不同滴灌量枸杞田间土壤水分运移特征

尹志荣，黄建成，桂林国，赵 营，雷金银

(宁夏农林科学院农业资源与环境研究所，银川 750002)

宁夏农业灌溉用水平均利用率在40%左右，人均水资源量不足200m3，水资源短缺已成为制约宁夏农业生产发展及生态环境改善的最大瓶颈。枸杞作为宁夏特色优势经济作物，生态适应性极强，抗旱、耐盐碱、耐瘠薄，具有显著的经济社会效益[1]。近年来，随着宁夏节水农业的迅速发展，充分挖掘植物节水潜力，因地制宜打造规模化、标准化种植模式，有效促进了枸杞产业发展的新优势。

截至2018年底，宁夏枸杞种植面积已达6.7万hm2。实践证明，枸杞滴灌栽培增产、节水效果最显著。郑国保等[2]以‘宁杞1号’为试材将枸杞园土壤水分变化分为四层，活跃层(0～30cm)、次活跃层(30～60cm)、缓变层(30～60cm)和均稳层(100～180cm)，并指出枸杞耗水深度一般在0～100cm，0～60cm土层变化尤为激烈。程良等[3]以‘宁杞7号’为试材研究中部干旱区覆膜情况下灌水定额为1620m3·hm-2时枸杞产量最高，覆膜枸杞水分利用率高于不覆膜处理。董世德等[4]开展不同覆盖措施对滴灌盐渍土枸杞生长及水盐分布的影响，结果表明，黑膜覆盖和草帘覆盖能够显著减缓枸杞根区土壤水分耗散，土壤质量含水率分别提高29.6%和13.3%。徐利岗等[5]认为干旱区枸杞土壤水分变化敏感区域为距树干水平距离40cm处的20～70cm土层，灌水前后土壤含水率在0.2%～4.3%，3750m3·hm-2时水分利用率及品质相对较好。侯建安等[6]以‘宁杞8号’为试材分析灌水下限和灌水频率对枸杞园土壤分布的影响，表明高频灌水土壤水分变化保持在一个较稳定的范围，最佳灌水下限宜控制在田间最大持水量的85%。前人的这些研究多侧重于灌水对枸杞产量、品质及水分利用效率方面的研究且只选择了一种供试品种，而关于不同灌水处理同时对多个品种土壤水分动态变化的比较研究鲜有报道。本试验以4个枸杞品种为试验材料，研究不同灌水量对不同品种枸杞各土层土壤含水量运移及水分利用率的影响，旨在为宁夏枸杞的水分合理调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年在宁夏农林科学院园林场试验基地枸杞园进行(树龄2 a)，年均降雨量186.7 mm，年均蒸发量2 500 mm，无霜期约154 d， ≥10 ℃积温为3 475 ℃。试验地0～40 cm土层土壤有机质11.04 g·kg-1，碱解氮57.5 mg·kg-1，速效磷49.2 mg·kg-1，速效钾402 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验采用两因素条区设计，因素一为灌溉量，设灌溉量5 100 m3·hm-2(W1，当地枸杞生产常规滴灌量)、4 350 m3·hm-2(W2)、3 600 m3·hm-2(W3)、2 850 m3·hm-2(W4)、2 100 m3·hm-2(W5)；因素二为枸杞品种，‘宁杞1号’(V1)、‘宁杞5号’(V5)、‘宁杞7号’(V7)、‘宁杞9号’(V9)，共4个品种。其中，‘宁杞1号’是宁夏农林科学院选育的高产、优质、适应性强的品种，已在宁夏、新疆、甘肃、内蒙古、湖北、陕西等省、自治区推广种植；‘宁杞5号’是2009年选育的枸杞新品种，相对‘宁杞1号’果粒更大、更均匀、易采摘、经济效益好，果粒呈长圆形，果实成熟期比‘宁杞1号’提前1周左右，但该品种雄蕊花粉败育，无花粉散出，先天雄性不育，需混栽授粉树才能结果；‘宁杞7号’是从宁夏枸杞生产园中选育出的无性系新品种，在多年多点的品种对比试验与区域试验中表现出生长快、自交亲和水平高、抗逆性强、丰产、稳产、果粒大、等级率高等特点；‘宁杞9号’是以‘宁杞1号’同源四倍体98-2 与河北枸杞杂交选育获得，叶片肥厚，长椭圆形，果粒大。

