滴灌对枣树生长的影响及其灌溉制度的探究

唐瑞, 梁博惠, 何宝银, 张上宁

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节水灌溉
中国农村水利水电 ›› 2021 ›› (8) : 110-115,122.
农田水利

滴灌对枣树生长的影响及其灌溉制度的探究

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Effects of Drip Irrigation on Jujube Growth and Exploration on its Irrigation Pattern

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摘要

为探究在宁夏北部引黄灌区滴灌对灵武长枣的生长影响及合理的灌溉模式，2017年本试验设置全年灌溉定额为2 925、3 600、4 275和4 950 m³/hm2 4个处理，每个处理重复3次，共12个试验小区；2018年本试验增加一个处理，灌溉定额由4 950 m³/hm2增至5 625 m³/hm2，全年灌溉定额设计5个处理，每个处理重复3次，共15个试验小区。根据2017-2018年试验，结合灵武长枣生育期不同土层含水量，土壤灌溉水蓄存比及产量，综合分析后制定灵武长枣滴灌灌溉制度为：全年灌溉定额4 275 m³/hm2，灌水11次，生育期灌溉定额为3 825 m³/hm2，灌水10次，其中，萌芽展叶期1次，灌水定额450 m3/hm2；现蕾开花期3次，灌水定额为300 m3/hm2，幼果膨大期3次，灌水定额分别为375、375、450 m3/hm2，果实白熟期2次，灌溉水定额为450 m3/hm2，成熟期1次，灌水定额为375 m3/hm2；休眠期（冬灌）1次，灌水定额450 m3/hm2。在以上处理下灵武长枣产量为11 184~16 080 m3/hm2，水分生产率为1.90~2.90 kg/m3。

Abstract

In order to explore the effects of drip irrigation on the growth of Lingwu Changzao in the Yellow River irrigation area in northern Ningxia and the reasonable irrigation pattern. In 2017 the experiment set the annual irrigation quotas were 2 925， 3 600， 4 275 and 4 950 m³/hm2 four treatment， each treatment was repeated 3 times， a total of 12 test plots. In 2018， an additional treatment was added， the irrigation quota increased from 4 950 to 5 625 m³/hm2， and the annual irrigation quota was designed at five treatments， and each treatment was repeated 3 times for a total of 15 test plots. According to the 2017-2018 experiment， combined with the different depth soil moisture of Lingwu Changzao’s different periods， the soil irrigation water storage ratio and the yield， the comprehensive analysis that the Lingwu Changzao drip irrigation system was formulated as follows： the annual irrigation quota was 4 275 m³/hm2， 11 times of irrigation； the irrigation quota for growth period was 3 825 m³/hm2， 10 times of irrigation， among them， the elongate shoots period irrigation was 1 time， the irrigation quota was 450 m³/hm2； the squaring stage and florescence irrigation was 3 times， the irrigation quota was 300 m³/hm2 every time； the young fruit expansion stage irrigation was 3 times， and the irrigation quota were 375， 375， 450 m³/hm2 respectively； the fruits in white-mature period irrigation were 2 times， the irrigation water quota was 450 m³/hm2 every time， the maturity period irrigation was 1 time， the irrigation quota was 375 m³/hm2； dormancy period （winter irrigation） irrigation was 1 time， the irrigation quota was 450 m3/hm2. Under the above treatment， the yield of Lingwu Changzao was 11 184~16 080 kg/hm2， the water production efficiency was 1.90~2.90 kg/m3.

关键词

滴灌 / 灵武长枣 / 灌溉制度

Key words

drip irrigation / Lingwu Changzao / irrigation pattern

基金

宁夏第三批青年科技人才托举工程项目
宁夏重点研发计划（重点）项目“中部干旱带特色作物节水增效综合生产技术研究与集成示范”(2019BBF02029)

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唐瑞 , 梁博惠 , 何宝银 , 张上宁. 滴灌对枣树生长的影响及其灌溉制度的探究[J].中国农村水利水电, 2021(8): 110-115,122
Rui TANG , Bo-hui LIANG , Bao-yin HE , Shang-ning ZHANG. Effects of Drip Irrigation on Jujube Growth and Exploration on its Irrigation Pattern[J].China Rural Water and Hydropower, 2021(8): 110-115,122

