不同种植模式枣树、核桃树耗水特性的比较研究

邵瑾 哈小丽 韩占江

（1 塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔843300）

（2 塔里木大学生命科学学院/新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆 阿拉尔843300）

水资源缺乏已成为全球性亟待解决的问题。我国人均水资源拥有量为世界平均值的1/4，是世界上13 个严重缺水的国家之一［1］。新疆南疆是我国典型的干旱地区，终年降水稀少蒸发强烈，水资源短缺直接制约着当地农业生产［2］。南疆农业用水量约为280亿m3，占南疆用水总量的95%以上［3］。怎样合理利用珍贵的水资源，提高水分利用效率，是当地农业生产亟需解决的问题。

大量研究表明，合理的种植模式可以提高作物的水分利用效率，使有效的水资源获得最大的利用率［4-9］。有研究表明，与单作核桃相比，间作模式可降低土壤蒸发量，提高土壤含水量，降低耗水量［10,11］，提高水分利用效率［12-14］。目前国内外关于果树与其他作物间作的研究报道较多［5,6,8-14］，而果树与果树间作，尤其关于南疆主栽的红枣与核桃间作研究，却鲜见报道。当前，南疆红枣的种植面积位居全国第一，核桃面积位居全国第三［15］，是近几年红枣供大于求，红枣价格持续下降，“枣贱伤农”现象凸显。枣树间作其他果树，可帮助果农灵活调整种植结构，逐步更换收益不高的树种［16］。因此，本文以南疆的单作红枣、单作核桃及红枣‖核桃3种种植模式为研究对象，比较不同种植模式下枣树和核桃树的耗水特性，以期为该地区果树高效种植以及农业产业结构的优化提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试枣树为6年树龄的“南疆红”红枣，该品种于2014 年通过新疆维吾尔自治区林木品种审定委员会认定；核桃树为7 年树龄的“温185”，该品种于1994年被列为全国推广产品。

1.2 试验方法

1.2.1 试验地概况

试验地位于新疆阿克苏地区温宿县十万亩生态园内的核心区阿克苏果满堂果业开发有限公司（41°15′N，80°30′E），背靠天山第一高峰“托木尔峰”，属于温带大陆性气候，日照时间长，昼夜温差大，年平均气温11. 0℃，最高气温41. 0 ℃，最低气温-27.0 ℃，日照充足，年日照数2 361.4～2 980.6 h，年无霜期平均203 d。果园中全部铺设安装了田间供水管道和自压滴灌、涌泉灌设施，可满足果树生长的需求。

1.2.2 试验设计

试验于2016 年和2017 年进行，试验地土壤养分状况见表1。

表1 试验地土壤养分状况

选择3种种植模式：单作红枣、单作核桃、红枣‖核桃，根据高度差分别设置6 个处理，即坡上单作红枣（A1：株距1 m，行距2 m）、坡下单作红枣（A2：株距1 m，行距2 m）、坡上单作核桃（B1：株距2.5 m，行距5 m）、坡下单作核桃（B2：株距2.5 m，行距5 m）、坡上红枣‖核桃（C1：2 行核桃的行间种植2 行红枣，核桃株距5 m、行距6 m；红枣株距1 m、行距2 m）、坡下红枣‖核桃（C2：2 行核桃的行间种植2 行红枣，核桃株距5 m、行距6 m；红枣株距1 m、行距2 m）；其中A1与A2，B1与B2，C1与C2的高度差均为0.65 m。各试验地于3 月底进行第一次试水，试水结束后，于4 月初到5月初每15 d 进行一次滴灌，5 月中旬～8 月底，每7 d进行一次滴灌。红枣生育期主要包括：萌芽展叶期（4 月初～4 月底）、开花期（5 月中旬～6 月初）、坐果期（6 月上旬）、膨大期（7 月中旬～8 月上旬）、脆熟期（8 月下旬～9 月中旬）、完熟期（9 月下旬）；核桃生育期主要包括：萌芽期（4月初～4月中旬）、开花结果期（4 月中旬～5 月初）、果实膨大期（5 月中旬～6 月初）、硬核期（6月初～7月初）、油脂转化期（7月初～8月底）、成熟期（9月初～9月下旬）。本试验的间作模式中核桃的灌水量、灌水次数与红枣一致，所以本文对间作模式水分的分析，以红枣生育期为主。各处理灌水量用水表准确计量，实际灌水量如表2～4 所示。小区面积为20 m×30 m，3次重复。

