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第 31 卷 第 19 期 农 业 工 程 学 报 Vol.31 No.19 2015 年 10 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Oct. 2015 91 调亏灌溉促进涌泉根灌枣树生长提高产量 强敏敏，费良军 ，刘 扬 （西安理工大学水利水电学院，西安 710048） 摘 要：调亏灌溉是作物通过主动调节自身营养达到节水和提高果实产量等目的。该文通过微灌枣树试验，研究了涌泉 根灌下调亏灌溉对山地枣树生长与产量的影响。2013 年分别在萌芽展叶期和开花坐果期进行轻度、中度和重度 3 个调亏 水平调亏处理试验。结果表明：轻度和中度水分亏缺均对枣吊的生长起到抑制作用，能够有效减少新梢生长及夏季修剪 量，而对枣树果实的生长起到了促进作用，达到增产的目的。轻度、中度和重度水分亏缺与充分灌溉相比，枣吊长度分 别减少了 7.2%、13.2%和 19.7%（P0.05） 。枣树坐果期，果实生长缓慢，轻度、中度、重度调亏以及充分灌溉果实生长 量分别为果实最终体积的 14.5%、14.1%、13.8%和 13.5%。与充分灌溉相比，轻度调亏的枣树最终产量提高了 22.1%（P 0.05） 。可见，调亏灌溉会较为显著的影响枣树的最终产量。适宜的水分亏缺对枣树果实生长与产量有促进作用，且提 高了水分利用率。 关键词：灌溉；胁迫；土壤水分；调亏灌溉；枣树；果实生长 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.19.013 中图分类号：S274.1 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2015)-19-0091-06 强敏敏，费良军，刘 扬. 调亏灌溉促进涌泉根灌枣树生长提高产量J. 农业工程学报，2015，31(19)：9196. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.19.013 Qiang Minmin, Fei Liangjun, Liu Yang. Regulated deficit irrigation promoting growth and increasing fruit yield of jujube treesJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(19): 9196. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.19.013 0 引 言 陕北地区面临的主要问题是干旱缺水和水土流失， 形成原因是气候干旱，地表植被破坏严重1。枣树为陕北 山地特色优质果树，是兼顾经济效益和生态价值的最优 树种之一，在退耕还林的背景下，地方政府因地制宜， 突出当地特色，枣园种植面积遍及榆林 12 个县区，榆林 现有红枣面积约 10 万 hm2，年产鲜枣 20 万 t 以上，年产 值 9 亿元10 亿元2。而陕北地区的干旱缺水和土壤贫 瘠严重制约着红枣产业进一步发展。 涌泉根灌直接将水分灌溉到作物根系，实现由灌溉土壤 到灌溉作物的根本转变，减少了地面无效蒸发，灌水器易堵 塞问题得以改善，提高了灌溉水利用效率3。由于其采用的 灌水器水力性能良好，灌水器流量较小，对旱地经济林特别 适用4-5。张陆军等6对涌泉根灌不同布置方式和灌水量做了 研究，分析了对梨枣树耗水量的影响，结果表明每株2 个灌 水器的布置方式与单株单次80 L 的灌水量组合， 可作为山地 梨枣树涌泉根灌的最佳布置方式与灌水量水平。 调亏灌溉（regulated deficit irrigation，RDI）是澳大 利亚持续灌溉农业研究所于上世纪 70 年代中期提出的一 收稿日期：2015-05-09 修订日期：2015-08-10 基金项目：国家科技支撑项目（2011BAD29B04） 作者简介：强敏敏，女，陕西咸阳人，西安理工大学，主要研究方向为节水 灌溉。 