0 引 言

枣树为鼠李科（Rhamnaceae），具有耐干旱、盐碱、适应性强，经济效益高等优点［1］，广泛种植于热带和亚热带地区［2］，是宁夏的特色产业之一。灵武长枣（Ziziphus jujube Mill.cv.Lingwu Changzao）是宁夏红枣种类中唯一以鲜食为主的品种，其果实个大，果皮薄，口感酸甜可口，富含丰富的营养成分，具有活维生素丸、“枣中之王”等美称，为宁夏的农林经济发展提供了重要支撑［3， 4］。目前枣树的灌溉方式大多采用滴灌的灌溉方式，滴灌具有节水节能、省肥省工等优点，且能很好地适应不同的土壤和地形，大幅度提高作物产量，在我国西北部等干旱半干旱地区、地势复杂多变地区，土地半荒漠化等土壤透水性强的地区有广阔的发展前景［5］。与传统漫灌相比，滴灌能有效避免输水过程中水分损失和深层渗漏损失，同时可以减小地面蒸发和径流损失，因此滴灌可以节约灌溉水量50%以上，甚至能达到80%［6］。
近年来，众多学者对灵武长枣的繁殖、栽培技术及生物学特性进行了研究［7-9］，李应海［10］等采用膜下滴灌方式，得出灌水定额为80 m3/hm2、灌水次数10次、有机肥量为1 200 kg/hm2时为最优组合，张雁南等［11］得出增加（7±0.5） mg/L氧气浓度可以促进灵武长枣生长。但对于灵武长枣的各生育期具体的灌溉模式的研究较少，本试验7~8 a生灵武长枣为研究对象，采用滴灌灌溉方式，探究枣树的生长情况，以及最合理的灌溉方式，为宁夏地区灵武长枣的种植灌溉模式提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况及试验设计

本试验在中国灌溉试验宁夏中心站开展，中国灌溉试验宁夏中心站地处贺兰山东麓洪积倾斜平原，属于宁夏北部引黄灌区，地理位置为东经106°42′，北纬38°27′，中心站所处地区地势较平坦，海拔高程1115.6～1116.6 m，主要土壤类型为淡灰钙土，土壤自然肥力含量中等偏下，表土质地较轻。贺兰山东麓灌区区域气候干燥，晴天多，日照充足，光能资源丰富，全年平均日照时数为3 039.6 h，日照率为69%。气温平均年较差在32 ℃左右，全年平均气温较差为13.1 ℃，无霜期较短，最长无霜期177 d，最短无霜期129 d。
本试验以7~8 a生灵武长枣为研究对象，树势良好、生长健壮、无病虫害、树干通直，直径等基本相同，栽植行株距3 m×3.5 m，亩栽植64株，试验区采用滴灌灌溉方式，铺设毛管为Φ16的滴灌管，环状铺设，圆环直径1 m，每株果树安装流量为4.2 L/h的滴头5个。测得试验区土壤容重为1.47 g/cm3，田间持水量平均为14.7%。
灵武长枣生育期分为萌芽展叶期、现蕾开花期、幼果膨大期、果实白熟期、果实成熟期、停长落叶期（不灌水）、休眠期，2017年试验设计4个处理，每个处理重复3次，共12个试验小区；2018年试验增加一个处理，灌溉定额上限由525 m³/hm2增至600 m³/hm2，灌溉定额由4 950 m³/hm2增至5 625 m³/hm2，全年灌溉定额设计5个水平处理，每个处理重复3次，共15个试验小区。试验设计详见表1。
表1 2017-2018年贺兰山东麓灌区枣树滴灌灌溉制度试验设计表
生育期 灌水日期 灌水定额/（m3·hm-2） 施肥/（kg·hm-2）
T1 T2 T3 T4