每个处理3次重复，随机排列。试验园枸杞株行距3 m×1 m，每行设置1个灌水处理，每个品种14 m，试验小区面积约42 hm2。沿枸杞行每行铺设一根滴灌管，每株枸杞树下安装 4 L·h-1流量的管上式滴头1个，每根滴灌管前安装开关，整个灌水量由首部水表控制，灌水时间和灌水定额见表1。试验期间除灌水外，各处理锄草、施肥、修剪等田间管理均保持一致。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤水分含量 每次灌溉前后用TDR土壤水分测定仪测定0～80 cm土层体积含水量，每10 cm为一层，降雨前后加测。

表1 灌水时间及灌水定额Table 1 Irrigation time and quota m3·hm-2

1.3.2 产量与水分利用效率 产量水平上枸杞的水分利用效率，即WUE=Y/ET。灌溉水利用效率IWUE=Y/I。式中，Y、ET、I分别为枸杞产量(kg·hm-2)、枸杞开花期至落叶期内(5～8月)不同品种的实际耗水量、灌水量。

耗水量采用水量平衡法计算。

产量为枸杞果熟期鲜果产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft excel 2010进行数据处理及绘图，采用DPS 9.50进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 生育期内不同枸杞品种土壤水分运移特征

由图1可知，不同枸杞品种土壤含水量的变化差异显著，整体呈波动式递减趋势，生育后期 (7～8月)土壤含水量低于生育前期(4～6月)，这主要是因为萌芽期至开花期是枸杞需水关键期，此时充足的土壤水分含量才能满足植物营养生长。土壤含水量第一次峰值出现在5月12日灌水后，之后随时间的推移 ‘宁杞7号’和 ‘宁杞9号’土壤水分含量逐渐降低，至下次灌水后又出现新的峰值，‘宁杞1号’和‘宁杞5号’变化有别，‘宁杞1号’W2、W3、W5处理土壤含水量下降，W4、W1处理土壤含水量上升，而‘宁杞5号’W1、W5处理土壤含水量下降，W2、W3、W4土壤含水量上升。不同灌水量之间，W5处理土壤含水量较低，尤其对‘宁杞5号’和‘宁杞7号’，平均为16.74%和17.37%；计算4个品种栽培下W5处理的平均土壤含水量仅16.91%；W1处理土壤含水量也不高，对‘宁杞1号’和‘宁杞9号’，平均14.59%和16.70%；计算4个品种栽培下W1处理的平均土壤含水量为18.40%。对于‘宁杞5号’和‘宁杞7号’，W5处理灌水量少于W1 处理3 000 m3·hm-2，但土壤含水量却高出W1处理 15.35%和0.06%，同时W4、W3处理0～20 cm的土壤含水量整体高于其他处理。由此可见，枸杞生育期内土壤水分含量的变化规律与灌溉量无明显的相关关系，灌水量过于饱和或减小太多均会影响土壤含水量的变化。W5和W1处理土壤含量最低，平均分别为16.91%和18.40%。

图1 枸杞生育期内不同灌水量下0～20 cm土壤水分含量Fig.1 Soil water content of 0-20 cm under different irrigation amounts during growth period of wolfberry

