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不同灌溉条件下幼龄枣园土壤蒸发试验研究

2017-05-17韩莹莹李宏程平刘帮张志刚李长城

江苏农业科学 2016年1期
关键词:幼龄枣园蒸发量

韩莹莹 李宏 程平 刘帮 张志刚 李长城 孙明森

关键词:幼龄红枣;地表滴灌;井式灌溉;漫灌;土壤蒸发

中图分类号:S723.6;S665.107 文献标志码:A 文章编号:1002—1302(2016)01—0220—04

红枣喜光、抗旱、抗寒等,是我国山、沙、碱、旱地区最具特殊利用价值的生态经济树种。新疆光、热资源丰富,所以红枣产业在新疆发展很快,2014年全疆特色林果类种植面积达到146.7万hm2,其中红枣达到46.7万hm,目前红枣已成为新疆环塔里木盆地绿洲带的最主要栽培果树之一。新疆红枣主产区之一的阿克苏地区红枣达到13.3多万hm2,红枣成为该地区农民经济收入的一个重要来源,而环塔里木盆地年降水量不足100 mm,因此水资源严重短缺是制约枣树生长与发育的重要因素,也决定着其产量和品质。当前环塔里木盆地的幼龄枣园大多采用地面灌溉,灌溉定额超过15 000 m3/hm2,容易形成地表积水,田间无效耗水量大,造成了水资源的严重浪费。

土壤蒸发是农田水分循环过程中的无效耗水,不参与作物的生理和生产过程,属于非生产性耗水,因此合理减少田间非生产性耗水、提高作物水分利用效率是节水灌溉的一条重要途径。林木井式节水灌溉方法作为一种新型灌溉技术,在地面滴灌基础上,通过盲管将水引入带孔竖井管内部,再从井管壁孔横向渗漏将水分直接输送至林木根系分布区,此过程中地表保持了较干燥状态,也有效控制了地表径流,因此提高了水的利用效率,达到了节水的目的。

微型蒸渗仪(micro-lysimeters,简称MLS)作为测量土壤蒸发行之有效的一种小型观测器皿,具有无扰动、可移动、操作方便等优点,利用导热率较小的PVC材料制作的微型蒸发器测量土壤蒸发简单有效,在干旱半干旱地区有很大利用价值。

本试验地点选择在新疆林业科学院佳木试验站幼龄枣园,通过分析对比地表滴灌、林木井式灌溉、漫灌条件下幼龄红枣园地表的蒸发特性,为林木井式灌溉节水方法提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

试验在新疆阿克苏地区温宿县境内的新疆林业科学院佳木试验站进行,地理位置80°32′N,41°5′E,海拔1103 m。基地呈长方形,地势北高南低,西高东低,南北长1600 m,东西长650 m,地下水埋深2.8~3.3 m;属于大陆性干旱荒漠气候,昼夜温差大;春季较短,多大风降温天气,时常有倒春寒现象发生,夏季炎热而干燥,蒸发强烈;降水量稀少,四季分配不均,降水量年际变化大,年均降水量不足100 mm;年均气温10.1℃,极端低温-27.4℃,年均日照时数2747.7 h,≥10℃积温2916.8~3 198.6℃,无霜期196 d。

1.2样地选择

在试验站幼龄红枣园中选择3块样地,采用地表滴灌、井式灌溉和漫灌灌溉方式各1块,样地规格均为20 m×20 m。枣树均为地径(3±0.3)cm的4年生灰枣树,按东西方向栽培,株间距为1 m,行间距为4 m,采用小冠疏层型整形方式,平均株高为1.91 m,平均冠幅为1.3 m,树势基本一致,树体生长发育良好,无病虫害。3块试验样地除灌水方式不同外,施肥、病虫草害防治等田问管理措施均与当地相同。为防止漫灌样地水分的侧渗影响试验结果,在地表滴灌和井式灌溉样地边缘挖掘深度为2.0 m的壕沟,用防渗膜隔开,并在四周做高出地面60 cm以上的土垄,以防止周围果园灌水对样地的影响。

1.3试验设计

1.3.1试验处理 试验于2014年5月初至10月下旬在佳木试验站红枣园中进行。试验分3个处理,处理1:采用地面滴灌(I1)方式,滴头流量为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。处理2:采用井式灌溉(I2)方式,采用自制带孔竖井管(内径10 cm,高20 cm,上端5 cm封闭,出水孔大小0.3 cm)安装在距树干10 cm处,在处理1供水系统基础上采用滴头(12L/h)用毛管将水引入井管内,每次灌水72 L/株,全生育期灌溉24次,灌水日期如表1所示。处理3:采用漫灌(I3)方式,每次灌水定额120 m3,全年灌溉8次,每次灌水时间间隔的长短根据枣树不同生育期的需水情况来定,全年灌水日期如表2所示。

