不同灌溉條件下幼齡棗園土壤蒸發試驗研究

韓瑩瑩　李宏　程平　劉幫　張志剛　李長城　孫明森

關鍵詞：幼齡紅棗；地表滴灌；井式灌溉；漫灌；土壤蒸發

中圖分類號：S723.6；S665.107 文獻標志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0220—04

紅棗喜光、抗旱、抗寒等，是我國山、沙、堿、旱地區最具特殊利用價值的生態經濟樹種。新疆光、熱資源豐富，所以紅棗產業在新疆發展很快，2014年全疆特色林果類種植面積達到146.7萬hm²，其中紅棗達到46.7萬hm，目前紅棗已成為新疆環塔里木盆地綠洲帶的最主要栽培果樹之一。新疆紅棗主產區之一的阿克蘇地區紅棗達到13.3多萬hm²，紅棗成為該地區農民經濟收入的一個重要來源，而環塔里木盆地年降水量不足100 mm，因此水資源嚴重短缺是制約棗樹生長與發育的重要因素，也決定著其產量和品質。當前環塔里木盆地的幼齡棗園大多采用地面灌溉，灌溉定額超過15 000 m³/hm²，容易形成地表積水，田間無效耗水量大，造成了水資源的嚴重浪費。

土壤蒸發是農田水分循環過程中的無效耗水，不參與作物的生理和生產過程，屬于非生產性耗水，因此合理減少田間非生產性耗水、提高作物水分利用效率是節水灌溉的一條重要途徑。林木井式節水灌溉方法作為一種新型灌溉技術，在地面滴灌基礎上，通過盲管將水引入帶孔豎井管內部，再從井管壁孔橫向滲漏將水分直接輸送至林木根系分布區，此過程中地表保持了較干燥狀態，也有效控制了地表徑流，因此提高了水的利用效率，達到了節水的目的。

微型蒸滲儀（micro-lysimeters，簡稱MLS）作為測量土壤蒸發行之有效的一種小型觀測器皿，具有無擾動、可移動、操作方便等優點，利用導熱率較小的PVC材料制作的微型蒸發器測量土壤蒸發簡單有效，在干旱半干旱地區有很大利用價值。

本試驗地點選擇在新疆林業科學院佳木試驗站幼齡棗園，通過分析對比地表滴灌、林木井式灌溉、漫灌條件下幼齡紅棗園地表的蒸發特性，為林木井式灌溉節水方法提供科學依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

試驗在新疆阿克蘇地區溫宿縣境內的新疆林業科學院佳木試驗站進行，地理位置80°32′N，41°5′E，海拔1103 m?；爻书L方形，地勢北高南低，西高東低，南北長1600 m，東西長650 m，地下水埋深2.8～3.3 m；屬于大陸性干旱荒漠氣候，晝夜溫差大；春季較短，多大風降溫天氣，時常有倒春寒現象發生，夏季炎熱而干燥，蒸發強烈；降水量稀少，四季分配不均，降水量年際變化大，年均降水量不足100 mm；年均氣溫10.1℃，極端低溫-27.4℃，年均日照時數2747.7 h，≥10℃積溫2916.8～3 198.6℃，無霜期196 d。

1.2樣地選擇

在試驗站幼齡紅棗園中選擇3塊樣地，采用地表滴灌、井式灌溉和漫灌灌溉方式各1塊，樣地規格均為20 m×20 m。棗樹均為地徑（3±0.3）cm的4年生灰棗樹，按東西方向栽培，株間距為1 m，行間距為4 m，采用小冠疏層型整形方式，平均株高為1.91 m，平均冠幅為1.3 m，樹勢基本一致，樹體生長發育良好，無病蟲害。3塊試驗樣地除灌水方式不同外，施肥、病蟲草害防治等田問管理措施均與當地相同。為防止漫灌樣地水分的側滲影響試驗結果，在地表滴灌和井式灌溉樣地邊緣挖掘深度為2.0 m的壕溝，用防滲膜隔開，并在四周做高出地面60 cm以上的土壟，以防止周圍果園灌水對樣地的影響。

