王 文 娟

(甘肅省水利科學(xué)研究院，蘭州 730000)

研究河西內(nèi)陸區(qū)紅棗節(jié)水灌溉制度有利于調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。節(jié)水灌溉制度是通過先進的灌溉手段和灌溉方式，以節(jié)約水資源為前提，以提高產(chǎn)量為目的，對農(nóng)作物進行適時適量的灌溉，并能夠優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，提高農(nóng)產(chǎn)品的市場競爭力。合理的灌溉制度研究對河西內(nèi)陸區(qū)生態(tài)環(huán)境起到一定的保護和改善作用。通過優(yōu)化灌溉制度節(jié)約的水量既可以擴大作物種植面積，還可以建設(shè)生態(tài)環(huán)境。研究河西內(nèi)陸區(qū)紅棗節(jié)水灌溉制度可減少單位面積用水量，降低種植成本，有利于提高農(nóng)民收入[1-3]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗于2016年3月至2018年8月在甘肅省水利科學(xué)研究院民勤縣試驗基地進行，該試驗站建設(shè)面積7.82 hm2，其中試驗室建筑面積150 m2，試驗示范用地6.67 hm2，配有灌溉機井1眼，灌溉渠道全部管道化，農(nóng)機具10余套?；卦囼瀮x器設(shè)備齊全，擁有氣象、水文、灌溉、土壤水分等試驗儀器30余臺(套)，有TDR土壤水分測定儀、全氮測定儀等一批國外進口灌溉技術(shù)試驗儀器，保證了試驗研究在田間及室內(nèi)試驗順利開展。土壤參數(shù)：質(zhì)地為沙壤土，0～60 cm土層干容重1.38 g/m3，田間持水率24%。試驗田土壤理化性質(zhì)及灌溉水質(zhì)情況見表1。

表1 試驗田土壤容重和田間持水量Tab.1 Soil bulk density and field capacity of tasted

1.2 試驗設(shè)計

本試驗以樹齡4～5 a的紅棗作為供試作物，以滴灌、小管出流方式進行灌溉。試驗面積為0.061 hm2，栽培紅棗共12行，每行6～8 株，每一行作為一個小區(qū)，小區(qū)面積3 m×17 m，株間距為2 m，每個處理2個重復(fù)。每行樹一側(cè)布置1條毛管，距樹0.3 m。試驗以灌水方式和灌溉水量作為處理因子，其中灌水方式設(shè)2個水平，分別為滴灌(F1)、小管出流(F2)；灌水定額設(shè)3個水平，分別為豐水處理W1(75%～80%田間持水量)、中度脅迫W2(65%～70%田間持水量)、重度脅迫W3(55%～60%田間持水量)。灌水時間相同。處理采用裂區(qū)布置方式，主因素為灌水方式，副因素為灌水定額，共6個處理(見表2)，2個重復(fù)，共12個小區(qū)。每個小區(qū)寬度為3 m，長度為17 m、小區(qū)面積3.33×10-3hm2。除灌水定額外，灌水時間及施肥等其他農(nóng)藝措施與當(dāng)?shù)貙嶋H一致。試驗設(shè)計方案如表2所示。

表2 紅棗灌溉試驗設(shè)計Tab.2 The experiment design scheme

1.3 主要測試項目及方法

(1)土壤含水率。土壤含水率采用烘干法測定。在每個生育階段，選擇一個完整灌水周期，分別在灌后、灌中(前一次灌水后至下一次灌水前的中間時間段加測一次)、灌前(下一次灌水前)進行測定，每次取樣深度均為80 cm，分4層，即地面以下20、40、60、80 cm。

(2)水分利用效率WUE。

WUE=Y/ET

(1)

ET=播種時土壤含水量+生育期灌水量+

有效降水量-收獲期土壤含水量

(2)

式中：Y為產(chǎn)量；ET為耗水量。

(3)株高的測定。隨機取樣3株，用鋼卷尺測定株高。

(4)新梢長度和直徑。自萌芽展葉期開始至果實成熟期結(jié)束，每個處理選定3棵棗樹，在每個棗樹兩側(cè)分別選取兩個新生枝條，每個處理重復(fù)3次，每 30 d用皮尺和電子游標(biāo)卡尺分別測定新梢長度和直徑。