表2 A处理每小区灌水量（mm）

表3 B处理每小区灌水量（mm）

表4 C处理每小区灌水量（mm）

1.3 水分测定与计算方法

1.3.1 土壤含水量的测定

分别于红枣生育期和核桃生育期取取0～100 cm土层土样，分层取土，20 cm 为1 层，置于铝盒中，采用烘干法测定土壤含水量，其公式为：土壤含水量=（土壤鲜重-土壤干重）/土壤干重×100%。

1.3.2 耗水量的计算1.3.2.1 总耗水量

果树耗水量可根据土壤含水量计算［17,18］得出：

式中，ET1-2为阶段耗水量（mm）；i 为土层编号；n为总土层数；γi为第i 层土壤干容重（g/cm3）；Hi 为第i层土壤厚度（cm）；θi1和θi2分别为第i 层土壤时段初和时段末的含水率，以占干土质量的百分数计；M 为时段内的灌水量（mm）；P 为有效降水量（mm）；K 为时段内的地下水补给量（mm），当地下水埋深大于2. 5 m 时，K 值可以忽略不计。本试验所在区域，地下水埋深在5 m以下, 故地下水补给量可视为0。

土壤容重采用环刀法测定［19］。在田间选择挖掘土壤剖面，深度1 m。按剖面层次从地表向下每20 cm一层，分层采样，每层重复3 次。用已知质量（m1）和内径的环刀垂直取原装土。同时在同层采样处用铝盒采样，测定自然含水量。 把装有样品的环刀两端立即加盖，以免水分蒸发。随即称重（m2）精确到0.01 g，并记录。将装有样品的铝盒烘干称重，精确到0.01 g，测定土壤含水量（w）。按下式计算土壤容重：ri=（m2-m1）×（100-w）÷100V。式中：ri为土壤容重（g/cm3）；m2为环刀及湿土质量（g）；m1为环刀及湿土质量（g）；V 为环刀体积（cm3），V=лr2h，式中，r为环刀内半径（cm），h 为环刀高度（cm）；w 为土壤含水量（%）。试验地土壤0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm 土层土壤容重分别为1. 74 g·cm-3、1. 69 g·cm-3、1. 64 g·cm-3、1. 56 g·cm-3、1. 63 g·cm-3。

1.3.2.2 灌水量

在每一行果树进水的滴灌带接口处安装水表，每次灌水前读一次水表数，此次数值减去前一次所记录数据为本次所滴水量。由每一行灌水量折算出试验小区的灌水量。

1.3.2.3 土壤贮水消耗量式中：△S 为土壤贮水消耗量（mm）；i 为土层编号；n 为总土层数；γi为第i层土壤容重；Hi 为第i 层土壤厚度（cm）；θi1和θi2分别为第i层土壤时段初和时段末的含水量，以占干重的百分数计（%）［17,18］。

1.3.2.4 降水量

降水量数据从温宿县气象局获取。

1.3.2.5 土壤贮水量的计算土壤贮水量=换算系数（0. 1）×土壤含水量（%）×容重（g·cm-3）×土层深度（cm）［17,18］；

1.3.2.6 水分利用效率的计算

水分利用效率（kg·667m-2·mm-1）=产量（kg·667m-2）/生育期总耗水量（mm）［18］，即果树消耗单位质量水所制造的干物质量，可用每667 m2果树的产量除以其总耗水量表示。

