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        不同灌水定額對成齡核桃耗水量及水分利用效率的影響

        2020-07-24 06:33:38劉新華虎膽吐馬爾白米力夏提米那多拉
        中國農(nóng)村水利水電 2020年7期
        關鍵詞:成齡耗水量全生育期

        劉新華,虎膽·吐馬爾白,米力夏提·米那多拉,焦 萍

        (1.新疆塔里木河流域阿克蘇管理局,新疆 阿克蘇 843000;2.新疆農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院,烏魯木齊 830052)

        0 引 言

        近年來,新疆阿克蘇地區(qū)的林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,核桃作為當?shù)刈罹咛厣膫鹘y(tǒng)林果樹種之一種植面積快速發(fā)展,已經(jīng)成為阿克蘇地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)民高效增收的重要途徑,也使阿克蘇地區(qū)成為中國核桃生產(chǎn)的重要主產(chǎn)區(qū)[1,2]。阿克蘇地區(qū)的用水主要為農(nóng)業(yè)灌溉用水,由于當?shù)馗珊瞪儆甑奶厥鈿夂驐l件,隨著農(nóng)業(yè)灌溉面積的不斷增加,出現(xiàn)了突出的農(nóng)業(yè)用水矛盾,對于林果生長的進一步發(fā)展產(chǎn)生了極大的影響[3]。

        在核桃需求量的不斷增大、種植面積的不斷增加以及農(nóng)業(yè)用水矛盾日益突出的情況下,如何達到核桃節(jié)水豐產(chǎn)的目的成為目前首要考慮的問題。而要解決核桃科學地節(jié)水灌溉問題,首先要了解阿克蘇地區(qū)核桃樹的耗水規(guī)律以及灌溉方式與產(chǎn)量之間的關系,才能夠更加合理地、科學地灌溉,從而提高水分利用效率[4,5]。因此,本研究以阿克蘇地區(qū)成齡核桃為研究對象,通過田間小區(qū)試驗,研究在滴灌條件下不同灌水定額對核桃的耗水規(guī)律及植株生長、土壤平均含水率、產(chǎn)量及水分利用效率的影響,提出適宜的灌水定額,為阿克蘇地區(qū)成齡核桃灌溉制度的確定提供理論指導和參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗區(qū)概況

        試驗在位于阿克蘇紅旗波農(nóng)場的新疆農(nóng)業(yè)大學特色林果試驗基地進行。該農(nóng)場距阿克蘇市區(qū)13 km,海拔1 133 m,地理位置為東經(jīng)80°14′,北緯41°16′,地處塔里木盆地北緣,天山南麓,屬于典型溫帶大陸性氣候,具有干旱少雨、日照時間長、蒸發(fā)強烈、晝夜溫差較大等氣候特征。多年年平均氣溫10.1 ℃,極端最低氣溫-27.4 ℃,極端最高氣溫40.9 ℃;年均日照2 747.7 h,降雨量65.4 mm,蒸發(fā)量1 960 mm,無霜期191 d。試驗區(qū)土壤為粉壤土,0~120 cm深度的土壤平均容重為1.57 g/cm3,平均田間持水率為21%,地下水位在試驗期間一直位于6 m以下。

        1.2 試驗設計

        供試核桃樹為10 a生的“溫185”品種,栽植于2008年,沿東南-西北方向種植,株行距2 m×3 m。試驗區(qū)采用一行核桃兩條管滴灌帶的布置模式供水,滴灌帶(迷宮式)距樹40 cm,滴頭間距20 cm,滴頭流量3.0 L/h。試驗設置3個灌水定額處理,分別為375 m3/hm2(處理1)、450 m3/hm2(處理2)和525 m3/hm2(處理3)。每個處理的供水支管上均安裝球閥與水表各一個,灌水前進行水表讀數(shù),嚴格、準確的按照設計控制每次的灌水量。各處理試驗田內(nèi)均選擇長勢良好、無蟲無病、株徑相近、枝條數(shù)量相近的核桃樹作為樣樹,每個處理小區(qū)內(nèi)另外選擇2棵樣樹作為重復。試驗實施從2018年4月開始,11月結束,成齡核桃物候期及灌溉制度見表1。

        表1 成齡核桃物候期及灌溉制度

        1.3 測定項目及方法

        (1)生長狀況。在每個處理的樣樹上標記8個新梢枝條與8個果實,每次都在這些枝條與果實上固定觀測。新梢長度采用米尺測量,果實橫縱徑用游標卡尺測量,取平均值使用,每7 d測定一次。

        (2)土壤體積含水率。采用TRIME-IPH水分儀對每個處理內(nèi)的樣樹進行土壤剖面體積含水率測定,在株間與行間分別距離樣樹40、80 cm各設置兩個測點,按0~20、20~40、40~60、60~80、80~100、100~120 cm 6個土層,在灌水前后一天進行土壤體積含水率的測定。

