干旱區(qū)枸杞滴灌灌溉制度試驗(yàn)研究

徐利崗，杜 歷，鮑子云，苗正偉，張上寧，李金澤

(1.寧夏水利科學(xué)研究院，銀川 750021； 2.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，烏魯木齊 830011； 3.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校，河北 滄州 061001； 4.寧夏大學(xué)，銀川 750021)

寧夏枸杞(Lycium barbarum L)屬茄科枸杞屬落葉灌木，是重要的藥用植物資源和藥食同源的名貴中藥材，廣泛分布于我國(guó)寧夏、內(nèi)蒙古及新疆等多個(gè)省區(qū)的干旱半干旱地區(qū)[1]。2005年，寧夏枸杞獲國(guó)家原產(chǎn)地域保護(hù)。枸杞產(chǎn)業(yè)是寧夏的戰(zhàn)略性主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和支柱性區(qū)域特色農(nóng)業(yè)的代表。至2010 年，寧夏種植面積突破了4.67萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量達(dá)到了8萬(wàn)t，占全國(guó)60%，出口量占全國(guó)90%。枸杞的適應(yīng)性較強(qiáng)，對(duì)溫度、光照、土壤要求不嚴(yán)格，可在干旱沙地、鹽堿地上種植，對(duì)于荒灘、鹽堿地較多的地區(qū)，枸杞可作為棄荒地利用的先鋒植物[2]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)枸杞的研究主要從枸杞子營(yíng)養(yǎng)與藥用功效[3,4]、枸杞多糖的臨床作用[5]、組成與提取技術(shù)[6]、枸杞葉成分及藥理作用[7,8]、枸杞品種資源篩選[9]、不同水分虧缺[10]及溫度處理對(duì)枸杞多糖及品質(zhì)的影響[11]、微咸水灌溉[12]及不同覆蓋材料[13]條件下枸杞生長(zhǎng)發(fā)育的特征等方面展開，而對(duì)于枸杞灌溉，尤其是干旱區(qū)枸杞的高效節(jié)水灌溉制度研究極少。本文以大田滴灌枸杞為研究對(duì)象，依據(jù)枸杞根區(qū)土壤水變化、植株生理生態(tài)指標(biāo)及產(chǎn)量品質(zhì)等參數(shù)，確定合理枸杞滴灌灌溉制度，為枸杞種植生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處西北干旱內(nèi)陸地區(qū)，位于寧夏北部，干旱少雨，蒸發(fā)量大，日照充足，積溫較高。多年平均氣溫8.8 ℃，年日照時(shí)數(shù)為2 800～3 100 h，多年平均降雨量179 mm，蒸發(fā)量1 864 mm，無(wú)霜期155 d左右，年平均風(fēng)速2～6 m/s，土壤凍結(jié)深度0.8～1.2 m。核心試驗(yàn)區(qū)位于中國(guó)灌溉試驗(yàn)寧夏中心站試驗(yàn)基地枸杞種植區(qū)(106°42′E 38°27′N，海拔1 115 m)，選擇一塊長(zhǎng)勢(shì)均等，冠幅適中，無(wú)病蟲害的片區(qū)(21 m×24 m)作為枸杞滴灌灌溉制度試驗(yàn)測(cè)定區(qū)域。試驗(yàn)區(qū)土壤類型為淡灰鈣土，0～40 cm土壤顆粒組成為：粒徑2.0～0.25 mm占49.4%，0.25～0.05 mm占31.6%，0.05～0.02 mm占2.0%，0.02～0.002占4.4%，<0.002 mm占12.6%，為壤質(zhì)砂土。試驗(yàn)灌溉水源為地下水，礦化度0.46 g/L。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為3年齡寧夏枸杞(Lycium barbarum L)樹，品種為寧杞7號(hào)，株行距為1 m×3 m。

采用隨機(jī)區(qū)組排列，共設(shè)6個(gè)處理，1個(gè)對(duì)照，3次重復(fù)，小區(qū)面積9 m×7 m=63 m2。灌溉定額分別為750 m3/hm2(CK)，1 350 m3/hm2(T1)，1 950 m3/hm2(T2)，2 550 m3/hm2(T3)，3 150 m3/hm2(T4)，3 750 m3/hm2(T5)，4 650 m3/hm2(T6)。自4月下旬至9月上旬共灌水14次，分別在萌芽期灌水1次(春水)，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期2水、盛花期、盛果期各4水、秋季生長(zhǎng)期灌水3次。灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