T5

（2018年新增）

 尿素 磷酸一铵 硫酸钾
萌芽展叶期 4月中旬（春灌） 450 450 450 450 450 - - -
现蕾开花期 5月中旬 150 225 300 375 450 - - -
6月上旬 150 225 300 375 450 150 150 150
6月中旬 150 225 300 375 450
幼果膨大期 6月下旬至7月上旬 225 300 375 450 525 300 375 375
7月中旬 225 300 375 450 525
7月下旬至8月中旬 300 375 450 525 600
果实白熟期 8月中旬 300 375 450 525 600 300 375 187.5
8月下旬 300 375 450 525 600
果实成熟期 9月中旬 225 300 375 450 525
休眠期 11月上旬 450 450 450 450 450
灌溉定额 2 925 3 600 4 275 4 950 5 625 750 900 712.5
生育期定额 2 475 3 150 3 825 4 500 5 175
注：尿素中N的含量为46.7%，磷酸一铵中N含量为11%、P2O5的含量为52% ，硫酸钾中K2O的含量为52%。

1.2 测定项目与方法

土壤含水率测定：利用PR2/6土壤水分测量系统测定土壤体积含水量，测量10、20、30、40、60和100 cm 6个土层深度土壤含水率，生育期每10 d测一次，降雨阶段前后、灌水前后加测一次，通过烘干法对PR2采集的数据进行率定，率定后的值作为土壤的质量含水率。
灌水量监测：灌水前后用精度0.000 1 m³水表对试验小区的每次灌水量进行计量。
果实横径、果实纵径的测定：果实横径为果实横向最大长度，果实纵径为果实纵向最大长度，均用游标卡尺测量，以cm为单位。纵径和和横径每个处理随机选取20个样品；果形指数=果实纵径/果实横径。
气象数据：采用小型气象站全天候自动观测降雨量、温度等气象数据。2017、2018年全年温度变化及降雨量变化见图1、表2。
图1 2017、2018年气象资料

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表2 2017和2018年试验区降雨量监测表 (mm)
日期 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 全生育期
2017年 0 8.0 54.0 47.4 17.5 0 24.0 150.9
2018年 0 13.2 0 51.8 96.3 9.1 6.5 176.9

2 试验结果与分析

2.1 不同灌水量对土壤含水率的影响

2.1.1 不同水分处理枣树根区土壤含水率变化特征分析

2017-2018年按照试验设计整理不同水分处理全生育期灵武长枣根区0~60，60~100 cm深度土壤含水率，根据各处理土壤含水率绘制各处理不同土层土壤含水率随生育期季节性变化过程线。分析2可以看出：在整个生育期，不同处理条件下灵武长枣根区不同土层土壤水分变化规律基本一致，每次灌水或降雨后土壤含水率发生显著变化，并且随着生育期的变化而变化，且由于2018年降雨量高于2017年，因此2018年土壤含水率普遍高于2017年。2017年各处理0~60 cm土层土壤含水率在5.42%~12.15%范围变化，60~100 cm土层土壤含水率在8.23%~12.44%范围变化；2018年各处理0~60 cm土层土壤含水率在4.77%~12.29%范围变化，60~100 cm土层土壤含水率在7.05%~13.13%范围变化。在整个生育期计划湿润层深度（0~100 cm）内0~60 cm土层深度土壤含水率受降水和灌水量影响较大，波动明显，且由于土壤表层直接受阳光照射和空气流动影响，西北地区蒸发量较大，表层含水率在灌水后一段时间迅速降低，因此0~20 cm土壤含水率较小。60~100 cm土层土壤含水率变化较平稳。其中30～60 cm土层内两年平均含水率为10.20%，大于60%田间持水量（8.82%），约为70%的田间持水量，在试验区进行枣树样株挖根试验，结果显示根系分布在0~60 cm处，且主根系分布于30~60 m，故长枣生长土壤水分主要来源于30~60 cm土层，二者结论一致。
图2 2017-2018年灵武长枣不同水分处理各土层土壤含水率变化过程线

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2018年新增处理T5，在60~100 cm处灌水前后土壤含水率均值为12.53%以上，是田间持水量的85%以上，在图中土壤含水率明显高于其他处理，表明单次灌水量超过450 m³/hm2时，会产生深层渗漏，在灌水定额设置时不宜超过450 m³/hm2。6月中旬（现蕾开花期）前各处理土壤含水率变幅相对较小，6月下旬至7月中旬（幼果膨大期）长枣开始坐果，加之气温升高，棵间蒸发和植株蒸腾都相对增大，土壤含水率下降速度加快。2018年7月上旬至8月上旬受降雨影响各处理土壤含水率率处于较高水平。8月下旬至9月上旬（果实白熟期）灌水后各处理土壤含水率下降速度再次加快。9月中旬至10月上旬（果实成期）灌水前后土壤含水率变幅减缓，该阶段主要为长枣糖分积累阶段因此耗水量较小。

