喻彩麗 花元濤 劉書東

摘要：綜述了棗樹根系在土壤中的生長規(guī)律及營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸途徑;介紹了我國水資源情況，分析了滴管灌溉的原理和果林種植業(yè)中節(jié)水灌溉的情況;對(duì)水分和有機(jī)質(zhì)在土壤中的運(yùn)移進(jìn)行了總結(jié)，并構(gòu)建了根在土壤水資源中水分運(yùn)移模型的方式，提供了根系在土壤水分運(yùn)移模式的理論基礎(chǔ)，并為紅棗產(chǎn)業(yè)水資源的保護(hù)和利用研究提供了新思路。

關(guān)鍵詞：棗樹;根系;水分運(yùn)移;灌溉模式;滴灌深度;入滲模型

棗樹（Jujube）為鼠李科（Rhamnaceae）棗屬木本植物，落葉小喬木。棗樹在我國種植歷史悠久，據(jù)考證有8 000多年的歷史，其果實(shí)俗稱大棗、紅棗或棗子。棗樹最早記載于我國古典文獻(xiàn)《詩經(jīng)》中，認(rèn)為黃河流域中下游是我國古代棗樹種植最早的地區(qū)[1]。我國古典書籍中，關(guān)于紅棗在藥用方面價(jià)值的記載主要有久食有益脾胃、益智延年、養(yǎng)生保健等功效[2]。近些年來我國西部省份也開始大量栽植棗樹，尤其是在新疆。由于新疆地區(qū)具有晝夜溫差大等特點(diǎn)，利于棗子價(jià)值提高，棗樹在新疆地區(qū)的種植面積不斷擴(kuò)大。在21世紀(jì)初期，棗樹在我國的栽植面積已經(jīng)突破150多萬hm2，占全世界種植面積的98%以上[3]。在新疆，棗樹的種植面積高達(dá)45.92萬hm2，棗子的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了105.8萬t，其中新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)種植面積就達(dá)10.49萬hm2，產(chǎn)量達(dá)43.45萬t[4]。隨著精準(zhǔn)扶貧力度的加大，加強(qiáng)林果業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展成為我國西部振興的基礎(chǔ)，符合“金山銀山不如清水綠山”的發(fā)展理念。目前，棗樹的種植管理水平還需要進(jìn)一步提高，對(duì)應(yīng)加工產(chǎn)業(yè)也有巨大的發(fā)展空間。

紅棗作為一種藥食同源的食品，不但能食用，還有藥物療效。記載棗為藥物的有關(guān)文獻(xiàn)歷史已有2 000多年，棗有比較豐富的營養(yǎng)成分和藥物活性成分[5]，有“補(bǔ)品之王”和“上等補(bǔ)品”之稱[6]。紅棗具有多種可以用于食用和藥用的價(jià)值[7]。研究表明，紅棗含有黃酮類、糖類、環(huán)磷酸腺苷等活性成分，具增強(qiáng)免疫力、抗腫瘤、降血脂等功效[8-12]。

棗對(duì)于人們的生活有很多好處，怎樣更好地種植棗樹是每個(gè)種植工作者應(yīng)該思考的問題，尤其是關(guān)于棗樹土壤水分運(yùn)移的研究。

1 農(nóng)業(yè)用水的分布及其灌溉模式

水資源主要被用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活等，而目前農(nóng)業(yè)用水占比最多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球近70%的淡水資源主要用于農(nóng)業(yè)灌溉。盡管如此，農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題其實(shí)還是水資源問題，水資源不足使農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)總量上大幅度減少。同時(shí)，農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)沒有得到普及，農(nóng)業(yè)用水的利用率偏低。在我國絕大多數(shù)地區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉水資源浪費(fèi)極其嚴(yán)重。因此在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，節(jié)水是最重要的目標(biāo)之一。目前全世界已經(jīng)開始著手解決水資源匱乏以及用水緊張的問題?；诖耍藗冊谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提出節(jié)水灌溉管理，這不但可以阻止水資源的過度浪費(fèi)，還能使水肥在植物根系部位得到更高效的運(yùn)用，促進(jìn)精準(zhǔn)和高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展。節(jié)水灌溉技術(shù)是一種包括現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施綜合利用的工程技術(shù)，不但能夠改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中的節(jié)約用水問題，還可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。