1.3 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法

(1)土壤含水率測(cè)定，在距測(cè)試樣株樹干水平距離20、40及60 cm處，分別埋設(shè)200 cm長(zhǎng)TDR套管，利用TREM-TDR監(jiān)測(cè)深度分別為0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～130、130～160、160～200 cm土層土壤體積含水率。生育期內(nèi)每10 d監(jiān)測(cè)一次，灌水前、后及降雨(>5 mm)后分別加測(cè)。每月對(duì)同一地點(diǎn)、同一時(shí)間、同一剖面土層，采用烘干法對(duì)TREM-TDR測(cè)點(diǎn)測(cè)定土壤含水率，最終對(duì)器測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。

表1 枸杞滴灌灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì) m3/hm2

(2)枸杞生長(zhǎng)量測(cè)定，選定典型植株，萌芽前及修剪后利用電子游標(biāo)卡尺及卷尺測(cè)定植株地徑、株高、東西冠幅、南北冠幅、每個(gè)枝條的條長(zhǎng)及徑粗。在東、西、南、北各選一條枝條，進(jìn)行標(biāo)記，然后每個(gè)生育期后期進(jìn)行觀測(cè)，落葉期后進(jìn)行最后一次觀測(cè)。

(3)測(cè)產(chǎn)，選定典型植株，在夏果及秋果成熟后分別采摘(成熟一批，采摘一批)稱量鮮果重及百粒重，經(jīng)處理后晾曬稱量干果重及百粒重，計(jì)量粒度(50 g的枸杞干果所含顆粒的個(gè)數(shù))，整理測(cè)算典型植株產(chǎn)量水平，測(cè)算干鮮比。

(4)品質(zhì)測(cè)定，委托專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)枸杞干果的水分、多糖、甜菜堿、粗脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸等7個(gè)品質(zhì)指標(biāo)。

1.4 器測(cè)土壤含水率的校核與標(biāo)定

為了檢驗(yàn)利用TREM-TDR監(jiān)測(cè)得到的土壤含水量數(shù)據(jù)的可靠性，每月對(duì)同一地點(diǎn)、同一時(shí)間、同一剖面土層，用烘干法對(duì)器測(cè)測(cè)點(diǎn)分別進(jìn)行土壤含水率測(cè)定以校核器測(cè)數(shù)據(jù)。采用6-10月份烘干法與TDR對(duì)各處理0～200 cm土層檢測(cè)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)繪制散點(diǎn)圖(圖1)。從兩種方法測(cè)定數(shù)據(jù)來(lái)看，TDR儀器測(cè)定數(shù)據(jù)普遍大于烘干法數(shù)據(jù)，偏大0.57%～29%。為了保證后續(xù)分析中數(shù)據(jù)的可靠性，根據(jù)圖1中的校正公式對(duì)器測(cè)數(shù)據(jù)系列進(jìn)行校正。

圖1 烘干法與TDR監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性散點(diǎn)圖

1.5 研究區(qū)不同頻率年降水量分析

利用中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn/index.jsp)及收集的寧夏北部地區(qū)分布的惠農(nóng)、暖泉、陶樂、銀川市、吳忠市、鹽池、中衛(wèi)及中寧等國(guó)家基準(zhǔn)站及輔助氣象站點(diǎn)1951年1月-2014年12月計(jì)64年的月降水資料分析寧夏北部地區(qū)不同頻率下年降水量(表2)。從表中可以看出，寧夏北部地區(qū)豐水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)年降水量分別為208.75、159.64及119.57 mm。2014年，寧夏北部地區(qū)降水量為175 mm，較多年平均減少2.5%，屬于平水偏豐年型(P=40%)。

