黄土丘陵区雨养梨枣树生长对初始土壤含水率的响应

惠　倩，董建国，汪有科,，陈滇豫，佘　檀，王晓利

(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院， 陕西 杨凌 712100；2.中国科学院水利部水土保持研究所， 陕西 杨凌 712100；3.榆林市榆阳区林木种子站， 陕西 榆林 719000)



黄土丘陵区雨养梨枣树生长对初始土壤含水率的响应

惠倩1，董建国2，汪有科1,2，陈滇豫1，佘檀1，王晓利3

(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院， 陕西 杨凌 712100；2.中国科学院水利部水土保持研究所， 陕西 杨凌 712100；3.榆林市榆阳区林木种子站， 陕西 榆林 719000)

以6年生矮化密植梨枣树(ZiziphusjujubaMill.)为试材，在雨养条件下，设置4种不同初始土壤体积含水率水平(1区，15.17%；2区，14.33%；3区，11.34%；4区，8.61%)，测定并分析土壤水分变化、枣树生长、枣树耗水及其产量。结果表明：在雨养条件下，随着时间的推进，4个小区的土壤体积含水率不断接近，由最初的有显著差异变为没有显著差异；梨枣林地在低土壤水分情况下，可以通过自然降雨修复干层；4个小区的生物量和产量都是随着初始土壤含水率的减小在减小，且小区之间产量差异显著；4种初始土壤水分条件下，4个小区获得的产量分别为21 744.9、18 648.0、12 354.3 kg·hm-2和6 660.0 kg·hm-2，说明即使在初始土壤水分亏缺情况下，在平水年也可以得到一定的产量；高度为0.9～1.2 m，冠幅为0.5～0.9 m的梨枣树，产量却达到最高21 744.9 kg·hm-2，说明梨枣获得高产不需要高大的树体，所以矮化密植具有很大潜力。

梨枣树；黄土丘陵区；初始土壤含水率；土壤水分；产量

黄土丘陵区由于干旱少雨、蒸发强度大、地下水埋深较深且难以补给，致使土壤水分一直处于亏缺状态[1-3]。长期的亏缺状态导致土壤干燥化，而土壤干层则为土壤干燥化的最终表现形式[4]。土壤干层的形成，使生态坏境不断恶化，不仅对现有植被不利[5-6]，还对后续植被有深远的影响[7]。枣树由于耐旱、耐瘠薄、营养价值高等优点，在黄土丘陵区的种植规模不断扩大，已经成为该区的支柱产业之一。那么种植枣树是否会在黄土丘陵区形成土壤干层，形成干层的特点和如何恢复成为人们关注的另一个重点[8]。

在黄土丘陵区，没有补充灌水的树木基本是成林不成材，经济林的结果率也很低[9]。针对这一问题，已有很多人对枣树生长的影响条件进行了研究。其中杨直毅[10]、牛涛[11]、南娟[12]研究了不同保墒措施下枣树的生长情况，胡永翔[13]、任玉忠等[14]、马福生等[15]研究了灌溉制度和不同灌水方式对枣树产量和果实品质等的影响，徐福利等[16]、刘洁[17]、杨阳[18]等研究了水肥处理下枣树的生长和产量情况，为黄土丘陵区红枣高产优质栽培提供了技术参考。关于黄土丘陵沟壑区山地枣林耗水量，吴普特等[9]利用Penman-Monteith公式确定了红枣生育期理论耗水量为438.8 mm，但是树体大小不一，枣树的水分利用效率、产量也不一样。马福生等[15]通过对树体高度为1.5 m的枣树进行研究，发现在果实成熟期重度调亏处理，可以明显提高水分利用效率。汪星等[8]得出树高为2.11 m的样地林产量为6 150 kg·hm-2，树高为2.23 m的样地林产量为14 550 kg·hm-2，树高为2.27 m的样地林产量为16 500 kg·hm-2。这些研究的树体都较大，那么小树体的水分变化、生长情况、产量情况到底如何，还需要深入研究。

