涌泉根灌条件下覆盖方式对枣树土壤水分 动态变化及产量的影响

何振嘉，傅渝亮

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，西安 710075；2.西安理工大学水资源研究所，西安 710048)

0 引 言

陕北黄土高原水资源严重短缺，人均水资源量、单位面积平均水资源量均低于国际最低需水线[1]，水资源的粗放利用也引起了该地区一定程度的干旱[2]，目前利用免耕技术、秸秆覆盖技术和地膜覆盖技术等保护性耕作措施结合节水灌溉模式也已被广泛应用[3]。枣树是该地区特有的经济树种，目前已大面积推广种植。结合陕北地区干旱少雨的气候特征，吴普特等开发了一种新型灌溉技术——涌泉根灌[4,5]。该技术直接将水肥输送到枣树根部进行灌溉，减少地面水分蒸发，灌水利用效率较高[6]。

目前在旱作农业中提倡秸秆、地膜或其他保墒覆盖措施调节土壤间的水、气、热交换，减少无效蒸发，又可提高用水效率。卜玉山等[7]研究表明地膜覆盖能促进地表增温，而秸秆覆盖促进各土层保水作用。李世清等[8]对黄绵土上耕作的春小麦进行大田试验，结果表明高底墒覆膜可以提高作物的产量，全生育期内覆膜对产量并没有太大影响。王俊等[9]研究了地膜覆盖对土壤水温状况的影响，结果表明覆膜对作物生育期内的生长均有不同程度的影响。陈素英等[10]研究表明秸秆覆盖在保墒土壤、减少地表蒸发以及提高夏玉米的水分利用效率方面具有很明显的效果。乔海龙等[11]作了秸秆覆盖土柱实验，结果表明秸秆覆盖能明显降低土壤水分的蒸发以及抑制深层土壤中的盐分向地表运移，并有利于保持水分。李明思等[12]分析膜下滴灌和无膜滴灌条件下棉花的生长规律，研究表明地膜覆盖在作物生长的各个阶段湿润比皆高于无膜滴灌条件。邹聪明等[13]研究了覆盖对玉米根系生长的影响，结果表明：秸秆覆盖能显著调结土壤水分分布和养分分布。

国内外学者对大田作物覆盖已进行了较多试验，也获得了大量成果，但不同覆盖措施对涌泉根灌枣树土壤水分分布、生长及产量方面的研究极少。本文将秸秆覆盖、地膜覆盖技术集成到山地枣树涌泉根灌条件下，研究不同覆盖对枣树的需耗水规律以及枣树生长、产量的影响，以期实现资源投入的减量化和循环利用化，并充分提高自然资源利用率，研究结果将为陕北高原区山地枣树的最优覆盖方式提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

本试验于2013年4月至2014年10月在陕西省榆林市米脂县西北农林科技大学山地微灌枣树示范基地进行。试验区气候属暖温带半干旱气候，根据米脂气象局提供的1971-2014年逐日气象资料统计，该地区年平均降雨量451.6 mm，主要集中在7-9月，最大年降雨量704.8 mm，最小年降雨量186.1 mm。试验枣树为5 a生红枣，株行距为2 m×3 m，田间密度为1 650 株/hm2。试验区平均坡度为30°，地形平整均一。土壤以黄绵土为主，平均土壤容重1.30 g/cm3，5 a生枣树根系主要分布在0～60 cm土层中。0～60 cm计划湿润层的田间持水量为22%(占干土重百分数)，土壤较为贫瘠，有效的N、P、K含量分别为34.739、2.909、101.9 mg/kg，有机质含量是0.21%，pH为8.6，土壤偏碱性。本试验中气象数据利用西北农林科技大学米脂试验站提供的2013-2014年的逐日气象资料确定。试验田土壤颗粒级配组成见表1。