1.4 数据分析

2016 年与2017 年两年数据规律总体基本一致，本文主要以2016 年数据为主进行分析。利用Microsoft Excel 2010 软件进行数据分析和作图，应用SPSS 19.0统计软件进行方差分析及LSD检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2. 1 枣树和核桃树耗水量的水分来源及其占总耗水量的比例

果树的耗水量主要由灌水量、土壤贮水消耗量和降水量三部分构成。由表5可以看出，枣树和核桃树全生育期各处理的灌水量、土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例不同。其中单作红枣模式（A1、A2处理）和红枣‖核桃模式（C1、C2处理）坡上种植模式的灌水量、土壤贮水消耗量均高于坡下种植模式的灌水量和土壤贮水消耗量，可能与其地势差异导致水压大小不同有关。C2处理灌水量、总耗水量、灌水量/总耗水量均较高，显著高于其他处理；A1处理灌水量、土壤贮水消耗量、灌水量/总耗水量均较低，显著低于其他处理。C1处理土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例最高，显著高于其他处理。6 个处理均呈现灌溉量占总耗水量的比例较大，可达79%以上，说明该试验地红枣和核桃生长期的水分消耗主要来源于灌溉水。

表5 各处理枣树和核桃树耗水量的来源及其占总耗水量的比例

2. 2 不同种植模式枣树和核桃树各生育期土壤贮水消耗量的比较

2. 2. 1 不同种植模式枣树和核桃树各生育期土壤含水量的比较

由图1可以看出，不同种植模式枣树和核桃树各生育期不同土壤层次土壤含水量分布不均。单作红枣模式（A1、A2处理）的坐果期、膨大期、脆熟期0～20 cm 土层含水量较高。A1处理的坐果期和脆熟期0～100 cm 土层含水量变化趋势一致，随土层深度的增加呈现减小-增加-减小的趋势。A2处理在完熟期20～100 cm 土层含水量较小。单作核桃模式（B1、B2处理）全生育期0～100 cm 土层含水量波动较大。C1处理在膨大期/硬核期、脆熟期/油脂转化期和完熟期0～100 cm 土层含水量随土层深度增加呈“M”型变化，在20～40 cm、60～80 cm 土层出现两个峰值。C2处理全生育期0～100 cm 土层含水量随土层深度的增加，土壤含水量减小；完熟期0～100 cm 土壤含水量较大，显著高于其他生育期0～100 cm 土层含水量，且在脆熟期/油脂转化期20～40 cm土壤含水量达最高值，为9.45%。

图1 不同种植模式各生育期不同土壤层次土壤含水量

2. 2. 2 不同种植模式枣树和核桃树土壤贮水消耗量的比较

2. 2. 2. 1 单作红枣模式与红枣‖核桃模式土壤贮水消耗量的比较

由图2 可以看出，单作红枣模式（A1、A2处理）与红枣‖核桃模式（C1、C2处理）0～100 cm 土壤贮水消耗量随土层深度的增加变化趋势一致，均呈现减小-增加-减小的趋势。C1处理0～100 cm 土壤贮水消耗量较大，各土层土壤贮水消耗量均显著高于A1、A2、C2处理0～100 cm 土壤贮水消耗量。C2处理0～60 cm土壤贮水消耗量较小，均显著低于A1、A2和C1处理。在60～100 cm 土层A1、A2和C1处理土壤贮水消耗较为集中。

2. 2. 2. 2 单作核桃模式与红枣‖核桃模式土壤贮水消耗量的比较

由图3可以看出，B1、B2和C1处理0～100 cm 土壤贮水消耗量随土层深度的增加变化趋势一致，均呈现减小-增加-减小的趋势，且土壤贮水消耗量主要集中在40～60 cm 土层。C2处理0～100 cm 土壤贮水消耗量较小，显著低于A1、A2和C1处理。C1处理0～60 cm 土壤贮水消耗量较高，显著高于A1、A2和C2处理。