为此，本文以树高在1.2 m内的矮化密植枣树为研究对象，在雨养条件下设置4种不同的初始土壤含水率，通过系统比较和分析在该情况下枣树的土壤水分、生长、产量情况，以期为黄土丘陵区旱作枣林生产经营提供较好的指导意义。

1　材料与方法

1.1试验地概况

本试验在米脂县银州镇孟岔村山地微灌梨枣树示范基地进行，该地区属于典型的黄土高原丘陵沟壑区(109°28′E，37°12′N)，中温带半干旱性气候，年平均气温8.5℃，年总辐射量580.5 kJ·cm-2，年均日照时数2 761 h，无霜期约为162 d，降雨频率为20%、50%、75%、95%降雨量分别为480.6、413.3、350.7、276.4 mm，降雨的80%集中在7—9月[19]。昼夜温差大，四季分明，适宜农作物和果树生长。试验地土质为黄绵土，土壤容重为1.21 g·cm-3，0～60 cm计划湿润层的田间持水量为22%(质量含水率)。

1.2试验设计

试验于2014年05月01日开始，2014年10月31日结束。监测对象为6年生矮化密植梨枣树，为了消除树体差异对试验结果造成的影响，选取树体长势和冠层大体一致的枣树12棵。采用小区试验，小区规格为长6 m、宽1 m、深1 m。小区采用水泥砌墙与周围土壤隔离，底部采用塑料防渗，使小区土壤环境为封闭系统，可视为每个小区没有地下水的补给，且土壤水分没有水平方向的移动。试验共4个小区，单株小区，重复3次，完全随机排列。在枣树开花初期对枣树施肥，每个小区的施肥量相同，分别为：尿素0.4 kg·棵-1，过磷酸钙0.8 kg·棵-1，硫酸钾0.4 kg·棵-1。

2014年05月01日之前在控水条件下形成了不同的土壤含水率，4个小区的初始土壤含水率分别为：1区，15.17%；2区，14.33%；3区，11.34%；4区，8.61%。2014年05月01日开始正式监测，测其在雨养条件下，土壤的水分变化，梨枣树的生长情况、耗水特征及其产量对初始土壤含水率的响应。所有试验小区除草、病虫害防治等处理均相同。4个小区实行矮化密植，修剪高度为0.9～1.2 m，冠幅为0.5～0.9 m。

1.3观测项目及方法

土壤含水率：采用平衡式土壤水分张力计(EQ15，Equilibrium tensiometer)监测土壤水势，测量范围为-1 500～0 kPa。每个小区都安了3个土壤水势仪探头，埋在树与树的中间，埋设深度均为30 cm。所有探头与DL2型数据采集器(英国剑桥，Delta Device)相连，每30 min自动记录一次数据。文中土壤含水率为测得的土壤水势值通过土壤水分特征曲线转换而来，转换公式如下：

式中，B1为土壤水势值(kPa)；θ为土壤体积含水率(%)[20]。

叶面积(叶宽、叶长)：在梨枣树东西南北4个方向随机各取3个叶片，用直尺每隔8 d定位测量叶片的长和宽，计算每个小区叶面积的平均值，计算公式：叶面积=叶宽×叶长×0.67[21]。

