枸杞篱架栽培水肥一体化水分耗散影响因素分析

何 军，田 英，杨经波，秦 垦

（1.宁夏农林科学院 枸杞科学研究所，宁夏 银川 750002；2.国家枸杞工程技术研究中心，宁夏 银川 750002；3.宁夏林业研究院种苗生物工程国家重点实验室，宁夏 银川 750004）

“水肥一体化”是将灌溉与施肥融为一体的高效农业技术，通过将肥料溶解在灌溉水中，由滴灌系统均匀输送给每一株作物，以满足作物在不同生长发育时期对水分和养分的需要[1]。水肥一体化可以依照不同作物的需求，灵活、准确地设定施肥时间、用量和水肥比值[2]，还可以维持土壤适宜的水分和养分浓度[3]，减轻土壤板结，减少土壤蒸发量，使灌溉水资源利用率达到90%以上[4]。枸杞水肥一体化技术的应用，可以大大降低枸杞种植用水量和有效化肥使用量，减轻枸杞园土壤盐碱化程度，节约人工成本，提高肥料利用率的同时，有效避免了由于肥料淋溶而污染地下水，有利于枸杞产量和品质的提升[5-8]。目前，宁夏枸杞水肥一体化种植面积已达3 500 hm2，但是滴灌管基本都是直接铺放在地表，不利于种植过程中的农事操作，在除草、打药、旋地等农事操作过程中也避免不了对滴灌管的人为破坏，给滴灌管的维护带来了巨大压力。篱架栽培可以将滴灌管架设在地表以上，既可以实现与水肥一体化技术结合，也有利于除草、打药及施肥等机械化管理，是枸杞实现机械化栽培的重要方向[9]，但滴灌管适合架设的位置和高度一直没有科学的研究和数据支撑。因此，本试验从水分耗散角度出发，以枸杞篱架滴灌为研究对象，探讨不同滴灌高度下，温度、湿度和风力对滴灌过程中水分耗散的影响，找到合适的滴灌高度，解决滴灌管破损维护的难题，也为枸杞篱架栽培模式建立和最大限度地利用水肥一体化技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及栽培方式概述

试验材料为种植于宁夏银川市贺兰县园艺产业园大棚内的宁夏枸杞品种“宁杞7号”3龄树，种植行距3.0 m、株距0.8 m。定植和田间管理按照常规枸杞栽培管理方式，不同之处在于定植前先设置安装好篱架，即在定植行间隔设置支架，并在相邻的支架间牵引至少2根架丝，通过架丝绑缚直立的主干固定杆后进行枸杞苗木定植，以保证枸杞幼苗的稳定和直立生长，第一年整形时在定植的枸杞苗木成活后，在主干上选留一个强枝剪截定干，在剪口下萌发出的枝条中选留2个生长势强的枝条，将其绑缚在主干左右两侧的第一根架丝上以培养第一层水平主枝，第二年整形时，在第一层水平主枝上方的位置选留1个徒长枝绑缚在主干固定杆上，然后从新萌发的枝条中沿主干左右两侧的第二根架丝上绑缚以培养第二层水平主枝。常规栽培中，滴灌管悬挂于支架上距离地面0.5 m高的位置处的第三根架丝上，随后根据试验方案的设计高度调整。

1.2 试验设计

试验于2016年8月在宁夏银川市贺兰县园艺产业园大棚中进行。在初始滴灌系统的基础上用竹竿绑置3组滴灌管，每组滴灌管为5个滴头，重复3组。试验分为无风和有风2种情况。

