黄土丘陵区深层干化土壤中节水型修剪枣树生长及耗水
2017-05-27张文飞汪有科张敬晓
张文飞,汪 星,汪有科,张敬晓,惠 倩
(1. 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心,杨凌 712100;2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,杨凌 712100)
黄土丘陵区深层干化土壤中节水型修剪枣树生长及耗水
张文飞1,2,汪 星1※,汪有科1,3,张敬晓3,惠 倩3
(1. 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心,杨凌 712100;2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,杨凌 712100)
黄土丘陵区人工林地深层土壤干层是否影响后续植物的生长是众多学者关心的热点。该文在砍伐23 a生旱作山地苹果园地后休闲4 a又栽植枣树,连续3 a观测干化土壤中枣树的生长及土壤水分变化, 研究采用节水型修剪的再植枣林的生长及耗水情况。结果表明,前期23 a生苹果园地已使0~1 000 cm深土壤干化,休闲4 a后0~300 cm土层水分得到恢复,300~500 cm范围为中度偏重亏缺,500~700 cm为中度亏缺,700~1 000 cm为轻度亏缺;3龄枣树时开始采取节水型修剪,0~300 cm土层有效水分被消耗34.97%,至4龄时0~300 cm范围内前期恢复的土壤水分已消耗殆尽;在此情况下采取节水型修剪的枣树仍可保持良好生长,产量及其水分利用效率均高于相同水分条件下的常规修剪枣树,产量可达正常水分条件下枣树的1.39倍以上,产量水分利用效率可达1.52倍以上。研究结果证明节水型修剪是半干旱区深层干化土壤中枣树克服雨量不足和土壤水分亏缺的一条有效途径。
土壤;水分;果园;干层;枣树;水分利用效率
张文飞,汪 星,汪有科,张敬晓,惠 倩. 黄土丘陵区深层干化土壤中节水型修剪枣树生长及耗水[J]. 农业工程学报,2017,33(7):140-148.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.018 http://www.tcsae.org
Zhang Wenfei, Wang Xing, Wang Youke, Zhang Jingxiao, Hui Qian. Growth and water consumption of jujube with water-saving pruning in deep dried soil of Loess Hilly Area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 140-148. (in Chinese with English abstract)doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.018 http://www.tcsae.org
0 引 言
黄土区地下水埋藏深,降水是该地区土壤水分补给的主要来源。黄土区的林木普遍具有较深的根系,根系通过吸收深层土壤水分以维持季节性干旱的蒸腾耗水,进而造成深层土壤水分的不断消耗,形成“利用型”土壤干层[1-4]。由于黄土区降水入渗深度一般在200 cm以内且无深层渗漏,因此干层一旦形成往往经过若干年也很难恢复,故称之为永久性干层[3]。目前研究表明多年生人工林草植被耗水深度可达1 000 cm[5-15]。王志强等[16]在陕北绥德县的研究表明7龄人工紫花苜蓿草地、23龄人工柠条灌木林和人工油松林的耗水深度分别达到 1 550、2 240、2 150 cm。曹裕等[17]研究也表明黄土高原超过15 a生的旱作苹果园地耗水深度会达到甚至超过 1 180 cm。众多学者担心,永久性干层的形成,不仅会对现存植被生长不利,而且会给后续植被的选择和生存带来很大影响[12,18-22]。在黄土高原大规模退耕还林还草的背景下,研究干化土壤上后续植被的种植及其生长状况甚为重要。目前关于该问题的研究较为薄弱,主要关注土壤水分的恢复及后续农作物种植[23-26],鲜见对人工林生长状况的研究。王志强等[23]对陕北绥德地区林后坡耕地、放牧荒草地和保护草地的土壤水分恢复研究表明,林后坡耕地的土壤含水率大约需要40 a才能恢复到持续农地土壤含水率的水平,保护草地则至少需要150 a,而林后放牧荒坡的土壤水分长期不能恢复。梁一民等[24]对陕北吴旗人工沙打旺衰败后土壤水分进行的研究表明,3 m土层内的水分在5 a内得到补偿,其中2 m以内得到较好补偿。谢军红等[25]从土壤水分恢复和土地生产力角度综合分析得出玉米是黄土高原区多年生苜宿地土壤干层水分恢复的适宜后茬。王美艳等[26]提出黄土高原半干旱区适宜的粮草轮作模式为7 a苜蓿-13 a粮食作物。