表2 寧夏北部地區(qū)不同頻率年、月降水量分析表

2 結(jié)果與分析

2.1 距枸杞樹干不同位置處土壤水時(shí)空變化特征分析

利用垂直滴灌帶并分別距枸杞樣株樹干20、40及60 cm處的0～200 cm土層剖面土壤含水率數(shù)據(jù)，將第一次測(cè)定土壤含水率的日期(即5月1日)設(shè)定為0日，監(jiān)測(cè)期內(nèi)共測(cè)定14次，依次類推將每次測(cè)定日期換算為距5月1日的日數(shù)，以處理4(T4)為例，整理繪制距樹干不同距離處土壤水時(shí)間變化過程等值線圖(圖2)，同時(shí)繪制灌水前后不同距離處土壤水分空間變化等值線圖(圖3)。從圖2可以看出，隨著距離樹干及滴頭(滴頭位于樹干根部)越遠(yuǎn)，其土壤含水率越低，而不同距離處的不同剖面土壤含水率變化規(guī)律基本一致。由于試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為壤質(zhì)砂土表層10 cm處陸面蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤含水率相對(duì)較低，距樹干水平距離20 cm處深度20～80 cm土層土壤含水率較大，說(shuō)明水分入滲的深度基本保持在80 cm左右；距樹干水平距離40 cm處深度位于20～70 cm深的土層含水率較大；距樹干水平距離60 cm處深度40～70 cm土層的含水率較大，根據(jù)植物根系的向水性分析可知試驗(yàn)樣株根系層主要位于深度為20～70 cm土層，該結(jié)論也被實(shí)際挖根試驗(yàn)所驗(yàn)證。以試驗(yàn)期間6月1日灌水為例，分別繪制灌水前(5月31日)、灌水后(6月3日)以及灌水前后土壤含水率變化量的等值線圖(圖3)，由圖3可知，由于試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地相對(duì)均一，灌水前后0～200 cm土壤含水率空間分布較為相似，土壤含水率變化較為劇烈的土層主要分布在0～100 cm土層，變幅在0.15%～2.25%之間，尤其是在距樹干40 cm處深度20～70 cm土層，變幅為1.10%～2.15%。說(shuō)明干旱區(qū)枸杞土壤水分變化敏感區(qū)域?yàn)榫鄻涓?0 cm的根層分布區(qū)。

圖2 距樹干不同水平距離的土層土壤含水率時(shí)間變化圖

圖3 灌水前后(6月1日灌水)距樹干不同水平距離的土層土壤含水率空間變化特征

2.2 不同水分處理下枸杞土壤水變化特征分析

根據(jù)前文分析，滴灌枸杞土壤含水率的變化敏感區(qū)域?yàn)榫鄻涓?0 cm處20～70 cm的土層，為了分析不同水分處理下枸杞根系層土壤含水率的變化特征，以距樹干40 cm處土壤含水率為主，繪制不同水分處理下枸杞根層(20～70 cm)土壤含水率變化過程線(圖4)。從圖4可以看出，各處理在不同監(jiān)測(cè)期的土壤含水率變化不是十分劇烈，變幅在3.68%～6.68%。處理T6的土壤含水率在不同時(shí)段均為最高，T5次之，CK土壤含水率較低，在初始含水率相近的條件下，T6及T5的土壤貯水量相對(duì)較多，為枸杞根系提供可吸收利用的土壤水分較多。以試驗(yàn)期間6月1日灌水為例，分別繪制灌水前(5月31日)、灌水后(6月3日)距枸杞樹主干不同水平距離(20、40及60 cm)處的各水分處理不同土層土壤含水率變化過程(圖5)。從圖4可以看出，總體來(lái)看，灌水前后，距樹干不同距離處各處理不同土層土壤含水率變化過程基本相似，則可以說(shuō)明試驗(yàn)區(qū)土層質(zhì)地基本均一，在灌水前后土壤水入滲受到影響不大。灌水前后，距枸杞主干20 cm處土壤含水率變幅在0.2%～5.5%，其中T2在10 cm處的變幅為5.5%。距枸杞主干40 cm處土壤含水率變幅在0.2%～4.3%，其中T6在20 cm處的變幅為4.3%；距枸杞主干60 cm處土壤含水率變幅在0.1%～3.4%，其中T4在40 cm處的變幅為3.4%。