我國農(nóng)業(yè)灌溉用水利用率低，每年農(nóng)業(yè)灌溉所需要總水量高達(dá)3 800億m3，占我國總用水量的70%以上，而水資源利用系數(shù)卻不足0.4，造成了極大的水資源浪費(fèi)。一些發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)的四五十年代就開始在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中研究利用節(jié)水灌溉的方法，并且取得了較好的科研成果。節(jié)水灌溉技術(shù)主要利用了輸水管道在運(yùn)輸水分過程中具備良好的防滲性，并結(jié)合水分滴灌、噴灌技術(shù)等科學(xué)灌溉方法以及設(shè)備自動(dòng)化裝置技術(shù)等，使用節(jié)水灌溉技術(shù)后，灌溉用水的利用系數(shù)可高達(dá)0.8。

隨著水資源匱乏程度的加劇，我國對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水問題已經(jīng)開始重視起來。2012年國務(wù)院發(fā)布了《國家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要（2012—2020）》;2013年農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《水肥一體化技術(shù)指導(dǎo)意見》，對(duì)具體的水肥一體化推廣面積進(jìn)行了量化;2016年農(nóng)業(yè)部又頒布《推進(jìn)水肥一體化實(shí)施方案（2016—2020年）》。在國家政策的影響下，我國實(shí)施節(jié)水灌溉的農(nóng)業(yè)面積已超過1 000萬hm2。

2 地下滴灌深度對(duì)棗樹根系和水分的影響

棗樹根系是棗樹吸收水分、養(yǎng)分及礦物質(zhì)等的關(guān)鍵部位。為了確保根系在土壤中健壯生長，確認(rèn)根系需要水分的范圍，更好地提高棗樹產(chǎn)量和水分利用率，工作人員通過調(diào)查，采取了相應(yīng)的灌溉技術(shù)。要增大棗樹生產(chǎn)種植規(guī)模，需要調(diào)控地下滴灌深度等。傳統(tǒng)栽培管理中，大多數(shù)棗樹的根系和所吸收水分分布在較淺的土壤表層區(qū)域，這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因有很多，其中主要原因是棗樹根系為了吸收足夠的水分和養(yǎng)料等，導(dǎo)致其根部被迫生長于受到灌溉的土壤表層區(qū)域。因此，灌溉深度對(duì)棗樹根系在垂直、水平方向上的生長分布范圍都有一定的影響。此外，隨著地下滴灌技術(shù)的不斷發(fā)展，滴水的深度也在不斷增加，根系的生長分布特征也逐漸地從“寬淺”的生理模式逐步發(fā)展成為“深根”的生理模式，從而能夠更好地適應(yīng)棗樹的生長。

目前在我國灌溉領(lǐng)域中，地下滴灌技術(shù)屬于新型高效節(jié)能的一種灌溉應(yīng)用技術(shù)，其主要原理是通過應(yīng)用重力及毛細(xì)管的作用，使得水肥混合液能夠從地下滴灌管道處，有效且緩慢地滲透到植物的整個(gè)根系部分，從而在很大程度上提高水分的利用率。除此之外，應(yīng)用這一灌溉技術(shù)，可以更為科學(xué)、合理、適時(shí)地輸送水肥養(yǎng)料。這也為棗樹的生長發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)的提高等提供了更為良好的生長基礎(chǔ)和環(huán)境。隨著地下滴灌深度的不斷增加，棗樹根系會(huì)出現(xiàn)以下3種變化：（1）生長密度會(huì)隨著灌溉的深度逐漸地變小;（2）能夠?qū)λ薁I養(yǎng)物質(zhì)元素進(jìn)行更為有效、合理的吸收和利用;（3）周圍土壤的滴灌區(qū)域得到最大范圍的增大。

