滴灌带铺设模式对成龄枣树根系再分布及产量的影响

李朝阳，王兴鹏*，杨玉辉

（1.塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆阿拉尔843300；2.塔里木大学现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔843300）

0 引言

【研究意义】新疆地处欧亚大陆腹地，光热资源丰富，干旱少雨，昼夜温差大，对枣树生长较为有利，截至2017 年，新疆地区枣树种植面积和产量分别达到了100 万hm2和350 万t[1]，已经成为中国红枣种植面积与产量最大的地区。然而，新疆枣树种植一直采用漫灌方式进行灌溉，不仅导致大量水分无效蒸发和深层渗漏，还造成土壤板结和次生盐渍化，降低作物产量和水分利用效率[2]。滴灌作为先进的节水灌溉技术，可有效改善土壤水肥环境，具有显著的节水增产效果，已成功应用到棉花、小麦、玉米等作物[3-5]种植中，且滴灌较漫灌能显著提高枣树水分利用效率和果实品质[6]，因此，针对新疆大面积种植的枣树，采用滴灌替代水分利用效率较低的漫灌，必将成为该地区有效缓解水资源供需矛盾和提高农业用水效率的重要途径之一。

【研究进展】根系是作物吸收水分、养分及合成各种生理活性物质的重要器官，而作物根系的生长发育与土壤水分的分布状况密切相关[7-8]。滴灌属于局部灌溉，可有效控制土壤湿润区范围，根系主要集中在有限的湿润区内，对作物根系的生长发育有利。滴灌较沟灌显著提高了枣树总根长、根尖数、根表面积和体积，增强了根系吸收水分和养分的能力[9]；滴灌核桃树根系在0～100cm土层内分布明显高于畦灌[10]；滴灌葡萄根系在垂直方向主要分布在0～60 cm范围的土层内，适宜的灌水量可显著提高葡萄产量和水分利用效率[11]；滴灌苹果根系主要分布在0～80cm土层，合理的滴灌方式对果树新梢长度、新梢茎粗以及叶面积指数等指标均会产生积极的影响[12]。

【切入点】国内外众多学者针对滴灌对土壤水分、作物根系分布、作物生长及产量等方面进行了大量研究。然而，新疆漫灌成龄枣树，根系分布已与漫灌形成的土壤湿润区相适应，漫灌改滴灌后土壤湿润区范围必定有所差异，而目前关于多年生果树灌溉方式改变后土壤湿润区的变化对根系再分布、植株生长及产量等方面的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】本文通过连续2a的大田试验，针对长期漫灌红枣开展滴灌调控试验，研究漫灌改滴灌后土壤湿润区的变化对枣树根系再分布、果实产量和水分利用效率的影响，以期为新疆地区长期漫灌枣树改滴灌提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验于2018年5月—2019年11月年在新疆阿拉尔市10团16连成龄枣园进行。试验地位于北纬40°34＇，东经81°13＇，夏季炎热降水量稀少，冬季寒冷少雪，地表蒸发强烈，年均降水量40.1～82.5mm，年均蒸发量1876.6～2558.9mm，属于典型的大陆性干旱荒漠气候。研究区年平均日照时间为2556～2992h，年平均温度为8.4～11.4℃，无霜期持续180～221 d。试验区土壤类型为沙壤土，0～100 cm土层平均体积质量为1.55g/cm3，田间土壤体积持水率为32.96%，地下水埋深超过3.5m。

1.2 试验设计

本研究选用2007 年种植、2008 年嫁接，种植11a 的成龄枣树为研究对象。枣树种植模式为矮化密植，行距200cm，株距80cm，每年果实收获后进行剪枝。2007—2017 年均采用漫灌方式进行灌溉，2018年5 月开始进行漫灌改滴灌调控试验。结合当地红枣种植模式，滴灌调控试验设计3 种不同的滴灌带铺设模式，分别在枣树二侧50cm（T1）、35cm（T2）和20cm（T3）处各布置1 条滴灌带，滴头流量2.8L/h，滴头间距30cm，同时以传统漫灌为对照（CK），每个处理3 次重复，共计12 个小区。试验采用完全随机区组设计，每个试验小区面积为48m2（8m×6m），种植24 棵枣树，分别安装水表控制灌水量。根据前人研究结果和当地灌水管理模式[13]，滴灌红枣生育期内灌水量660mm，每次灌水量一致，其中萌芽新梢期（4 月30 日—6 月15 日）灌水2 次，开花坐果期（6 月16 日—7 月20 日）灌水5 次，果实膨大期（7月21 日—8 月31 日）灌水4 次，成熟期（9 月1 日—10 月15 日）灌水1 次。CK 灌水量与当地漫灌保持一致，为1100mm，其中萌芽新梢期灌水1 次，开花坐果期灌水3 次，果实膨大期灌水2 次，成熟期灌水1次。