1.3試驗設計

1.3.1試驗處理 試驗于2014年5月初至10月下旬在佳木試驗站紅棗園中進行。試驗分3個處理，處理1：采用地面滴灌（I₁）方式，滴頭流量為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。處理2：采用井式灌溉（I₂）方式，采用自制帶孔豎井管（內徑10 cm，高20 cm，上端5 cm封閉，出水孔大小0.3 cm）安裝在距樹干10 cm處，在處理1供水系統基礎上采用滴頭（12L/h）用毛管將水引入井管內，每次灌水72 L/株，全生育期灌溉24次，灌水日期如表1所示。處理3：采用漫灌（I₃）方式，每次灌水定額120 m³，全年灌溉8次，每次灌水時間間隔的長短根據棗樹不同生育期的需水情況來定，全年灌水日期如表2所示。

1.3.2土壤蒸發量測定方法 制作2種微型蒸發器。MIS-1：用PVC制作，內徑10 cm，高40 cm，底部用堵頭封底，堵頭底部打有30～40個孔以保持土壤通透性，堵頭底部粘1層薄布防止土粒外漏；每個MLS都有內徑11 cm、高40 cm的PVC制作的套管放置于土壤中，方便稱質量時內桶的取出；采用自制土鉆（內徑10 cm，高20 cm）取土，分2次將完整土柱放人微型蒸發器中。MLS-2：用PVC制作，內徑10 cm、高20 cm，用堵頭封底；套管規格為內徑11 cm、高20 cm。

3種灌溉方式下的土壤蒸發過程均分為水體蒸發和土壤蒸發，處理1灌溉時形成半徑25 cm左右的濕潤面，此階段水體蒸發用MLS-2測量，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測量；處理2灌溉時豎井管內有積水，此階段水體蒸發用MIS-2測量，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測量；處理3灌溉時有地表積水，此間水體蒸發用MLS-2測量，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測量。

MLS-1：處理1、處理2均在距離樹干20、60、100 cm的行間布設，處理3在距離樹干20、60、100、140 cm的行間布設，各重復3次；MLS-2：處理1在距離樹干10 cm處放置1個，處理2在豎井管位置放置1個，處理3在距離樹干20、60、100 cm的行間布設，各重復3次。根據不同生育期棗樹需水供水情況分別測定2～4次灌水周期的土壤蒸發量，取均值作為該生育期的蒸發量。

1.3.3數據采集 據本試驗過程記錄與研究目的，新疆阿克蘇地區2014年幼齡紅棗生育期的劃分如表3所示。

土壤蒸發測定：用電子臺秤（精度1 g）于每天08：00和21：30（北京時間）稱質量，8月中旬后，08：40和21：00稱質量，利用2次之間的質量差和土柱橫截面積換算得土壤蒸發量。為了防止夜間露水和沙子進入管中，每晚用黑色塑料膜遮蓋，早上日出前半小時揭掉塑料膜。

氣象因素的測定：樣地內安裝HOBO小氣候儀，對棗園的氣象因素進行測定，主要包括太陽輻射、空氣濕度、溫度、風速、降水量，數據采集時間間隔10 min。

1.3.4數據處理與分析 棗園土壤蒸發計算方法：棗園土壤蒸發按照長方體計算，處理1、處理2距離樹干0～100 cm利用MLS-1和MLS一2的表面積進行換算。根據前期棗樹根系和土壤水分濕潤模型的研究，處理1和處理2土壤水分運移范圍在距離樹干0～100 cm范圍內，因此在距離樹干100～200 cm處的土壤蒸發忽略不計。處理3距離樹干0～200 cm采用MLS-1和MLS-2進行換算。