圖4 不同水分處理下枸杞根層土壤含水量變化過程線

圖5 距樹干不同距離處各水分處理灌水前后不同深度土壤水變化過程線

2.3 不同水分處理下枸杞生長(zhǎng)量變化特征分析

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)于萌芽前(4月8日)至休眠期(10月28日)利用電子游標(biāo)卡尺及卷尺測(cè)定不同水分處理下樣株地徑、株高、東西冠幅等生長(zhǎng)參量，并整理各生長(zhǎng)指標(biāo)在全生育期內(nèi)的變化量(表3)。從表3可以看出不同水分處理?xiàng)l件下枸杞生長(zhǎng)量表現(xiàn)不同?？傮w來(lái)說(shuō)隨著灌水量的增加枸杞樹地徑及株高隨之增加，地徑及株高年增量最大的是T6(4 650 m3/hm2)，分別為0.59和12.22 cm；其次是T5(3 750 m3/hm2)分別增加0.52和11.16 cm。由于樹形的修剪與結(jié)果期時(shí)枝條下垂，到落葉期時(shí)冠幅不夠齊整，導(dǎo)致冠幅變化較大，規(guī)律性不強(qiáng)。從各方向條長(zhǎng)及莖粗的變化量來(lái)看，西側(cè)及南側(cè)的枝條生長(zhǎng)量明顯高于東側(cè)及北側(cè)，究其原因認(rèn)為一方面與修剪留枝有關(guān)，另一方面與太陽(yáng)光照等氣象因素有關(guān)。

表3 不同水分處理下枸杞生長(zhǎng)量變化表 cm

2.4 不同水分處理對(duì)產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

對(duì)不同水分處理各試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行考種測(cè)產(chǎn)，并測(cè)定鮮果百粒重、干果百粒重及粒度等產(chǎn)量特征指標(biāo)(表4)。有表4可以看出，各處理的鮮果產(chǎn)量T5(3 750 m3/hm2)及干果產(chǎn)量均最高，干鮮比為1∶4.66，T4(3 150 m3/hm2)次之，鮮果產(chǎn)量3 384.45 kg/hm2，但干果產(chǎn)量相對(duì)較低，干鮮比近為1∶5.23。T6(4 650 m3/hm2)干果產(chǎn)量?jī)H次于T5，為49.61，干鮮比最高為1∶4.24。從百粒重及粒度來(lái)衡量仍然是T5最高。將各水分處理選取500 g枸杞干果作為樣品進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)(表5)。從表5中可以看出，枸杞營(yíng)養(yǎng)成分中較為重要的甜菜堿隨水分處理不同而不同，T4含量最高，T5次之。枸杞多糖則是T5含量最高，T4次之，從醋蛋白及氨基酸總量來(lái)看，T5含量也最高。因此認(rèn)為T5處理的水分利用效率最高且品質(zhì)相對(duì)較好。

表4 不同水分處理枸杞產(chǎn)量特征

表5 不同水分處理枸杞品質(zhì)特征表

注：檢測(cè)氨基酸包括：天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、賴氨酸、精氨酸。

2.5 合理枸杞滴灌灌溉制度確定

基于前文分析，從枸杞根層土壤含水率貯存量、作物生長(zhǎng)量變化及灌溉水利用效率及品質(zhì)優(yōu)劣等多方面因素考慮，平水偏豐年型(P=40%)降水條件下枸杞滴灌灌溉制度(表6)為：灌溉定額為3 750 m3/hm2，灌水14次，分別在萌芽期灌水1次(春水)，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期2水、盛花期、盛果期各4水、秋季生長(zhǎng)期灌水3次，其中6-7月份為枸杞關(guān)鍵需水期。

表6 寧夏干旱區(qū)枸杞滴灌灌溉制度

3 結(jié) 論

以寧夏為靶區(qū)，以大田滴灌枸杞為研究對(duì)象，分析了不同水分處理?xiàng)l件下枸杞土壤水分動(dòng)態(tài)變化，株高、地徑及冠幅等生長(zhǎng)量變化以及水分對(duì)產(chǎn)量品質(zhì)的影響，基于多因素綜合確定合理的枸杞滴灌灌溉制度，主要結(jié)論有：

(1)隨著距離樹干及滴頭越遠(yuǎn)，其土壤含水率越低，距離樹干20 cm處20～80 cm土層土壤含水率較大，水分入滲的深度基本保持在80 cm左右；40 cm處20～70 cm土層含水率較高；60 cm處40～70 cm土層含水率較高，認(rèn)為試驗(yàn)區(qū)根系層主要位于20～50 cm土層。0～100 cm土層土壤含水率變化較為劇烈，變幅在0.15%～2.25%之間，尤其是在距樹干40 cm處的20～70 cm土層，變幅為1.10%～2.15%，說(shuō)明干旱區(qū)枸杞土壤水分變化敏感區(qū)域?yàn)榫鄻涓?0 cm的根層分布區(qū)。

(2)各水分處理在不同監(jiān)測(cè)期土壤含水率變幅在3.68%～6.68%。灌水前后，距樹干不同距離(20、40及60 cm)各處理不同土層土壤含水率變化過程基本相似。距枸杞主干20 cm處土壤含水率變幅在0.2%～5.5%，距樹干40 cm處土壤含水率變幅在0.2%～4.3%，60 cm處土壤含水率變幅在0.1%～3.4%。