1.3 测试项目及方法

1.3.1 土壤水分

采取烘干法测定土壤含水率，取样位置以枣树为原点，沿垂直滴灌带方向，分别在距离枣树0、20、35、50、70 cm 和100cm 的位置进行取样，取样深度为0～100cm 土层，每20cm 取样1 次，取样时间为灌后24h，漫灌处理取样时间与取样位置均与滴灌一致。

1.3.2 根系取样及处理

取样控制区：在红枣样株为中心的有效占有面积内，选取半径为100cm 的扇形区域作为取样控制区。

取样点位：考虑取样的工作量与实际情况，在取样控制区内沿着水平位置0～25、25～50、50～75 cm 和75～100cm 处分别布置1、2、3、3 个取样点，每株枣树共计9 个取样点位，每个点位取样深度0～100cm 土层，每20cm 取样1 次。具体取样区域及位置详见图1。

取样方法：在生育期末利用根钻进行取样，根钻内径为10cm，钻头长度为20cm。

根样处理：样品取出后，清除杂质冲洗干净后，利用根系扫描仪（爱普生，印度尼西亚）扫描根系样品，通过根系分析系统（WinRHIZO）进行分析计算，得到各层根系样品的根长，并计算单位土壤体积内的根长密度。

1.3.3 剪枝量、产量指标

生育期末，每个试验小区随机选取5 棵枣树进行剪枝量和产量测定。剪掉每棵树上的新生枝条，烘干称取单株剪枝量；收获每棵树上的所有果实，称取单株产量，最终以平均值作为每个处理的剪枝量和产量；灌溉水分利用效率（WUE，kg/m3）为每个处理的产量与灌水量的比值。

1.4 数据分析

采用SPSS17.0 进行方差分析和Duncan 法进行处理间多重比较，采用Excel2019 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌带铺设模式对土壤湿润区的影响

通过对单次灌水后土壤水分的空间分布状态（2018年7月）进行分析，滴灌处理有效控制了土壤湿润区范围，随着滴灌带铺设距离的增大，土壤湿润区范围由窄深变为宽浅（图2）。滴灌方式下，水分以点源方式进入土体，以滴灌带为中心，向四周扩散，整体表现为滴灌带附近土壤含水率较大，沿着水平方向逐渐降低。垂直方向上，浅层含水率较高，深层含水率较低。T1处理的土壤浅层湿润区最宽，20～60cm的土壤含水率均超过了田间持水率的65%，但深层土壤含水率较小，且不同位置的深层土壤含水率差异不明显，表明土壤入渗深度较浅，对深层土壤含水率的影响较小，说明T1处理下的土壤湿润区是典型的宽浅型。T2处理对距离滴灌带水平方向100cm处土壤含水率的影响较小，土壤湿润区范围较T1处理有所降低，但湿润区内的土壤含水率明显增大；而在不同位置60～80cm土层土壤含水率有所差异，表明该处理的土壤入渗深度较T1处理有所提高。T3处理浅层土壤水平湿润宽度最窄，距离滴灌带70～100cm处土壤含水率变化不明显，但0～80cm土层的土壤含水率均超过田间持水率的65%，土壤水分入渗深度显著高于其他处理，形成明显的窄深型土壤湿润区。CK则表现为水平方向土壤含水率差异较小，相对均匀；而在垂直方向上，0～60cm土层土壤含水率较大，80～100cm土层土壤含水率有所降低，但均大于田间持水率。说明漫灌土壤湿润区范围及土壤含水率均明显高于滴灌方式，而滴灌在“勤灌少灌”模式下，通过设置不同的滴灌带铺设间距，可有效控制土壤湿润区范围。

