不同滴灌下限对南疆枣树土壤水分变化及水分利用率的影响

The Impact of Different Drip Irrigation Thresholds on Soil Moisture Changes and Water Use Efficiency in Jujube Trees in Southern Xinjiang

摘要: 以8年生“骏枣”为研究对象，研究滴灌枣树在不同滴灌下限土壤水分的变化特征。试验结果表明：滴灌枣树的需水关键期是花期、坐果期和果实膨大期，枣树坐果期、果实膨大期是需水高峰期。不同滴灌下限垂直方向上不同土层土壤水分含量差异极显著。不同处理均表现为0~40 cm土壤含水量高于40~60 cm土壤含水量。0~40 cm土壤含水量与40 cm以下土壤含水量差异极显著。处理3 (85%田间持水量下限)的水分利用效率分别比处理2 (70%田间持水量下限)、处理1 (55%田间持水量下限)提高了28.87%、58.23%。在枣树需水关键期，滴灌时间为土壤含水量达到85%田间持水量下限(0~60 cm土壤平均田间持水量)，开始滴灌，滴灌间隔为6~7天一次；成熟期为达到55%的田间持水量下限，开始滴灌。连续滴灌1 d为好。适宜的滴灌下限有利于提高枣树的水分利用效率。在枣树花期、坐果期、果实膨大期85%田间持水量下限有利于提高枣树的水分利用效率，亦可获得较高的产量。

Abstract: Taking the 8-year-old “Junzao” as the research object, this study investigated the characteristics of soil water changes under different drip irrigation thresholds for drip-irrigated jujube trees. The results showed that the key periods of water demand for drip irrigation jujube trees were the flow-ering period, fruit setting period, and fruit expansion period. The fruit setting period and fruit ex-pansion period of jujube trees were the peak periods of water demand. The soil moisture content in different soil layers in the vertical direction under different drip irrigation lower limits was signifi-cantly different. Different treatments showed that the soil moisture content in the 0~40 cm layer was higher than that in the 40~60 cm layer. The difference between soil moisture content at 0~40 cm and below 40 cm is extremely significant. The water use efficiency of treatment 3 (lower limit of 85% field capacity) increased by 28.87% and 58.23% compared to treatments 2 (lower limit of 70% field capacity) and 1 (lower limit of 55% field capacity), respectively. During the critical period of water demand for jujube trees, the drip irrigation time should be started when the soil moisture reaches the lower limit of the field capacity (0~60 cm average field capacity of soil), and the drip ir-rigation interval is 6~7 days; The mature period is to reach the lower limit of 55% field water hold-ing capacity, and then start drip irrigation. Continuous drip irrigation for 1 day is better. The ap-propriate amount of drip irrigation for the growth period of jujube trees is 380 m3/667 m2. The ap-propriate lower limit of irrigation is beneficial to improving the water use efficiency of jujube trees. A lower limit of 85% field capacity during the flowering, fruit setting, and fruit expansion stages of jujube trees is beneficial for improving water use efficiency and achieving higher yields.

1. 引言

枣树原产我国 [1] ，在我国栽培历史悠久，是我国特有的经济树种之一 [2] 。新疆红枣种植面积20万hm²左右，占全国红枣种植总面积的近三分之一，位居第一，产量占全国总产量的50%以上，加之新疆得天独厚的光热资源优势造就的无与伦比的果实品质，是当地农民增收的重要途径 [3] [4] ，成为新疆各族人民的“红色富民产业”。水是制约干旱区灌溉农业可持续发展的重要因素，滴灌作为一种新型节水灌溉技术在干旱、半干旱地区得到广泛应用，灌溉水利用效率可达95%以上 [5] [6] 。新疆南部地区水资源极度匮乏，红枣缺少合理的科学灌溉施肥技术，影响红枣的生长、产量和生产效益 [7] [8] ，实现滴灌条件下水肥的合理利用是提高红枣生长、产量和水肥利用率的关键因素 [9] [10] 。目前，对红枣滴灌方面的研究很多 [11] [12] ，但主要集中在水肥需求规律与产量等方面，而对不同滴灌下限对枣树土壤水分动态规律的报道不多 [13] [14] [15] ，本试验研究滴灌枣树在不同滴水下限土壤水分的变化特征，为制定合理的红枣滴灌灌溉制度提供依据。通过合理灌溉，因地制宜地调节水分和肥料，使水肥产生协同作用，达到“以水促肥”和“以肥促水”的目的，实现枣树生产节水节肥、稳产高效，为枣树产业的可持续发展奠定基础。

