棗樹根系土壤水分運移的研究進展

喻彩麗 花元濤 劉書東

摘要：綜述了棗樹根系在土壤中的生長規律及營養物質運輸途徑;介紹了我國水資源情況，分析了滴管灌溉的原理和果林種植業中節水灌溉的情況;對水分和有機質在土壤中的運移進行了總結，并構建了根在土壤水資源中水分運移模型的方式，提供了根系在土壤水分運移模式的理論基礎，并為紅棗產業水資源的保護和利用研究提供了新思路。

關鍵詞：棗樹;根系;水分運移;灌溉模式;滴灌深度;入滲模型

棗樹（Jujube）為鼠李科（Rhamnaceae）棗屬木本植物，落葉小喬木。棗樹在我國種植歷史悠久，據考證有8 000多年的歷史，其果實俗稱大棗、紅棗或棗子。棗樹最早記載于我國古典文獻《詩經》中，認為黃河流域中下游是我國古代棗樹種植最早的地區[1]。我國古典書籍中，關于紅棗在藥用方面價值的記載主要有久食有益脾胃、益智延年、養生保健等功效[2]。近些年來我國西部省份也開始大量栽植棗樹，尤其是在新疆。由于新疆地區具有晝夜溫差大等特點，利于棗子價值提高，棗樹在新疆地區的種植面積不斷擴大。在21世紀初期，棗樹在我國的栽植面積已經突破150多萬hm2，占全世界種植面積的98%以上[3]。在新疆，棗樹的種植面積高達45.92萬hm2，棗子的產量已經達到了105.8萬t，其中新疆生產建設兵團種植面積就達10.49萬hm2，產量達43.45萬t[4]。隨著精準扶貧力度的加大，加強林果業的經濟發展成為我國西部振興的基礎，符合“金山銀山不如清水綠山”的發展理念。目前，棗樹的種植管理水平還需要進一步提高，對應加工產業也有巨大的發展空間。

紅棗作為一種藥食同源的食品，不但能食用，還有藥物療效。記載棗為藥物的有關文獻歷史已有2 000多年，棗有比較豐富的營養成分和藥物活性成分[5]，有“補品之王”和“上等補品”之稱[6]。紅棗具有多種可以用于食用和藥用的價值[7]。研究表明，紅棗含有黃酮類、糖類、環磷酸腺苷等活性成分，具增強免疫力、抗腫瘤、降血脂等功效[8-12]。

棗對于人們的生活有很多好處，怎樣更好地種植棗樹是每個種植工作者應該思考的問題，尤其是關于棗樹土壤水分運移的研究。

1 農業用水的分布及其灌溉模式

水資源主要被用于工業、農業生產以及日常生活等，而目前農業用水占比最多。據不完全統計，全球近70%的淡水資源主要用于農業灌溉。盡管如此，農業發展的關鍵問題其實還是水資源問題，水資源不足使農業在生產總量上大幅度減少。同時，農業灌溉技術沒有得到普及，農業用水的利用率偏低。在我國絕大多數地區，農業灌溉水資源浪費極其嚴重。因此在農業領域，節水是最重要的目標之一。目前全世界已經開始著手解決水資源匱乏以及用水緊張的問題。基于此，人們在農業生產中提出節水灌溉管理，這不但可以阻止水資源的過度浪費，還能使水肥在植物根系部位得到更高效的運用，促進精準和高效農業的發展。節水灌溉技術是一種包括現代農業生產技術和農田水利基礎設施綜合利用的工程技術，不但能夠改善農業生產實際中的節約用水問題，還可以提高勞動生產力。

我國農業灌溉用水利用率低，每年農業灌溉所需要總水量高達3 800億m3，占我國總用水量的70%以上，而水資源利用系數卻不足0.4，造成了極大的水資源浪費。一些發達國家早在20世紀的四五十年代就開始在農業生產中研究利用節水灌溉的方法，并且取得了較好的科研成果。節水灌溉技術主要利用了輸水管道在運輸水分過程中具備良好的防滲性，并結合水分滴灌、噴灌技術等科學灌溉方法以及設備自動化裝置技術等，使用節水灌溉技術后，灌溉用水的利用系數可高達0.8。

隨著水資源匱乏程度的加劇，我國對農業節水問題已經開始重視起來。2012年國務院發布了《國家農業節水綱要（2012—2020）》;2013年農業部發布了《水肥一體化技術指導意見》，對具體的水肥一體化推廣面積進行了量化;2016年農業部又頒布《推進水肥一體化實施方案（2016—2020年）》。在國家政策的影響下，我國實施節水灌溉的農業面積已超過1 000萬hm2。

