不同灌水量對(duì)紅棗果實(shí)生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

馬 雁，賈生海，白有帥，趙 霞，寇 睿，高 峰，楊述睿

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州730070； 2.民勤縣勤鋒林業(yè)實(shí)驗(yàn)站，甘肅 民勤733300；3.甘肅民勤連古城國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅 民勤733300)

0 引言

棗(ZiziphusjujubeMill)，屬李科棗屬植物，原產(chǎn)于我國(guó)黃河中下游，為藥食兼用果品之一，據(jù)《中國(guó)果樹志·棗卷》記載，紅棗品種達(dá)700多種，其中灰棗、駿棗、冬棗和金絲小棗產(chǎn)量最高[1-2]。棗樹適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)氣候條件和土壤環(huán)境要求低，耐寒、耐旱且耐薄瘠，是林果業(yè)中的優(yōu)勢(shì)樹種之一，在西北地區(qū)廣泛種植[3]。

我國(guó)西北地區(qū)干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，資源性缺水嚴(yán)重，水資源匱乏嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)[4]。近年來(lái)，隨著人口數(shù)量的增加和田地的不斷開墾，地下水超采嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致沙生植物枯萎死亡，防風(fēng)固沙體系被沙漠化不斷威脅當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展[5-6]。為了保證河流、湖泊的生態(tài)系統(tǒng)，將部分水資源用于生態(tài)用水顯得極其必要，這進(jìn)一步加劇了農(nóng)業(yè)用水的緊缺性，因此，發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)將有助于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

砂管灌(Sand Tube Irrigation，STI)在1997年被首次提出，是一種新型的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，由普通滴灌系統(tǒng)和布置在滴頭下方土壤中的導(dǎo)水裝置組成，能減少地表蒸發(fā)、解決滴頭堵塞等問(wèn)題[7-10]。近年來(lái)，學(xué)者們?cè)诮?jīng)濟(jì)林果業(yè)方面利用砂管灌技術(shù)，取得了良好的效果。BEN-GAL A等[11]在葡萄園內(nèi)開展了砂坑地下滴灌試驗(yàn)，利用Hydrus-2D軟件計(jì)算了砂坑的半徑和深度。謝恒星等[12]的研究表明，砂管中水條件下溫室甜瓜植株長(zhǎng)勢(shì)、品質(zhì)、產(chǎn)量和水分利用效率均優(yōu)于溝灌。孫三民等[13]對(duì)紅棗的研究表明，相對(duì)地表滴灌，砂管灌具有良好的節(jié)水增產(chǎn)效果，產(chǎn)量和灌溉水生產(chǎn)率能提高20%。

甘肅省民勤地區(qū)光熱資源充足，適宜發(fā)展以釀酒葡萄、紅棗和枸杞為主的經(jīng)濟(jì)林果產(chǎn)業(yè)[14]。但針對(duì)民勤紅棗砂管灌條件下不同灌水量對(duì)駿棗的影響鮮有報(bào)道。因此，本研究以地表滴灌為對(duì)照，通過(guò)試驗(yàn)研究在砂管灌條件下，不同灌水量對(duì)駿棗坐果率、果實(shí)膨大速率和產(chǎn)量的影響，為當(dāng)?shù)丶t棗產(chǎn)業(yè)的高效節(jié)水、高產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年4—10月在武威市民勤縣勤鋒林業(yè)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)站位于甘肅省河西走廊東北部，石羊河流域下游，北緯38°63′，東經(jīng)103°08′，海拔1 367.5 m，屬溫帶大陸性極干旱氣候，大陸性沙漠氣候特征明顯，年均降水量110 mm，年均蒸發(fā)量2 644 mm，年平均氣溫7.8 ℃。試驗(yàn)區(qū)土壤類型屬砂壤土，田間持水量(質(zhì)量)為20%，無(wú)霜期162 d，土壤干容重1.5 g/cm3。該地區(qū)光照充足，晝夜溫差大，北西東3面被兩大沙漠包圍，具有降水稀少且分布不均、地下水埋深較深及干旱頻繁導(dǎo)致供需矛盾突出的特點(diǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以勤鋒林業(yè)實(shí)驗(yàn)站內(nèi)7a生駿棗樹為試驗(yàn)材料，株距1.5 m，行距3.5 m，平均樹高2.5 m，東北西南行向。春季棗樹萌芽展葉前施入復(fù)合肥(N-P2O5-K2O，28%-6%-6%)作為基肥，施肥量100 kg/hm2，果實(shí)膨大期追肥，統(tǒng)一施入尿素(CO(NH2)2，N含量≥46%)，總計(jì)追肥量760 kg/hm2。

試驗(yàn)地安裝滴灌系統(tǒng)，每行鋪設(shè)一條滴灌管，在滴灌管上距試驗(yàn)樹兩側(cè)30 cm處開孔，布置一個(gè)滴頭，流量4 L/h。在試驗(yàn)樹兩側(cè)30 cm處用高爾夫果嶺專用打孔器各打一直徑10 cm，深20 cm的孔，填入粗砂，滴頭及砂管布置示意如圖1所示。

