不同滴灌量枸杞田間土壤水分運移特征

尹志榮，黃建成，桂林國，趙 營，雷金銀

(寧夏農林科學院農業資源與環境研究所，銀川 750002)

寧夏農業灌溉用水平均利用率在40%左右，人均水資源量不足200m3，水資源短缺已成為制約寧夏農業生產發展及生態環境改善的最大瓶頸。枸杞作為寧夏特色優勢經濟作物，生態適應性極強，抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄，具有顯著的經濟社會效益[1]。近年來，隨著寧夏節水農業的迅速發展，充分挖掘植物節水潛力，因地制宜打造規?；?、標準化種植模式，有效促進了枸杞產業發展的新優勢。

截至2018年底，寧夏枸杞種植面積已達6.7萬hm2。實踐證明，枸杞滴灌栽培增產、節水效果最顯著。鄭國保等[2]以‘寧杞1號’為試材將枸杞園土壤水分變化分為四層，活躍層(0～30cm)、次活躍層(30～60cm)、緩變層(30～60cm)和均穩層(100～180cm)，并指出枸杞耗水深度一般在0～100cm，0～60cm土層變化尤為激烈。程良等[3]以‘寧杞7號’為試材研究中部干旱區覆膜情況下灌水定額為1620m3·hm-2時枸杞產量最高，覆膜枸杞水分利用率高于不覆膜處理。董世德等[4]開展不同覆蓋措施對滴灌鹽漬土枸杞生長及水鹽分布的影響，結果表明，黑膜覆蓋和草簾覆蓋能夠顯著減緩枸杞根區土壤水分耗散，土壤質量含水率分別提高29.6%和13.3%。徐利崗等[5]認為干旱區枸杞土壤水分變化敏感區域為距樹干水平距離40cm處的20～70cm土層，灌水前后土壤含水率在0.2%～4.3%，3750m3·hm-2時水分利用率及品質相對較好。侯建安等[6]以‘寧杞8號’為試材分析灌水下限和灌水頻率對枸杞園土壤分布的影響，表明高頻灌水土壤水分變化保持在一個較穩定的范圍，最佳灌水下限宜控制在田間最大持水量的85%。前人的這些研究多側重于灌水對枸杞產量、品質及水分利用效率方面的研究且只選擇了一種供試品種，而關于不同灌水處理同時對多個品種土壤水分動態變化的比較研究鮮有報道。本試驗以4個枸杞品種為試驗材料，研究不同灌水量對不同品種枸杞各土層土壤含水量運移及水分利用率的影響，旨在為寧夏枸杞的水分合理調控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年在寧夏農林科學院園林場試驗基地枸杞園進行(樹齡2 a)，年均降雨量186.7 mm，年均蒸發量2 500 mm，無霜期約154 d， ≥10 ℃積溫為3 475 ℃。試驗地0～40 cm土層土壤有機質11.04 g·kg-1，堿解氮57.5 mg·kg-1，速效磷49.2 mg·kg-1，速效鉀402 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗采用兩因素條區設計，因素一為灌溉量，設灌溉量5 100 m3·hm-2(W1，當地枸杞生產常規滴灌量)、4 350 m3·hm-2(W2)、3 600 m3·hm-2(W3)、2 850 m3·hm-2(W4)、2 100 m3·hm-2(W5)；因素二為枸杞品種，‘寧杞1號’(V1)、‘寧杞5號’(V5)、‘寧杞7號’(V7)、‘寧杞9號’(V9)，共4個品種。其中，‘寧杞1號’是寧夏農林科學院選育的高產、優質、適應性強的品種，已在寧夏、新疆、甘肅、內蒙古、湖北、陜西等省、自治區推廣種植；‘寧杞5號’是2009年選育的枸杞新品種，相對‘寧杞1號’果粒更大、更均勻、易采摘、經濟效益好，果粒呈長圓形，果實成熟期比‘寧杞1號’提前1周左右，但該品種雄蕊花粉敗育，無花粉散出，先天雄性不育，需混栽授粉樹才能結果；‘寧杞7號’是從寧夏枸杞生產園中選育出的無性系新品種，在多年多點的品種對比試驗與區域試驗中表現出生長快、自交親和水平高、抗逆性強、豐產、穩產、果粒大、等級率高等特點；‘寧杞9號’是以‘寧杞1號’同源四倍體98-2 與河北枸杞雜交選育獲得，葉片肥厚，長橢圓形，果粒大。