2. 材料与方法

2.1. 试验地概况

试验在新疆阿拉尔农科所一号地枣园进行，该试验地位于塔里木河冲积平原二级阶地，平均海拔1100米，属暖温带大陆干旱荒漠气候区，降水稀少，光照时间长，年均气温10.7℃，≥10℃积温4113℃，无霜期220天，年日照2900余小时，4~10月每天平均日照长9.5小时，多年平均降水量为67 mm，平均蒸发量2110 mm。土壤属灌耕草甸土，质地为壤土，试验地平坦、整齐、肥力中等偏低，在本垦区具有代表性。于枣树春灌水后三月份取土检测，试验地0~60 cm土壤容重平均为1.36 g/cm³，土壤田间持水量平均24.4% (体积含水量)，地下水埋深1.2 m左右。试验区土质基本情况见表1。

Table 1. Soil texture in experimental plots

表1. 试验地土壤质地组成

2.2. 试验设计

试验枣园中骏枣株距1.2 m，行距1.5 m，约330株/亩。树龄为7~9年生嫁接苗。根据试验观测数据得出骏枣生育期可划分为6个时期，分别为萌芽展叶期(4月10日至5月10日)、花期(5月10日至6月20日)、坐果期(6月5日至7月10日)、果实膨大期(7月10日至8月20日)、成熟期(8月20日至10月10日)。

试验分一年完成。共设3个处理：处理1：55%田间持水量下限；处理2：70%田间持水量下限；处理3：85%田间持水量下限。每个处理重复3次。每个处理0.47亩。

灌溉方式为滴灌，用单翼迷宫式滴灌带，采用一行两管模式滴灌，滴灌管距树15 cm，滴孔距20 cm，流量3.6 L/h，生育期施肥采用滴灌随水施肥的方式。于春灌后第一次滴水前每个小区选2个点，在枣树行间挖0~60 cm深坡面，每个点距树50 cm，分六层0~10 cm，10~20 cm，20~30 cm，30~40 cm，40~50 cm，50~60 cm测土壤含水量(体积含水量)。以体积含水量的平均值作为田间持水量，各处理田间持水量下限作为滴灌下限控制指标，当各处理土壤0~60 cm深度的平均体积含水量低于下限时，开始灌水，每次灌量30 m³。

试验将枣树生育期划分为5个阶段。萌芽展叶期不进行水分控制以促进枣叶萌发。花期、坐果期和果实膨大期、成熟期采用土壤水分控制下限进行控制灌溉。选取55%、70%、85%这3个土壤水分控制下限指标。枣树各生育期土壤水分下限控制见表2、枣树生育期各处理灌水量表3。

体积含水量的测定使用水分温度电导率测量仪(奥作)每天一次测定枣树土壤含水量。从5月至8月中旬结束。

Table 2. Lower limit of soil moisture control during the growth period of jujube trees

表2. 枣树各生育期土壤水分控制下限

Table 3. The amount of irrigation water for different treatments during the growth period of jujube trees (m3/667 m2)

表3. 枣树生育期各处理灌水量(m³/667 m²)

1) 用水分温度电导率测量仪测量的土壤体积含水量(x)与烘干法测土壤体积含水量(y)之间的线性函数关系为y = 1.439x − 2.2541 R² = 0.8133。

2) 数据分析方法 采用Excel进行数据整理，方差分析和多重比较。

3. 结果与分析

3.1. 各处理对不同土层土壤含水量变化影响

图1是枣树花期、坐果期、果实膨大期不同处理0~60 cm土层土壤含水量变化情况。

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

Figure 1. Changes in soil moisture content in each treatment layer

图1. 各处理土层土壤含水量变化

由图1可知，0~10 cm土层中，各处理土壤水分变化平缓，各处理土壤水分在盛花期、结果期和果实膨大期有不同程度的下降趋势，处理1 (55%田间持水量下限)的土壤水分低于其他处理。处理2 (70%田间持水量下限)和处理3 (85%田间持水量下限)的土壤水分相差不大。