2.2 灌溉前后不同枸杞品种土壤水分剖面分布特征

剖面土壤含水量在枸杞生育期内的变化十分明显，如图2所示。随土壤深度的增加，0～60 cm土层土壤含水量变化极为剧烈，而底层60～80 cm 土壤含水量变化相对缓慢，表明随土层加深土壤含水量受灌水的影响减小，灌水后土壤含水量的变化与灌水前相比，整体上以40 cm为“临界点”开始下降逐渐趋于平缓。对于‘宁杞1号’，灌前、灌后各处理剖面土壤含水量的变化随土层深度的增加波动幅度较大，W5处理土壤含水量最低，变化极为剧烈，随灌溉时间的增加W1处理不同土层土壤含水量逐渐减小，仅次于W5处理，而W3～W4处理土壤含水量相对较高，稳定在 19.83%～20.31%。对于‘宁杞5号’，灌水后土壤含水量的变化与灌水前相似，灌后1 d和灌后 3 d、灌后5 d的土壤含水量在0～40 cm土层变化趋势基本一致，仅灌后3 d时40 cm土层的土壤含水量急剧下降，后又逐渐趋于平缓，W5处理土壤含水量最低，平均为 16.44%，W4处理土壤含水量最高，平均为 23.86%。对于‘宁杞7号’，灌后与灌前剖面土壤含水量只有W4处理变化显著，且土壤含水量最低为15.24%，其他处理趋势一致，灌后1 d时W1处理土壤含水量高于W5处理，灌后3 d至5 d时W5处理的土壤含水量反而高于W1，表明过量灌溉在满足作物正常需水外，很大一部分可能耗于无效蒸发，导致土壤含水量与亏缺灌溉条件下的土壤含水量差异较小，还有可能加速土壤水分向深层运移。对于‘宁杞9号’，除W1土壤含水量变化波动较大外，随灌溉时间的增加其他灌水处理变化比较稳定，差异较小，但整体上W2处理不同层次土壤含水量较高，平均为19.78%，W3次之为18.41%。

1～4分别表示灌水前、灌水后1 d、灌水后3 d和灌水后5 d；A.宁杞1号；B.宁杞5号；C.宁杞7号;D.宁杞9号

由上述分析可知，水量过于饱和的充分灌溉W1在灌水时，只有部分水分被作物吸收，另一部分水分耗于无效蒸发，还有一部分水分可能流失于深层渗漏，实际用水效率低下。而灌水量减少的处理，在满足作物正常生长所需的需水量外，土壤含水量比过量灌溉土壤含水率要高。

2.3 灌水对不同枸杞品种水分利用效率及灌溉水利用效率的影响

根据不同枸杞品种主要生育期5～8月实际耗水量、鲜果产量计算水分利用率及灌溉水利用效率(表2)，结果表明不同灌水量明显影响枸杞品种产量、耗水量及水分利用效率。随着灌水量的减少，5～8月鲜果产量整体呈先增加后下降再增加的“N”字形趋势，灌水量与产量无明显相关关系，W5处理显著提高‘宁杞1号’和‘宁杞5号’的产量，其中比‘宁杞1号’栽培条件下W1、W2、W3、W4处理产量的平均值增产56.46%，比‘宁杞5号’栽培条件下W1、W2、W3、W4处理产量的平均值增产52.80%;W2处理仅次之，显著提高了‘宁杞7号’和‘宁杞9号’产量，比‘宁杞7号’栽培条件下W1、W3、W4、W5处理产量的平均值增产22.66%，比‘宁杞9号’栽培条件下W1、W3、W4、W5处理产量的平均增产43.23%。5～8月耗水量不同处理间存在显著或极显著差异，均以W2处理为拐点先增加后下降呈倒“V”字形，W2处理耗水量最高，平均为228.77 mm。水分利用效率不同品种规律不一，灌水处理间差异极显著，随灌水量的减少，‘宁杞1号’呈先下降后增加再下降再增加的“W”字形趋势，W5处理水分利用效率最高为17.82 kg·m-3，较W1处理提高60.40%，W3处理水分利用效率仅次于W5处理，为17.73 kg·m-3；‘宁杞5号’先增加后下降再增加呈“N”字形，W5处理水分效率最高为11.72 kg·m-3，较W1处理提高90.57%，W2处理次之为6.79 kg·m-3；‘宁杞7号’水分利用效率整体偏低，W5处理表现稍好，相比W1处理产量增加5.05%的同时，水分利用效率极显著提高49.54%，与W2、W3、W4处理相比水分利用效率平均提高56.67%，而W2处理仅提高 3.64%；‘宁杞9号’呈先增加后下降再增加再下降的“M”字形趋势，W4处理水分利用效率最高为8.16 kg·m-3，W5、W2处理次之分别为7.86 kg·m-3、7.83 kg·m-3。灌溉水利用效率除宁杞9号灌水处理间差异不显著外，‘宁杞1号’‘宁杞5号’‘宁杞7号’W5处理与其他处理差异均达极显著水平，其他处理间无显著差异。