2 地下滴灌深度對棗樹根系和水分的影響

棗樹根系是棗樹吸收水分、養分及礦物質等的關鍵部位。為了確保根系在土壤中健壯生長，確認根系需要水分的范圍，更好地提高棗樹產量和水分利用率，工作人員通過調查，采取了相應的灌溉技術。要增大棗樹生產種植規模，需要調控地下滴灌深度等。傳統栽培管理中，大多數棗樹的根系和所吸收水分分布在較淺的土壤表層區域，這一現象的產生原因有很多，其中主要原因是棗樹根系為了吸收足夠的水分和養料等，導致其根部被迫生長于受到灌溉的土壤表層區域。因此，灌溉深度對棗樹根系在垂直、水平方向上的生長分布范圍都有一定的影響。此外，隨著地下滴灌技術的不斷發展，滴水的深度也在不斷增加，根系的生長分布特征也逐漸地從“寬淺”的生理模式逐步發展成為“深根”的生理模式，從而能夠更好地適應棗樹的生長。

目前在我國灌溉領域中，地下滴灌技術屬于新型高效節能的一種灌溉應用技術，其主要原理是通過應用重力及毛細管的作用，使得水肥混合液能夠從地下滴灌管道處，有效且緩慢地滲透到植物的整個根系部分，從而在很大程度上提高水分的利用率。除此之外，應用這一灌溉技術，可以更為科學、合理、適時地輸送水肥養料。這也為棗樹的生長發育、果實品質的提高等提供了更為良好的生長基礎和環境。隨著地下滴灌深度的不斷增加，棗樹根系會出現以下3種變化：（1）生長密度會隨著灌溉的深度逐漸地變小;（2）能夠對水肥營養物質元素進行更為有效、合理的吸收和利用;（3）周圍土壤的滴灌區域得到最大范圍的增大。

3 棗樹根系吸水研究

棗樹在生長過程中需從土壤中吸收水分和各種營養物質，增施氮肥能夠促進棗樹新梢生長，增強棗樹根系吸水能力。棗樹種植中，其根系生長情況和土壤水分的分布狀況是密不可分的。在早期生產上，減少落花和落果的主要方法是充分利用葉片光合作用以及有效吸收水分，促進果實的膨大。關于果樹根系吸水的情況和根系在土壤中分布的相關性研究最早主要由Cardner等科學家在1964年提出[13]。之后的幾年內，研究者認為，根干的質量、根系的數量等對根系吸收水分都起著極其重要的作用[14-15]。有一些研究者發現，當根部直徑大于 2 mm 時，根系以輸導為主;當根部直徑小于2 mm時，根系以吸水為主[16]。

參考文獻：

[1]劉 聰. 新疆紅棗的功能性成分及加工工藝的研究[D]. 杭州：浙江大學，2014.

[2]劉潤平. 紅棗的營養價值及其保健作用[J]. 中國食物與營養，2009，23（12）：50-52.

[3]梁 鴻. 中國紅棗及紅棗產業的發展現狀、存在問題和對策的研究[D]. 西安：陜西師范大學，2006.

[4]石國強. 新疆兵團紅棗產業發展戰略研究[D]. 石河子：石河子大學，2013.

[5]張艷紅. 紅棗中營養成分測定及質量評價[D]. 烏魯木齊：新疆大學，2007.

[6]劉孟軍. 中國紅棗產業的現狀與發展建議[J]. 果農之友，2008（3）：3-5.

[7]李淑子，張 本. 大棗的化學和藥理研究概況[J]. 中草藥，1983，14（10）：39-46.

[8]王愛蓉. 棗的營養與藥用價值[J]. 科技情報開發與經濟，2005，15（23）：143-145.

[9]蘿 莉. 大棗生物活性多糖分離及抗氧化活性研究[D]. 鄭州：河南工業大學，2013.

[10]楊世平，孫潤廣，陳國良，等. 紅棗中營養、藥用有效成分多糖的分離與提純及其鑒定[J]. 延安大學學報，2004，23（3）：38-40.

[11]張文杰，陳錦屏，馬娟峰. 紅棗主要活性成分及其藥理作用的研究進展[J]. 農產品加，2008，10（10）：48-50.

[12]Wojdyo A，Carbonell-BarrachinaA，Legua P，et al.Phenolic composition，ascorbic acid content，and antioxidant capacity of Spanish jujube （Ziziphus jujube Mill.） fruits[J]. Food Chemistry，2016，107（15）：307-314.

[13]Gardner W R. Relation of root distribution to water uptake and availability[J]. Agronomy Journal，1964，56（1）：41-45.

[14]薛麗華，段俊杰，王志敏，等. 不同水分條件對冬小麥根系時空分布、土壤水利用和產量的影響[J]. 生態學報，2010，30（19）：5296-5305.

[15]李彩霞，孫景生，周新國，等. 隔溝交替灌溉條件下玉米根系形態性狀及結構分布[J]. 生態學報，2011，31（14）：3956-3963.

[16]郝仲勇，楊培嶺，劉洪祿，等. 蘋果樹根系分布特性的試驗研究[J]. 中國農業大學學報，1998，3（6）：63-66.