1.3.2土壤蒸发量测定方法 制作2种微型蒸发器。MIS-1:用PVC制作,内径10 cm,高40 cm,底部用堵頭封底,堵头底部打有30~40个孔以保持土壤通透性,堵头底部粘1层薄布防止土粒外漏;每个MLS都有内径11 cm、高40 cm的PVC制作的套管放置于土壤中,方便称质量时内桶的取出;采用自制土钻(内径10 cm,高20 cm)取土,分2次将完整土柱放人微型蒸发器中。MLS-2:用PVC制作,内径10 cm、高20 cm,用堵头封底;套管规格为内径11 cm、高20 cm。

3种灌溉方式下的土壤蒸发过程均分为水体蒸发和土壤蒸发,处理1灌溉时形成半径25 cm左右的湿润面,此阶段水体蒸发用MLS-2测量,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测量;处理2灌溉时竖井管内有积水,此阶段水体蒸发用MIS-2测量,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测量;处理3灌溉时有地表积水,此间水体蒸发用MLS-2测量,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测量。

MLS-1:处理1、处理2均在距离树干20、60、100 cm的行间布设,处理3在距离树干20、60、100、140 cm的行间布设,各重复3次;MLS-2:处理1在距离树干10 cm处放置1个,处理2在竖井管位置放置1个,处理3在距离树干20、60、100 cm的行间布设,各重复3次。根据不同生育期枣树需水供水情况分别测定2~4次灌水周期的土壤蒸发量,取均值作为该生育期的蒸发量。

1.3.3数据采集 据本试验过程记录与研究目的,新疆阿克苏地区2014年幼龄红枣生育期的划分如表3所示。

土壤蒸发测定:用电子台秤(精度1 g)于每天08:00和21:30(北京时间)称质量,8月中旬后,08:40和21:00称质量,利用2次之间的质量差和土柱横截面积换算得土壤蒸发量。为了防止夜间露水和沙子进入管中,每晚用黑色塑料膜遮盖,早上日出前半小时揭掉塑料膜。

气象因素的测定:样地内安装HOBO小气候仪,对枣园的气象因素进行测定,主要包括太阳辐射、空气湿度、温度、风速、降水量,数据采集时间间隔10 min。

1.3.4数据处理与分析 枣园土壤蒸发计算方法:枣园土壤蒸发按照长方体计算,处理1、处理2距离树干0~100 cm利用MLS-1和MLS一2的表面积进行换算。根据前期枣树根系和土壤水分湿润模型的研究,处理1和处理2土壤水分运移范围在距离树干0~100 cm范围内,因此在距离树干100~200 cm处的土壤蒸发忽略不计。处理3距离树干0~200 cm采用MLS-1和MLS-2进行换算。

方差分析应用SPSS 17.5统计软件;绘图应用Microsoft Excel 2003。

2结果与分析

2.1 3种灌溉条件下幼龄红枣各生育期距树干不同距离的日均蒸发特性

3种处理条件下距树干长20 cm的地表不同生育期日均蒸发量对比见图1。从图1可看出,总体来看,幼龄枣树的土壤蒸发量为坐果期>开花期>展叶期>膨大期>成熟期>落叶期;I3和I1、I2条件下不同生育期日均蒸发量均存在极显著差异(P<0.01),3种处理方式下土壤蒸发量为I3>I1>I2;距树干长60、100 cm的地表各生育期的日均蒸发量呈现的规律性(图2、图3)与距树干长20 cm的地表一致,其中I2条件下距离树干长20、60、100 cm的地表全生育期日均蒸发量比I1条件下平均减少了23%、23%、27%。

由图4可以看出,I1条件下坐果期、开花期、展叶期的日均蒸发量之间没有显著差异(P>0.05),膨大期、成熟期、落叶期两两之间差异显著(P<0.05),前3个生育期日均蒸发显著高于后3个时期(P<0.05);I2条件下不同生育期日均蒸发量呈现的规律性与I1条件下的一致;I3条件下坐果期和开花期的日均蒸发量没有显著差异(P>0.05),展叶期、膨大期、成熟期、落叶期两两之间差异显著(P<0.05),同样,I3条件下前3个生育期的日均蒸发显著高于后3个时期(P<0.05)。柱上不同小写字母、大写字母表示处理间差异显著(P<0.05)、

