不同灌水下限對(duì)灰棗樹(shù)生長(zhǎng)及水分利用效率的影響

馬軍勇，鄭國(guó)玉，周建偉，鄭強(qiáng)卿

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所，新疆石河子832000;2.農(nóng)業(yè)部作物高效用水石河子科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，新疆石河子832000)

棗樹(shù)(Ziziphus jujubeMill.)，是鼠李科(Rhamnaceae)棗屬植物，原產(chǎn)我國(guó)，栽培歷史悠久，其果實(shí)紅棗是我國(guó)特色干果，具有較高的藥用和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值［1］。由于新疆獨(dú)特的自然條件十分有利于紅棗生長(zhǎng)，我國(guó)紅棗總產(chǎn)量的33%以上來(lái)自新疆。近年來(lái)新疆特色林果業(yè)發(fā)展迅猛，2018年新疆紅棗產(chǎn)量高達(dá)361.19萬(wàn)噸，占其特色林果產(chǎn)量20%以上［2］，紅棗已成為新疆特色林果的第一大產(chǎn)業(yè)，在新疆社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及農(nóng)民脫貧致富奔小康中占有舉足輕重的地位。隨著新疆紅棗種植面積不斷擴(kuò)大，灌溉用水量不斷增加，水資源短缺的矛盾日益突出。

灌水下限是指適宜于作物生長(zhǎng)的最低土壤水分含量的臨界值，當(dāng)土壤水分含量低于水分下限時(shí)，就會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量造成影響，此時(shí)需通過(guò)灌溉提高土壤水分含量使作物正常生長(zhǎng)［3］。灌水下限因土壤類型和作物不同而有一定的差別，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)冬小麥［4］、青茄［5］、西瓜［6］、油葵［7］等開(kāi)展了大量研究。馬福生等［8］研究了滴灌條件下不同灌水下限對(duì)基質(zhì)含水率、田間水利用、盆栽紅掌生長(zhǎng)和耗水的影響，結(jié)果表明:灌水下限為田間持水量的60%時(shí)，可在降低作物耗水量的同時(shí)提高紅掌品質(zhì)。楊文斌等［9］模擬了微噴條件下控制灌水下限對(duì)溫室茼蒿生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，研究發(fā)現(xiàn)-15 kPa土水勢(shì)作為控制灌水下限，有利于茼蒿生長(zhǎng)，可以達(dá)到高產(chǎn)、節(jié)水的目的。牛勇等［10］對(duì)日光溫室甜瓜進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:相對(duì)較低的土壤含水量促進(jìn)根系發(fā)育、分生，有利于甜瓜葉面積、莖粗的增加，75%田間持水量灌水下限有利于提高甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)。牛文全等［11］通過(guò)番茄滴灌試驗(yàn)，研究了不同灌水下限對(duì)番茄植株生長(zhǎng)、果實(shí)形態(tài)、產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)灌水下限為田間持水量的60%為關(guān)中地區(qū)日光溫室適宜的滴灌灌溉用水量。