西安 西安理工大学水利水电学院， 710048。 Email： 289026233 通信作者：费良军，男，教授，博士生导师，主要从事节水灌溉、农业水 资源利用研究。西安 西安理工大学水利水电学院，710048。 Email：feiliangjun2008 种灌溉理论。它不仅可以通过自身调节提高水分利用率， 还可通过调节根冠比来控制营养器官生长，改变光合产 物在营养器官和生殖器官之间的分配比例，有效改善果 实品质，获得高产，提高经济价值7。根冠功能平衡学说 认为根和冠既相互依赖又相互竞争8， 根系处于水分亏缺 状况时，根冠间光和产物的分配比例会改变，同化产物 会更多的向根系转移，这有利于果实生长，而冠的生长 则受到抑制，叶面积减少，作物蒸腾耗水量减少，作物 需水量降低。调亏灌溉通过管理土壤水分调控作物根系 生长，以控制地上营养生长及水势，而气孔开度可由叶 水势调节，其又对光合和作物水分利用有显著影响，即 水分亏缺可间接控制作物的蒸腾作用9。近年来,研究表 明10，调亏时期内土壤逐渐干燥时,叶片气孔开度降低、 阻力加大,蒸腾速率减小,作物的生理耗水减少，叶片水 分利用效率提高。国外学者研究了苹果、桃树、梨树等 作物在调亏灌溉下的生理生化反应、调亏程度、调亏时 期及需水规律，表明水分胁迫并也会有正效应，适时适 度的水分胁迫可以促进作物生长、增产并改善品质11-17。 目前国内外学者对调亏灌溉进行了大量研究，但对 涌泉根灌这种特殊灌水方式下的枣树调亏灌溉研究甚 少。基于此，本文通过设置不同的调亏程度及调亏时期 试验，研究枣树的生理反应，为陕北山地枣树制定明确 的灌溉制度奠定了基础。 1 材料与方法 1.1 试验地概况 试验于 2013 年 410 月在陕西省榆林市米脂县远志 农业工程学报（） 2015 年 92 山地微灌枣树示范基地（1094911029E、3739 385N，总面积 1 212 km2）进行。试验地属典型的黄土 高原沟壑区，为温带半干旱性气候特征，太阳辐射较强， 昼夜温差较大。多年平均降雨量 451.6 mm18，主要集中 在 79 月，多年平均气温 8.8，无霜期 162 d，年平均 日照时间 2 372.7 h。试验区平均坡度为 21，土壤为黄绵 土， 土壤容重 1.21 g/cm3。 田间持水率为 22% （质量分数） ， 土壤较贫瘠， 有效 N、 P、 K 质量分数分别为 34.739、 2.909 和 101.9 mg/kg，有机质为 0.21%，pH 值为 8.6，土壤偏 碱性。试验田土壤颗粒级配组成为：0.002 mm 土粒质 量分数占 17.55%，0.0020.2 mm 土粒质量分数占 42.59%，0.020.20 mm 土粒质量分数占 38.86%， 0.22.0 mm 土粒质量分数占 1.0%。 1.2 调亏灌溉试验设计 试验区为矮化密植枣林。试验枣树品种为梨枣树， 树龄 5 a。试验枣树生长良好，长势均匀，树体差异较 小，根系主要分布在 060 cm 土层中19，株行距 2 m3 m（1650 株/hm2），树高 22.5 m，计划根系湿 润深度取 60 cm，湿润面积为枣树树冠投影面积 6 m2 （试验小区枣树树冠投影面积的平均值）。选取 4 棵枣 树为 1 个小区 （为消除小区间的影响， 每 2 个小区间空 出 2 列，即 4 棵枣树），即 1 个处理，每个处理枣树除 灌水量不同，其他措施如修剪、环割、打药、除草等均 相同。 每棵枣树埋设一个涌泉根灌灌水器， 位置为树的 正东方向，距树干 20 cm 处，灌水器埋深 15 cm，灌水 流量均为 6 L/h。 将枣树生育期划分为萌芽展叶期（5 月初6 月中 旬）、开花坐果期（6 月中旬7 月下旬）、果实膨大期 （7 月下旬9 月上旬）、果实成熟期（9 月上旬10 月 初）4 个阶段。在枣树萌芽展叶期和开花坐果期进行调亏 灌溉，土壤相对含水率控制在 3 个水平，分别为 70%、 60%、40%，模拟轻度、中度、重度水分亏缺20，对照为 充分灌溉，灌水下限为 80%田间持水率，试验方案详见 表 1。