2.2 不同滴灌带铺设模式对根系空间分布的影响

2.2.1 根系垂直方向分布特征

灌溉方式的改变显著改变了根系在不同深度土层的分布状态，图3 为不同土层平均根长密度。从图3 可以看出，多年连续漫灌条件下枣树根系分布在0～100cm 土层内，随着土层深度的增加，根长密度逐渐缓慢下降，各个土层根长密度基本处于稳定状态，变化较小。改滴灌第1 年，枣树根长密度随着土层深度的增加逐渐下降，与漫灌处理基本一致，但降低幅度较大。滴灌处理 0～40cm 土层根长占比处于65.1%～75.9%之间，尤其在0～20cm 土层根长密度分布最为密集，根长密度达到了1762～2252 m/m3，根长占比36.1%～41.6%。试验中还发现，随着滴灌带铺设距离的减小，0～40cm 土层根长密度呈现下降趋势，其中，T1 处理最大，在0～40cm 土层平均根长密度达到2056 m/m3，而T3 处理最低，为1586 m/m3，但均显著高于漫灌处理（P<0.05）。不同滴灌处理60～100cm 土层根长占比处于24.1%～34.9%之间，与0～40cm 根长分布规律相反，根系占比随滴灌带铺设间距的减小而逐渐增大，但均显著低于漫灌处理（P<0.05）。经过2a 的滴灌调控，T1、T2、T3 处理0～60cm 土层平均根长密度分别比CK 高了32.7%、31.6%和21.4%；60～100cm 土层平均根长密度分别比CK 下降了46.6%、45.1%和31.0%，说明灌溉方式由漫灌转变为滴灌后，在土壤湿润区调控下，枣树根系由空间分布相对均匀的状态逐渐向0～60cm 的浅层土壤聚集，深层根系分布显著降低，滴灌带铺设间距越大，该现象越明显。

2.2.2 根系水平方向分布特征

连续2a 的监测数据表明，长期漫灌枣树根长密度随着与树干距离的增加而逐渐降低。如图4 所示，漫灌枣树在距离树干较近的0～25cm 位置根长占比为30.1%左右，而距离较远的75～100cm 位置根长占比为21.5%左右，根系分布趋于稳定状态，水平分布相对均匀。经过1a 滴灌调控后，T1 处理距离树干25～75cm 处、T2 处理和T3 处理距离树干0～50cm 处根长密度均显著高于CK，但在距离滴灌带较远的75～100cm 位置根长密度较低，显著低于CK，枣树根系明显向滴灌带附近土壤聚集，距离滴灌带较远位置的根长密度显著下降。另外，T1 处理平均根长密度达到了1083 m/m3，显著高于其他处理，表明宽浅型土壤湿润区与长期漫灌枣树根系空间分布匹配程度较高，根系能在较大范围的湿润区内生长，可有效调控和促进枣树根系的生长和发育。经过2a 的滴灌调控，T1 处理和T2 处理在距离枣树0～75cm 位置根长密度相比CK 分别提高了20.1%和24.5%，T3 处理枣树根系主要集中在0～50 cm 位置，该区域平均根长密度达到了1465 m/m3，较CK 提高了25.8%，但距离树干50～100cm 位置仅为798 m/m3，相比CK 下降了15.2%。不同滴灌处理平均根长密度较第1 年均有所提高，且T2 处理平均根长密度为1170 m/m3，与T1处理差异不明显，T3 处理2a 的平均根长密度均低于T1 和T2 处理。主要是因为T3 处理形成的窄深型土壤湿润区与根系的空间分布匹配程度相对较低，导致部分根系始终处于湿润区之外，不能有效地促进枣树根系的生长。

2.3 不同滴灌带铺设模式对枣树生长及产量的影响

不同滴灌带铺设模式对枣树剪枝量、产量和灌溉水分利用效率的影响见表1。从表1可以看出，漫灌改滴灌显著提高了枣树的产量和灌溉水分利用效率，但剪枝量显著下降。改滴灌第1年，T1、T2处理和T3处理剪枝量与漫灌相比分别减少了11.1%、16.8%和22.6%，降低幅度随着滴灌带铺设距离的增加而降低。T1处理和T2处理产量分别比CK显著提高了11.5%和7.5%，T3处理产量与CK无显著差异，但灌溉水分利用效率显著高于CK。改滴灌第2年，T1处理剪枝量和产量与第1年相比无明显差异，而T2处理和T3处理枝量和产量则明显增加，其中，T2处理和T3处理剪枝量较第1年分别高了6.8%和6.2%，产量分别高了5.4%和5.0%。与CK相比，滴灌处理剪枝量仍然较低，但T1、T2处理和T3处理枣树产量分别比漫灌高了12.9%、12.5%和7.6%。

表1 不同滴灌带铺设模式下枣树剪枝量及果实产量Table1Jujube pruning amount and fruit yield under differ ent irrigation treatments