2.1.2 不同处理灌水前后对灵武长枣土壤水分变化的影响

根据灵武长枣生育期，选取不同灌水定额，分析不同处理灌溉前后土壤含水率变化。2017年现蕾开花期6月19日进行第4次灌水，灵武长枣开花期灌水前后各层土壤含水率灌前、灌后及二者差值δ 0的变化情况见图3。图3中看出，T1灌水前后土壤含水率呈先增大后减小的趋势，灌水前后土壤含水率差值在30 cm为极大值为3.7%，在60 cm为1.1%，在100 cm处为负值即灌水对100 cm处土壤未产生影响；T2处理灌水前后土壤含水率差值在40 cm以上中增幅较大为3.5%~5.8%，对60 cm处土壤含量差值为0.9%，在100 cm处为负值即灌水对100 cm处土壤未产生影响，长枣根系消耗的水分主要在40 cm处；T3处理土壤含水率在40~60 cm出现极大值为12.6%，灌水前后土壤含水率差值从10 cm至100 cm逐渐递减，对100 cm处土壤含水率有较小影响，说明长枣根系消耗的水分分布至30~60 cm处；T4处理土壤含水率在40 cm出现极大值，变化同处理T3。
图3 2017年现蕾开花期（第四次）灌水前后土壤含水率变化

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2018年果实白熟期（第九次）灌水时间为8月19日，灵武长枣果实白熟期灌水前后各层土壤含水率变化情况见图4。由图4得知：
图4 幼果膨大期（第6次）灌水前后土壤含水率变化

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当灌水量为300 m³/hm2时，灌水后土壤各层土壤含水率从上往下呈先增大后减小的趋势，土壤含水率在60 cm处出现极大值；当灌水量超过375 m³/hm2时，灌后各层土壤含水率从深度10~40 cm处快速增大，40~100 cm处土壤含水率随深度增加增幅不大，40~100 cm处灌后土壤含水率均值为11.43%，为田间持水量的78%。当灌水量为600 m³/hm2时，40~100 cm处灌水前后土壤含水率差值变化不大，主要因为灌水前该层段土壤含水率较高，处于田间持水量的80%以上。
综合得出，土壤含水率差值在30~40 cm处较大，该处为长枣毛细根层的分布区域，单次灌水量低于225 m³/hm2对60 cm处土壤含水率影响较小，低于300 m³/hm2时对100 cm处土层的含水率影响较小，灌水量超过450 m³/hm2时，100 cm处土壤含水率有较大影响，即产生深层渗漏，在灌水定额选取时宜为300~450 m³/hm2。

2.2 不同处理灵武长枣不同生育期耗水量及耗水强度

本试验在田间条件下采用水量平衡法对灵武长枣耗水量和耗水过程进行分析。因为灵武长枣需水的生育期内变化，主要是其自身的生理特性与当地气象条件及土壤条件影响的结果，因而这种计算能够基本反映该区枣树耗水的实际变化趋势，且切合生产实际，从而便于调整灌水量定额和灌溉溉制度。根据水分收支情况，试验区耗水量可用公式（1）：
ET=（W0-W E ）+M+P
式中：ET为耗水量，mm；W 0、WE 为生育期某阶段初、末100 cm土层的土壤含水量，mm；M为某阶段内的灌水量，mm；P为某阶段内的降雨量，mm。
从表3看出，各处理在生育期耗水量大小趋势依次为：幼果膨大期>果实白熟期>现蕾开花期>萌芽展叶期>果实成熟期>停长落叶期。萌芽开花期，气温较低，灵武长枣蒸腾耗水只用于营养器官的生长发育，主要以棵间蒸发为主，各处理耗水量在34.0~47.37 mm之间，各处理土壤水分均出现盈余，呈现灌溉增加土壤水分的蓄存阶段。现蕾开花期，枣吊、枣头、叶片和二次枝迅速生长，各处理耗水量逐渐提高在45.02~165.7 mm之间，各处理土壤水分出现少量盈余。幼果膨大期，生殖生长达到顶峰，耗水量陡增，各处理耗水量在115.31~260.57 mm，各处理土壤水分多出现亏缺。果实白熟期，耗水量相对较大，各处理耗水量137.74~203.29 mm。果实成熟期，灵武长枣生理活动开始变缓，耗水量有所降低，耗水量26.02~62.62 mm。停长落叶期灵武长枣耗水量继续降低，为耗水量为14.00～19.29 mm。
表3 灵武长枣2017年、2018年各生育期耗水量 (mm)
年份 处理 萌芽展叶期 现蕾开花期 幼果膨大期 果实白熟期 果实成熟期 停长落叶期

