不同滴灌灌水方式对漫灌改滴灌成龄红枣的影响研究

2016-03-24胡家帅王振华郑旭荣

节水灌溉 2016年6期

胡家帅，王振华，郑旭荣

(石河子大学水利建筑工程学院，石河子 832000)

0 引言

枣(学名：Ziziphus jujube Mill)，别称中华大枣，鼠李科枣属植物，果实味甜，营养丰富，更有广泛的药用价值，是全国人民喜爱的药食兼用果品之一。同时也是一种重要的经济林树种，在我国具有悠久的历史[1,2]。自2008年以来，新疆红枣产业迅猛发展，资料显示，截至2014年年底，新疆红枣种植面积已达43万hm2，跃居全国第一，占全国总面积的近1/3；其中新疆第一师地区最多，种植面积达14万hm2。但是新疆红枣业灌溉水利用效率普遍低下，红枣的灌溉管理依旧停留在农民凭经验灌溉阶段，随意灌溉现象普遍[3,4]，第一师地区种植的14万hm2红枣，12.67万hm2都是传统的漫灌灌溉方式，枣树滴灌节水应用普及率只有5%。传统的漫灌灌溉方式不但造成水资源的严重浪费，而且难以对水肥精准调控，致使枣果品质差，极大地限制了第一师红枣产业的发展[5,6]。因此研究第一师沙区成龄红枣漫灌改滴灌科学节水灌溉技术是提高枣果产量品质、加快红枣节水产业发展的重要基石。

近年来众多学者对全国各地滴灌红枣耗水规律、红枣品质及产量等方面展开研究，胡安焱[6]等在干旱区采用滴灌、低压软管灌、微喷灌、沟灌4种灌水技术进行田间试验得出滴灌在叶温、品质、适应气候、田间管理等主要的方面表现最优,微灌在坐果率和产量方面表现最优。游磊[7]等通过研究不同灌水处理对灰枣产量、水分利用效率及品质的影响得出在大滴头流量3.75 L/h下的各处理的灰枣果实中各品质指标中总糖含量、商品率、维C含量均随着灌水量的增加呈现先增加后减小的趋势。何建斌[8]等在极干旱哈密地区通过对不同灌水量处理下的土壤含水率、大枣生长指标进行观测和分析得出大枣在整个生育期内各处理耗水呈现由低到高再降低的变化趋势，耗水高峰期是白熟期。已有的对滴灌红枣产量、品质和水分利用效率的研究多是基于常年连续滴灌红枣，且都是以普通滴灌带的面源灌溉方式为主，针对根部点源灌溉方式的研究很少，现在第一师地区大面积的常年漫灌成龄枣树应节水要求急需改为滴灌，但缺乏科学合理的漫灌改滴灌节水灌溉技术，严重阻碍了第一师地区红枣滴灌的发展。因此，研究不同滴灌灌水方式下灌水量对南疆沙区漫灌改滴灌成龄红枣生长、产量和水分利用效率的影响，确定哪种滴灌方式及其灌水组合能使得红枣各生长指标综合水平达到较优，这对南疆第一师地区红枣产业、节水灌溉技术的推广发展及增加农民收入有重要现实意义。

1 试验材料与方法

1.1 试验概况

试验于2015年6-11月在新疆阿拉尔市第一师灌溉试验站内进行，地理坐标为北纬40°37′～40°38′，东经81°1′ ～81°13′，平均海拔1 100 m，属于暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，无霜期较长，光照充足，昼夜温差大，极端最高气温40 ℃，极端最低气温-33.2 ℃。垦区太阳辐射年均133.7～146.3 kJ/cm2，年均日照2 556.3～2 991.8 h。垦区雨水稀少，冬季少雪，地表蒸发强烈，年均降水量为40.2～82.5 mm，年均蒸发量1 878.6～2 558.7 mm。试验区土壤平均干容重为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 试验材料