经调查可知，当地不灌溉枣树的平均耗水量为 252.7 mm，产量为 13018.31 kg/hm2。 表 1 枣树各生育期灌水下限对应的土壤相对含水率 Table 1 Mass fraction of relative soil moisture as irrigation lower limit during growing period of jujube trees 处理 Treatment 萌芽展叶期 Sprout leaves stage/% 开花坐果期 Flowing and fruit-setting stage/% 果实膨大期 Fruit enlargement growth stage/% 轻度亏缺 Mild deficiency T1 70 70 80 中度亏缺 Moderate deficiency T2 60 60 80 重度亏缺 Severe deficiency T3 40 40 80 充分灌溉 Full irrigation CK 80 80 80 1.3 观测项目与方法 气象因子：通过全自动气象站实时监测，包括：风 速、风向、空气温度、空气相对湿度、大气压强、太阳 辐射强度、降雨量等。每隔 1 min 测定 1 次，每隔 30 min 记录 1 次。 土壤含水率：采用烘干法测定，各处理每 7 d 测定 1 次， 采用土钻分层取土测定， 深度为 100 cm， 共分 10 层， 每层 10 cm，灌水及降雨前后加测土壤含水率。采用联合 国粮农组织（Food and Agriculture Organization，FAO） 灌溉排水丛书第 56 分册推荐的 Penman-Monteith 公式计 算各不同灌水处理逐日蒸散量： 2 0 2 900 0.408()() 273 ET (10.34) nsa RGuee T u + + = + （1） 式中：ET0为参考作物蒸发蒸腾量，mm/d；G 为土壤热 通量，MJ/(m2d)； 为湿度计常数，kPa/； 为饱和水 汽压与温度关系曲线的斜率， kPa/； T 为空气平均温度， ；Rn为植被表面净辐射量，MJ/(m2d)；es为空气饱和 水汽压，kPa；u2为在地面以上 2 m 高处的风速，m/s；ea 为空气实际水汽压，kPa。 由水量平衡方程式计算出不同调亏处理下枣树在各 生育期内的耗水量： ET r WIGPD= + （2） 式中：ET 为作物各生育阶段耗水量，mm；I 为时段内的 灌水量，mm；G 为时段内地下水补给量，mm；Pr 为时 段内有效降雨量， mm； D 为时段内深层渗漏量， mm； W 为时段内土壤储水量变化，mm。试验地地下水位埋深较 大，故不考虑地下水补给，即 G=0；试验灌水方式为涌 泉根灌，灌水器流量较小，且灌水定额较低，灌水引起 的深层渗漏可忽略不计，即 D=0。 枣树营养生长监测：在每棵树东西南北 4 个方向上 下 2 层共选 8 个枣吊，用钢卷尺和游标卡尺测枣吊长度 和直径，每 10 d 测定 1 次。 果实生长量测定：自座果（7 月 12 日）后 20 d 开始， 每树选取有代表性的果实 8 个，测量其纵径（H）与横径 （R），果实体积 V（cm3）近似为 H(R/2)2，每 10 d 测 定 1 次，当次和前次果实体积之差为 2 次测量期间果实 体积生长量。 产量测定：在果实成熟期每个处理选择大小均一， 代表性好的枣果进行采摘。每个处理选取 100 个枣果， 称质量并测定枣果大小，计算百粒均质量，并计算最终 产量。 本文采用 Data Processing System（DPS）软件进行统 计分析，各影响因素间的差异进行显著性水平为 0.05 的 Tukey 检验。 2 结果与分析 2.1 土壤水分动态变化 2013 年 5 月初开始灌溉，9 月中旬结束。枣树各生 长阶段的蒸散量、降雨量及各处理灌水定额见表 2。从表 中可以看出：参考作物蒸散量在萌芽展叶期和果实膨大 期较大，这与该时期的气象因子有很大关系，特别是在 果实膨大期，平均气温、日照时数，太阳辐射都达到高 第 19 期 强敏敏等：调亏灌溉促进涌泉根灌枣树生长提高产量 93 峰，还有大风天气的影响。