1.2.1 无风情况下第一组试验，早上8：00把所有滴灌管的5个滴头滴灌高度调为零，在每个滴头下放一个桶，并且称量每个桶的质量，然后覆上桶盖，打开滴灌系统，1 h后称桶和水的质量，减去桶的质量，测量1 h的滴水量，以测定并保证滴头的均匀度一致。从第二组试验开始，每组滴灌的高度调节为0 cm、30 cm、50 cm、70 cm和90 cm。为了减少蒸腾，在每个圆形箩筐中装满有机质，然后再放在桶上，称量总质量，滴水1 h后，再称1次桶和有机质总质量，由总质量减去滴水前的质量，得到滴水1 h后的剩余水质量，并且记下温度和湿度，每天5次，连续重复3天。

1.2.2 有风情况下第一组试验，早上8：00把所有滴灌管的5个滴头滴灌高度调为零，在每个滴头下放一个桶，并且称量每个桶的质量，然后覆上桶盖，打开滴灌系统，1 h后称桶和水的质量，减去桶的质量，测量1 h的滴水量。从第二组试验开始，每组滴灌的高度调节为0 cm，30 cm，50 cm，70 cm和90 cm。在每个圆形箩筐中放满有机质，然后再放在桶上，称量桶和基质的总质量，每个滴头正前方20 cm、距离树体20～30 cm放置一个电风扇，电风扇调为1档，滴灌1 min后，用插牌在有机质上做水滴落点的标记，然后让电风扇运行，在每个滴头旁用风速仪器测定风速，1 h后断电，称量桶、有机质和水的总质量，减去滴水前的总质量，就是滴水1 h后的剩余水质量，测量插牌标记处至水滴的飘移落点水平距离，每天重复5次。然后再把电风扇调为2档和3档，测其滴水1 h后的剩余水质量和水滴的飘移落点水平距离。

水分耗散率（%）=（1 h滴水量-滴水1 h后的剩余水质量）/1 h滴水量×100。

1.3 数据分析

试验数据分别采用Excel 2010和SPSS 19.0进行统计和处理。

2 结果与分析

2.1 无风情况下对水份耗散率的影响

由表1可知，在试验的3 d时间里，均呈现从上午09：30开始，气温逐渐升高，到14：30达到最高。其中8月1日的最低温度为24.2℃，最高35.2℃；8月2日最低温度为20.5℃，最高温度为35.5℃；8月3日最低温度为21.4℃，最高温度为34.6℃。试验观测3 d内的平均温度在29.5～30.7℃，8月1日的平均温度相对于8月2日和8月3日偏高；从3 d内同一监测时间点的温度差异比较来看，8月1日的温度也普遍相对偏高，其中09：00、11：30、12：30的温度均显著高于8月2日和8月3日（P<0.05），8月3日这3个时间的温度也均显著高于8月2日（P<0.05）。从09：30到14：30，3 d内不同时间段的温度相差较大，温度变化幅度分别为8月1日在13.64%～45.45%，8月2日在32.68%～73.17%，8月3日为25.70%～61.68%。

表1 无风情况下温室的温度差异 ℃

由表2可知，在3 d的试验过程中，全天的平均湿度为8月1日＞8月3日＞8月2日。同一监测时间温度的高度和下降规律较为一致，均是8月1日显著高于8月2日和8月3日，除09：30的湿度8月2日显著高于8月3日外（P<0.05），其他时间均是8月2日显著低于8月3日（P<0.05）。从09：30到14：30，湿度逐渐降低，其中09：00—11：30，降幅较大，降幅范围在15.30%～24.40%，其中8月2日的降幅（24.4%）最大，大于8月3日的降幅17.10%和8月1日的15.30%。从11：30—14：30，湿度的下降幅度逐渐降低，降幅分别是8月1日（10.60%）＞8月2日（7.20%）＞8月3日（6.90%）。可见，温度和湿度较高的8月1日中午11：30之后高温时间湿度的变化幅度最大，高温加快了水分的散失。