(5)果實縱橫徑。自坐果期至果實成熟期結(jié)束，每個處理選定12個果實進行標(biāo)記，每20 d用電子游標(biāo)卡尺測定一次果實縱橫徑。

(6)氣象數(shù)據(jù)。試驗站內(nèi)設(shè)置有小型自動氣象站，自動測定實驗所需氣溫、相對濕度、風(fēng)速、日照時數(shù)等氣象資料。

(7)產(chǎn)量。待果實成熟后，每株按上、中、下隨機選5個果穗，用0.1 kg的電子天平測定單粒重、單穗重、單株產(chǎn)量，統(tǒng)計小區(qū)產(chǎn)量，計算平均產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

紅棗枝干的發(fā)育和果實的形成都需要作物從土壤中吸取足夠水分來完成，紅棗果實形態(tài)的大小、果實的產(chǎn)量以及果實品質(zhì)的好壞在一定程度上取決于于土壤中水分的含量。所以土壤水分對紅棗植株的正常生長意義重大。并且灌水方式對紅棗植株吸取水分有很大的影響。本文主要通過研究滴灌與小管出流條件下不同灌水處理棗樹全生育期土壤含水量的變化特征，研究河西內(nèi)陸區(qū)滴灌棗樹與小管出流棗樹的耗水規(guī)律，從而提出有利于河西內(nèi)陸區(qū)特色紅棗的灌溉制度[4]。

2.1 不同灌水模式下紅棗萌芽展葉期土壤水分變化規(guī)律研究

紅棗萌芽展葉期的土壤水分變化規(guī)律如圖1所示。由圖1可知，萌芽展葉期的土壤水分隨土層深度的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，總體來看，F(xiàn)1條件下的土壤含水率變化幅度比較大。80 cm處各處理土壤含水率無明顯差異，40～60 cm處土壤含水率變化最活躍。W1和W2受近期灌水的影響，W1呈增-減-增的趨勢，呈“S”曲線，且80 cm處土壤含水率最大；W2呈先增后減的趨勢，60 cm處土壤含水率最大，且大于其它處理。是因為W1處理60 cm處水分緩慢向80 cm處入滲，同時又通過毛管作用傳導(dǎo)水分到土面供蒸發(fā)，且40～60 cm處棗樹根系較發(fā)達，植株自身耗水也較快。F2條件下，W3處理呈遞增趨勢，80 cm處含水率最大，因為萌芽展葉期植株葉面積較小，植株蒸騰耗水較少。W2處理植株長勢較W3處理生長旺盛，所以蒸騰量相對較多，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是因為在河西內(nèi)陸區(qū)棗樹在此時期時正處于溫度和濕度均比較低的時期，陽光照射強度偏低，土壤蒸發(fā)作用還未達到最高點，棗樹植株蒸騰作用低，故而紅棗在此時期的土壤水分變化規(guī)律不明顯[5]。

圖1 不同灌水處理棗樹萌芽展葉期土壤水分動態(tài)變化Fig.1 The change of soil moisture content with different irrigation in the budding leaf stage of jujube

2.2 不同灌水模式下紅棗果實膨大期土壤水分變化規(guī)律研究

不同灌水處理棗樹果實膨大期土壤水分動態(tài)變化規(guī)律如圖2所示，從圖2可以看出，各處理土壤含水率的變化規(guī)律大致呈現(xiàn)隨土層深度增加而整體減小的趨勢。產(chǎn)生這一變化規(guī)律的原因是此時期溫度增加，濕度降低，棗樹的蒸騰作用強，土壤蒸發(fā)量增加，作物生長發(fā)育迅速，需要大量的水分來維持植株的正常生長。故20 cm處含水率較高。W1F1處理20 cm處的含水率較W1F2高出6.83%，40 cm處的含水率較W1F2低5.29%。W2灌水水平在兩種灌水條件下呈現(xiàn)同樣的變化規(guī)律，且無明顯差異。W3灌水水平，灌水方式對60～80 cm土壤含水率無明顯影響，40～60 cm處F1條件下土壤含水率增幅最大，W1條件下土壤含水率增幅最小，20 cm處F1對應(yīng)的含水率最小。F2條件下，40～80 cm處土壤含水率減小速度最快。在兩種灌水方式水平下，W1和W2在20～40 cm處土壤含水率呈顯著差異，且F1的差距最大； F1條件下，W1土壤含水率逐漸大于W3。說明長期重度脅迫(W3)減少了表層土壤含水率，但增強了40～60 cm處的保水能力，F(xiàn)2條件下40～60 cm處的平均土壤含水率最高。