每個處理3次重復，隨機排列。試驗園枸杞株行距3 m×1 m，每行設置1個灌水處理，每個品種14 m，試驗小區面積約42 hm2。沿枸杞行每行鋪設一根滴灌管，每株枸杞樹下安裝 4 L·h-1流量的管上式滴頭1個，每根滴灌管前安裝開關，整個灌水量由首部水表控制，灌水時間和灌水定額見表1。試驗期間除灌水外，各處理鋤草、施肥、修剪等田間管理均保持一致。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤水分含量 每次灌溉前后用TDR土壤水分測定儀測定0～80 cm土層體積含水量，每10 cm為一層，降雨前后加測。

表1 灌水時間及灌水定額Table 1 Irrigation time and quota m3·hm-2

1.3.2 產量與水分利用效率 產量水平上枸杞的水分利用效率，即WUE=Y/ET。灌溉水利用效率IWUE=Y/I。式中，Y、ET、I分別為枸杞產量(kg·hm-2)、枸杞開花期至落葉期內(5～8月)不同品種的實際耗水量、灌水量。

耗水量采用水量平衡法計算。

產量為枸杞果熟期鮮果產量。

1.4 數據處理

采用Microsoft excel 2010進行數據處理及繪圖，采用DPS 9.50進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 生育期內不同枸杞品種土壤水分運移特征

由圖1可知，不同枸杞品種土壤含水量的變化差異顯著，整體呈波動式遞減趨勢，生育后期 (7～8月)土壤含水量低于生育前期(4～6月)，這主要是因為萌芽期至開花期是枸杞需水關鍵期，此時充足的土壤水分含量才能滿足植物營養生長。土壤含水量第一次峰值出現在5月12日灌水后，之后隨時間的推移 ‘寧杞7號’和 ‘寧杞9號’土壤水分含量逐漸降低，至下次灌水后又出現新的峰值，‘寧杞1號’和‘寧杞5號’變化有別，‘寧杞1號’W2、W3、W5處理土壤含水量下降，W4、W1處理土壤含水量上升，而‘寧杞5號’W1、W5處理土壤含水量下降，W2、W3、W4土壤含水量上升。不同灌水量之間，W5處理土壤含水量較低，尤其對‘寧杞5號’和‘寧杞7號’，平均為16.74%和17.37%；計算4個品種栽培下W5處理的平均土壤含水量僅16.91%；W1處理土壤含水量也不高，對‘寧杞1號’和‘寧杞9號’，平均14.59%和16.70%；計算4個品種栽培下W1處理的平均土壤含水量為18.40%。對于‘寧杞5號’和‘寧杞7號’，W5處理灌水量少于W1 處理3 000 m3·hm-2，但土壤含水量卻高出W1處理 15.35%和0.06%，同時W4、W3處理0～20 cm的土壤含水量整體高于其他處理。由此可見，枸杞生育期內土壤水分含量的變化規律與灌溉量無明顯的相關關系，灌水量過于飽和或減小太多均會影響土壤含水量的變化。W5和W1處理土壤含量最低，平均分別為16.91%和18.40%。

圖1 枸杞生育期內不同灌水量下0～20 cm土壤水分含量Fig.1 Soil water content of 0-20 cm under different irrigation amounts during growth period of wolfberry