生育期

耗水总量
2017 T1 35.04 87.81 115.31 137.74 26.02 16.36 418.28
T2 46.22 122.20 131.62 138.33 28.96 16.50 483.83
T3 41.07 139.55 175.13 148.62 33.22 16.80 554.39
T4 43.86 158.95 201.29 163.61 44.10 18.41 630.22
2018 T1 34.00 45.02 172.38 137.59 50.57 17.82 457.38
T2 41.20 53.10 188.10 168.16 35.42 14.14 500.12
T3 47.37 84.41 215.88 176.69 49.68 14.73 588.76
T4 43.55 140.12 250.43 180.51 59.68 14.00 688.29
T5 41.49 165.7 260.57 203.29 62.62 19.29 752.96
耗水强度反映了作物不同生育阶段内灌溉、施肥、气象等对作物生长发育的综合影响。耗水强度（mm/d）=耗水量/灌水时间，灵武长枣各生育期耗水强度见图5。由图5可知，2017年试验得出灵武长枣全生育期内耗水强度从萌芽展叶期至落叶期呈先上升后下降再上升又下降的趋势，现蕾开花期耗水强度出现较大值，果实白熟期耗水强度达到顶峰。2018年试验得出灵武长枣全生育期耗水强度从萌芽展叶期至停长落叶器呈凸抛物线趋势，果实白熟期耗水强度达到顶峰，幼果膨大期耗水强度高于现蕾开花期，2018年幼果膨大期降雨达84.33 mm，现蕾开花期和果实白熟期为灵武长枣需水关键期。各生育期耗水强度对比：果实白熟期>现蕾开花期>幼果膨大期>果实成熟期>萌芽展叶期>停长落叶期。各处理在萌芽展叶期耗水强度为1.13～1.58 mm/d，现蕾开花期为1.29～5.54 mm/d，幼果膨大期耗水强度为2.26~5.11 mm/d，果实白熟期耗水强度处于各生育期最大，在4.44～6.56 mm/d之间；成熟期耗水强度在1.08~2.61 mm/d，到落叶期逐步降至0.56~0.77 mm/d。从总体来看，各处理随着灌水量和降雨量的增加，耗水强度也随之增加。
图5 灵武长枣生育期各阶段耗水强度变化动态

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2.3 不同水肥处理对灵武长枣内在品质及产量的影响

不同试验处理灵武长枣内在品质见表4。2017年各处理可溶性糖在45.0%~46.10%之间，处理T2最大为48.8%；2018年各处理可溶性糖在15.4%~18.2%之间，处理T5最大，为20.4%。Vc具有还原性质，即抗氧化作用，保持灵武长枣的新鲜香味。2017年各处理Vc含量在242.43~258.13 mg/100 g之间，处理T1最大为258.13 mg/100 g；2018年各处理Vc含量在304.6~328.2 mg/100 g之间，处理T1最大为328.2 mg/100 g。2017年不同处理总酸的范围为3.56 ~4.56 g/kg，2018年不同处理总酸的范围为4.39~6.58 g/kg。可溶性固形物是糖、有机酸及其他固体物质的总和。2017年不同处理灵武长枣可溶性固形物为31.10%~33.50%，其中处理T2最大为33.50%，T1处理为33.10%，T4和T3处理分别为32.70%和31.10%。2018年不同处理灵武长枣可溶性固形物为17.9%~30.7%，其中处理T3最大为30.7%，T2处理次之为30.6%。综合两年试验结论，各处理之间差距较小，灌溉水量的不同对长枣品质的影响不显著。
表4 生育期不同处理对灵武长枣品质的影响
年度 处理