現(xiàn)有的棗樹(shù)灌水下限研究更多采用盆栽、溫室等模擬條件，很少開(kāi)展基于灌水下限的大田試驗(yàn)研究。本文通過(guò)研究不同灌水下限對(duì)干旱區(qū)灰棗樹(shù)生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，探究灌水下限對(duì)大田作物的影響，為干旱區(qū)節(jié)水灌溉和新疆特色林果業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年3月—2017年10月在新疆建設(shè)兵團(tuán)第二師 38 團(tuán)(83°25＇～87°30＇E，35°40＇～40°10＇N)開(kāi)展。該試驗(yàn)點(diǎn)地處新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州且末縣境內(nèi)，昆侖山、阿爾金山北麓，塔里木盆地東南緣，屬典型的干旱沙漠性氣候，多年平均降雨量18.1 mm，多年平均蒸發(fā)量2 824 mm，晝夜溫差大，光熱資源豐富，全年有效積溫為2 250℃左右，全年無(wú)霜期190 d左右。試驗(yàn)區(qū)灰棗樹(shù)樹(shù)齡為6 a，行距3 m、株距1 m，樹(shù)勢(shì)均勻，長(zhǎng)勢(shì)較旺。棗樹(shù)生育期內(nèi)灌溉方式為滴灌，滴灌帶布設(shè)于棗樹(shù)兩側(cè)，間距為100 cm，滴頭流量3.2 L·h-1，滴頭間距30 cm。灰棗園土壤為壤質(zhì)砂土，0～80 cm土壤平均田間持水量(質(zhì)量含水率，θ田)為17.10%，平均干容重為 1.53 g·cm-3，地下水埋深 2.2 m左右。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為單因素4水平的灌溉試驗(yàn)，灌水下限分別為 θ田的40%(T1)，55%(T2)，70%(T3)和85%(T4)，每個(gè)處理設(shè)4次重復(fù)，共16個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)均有3行棗樹(shù)。試驗(yàn)小區(qū)根據(jù)田塊隨機(jī)排列，每個(gè)小區(qū)中選取3個(gè)點(diǎn)預(yù)埋1 m測(cè)量管，每隔2 d采用便攜式時(shí)域反射儀(TRIME)對(duì)0～0.8 m平均土壤含水率進(jìn)行測(cè)定，以確定是否需要灌溉。當(dāng)各小區(qū)土壤含水量低于灌水下限時(shí)進(jìn)行灌溉，各小區(qū)灌水定額通過(guò)旋翼式水表進(jìn)行控制。灌水定額計(jì)算依據(jù)公式:

式中，M為灌水定額(mm);H為計(jì)劃濕潤(rùn)層厚度(m)，本試驗(yàn)H取0.8 m;γ為土壤容重(g·cm-3)，該地塊土壤容重為1.53(g·cm-3);P為潤(rùn)濕比，即濕潤(rùn)面積與土體面積的比值，本試驗(yàn)中棗樹(shù)行距較大，P取0.5;θmax為灌水上限(%)，本試驗(yàn)θmax=θ田=17.10%;θmin為灌水下限(%)。

各處理灌溉方案詳見(jiàn)表1。

1.3 指標(biāo)測(cè)定與分析

1.3.1 土壤含水量測(cè)定 采用定點(diǎn)測(cè)定(TRIME)。每10～20 cm為1個(gè)測(cè)定段，最后用累計(jì)法計(jì)算整個(gè)土體的含水量;土壤含水量每隔2 d測(cè)定1次。

表1 各處理灌水定額和灌水周期Table 1 Irrigation amount and cycle

1.3.2 栆吊生長(zhǎng)量測(cè)定 每個(gè)小區(qū)選取3棵長(zhǎng)勢(shì)基本一致的灰棗樹(shù)，在每棵棗樹(shù)同一高度上(距地面1.5 m)東、南、西、北4個(gè)方向各選取長(zhǎng)勢(shì)一致的1個(gè)二次枝，每個(gè)二次枝上選取不同棗股上位置不同的3個(gè)棗吊并標(biāo)記，每15 d用皮尺(精度0.1 cm)測(cè)量1次棗吊長(zhǎng)度，直到棗吊停止生長(zhǎng)。

1.3.3 果實(shí)產(chǎn)量測(cè)定 各小區(qū)隨機(jī)選取3顆棗樹(shù)作為測(cè)產(chǎn)對(duì)象，將所選定棗樹(shù)的全部果實(shí)進(jìn)行采收、稱重，并按照當(dāng)?shù)鼗覘椃旨?jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)［12］。

1.3.4 作物水分利用效率計(jì)算 根據(jù)水量平衡原理計(jì)算灰棗樹(shù)各生育期的田間耗水量:

式中，ET0-t為時(shí)段t內(nèi)灰棗樹(shù)田間耗水量(mm);W0、Wt分別為初始時(shí)刻0、任一時(shí)刻t的土壤質(zhì)量含水率(mm);M為時(shí)段t內(nèi)的灌水量(mm);P為時(shí)段t內(nèi)的有效降水量(mm);K為時(shí)段t內(nèi)的地下水補(bǔ)給量(mm);C為時(shí)段t內(nèi)的排水量(mm)。試驗(yàn)區(qū)地下水埋深2.2 m左右，地下水無(wú)補(bǔ)給量(即K=0);根據(jù)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的土壤含水率數(shù)據(jù)得出在深度80 cm以下土壤含水量基本無(wú)變化(即C=0)。故式(2)可化簡(jiǎn)為:

2017年試驗(yàn)區(qū)在灰棗樹(shù)全生育期內(nèi)降雨量8.8 mm(表2)。

棗樹(shù)水分利用效率計(jì)算公式為:

式中，WUE為棗樹(shù)水分利用效率(kg·m-3);m1為棗樹(shù)產(chǎn)量(kg·hm-2);ET為棗樹(shù)全生育期耗水量(mm)。1.3.5 數(shù)據(jù)處理與分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel軟件進(jìn)行整理;使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析(其中，選擇Duncan法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，P=0.05);使用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水下限對(duì)棗樹(shù)棗吊生長(zhǎng)的影響

棗吊是棗樹(shù)的結(jié)果枝，對(duì)棗樹(shù)開(kāi)花結(jié)果和光合反應(yīng)有重要作用，適宜的棗吊長(zhǎng)度可提高棗樹(shù)開(kāi)花坐果率。由圖1可以看出，萌芽展葉期(4月20日—5月31日)棗吊生長(zhǎng)速率較快，而開(kāi)花坐果期(6月1日—7月10日)棗吊生長(zhǎng)速率明顯降低，進(jìn)入果實(shí)膨大期(7月11日以后)棗吊基本停止生長(zhǎng)。各處理?xiàng)椀蹰L(zhǎng)度均不斷增加，但其增長(zhǎng)速率不同。其中T4處理的棗吊平均長(zhǎng)度最長(zhǎng)31.11 cm，T1處理?xiàng)椀蹰L(zhǎng)度最短21.20 cm，T2和T3處理的棗吊平均長(zhǎng)度分別為24.09 cm和28.27 cm。相較T4處理，各處理的栆吊長(zhǎng)度分別減少了31.84%(T1)、22.55%(T2)、9.12%(T3)。說(shuō)明隨著灌水下限的增加可明顯增加棗樹(shù)結(jié)果枝長(zhǎng)度。但結(jié)果枝過(guò)度增長(zhǎng)，其他無(wú)效營(yíng)養(yǎng)枝也會(huì)增加，增加田間作業(yè)強(qiáng)度，不利于后期開(kāi)花坐果，過(guò)長(zhǎng)的果枝在坐果期還需進(jìn)行棗吊摘心。因此，不同灌水下限對(duì)棗吊的生長(zhǎng)產(chǎn)生了顯著影響，灌水下限的降低有效抑制了棗吊的過(guò)度生長(zhǎng)。

表2 2017年試驗(yàn)區(qū)在灰棗樹(shù)全生育期內(nèi)降雨量Table 2 Rainfall in the study area during the whole growth period of gray jujube in 2017

圖1 不同灌水下限對(duì)棗吊長(zhǎng)度的影響Fig.1 Effects of different irrigation threshold on bearing branch length of jujube

2.2 灌水下限對(duì)紅棗產(chǎn)量的影響

不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)果實(shí)等級(jí)及產(chǎn)量的影響見(jiàn)表3。處理 T1、T2、T3的單果重明顯高于處理T4，且處理T4與T1、T2間差異顯著。在果實(shí)比例方面，一級(jí)果比例隨灌水下限的降低而顯著提高，且最大值出現(xiàn)在處理T1，與處理T4相比各處理分別提高了39.02%、35.66%、21.76%;二級(jí)果比例雖也有所提高，但處理T2、T3、T4間差異均不顯著;三級(jí)果比例隨灌水下限的降低而明顯降低，處理T1、T2、T3、T4的三級(jí)果比例分別為 18.03%、20.77%、24.39%、33.02%。不同灌水下限對(duì)紅棗產(chǎn)量有不同程度的影響，處理T2、T3產(chǎn)量均高于處理T4且差異顯著，較處理T4分別提高了11.20%、4.48%，而處理T1比處理T4產(chǎn)量減少了366.8 kg·hm-2。這是由于T1處理灌水周期較長(zhǎng)，在灌水前容易引起干旱;T4處理灌水次數(shù)多，灌水量少，水肥不能有效供應(yīng)棗樹(shù)深層根系，T2、T3處理在開(kāi)花坐果期提供了充足的水肥供應(yīng)，有利于棗樹(shù)坐果。因此，適度的灌水下限不僅有利于提高棗樹(shù)產(chǎn)量，還可以增加一級(jí)、二級(jí)果實(shí)的比重。