2.2 灌溉前后不同枸杞品種土壤水分剖面分布特征

剖面土壤含水量在枸杞生育期內的變化十分明顯，如圖2所示。隨土壤深度的增加，0～60 cm土層土壤含水量變化極為劇烈，而底層60～80 cm 土壤含水量變化相對緩慢，表明隨土層加深土壤含水量受灌水的影響減小，灌水后土壤含水量的變化與灌水前相比，整體上以40 cm為“臨界點”開始下降逐漸趨于平緩。對于‘寧杞1號’，灌前、灌后各處理剖面土壤含水量的變化隨土層深度的增加波動幅度較大，W5處理土壤含水量最低，變化極為劇烈，隨灌溉時間的增加W1處理不同土層土壤含水量逐漸減小，僅次于W5處理，而W3～W4處理土壤含水量相對較高，穩定在 19.83%～20.31%。對于‘寧杞5號’，灌水后土壤含水量的變化與灌水前相似，灌后1 d和灌后 3 d、灌后5 d的土壤含水量在0～40 cm土層變化趨勢基本一致，僅灌后3 d時40 cm土層的土壤含水量急劇下降，后又逐漸趨于平緩，W5處理土壤含水量最低，平均為 16.44%，W4處理土壤含水量最高，平均為 23.86%。對于‘寧杞7號’，灌后與灌前剖面土壤含水量只有W4處理變化顯著，且土壤含水量最低為15.24%，其他處理趨勢一致，灌后1 d時W1處理土壤含水量高于W5處理，灌后3 d至5 d時W5處理的土壤含水量反而高于W1，表明過量灌溉在滿足作物正常需水外，很大一部分可能耗于無效蒸發，導致土壤含水量與虧缺灌溉條件下的土壤含水量差異較小，還有可能加速土壤水分向深層運移。對于‘寧杞9號’，除W1土壤含水量變化波動較大外，隨灌溉時間的增加其他灌水處理變化比較穩定，差異較小，但整體上W2處理不同層次土壤含水量較高，平均為19.78%，W3次之為18.41%。

1～4分別表示灌水前、灌水后1 d、灌水后3 d和灌水后5 d；A.寧杞1號；B.寧杞5號；C.寧杞7號;D.寧杞9號

由上述分析可知，水量過于飽和的充分灌溉W1在灌水時，只有部分水分被作物吸收，另一部分水分耗于無效蒸發，還有一部分水分可能流失于深層滲漏，實際用水效率低下。而灌水量減少的處理，在滿足作物正常生長所需的需水量外，土壤含水量比過量灌溉土壤含水率要高。

2.3 灌水對不同枸杞品種水分利用效率及灌溉水利用效率的影響

根據不同枸杞品種主要生育期5～8月實際耗水量、鮮果產量計算水分利用率及灌溉水利用效率(表2)，結果表明不同灌水量明顯影響枸杞品種產量、耗水量及水分利用效率。隨著灌水量的減少，5～8月鮮果產量整體呈先增加后下降再增加的“N”字形趨勢，灌水量與產量無明顯相關關系，W5處理顯著提高‘寧杞1號’和‘寧杞5號’的產量，其中比‘寧杞1號’栽培條件下W1、W2、W3、W4處理產量的平均值增產56.46%，比‘寧杞5號’栽培條件下W1、W2、W3、W4處理產量的平均值增產52.80%;W2處理僅次之，顯著提高了‘寧杞7號’和‘寧杞9號’產量，比‘寧杞7號’栽培條件下W1、W3、W4、W5處理產量的平均值增產22.66%，比‘寧杞9號’栽培條件下W1、W3、W4、W5處理產量的平均增產43.23%。5～8月耗水量不同處理間存在顯著或極顯著差異，均以W2處理為拐點先增加后下降呈倒“V”字形，W2處理耗水量最高，平均為228.77 mm。水分利用效率不同品種規律不一，灌水處理間差異極顯著，隨灌水量的減少，‘寧杞1號’呈先下降后增加再下降再增加的“W”字形趨勢，W5處理水分利用效率最高為17.82 kg·m-3，較W1處理提高60.40%，W3處理水分利用效率僅次于W5處理，為17.73 kg·m-3；‘寧杞5號’先增加后下降再增加呈“N”字形，W5處理水分效率最高為11.72 kg·m-3，較W1處理提高90.57%，W2處理次之為6.79 kg·m-3；‘寧杞7號’水分利用效率整體偏低，W5處理表現稍好，相比W1處理產量增加5.05%的同時，水分利用效率極顯著提高49.54%，與W2、W3、W4處理相比水分利用效率平均提高56.67%，而W2處理僅提高 3.64%；‘寧杞9號’呈先增加后下降再增加再下降的“M”字形趨勢，W4處理水分利用效率最高為8.16 kg·m-3，W5、W2處理次之分別為7.86 kg·m-3、7.83 kg·m-3。灌溉水利用效率除寧杞9號灌水處理間差異不顯著外，‘寧杞1號’‘寧杞5號’‘寧杞7號’W5處理與其他處理差異均達極顯著水平，其他處理間無顯著差異。