10~20 cm土层中，各处理在坐果期和果实膨大期土壤水分变化强烈。处理3 (85%田间持水量下限)坐果期土壤水分明显下降。处理1 (55%田间持水量下限)在坐果期、果实膨大期土壤水分有下降趋势，土壤水分低于其他处理。

20~30 cm土层中，各处理土壤水分在果实膨大期变化强烈。处理3 (85%田间持水量下限)在坐果期和果实膨大期土壤水分变化强烈。处理1 (55%田间持水量下限)和处理2 (70%田间持水量下限)土壤水分在果实膨大期变化剧烈，处理1 (55%田间持水量下限)和处理2 (70%田间持水量下限)土壤水分变化极差值分别为9.6%、11.6%。处理1 (55%田间持水量下限)生育期土壤水分呈下降趋势。

30~40 cm土层中，各处理土壤水分变化强烈，在果实膨大期水分变化尤为强烈。处理1 (55%田间持水量下限)和处理3 (85%田间持水量下限)土壤水分在坐果期和果实膨大期都呈逐渐下降趋势。处理1 (55%田间持水量下限)和处理2 (70%田间持水量下限)在果实膨大期早期土壤水分有短暂上升趋势，果实膨大中期以后土壤水分呈下降趋势。

40~50 cm土层中，各处理土壤水分都呈下降趋势，土壤水分在坐果期、果实膨大期下降趋势明显。处理3 (85%田间持水量下限)土壤水分与处理1 (55%田间持水量下限)和处理2 (70%田间持水量下限)土壤水分差异明显，土壤水分高于其他两个处理。

50~60 cm土层中，各处理土壤水分变化平缓，处理3 (85%田间持水量下限)土壤水分与处理1 (55%田间持水量下限)和处理2 (70%田间持水量下限)土壤水分差异明显，土壤水分高于其他两个处理，处理3 (85%田间持水量下限)在坐果期和果实膨大期土壤水分下降趋势明显。

从各处理0~60 cm土壤水分含量变化可以看出枣树土壤水分在坐果期、果实膨大期土壤水分变化强烈，果实膨大期土壤水分变化尤其剧烈，说明枣树坐果期、果实膨大期是需水高峰期，需水较多。随着土层的加深，在40~50 cm、50~60 cm土层深度处理1 (55%田间持水量下限)和处理2 (70%田间持水量下限)土壤水分下降趋势明显，有缺水趋势。

3.2. 各处理不同灌水时间对垂直方向土壤水分变化影响

取枣树花期、坐果期的两次灌水周期内，不同处理0~60 cm土壤含水量的平均值，绘制不同灌水后时间(天)各处理垂直方向土壤水分变化规律图。

由图2可知，滴灌l d后，各层土壤水分均迅速增加，尤其是0~40 cm以上土层，40 cm以下土壤含水量有个徒降，说明枣树的根系主要分布在40 cm土层，需水量高，导致40 cm以下土壤含水量急剧下降。滴灌后随着时间的推移，各土层土壤含水量都逐渐下降，与40 cm以上土层土壤含水量相比40 cm以下土层土壤含水量下降快。

(a) (b) (c)

Figure 2. Change of soil moisture in the vertical direction of each treatment

图2. 各处理垂直方向土壤水分变化

由图2(a)可知，处理1 (55%田间持水量下限)，灌水周期为8 d，滴灌后土壤水分主要分布在0~40 cm土层中，滴灌后第1 d，0~60 cm土壤平均含水量为19.7%，滴灌后第4 d，0~60 cm土壤平均含水量为17.2%，滴灌后第8 d，0~60 cm土壤平均含水量下降为13.2%，为田间持水率的55%。达到55%田间持水率灌溉下限，需要进行下一轮滴灌。40 cm以下土层含水量下降幅度很快，滴灌后第8 d，40~50 cm和50~60 cm降幅分别为滴灌后第1 d的45.0%和50.8%，有缺水症状。