方差分析應用SPSS 17.5統計軟件；繪圖應用Microsoft Excel 2003。

2結果與分析

2.1 3種灌溉條件下幼齡紅棗各生育期距樹干不同距離的日均蒸發特性

3種處理條件下距樹干長20 cm的地表不同生育期日均蒸發量對比見圖1。從圖1可看出，總體來看，幼齡棗樹的土壤蒸發量為坐果期>開花期>展葉期>膨大期>成熟期>落葉期；I₃和I₁、I₂條件下不同生育期日均蒸發量均存在極顯著差異（P<0.01），3種處理方式下土壤蒸發量為I₃>I₁>I₂；距樹干長60、100 cm的地表各生育期的日均蒸發量呈現的規律性（圖2、圖3）與距樹干長20 cm的地表一致，其中I₂條件下距離樹干長20、60、100 cm的地表全生育期日均蒸發量比I₁條件下平均減少了23%、23%、27%。

由圖4可以看出，I₁條件下坐果期、開花期、展葉期的日均蒸發量之間沒有顯著差異（P>0.05），膨大期、成熟期、落葉期兩兩之間差異顯著（P<0.05），前3個生育期日均蒸發顯著高于后3個時期（P<0.05）；I₂條件下不同生育期日均蒸發量呈現的規律性與I₁條件下的一致；I₃條件下坐果期和開花期的日均蒸發量沒有顯著差異（P>0.05），展葉期、膨大期、成熟期、落葉期兩兩之間差異顯著（P<0.05），同樣，I₃條件下前3個生育期的日均蒸發顯著高于后3個時期（P<0.05）。柱上不同小寫字母、大寫字母表示處理間差異顯著（P<0.05）、

極顯著（P<0.01）。下圖同

2.2 3種灌溉條件下幼齡紅棗不同生育期蒸發總量比較

由圖5可以看出，I₁、I₂、I₃條件下幼齡棗樹在各生育期的蒸發強度一致表現為坐果期>開花期>展葉期>膨大期>成熟期>落葉期。根據2014年試驗期間的氣象資料分析，其主要原因是坐果期是棗樹幼果迅速生長階段，該階段蒸騰旺盛，為滿足幼果生長，灌水次數在全生育期中最多，故該時期表層土壤含水量也高，從而促進了土壤蒸發，同時此階段的氣溫日均值也達到了一年中的最大值（27%），所以坐果期階段的蒸發總量最大，3種處理下坐果期土壤蒸發總量均值分別為190.4（I₁）、146.2（I₂）、366 L/株（I₃）；開花期期間，一方面棗樹枝葉已大部分形成，棗樹蒸騰量較大，另一方面棗樹花量大，如果水分供應不足，棗樹會出現焦花落花現象，還會降低后期坐果率，因此花期棗樹需水量也較多，且該階段氣溫已升高，太陽輻射平均值也達到了年內最大值（410 W/m²），加速了土壤蒸發，3種處理下開花期土壤蒸發總量均值分別為153（I₁）、120.4（I₂）、348.8 L/株（I₃）；展葉期期間，由于大部分棗樹枝葉還未形成，棗園土壤裸露面積較大，且該階段大風天氣較多，風速的平均值達到年內最大（0.337 m/s），土壤蒸發強烈，因此該階段土壤蒸發總量也較大，3種處理下開展葉期土壤蒸發總量均值分別為149.6（I₁）、105.6（I₂）、296.6 L/株（I₃）；膨大期期間，由于該階段棗樹葉面積系數最大，所以土壤裸露面積最小，且該階段氣溫、地溫已逐漸降低，因此土壤蒸發總量較小，3種處理下果實膨大期土壤蒸發總量均值分別為105.5（I₁）、75.4（I₂）、249.7L/株（I₃）；成熟期期間，太陽輻射較小，晝短夜長，氣溫較低，該階段灌水量也少，因此該階段土壤蒸發量小，3種處理下果實膨成熟期土壤蒸發總量均值分別為90.5（I₁）、55.8（I₂）、206.7 L/株（I₃）；落葉期，該階段日平均氣溫10℃，日均太陽輻射量達到全生育期最小值（292 W/m²），因此落葉期的蒸發總量最小，3種處理下落葉期土壤蒸發總量均值分別為76.4（I₁）、43.8（I₂）、111.7 L/株（I₃）。