可溶性糖/

%

维生素C/

（mg·100 g-1）

总酸/

（g·kg-1）

 可溶性固形物/%

产量/

（kg·hm-2）

水分生产率/

（kg·m-3）
2017 T1 46.10 258.13 4.56 33.10 10 975.5 2.62
T2 48.80 242.43 3.56 33.50 11 703.0 2.42
T3 45.30 246.21 3.77 31.10 16 080.0 2.90
T4 45.00 248.00 4.39 32.70 12 384.0 1.97
2018 T1 18.20 328.20 6.17 17.90 9 686.4 2.12
T2 15.40 326.70 4.39 30.60 10 243.2 2.05
T3 16.50 304.60 6.58 30.70 11 184.0 1.90
T4 18.40 320.20 5.75 25.90 11 702.4 1.70
T5 20.40 306.50 5.73 26.80 11 731.2 1.56
由表4可知，2017年灵武长枣T3产量最高为16 080 kg/hm2，总体表现为T3>T4>T2>T1；作物水分生产率均为T3最高，为2.91 kg/m3，总体表现均为，综上试验结果采用T3处理为最优处理，可达到更好的节水高产效果。2018年T5产量最高为782.08 kg/hm2，总体表现为T5>T4>T3>T2>T1，随着灌水量的增加，产量也随之增加。水分生产效率T1最大为2.62 kg/m3，随着灌水量的增加水分生产率逐渐下降，总体表现为T1>T2>T3>T4>T5。
根据水利行业标准《农村水利技术术语》（SL56-2013）［12］，作物水分生产率为作物产量与全生育期耗水量的比值，单位为kg/m3。2017年水分生产率T3最大为2.91kg/m3，表现为T3>T2>T1>T4；2018年水分生产率T1最大为1.60 kg/m3，表现为T5>T4>T8>T7>T9>T6>T1>T2>T3，各处理间水分生产率差异不大。
综合两年试验结果，T3处理为最优处理。即推荐灵武长枣灌溉制度见表5。在此处理下灵武长枣产量为11 184~16 080 m3/hm2；水分生产率为1.90~2.90 kg/m3。
表5 推荐灵武长枣灌溉制度 (m3/hm2)
灌水时间 萌芽展叶期 现蕾开花期 幼果膨大期 果实白熟期 果实成熟期 休眠期
4月中旬（春灌） 5月中旬 6月上旬 6月中旬 6月下旬至7月上旬 7月中旬 7月下旬至8月中旬 8月中旬 8月下旬 9月中旬 11月上旬
灌水定额 450 300 300 300 375 375 450 450 450 375 450
注：灌溉定额为4 275 m3/hm2。

3 结 论

（1）在整个生育期，各次灌水或降雨后土壤含水率发生显著变化，且在整个生育期计划湿润层深度（100 cm）30~100 cm土层土壤含水率较大，其中30～60 cm土层内平均含水率为10.20%，约为70%的田间持水量，长枣主根系分布于30~60 m，长枣生长土壤水分主要来源于30~60 cm的主要土层。
（2）单次灌水量低于225 m3/hm2对60 cm处土壤含水率影响较小，低于300 m³/hm2时对100 cm处土层的含水率影响较小，灌水量超过450 m³/hm2时，100 cm处土壤含水率有较大影响，即产生深层渗漏，在灌水定额选取时宜为300~450 m³/hm2。
（3）灵武长枣各生育期耗水量大小趋势依次为：果实膨大期>果实白熟期>幼果膨大期>现蕾开花期>萌芽展叶期>果实成熟期>停长落叶期，其各生育期阶段耗水强度大小比较：果实白熟期>现蕾开花期>幼果膨大期>果实成熟期>萌芽展叶期>停长落叶期，现蕾开花期和果实白熟期为灵武长枣需水关键期。
（4）综合两年试验结果，T3处理为最优处理。在此处理下灵武长枣产量为11 184~16 080 m3/hm2；水分生产率为1.90~2.90 kg/m3。

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