枣树作为一种耐旱经济树种,在黄土丘陵区大量的种植和推广,截至2010年其种植面积已达100 hm2[27],为推动当地经济发展起到了重要作用。目前对人工林砍伐或死亡后再植枣树尤其是采用节水型修剪枣树的生长及耗水研究还较少。因此本文以半干旱黄土丘陵区苹果林砍伐后采用节水型修剪的再植枣林为对象,研究其生长及耗水情况,以期对干化土壤后续植被建造及深入研究人工林耗水形成的干层治理提供参考。
1 研究区概况
研究区位于陕西省米脂县境内远志山红枣示范基地(37°12′N、109°28′E),为典型黄土高原丘陵沟壑区;属中温带半干旱性气候,年平均气温 8.4 ℃,极端最高气温38.2 ℃,极端最低气温−25.5 ℃。2012-2015年降水量分别为 404.4、530.1、460.4、334.8 mm,年均降水量451.6 mm,降雨主要集中在夏季,其中7、8月份降雨量占全年降水量的 49%。土壤以黄土母质发育的黄绵土为主,质地为粉质沙壤土,容重1.24 g/cm3,田间持水率22%。土层深厚,地下水埋深在50 m以下,对根系吸水影响可忽略。研究区1984-2007年间为旱作苹果园地,2007年苹果林伐后休闲,2011年栽植枣树。
2 研究方法
2.1 样地设置
2011年4月完成造林后布设试验5个样地:样地I(试验区)为土壤深层干化地,前期23 a生苹果林伐后再植枣树的节水型修剪观测区;样地II(对照枣林1)是土壤深层干化地,前期23 a生苹果林伐后再植枣树的常规矮化修剪观测区;样地 III(对照枣林 2)是土壤深层未干化地(退耕造林)再植枣林的常规矮化修剪观测区;样地IV是距样地I约200 m处的15 a生枣林地(前期退耕还林)土壤水分调查区;样地 V(农地)为位于距样地I约150 m处(属于2户,称为农地A和农地B,农地A种植豆子,农地B种植糜子)的土壤水分调查区。样地均为梯田,面积在520~740 m2之间,观测点在梯田中央。各样地基本情况见表1。
2.2 枣树修剪标准
样地Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ枣树栽植规格为高度(120±6)cm,地径(12±2)cm,密度200 cm×300 cm,2013年开始进入正常结果期,此时根据样地设计分别进行常规矮化修剪和节水型修剪,常规矮化修剪标准为高度200 cm、冠幅200 cm×200 cm,节水型修剪标准为高160 cm、冠幅160 cm×160 cm。本试验采用的节水型修剪[28-29]技术首先是以提高枣树水分利用效率为目的,不是单纯追求产量。在前期研究基础上提出“以水定树,以树定产”的理念,即依据多年平均降雨量确定适合的树体规格,再根据树体规格大小确定适宜该树体的目标产量。实质是依靠修剪降低蒸腾耗水量,通过蒸腾调控实现枣树年耗水量和降雨量的相对平衡。在旱作枣林中,节水型修剪追求长久的水分平衡,避免为追求近期产量而造成土壤水分严重亏缺或树体蒸腾量过大减产。
2.3 土壤水分测定
土壤水分测定为人工取土烘干测定和中子仪定期测定,测定深度均为1 000 cm,测定间隔20 cm,测定时间见表1。样地中部各设定3个取样点,测定前一周均无降雨及灌溉。人工利用洛阳铲在取样点取样,取样后装进铝盒并在105 ℃下烘干12 h,所测土壤含水率为质量含水率。本文所用含水率为体积含水率,换算公式为体积含水率=质量含水率×土壤容重,当地土壤容重为 1.24 g/cm3。土壤水分定期测定借助CNC503B型NP中子仪(北京渠道科学器材有限公司),测定周期为10 d,如遇降雨,则在雨停后及时测定。土壤机械组成用MS2000型激光粒度仪(Malvern Instruments, Malvern, England)测定。
表1 样地基本情况介绍Table1 Introduction of sampling sites
2.4 枣树生长指标测定
样地枣林中各选择 5棵代表平均生长水平的枣树,测定生长指标。枣吊平均长度:在枣树的东西南北 4个方向各选5个枣吊,用卷尺每隔7 d定点测量1次。单果质量为枣树果实成熟期末随机选择 30个果实的平均质量。生物量包括修剪去除的全部枝条长度、枝条直径、枣吊长度、枣吊直径、单棵枣吊数目、叶片横纵径、单枝枣吊叶片数、果实横径、果实纵径、单棵果实数,然后用佘檀等[30]建立的模型计算生物量。
2.5 相关指标计算
土壤干化状况评价指标参考陈海滨等[31-33]的划分方法,以土壤生长阻滞含水率(相当于 60%田间持水率)为依据,计算土壤水分亏缺度,并在此基础上细化中度亏缺(表2),公式如下:
式中K为土壤水分亏缺度,%;θ为土壤体积含水率,%;θa为生长阻滞体积含水率,%。K<0时,表示土壤水分不亏缺。
土层储水量:根据土壤体积含水率计算。土壤储水量的公式为
式中W为土壤储水量,mm;ω为体积含水率,%;h为土层深度,cm。
试验区枣树耗水量利用农田水量平衡法计算。试验区枣树为雨养,无灌水,不发生深层渗漏,无地下水补给,试验期间未发生地表径流。因此,枣树耗水量公式可简化为