表2 不处理下不同枸杞品种水分利用效率及灌溉水利用效率Table 2 Water use efficiency and irrigation water use efficiency of different wolfberry varieties under different treatments

综上分析，不同灌水量条件下，不同枸杞品种获得节水高产的灌水处理不同，综合考虑枸杞产量、水分利用效率及灌溉水利用效率，本试验条件下，W2和W5处理是节水高产的处理；同一灌水量条件下，不同品种间‘宁杞1号’产量、水分利用效率及灌溉水利用效率显著高于其他品种，表明同等土壤、种植管理水平上‘宁杞1号’耐旱节水增产效果更突出。

3 讨 论

3.1 滴灌量对枸杞田间土壤水分运移特征的影响

灌水是影响枸杞园土壤水分动态的重要因素[7]，科学合理的滴灌量是实现枸杞节水增效的前提保障。本试验结果表明，枸杞全生育期内土壤水分含量呈波动式递减趋势，生育后期的土壤水分低于生育前期，不同品种因每次的滴灌量不同导致土壤水分含量峰值存在差异，其主要原因是5、6月份为枸杞萌芽开花关键期，此时需水量大，充足灌水有助于促进枸杞生殖生长，而到后期7、8月份灌水量逐渐减小，只需满足枸杞营养生长所需水分。不同灌水处理间W5、W1处理0～20 cm土层土壤含水量低下，平均达到16.91%和18.40%，而W3、W4处理平均达到20.55%、 20.84%，这表明在0～20 cm土壤水分活跃层，土壤储水能力受灌水量影响显著，灌水量过大或过小均会影响浅根层土壤含水量的变化，这与贺军奇等[8]的研究相似。

不同滴灌量对不同枸杞品种灌水前后剖面土壤含水量的变化亦具有显著影响。本试验结果表明，在不同滴灌量条件下，灌水后剖面土壤含水量的变化与灌水前相比，整体上以40 cm为“临界点”开始下降逐渐趋于平缓。不同灌水处理间，‘宁杞1号’和‘宁杞5号’枸杞在W5处理下土壤含水量表现最低；‘宁杞7号’枸杞则在W4处理下土壤含水量最低，0～80 cm土壤平均含水量仅为15.24%；‘宁杞9号’枸杞随土层加深土壤含水量变化规律不明显，灌水后0～30 cm土层以W5处理土壤含水量最低，30～50 cm土层以W1处理土壤含水量最低，50～70 cm土层以W4处理土壤含水量最低，70～80 cm土层又以W1处理土壤含水量最低。综合分析表明，灌水过量容易造成无效蒸发和淋溶损失，适度的滴灌量是减少无效损失和提高水分利用效率的有效途径。目前，宁夏枸杞的种植以《宁夏枸杞滴灌种植技术规程DB64/T 1294-2016》为参考，关于不同品种枸杞的适宜灌溉量尚未明确说明，本研究在上述参考的前提下，同时开展4个常用枸杞品种的灌水研究，详细了解不同品种对不同滴灌量的响应，这对优化不同品种最佳灌溉制度十分必要。