[17]冀果信. 我國鮮棗出口的制約因素及其對策[J]. 北京農業，2002（7）：4-6.

[18]宋鋒惠，俞 濤，卓熱木·塔西，等. 紅棗根系生長于地上部生長的相關性分析[J]. 新疆農業科學，2010，47（12）：2416-2420.

[19]李景娟，高建偉. 氮磷調控根系形態的分子機制研究進展[J]. 山東農業科學，2013，45（6）：123-129.

[20]Chun L，Mi G H，Li J S，et al. Genetic analysis of maize root characteristics in response to low nitrogen stress[J]. Plant and Soil，2005，276（1/2）：369-382.

[21]Tian Q Y，Chen F J，Zhang F S，et al. Possible involvement of cytokinin in nitrate-mediated root growth in maize[J]. Plant and Soil，2005，277（1/2）：185-196.

[22]Williamson L C，Ribrioux S P，Fitter A H，et al. Phosphate availability regulates root system architecture in Arabidopsis[J]. Plant Physiol，2001，126（2）：875-882.

[23]Svistoonoff S，Creff A，Reymond M，et al. Root tip contact with low-phosphate media reprograms plant root architecture [J]. Nat Genet，2007，39（6）：792-796.

[24]Bonser A M，Lynch J，Snapp S.Effect of phosphorus deficiency on growth angle of basal roots in Phaseolus vulgaris[J]. New Phytol，1996，132（2）：281-288.

[25]Ayars J E，Schoneman R A，Dale F，et al. Managing subsurface drip irrigation in the presence of shallow group water[J]. Agricultural Water Management，2001，47（3）：243-264.

[26]王麗娟，王文科，王 哲，等. 奎屯河流域包氣帶鹽分分布特征與影響因素[J]. 地球科學與環境學報，2008，30（4）：429-433.

[27]Novok V. Estimation of soil-water extraction patterns by root[J]. Agricultural Water Management，1987，12（4）：271-278.

[28]Nimah M N，Hanks R J. Model for estimating soil water，plant，and atmospheric interrelations：Ⅱ. Field test of model[J]. Soil Science Society of America Journal，1973，37（4）：528-532.

[29]Lambert J R，Vries F W T P D. Dynamics of water in the soil-plant-atmosphere- 7-system：a model named troika[M]//Physical aspects of soil water and salts in ecosystems.Heidelberg： Springer Berlin Heidelberg，1973：257-273.

[30]Feddes R A，Kowalik P，Zarandy H. Simulation of field water use and crop yield [J]. Pudoc.Wageningen，1978：189.

[31]Huck M G，Hillel D. A model of root growth and water uptake accounting for photosynthesis，respiration，transpiration，and soil hydraulics[J]. Advances in Irrigation，1983，2：273-333.

[32]Horton R E. The rle of infiltration in the hydrologic cycle[J]. EosTransactions American Geophysical Union，1933，14：446-460.

[33]陶生才，潘 婕，劉 珂. DSSAT 模型在中國農業與氣候變化領域應用進展[J]. 中國農學通報，2015，31（9）：200-206.

[34]Diepen C A，Wolf J，Keulen H，et al. WOFOST：a simulation model of crop production[J]. Soil Use & Management，1989，5（1）：16-24.

[35]孫三民. 南疆棗樹間接地下滴灌條件下根區土壤水鹽肥運移規律及根系調控研究[D]. 北京：中國農業大學，2018.

[36]趙西寧，李 楠，高曉東，等. 基于18O示蹤的不同樹齡棗樹土壤水分利用特征分析[J]. 農業工程學報，2018，34（3）：135-142.

[37]Richards L A. Capillary condition of liquids through porous medium [J]. Physics，1931，1（5）：318-333.

[38]Green W H，Ampt G A.Studies on soil physics.Ⅰ：the flow of air and water through soils[J]. Journal of Agricultural Science and Technology，1911，4（1）：1-24.

[39]Chu S T.Green-Ampt analysis of wetting patterns for surface emitters[J]. J of Irri and Drainage Engg，1994，120：414-421.

[40]Nielsen D R，van Genuchten M T，Biggar J W. Water flow and solute transport processes in the unsaturated[J]. Water Resources Research，1986，22（9）：234-245.

[41]Jury W A，Earl K D. Water movement in bare and cropped soil under isolated trickle emitters：Ⅰ. Analysis of bare soil experiments[J]. Soil Sci Soc Am Proc，1977，41：852-856.

[42]李光永，鄭耀泉，曾德超. 地埋點源非飽和土壤水運動的數值模擬[J]. 水利學報，1996（11）：47-51.趙 洪，鄧 姍，章毅穎，等. 2009—2018年我國番茄品種利用及管理分析[J]. 江蘇農業科學，2020，48（12）：24-28.