圖2 不同灌水處理棗樹果實膨大期土壤水分動態(tài)變化Fig.2 The change of soil moisture content under different irrigation in the Fruit expansion period of jujube

2.3 不同灌水模式下紅棗新梢長度、直徑的變化規(guī)律研究

棗樹各灌水模式處理下全生育期內(nèi)新梢長度和直徑的變化趨勢如表3所示，從表3可以看出，棗樹展葉期的新梢長度和直徑變化規(guī)律呈現(xiàn)迅速增長的趨勢，其中處理W2F1、處理W3F1 在開花坐果期新梢長度增長量分別達到28.36、27.1 cm，均高于豐水處理26.43 cm的新梢生長量。在整個生育期內(nèi)，兩種灌水方式條件下各灌水量水平對棗樹新梢直徑的影響規(guī)律呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。其中，在同一灌水方式水平下，處理W1F1、處理 W2F1、處理W3F1的新梢直徑在開花坐果期分別增長了0.12、0.12和 0.10 cm，處理 W2F1、處理W3F1的新梢直徑增長量稍高于處理W1F1；處理W1F1、處理 W2F1、處理W3F1的新梢直徑在果實膨大期分別增長了0.07、0.06 和 0.07 cm。這表明棗樹在這一時期進行了調(diào)虧處理后對植株的生長發(fā)育產(chǎn)生了積極的作用，在保證植株正常生長發(fā)育的情況下，適當(dāng)?shù)奶澦黾恿酥仓甑男律议L度生長速度。而棗在完成開花坐果期以后植株的生長開始速度變慢，直至停止增長，此時期后棗樹植株生長不再需要消耗大量的水分來增加新梢增長。因此在此時期進行調(diào)控灌溉，既可以達到節(jié)水目的，還可以抑制作物枝干增長，此時期的水分主要用于果實的增長[6]。

表3 各生育期棗樹新梢長度和直徑變化 cm

不同灌水處理新梢長度和直徑累積生長量變化規(guī)律如圖3所示，從圖3可以看出，不同灌水模式下紅棗各處理新梢直徑和長度累積增長量的變化趨勢大致一致。在小管出流條件下，不同處理間果實膨大期新梢長度累計增長量，除處理W2F1與處理W3F1小于處理W1F1外，其余虧水處理均大于處理W1F1。不同處理間果實膨大期新梢直徑累計增長量，只有處理W2F1略小于處理W1F1，其余虧水處理均大于處理W1F1。

圖3 不同灌水處理新梢長度和直徑累積生長量Fig.3 Cumulative growth of new shoot length and diameter in ifferent irrigation treatment

2.4 不同灌水模式下紅棗果實形態(tài)的變化規(guī)律研究

不同灌水模式下紅棗果實形態(tài)的變化規(guī)律如圖4和圖5所示。由圖4和圖5可知，不同灌水處理條件下紅棗的橫徑和縱徑均隨紅棗的生長發(fā)育逐漸變大，但生長速率不盡相同。7月11日至8月10日為果實第一次膨大期，各處理橫徑和縱徑長勢都較均勻，無明顯差異，但到8月10日(果實第二次膨大期)差異逐漸明顯，且紅棗橫徑隨灌水量的增加差異逐漸變大。

圖5 不同灌水處理紅棗縱徑生長曲線Fig.5 Longitudinal diameter growth curve of jujube under different irrigation treatment

灌水方式水平對紅棗橫徑影響不顯著。滴灌(F1)條件下，W2處理紅棗橫徑在果實第一次膨大期較大，但到果實第二次膨大期，粒徑膨大速率逐漸減慢，其粒徑小于W3處理，W3處理粒徑一直處于較高水平，W2處理橫徑大致一直處于中等水平。小管出流(F2)水平下，W1處理第二次果實膨大期橫徑處于中等水平，W2處理最小，W3處理最大。在第二次果實膨大末期W1F3處理橫徑最大，為24.12 mm，由于分別于8月11日給W1 、W2、W3灌水375、300、225 m3/hm2，說明第一次果實膨大期適度虧水后于第二次果實膨大期復(fù)水后，其橫徑增長較快；滴灌豐水處理(W3F1)紅棗橫徑最大，水分和養(yǎng)分既能滿足營養(yǎng)生長又能滿足生殖生長，中度脅迫與小管出流組合(W2F2)處理能平衡營養(yǎng)生長和生殖生長，有助于紅棗橫徑增長[7]。