果实膨大后期，降雨量大， 太阳辐射强度较低，气温下降，参考作物蒸散量逐步降 低，至果实成熟期，日照时数较小，参考作物蒸散量降 低到整个生育期最低值。 表 2 枣树生育期蒸发量、降雨量、灌水量和耗水量 Table 2 Evaporation, rainfall, irrigation amount and water consumption during growth period of jujube tree 灌水量 Irrigation amount/(m3hm-2) 耗水量 Water consumption amount/mm 生育期 Growth stages 蒸散量 Evaportranspiration/mm 降雨量 Rainfall/mm T1 T2 T3 CKT1 T2 T3 CK 萌芽展叶期 Sprout leaves stage 109.7 34.3 105 75 0 135 28.1 27.6 24.5 30.9 开花坐果期 Flowing and fruit-setting stage 91.4 95.3 105 75 105 135 89 68 90.2 90.2 果实膨大期 Fruit enlargement growth stage 158.2 174.2 0 0 0 0 205.6 183.5 132.1 227.4 果实成熟期 Fruit maturing stage 90.6 61.8 50 50 50 50 84 80.4 39.4 88.6 合计 Total 449.9 365.6 260 200 155 320 404.8 359.5 255 431.1 表 2 也表明各处理下枣树的耗水量。可以看出，所 有处理在枣树各生育期中，果实膨大期耗水量最大，萌 芽展叶期耗水量最小；各处理耗水量大小为：充分灌溉 轻度调亏重度调亏重度调亏。萌芽展叶初期枣树 处于萌芽阶段，叶面积指数很小，作物蒸腾耗水较小， 而 5 月份出现较多大风天气，其平均风速为整个生育最 大，棵间蒸发耗水较大，即需水量中占主要成分的是棵 间蒸发耗水。充分灌溉处理的耗水量最大，重度调亏处 理的耗水量最小，且差异较大，枣树的耗水量与供水量 呈正比例关系，且重度调亏处理会导致过度的水分胁迫， 对枣树前期的生长造成的负面效应过大，充分供水后产 生的正效应不足，影响了枣树正常的生长发育，其生育 期耗水量接近于当地不灌溉枣树的平均耗水量。 图 1 说明了计划湿润层 060 cm 土层内，涌泉根灌 下不同调亏程度对枣树全生育期内土壤含水率变化的影 响。可以看出，各调亏处理在灌水或降雨前，土壤水分 处于亏缺状态，含水率持续下降，且在下一次水分补给 前各处理的土壤含水率相近，灌水或降雨补给后土壤含 水量迅速增大（如：7 月 15 日灌水后土壤含水率质量分 数由 7%增大到 15.8%），进一步说明枣树的耗水量与供 水量呈正相关关系。土层深度 060 cm 范围内，轻度、 中度、重度调亏相对于充分灌溉的土壤平均含水率分别 减小了 8.9%、14.4%和 22.4%（P0.05）。 注：CK 为充分灌溉；T1、T2、T3 分别为轻度、中度、重度亏缺；下同。 Note: CK is full irrigation; T1, T2, and T3 are mild, moderate and severe deficiency; Same as below. 图1 调亏灌溉对枣树生育期内060 cm 土层土壤含水率的影响 Fig.1 Effect of regulated deficit irrigation on soil moisture in 0-60 cm during growing period of jujube tree 2.2 调亏灌溉对枣吊生长的影响 图 2 为涌泉根灌不同调亏处理下枣吊生长变化曲线。 由图 2a 可以看出，枣树生育期内，不同调亏程度下枣吊 长度均随着时间的延长而增大；但与充分灌溉相比，随 着调亏程度加重，枣吊长度越小。图 2b 可以看出枣吊在 萌芽展叶期生长速率最大，随着生长时间的延长，逐渐 减缓，最终趋于稳定，且生长末期各处理枣吊的生长速 率趋于一致。 a. 