表2 无风情况下温室的湿度差异 %

通过分析连续3 d的平均水分耗散率可知，随着滴灌高度的增加，水分耗散率逐渐升高，0～30 cm之间，水分耗散率增幅不大（图1-A），差异不显著（P>0.05）（图1-B），30～90 cm，水分耗散率增幅扩大，并且3 d中水分耗散率出现了较大差别，不同灌溉高度下的水分耗散率均是8月1日＞8月3日＞8月2日（图1-A），随着灌溉高度的升高，水分耗散率逐渐增大，30～90 cm两两之间均达到显著差异水平（P<0.05）。因此，灌溉高度与水分耗散率呈正比，选择合理的灌溉高度对于减少水分散失，增强节水灌溉效果是生产实践中必须考虑的因素。结合表1、表2可以看出，3 d中的气温差别不大，湿度却有很大差别。8月2日湿度最小，滴灌高度90 cm的情况下，水分耗散率为4.53%，未超过5%，在西北干旱区的枸杞种植企业的承受能力之内。

图1 不同滴灌高度无风条件下的水分耗散率

2.2 不同风速对水分耗散率的影响

试验中电风扇测得1档平均风速为1.25 m/s，相对应表3的1级风，2档平均风速为2.63 m/s，相对应表3的2级风，3档平均风速为3.57 m/s，相对应表3的3级风。

表3 不同风速对应的风力等级

由于宁夏地处西北干旱区，在枸杞生长生育期遇到刮风是不可避免的。由图2-A可以看出，在同一级风力的影响下，随着滴灌高度的增加，水分耗散率也随着增加，在灌溉高度90 cm达到最高，为1级风下的4.16%、2级风下的5.32%和3级风下的7.01%，风力越大，水分耗散率越大，灌溉高度越高，水分耗散率越大；在同一滴灌高度，水分耗散率均是3级风水分耗散率＞2级风水分耗散率＞1级风水分耗散率。差异显著性分析表明（图2-B），相同风力下不同灌溉高度的水分耗散率均是90 cm＞70 cm＞50 cm＞30 cm＞0 cm，且两两之间的差异均达到了显著水平（P<0.05）。在3级风的情况下，同一高度滴灌水分耗散率均比无风滴灌下的水分耗散率高，并且在90 cm滴灌高度下，3级风的水分耗散率为7.01%，远远超过了无风情况下同一高度4.53%的最大水分耗散率。

图2 不同风速下的水分耗散率

在有风的情况下，篱架滴灌水滴在下落的过程中会受到风的影响而改变落点，从而会改变土壤的润湿带。从图3可以看出，在同一风力的情况下，水滴飘移的水平距离随着灌溉高度的增加而增加，滴灌高度为90 cm时，水滴飘移的水平距离最远（图3-A）。而在同一灌溉高度下，不同风力对水滴飘移水平距离的影响表现为随着风力的增大，水滴漂移的水平距离也在逐渐增加，均是3级风下的水滴漂移水平距离显著大于2级风下的水滴漂移水平距离和1级风下的水滴漂移水平距离（P<0.05），2级风下的水滴漂移水平距离显著大于1级风下的水滴漂移水平距离（P<0.05），最大的3级风力下，灌溉高度90 cm处，水滴飘移水平距离为9.41 cm（图3-B）。这与水分耗散率的表现和规律是一致的。

图3 不同风速下的水滴飘移水平距离

2.3 不同风速下不同灌溉高度对水分耗散率拟合方程分析

图4 展示了无风和有风情况下，30 cm、50 cm、70 cm、90 cm 4个不同灌溉高度的水分耗散率拟合关系。由图4（A-D）可以看出，30 cm灌溉高度下与不同风速间的相关系数（R2）为0.987 9，50 cm灌溉高度下与不同风速间的相关系数（R2）为0.9 918，70 cm灌溉高度下与不同风速间的相关系数（R2）为0.987 2，90 cm灌溉高度下与不同风速间的相关系数（R2）为0.936 8。拟合方程的相关性系数大小是50 cm＞30 cm＞70 cm＞90 cm，说明滴灌高度为50 cm时水分耗散率最小，90 cm时水分耗散率最大。