以第一师灌溉试验站内7年生矮化密植骏枣枣树为试验材料，2008年种植，2009年嫁接，常年连续漫灌。株行距1 m×2 m，树干经修剪均高约1.2 m。整个观测期肥料均随水滴施，其他管理均与当地农户漫灌枣树管理措施相同。

1.3 试验设计

枣树的灌溉方法由漫灌改为滴灌，采用两种滴灌方式，均一行两管，即在树行两侧20 cm处各布置一根滴灌管。第一种滴灌方式M1为根部点源灌溉(以下简称根灌)，即滴灌管只在红枣树干根部处自行开孔安装可调节流量滴头，控制滴头流量为4 L/h。第二种滴灌方式M2为均匀面源灌溉(以下简称均灌)，即采用市面上较为流行的果树专用滴灌带，滴头流量4 L/h。每种滴灌方式设置3个灌水量水平：900、1 050和1 200 mm(分别标记为W1、W2和W3)共6个试验处理，另外设置一个漫灌CK(灌水量1 500 mm)的对照处理。每个处理均设置3个重复，具体的试验设置如表1所示。

表1 试验处理设计

各观测期具体灌水情况，如表2所示。

表2 各观测期具体灌水情况

1.4 测定项目与方法

(1)灌水量：每个灌水处理安装一个高精度水表，计量每次灌水量。

(2)土壤含水率：采用CPW503DR中子仪测定土壤不同方向及不同深度含水率，每个处理布设一组中子管，每组4根，分别布置在枣树东西南北方向各1根，距树40 cm处。每根中子管埋设深度为1.5 m，测量土层(10、20、30、40、50、70、90、110、130、150 cm)的含水率。试验前，为寻找土壤含水率与仪器显示值之间的关系，需对仪器进行实地标定，用传统的取土烘干法测量各层土壤含水量，取土烘干法所测结果为质量含水量，利用质量含水率和体积含水率之间的转换关系，在对照仪器显示值，所得标定曲线方程结果如下：

y=18.580x-3.304

(1)

式中：y为土壤实际体积含水率，%；x为仪器测得计数比，%。

(3)气象数据：利用自动气象站进行太阳辐射、气温、相对湿度、风速及降雨量等气象数据的观测。

(4)骏枣田间耗水量：根据水量平衡原理计算骏枣树各生育期的田间耗水量[9]，计算公式为：

(2)

式中：ET1-2为阶段田间耗水量，mm；i为土壤层次数；W为土壤层次总数；γi为第i层土壤干容重，g/cm3；Hi为第i层土壤的厚度，cm；Wi1为第i层土壤在时段始的含水率(干土重的百分率)；Wi2为第i层土壤在时段末的含水率(干土重的百分率)；M为观测时段内的灌水量，mm；P为观测时段内的降水量，mm；K为观测时段内的地下水补给量，mm；C为观测时段内的排水量，mm。

本文试验区地土壤为沙壤土，地下水深度为3.5 m以下，地下水无补给量，因此K=0；根据试验监测的土壤含水率数据分析得出在土壤深度150 cm以下土壤含水量基本无变化故C=0；因此，式(2)可以化简为：

(3)

式中各参数意义同前。

(5)株高：红枣成熟时采用钢卷尺对株高进行测定，每个处理每个重复随机选取十棵枣树测量，最终进行平均计算出各处理株高。

(6)骏枣产量：骏枣收获时每个处理的每个重复随机选取3棵枣树进行产量测定，最终进行平均求得平均产量值即为该处理的产量值。主要测量指标为平均单位面积产量。

(7)骏枣品质：商品率定义为产品总量中商品量所占比例，本试验中骏枣分级按照第一师市场对红枣分级定义，进行商品量的确定，即纵径大于3.2cm 的骏枣均为商品果；特级果为纵径大于4.7 cm，平均单果重量在17.3 g左右；一级果为纵径在4.3～4.6 cm之间，平均单果重量在15.2 g左右；二级果为纵径在3.6～4.2 cm之间，平均单果重量在14.7g左右；三级果为纵径在3.2～3.5 cm之间，平均单果重量在5.7 g左右[10]。每个灌水处理的每个处理在骏枣收获时随机选取3株枣树，收货其全部红枣果实，将选出的样品按照果实纵径用游标卡尺测量划分为等级，然后计算各处理骏枣的商品率。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式各观测期的耗水量