3.2 滴灌量对枸杞产量及水分利用效率的影响

枸杞产量及水分利用效率受生态环境因素及栽培措施的共同影响，不同灌水量条件下，枸杞品种的耗水特性、产量和水分利用效率存在较大差异。本研究综合考虑枸杞产量、水分利用效率及灌溉水利用效率发现，对枸杞这种极耐旱作物而言，在枸杞生育期内充足的水分供应使得枸杞水分利用效率低下，反而在常规滴灌量基础上根据枸杞需水关键期进行适当水量调控，有利于提高枸杞产量及水分利用效率，这与徐利岗等[9]研究一致。

本试验条件下，W5处理在常规灌水量减少58.82%的基础上，‘宁杞1号’和‘宁杞5号’枸杞产量明显提高了34.22%和36.12%，水分利用效率增加了60.40%和90.57%；‘宁杞7号’和‘宁杞9号’则受W2处理的影响显著，枸杞产量分别提高了16.57%和97.10%，水分利用效率增加了3.64%和77.95%，表明不同品种对灌水量的响应不同，适度的水分亏缺可以达到提高作物产量和水分利用效率的目的[10]。这主要是由于枸杞生长物候期对水分的敏感性存在差异，张自刚[11]研究表明枸杞周年耗水量为盛化期>盛果期>营养生长期>秋果生长期>秋果采收期，而本研究在果熟期对各处理每次灌水定额进行调控，尤其在盛果期(7月9日)将W5处理的灌水定额加大，高于W3、W4处理而低于W1、W2处理，保证了盛果期灌水量对枸杞果实膨大的有效影响，这就促使W5处理在不减产的情况下反而能提高产量。张智猛等[12]在花生上做了相关研究，认为适当干旱和适时补水可显著提高水分生产效率和花生产量。山仑等[13]也认为在作物生长的某些生育时期适当控制水分对于作物的增产更为有效。这均与本研究结果一致。葛宇等[14]研究不同灌水量对复播油葵耗水特性的影响，表明水分利用率随灌水量的增加而减少。张忠学等[15]研究不同灌水处理对小麦生长及水分利用效率的影响，表明随着灌溉量的增加，农田总耗水量増加，灌溉水利用比例提高，水分利用效率降低。这与本研究也有相似之处。本研究中因品间差异，‘宁杞1号’枸杞水分利用效率随灌水量的减少呈“W”形趋势，其他3个品种则随灌水量的减少基本上呈先增加后减少再增加的“N”形趋势，同时研究发现在低灌水量下产量表现好的品种水分利用效率也会表现更佳，这与品种抗旱性密切相关，比如W5处理灌溉下‘宁杞1号’和‘宁杞5号’枸杞。近年来根据区域优势、地力条件选用耐旱高产枸杞品种及优化灌溉制度，成为宁夏枸杞绿色高质量发展关注的主要方面，因此，开展不同品种适宜灌溉量和合理灌溉制度的研究，是提高水分利用效率和产量的关键。

4 结 论

不同滴灌量条件下，枸杞生育期内不同品种0～20 cm土壤含水量随生育进程的推进呈波动式递减变化趋势，剖面土壤含水量随土层的加深渐趋平缓，随灌溉时间的增加W5、W1处理变化幅度最大，土壤含水量最低。

不同品种产量及水分利用效率对滴灌量的响应不同。 ‘宁杞1号’和‘宁杞5号’枸杞，W5处理显著提高枸杞产量和水分利用效率； ‘宁杞7号’枸杞，W5处理在高出W1处理产量5.05%的情况下，水分利用效率提高49.54%，W2处理产量增加16.57%，但水分利用效率仅提高3.64%； ‘宁杞9号’枸杞，灌水量减少的处理产量均比对照增加，水分利用效率增效更为显著，综合考虑W4处理效果最佳。