滴灌(F1)水平下，紅棗縱徑隨水分虧缺程度的加強呈先增加后減小的趨勢；小管出流(F2)水平下，W1處理橫徑最大，W3次之；第二次果實膨大末期W1F3處理縱徑最大，為36.23 mm。說明豐水滴灌(W1F1)處理利于紅棗縱徑的生長，中度脅迫與小管出流(W2F2)處理也有助于紅棗縱徑增長。

2.5 不同灌水處理對水分利用效率及產(chǎn)量關(guān)系

不同灌水量下紅棗產(chǎn)量、耗水及水分利用效率如表4所示，由表4可知，相同水分條件下，滴灌紅棗產(chǎn)量較小管出流紅棗產(chǎn)量高，且W3水平下的灌水方式對紅棗產(chǎn)量的影響最大，F(xiàn)1的紅棗產(chǎn)量比F2高9.29%。相同灌水方式水平下，紅棗產(chǎn)量隨水分虧缺程度的加強呈先增大后減小的趨勢，W2水平時達最大。在F1條件下，W2對應(yīng)的產(chǎn)量分別比W1產(chǎn)量高出23.25%；F2條件下，W2對應(yīng)的產(chǎn)量分別比W1產(chǎn)量高出28.29%。W2F2處理的紅棗產(chǎn)量最高，為12 917.04 kg/hm2，W3F2產(chǎn)量最低，為8 114.644 kg/hm2。說明重度脅迫和小管出流組合處理不僅不利于作物增產(chǎn)，反而會引起減產(chǎn)，適當(dāng)?shù)乃置{迫利于作物增產(chǎn)，且中度脅迫和滴灌處理組合作物增產(chǎn)效果最明顯。

表4 不同灌水量下紅棗產(chǎn)量、耗水及水分利用效率Tab.4 The yield、 water consumption and water use efficiency under different irrigation amount

注：不同小寫字母表示在5%水平上差異顯著。

當(dāng)灌水量低于300 m3/hm2，通過提高灌水量可相應(yīng)提高產(chǎn)量；當(dāng)灌水量高于300 m3/hm2時提高灌水量不但不能相應(yīng)增產(chǎn)反而抑制，所以適宜的灌水量對紅棗增產(chǎn)有重要作用。從產(chǎn)量角度分析，灌水量應(yīng)控制在300 m3/hm2左右能獲得最大產(chǎn)量。

3 結(jié) 語

本論文主要討論了滴灌、小管出流條件下，不同灌水處理對河西內(nèi)陸區(qū)特色紅棗的土壤水分分布規(guī)律、棗樹生理、生態(tài)指標(biāo)、耗水特性及產(chǎn)量的影響。主要結(jié)論有：同一灌水方式條件下，除豐水水平(W1)外，紅棗在萌芽期、開花坐果期、果實膨大期的耗水量均隨灌水量的增加呈先增大后減小的趨勢，說明適度的水分虧缺可以增強植株的抗衰老能力，延緩植株衰老時間，使紅棗葉片在果實成熟期依然有較強的功能；從紅棗萌芽展葉期至徑粗生長停止，W1F2處理的莖粗生長最快，灌水方式水平對紅棗橫徑增幅無明顯影響，灌水量對其大致呈W1>W2>W3的規(guī)律；灌水量對紅棗橫縱徑生長的影響呈極顯著水平，中度脅迫(W2)處理最利于紅棗粒徑增長發(fā)育；相同水分條件下，滴灌紅棗產(chǎn)量較小管出流紅棗產(chǎn)量高，且中度脅迫(W2)水平下的灌水方式對紅棗產(chǎn)量的影響最大；相同灌水方式水平下，紅棗產(chǎn)量隨水分虧缺程度的加強呈先增大后減小的趨勢，中度脅迫(W2)水平時達最大。綜合考慮紅棗的生長指標(biāo)、表觀品質(zhì)及其產(chǎn)量，灌水量為田間持水量的65%～70%，灌水方式為滴灌時，產(chǎn)量較高，對干旱區(qū)特色紅棗影響較為明顯，適宜在生產(chǎn)中推廣引用。另外，本試驗的紅棗樹齡為4～5 a，還未達到紅棗盛果期，故本試驗數(shù)據(jù)與結(jié)論還有一定的局限性，如有條件再繼續(xù)研究盛果期紅棗適宜的灌溉制度。