由圖5還可看到，I₁、I₂、I₃條件下的不同生育期蒸發總量兩兩對比均差異極顯著（P<0.01），土壤蒸發由大到小順序為I₃>I₁>I₂。

2.3 3種灌溉條件下幼齡棗園全生育期土壤蒸發與主要氣象因子的相關性分析

灌溉條件會影響棗園土壤蒸發大小，同時，土壤蒸發也受到太陽輻射、溫度、風速、空氣濕度等氣象因子的影響。表4為通過SPSS 17.5對I₁、I₂、I₃條件下幼齡棗園不同生育期蒸發量與氣象因子的相關性分析結果，可以看到I₁、I₂、I₃條件下不同生育期蒸發量與氣象因子相關關系均一致，表現為太陽輻射>風速>溫度>相對濕度>降水，其中相對濕度與幼齡棗園土壤蒸發呈負相關，即相對濕度越大土壤蒸發量越小，且I₁條件下太陽輻射、風速與土壤蒸發量呈極顯著相關（P<0.01）；I₂條件下太陽輻射與土壤蒸發量呈極顯著相關（P<0.01），風速與土壤蒸發呈顯著相關（P<0.05）；I₃條件下太陽輻射、風速與土壤蒸發量均呈顯著相關（P<0.05）。太陽輻射、風速、溫度是影響幼齡棗樹土壤蒸發的主要因素，試驗地年降水量稀少，所以降水量對該試驗影響很小。

3結論與討論

本試驗通過分析比較全生育期幼齡紅棗園3種灌溉條件下的地表土壤蒸發特性，結果表明，3種灌溉條件下幼齡棗樹整個生育期的土壤蒸發強度均一致，表現為坐果期>開花期>展葉期>膨大期>成熟期>落葉期；棗園灌溉方式的不同會直接影響到其土壤蒸發的大小，具體表現為不同灌溉條件下幼齡灰棗樹在距離樹干長20、60、100 cm的地表的各生育期日均土壤蒸發大小順序均為I₃>I₁>I₂；3種灌溉條件下幼齡棗樹不同生育期的平均蒸發總量大小為I₃>I₁>I₂，故井式灌溉條件下的土壤蒸發量最小，而土壤蒸發屬于田間無效耗水，不參與作物生長過程，造成了水資源的浪費，因此林木井式灌溉方法減少了田間無效消耗水量，提高了水分利用效率。

外界氣象環境也會影響土壤蒸發，通過分析得出，太陽輻射、風速、溫度是影響幼齡棗園土壤蒸發的主要因素，太陽輻射、風速和氣溫（值）越大，土壤蒸發也越大，反之則越小。

井式灌溉作為一種新的地下滲灌灌溉方式，與植物吸收根分布相結合，將水分通過井管直接輸送到植物主要根系分布區域，降低了地表土壤含水量，減少了土壤蒸發，有效解決了傳統漫灌、地表滴灌等產生的無效耗水量大的問題。在我國水資源嚴重缺乏的旱作區農林業灌溉中，井式灌溉應用空間非常廣闊。

本試驗所用Micro-Lysimeter制作材料、內徑、長度以及封底情況可能對所測量的土壤蒸發大小均會有影響，但由于受試驗客觀條件的限制未能對實際測量的數值進行可靠性的驗證；另外，由于幼齡棗樹不同生育期灌水定額小，灌溉次數也多，因此測得的平均每株棗樹的蒸發量可能要比實際蒸發偏大一些，這些都需要今后繼續深入研究。