圖1 滴頭和砂管布置示意Fig.1 Schematic diagram of dripper and sand pipe layout

試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)試驗(yàn)，在砂管灌條件下設(shè)置3個(gè)灌水量，分別為2 700 m3/hm2(W1)、3 375 m3/hm2(W2)、4 050 m3/hm2(W3)，以滴灌為對(duì)照(CK，4 050 m3/hm2)，共4個(gè)處理，每行作為1個(gè)處理，每個(gè)處理選生長(zhǎng)狀況良好、樹勢(shì)基本一致的3株棗樹作為重復(fù)，具體設(shè)計(jì)方案如表1所示。試驗(yàn)灌水量用水表計(jì)量，在棗樹與砂管連線中垂線的30 cm處用土鉆取土，用烘干法每隔7 d測(cè)定一次土壤含水量，每10 cm取土一次，取土深度1 m。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1坐果率測(cè)定

每棵樹東南西北4個(gè)方位各選取2枝固定棗吊，共8枝棗吊，掛牌做標(biāo)記。于6月棗樹開花期始，每隔7 d數(shù)取開花數(shù)量，至坐果后數(shù)坐果數(shù)量，坐果率=坐果數(shù)/開花數(shù)×100%。

1.3.2果實(shí)縱、橫徑測(cè)定

利用電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺對(duì)棗果縱徑和橫徑進(jìn)行測(cè)量。每棵樹東南西北4個(gè)方位同一高度選2顆棗果，用藍(lán)繩做標(biāo)記進(jìn)行定株測(cè)量，每隔4～6 d測(cè)定1次。

1.3.3產(chǎn)量測(cè)定

在駿棗果實(shí)成熟采收期，每個(gè)處理的每個(gè)重復(fù)單采單收，求其平均產(chǎn)量并計(jì)算單位面積產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

棗果實(shí)膨大速率計(jì)算公式為

式中v——棗果實(shí)膨大速率，mm/d

D1——時(shí)段末棗果橫徑或縱徑，mm

D0——時(shí)段初棗果橫徑或縱徑，mm

t——時(shí)間，d

采用Microsoft Excel 2010數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，并用該軟件和Origin2018繪圖，SPSS 22.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，比較差異的顯著性水平(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗樹坐果率

由圖2可以看出，坐果率范圍為2.12%～6.73%，從大到小依次為W3>W2>CK>W1，W3坐果率達(dá)到最大值，與CK、W1、W2相比分別顯著增加了83.38%、217.45%和68.67%。結(jié)果表明，在砂管灌條件下，隨著灌水量的增加，坐果率逐漸增大，而在相同灌水量條件下，砂管灌的坐果率顯著高于地表滴灌的坐果率。

圖2 不同水分處理下坐果率的變化Fig.2 Changes of fruit setting rate under different water treatments

2.2 果實(shí)縱徑膨大速率

7月10日開始進(jìn)入果實(shí)膨大期。由表2可知，初期(膨大期前10 d)駿棗果實(shí)縱徑膨大很快，達(dá)0.978～1.120 mm/d，隨后膨大速率迅速降低，膨大期第24天后跌入第1個(gè)低谷，其膨大速率為0.164～0.236 mm/d，之后膨大速率再次加快，35 d左右(8月9—14日)達(dá)到第2個(gè)高峰，膨大速率提升到0.389～0.517 mm/d，之后又逐漸降低，55 d降至最低點(diǎn)，僅為0.033～0.088 mm/d。

表2 不同水分處理下果實(shí)縱徑膨大速率變化

在第1個(gè)膨大高峰期，CK膨大速率最大，達(dá)1.120 mm/d，與W1、W2相比分別顯著增加了14.52%、10.45%，與W3無(wú)顯著差異，隨后各處理縱徑膨大速率逐漸降低。7月20—25日，W3膨大速率最大，W1膨大速率顯著低于其他處理；7月25—30日，W3的膨大速率仍然最大，比W1和W2分別顯著高26.99%和16.29%，與對(duì)照CK之間無(wú)明顯差異。在第2個(gè)膨大高峰期，對(duì)照CK的膨大速率仍然最高，比W1和W2顯著高32.90%和26.10%，與W3之間無(wú)顯著差異，之后所有處理縱徑膨大速率隨時(shí)間不斷降低。8月14—24日，W3膨大速率最高，與W1之間具有顯著性差異，而8月24日—9月4日，W3膨大速率最大，各處理之間無(wú)明顯差異，最終縱徑最低膨大速率僅為0.033 mm/d(W1)。

整個(gè)膨大期果實(shí)縱向平均膨大速率為0.344～0.424 mm/d。W3的果實(shí)縱徑膨大速率最大，與對(duì)照CK相差不大，而W1的果實(shí)縱徑膨大速率最小。由此可以得出，果實(shí)縱徑膨大速率受水分的影響較大，在灌水量相同的情況下，砂管灌的平均果實(shí)縱徑膨大速率略高于地表滴灌。所有處理的縱徑膨大速率基本呈反向的S型變化(圖3)。