由图2(b)可知，处理2 (70%田间持水量下限)，灌水周期为7 d，滴灌l d后，各层土壤水分均迅速增加，尤其是0~40 cm以上土层。0~60 cm土壤平均含水量达到21.8%。滴灌4 d后，0~60 cm土壤平均含水量下降为19.5%，滴灌7 d后，0~60 cm土层土壤含水量进一步下降到17.0%，达到70%田间持水率灌溉下限，需要进行下一轮滴灌。40 cm以下土层含水量下降幅度一般，滴灌后第7 d，40~50 cm和50~60 cm降幅分别为滴灌后第1 d的35.4%和39.5%。

由图2(c)可知，处理3 (85%田间持水量下限)，灌水周期为6 d。滴灌l d后，60 cm以上土壤水分均迅速增加，0~60 cm土壤平均含水量25.2%，滴灌4 d后，0~60 cm土壤平均含水量下降为22.4%，滴灌6 d后，0~60 cm土壤平均含水量下降为20.2%，达到85%田间持水量下限，需要进行下一轮灌溉。40 cm以下土层含水量下降幅度慢，滴灌后第6 d，40~50 cm和50~60 cm降幅分别为滴灌后第1 d的21.8%和23.4%。

3.3. 各处理对垂直方向不同土层土壤水分差异性影响

Table 4. Comparison of soil moisture differences in different soil layers in the vertical direction of each treated soil

表4. 各处理土壤垂直方向不同土层土壤水分差异性比较

注：同一列不同小写字母表示在P < 0.05水平差异显著，同一列不同大写字母表示在P < 0.01水平差异显著。

不同处理垂直方向上不同土层土壤水分含量差异极显著(F = 32.495, P < 0.01)。由表4可知，随着土层加深，土壤水分含量都呈现减小的趋势，不同处理均表现出在0~40 cm土壤水分含量高于40~60 cm土壤含水量。0~40 cm土壤含水量与40 cm以下土壤含水量差异极显著。说明土壤40 cm以下是枣树根部富集区，是主要吸收土壤水分区域。

处理1 (55%田间持水量下限)土壤水分含量，20~30 cm土壤含水量最高为18.6%，50~60 cm土壤含水量最低为8.4%。在0~30 cm土壤含水量与30 cm以下土壤含水量差异极显著，30~40 cm与40~50 cm土壤水分含量差异极显著。40~50 cm与50~60 cm土壤水分含量差异不显著。处理1 (55%田间持水量下限) 0~60 cm土壤水分含量都比其他两个处理低，30 cm以下各层土壤水分含量比上一层分别降低26.3%、21.2%、22.2%。说明30 cm以下是枣树需水区域，比其他两个处理提高了一层，不能满足枣树的需水，55%处理滴水量不足。

处理2 (70%田间持水量下限)土壤水分含量，0~10 cm土壤含水量最高为25.1%，40~50 cm土壤含水量最低为8.8%。0~10 cm与10~20 cm差异显著，10~20 cm与20~30 cm、30~40 cm土壤水分含量差异不显著。0~40 cm土壤含水量与40 cm以下土壤水分含量差异极显著。处理2 (70%田间持水量下限)在40~60 cm土壤水分含量很低，40 cm以下土壤含水量8.8%比上一层土壤含水量18.3%降低51.9%，降低幅度过大，说明此处理也存在滴水量不足的风险。

处理3 (85%田间持水量下限)水分含量，20~30 cm土壤含水量最高为24.9%，40~50 cm土壤含水量最低为17.1%。0~20 cm与20~30 cm土壤差异显著，0~40 cm土壤水分含量与40 cm以下土壤含水量差异极显著。处理3 (85% 田间持水量下限)水分含量，0~60 cm土壤水分含量比其他两个处理高。40 cm以下土壤含水量17.1%比上一层土壤含水量23.1%降低26%，降低幅度平缓，40~60 cm土壤平均体积含水量保持在田间持水量的70%左右，才能满足枣树的需水要求。

