35]8 a梨棗樹在水平方向距樹干0～60 cm內的根系干密度占比最高為75%；垂直方向上0～40 cm內土層根系干密度占比最高為78.88%；根系干密度增多更有利棗樹生長增產增效。地下滴灌[36]埋深在20和40 cm時可促使作物根系快速生長。本研究中，地下滲灌埋深不同，各土層范圍根系干密度增長量均不同，地下滲灌埋深為15 cm對20～40 cm的土層范圍根系增長量較大，地下滲灌埋深為45 cm對40～80 cm土層范圍的根系增長量較大。地下滲灌是圍繞棗樹樹干一圈布設灌溉，可直接將水分輸送到棗樹根系四周，更有利于根系干密度的增長，進而提高產量和水分利用效率。

水分和根系的分布直接影響作物耗水量和產量的變化，適宜的毛管埋深（20、40 cm）和灌水量有利于促進作物生長提高產量和果實品質[37]。孫三民等[6]建議南疆密植棗樹間接滴灌灌溉導水裝置埋深范圍為27～35 cm，有利于增產增效。隨著地下滲灌埋深的增加和灌水量從W0.8增加到W1.2，棗樹產量均先增加后降低，水分利用效率均表現D30W0.8最高。產量和水分利用效率均達到最大值時，地下滲灌埋深和灌水量值無法同時最優。本文運用多元回歸和空間分析的方法，綜合評價產量和水分利用效率同時最優下，得出在旱區棗樹中，地下滲灌埋深在28～33 cm之間，灌水量在370～410 mm之間是較為適宜的灌溉方式。

4 結 論

本文基于不同地下滲灌埋深和蒸發皿蒸發量的作物系數組合對旱區棗樹根系生長、產量和水分利用效率進行了研究，得出以下結論：

1）隨著地下滲灌埋深和灌水量的增加垂直方向、水平方向上土壤含水變化趨勢都為先增大后減小，各處理的土壤含水率在0～100 cm土壤中各土層含水率均有提高；隨著地下滲灌埋深的增加，土壤含水率峰值均向下移動，地下滲灌的埋深均提高了水平方向上土壤含水率，越靠近地下滲灌鋪設位置40 cm的土壤含水率越高。地下滲灌埋深為15和30 cm，有利于提高0～40 cm土層深度的土壤含水率；地下滲灌埋深為45 cm時，有利于提高>40～60 cm土層深度的土壤含水率。

2）同心圓棗8 a生棗樹根系干質量密度隨著土層深度的增加先增加后減小，20～80 cm土層根系干質量密度占整個根系分布的比例最大，灌水量和地下滲灌埋深對20～80 cm土層的根系干質量密度變化最大。不同地下滲灌埋深下根系干質量密度均達到顯著性差異（<0.05），埋深30 cm、灌水量W0.6和W0.8下對20～60 cm土層根系干質量密度影響較大，埋深在45 cm、灌水量為W1.0和W1.2組合下對60～80 cm土層根系干質量密度影響較大；2 a內埋深45 cm、灌水量W1.0下60～80 cm土層根系干質量密度最大，分別為34.83、29.95 g/m3。

3）2 a試驗均表明埋深30 cm、灌水量W1.0下均有利于增加棗樹棗吊長度、每吊開花數、每吊座果數、座果率以及產量。2017和2018年埋深30 cm、灌水量W0.8下水分利用效率最高分別為4.68、5.32 kg/m3，并且產量較埋深30 cm、灌水量W1.0下分別降低了9.32%、5.94%，水分利用效率分別提高了17.88%、16.41%，埋深30 cm、灌水量W0.8下與其他處理均有顯著差異（<0.05）。通過多元回歸和空間分析相結合，基于產量、WUE對棗樹灌水方式進行優化，選擇適宜的灌水量和地下滲灌埋深區間為：灌水量在地下滲灌埋深在28～33 cm，370～410 mm。

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Effects of depth and irrigation amount of subsurface infiltration irrigation pipes on water use efficiency and yield of jujube

Jiao Bingzhong1, Sun Zhaojun1,2,3※, Han Lei2,3, He Jun2,3, El-SAWY S M4, Li Xingqiang1

(1.,,750021; 2.,,750021,; 3.,750021; 4.,11435,)