表3是沙区漫灌改滴灌成龄骏枣各处理及漫灌骏枣的各观测期耗水量详情一览表。由表3可以看出，无论是根灌、均灌还是漫灌，各处理整个观测期的耗水量基本为白熟期>膨大期>花期>完熟期，均呈现先增高后降低的趋势，这与相关文献[8,11]研究结果一致。相同灌水量条件下，各观测期耗水量和总耗水量均表现为漫灌>根灌>均灌，但随着灌水量的增加，耗水量根灌>均灌的程度逐渐平缓。相同灌溉方式条件下，各观测期耗水量和总耗水量表现为随着灌水量的增加而增加。总耗水量均表现为漫灌>根灌>均灌，这是因为根灌和均灌土壤水分分布和枣树根系有较好的耦合关系，可以有效减少地表土壤水分蒸发损失和水分深层渗漏损失，有利于红枣根系对土壤水分的吸收利用。相同灌水量条件下均灌比根灌的耗水量更低，特别是M2W1处理总耗水量最低为862.1 mm，因为小灌水量面源均灌方式水分入渗深度浅且入渗速度慢，更多的水分以表层土壤水分蒸发的形式流失。

表3 骏枣漫灌改滴灌后各观测期耗水量 mm

2.2 不同滴灌方式对漫灌改滴灌红枣产量和水分利用效率的影响

图1是不同滴灌方式条件下各处理的骏枣产量及水分利用效率详表，由红枣全观测期产量和耗水量即可得其水分利用效率WUE，其计算公式如下所示：

WUE=Y/ETc

(4)

式中：Y为作物产量，kg/hm2；ETc为作物耗水量，m3/hm2。

图1 不同滴灌方式下漫灌改滴灌红枣的产量和水分利用效率

由图1可知，不同滴灌方式下改滴灌红枣各处理平均产量在3 949～6 560 kg/hm2之间变化，WUE在0.365～0.512 kg/m3之间变化，漫灌CK的平均产量为6 548 kg/hm2、WUE为0.331 kg/m3。CK虽然产量较高，但WUE相比根灌、均灌最低。根灌时，随着灌水量的增加产量和WUE呈现先增大后减小的趋势(a<0.5)；均灌时，产量随着灌水量的增加逐渐增加，而WUE随着灌水量的增加逐渐小幅度减小，产量和WUE呈负相关(a<0.5)。相同灌水量条件下，W1时根灌产量大于均灌，但WUE差异不显著(a>0.5)；W2时根灌产量和WUE均大于均灌，且差异性显著(a<0.5)；W3时根灌产量和WUE均小于均灌，且差异性显著(a<0.5)。综上可知，无论是根灌还是均灌，一味的增大灌水量并不能有效地提高水分利用效率；在合理灌水量范围内，小水量时根灌在产量和WUE方面表现更优，大水量时均灌在产量和WUE方面表现更优。

2.3 不同滴灌方式对漫灌改滴灌红枣株高的影响

图2是不同滴灌方式条件下成熟时各处理的骏枣株高，由图2可知根灌和均灌的株高均随着灌水量的增加而增加，当从W1增加到W2时，株高增加20 cm，变化显著；继续增加到W3时株高增加10 cm，逐渐趋于平稳。综上可知，相同灌水量时根灌、均灌对株高的影响不显著；与CK相比，相同株高时根灌和均灌节水30%。