表1 试验土壤颗粒级配组成Tab.1 Soil particle distribution

1.2 试验设计

试验共设置了秸秆覆盖、地膜覆盖和无覆盖(CK)3个处理。在试验区随机选取4棵枣树为一个处理，为起到减少水土流失及保水作用，周围都为鱼鳞坑设计，每个处理的4棵枣树除灌水不同外，其他措施如修剪、环割、打药、除草等均相同，每个处理3个重复，测定数据取平均值。秸秆选用长度为20 cm的玉米秸秆，覆盖厚度统一设置为15 cm，在以枣树茎秆为圆心，半径1.5 m范围内覆盖。地膜选用透明PE薄膜，以枣树茎秆为中心，按1.5 m×1.5 m进行覆盖，并压实边沿。灌水定额均为60L/棵，全生育期内共灌水2次，每棵枣树灌水量为120 L。图1为涌泉根灌示意图。

图1 涌泉根灌示意图Fig.1 The sketch map of surge-root irrigation

1.3 观测内容及方法

(1)土壤含水量。采用打土钻取土，用烘干法测定试验区土壤含水量，各试验枣树每一周测定一次，降雨前后、灌水前后加测。取土位置为涌泉根灌灌水器东、南、西、北4个方向10 cm处，取其均值作为结果，取土深度为100 cm作为计划湿润层，分10层，每层10 cm。

(2)枣树生长指标。枣吊长度：在每棵枣树东、南、西、北4个方向各随机选2个枣吊，每隔 10 d用皮尺测定一次枣吊长度，用游标卡尺测定枣吊直径。

(3)产量计算。枣树产量测定采用先统计整株枣树的挂果数，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，装入密封袋中立即称重，得出平均单果重，从而得出产量，测定时间为每年9月26日。

2 结果与分析

2.1 涌泉根灌条件下覆盖措施对全生育期内土壤水分垂直分布影响

在枣树生育期内5-9月，在土层深度0～100 cm范围内，不同覆盖措施条件下枣树的土壤含水量在垂直方向上表现出一定的规律性。图2为2013年、2014年5月25日至6月25日灌水前后各覆盖处理土壤平均含水量在垂直方向的变化状况。可以看出，不同处理土壤含水量在竖直方向上分布情况均表现为表层低(0～30 cm)、中层高(30～60 cm)、深层低(60～100 cm)；0～30 cm内土壤含水量随着深度的增加而增大，30～60 cm达到最大，60～100 cm逐渐降低。灌水后，不同覆盖处理下土壤含水量大小关系为：秸秆覆盖(11.97%)>地膜覆盖(11.5%)>CK(10.84%)，这是由于各覆盖处理的保水机理不同所引起的差异，地膜覆盖下土壤温度较高，蒸发剧烈，但塑料薄膜阻碍了土壤水汽与大气蒸发交换过程，并在膜内形成的液态水重新返回地表进行补给；而秸秆覆盖的疏松层结构能够有效的吸收太阳辐射，不仅降低了地表温度，同时也减缓了地面蒸发的效果；地面无覆盖处理使太阳辐射可以直射到地表，蒸发十分强烈，因此土壤含水量最低，变化最为显著。

图2 灌水对不同覆盖处理土壤含水量的影响Fig.2 Effects of irrigation on soil water content of different mulching treatment

涌泉根灌的灌水方式能够从土壤深层作物根部进行水量补给，很大程度上减小了地表蒸发，使有限的水资源能够充分利用于作物深层根系部位。由于秸秆覆盖形成的腐殖质疏松层能够吸持一定量的土壤水分，所以表层土壤水分含量较高，中间层含水量由于水分下渗速率的减缓，表现为秸秆覆盖低于CK。灌水后由于土壤水分的补给，深层土壤含水量增高，秸秆覆盖表现出更优越的保水性能，土壤含水量较地膜覆盖与CK分别高出0.47%与1.13%。

图3为2013年不同覆盖处理各层(0～30、30～60、60～100 cm)土壤水分随时间变化规律，可以看出，随着时间的增长，各覆盖条件下的土壤水分变化均具有相似的趋势，土壤含水量的变化受季节影响十分显著。在旱季时(5-7月)，由于气候干燥，降雨量稀少，土壤水分含量较低，表层土壤含水量变化较为明显；7月开始进入雨季，此时期降雨量较为集中，对各层土壤水分补给较为明显，各覆盖处理的含水量均有不同程度的提高。在整个生育期内，秸秆覆盖的土壤平均含水量最高，为12.87%，保水效果最为显著，土壤含水量分别高于地膜覆盖和CK 0.74%和1.05%。