式中ET为枣树耗水量,mm;Pr为降雨量,mm;∆W为计算时段初与计算时段末土壤储水量之差,mm。
表2 黄土高原土壤干化水分状况评价指标Table2 Evaluation index of soil dried layer in loess plateau
可用有效水量指高于枣树可用有效水下限的部分。可用有效水总量为
式中WTAW为可用有效水总量,mm;WPO为伐后土壤储水量,mm;θd为可用有效水下限,%。笔者课题组前期研究[34-37]表明,正常水分状况下4龄枣林耗水深度约400 cm,随树龄增加,枣树根系生长速度减缓,耗水深度增长减缓,12龄时耗水深度约560 cm,至15龄时约600 cm。刘晓丽等[36]研究表明采取常规矮化修剪的9 a生和12 a生枣林 200~400 cm土层中水分已被耗尽,其深层土壤水分消耗量趋于稳定。根据枣树生长实际情况,本文取15 a老枣林0~600 cm土层平均体积含水率6.15%为枣树可用有效水下限。
剩余有效水量计算公式为
式中WRAW为土壤剩余有效水量,mm;WP为目前土壤储水量,mm。
消耗可用有效水比例为
式中WPAWC为消耗可用有效水的比例,%。
生物量为枣树地上各部分生物量之和,采用佘檀等[30]建立的模型计算,公式如下
式中B为枣树生物量,g;B1为枝条生物量,g;D1为枝条直径,mm;H1为枝条长度,mm;B2为枣吊生物量,g;D2为枣吊直径,mm;H2为枣吊长度,mm;B3为叶片生物量,g;Z1为叶片横径,mm;T1为叶片纵径,mm;B4为果实生物量,g;Z2为果实横径,mm;T2为果实纵径,mm。
枣树水分利用效率计算公式为式中WUEy为产量水分利用效率,kg/m3;WUEb为生物量水分利用效率,kg/m3;Y为枣树产量,kg/hm2;B为枣树生物量,单位换算为kg/hm2;ET为作物耗水量,单位换算为m3/hm2。
2.6 数据处理
用SPSS软件进行数据统计分析,利用Origin8.0绘图软件作图。
3 结果与分析
3.1 前期土壤干化状况
研究区前期是已经生长23 a的山地旱作苹果园,2007年挖去全部苹果树后园地处于休闲状态,2011年4月21日—4月24日测定伐后土壤和对照农地土壤水分(农地A与农地B的平均体积含水率)见图1和表3所示。将利用式(1)计算所得土壤水分达重度亏缺时相应体积含水率6.6%作为本文的干层指标。由图1及表3看出,在0~250 cm层次土壤水分与农地基本一致,二者在此层内土壤水分均值仅相差0.5%,这是苹果林伐后土地休闲4 a恢复的层次;250~300 cm层次土壤含水率随深度增加逐渐接近干层指标,该层次土壤水分由上向下逐渐迁移,属于雨水入渗迁移改善层,故0~300 cm土层为短期可恢复层次。300~500 cm土壤含水率最接近干层指标线即干化最为严重,加之雨水入渗难以达到,故称为难恢复层;500~1 000 cm土壤水分虽较300~500 cm层次有所提升,但仍明显低于农地土壤含水率,即前期苹果林消耗土壤水分深度已经达到1 000 cm,超过300 cm的干层被称为永久性干层[3]。300~1 000 cm土壤平均体积含水率为8.71%,储水量为756.13 mm,农地同层次土壤体积含水率平均为14.14%,土壤储水量为1 206.62 mm,伐后果园储水量较农地减少37.33%,这可看作苹果林23 a来逐渐消耗的土壤储水量。23 a苹果林耗水深度达1 000 cm,与曹裕等[17]对半湿润偏旱和半干旱黄土丘陵区多个旱作苹果园地的研究结果一致。
图1 伐后果园与农地0~1 000 cm土壤含水率Fig.1 Soil moisture at 0-1 000 cm after orchard cutting and farmland
考虑到0~300 cm土层水分受降雨和地表植物的影响波动较大,又是受降雨已经有所恢复的层次,在此分析300 cm以下土壤干化程度,如表3所示。伐后果园土壤水分亏缺程度随土层深度增加而减小,其中 300~500 cm为中度偏重亏缺;>500~700 cm为中度亏缺;>700~1 000 cm为轻度亏缺。300~500、>500~700、>700~1 000 cm 土壤储水量分别为农地同层次的46.93%、66.82%、71.51%。农地在300~500 cm为不亏缺,>500~700 cm为轻度亏缺,>700~1 000 cm为不亏缺。一般认为农作物在旱作栽培中仅仅消耗当年降雨,或者说消耗浅层土壤水分,不会形成永久性干层。农地500~700 cm土层范围出现的土壤水分轻度亏缺现象可能是土壤颗粒组成差异造成,未受作物耗水影响[16]。表3中,土壤水分亏缺程度与不同层次土壤水分差异出现不一致现象,说明传统的土壤水分亏缺程度划分较统计学分析粗放,如伐后果园土壤500~600、>600~700 cm同属于中度亏缺,但 2层次土壤含水率之间存在显著差异(P<0.05),农地300~400、>400~500 cm按土壤水分亏缺程度划分为无亏缺,但 2层次土壤含水率之间存在显著差异(P<0.05)。