图2 不同滴灌方式下漫灌改滴灌成龄红枣的株高

2.4 不同滴灌方式对漫灌改滴灌成龄红枣品质的影响

不同滴灌方式对漫灌改滴灌成龄骏枣品质影响见表5。由表5可知，根灌时红枣商品率随着灌水量的增加逐渐降低，均灌时红枣商品率随着灌水量的增加没有显著变化，总体上均灌相比根灌商品率表现更优。根灌红枣果实等级主要分布在一级果、二级果和特级果，三级果较少；均灌的红枣果实等级主要分布在一级果和二级果，特级果和三级果较少；M2W1特级果比例最大为23.2%，这是因为M2W1处理产量低，而水分利用效率WUE高，使得果实等级品质相对较好。总体上，相比均灌，根灌有助于提高红枣特级果的比例。改滴灌处理中，果实等级品质与CK处理相似程度最高的是根灌M1W2，但相比CK节水30%。

3 讨论

(1)本文采用的试验灌溉定额为900、1 050、1 200 mm，是根据试验地当地常年连续漫灌骏枣灌溉定额1 500 mm分别节水40%、30%、20%而制定，与有关文献研究的用量偏高，如游磊[7]等最大处理滴灌灌溉定额为637.5 mm，郑强卿[11]等最大处理滴灌灌溉定额为720 mm，主要是因为本文试验围绕漫灌改滴灌开展，所用地块为常年连续漫灌枣树地，常年连续漫灌枣树相比文献[7,11]常年连续滴灌枣树灌水量必然要大，盲目过多的降低灌水量必然会大面积减产；其次还受枣树的品种、年限、种植模式、种植地域、土壤质地、农艺措施等的影响。本文围绕不同灌溉方式和灌水量开展漫灌改滴灌的试验，总灌水次数设计为14次，相关文献研究灌水次数超过14次情况下试验也得到了较好的结果，因此对于本文漫灌改滴灌设计灌水次数在超过14次情况下根灌和均灌对红枣的影响还需要继续开展试验研究。

表5 不同滴灌方式下各处理的骏枣品质

(2)本文试验各处理红枣的产量与相关文献研究的产量偏低，如游磊[7]等最大产量为10 895.7 kg/hm2，何建斌[8]等最大产量为9 035 kg/hm2，主要是因为本试验地区5月18日下午8点30分遭受了暴雨天气并伴有时常约6 min冰雹，使得枣树的生长在新梢生长阶段受到较大影响，最终导致产量较往年有所减少。但这并没有影响灌水量与产量、WUE之间的关联规律性，本文研究表明，改滴灌后根灌红枣产量的大小随着灌水量的增加呈现先增大后减小的趋势，均灌WUE随着灌水量的增加呈现逐渐减少趋势，这一点与游磊[7]等的研究结果具有相似之处。这可能是由于冰雹发生在枣树生长发育早期，虽然影响了产量，但整体规律性依然保持一致。

(3)根部点源灌溉方式和均匀面源灌溉方式的主要区别就是湿润范围不同，根灌湿润范围35～40 cm，土壤表层看成圆形；均灌湿润范围约40 cm，土壤表层看成矩形。其次是水分入渗速度不同，根灌相比均灌要快一些。本文研究发现改滴灌后根灌、均灌会使枣树根系的分布相对收缩集中，更利于水分的有效吸收，这与毛娟[12]等在荒漠葡萄方面研究结果有相似之处。本文试验中根灌综合效果优于均灌，但实际农作中根灌价值体现不如均灌高。主要是因为枣树种植模式多为矮化密植，随着树龄的增加，需要不断的移除一定的枣树来调节种植密度，从而给予枣树合理的生长空间，这就要求每年跟换新滴灌管，而从目前市场来看根灌滴灌管的投资是均灌滴灌带的3倍，且根灌滴灌铺设的工作量较大。科学高效规范的种植模式、市场化的根灌材料是解决此问题的关键，根灌普及面临的是一个庞大的多学科交叉系统工程。

(4)本文一次性试验研究结果具有一定的局限性，从地域、土壤质地和红枣种类上来看所得出的结论只适用于干旱区沙土条件下的骏枣，对于其他生长环境和土壤条件的漫灌改滴灌红枣的影响有待进一步研究；从时间尺度上来看，一年的试验结果受到多方面因素的影响，因此在本文研究基础上我们将继续开展漫灌改滴灌的试验研究来增加试验研究结果的科学性和准确性。