        (3)果實產(chǎn)量。 對每個處理的3棵樣樹進行核桃采摘(8月30日),測定單株總產(chǎn)量,取平均值后折算出每個處理的總產(chǎn)量與公頃產(chǎn)量。

        (4)氣象參數(shù)。置于試驗區(qū)內(nèi)的“Watchdog”小型全自動氣象站自動觀測核桃全生育期內(nèi)的氣象資料,包括降雨量(P)、風速(V)、太陽輻射(Q)、溫度(Ta)、濕度(RH)等數(shù)據(jù),每隔30 min記錄一次。

        (5)耗水量。核桃生育期耗水量根據(jù)水量平衡法[6]計算,使用公式如下:

        (1)

        式中:ET1-2為時段1至時段2之間的核桃耗水量,mm;m為土壤層序號總數(shù);i為土壤層序號;γi為第i層土壤干體積質量含水率,g/cm3;Hi為第i層土壤層厚度,cm,本研究取H=20 cm;Wi1與Wi2分別為時段1和時段2的土壤體積含水率;M為時段內(nèi)灌水量,mm;P為時段內(nèi)有效降水量,mm;K為時段內(nèi)地下水補給量,mm;C為時段內(nèi)深層滲漏量,mm。

        比較試驗數(shù)據(jù)得知,120 cm深度處在灌前灌后的土壤層含水率變化不大,因此將測定核桃耗水量的土層深度確定為120 cm。由于120 cm深處的土壤含水量整個生育期內(nèi)都基本沒有變化,故不考慮地下水補給量(即K=0)及深層滲漏(即C=0),因此將水量平衡計算公式簡化為:

        (2)

        (6)有效降雨量。有效降雨量P0采用FAO報告推薦經(jīng)驗公式[7]計算,公式如下:

        (3)

        式中:P0為有效降水量,mm;TP為總降雨量,mm。

        2 結果與分析

        2.1 不同灌水定額下全生育期土壤水分變化過程

        圖1表示在不同灌水定額處理下,成齡核桃在全生育期內(nèi)0~120 cm土層平均含水率的變化曲線。由圖1可知在滴灌條件下,全生育期土壤平均含水率從大到小順序為:處理3>處理2>處理1,最大的灌水定額使得處理3的土壤含水率要明顯大于其他處理。同時,3種處理的土壤平均含水率在全生育期內(nèi)整體上均呈下降趨勢,其中萌芽期土壤平均含水率最高,這是由于春灌定額較大,而萌芽期核桃蒸騰量和棵間蒸發(fā)均較小。從開花結果期至油脂轉化期,氣溫逐漸升高以及核桃營養(yǎng)生殖生長的逐漸增強,使蒸發(fā)蒸騰強度隨之增強,核桃對水分需求逐階段增大,因此土壤含水率逐漸降低。停灌后的成熟期土壤平均含水率降至全生育期最低,因此需要在核桃休眠期進行一次冬灌,以保證防寒及次年開春土壤具有較高的含水率。

        圖1 不同灌水處理下全生育期土壤平均含水率變化

        2.2 不同灌水定額對核桃生長的影響

        新梢的生長,一定程度上反映著樹勢的強弱,新梢的正常生長是果樹營養(yǎng)生長的主要環(huán)節(jié)之一;果實發(fā)育主要表現(xiàn)為果實橫徑和縱徑的變化。通過對不同灌水處理的成齡核桃新梢長度、果實橫縱徑觀測(圖2、圖3、圖4),成齡核桃新梢長度、果實橫縱徑大小均隨灌水定額的增加而增大,說明在一定程度上隨著灌水定額的增大,核桃樹生長性狀更加旺盛,然而如繼續(xù)增大灌水定額將會影響果樹的花芽分化及果實產(chǎn)量[8]。

        圖2 不同灌水定額下核桃新梢長度變化

        圖3 不同灌水定額下核桃果實橫徑變化

        圖4 不同灌水定額下核桃果實縱徑變化

        2.3 不同灌水定額下成齡核桃的耗水規(guī)律及作物系數(shù)

        根據(jù)2018年所測試驗數(shù)據(jù)及氣象參數(shù),運用水量平衡法公式、Pen-Monteith公式[7]等計算,得到不同灌水定額下成齡核桃各生育期的耗水量、參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0及作物系數(shù)Kc如表2所示,生育期ET0及降雨量如圖5所示。