极显著(P<0.01)。下图同

2.2 3种灌溉条件下幼龄红枣不同生育期蒸发总量比较

由图5可以看出,I1、I2、I3条件下幼龄枣树在各生育期的蒸发强度一致表现为坐果期>开花期>展叶期>膨大期>成熟期>落叶期。根据2014年试验期间的气象资料分析,其主要原因是坐果期是枣树幼果迅速生长阶段,该阶段蒸腾旺盛,为满足幼果生长,灌水次数在全生育期中最多,故该时期表层土壤含水量也高,从而促进了土壤蒸发,同时此阶段的气温日均值也达到了一年中的最大值(27%),所以坐果期階段的蒸发总量最大,3种处理下坐果期土壤蒸发总量均值分别为190.4(I1)、146.2(I2)、366 L/株(I3);开花期期间,一方面枣树枝叶已大部分形成,枣树蒸腾量较大,另一方面枣树花量大,如果水分供应不足,枣树会出现焦花落花现象,还会降低后期坐果率,因此花期枣树需水量也较多,且该阶段气温已升高,太阳辐射平均值也达到了年内最大值(410 W/m2),加速了土壤蒸发,3种处理下开花期土壤蒸发总量均值分别为153(I1)、120.4(I2)、348.8 L/株(I3);展叶期期间,由于大部分枣树枝叶还未形成,枣园土壤裸露面积较大,且该阶段大风天气较多,风速的平均值达到年内最大(0.337 m/s),土壤蒸发强烈,因此该阶段土壤蒸发总量也较大,3种处理下开展叶期土壤蒸发总量均值分别为149.6(I1)、105.6(I2)、296.6 L/株(I3);膨大期期间,由于该阶段枣树叶面积系数最大,所以土壤裸露面积最小,且该阶段气温、地温已逐渐降低,因此土壤蒸发总量较小,3种处理下果实膨大期土壤蒸发总量均值分别为105.5(I1)、75.4(I2)、249.7L/株(I3);成熟期期间,太阳辐射较小,昼短夜长,气温较低,该阶段灌水量也少,因此该阶段土壤蒸发量小,3种处理下果实膨成熟期土壤蒸发总量均值分别为90.5(I1)、55.8(I2)、206.7 L/株(I3);落叶期,该阶段日平均气温10℃,日均太阳辐射量达到全生育期最小值(292 W/m2),因此落叶期的蒸发总量最小,3种处理下落叶期土壤蒸发总量均值分别为76.4(I1)、43.8(I2)、111.7 L/株(I3)。

由图5还可看到,I1、I2、I3条件下的不同生育期蒸发总量两两对比均差异极显著(P<0.01),土壤蒸发由大到小顺序为I3>I1>I2

2.3 3种灌溉条件下幼龄枣园全生育期土壤蒸发与主要气象因子的相关性分析

灌溉条件会影响枣园土壤蒸发大小,同时,土壤蒸发也受到太阳辐射、温度、风速、空气湿度等气象因子的影响。表4为通过SPSS 17.5对I1、I2、I3条件下幼龄枣园不同生育期蒸发量与气象因子的相关性分析结果,可以看到I1、I2、I3条件下不同生育期蒸发量与气象因子相关关系均一致,表现为太阳辐射>风速>温度>相对湿度>降水,其中相对湿度与幼龄枣园土壤蒸发呈负相关,即相对湿度越大土壤蒸发量越小,且I1条件下太阳辐射、风速与土壤蒸发量呈极显著相关(P<0.01);I2条件下太阳辐射与土壤蒸发量呈极显著相关(P<0.01),风速与土壤蒸发呈显著相关(P<0.05);I3条件下太阳辐射、风速与土壤蒸发量均呈显著相关(P<0.05)。太阳辐射、风速、温度是影响幼龄枣树土壤蒸发的主要因素,试验地年降水量稀少,所以降水量对该试验影响很小。

3结论与讨论

本试验通过分析比较全生育期幼龄红枣园3种灌溉条件下的地表土壤蒸发特性,结果表明,3种灌溉条件下幼龄枣树整个生育期的土壤蒸发强度均一致,表现为坐果期>开花期>展叶期>膨大期>成熟期>落叶期;枣园灌溉方式的不同会直接影响到其土壤蒸发的大小,具体表现为不同灌溉条件下幼龄灰枣树在距离树干长20、60、100 cm的地表的各生育期日均土壤蒸发大小顺序均为I3>I1>I2;3种灌溉条件下幼龄枣树不同生育期的平均蒸发总量大小为I3>I1>I2,故井式灌溉条件下的土壤蒸发量最小,而土壤蒸发属于田间无效耗水,不参与作物生长过程,造成了水资源的浪费,因此林木井式灌溉方法减少了田间无效消耗水量,提高了水分利用效率。

外界气象环境也会影响土壤蒸发,通过分析得出,太阳辐射、风速、温度是影响幼龄枣园土壤蒸发的主要因素,太阳辐射、风速和气温(值)越大,土壤蒸发也越大,反之则越小。

井式灌溉作为一种新的地下渗灌灌溉方式,与植物吸收根分布相结合,将水分通过井管直接输送到植物主要根系分布区域,降低了地表土壤含水量,减少了土壤蒸发,有效解决了传统漫灌、地表滴灌等产生的无效耗水量大的问题。在我国水资源严重缺乏的旱作区农林业灌溉中,井式灌溉应用空间非常广阔。

本试验所用Micro-Lysimeter制作材料、内径、长度以及封底情况可能对所测量的土壤蒸发大小均会有影响,但由于受试验客观条件的限制未能对实际测量的数值进行可靠性的验证;另外,由于幼龄枣树不同生育期灌水定額小,灌溉次数也多,因此测得的平均每株枣树的蒸发量可能要比实际蒸发偏大一些,这些都需要今后继续深入研究。

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