图3 2013年不同深度土层土壤含水量变化Fig.3 Change of soil moisture in different layer in 2013

图4为2014年不同覆盖处理各层(0～30、30～60、60～100 cm)土壤水分随时间变化规律，同样可以看出，不同覆盖方式下土壤含水量具有相同的变化规律，秸秆覆盖的土壤平均含水量同样为最高，为11.60%，分别高于地膜覆盖和CK 1.03%和1.13%，保水效果最为显著，秸秆覆盖是更适合当地枣树生长的农艺节水方法。

图4 2014年不同深度土层土壤含水量变化Fig.4 Change of soil moisture in different layer in 2014

2013-2014年，在土层深度为0～30、30～60和60～100 cm范围内，秸秆覆盖(13.40%、12.18%、11.39%)的土壤平均含水量分别高于地膜覆盖(12.18%、11.03%、10.60%)7%和CK(11.08%、10.24%、9.76%)8.9%。

不同覆盖处理下的土壤水分间的变化幅度随着土层深度的加深逐渐降低，各处理的土壤含水量差异也逐渐减小。表2为2013-2014年各土层含水量平均变异系数，从表2可以看出，随着土层深度的增大，垂直方向的平均土壤含水量的标准偏差和变异系数逐渐减小，说明各土层间的含水量随着土层深度的加深逐渐趋于稳定；不同覆盖方式的土壤含水量规律有所不同，各土层间变异系数的大小为：秸秆覆盖<地膜覆盖

表2 不同覆盖条件下各土层变异系数Tab.2 Coefficient of variation on soil depth under different mulching conditions

2.2 降雨对不同覆盖条件下全生育期内土壤水分动态变化的影响

图5为2013年降雨对不同覆盖措施的枣树全生育期内土壤水分的影响，可以看出，不同覆盖方式下各土层土壤水分随时间推移均呈现出持续增大的趋势，生育期结束时，各处理在不同土层深度处的土壤含水量均有不同程度的升高，表层土壤(0～30 cm)含水量增加最为明显。生育期开始时，各土层间土壤水分差异不大，经过降雨后，秸秆覆盖土壤含水量增加最为显著，平均土壤含水量为11.6%，分别较地膜覆盖和CK土壤含水量提高1.04%和2.16%，说明秸秆覆盖措施能更有效保蓄土壤水分，在降雨结束后能降低土壤无效蒸发，提高降雨对土壤水分的转化率，其保水效果最好。另外，各处理不同土层深度的土壤水分差异逐渐增大，秸秆覆盖条件下，表层土壤(0～30 cm)含水量分别较地膜覆盖和CK提高1.07%和2.21%，中层土壤(30～60 cm)含水量较地膜覆盖和CK提高1.3%和2.48%，底层土壤(60～100 cm)含水量分别较地膜覆盖和CK提高0.73%和1.79%。

图5 2013年降雨对不同深度土壤含水量的影响Fig.5 Influence of rainfall on soil moisture content at different depths in 2013

图6为2014年降雨对不同覆盖措施的枣树全生育期内土壤水分的影响，可以看出，与2013土壤含水量分布情况具有类似的分布规律，降雨对土壤含水量的补给主要表现在表层土壤(0～30 cm)。由于降雨量的不同，土壤水分下渗量也有所不同。0～30 cm范围秸秆覆盖、地膜覆盖较CK平均含水量分别增加1.77%和0.87%，变化十分显著，为降雨补给层；30～60 cm范围秸秆覆盖、地膜覆盖较CK平均含水量分别增加1.49%和0.66%，变化幅度略有减小，为降雨过渡层；60～100 cm范围秸秆覆盖、地膜覆盖较CK平均含水量分别增加1.12%和0.49%，为降雨稳定层，受降雨影响基本不大。

图6 2014年降雨对不同深度土壤含水量的影响Fig.6 Influence of rainfall on soil moisture content at different depths in 2014