表3 伐后果园土壤与农地300~1 000 cm剖面土壤水分亏缺度Table3 Soil water deficit at 300-1 000 cm profile of soil in orchard after cutting and farmland
为进一步确定土壤颗粒与土壤水分的关系,参考王志强等[16,23]所用的方法将农地A 300 cm以下土壤含水率与土壤颗粒组成数据进行回归分析,如表 4所示。土壤含水率与黏粒(<0.002 mm)、砂粒(>0.05 mm)含量均呈极显著正相关关系(P<0.01),与粉粒(0.05~0.002 mm)含量呈极显著负相关关系(P<0.01),与土层深度的相关性不显著(P>0.05),说明深层土壤含水率均受砂粒、粉粒、黏粒的影响[16,23],含水率随土层深度变化主要受土壤质地的影响[16]。将颗粒组成与土壤含水率进行回归分析发现,土壤含水率随黏粒的增加呈对数曲线的形式增加,结果如图2所示。
表4 农地A土壤含水率与土层深度和颗粒组成的Pearson相关系数Table4 Pearson correlation coefficient of soil moisture, soil depth and particle composition for farmland A
将农地B土壤剖面的黏粒含量数据代入图2中关系式计算其土壤含水率,并与实测值进行比较,如图3a所示,农地B土壤含水率实测值与计算值曲线基本重合(均方根误差为0.28%),说明用对数方程可有效地描述土壤颗粒与深层土壤水分之间的关系。将苹果林伐后土壤黏粒含量代入图 2中关系式得计算值,与实测值比较可知(图3b),伐后果园土壤实测与计算含水率之间存在明显差别,300~1 000 cm土层含水率平均计算值为14.35 %,计算值比实测值(8.66%)高65.7%,表明苹果树可能已经严重消耗了深层土壤水分。
图2 农地A黏粒与土壤含水率的关系Fig.2 Relationship between soil moisture and clay content in farmland A
图3 农地B及伐后苹果园土壤含水率实测值与计算值比较Fig.3 Comparison of measured and calculated soil moisture in orchard after cutting and farmland B
3.2 再栽枣树后的干化土壤水分变化
将试验区枣林2013-2015年土壤水分及2011年4 月21日测定的伐后果园土壤水分换算为枣林土壤有效水分作图4及表5。
图4 伐后果园土壤与试验区各龄枣林土壤有效水含量Fig.4 Available water content of orchard after cutting and Jujube of every age
由表5看出,0~1000 cm伐后果园土壤可用有效水总量为386.77 mm,0~300 cm土层土壤可用有效水总量为149.71 mm,枣树生长过程中剩余有效水量逐年递减,分别为334.22、262.05、252.21 mm,消耗可用有效水为13.59%、21.59%、3.64%;由图4和表5看出枣林生长的几年间主要消耗0~300 cm土层的水分,消耗可用有效水量为131.2 mm,3龄枣林消耗可用有效水为34.97%,4龄枣林消耗可用有效水为 83.04%,5龄时枣林由于缺乏有效水分只能消耗剩余有效水量的4.59%。可见枣林在4龄后即基本失去土壤水分的有效供给。
将试验区5龄枣林土壤水分与15龄老枣林土壤水分作图5。
由此推断,15龄老枣林0~600 cm土层的平均土壤含水率可作为枣树生长可利用水下限。15龄老枣林 0~600 cm土壤含水率低于干层指标线,说明枣树较苹果树吸水能力更强。从图5可知,15龄老枣林0~600 cm范围土壤体积含水率为6.15%,试验区5龄枣林同层次平均土壤体积含水率为6.88%,二者仅相差0.73%,差异极小。也就意味着试验区0~600 cm土层土壤水分状况已接近15龄老枣林,在这种情况下枣树根系不会向缺乏水分的土层延伸,试验区再栽枣树缺乏深层土壤储水。通过以上分析,推断深层土壤水分的缺乏可能抑制了试验区枣树根系的生长,5龄枣树耗水深度仅为300 cm左右,只能依靠当年降水和降水在土壤浅层的入渗生长,“土壤水库”的功能已基本消失。
表5 枣林生长过程中0~1 000 cm土壤有效水变化Table5 Change of available water content during growth of jujube in 0-1 000 cm
图5 试验区5龄枣林与15龄老枣林土壤含水率Fig.5 Soil moisture of 5-yr jujube in experiment plot and 15-yr jujube
3.3 干化土壤中枣树的生长及水分利用效率