枣吊长度：在枣树东西南北4个方向随机各取3个枣吊，用直尺每隔8 d定位测量枣吊长度，计算每个小区枣吊长度的平均值。

结果数量、叶片数：在果实成熟期，统计每棵树的全部枣吊数量，并在所选取的枣吊上统计结果数量和叶片数，计算每个小区的结果数量和叶片数的平均值。

气象数据：由室外自动气象站连续采集。

地上生物量：根据佘檀等[22]建立的生物量模型计算得到。

1.4数据处理

用DPS进行数据统计分析，用SigmaPlot10.0进行作图。

2　结果与分析

2.1不同处理下的土壤水分动态变化

从不同初始含水率条件下，土壤体积含水率及降雨量随着时间的变化(图1)可以看出，土壤含水率受降雨的影响较大。在萌芽开花期(5月1日到6月25日)，2、3、4区的土壤水分总体呈现增长趋势，分别比5月1日高2.45、0.99、2.05个百分点，而1区下降了1.35个百分点，这是因为1区的萌芽展叶和开花坐果时间都比其它区提前5 d左右且枝叶量较多，对1区截止到萌芽开花期末的地上生物量生长量进行测定，发现1区的地上生物量生长量为3.52 kg，是2区的2.03倍，从而1区的土壤体积含水率下降的较快。在果实膨大期(6月26日到8月29日)，由于7月7—9日的连续大强度降雨，导致4个小区的土壤含水率都迅速增大，4区的增大幅度尤其明显。之后在这个时期由于降雨和蒸腾等的综合影响，4个小区的土壤含水率都在逐渐下降。在果实成熟期(8月30日到10月1日)，9月11日和9月16日分别有20.8 mm和25.4 mm的降雨量，使4个小区的土壤体积含水率都有不同程度提高。

在萌芽开花初期，4个小区中土壤含水率最大的为1区，最小的为4区，最大最小相差6.55个百分点，对4个小区的土壤含水率进行显著性分析，发现4个小区的土壤含水率呈现显著性差异。在萌芽开花末期4个小区土壤含水率值最大为2区，最小为4区，最大最小相差6.05个百分点。在果实膨大末期各小区的土壤水分差距进一步缩小，最大为4区，最小为3区，最大最小相差2.71个百分点。受大自然对4个小区相同作用的影响，各小区的土壤水分在不断趋向于一致。到10月31日(处于休眠期)，4个小区的土壤含水率分别为1区，14.36%；2区，13.92%；3区，12.35%；4区，14.57%。最大的为4区，最小的为3区，相差2.22个百分点，此时4个小区的土壤含水率没有显著性差异。

图1不同初始含水率条件下土壤体积含水率及降雨量的变化

Fig.1Variation of soil volumetric water content and rainfall under different initial water content conditions

2.2不同处理对梨枣树生长、产量、叶果比的影响

2.2.1不同处理对叶面积的影响4个小区的叶面积随时间变化规律类似，都呈现不断增大趋势(图2)。4个小区的叶面积大小为：3区>2区>4区>1区。1区的初始土壤含水率最大，但是叶面积是最小的，说明高初始土壤含水率处理反而不利于枣树叶面积的增长。3区的叶面积是最大的，说明比起其它区的处理，3区的初始土壤体积含水率(11.34%)处理最有利于枣树叶面积的增长。

图2不同初始土壤含水量条件下叶面积的变化

Fig.2Variation of leaf area under different initial water content conditions

2.2.2不同处理对枣吊长度的影响枣吊长度随时间推进在不断增大，但大致以6月22日为界，左侧为枣吊快速生长期，右侧为缓慢生长期(图3)。不同初始土壤含水率条件对4个小区的枣吊长度影响不同，在枣树生长初期，不同小区枣吊长度差异不大，但随着枣树生长，高初始土壤含水率枣吊的生长长度明显高于低初始含水率处理。

2.2.3不同处理对梨枣树生物量、产量、叶果比的影响随着初始土壤含水率的减小，4个小区的平均单棵生物量也在不断减少(表1)。其中1区和2区、2区和3区、3区和4区之间差异不显著，但是1区和3区、2区和4区、1区和4区之间差异显著。

图3不同初始土壤含水量条件下枣吊长度的变化

Fig.3Variation of the length of bearing branchlet under different initial water content conditions

各小区之间平均结果数量和平均产量差异显著，且随着初始土壤含水率的减小，平均结果数量和平均产量在不断下降。平均单棵产量1区、2区和3区、4区差异显著，1区、2区处理间差异不显著，3区、4区处理间差异显著。平均单棵产量随着初始土壤含水率的减小在不断下降。

果树的营养生长和生殖生长都主要靠叶片的光合作用所形成的物质。叶片是影响果实增大和植物营养生长的重要器官。叶片数量过多或过少都不利于果实的成长[23]。4个小区的叶果比分别为5∶1、6∶1、7∶1、11∶1，即随着初始土壤含水率的减小，叶果比在不断增大。

表1　不同处理小区梨枣树生物量、产量和叶果比

注：不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different letters represent significant difference among treatments (P<0.05), the same as below.