枣吊长度 a. Length of jujube branches b. 枣吊相对增长率 b. Relative growth rate of jujube branches 图 2 调亏灌溉对枣吊生长的影响 Fig.2 Effect of regulated deficit irrigation on growth of jujube branches 枣树刚萌芽时，各处理枣吊的相对生长速率基本相 同，这是由于早期陕北山地温度较低，枣吊生长受低温 抑制，温度对枣吊生长的影响起主导作用，以至于各调 亏处理枣吊生长速率差异较小；随着时间延长，气温升 农业工程学报（） 2015 年 94 高，土壤水分就成为枣树生长的主导因素，土壤含水率 越大，越能够满足枣树枣吊的生殖生长对水分的需求， 随着调亏程度的加重，枣树枣吊生长速率越小，到果实 膨大期，枣吊的长度趋于稳定。充分灌溉的枣吊生长速 率最大，枣吊最长。与充分灌溉相比，轻度、中度、重 度调亏的枣吊长度最终分别减少了 7.2%、 13.2%和 19.7% （P0.05），表明水分亏缺可显著抑制枣吊的生长。 2.3 调亏灌溉对果实生长的影响 图 3 为不同调亏程度的涌泉根灌枣树果实生长动态 变化曲线。由图 3a 可以看出，枣树生育期内，不同调亏 程度枣果体积先随着时间的延长而增大，最后趋于稳定。 枣树坐果期，果实生长缓慢，各处理果实生长量分别为 果实最终体积的 14.5% （充分灌溉） 、 14.1% （轻度调亏） 、 13.8%（中度调亏）和 13.5%（重度调亏），而进入果实 膨大期后，枣树果实体积增长速率倍增，枣果约 65%的 总体积在此生育阶段生长。由图 3b 可以看出，各调亏处 理枣果相对生长速率先增大后减小，均在果实膨大期 （90 d 左右）达到最大。 a. 枣果体积 a. Jujube volume b. 枣果相对增长率 b. Relative growth rate of jujube 图 3 调亏灌溉对果实生长的影响 Fig.3 Effect of regulated deficit irrigation on growth of jujube 各处理枣果的最终体积大小为：轻度调亏中度调 亏充分灌溉重度调亏，这说明在枣树萌芽期和坐果 期进行适度调亏灌溉，形成一定的水分胁迫；果实膨大 期及果实成熟期降雨量较大，水分供应充足，相当于在 该时期进行复水，土壤水分充足，可促进枣树果实的生 长。 这与 Ballester21研究的柑橘树对夏季调亏灌溉的长效 生理反应，Cano-Lamadrid22研究的调亏灌溉对食用橄榄 质量影响的结果相吻合；即在水分胁迫期间，对枣果的 生长影响不大，恢复充分灌溉后，与充分灌溉相比，适 度水分胁迫的果实体积明显增加。曹永慧等23研究发现， 在特定时期控制灌水次数和亏水度，使植株主动承受一 定的水分应力，这样在恢复充分灌水后，果实快速膨大 生长，可以提高果树产量和果实品质，又可节约灌水量。 2.4 调亏灌溉对产量的影响 表 3 为不同水分胁迫程度的调亏灌溉枣树产量和果 实特性的影响。可以看出，轻度和中度调亏处理的产量、 果实数目、平均单果质量差异不显著。中度和重度调亏 处理产量与充分灌溉差异不显著，而轻度灌溉产量比充 分灌溉高 22.1%（P0.05），同时轻度和中度调亏的水 分利用效率较大，重度调亏和充分灌溉的水分利用效率 最小。调亏程度过重，会对后期果实生长产生负效应， 与水分胁迫产生的促进作用相抵消甚至大于正效应，最 终产量可能持平或减产。除此之外，调亏灌溉的产量均 大于当地不灌溉枣树的产量，这是由于人为的修剪以及 调亏作用，减少了枣树枝条的生长，且形成水分胁迫， 使营养进一步向果实累积。 