表2 不處理下不同枸杞品種水分利用效率及灌溉水利用效率Table 2 Water use efficiency and irrigation water use efficiency of different wolfberry varieties under different treatments

綜上分析，不同灌水量條件下，不同枸杞品種獲得節水高產的灌水處理不同，綜合考慮枸杞產量、水分利用效率及灌溉水利用效率，本試驗條件下，W2和W5處理是節水高產的處理；同一灌水量條件下，不同品種間‘寧杞1號’產量、水分利用效率及灌溉水利用效率顯著高于其他品種，表明同等土壤、種植管理水平上‘寧杞1號’耐旱節水增產效果更突出。

3 討 論

3.1 滴灌量對枸杞田間土壤水分運移特征的影響

灌水是影響枸杞園土壤水分動態的重要因素[7]，科學合理的滴灌量是實現枸杞節水增效的前提保障。本試驗結果表明，枸杞全生育期內土壤水分含量呈波動式遞減趨勢，生育后期的土壤水分低于生育前期，不同品種因每次的滴灌量不同導致土壤水分含量峰值存在差異，其主要原因是5、6月份為枸杞萌芽開花關鍵期，此時需水量大，充足灌水有助于促進枸杞生殖生長，而到后期7、8月份灌水量逐漸減小，只需滿足枸杞營養生長所需水分。不同灌水處理間W5、W1處理0～20 cm土層土壤含水量低下，平均達到16.91%和18.40%，而W3、W4處理平均達到20.55%、 20.84%，這表明在0～20 cm土壤水分活躍層，土壤儲水能力受灌水量影響顯著，灌水量過大或過小均會影響淺根層土壤含水量的變化，這與賀軍奇等[8]的研究相似。

不同滴灌量對不同枸杞品種灌水前后剖面土壤含水量的變化亦具有顯著影響。本試驗結果表明，在不同滴灌量條件下，灌水后剖面土壤含水量的變化與灌水前相比，整體上以40 cm為“臨界點”開始下降逐漸趨于平緩。不同灌水處理間，‘寧杞1號’和‘寧杞5號’枸杞在W5處理下土壤含水量表現最低；‘寧杞7號’枸杞則在W4處理下土壤含水量最低，0～80 cm土壤平均含水量僅為15.24%；‘寧杞9號’枸杞隨土層加深土壤含水量變化規律不明顯，灌水后0～30 cm土層以W5處理土壤含水量最低，30～50 cm土層以W1處理土壤含水量最低，50～70 cm土層以W4處理土壤含水量最低，70～80 cm土層又以W1處理土壤含水量最低。綜合分析表明，灌水過量容易造成無效蒸發和淋溶損失，適度的滴灌量是減少無效損失和提高水分利用效率的有效途徑。目前，寧夏枸杞的種植以《寧夏枸杞滴灌種植技術規程DB64/T 1294-2016》為參考，關于不同品種枸杞的適宜灌溉量尚未明確說明，本研究在上述參考的前提下，同時開展4個常用枸杞品種的灌水研究，詳細了解不同品種對不同滴灌量的響應，這對優化不同品種最佳灌溉制度十分必要。