3.4. 各处理对枣树水分利用效率的影响

各处理枣树水分利用效率如表5所示，不同滴灌下限对提高枣树水分利用效率有较大影响。各处理水分利用效率由大到小为：处理3 (85%田间持水量下限)、处理2 (70%田间持水量下限)、处理1 (55%田间持水量下限)。处理3 (85%田间持水量下限)的水分利用效率分别比处理2 (70%田间持水量下限)、处理1 (55%田间持水量下限)提高了28.87%、58.23%，处理3 (85%田间持水量下限)的产量分别比处理2 (70%田间持水量下限)、处理1 (55%田间持水量下限)提高了40.0%、87.9%，在枣树花期、坐果期、果实膨大期85%田间持水量下限有利于提高枣树的水分利用效率。

Table 5. The impact of various treatments on the water use efficiency of jujube trees

表5. 各处理对枣树的水分利用效率影响

4. 讨论

此枣园的枣树建园以来灌溉模式一直是滴灌方式，土壤质地为壤土。挖土壤剖面可知，枣树的主根主要分布在土壤40 cm以下。与漫灌枣园相比，由于滴灌少量多次的特点，根系在40 cm土层容易获得充足的供水，导致枣树的主根层上移。研究表明，枣树滴灌后，随着土层加深，土壤水分含量都呈现减小的趋势，不同处理均表现出0~40 cm土壤水分含量高于40~60 cm土壤含水量。0~40 cm土壤含水量与40~60 cm土壤含水量差异极显著 [16] 。说明土壤40 cm以下土层是枣树根部富集区，是主要吸收土壤水分区域。这和郑强卿等的研究一致 [17] 。

研究表明，当枣树花期、坐果期、果实膨大期为85%土壤田间持水量下限时，土壤40~60 cm土层体积含水量17.4%是田间平均持水量的70%左右，才能保证枣树根部富集区土壤水分的供应。这和郑强卿等的研究一致：土壤深处40~60 cm土层体积含水量的恒定控制在田间最大持水量的65%左右是保证根系富集区土壤水分供应能力的关键。

研究表明，滴灌l d后，各层土壤水分均迅速增加，尤其是0~40 cm以上土层，40 cm以下土壤含水量有个徒降，说明枣树的根系主要分布在40 cm以下土层，需水量较高，导致40 cm以下土壤含水量急剧下降。滴灌后随着时间的推移，土壤水分在枣树的需水及土壤水分蒸发作用下，土壤水分含量逐渐减小，各土层土壤含水量都逐渐下降，与40 cm以上土层土壤含水量相比，40 cm以下土层土壤含水量下降快。大约间隔滴灌7~10天左右，土壤水分含量逐渐回落到滴水前土壤含水量附近，但是温度和降雨对土壤含水量变化有大的影响，一般来说，新疆南部地区6月、7月、8月以前符合此规律，4月、5月、9月由于平均气温低，地表蒸发量相对小，滴灌后土壤含水量的下降会相对再延迟一段时间。同时土壤质地不同，滴灌完成后土壤含水量的下降速度也不同，沙土地快，粘土地慢。因此，新疆南部地区枣树的滴水规律，在枣树需水关键期，花期、坐果期和果实膨大期，滴灌间隔为沙土地5天左右，壤土6~7天左右，粘土地10天左右一次，滴灌的时间萌芽期为70%土壤田间持水量下限，花期、坐果期为85%土壤田间持水量下限，成熟期为55%土壤田间持水量下限，连续滴灌1 d为好。

5. 结论

综上所述，研究表明，1) 在枣树需水关键期，滴灌时间为土壤含水量达到85%田间持水量下限，开始滴灌，滴灌间隔为6~7天一次；成熟期为达到55%的田间持水量下限，开始滴灌。连续滴灌1 d为好，枣树生育期适宜的滴灌水量为380 m³/667 m²。

2) 适宜的滴灌下限有利于提高枣树的水分利用效率。在枣树花期、坐果期、果实膨大期85%田间持水量下限有利于提高枣树的水分利用效率，亦可获得较高的产量。

基金项目

新疆生产建设兵团第一师科技项目“阿拉尔垦区滴灌条件下红枣水肥耦合效应研究示范”(2016TF03)。

NOTES

^*通讯作者。