图4 不同灌溉高度下水分耗散率拟合方程

3 讨论与结论

近年来，枸杞栽培除宁夏主要产区外，青海、甘肃、新疆、内蒙古、河北等北方地区种植面积持续增加[9]。与传统栽培模式相比，篱架栽培模式下的枸杞叶片明显变大、增厚，树体生长强势，整形修剪简便，节省人力成本，单株产量增加[9-10]。枸杞种植的大部分地区气候干旱、风大、蒸发强烈，水资源较为宝贵。水肥一体化栽培技术的应用为干旱地区枸杞栽培提供了可靠保证。但是，在水肥一体化栽培滴灌过程中，水分的耗散难以避免。通常情况下，滴灌可以根据滴灌管的铺设位置分为地表滴灌、地下滴灌和架上滴灌等，国内外果树栽培中较为常见的是架上滴灌，所谓架上灌溉是将滴灌带（管）悬挂在距地面30～50 cm处，主要是为了方便果园田间中耕除草等作业[11]。目前，有关滴灌方式对果树生长和水分消耗的研究较多，结果均表明滴灌与传统漫灌相比，能有效减少水分消耗，促进果实产量和品质的提升[11-13]。而对于滴灌管的高度及其在滴水过程中水分的耗散情况还未见报道。

本试验通过在温室小环境内人工控制模拟有风和无风，研究不同滴灌管高度对水分耗散的影响，结果表明，在无风的情况下，湿度越小，水分的耗散率就越高，分析原因，蒸发是必须考虑的主要原因。已有研究表明，对干旱半干旱地区而言，蒸发是土壤水分丧失的主要途径，导致水分亏缺的主要因素也是土壤蒸发[14-15]。在温室小环境内，8月初高温且没有风的情况下，通过连续3 d的温湿度监测可见，温度越高，湿度越大，而湿度越小，蒸发越大，则水分耗散率越大，说明损耗的水分途径主要源于蒸发。水分的耗散率会随着滴灌的高度增加而增加，滴灌管高度在0～30 cm之间增幅不大，但是滴灌管高度30～90 cm之间增幅较大，滴灌管高度在90 cm处，水分耗散率达到最大。在有风的情况下，同一滴灌高度下，风力越大，水分耗散率越大，水滴飘移水平距离越大。在同一风力下，水分耗散率和水滴飘移水平距离随滴灌高度的增加而增大。

滴灌管架设在距离地面50 cm高度，在模拟3级风以下，30～50 cm高度下的水分耗散率在2.37%～7.01%，水滴下落飘移的水平距离最大为5.52 cm，并且不影响农事操作，对提高水分利用率和减少滴灌管维护成本具有积极作用，适合在枸杞篱架栽培中应用。有风和无风下，不同灌溉高度的水分耗散进行拟合方程也说明，滴灌高度为50 cm时水分耗散率最小，结合前述水分耗散率和水分漂移距离的数据来看，单纯考虑水滴下落过程中因温度、湿度、风力、土壤导致的水分耗散大小而言，在不影响机械作业的情况下，将滴灌管架设得越低越好，但是在标准化机械化应用的需求下，要考虑开沟施肥、株间除草机的作业高度，因此，在目前的枸杞篱架栽培生产实际中，将滴灌管架设在50 cm第一道丝上是可行的。

由于目前还没有文献报道有关果树水肥一体化栽培技术中滴灌管架设高度对水分蒸散和水分利用效率的研究，无法与本试验结果进行对比分析，本试验结果也仅基于控制试验的数据，但本研究对枸杞篱架水肥一体化栽培水利用依然提供了一些基础数据支撑。还需要结合具体枸杞种植区生态类型、气候条件、田间实际灌溉方式和灌溉量，对枸杞生长、产量、品质的影响等做进一步研究，这也是下一步开展枸杞篱架栽培模式下水肥一体化技术研究需要深入探讨的内容。