2.3不同处理对梨枣树耗水量、水分利用效率的影响

2.3.1不同处理下梨枣树各生育期耗水量、总耗水量、生物产量耗水量、果实产量耗水量比较研究表明，梨枣树生育期耗水量有明显的变化特征(表2)。不同初始土壤含水率处理下的生育期耗水量总体变化为先增加后减小，其中果实膨大期的耗水量在整个生育期最大，这是因为枣树此时果实在迅速增长，需要的水量较大。各小区耗水量在萌芽展叶期和果实成熟期相差较小。

每个小区的耗水量在同一生育期差异明显。由显著性分析计算结果可知，萌芽开花期1区的耗水量最多， 3区、4区没有显著差异，2区的耗水量最少，为0.45 t。在果实膨大期，1区、3区、4区没有显著差异，2区的耗水量较多，为1.17 t。果实成熟期4个小区耗水量没有显著差异。总耗水量的大小为：1区>2区>3区>4区，但4个小区之间总耗水量没有显著差异。

表2　不同处理小区梨枣树耗水量

生物产量耗水量为消耗每吨水所产生的生物量，果实产量耗水量为消耗每吨水所结果实的重量。4个小区的生物产量耗水量和果实产量耗水量差异显著，1区的生物产量耗水量和果实产量耗水量最大，分别为19.68、18.27 kg·t-1。

2.3.2不同处理对梨枣树水分利用效率的影响4个小区的生物产量水分利用效率差异显著(表3)。1区和2区、2区和3区、3区和4区的果实产量水分利用效率差异不显著，但1区和3区、1区和4区、2区和4区的果实产量水分利用效率差异显著。相比其它区，1区的生物产量水分利用效率和果实产量水分利用效率最高，分别为10 919、10 114 kg · hm-2· t-1，4区的最小，为3 993、3 398 kg·hm-2·t-1，是1区的36.6%、33.6%。

3　讨　论

本试验是在前期连续控水5 a的条件下，2014年去除遮雨棚后枣林具有不同初期土壤水分情况下进行，试图探索处于不同初始土壤含水率状况下枣树依靠相同的天然降雨其生长与土壤水分变化特征。这种初始土壤水分虽然在现实中稀有，但是能够揭示春季土壤水分对当年枣树生长的作用，以及林地土壤水分依靠降雨的趋向规律。虽然本研究得出结论，但是这个结果和规律仍需以后更长久和丰富的试验观测来证实。

试验不同初始土壤水分处理下均获得一定的果实产量，其中初始土壤水分含量高的处理产量最高，初始土壤水分含量最低的产量也是最低，这个结果似乎在人们的预料之中，但是这个显著的产量差异所消耗的水分差异不大，4种处理下每个小区枣树总耗水量分别是2.15 t(358 mm)、2.09 t(348 mm)、2.02 t(337 mm)和1.96 t(326 mm)。也就是说，一年中初始土壤水分的微小差异会造成该年最终产量差异很大，说明初始(春季)枣林土壤水分对当年增产的重要程度，这个问题以往还未见报道。从枣树耗水量看，本试验各个处理下的总耗水量都很小，4个小区的耗水量在不大于平水年降雨量(453 mm)情况下仍然获得较高的产量，说明当地雨养枣林是可行的，而且从试验获得产量来看，达到15 000 kg·hm-2以上完全可以。目前生产中获得相近的产量却导致林地土壤干化[24-25]可能是营养生长控制不到位的原因，并不是产量过高所致。