3 讨论

灌溉方式的差异会明显改变土壤湿润区范围及土壤含水率的大小，传统漫灌形成了水平均匀且较深的土壤湿润区[14]，而滴灌属于局部灌溉，以点源入渗形式逐步扩大湿润区范围，可有效避免水分深层渗漏，降低棵间蒸发[15-16]。本研究发现，漫灌后水平方向上土壤含水率差异较小，0～100cm土层土壤含水率均处于较高水平，土壤湿润区范围及土壤含水率显著高于滴灌处理，与前人研究结论[14]一致。滴灌带布置模式同样对土壤湿润区影响较大，有学者研究认为，滴灌带间距过小，垂直方向入渗深度超过了葡萄根系分布范围，且水平湿润半径较低，造成了水分的不合理分配，适当增大滴灌带间距，得到的土壤湿润区范围和含水率与作物根系分布匹配较优[17]。也有学者研究表明，滴灌带铺设间距越小，土壤湿润越均匀，对棉花生长越有利，滴灌带间距过大，易造成距离滴灌带附近作物长势良好，而距离滴灌带较远的作物始终处于水分亏缺状态，导致田间作物长势不均[18]。究其原因，棉花为1 a生作物，株行距较小，种植密度显著高于果树，通常为单条滴灌带为多行作物供应水分，而本试验研究对象为根系在空间分布相对均匀的长期漫灌成龄枣树，每行枣树二侧各布置1条滴灌带，且单次灌水量达到了55mm，滴灌带间距过低，形成窄深型的土壤湿润区使得大量的根系处于湿润区之外，而适当地增大滴灌带铺设间距，可形成相对宽浅型的土壤湿润区，与长期漫灌枣树空间分布状态匹配程度更高。滴灌能促使果树根系聚集在土壤湿润区内，距离滴灌带越近，根系分布越多[19-20]。本研究试验区枣树长期采用漫灌进行灌溉，2018年开始采用滴灌技术进行调控，滴灌带附近土壤根长密度较漫灌显著增加，而湿润区之外的根长密度明显下降。滴灌带铺设模式对作物根系分布影响同样显著，如对于南疆成龄核桃树，滴灌带铺设于距树60 cm处形成的土壤湿润区范围与作物根系匹配程度较高，更有利于根系的生长[21]。本研究发现，针对南疆成龄枣树，在相同灌水水平下，35～50cm的滴灌带铺设模式更能有效促进枣树根系的生长。也有学者认为灌溉方式的差异并未对作物根系产生显著的影响[22]，主要原因是巴西试验区作物生长季节降雨达到了512mm，而本试验区降雨量仅为50mm左右，表明在降雨充沛的地区，雨季根系生长弱化了灌溉对作物根系的影响，也间接表明了在降雨稀少的干旱地区，灌溉方式对作物根系的生长发育具有显著的调控作用。

适宜的灌溉模式，不仅可以显著提高作物产量，同时还可以提高水分利用效率[23]。本研究发现，漫灌改滴灌后，枣树产量和灌溉水生产效率均显著提高。滴灌带布置模式对作物产量的影响同样显著，有研究表明，较大的毛管间距会使水分湿润锋分布范围更广，有利于葡萄根系吸收水分，进而提高作物产量[24]，这与本试验第1年的研究结果一致。然而，本文研究结果还表明，滴灌第2年，T2处理的产量较CK显著了提高了12.5%，与T1处理无显著差异，但T3处理产量始终处于较低水平。可能是因为漫灌改滴灌第1年，宽浅的土壤湿润区与长期漫灌根系空间分布匹配程度较高，有利于根系的生长和产量的提高，经过1年的滴灌调控后，根系再分布较为明显，逐渐聚集在滴灌带附近土壤，改滴灌第2年，宽浅型的土壤湿润区内土壤含水率相对较低，对再分布的根系生长发育没有明显的促进作用，而T2处理和T3处理湿润区内土壤含水率较高，湿润区内根长密度显著增加，进而促进产量的提高。总体来看，漫灌改滴灌初期，过低的滴灌带铺设间距，导致土壤水分过于集中，虽然产量较漫灌有所增加，但距离较大的滴灌带铺设间距形成的宽浅型土壤湿润区更利于枣树根系的生长和果实产量的提高。

4 结论

1）与漫灌相比，滴灌显著限制了土壤湿润区范围，土壤水分主要集中在滴灌带附近土壤；随着滴灌带铺设距离的降低，土壤水分入渗深度逐渐提高，土壤湿润区范围由宽浅型演变为窄深型，湿润区内土壤含水率逐渐提高。

2）长期漫灌条件下成龄枣树根系根长密度沿着树干距离和土层深度的增加而逐渐降低，但降幅较缓，空间分布相对均匀；滴灌对枣树根系调控效果显著，湿润区内根长密度增加，非湿润区内根长密度显著下降，根系主要聚集在滴灌带附近土壤。宽浅型土壤湿润区对根系生长较为有利。

3）与漫灌相比，滴灌降低了灌溉用水量，抑制了枣树的营养生长，在保证产量稳定增加的同时，显著提高了灌溉水生产效率。经过连续2a的滴灌调控，T1处理和T2处理枣树产量分别达到了9 135kg/hm2和9 017 kg/hm2，初步证明了在漫灌改滴灌初期，35 cm或50cm的滴灌带铺设模式更利于枣树增产。