将对照枣林1与试验区4龄枣树(2014年)、5龄枣树(2015年)枣吊平均长度、剪去枝条累积长度、单株生物量等变化作图6分析。从图6看出,枣吊平均长度、剪去枝条累积长度、单株生物量均随着时间增长,达到一定值后趋于稳定。2015年降雨量较2014年少,各指标增长速度与最终值均小于2014年,说明在半干旱黄土丘陵区降雨可显著影响枣树生长。由图 6可知,2015年试验区与对照区1枣吊平均长度最终值较2014年分别减少34.26 %、32.46 %,2 a中试验区枣吊平均长度最终值分别为对照区1的1.08倍、1.05倍。试验区枣树采用节水型修剪,修剪强度大于对照区,在此情况下枣吊平均长度仍略高于对照区1,说明节水型修剪有利于枣树生殖生长,这也是产量的基础。剪去枝条累积长度用来体现修剪量的大小,2 a间试验区修剪量均大于对照区1,且二者修剪量在2015年均有所减小。试验区单株生物量2015年较2014年减少22.31%,对照区1 2015年单株累计生物量较2014年减少52.33%;同时,2014年试验区单株生物量为对照区1的56.77%,2015年试验区单株生物量为对照区1的81.89%,说明降雨量减少对对照区1枣树生物量的影响大于试验区,试验区枣树因采用节水型修剪降低蒸腾耗水量[25-26]能一定程度减小降雨量对其生长的影响。
表6为试验区与对照枣林1(以下简称对照1)及对照枣林2(以下简称对照2)4龄、5龄枣树果实生长状况和单株生物量、产量、耗水量以及水分利用效率。追求较高的水分利用效率是缺水条件下农业得以持续稳定发展的关键所在[38]。本文从生物量和产量来分析水分利用效率。
图6 试验区与对照1枣林枣吊平均长度、剪去枝条累积长度、单棵生物量Fig.6 Average length of branches, length of cumulative cutting branches and biomass per plant of jujube in experiment plot and CK1
表6 不同处理枣树单果质量、果实个数、生物量、产量、耗水量及水分利用效率Table 6 Average fruit weight (AFW), number of fruit (NF), biomass, yield, water consumption (WC) and water use efficiency (WUE) of jujube under different treatments
由表6可知,试验区4龄、5龄枣树果实个数大于对照1、对照2,单果质量差异不大。2 a中试验区枣树耗水量均低于对照区枣树。试验区 4龄枣树生物量分别是其对照区1和2的97%、57%,生物量水分利用效率分别是其对照区1和2的96%、62%,5龄枣树生物量分别是其对照区1和2的93%、82%,生物量水分利用效率分别是其对照区1和2的96%、95%,主要是试验区枣树采用节水型修剪限制了自身营养生长。试验区 4龄枣树产量分别为对照区1和2的3.45倍、1.39倍,产量水分利用效率分别是其3.53倍、1.52倍。2015年时枣树为5龄,一般来说5龄枣树较4龄枣树产量有所提高,而由于2015年降雨量减小,试验区与对照区产量均较2014年有所减小,但试验区5龄枣树产量仍为对照区1及2的2.96倍、1.43倍,产量水分利用效率是其3.06倍、1.63倍。试验区枣树2 a间的产量及其水分利用效率均远高于同处深层干化状况的对照区 1枣树,此时二者土壤深层水分调节能力都较差,降雨成为枣树产量的主导因素。说明节水型修剪通过将枣树树体规格保持在较小范围内,使其在不同降雨条件下仍能保持较高的水分利用效率。
4 结 论
在半干旱黄土丘陵区种植23 a苹果林砍伐后,重新栽植节水型修剪型枣林,研究其生长及耗水情况,结果表明:
1) 23 a生苹果园0~1 000 cm深土层内已形成了干化层,其中300~500、>500~700、>700~1 000 cm范围土壤水分亏缺度分别为中度偏重亏缺、中度亏缺、轻度亏缺。在苹果树伐后休闲4 a 0~300 cm土层水分得到恢复,0~250 cm土层水分与农地基本一致。
2)经过4 a休闲后的干化土壤中栽植枣树,此时0~300 cm 层次土壤对枣树而言土壤可用有效水总量为149.71 mm。枣树栽植前3 a不采取特殊措施能够正常生长,但第3年开始0~300 cm土层有效水分被枣树消耗34.97%,第4年时0~300 cm范围内前期恢复的土壤水分被消耗殆尽,枣树生长只能依靠当年降水及其在浅层的入渗。
3)在0~1000 cm土层通体干化情况下,枣树采用节水型修剪仍可以保持良好生长,产量及其水分利用效率均高于相同水分条件下的常规修剪枣树,产量可达到正常水分条件下枣树的1.39倍以上,产量水分利用效率可达1.52倍以上。
综上,在前期严重干化的土壤中,土壤水分已经失去调控枣树生长的功能,对枣树生长及产量作用甚微,枣树只能依靠当年降雨生长,而节水型修剪可以通过减小蒸腾耗水提高水分利用效率,在一定程度上提高产量。但本文仅获得了干化土壤中常规修剪枣树的年度生物量和产量,在后续研究中还需完善更多生长指标的动态观测。