Irrigation water in Yellow River is decreasing due to global warming, the uneven distribution of rainfall, serious surface evaporation and underground leaks. Water-use efficiency has posed a great challenge in the arid and semi-arid areas, particularly on western China, such as Tongxin County, Ningxia. To meet challenge, it is necessary to explore an efficient water-saving method using the depth of underground infiltration irrigation and pan evaporation coefficient. In this study, an experiment was performed on two factors and 12 treatments in three depths of underground infiltration irrigation: D15 (15 cm), D30 (30 cm), D45 (45 cm), and four irrigation volume: W0.6 (= 0.6), W0.8 (= 0.8), W1.0 (= 1.0), W1.2 (= 1.2), where the crop-pan coefficient () was used to evaluate irrigation volume, and the 7-year Tongxin round jujube was selected as the subject. The field experiments were conducted from January 2017 to December 2018 in the Water-saving and Efficient Agricultural Science and Technology Park (36°50′N, 105°60′E) in the dry area of Wangtuan Town, Tongxin County, Ningxia, China. The spatial and temporal changes were investigated by soil moisture, annual growth of root system, agronomic traits, yield and water-use efficiency. Then, a spatial analysis was used to search the areas, where jujube yield and water-use efficiency were better matched, and to obtain the optimal underground level, where the irrigation range was determined by the depth of infiltration irrigation and crop-pan coefficient. The test results showed that the water contents in the soil from 0-100 cm in the vertical direction, and from 0-80 cm in the horizontal was higher than others with the increase of irrigation volume, whereas, the peak of soil water content moved downward with the increase in the depth of underground infiltration irrigation. The buried depth of 15 cm or 30 cm can increase the moisture content in the soil depth of 0-40 cm, while the buried depth of 45 cm can increase that in the soil depth of 40-60 cm. The irrigation volume and the depth of subsurface infiltration irrigation have a great impact on the root system distribution of 20-80 cm soil layer. There were significant differences in the root system increments under various subsurface infiltration irrigation depths. Specifically, the D30W0.6 and D30W0.8 treatments increased the root dry density from 20-60 cm soil layer, and the D45W1.0 and D45W1.2 treatments increased that from the 60-80 cm soil layer, compared with other treatments. Two-year experiments showed that the D30W1.0 treatment was optimum to increase the hanging length of jujube, the number of flowers per hang, the number of fruits per hang, fruit set rate and yield. The highest water-use efficiency of D30W0.8 was 4.68kg/m3in 2017 and 5.32 kg/m3in 2018 , increased by 17.88% (2017), 16.41 % (2018), but the yield decreased by 9.32% (2017) and 5.94% (2018), compared with D30W1.0 treatment, indicating D30W0.8 treatment was significantly different from other treatments (<0.05). Therefore, the yield and water use efficiency (WUE) can be used to optimize the irrigation strategies for jujube trees by using multivariate regression and spatial analysis. In this case, the optimal irrigation amount and the depth of subsurface infiltration irrigation can be selected as follows: 370-410 mm and 28-33 cm, respectively. The finding can provide a sound basis and technical support for high efficient management of jujube trees during subsurface irrigation in arid areas of Ningxia, China.

irrigation; soil moisture; crop-dish coefficient; subsurface infiltration irrigation; jujube; root system; yield

焦炳忠，孫兆軍，韓磊，等. 滲灌溉管埋深與灌水量對棗樹產量和水分利用效率的影響[J]. 農業工程學報，2020，36(9)：94-105.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.011 http://www.tcsae.org

Jiao Bingzhong, Sun Zhaojun, Han Lei, et al.Effects of depth and irrigation amount of subsurface infiltration irrigation pipes on water use efficiency and yield of jujube[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 94-105. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.011 http://www.tcsae.org

2019-11-26

2020-04-05

寧夏回族自治區重點研發計劃項目（2018BFG02016，2019BFG02032）；國家自然科學基金資助項目（31760236）；發展中國家科技援助項目（KY201904010）

焦炳忠，博士研究生，主要從事節水灌溉理論與技術研究。Email：272275314@qq.com

孫兆軍，博士，研究員，博士生導師，主要從事鹽堿地改良和節水灌溉新技術研究。Email：sunzhaojunyx@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.011

S275.4

A

1002-6819(2020)-09-0094-12