2.3 灌水下限對(duì)棗樹(shù)水分利用效率的影響

2.3.1 灌水下限對(duì)棗樹(shù)耗水規(guī)律的影響 表4為各處理?xiàng)棙?shù)全生育期耗水量及各生育階段耗水量變化情況。從表4可以看出，棗樹(shù)的全生育期耗水量和各生育階段耗水量均隨灌水下限的提高而增加，且T4處理達(dá)到最大值，其全生育期耗水量為623.14 mm。不同處理下萌芽展葉期、開(kāi)花坐果期、果實(shí)膨大期、成熟期的平均耗水強(qiáng)度，分別為2.57、4.10、3.59 mm·d-1和 0.85 mm·d-1。因此，不同處理下各生育期內(nèi)耗水強(qiáng)度都表現(xiàn)為開(kāi)花坐果期＞果實(shí)膨大期＞萌芽展葉期＞成熟期，說(shuō)明不同灌水下限對(duì)各生育期棗樹(shù)需水程度影響不大。其中，開(kāi)花坐果期對(duì)水分依賴程度最大，各處理下開(kāi)花坐果期耗水量均占其全生育期耗水量30%以上。開(kāi)花坐果期是棗樹(shù)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并進(jìn)的時(shí)期，且此時(shí)氣溫升高，蒸發(fā)量也較大，因此棗樹(shù)開(kāi)花坐果期耗水強(qiáng)度最高。綜上，灰棗的需水關(guān)鍵時(shí)期為開(kāi)花坐果期和果實(shí)膨大期，應(yīng)在該生育期內(nèi)加強(qiáng)對(duì)土壤水分的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施。

表3 不同灌水下限對(duì)紅棗重量及產(chǎn)量的影響Table 3 Effects of different irrigation threshold on fruit weight and yield of jujube

表4 不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)耗水規(guī)律的影響Table 4 Effects of different irrigation threshold on water consumption amount of jujube

2.3.2 灌水下限對(duì)棗樹(shù)水分利用效率的影響 各處理?xiàng)棙?shù)水分利用效率(WUE)如表5所示，不同灌水下限對(duì)提高棗樹(shù)水分利用效率具有較大影響。各處理下水分利用效率由大到小為T2、T1、T3、T4。其中，處理T1、T2、T3的水分利用效率比處理T4分別提高了27.27%、28.28%、10.10%，因此降低灌水下限有利于提高棗樹(shù)的水分利用效率。

表5 不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)水分利用效率的影響Table 5 Effects of different irrigation threshold on water use efficiency of jujube

3 討論與結(jié)論

本文通過(guò)設(shè)置大田灌水下限試驗(yàn)對(duì)棗樹(shù)生長(zhǎng)、果實(shí)產(chǎn)量及水分利用效率進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論:

1)降低灌水下限可有效抑制棗樹(shù)的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。隨著灌水下限的降低，對(duì)棗樹(shù)棗吊生長(zhǎng)抑制作用加劇，相較處理T4，各處理?xiàng)椀蹰L(zhǎng)度減少了9.12%～31.84%。

2)適宜的灌水下限可以提高棗樹(shù)的產(chǎn)量和果實(shí)等級(jí)。不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)果實(shí)等級(jí)影響顯著，處理T1、T2、T3的三級(jí)果比例降低至25%以下。其中，T1處理中一級(jí)果和二級(jí)果的比例最高，分別為42.61%和39.36%。不同灌水下限對(duì)紅棗產(chǎn)量影響顯著，其中處理T2產(chǎn)量最高，為6 832.9 kg·hm-2，較處理T4提高了11.26%。因此，適度的降低灌水下限不僅可以提高棗樹(shù)產(chǎn)量，還能增加一級(jí)、二級(jí)果實(shí)的比重。

3)適宜的灌水下限有利于提高干旱區(qū)植物的水分利用效率。降低灌水下限有利于提高棗樹(shù)的水分利用效率，其中:處理T1、T2、T3的水分利用效率較處理T4提高了10.10%～28.28%。綜合考慮不同灌水下限對(duì)灰棗生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及水分利用效率的影響，在沙漠綠洲區(qū)灌水下限為田間持水率的55%較適宜于灰棗的生長(zhǎng)和發(fā)育。