本试验研究仅为5 a生枣林,对于果树来讲属于幼树,在深层干化土壤中能否达到正常生长年限,能否持久获得稳定产量,以及深层干化土壤环境与修剪措施对枣树根系的影响等问题还需要更长时间的试验观测来确定。从理论上讲,土壤储水在枣树生长中起到一定的调节作用,虽然深层干化土壤的调节功能大大降低,但是加大枣树修剪强度又在一定程度上降低了枣树蒸腾耗水,可起到弥补土壤水分的作用,修剪强度适度则可以维持枣树持续生长和适宜产量,需进一步研究获得适宜的修剪强度,为生产实践提供参考。
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Growth and water consumption of jujube with water-saving pruning in deep dried soil of Loess Hilly Area
Zhang Wenfei1,2, Wang Xing1※, Wang Youke1,3, Zhang Jingxiao3, Hui Qian3
(1.Research Center of Soil and Water Conservation and Ecological Environment,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Education, Yangling712100,China; 2.University of Chinese Academy Sciences,Beijing100049,China; 3.College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F University,Yangling712100,China)
Soil dried layers occur widely in years of trees plantation in orchards. It is important to study soil water restoration condition after tree cutting and effects of dried layers on subsequent vegetation construction and growth. This study aimed to investigate the growth and water consumption of jujube with water-saving pruning in deep dry soil of Loess Hilly Area. The study area was in Jujube Demonstration Base in Mizhi county, Shaanxi province (37°12′N, 109°28′E). The experiment plot had the silt sandy loam with bulk density of 1.24 g/cm3, field water holding capacity of 22% and groundwater depth of 50 m below. In 2011, 5 sampling sites (treatments) were designed. In the sampling site I (experiment plot), 23-yr apple trees were cleared and the jujube with water-saving pruning was planted in soil with dried layers after 4 years; In the sampling site II (CK1), 23-yr apple trees were cleared and the jujube with traditional pruning was planted in soil with dried layers after 4 years; In the sampling site III (CK2), the jujube with traditional dwarf pruning was planted in soil without dried layers; In the sampling site IV (15-yr jujube), the 15-yr jujube with traditional dwarf pruning in soil without dried layers was selected for soil moisture measurement; In the sampling site V (farmland), the farmlands without dried layers for soybean and millet