图2 单作红枣模式与红枣‖核桃模式土壤贮水消耗量图

图3 单作核桃模式与红枣‖核桃模式土壤贮水消耗量

2. 3 不同种植模式枣树和核桃树水分利用效率的比较

由表6 可知，A1处理产量最高，水分利用效率最高；B1处理产量最低，水分利用效率偏低，说明产量与水分利用效率呈正相关关系。C2处理灌水量最高，但水分利用效率偏低，说明过多的增加灌水量不会增加产量，会造成水资源的浪费。综合比较发现，A1处理是本试验条件下水分利用效率最高的处理。

表6 不同处理对枣树和核桃树产量、耗水量和水分利用效率的影响

3 讨论

灌溉水是植物生长水分的重要来源，其占总耗水量的比例较大。有研究认为，随着灌水量的增加，农田耗水量的增加，土壤贮水消耗量减少［20］。本研究发现，随着灌溉水的增加，灌水量占总耗水量的比例增加，降水量和土壤贮水消耗量占总耗水量的比例均减少。C2处理灌水量最大，其土壤贮水消耗量最小，为负值，说明灌水增多不利于枣树和核桃树利用土壤贮水。比较不同种植模式耗水量的来源及其占总耗水量的比例可知，本试验条件下，灌溉水是枣树和核桃树生长所需水分的主要来源，占总耗水量的79%以上。坡上种植模式（A1、B1、C1处理）灌水量均低于坡下种植模式（A2、B2、C2处理）灌水量，可以适当增加坡上种植模式的灌水量，减少坡下种植模式的灌水量。

有研究认为，间作模式有利于提高作物的产量［21］，本研究发现，间作模式C1比坡上单作模式A1和B1（土地当量比为0.89，小于1）或坡下单作模式A2、B2（土地当量比为0.95，小于1）有产量劣势；而间作模式C2比坡上单作模式A1、B1（土地当量比为1. 25，大于1）或坡下单作模式A2、B2（土地当量比为1.25，大于1）有产量优势；C2处理的红枣和核桃产量均高于C1处理，可能与下坡的灌溉量高于坡上有关；C2处理灌水量为6种处理中最高，但水分利用效率不是最高，可以适当减少C2处理的灌水量来降低成本。有研究认为，作物产量随灌水量的增加而增加，而水分利用效率随灌水量的增加而减小［22,23］，当灌水量增加到一定值时再增加灌水量，会导致产量减少［24］；适度的减少灌水量有利于增加产量，提高水分利用效率［25,26］。本研究发现，A1处理灌溉量不是最高，但水利用效率最高；C2处理灌溉水最高，产量较高，但水分利用效率较低，与前人研究结果相似。本文通过单作模式与间作模式进行对比研究，阐述不同种植模式枣树和核桃树的耗水特性的差异。但随着生长年限的增加，根系会不断变化，间作模式枣树和核桃树对水分的竞争关系可能会发生变化，有待进一步研究。

4 结论

（1）本试验条件下，枣树和核桃树耗水的主要来源是灌溉水，占总耗水量的79%以上。C2处理灌水量及其占总耗水量的比例最大。6 个处理土壤含水量随土层深度的增加变化趋势一致。单作红枣模式（A1、A2处理）与红枣‖核桃模式（C1、C2处理）土壤含水量在40～60 cm 土层较集中；单作核桃模式（B1、B2处理）与红枣‖核桃模式（C1、C2处理）土壤含水量在60～80 cm土层较集中。

（2）间作模式C1比单作模式A1、B1、A2、B2有产量劣势，而间作模式C2比单作模式A1、B1、A2、B2有产量优势，但C2水分利用效率较低；A1红枣产量最高，为478. 03 kg·667m-2，其水分利用效率最高，为1.19 kg·667m-2·mm-1。