3 棗樹根系吸水研究

棗樹在生長過程中需從土壤中吸收水分和各種營養(yǎng)物質(zhì)，增施氮肥能夠促進(jìn)棗樹新梢生長，增強(qiáng)棗樹根系吸水能力。棗樹種植中，其根系生長情況和土壤水分的分布狀況是密不可分的。在早期生產(chǎn)上，減少落花和落果的主要方法是充分利用葉片光合作用以及有效吸收水分，促進(jìn)果實(shí)的膨大。關(guān)于果樹根系吸水的情況和根系在土壤中分布的相關(guān)性研究最早主要由Cardner等科學(xué)家在1964年提出[13]。之后的幾年內(nèi)，研究者認(rèn)為，根干的質(zhì)量、根系的數(shù)量等對(duì)根系吸收水分都起著極其重要的作用[14-15]。有一些研究者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根部直徑大于 2 mm 時(shí)，根系以輸導(dǎo)為主;當(dāng)根部直徑小于2 mm時(shí)，根系以吸水為主[16]。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉 聰. 新疆紅棗的功能性成分及加工工藝的研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2014.

[2]劉潤平. 紅棗的營養(yǎng)價(jià)值及其保健作用[J]. 中國食物與營養(yǎng)，2009，23（12）：50-52.

[3]梁 鴻. 中國紅棗及紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題和對(duì)策的研究[D]. 西安：陜西師范大學(xué)，2006.

[4]石國強(qiáng). 新疆兵團(tuán)紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D]. 石河子：石河子大學(xué)，2013.

[5]張艷紅. 紅棗中營養(yǎng)成分測定及質(zhì)量評(píng)價(jià)[D]. 烏魯木齊：新疆大學(xué)，2007.

[6]劉孟軍. 中國紅棗產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J]. 果農(nóng)之友，2008（3）：3-5.

[7]李淑子，張 本. 大棗的化學(xué)和藥理研究概況[J]. 中草藥，1983，14（10）：39-46.

[8]王愛蓉. 棗的營養(yǎng)與藥用價(jià)值[J]. 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005，15（23）：143-145.

[9]蘿 莉. 大棗生物活性多糖分離及抗氧化活性研究[D]. 鄭州：河南工業(yè)大學(xué)，2013.

[10]楊世平，孫潤廣，陳國良，等. 紅棗中營養(yǎng)、藥用有效成分多糖的分離與提純及其鑒定[J]. 延安大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（3）：38-40.

[11]張文杰，陳錦屏，馬娟峰. 紅棗主要活性成分及其藥理作用的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加，2008，10（10）：48-50.

[12]Wojdyo A，Carbonell-BarrachinaA，Legua P，et al.Phenolic composition，ascorbic acid content，and antioxidant capacity of Spanish jujube （Ziziphus jujube Mill.） fruits[J]. Food Chemistry，2016，107（15）：307-314.

[13]Gardner W R. Relation of root distribution to water uptake and availability[J]. Agronomy Journal，1964，56（1）：41-45.

[14]薛麗華，段俊杰，王志敏，等. 不同水分條件對(duì)冬小麥根系時(shí)空分布、土壤水利用和產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（19）：5296-5305.

[15]李彩霞，孫景生，周新國，等. 隔溝交替灌溉條件下玉米根系形態(tài)性狀及結(jié)構(gòu)分布[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（14）：3956-3963.

[16]郝仲勇，楊培嶺，劉洪祿，等. 蘋果樹根系分布特性的試驗(yàn)研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，3（6）：63-66.

[17]冀果信. 我國鮮棗出口的制約因素及其對(duì)策[J]. 北京農(nóng)業(yè)，2002（7）：4-6.

[18]宋鋒惠，俞 濤，卓熱木·塔西，等. 紅棗根系生長于地上部生長的相關(guān)性分析[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，47（12）：2416-2420.

[19]李景娟，高建偉. 氮磷調(diào)控根系形態(tài)的分子機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，45（6）：123-129.

[20]Chun L，Mi G H，Li J S，et al. Genetic analysis of maize root characteristics in response to low nitrogen stress[J]. Plant and Soil，2005，276（1/2）：369-382.