圖3 果實(shí)縱徑膨大速率變化Fig.3 Changes of fruit longitudinal diameter expansion rate

2.3 果實(shí)橫徑膨大速率

砂管灌條件下棗果橫徑膨大速率(表3)與縱徑膨大速率相似，都存在兩個(gè)膨大高峰期，且時(shí)間相同。棗果實(shí)第1個(gè)膨大高峰期的膨大速率達(dá)0.564～0.727 mm/d，隨后逐漸降低，到膨大期第24天后降至第1個(gè)低谷，膨大速率為0.293～0.346 mm/d，之后膨大速率再次加快，35 d左右(8月9—14日)出現(xiàn)第2個(gè)高峰，速率又提升到0.348～0.420 mm/d，之后又逐漸降低，55 d左右降至最低點(diǎn)，僅為0.022～0.045 mm/d。

表3 不同處理果實(shí)橫徑膨大速率

第1個(gè)果實(shí)橫徑膨大高峰期，膨大速率為0.564～0.727 mm/d，CK和W3之間無(wú)顯著差異，但均高于W1和W2；隨后膨大速率逐漸降低，7月20日—8月3日，W3的膨大速率均顯著高于W1。第2個(gè)高峰期時(shí)，對(duì)照CK橫徑膨大速率最大，為0.420 mm/d，較W1和W2分別顯著高16.02%和20.69%，與W3差異不顯著。隨后直到果實(shí)膨大末期，果實(shí)橫徑膨大速率逐漸降低，各處理之間無(wú)顯著性差異。

整個(gè)膨大期棗果橫向膨大速率為0.291～0.333 mm/d。與縱徑膨大速率相同，W3果實(shí)橫徑平均膨大速率最大，而W1最小，表明在高等灌水量條件下果實(shí)橫徑膨大速率較大，而當(dāng)灌水量相同時(shí)，砂管灌的平均果實(shí)橫徑膨大速率略高于地表滴灌。所有處理膨大速率基本也為反向的S型變化(圖4)。

圖4 果實(shí)橫徑膨大速率變化Fig.4 Changes of fruit transverse diameter expansion rate

2.4 駿棗產(chǎn)量

由表4可以看出，產(chǎn)量范圍在6 458.4～12 589.2 kg/hm2，W3產(chǎn)量達(dá)到最大值，與CK、W1、W2相比分別顯著增加了14.29%、94.93%、42.05%，表明在砂管灌條件下，隨著灌水量的增加，產(chǎn)量逐漸增大。在灌水量相同時(shí)，W3產(chǎn)量顯著高于CK。灌水生產(chǎn)效率先增后減，砂管灌高于滴灌。

表4 不同水分處理下產(chǎn)量變化

3 結(jié)論

(1)水資源匱乏是影響北方旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展最主要的環(huán)境因素，在節(jié)水的同時(shí)獲得較高的產(chǎn)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重中之重。砂管灌可將水分快速輸送到作物根部，減少棵間蒸發(fā)。本研究發(fā)現(xiàn)，坐果率隨著灌水量的升高而增大；在相同灌水量條件下，砂管灌的坐果率顯著高于地表滴灌；砂管灌條件下，中等灌水量下的坐果率與地表滴灌條件下的坐果率相近，中、低灌水量條件下的坐果率與地表滴灌下的坐果率無(wú)明顯差異。

(2)棗果實(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)育一般呈“雙S”曲線特征[15-16]。果實(shí)膨大期前10 d為第1個(gè)生長(zhǎng)高峰期，縱徑膨大速率達(dá)0.978～1.120 mm/d，橫徑膨大速率達(dá)0.564～0.727 mm/d，隨后膨大速率逐漸降低，膨大期第24天后降至第1個(gè)低谷。果實(shí)膨大期第35天左右出現(xiàn)第2個(gè)生長(zhǎng)高峰期，此時(shí)的縱徑膨大速率為0.389～0.517 mm/d，橫徑膨大速率為0.348～0.420 mm/d，之后又逐漸降低，55 d左右降至最低，縱徑膨大速率僅為0.033～0.088 mm/d，橫徑膨大速率僅為0.022～0.045 mm/d。棗果實(shí)膨大速率隨著灌水量的增大而增大，但在相同灌水量條件下，砂管灌的膨大速率高于普通地表滴灌。

(3)高產(chǎn)是農(nóng)業(yè)發(fā)展追求的目標(biāo)之一，是評(píng)價(jià)作物生長(zhǎng)狀況的重要因素之一。本研究發(fā)現(xiàn)，不同處理間產(chǎn)量存在顯著差異，表現(xiàn)為W3>CK>W2>W1，產(chǎn)量為6 458.4～12 589.2 kg/hm2，表明水分對(duì)產(chǎn)量有重大影響，且在相同灌水量條件下，砂管灌的產(chǎn)量明顯高于地表滴灌。

綜上所述，結(jié)合民勤當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境狀況，可知4 050 m3/hm2的灌水量在坐果率、果實(shí)生長(zhǎng)速率和產(chǎn)量方面均優(yōu)于其他處理，是適宜當(dāng)?shù)仳E棗生長(zhǎng)的水量條件。