2.3 涌泉根灌不同覆盖条件对枣吊生长及产量的影响

2.3.1 涌泉根灌不同覆盖条件对枣吊生长的影响

秸秆覆盖能有效地抑制地表水分蒸发，还可较为有效的降低深层渗漏，保水效果较为明显；地膜覆盖增温效果明显。枣吊生长对枣树产量具有较大影响，图7、图8分别为2013-2014年枣树以生理生长为主转向生殖生长为主时期时，灌水定额均为60 L/棵情况下，枣吊平均生长及枣吊相对增长率随时间变化关系。可以看出，随着时间的增长，枣吊长度均有不同程度的增长，不同处理有较大差异，但相对增长速率逐渐降低，直至趋于稳定。不同覆盖条件枣吊的平均生长长度表现为地膜覆盖>CK>秸秆覆盖，平均增长率大小为：地膜覆盖(0.185)>CK(0.175)>秸秆覆盖(0.160)，地膜覆盖改变了地面以上枣树生长环境，使地面反辐射增强，与CK、秸秆覆盖处理相比，具有地面以上的升温作用，枣吊平均相对生长率明显较秸秆覆盖、CK高，这说明枣吊生长在相同灌水条件下更依赖于温度，温度越高，枣树生长越快。主要原因可能是枣果进入膨大期，光合能力主要用于果实生长，营养生殖逐渐减弱，最终趋于稳定。

图7 枣吊生长长度随时间变化规律Fig.7 The growth length of length

图8 枣吊相对增长率随时间变化规律Fig.8 The relative increasing rate of length

2.3.2 涌泉根灌不同覆盖条件对枣树产量的影响

枣树产量按以下公式计算：

Yi=L0Y/L

(1)

式中：L、L0分别为试验组实际累计结果枝长度和标准树体累计结果枝长度，cm；Y、Yi分别为试验组实际产量和化为标准树形之后的产量，kg/hm2。

图9为2013-2014年，灌水定额均为60 L/棵，不同覆盖条 件下枣树涌泉根灌平均产量的试验结果(于每年9月26日统计)。产量取决于果实数量和单果重。张吉祥等[14]研究表明秸秆覆盖能不同程度地提高作物光合速率、蒸腾速率和水分利用效率。相同灌水量时，秸秆覆盖产量为6853.14kg/hm2，地膜覆盖产量为5299.35kg/hm2，CK为4916.04kg/hm2，秸秆覆盖较地膜覆盖、CK的产量分别提高了29.32%和39.40%，表明秸秆覆盖能更多地提高枣树产量。

图9 不同覆盖条件下枣树产量Fig.9 The yield in different mulch treatment

3 结 论

本文研究了秸秆覆盖与地膜覆盖对涌泉根灌条件下枣树水分特性、枣树生长及产量的影响，主要结果如下。

(1)2013-2014年，涌泉根灌灌水后各处理土壤平均含水量大小关系依次为秸秆覆盖(12.06%)>地膜覆盖(11.27%)>CK(10.36%)；土壤水分在埋深分布表现为表层低(0～30 cm)、中层高(30～60 cm)、底层低(60～100 cm)的规律。枣树全生育期内各土层间垂直方向(0～30，30～60，60～100 cm)变异系数的大小为：秸秆覆盖(0.407，0.336，0.304)<地膜覆盖(0.416，0.340，0.316)

枣树生育期内，降雨对各处理在不同土层深度处的土壤含水量均有不同程度的升高，表层土壤(0～30 cm)含水量增加最为明显。生育期开始时，各土层间土壤水分差异不大，经过降雨后，秸秆覆盖土壤含水量增加最为显著，秸秆覆盖措施能更有效保蓄土壤水分。

(2)在2013-2014年，涌泉根灌枣树生殖生长期，地膜覆盖较之CK和秸秆覆盖，更加有助于枣吊的生长，不同覆盖条件枣吊的平均增长率大小为：地膜覆盖(0.185)>CK(0.175)>秸秆覆盖(0.160)，地表温度对枣吊生长阶段具有显著影响。随着枣树进入成熟期，光合产能向果实膨大供给，导致枣吊生长速率均有所减缓，并最终趋于稳定。

(3)秸秆覆盖能较大程度地提高涌泉根灌枣树产量，2013-2014年秸秆覆盖下枣树平均产量较地膜覆盖处理、CK分别提高29.32%和39.40%。秸秆覆盖是本研究条件下最佳覆盖种植模式，不同秸秆覆盖量及覆盖厚度对涌泉根灌枣树耗水规律的影响研究将是下一步工作的重点。

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