[21]Tian Q Y，Chen F J，Zhang F S，et al. Possible involvement of cytokinin in nitrate-mediated root growth in maize[J]. Plant and Soil，2005，277（1/2）：185-196.

[22]Williamson L C，Ribrioux S P，F(xiàn)itter A H，et al. Phosphate availability regulates root system architecture in Arabidopsis[J]. Plant Physiol，2001，126（2）：875-882.

[23]Svistoonoff S，Creff A，Reymond M，et al. Root tip contact with low-phosphate media reprograms plant root architecture [J]. Nat Genet，2007，39（6）：792-796.

[24]Bonser A M，Lynch J，Snapp S.Effect of phosphorus deficiency on growth angle of basal roots in Phaseolus vulgaris[J]. New Phytol，1996，132（2）：281-288.

[25]Ayars J E，Schoneman R A，Dale F，et al. Managing subsurface drip irrigation in the presence of shallow group water[J]. Agricultural Water Management，2001，47（3）：243-264.

[26]王麗娟，王文科，王 哲，等. 奎屯河流域包氣帶鹽分分布特征與影響因素[J]. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2008，30（4）：429-433.

[27]Novok V. Estimation of soil-water extraction patterns by root[J]. Agricultural Water Management，1987，12（4）：271-278.

[28]Nimah M N，Hanks R J. Model for estimating soil water，plant，and atmospheric interrelations：Ⅱ. Field test of model[J]. Soil Science Society of America Journal，1973，37（4）：528-532.

[29]Lambert J R，Vries F W T P D. Dynamics of water in the soil-plant-atmosphere- 7-system：a model named troika[M]//Physical aspects of soil water and salts in ecosystems.Heidelberg： Springer Berlin Heidelberg，1973：257-273.

[30]Feddes R A，Kowalik P，Zarandy H. Simulation of field water use and crop yield [J]. Pudoc.Wageningen，1978：189.

[31]Huck M G，Hillel D. A model of root growth and water uptake accounting for photosynthesis，respiration，transpiration，and soil hydraulics[J]. Advances in Irrigation，1983，2：273-333.

[32]Horton R E. The rle of infiltration in the hydrologic cycle[J]. EosTransactions American Geophysical Union，1933，14：446-460.

[33]陶生才，潘 婕，劉 珂. DSSAT 模型在中國農(nóng)業(yè)與氣候變化領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2015，31（9）：200-206.

[34]Diepen C A，Wolf J，Keulen H，et al. WOFOST：a simulation model of crop production[J]. Soil Use & Management，1989，5（1）：16-24.

[35]孫三民. 南疆棗樹間接地下滴灌條件下根區(qū)土壤水鹽肥運(yùn)移規(guī)律及根系調(diào)控研究[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[36]趙西寧，李 楠，高曉東，等. 基于18O示蹤的不同樹齡棗樹土壤水分利用特征分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34（3）：135-142.

[37]Richards L A. Capillary condition of liquids through porous medium [J]. Physics，1931，1（5）：318-333.

[38]Green W H，Ampt G A.Studies on soil physics.Ⅰ：the flow of air and water through soils[J]. Journal of Agricultural Science and Technology，1911，4（1）：1-24.

[39]Chu S T.Green-Ampt analysis of wetting patterns for surface emitters[J]. J of Irri and Drainage Engg，1994，120：414-421.

[40]Nielsen D R，van Genuchten M T，Biggar J W. Water flow and solute transport processes in the unsaturated[J]. Water Resources Research，1986，22（9）：234-245.

[41]Jury W A，Earl K D. Water movement in bare and cropped soil under isolated trickle emitters：Ⅰ. Analysis of bare soil experiments[J]. Soil Sci Soc Am Proc，1977，41：852-856.

[42]李光永，鄭耀泉，曾德超. 地埋點(diǎn)源非飽和土壤水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬[J]. 水利學(xué)報(bào)，1996（11）：47-51.趙 洪，鄧 姍，章毅穎，等. 2009—2018年我國番茄品種利用及管理分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（12）：24-28.