3.2 滴灌量對枸杞產量及水分利用效率的影響

枸杞產量及水分利用效率受生態環境因素及栽培措施的共同影響，不同灌水量條件下，枸杞品種的耗水特性、產量和水分利用效率存在較大差異。本研究綜合考慮枸杞產量、水分利用效率及灌溉水利用效率發現，對枸杞這種極耐旱作物而言，在枸杞生育期內充足的水分供應使得枸杞水分利用效率低下，反而在常規滴灌量基礎上根據枸杞需水關鍵期進行適當水量調控，有利于提高枸杞產量及水分利用效率，這與徐利崗等[9]研究一致。

本試驗條件下，W5處理在常規灌水量減少58.82%的基礎上，‘寧杞1號’和‘寧杞5號’枸杞產量明顯提高了34.22%和36.12%，水分利用效率增加了60.40%和90.57%；‘寧杞7號’和‘寧杞9號’則受W2處理的影響顯著，枸杞產量分別提高了16.57%和97.10%，水分利用效率增加了3.64%和77.95%，表明不同品種對灌水量的響應不同，適度的水分虧缺可以達到提高作物產量和水分利用效率的目的[10]。這主要是由于枸杞生長物候期對水分的敏感性存在差異，張自剛[11]研究表明枸杞周年耗水量為盛化期>盛果期>營養生長期>秋果生長期>秋果采收期，而本研究在果熟期對各處理每次灌水定額進行調控，尤其在盛果期(7月9日)將W5處理的灌水定額加大，高于W3、W4處理而低于W1、W2處理，保證了盛果期灌水量對枸杞果實膨大的有效影響，這就促使W5處理在不減產的情況下反而能提高產量。張智猛等[12]在花生上做了相關研究，認為適當干旱和適時補水可顯著提高水分生產效率和花生產量。山侖等[13]也認為在作物生長的某些生育時期適當控制水分對于作物的增產更為有效。這均與本研究結果一致。葛宇等[14]研究不同灌水量對復播油葵耗水特性的影響，表明水分利用率隨灌水量的增加而減少。張忠學等[15]研究不同灌水處理對小麥生長及水分利用效率的影響，表明隨著灌溉量的增加，農田總耗水量増加，灌溉水利用比例提高，水分利用效率降低。這與本研究也有相似之處。本研究中因品間差異，‘寧杞1號’枸杞水分利用效率隨灌水量的減少呈“W”形趨勢，其他3個品種則隨灌水量的減少基本上呈先增加后減少再增加的“N”形趨勢，同時研究發現在低灌水量下產量表現好的品種水分利用效率也會表現更佳，這與品種抗旱性密切相關，比如W5處理灌溉下‘寧杞1號’和‘寧杞5號’枸杞。近年來根據區域優勢、地力條件選用耐旱高產枸杞品種及優化灌溉制度，成為寧夏枸杞綠色高質量發展關注的主要方面，因此，開展不同品種適宜灌溉量和合理灌溉制度的研究，是提高水分利用效率和產量的關鍵。

4 結 論

不同滴灌量條件下，枸杞生育期內不同品種0～20 cm土壤含水量隨生育進程的推進呈波動式遞減變化趨勢，剖面土壤含水量隨土層的加深漸趨平緩，隨灌溉時間的增加W5、W1處理變化幅度最大，土壤含水量最低。

不同品種產量及水分利用效率對滴灌量的響應不同。 ‘寧杞1號’和‘寧杞5號’枸杞，W5處理顯著提高枸杞產量和水分利用效率； ‘寧杞7號’枸杞，W5處理在高出W1處理產量5.05%的情況下，水分利用效率提高49.54%，W2處理產量增加16.57%，但水分利用效率僅提高3.64%； ‘寧杞9號’枸杞，灌水量減少的處理產量均比對照增加，水分利用效率增效更為顯著，綜合考慮W4處理效果最佳。