表 3 调亏灌溉对枣树产量的影响 Table 3 Effects of regulated deficit irrigation on yields of jujube 处理 Treatments 产量 Yield/ (kghm-2) 果实体积 Jujube volume/ mm3 平均果实 数目 Average number of jujube 平均单果 质量 Average weight of jujube/g 水分利用 效率 Water use efficiency/ (kgm-3) T1 20352.02a8838.4a 485.1a 25.2a 2.16ab T2 19437.65ab8066.3b 476.5a 24.5a 2.32a T3 15072.38bc5915.3d 410.7bc 22.8bc 1.28bc CK 16656.20b6866.3c 420.3b 23.8b 1.53b 注：小写字母不同表示处理间 0.05 水平差异显著。 Note: Small letters indicate significant difference among treatments at 0.05 level. 枣树生长初期适度的水分亏缺会增加产量。枣树萌 芽展叶期，枣吊快速生长，在此生育阶段进行调亏灌溉， 可最大限度地抑制枣树营养生长，显著促进枣果在后期 的生长。这主要由于此时期枣树对水分胁迫作用的敏感 性较高24，水分亏缺可明显抑制枣树枣吊生长。一些研 究表明，作物对水分亏缺的敏感度因器官和组织的不同 而不同，光合产物和有机物由叶片向果实运输过程的敏 感性较小，对水分亏缺最为敏感的是作物生长期25。 枣树果实膨大期，枣吊生长速度缓慢，主要趋于枣 树果实的快速增长。Domingo 等26认为大多数时期内， 果树冠层生长与果实生长存在明显的分离。当水分胁迫 作用抑制营养生长时, 有机物可以继续向果实积累,降低 其在调亏期间的损失，调亏结束后的复水期，调亏期间 累积的有机物可被用于果实生长相关的过程，弥补由于 光合产物减少的产量损失；但胁迫过重或历时过长则使复 水后的细胞壁因失去弹性而无法扩张，导致产量下降25。 此阶段的枣吊生长量仅占总长度的 6%左右，进入枣树果 实成熟期，枣树枣吊生长趋于稳定，基本不再生长，果 实生长速率减缓，逐渐趋于稳定。 第 19 期 强敏敏等：调亏灌溉促进涌泉根灌枣树生长提高产量 95 3 结论与讨论 1）涌泉根灌条件下，枣树全生育期内土壤含水率随着 调亏程度的加重而减小，但差异不大。枣树萌芽期的调亏 处理，轻度、中度、重度调亏相对于充分灌溉的土壤平均 含水量分别减小了8.2%、14.6%和22.3%（P0.05）。 2）枣树萌芽展叶期和开花坐果期的调亏灌溉可显著 抑制枣树的营养生长，在果实生长期能够有效抑制新梢 生长，减少夏季修剪量。与充分灌溉相比，调亏处理的 枣吊最终长度减少了 7.2%19.7%。 3）充分灌溉、中度和重度调亏对枣果实产量的影响差 异不显著，但轻度调亏处理比充分灌溉果实产量显著增加 22.1%。同时，轻度调亏能够提高水分利用效率，增加果实 体积、果实数目、平均单果质量，是最佳的调亏灌溉处理。 本研究基于大田试验，影响因素众多，需要进行室 内或大棚可调控试验，结合枣树自身机理试验，更深入 地研究枣树对调亏灌溉的反应机制，为当地枣树灌溉提 供可靠依据。 参 考 文 献 1 高学田，郑粉莉. 陕北黄土高原生态环境建设与可持续发 展J. 水土保持研究，2004，11(4)：4749. Gao Xuetian, Zheng Fenli. Eco-environment construction and sustainable agriculture development in the Loess Plateau of Northern Part of Shaanxi ProvinceJ. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 11(4): 4749. (in Chinese with English abstract) 2 刘天成. 涌泉根灌入渗特性与枣树滴灌灌溉制度研究D. 西安：西安理工大学，2012. Liu Tiancheng. Study on the Infiltration Characteristics of Surge Spring Root Irrigation and Drip Irrigation Regime of JujubeD. Xian: Xian University of Technology, 201