试验地多年平均降雨量453 mm，2014年的降雨量为460.4 mm，二者基本接近，所以可以认为2014年为平水年。土壤含水率在2014年从开始的1区，15.17%；2区，14.33%；3区，11.34%；4区，8.61%变为1区，14.36%；2区，13.92%；3区，12.35%；4区，14.57%。初始最干旱的3区和4区土壤含水率分别提高了1.01%、5.96%，所以可以说在平水年，雨养枣树，可以使该地区的土壤干层得到一定的修复。

叶果比即生长一个果实对应需要的叶片数，是衡量枣树生长的重要指标，在一定程度上也是反映枣树耗水的指标。叶果比越小，则生长一个果实所需要的叶片数就越少，这样可以使果实占叶片和果实总和的比例增大，使枣树生长向更有利人们希望的产量方向进行。在本研究中，初始土壤含水率越大，叶果比越小，果实占的比例多，产量越大。这与4个小区测出的产量情况是一致的。

4　结　论

1) 对4个初始土壤含水率有显著性差异的小区进行相同的雨养处理，在外部环境相同的作用下，随着时间的推进，4个小区的土壤体积含水率在不断趋向接近，且各小区之间从开始的有显著性差异变为没有显著性差异。

2) 林地初始土壤水分不同可以造成枣树生长及其果实产量的不同，但是林地土壤水分向着相同的水平发展。也就是说高土壤水分会通过枣树的高生物量和产量来降低原有土壤水分，反过来，初期低土壤水分的枣树会降低自身的生长来节约土壤水分，促使土壤水分在降雨后补充。林地在低土壤水分情况下，可以通过自然降雨修复干层。

3) 本试验中高度为0.9～1.2 m，冠幅为0.5～0.9 m的梨枣树，产量却达到最高21 744.9 kg·hm-2，说明梨枣树获得高产不需要高大的树体，所以矮化密植具有很大潜力。

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Response of jujube growth to initial soil water content in rainfed regions in Loess Plateau

HUI Qian1, DONG Jian-guo2, WANG You-ke1,2, CHEN Dian-yu1, SHE Tan1, WANG Xiao-li3

(1.CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering,NorthwestAgriculturalandForestryUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China; 2.InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxin712100,China;3.ForestTreeSeedStationofYuyangDistrict,YulinCity,Yulin,Shaanxin719000,China)

With 6-year-old dwarfed denselyZiziphusjujubaMill. as experimental materials, four different initial soil volumetric water content levels (plot 1, 15.17%; plot 2, 14.33%; plot 3, 11.34%; plot 4, 8.61%) were performed under rainfed conditions, and soil water variation, jujube growth, jujube water consumption and yield were determined. The results showed that under rainfed conditions, with the passage of time, soil volumetric water content of the four plots were nearly the same. There were significant differences among four plots. At low water conditions, dry layer of jujube plantation can be repaired through natural rainfall. Biomass and yield decreased as the initial soil water content decreased, and yield among plots were significantly different. The yield of four plots were 21 744.9, 18 648.0, 12 354.3, and 6 660.0 kg·hm-2, respectively, suggesting that considerable yield can also be obtained in normal precipitation year even if the initial soil water content under deficit conditions. Jujube with height of 0.9～1.2 m and crown of 0.5～0.9 m, had the high level of yield, as high as 21 744.9 kg·hm-2, indicating large potential of dwarfed densely jujubes. The results can be applied for local rainfed jujube production and management.

ZiziphusjujubaMill; Loess Plateau; initial soil water content; soil moisture; yield

1000-7601(2016)04-0025-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.04.05

2015-06-20

林业公益性行业科研专项：山地红枣生态经济林增效关键技术研究与示范(201404709)

惠倩(1991—)，女，陕西榆林人，硕士研究生，主要从事山地节水理论与技术研究。 E-mail: HuiQian077@126.com。

汪有科(1956—)，男，甘肃民勤人，研究员，博士生导师，主要从事水土保持、节水灌溉、山地经济生态林建设等研究。 E-mail：gjzwyk@vip.sina.com。

S152.7+1

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