cultivation was selected for soil moisture measurement. Soil moisture in 1 000 cm depth was determined by neutron probes. The jujube yield was determined. The 1-m soil water storage and water consumption were calculated. Available water content, remainder available water and proportion of available water consumption were calculated for orchard soil after cutting, 3-yr jujube soil, 4-yr jujube soil and 5-yr jujube soil. The results showed that 23 years of apple planting had caused soil dried layers in 0-1 000 cm depth. Among the depth, the soil was in the condition of moderate heavy water deficit, moderate water deficit and minor water deficit for 300-500, 500-700 and 700-1 000 cm, respectively. After 4 years of orchard cutting, the soil moisture was recovered in 0-300 cm and the soil moisture in 0-250 cm was almost consistent with the farmland. For the jujube planting after 4-yr of orchard cutting, the soil available water content was 149.71 mm. For the first 3 years, the jujube could growth well but the soil available water in 0-300 cm could be consumed by 34.97%. For the 4thyear, the soil available water in 0-300 cm was nearly used up and the jujube had to depend on the precipitation in the same year. In the soil with deep dried layers in 0-1 000 cm, jujube with water-saving pruning could growth well with the yield more than 1.39 times and the yield water use efficiency up to 1.52 times of that with traditional pruning, respectively. The result indicates that the water-saving pruning is an effective way to overcome precipitation shortage and soil water deficit in semi-arid area.
soils; water content; orchards; dried layer; jujube; water use efficiency
10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.018
S152.7; S155.4+6
A
1002-6819(2017)-07-0140-09
2016-08-06
2017-04-10
国家支撑计划项目“陕北水蚀区植被功能调控技术与示范”(2015BAC01B03);陕西统筹项目“红枣优质高效生产关键技术集成与示范”(2014KTCG01-03)
张文飞,山东滨州人,博士生,主要研究方向为土壤干层恢复。杨凌 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心,712100。
Email:zwfzwf1991@163.com
※通信作者:汪 星,陕西杨凌人,副研究员,主要从事林业水分高效利用方面的研究。杨凌 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心,712100。
Email:gjzwyk@vip.sina.com