        圖5 成齡核桃生育期ET0及降雨量

        表2 不同灌水定額成齡核桃生育期耗水量、ET0及Kc

        由于萌芽期灌水定額各處理均相同,成熟期無灌水,因此本文主要研究由開花結果期至油脂轉化期的4個不同灌溉敏感物候期的耗水規(guī)律。由表2可以看出,灌水定額的不同使得核桃在各物候期的耗水量有較大差異。隨著生育期的推移,不同灌水處理的耗水量均逐漸增大。從開花結果期到果實膨大期,新枝的抽發(fā)及幼果開始膨大使核桃的營養(yǎng)生長與生殖生長并進,其蒸騰耗水能力增強,并隨著當?shù)貧鉁氐闹饾u升高,核桃需水強度開始增大,各處理耗水量達到59.06,55.38,52.13 mm。硬核期和油脂轉化期為核桃關鍵需水期,也是決定最終產(chǎn)量的重要階段,由于這兩個階段生育期時間最長(80 d),在此階段當?shù)貧鉁匾采寥曜罡?,蒸發(fā)蒸騰量也達到峰值,耗水量達到全生育期最高值,硬核期和油脂轉化期各處理耗水模數(shù)之和達到66.52%,70.25%,72.00%,因此在硬核期需要增大灌水頻率,而在油脂轉化期需要相應降低灌水頻率(較硬核期),以保證核桃果實完成更好的油脂轉化。不同灌水處理的核桃Kc整體上均為單峰曲線,在生育初期核桃Kc值較小(開花結果期0.66、0.64、0.71),而在關鍵物候期達到峰值(硬核期0.68、0.74、0.81),后期減小(油脂轉化期0.54、0.62、0.70)。

        由圖5可知,成齡核桃逐日ET0從開花結果期至油脂轉化期整體呈拋物線特征,開花結果期(04-21-05-09)ET0平均值為3.48 mm,果實膨大期(05-10-06-02)上升至3.73 mm,到硬核期(06-03-07-05)ET0明顯增大,該階段均值達到4.23 mm,并出現(xiàn)全年單日ET0峰值5.35 mm,盡管期間降雨較多,但由于該時期降雨多在夜間,其日間ET0值依舊較高;油脂轉化前期(07-06-08-10)均值為4.02 mm,在油脂轉化后期(08-11-09-01)進入雨季,大氣溫度及太陽輻射開始降低,日照時間減少,日ET0值由4.10 mm逐日下降至2.38 mm。將ET0值按生育階段逐日累加,如表2所示,得到開花結果期ET0值為66.08 mm,果實膨大期89.44 mm,硬核期139.45 mm,油脂轉化期203.40 mm,累計498.37 mm。開花結果期至油脂轉化期降雨量共計66.41 mm,有效降雨量為33.75 mm。期間4月下旬至5月中旬無降雨,5月下旬至9月上旬偶有陰天及降雨導致ET0部分回落,其中在7月1日有強降雨天氣,降雨量達到26.61 mm,使ET0值由5.09 mm降至3.07 mm。

        2.4 不同灌水定額下成齡核桃水分利用效率分析

        水分利用效率是指在田間,作物蒸散消耗單位質量水所制造的干物質量,通常以果實產(chǎn)量與實際耗水量的比值表示[9]。灌溉水分生產(chǎn)率是指每立方米灌水所能生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品量,通常以果實產(chǎn)量與灌水總量的比值表示[10]。水分利用效率與灌溉水分生產(chǎn)率均是衡量作物產(chǎn)量與耗水量及灌水量關系的重要指標。由表3可知,在不同灌水定額下核桃產(chǎn)量有較大的差異。處理2和處理3的產(chǎn)量與處理1的差異顯著,具體為:處理2比處理1高19.48%,處理3比處理1高23.62%。

        表3 不同灌水定額成齡核桃水分利用效率及灌溉水分生產(chǎn)率

        各處理產(chǎn)量大小順序為:處理3>處理2>處理1,說明在一定灌水區(qū)間內(nèi)成齡核桃產(chǎn)量會隨灌水量及耗水量的增加而增加。從水分利用效率來看,處理2的水分利用效率最高,為1.94 kg/m3。而從灌溉水分生產(chǎn)率來看,處理1與處理2 的灌溉水分生產(chǎn)率均較高,分別為2.02與2.01 kg/m3。盡管處理1的灌水量最小,而灌溉水分生產(chǎn)率最高,但其產(chǎn)量過于偏低,比處理2低1 033.9 kg/hm2。處理3的產(chǎn)量最高,其灌水量也最大,但水分利用效率與灌溉水分生產(chǎn)率均低于處理2。因此,認為灌水定額為450 m3/hm2的處理2為最優(yōu)處理,適合在實際生產(chǎn)灌溉中推廣應用。

        3 結 語

        (1)成齡核桃新梢長度、果實橫縱徑大小均隨灌水定額的增加而增大,在一定程度上隨著灌水定額的增大,核桃樹生長性狀更加旺盛。

        (2)隨著生育期的推移,不同灌水處理的耗水量均逐漸增大。硬核期和油脂轉化期為核桃關鍵需水期,蒸發(fā)蒸騰量達到峰值,耗水量達到全生育期最高,3個處理這兩個時間段的耗水模數(shù)之和分別達到66.52%,70.25%,72.00%。不同灌水處理的核桃Kc整體上均為單峰曲線,成齡核桃單日ET0從開花結果期至油脂轉化期整體呈拋物線特征。

        (3)綜合分析試驗結果,認為灌水定額為450 m3/hm2的處理2為最優(yōu)處理,適合在實際生產(chǎn)灌溉中推廣應用。

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