(3)不同水分處理?xiàng)l件下枸杞生長(zhǎng)量表現(xiàn)不同，隨灌水量的增加枸杞樹地徑及株高隨之增加。由于樹形的修剪與結(jié)果期時(shí)枝條下垂等原因，冠幅變化較大規(guī)律性不強(qiáng)。西側(cè)及南側(cè)的枝條生長(zhǎng)量明顯高于東側(cè)及北側(cè)。

(4)處理T5(3 750 m3/hm2)鮮果產(chǎn)量、干果產(chǎn)量、百粒重及粒度均最高，干鮮比為1∶4.66，T4(3 150 m3/hm2)次之，鮮果畝產(chǎn)量225.63 kg。T6(4 650 m3/hm2)干果產(chǎn)量?jī)H次于T5，為49.61，干鮮比最高為1∶4.24。T4甜菜堿含量最高，T5次之。枸杞多糖則是T5含量最高，T4次之。認(rèn)為T5處理的水分利用效率最高且品質(zhì)相對(duì)較好。

(5)根據(jù)枸杞根層土壤含水率貯存量、作物生長(zhǎng)量及灌溉水利用效率及品質(zhì)優(yōu)劣等因素考慮，平水偏豐年型(P=40%)降水條件下枸杞滴灌灌溉制度為：灌溉定額3 750 m3/hm2，灌水次數(shù)14次，分別在萌芽期灌水1次(春水)，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期2水、盛花期、盛果期各4水、秋季生長(zhǎng)期灌水3次；6月份為枸杞關(guān)鍵需水期，7月份次之。

[1] 匡可任, 路安民.中國(guó)植物志: 茄科[M].北京: 科學(xué)出版社，1978: 24-27.

[2] 李惠霞, 何文壽, 王曉軍. 鹽漬化土壤枸杞葉養(yǎng)分變化規(guī)律研究[J].北方園藝, 2011,(9):179-182.

[3] Harunobu A, Farnsworth N R. A review of botanical characteristics, phytochemistry, clinical relevance in efficacy and safety of Lycium barbarum fruit (Goji) [J].Food Research International, 2011,44(7):1 702-1 717.

[4] Harunobu A, Sun B X, Carmia B. Lycium barbarum (goji) juice improves in vivo antioxidant biomarkers in serum of healthy adults[J]. Nutrition Research,2009,29(1):19-25.

[5] Xin Y F, Wan L L, Peng J L,et al. Alleviation of the acute doxorubicin-induced cardiotoxicity by Lycium barbarum polysaccharides through the suppression of oxidative stress[J]. Food and Chemical Toxicology,2011,49(1):259-264.

[6] 王戰(zhàn)勇,閏 松,高麗穎,等．枸杞多糖的提取純化及組成分析[J].氨基酸與生物資源,2008,30(1):22-24.

[7] Kim S Y, Lee K H, Chang K S,et a1.Taste and flavor compounds in box thorn(Lycium chinense Miller)leaves[J].Food Chemistry,1997,58(4):297-303．

[8] 馬婷婷,張 旭,饒建華,等，枸杞葉成分及藥理作用研究進(jìn)展[J].北方園藝,2011,13:194-196.

[9] 梁海永,劉興菊,楊敏生.利用RAMP-PCR技術(shù)對(duì)枸杞10個(gè)品種資源的分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(16):61-64.

[10] 張 萍,鄭國(guó)琦,鄭國(guó)保,等.虧缺灌溉對(duì)枸杞果實(shí)糖積累和蔗糖代謝相關(guān)酶活性的影響[J].干旱區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2009,27(6):160-163,178.

[11] 趙游麗,馮 美,康建宏.不同溫度處理對(duì)采后枸杞果實(shí)呼吸強(qiáng)度和品質(zhì)的影響[J],農(nóng)業(yè)科學(xué)研究,2010,31(4):34-36,45.

[12] DOU C Y, Kang Y H, Wan S Q,et al. Soil salinity changes under cropping with Lycium Barbarum L and irrigation with saline-sodic water[J]. Pedosphere, 2011,21(4):539-548.

[13] 張廣忠,王有科,樊 輝,等.不同覆蓋材料的保水效果及其對(duì)枸杞生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J], 干旱區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2010,28(2):49-52.