水温与有机肥替代比例对滴灌骏枣产量及水分利用的影响

马永康，王振华*，李海强，吝海霞，李燕强，谭明东

水温与有机肥替代比例对滴灌骏枣产量及水分利用的影响

马永康1,2,3，王振华1,2,3*，李海强1,2,3，吝海霞1,2,3，李燕强1,2,3，谭明东1,2,3

（1.石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832000；2.现代节水灌溉兵团重点试验室，新疆 石河子 832000；3.农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室，新疆 石河子 832000）

【目的】研究不同水温下有机肥替代比例对滴灌骏枣产量和水分利用效率的影响。【方法】通过大田试验，设置常规井水T1（（13±1）℃）和增温水T2（（21±1）℃）2个水温，全施化肥（CK）、有机肥替代10%（F1）、30%（F3）、50%（F5）、70%（F7）和90%（F9）的化肥6个施肥水平，共12个处理，分析不同滴灌水温下有机肥替代比例对土壤水分、骏枣耗水规律、产量以及水分利用效率的影响。【结果】在相同施肥水平下，T2处理较T1处理各生育期0～100 cm土层土壤水分降低，总耗水量增加1.14%～2.83%，骏枣产量和水分利用效率提高7.15%和5.10%。在相同灌溉水温下，随有机肥替代比例的增加，各生育期0～100 cm土层平均土壤含水率和耗水量均逐渐增加；骏枣产量和水分利用效率呈先增加后减少的变化趋势，且均在F5施肥水平下达到最大。与CK相比，在T1、T2处理下，施加有机肥使骏枣产量分别平均增加15.30%、13.14%，水分利用效率平均增加8.35%、5.78%。与T1F5处理相比，T2F5处理的产量和水分利用效率分别提高了10.10%、6.95%。【结论】回归分析表明，井水灌溉下有机肥替代化肥比例为50.00%～55.64%，增温水灌溉下有机肥替代化肥比例为41.01%～49.83%，这2种施肥模式适合吐哈盆地骏枣的种植，有利于增加产量提高水分利用效率。

滴灌水温；有机肥；骏枣产量；水分利用效率

0 引言

【研究意义】吐哈盆地是我国特色瓜果生产基地，也是新疆红枣种植的重要组成部分[1]。该地常年干旱少雨，地表水短缺，农业用水主要依赖于井水灌溉[2]，而低温井水直灌不利于作物根系的生长，将导致减产[3]。近年来，化肥的大量使用造成农业面源污染以及瓜果品质下降。有机肥替代是减少化肥使用、提升土壤环境质量以及农业可持续发展的有效途径[4]。灌溉水温影响作物对水分养分的吸收[3]，有机肥配施显著提高小麦、玉米等作物的产量和水分利用效率[5-6]。不同灌溉水温下有机肥配施化肥对作物生长和产量也有不同的影响[7]。因此，研究不同灌溉水温下有机肥替代化肥耦合机制对于减少化肥用量、水资源的高效利用以及土壤环境保护具有重要意义。

【研究进展】低温水灌溉会降低根层土壤温度，抑制作物根系活性，降低作物对水肥的吸收和运输[8]。朱红艳等[9]研究表明，增加灌溉水温有利于提高土壤水分扩散速率，改变土壤中的温度分布。孟阿静等[3]研究发现，增温水灌溉能促进棉花生长、生物量的积累以及产量的增加，还可丰富土壤微生物数量，促进养分的吸收和循环转化[10]。赵航[11]研究表明，灌溉水温的改变会显著影响枣树叶片的净光合速率以及红枣的品质。施加有机肥可以补充土壤有机质，提高土壤肥力，改善土壤结构以及理化性质[12-13]，还可抑制土壤水分蒸发，显著提高土壤贮水量[5]。众多研究表明[14-18]，适宜比例的有机肥配施化肥可以提升根系活力，促进作物生长，提高作物的产量品质、水分利用效率以及经济效益。

【切入点】以往研究主要集中在灌溉水温与有机肥配施等单一因素对枣果产量品质的影响，有机肥对水分利用效率的研究主要集中在小麦、玉米和棉花等1年生作物上，而对多年生的果树研究较少。【拟解决的关键问题】为此，通过大田试验，研究不同滴灌水温下有机肥替代化肥对吐哈盆地骏枣土壤水分分布、耗水量、产量和水分利用效率的影响，明确不同灌溉水温下适合枣树生长的有机肥替代比例，以期为干旱地区红枣种植中合理施用化肥、提高水分利用率以及增产提质提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2021年4—11月在新疆生产建设兵团第十三师哈密垦区灌溉试验站的枣园（93°62′25.33″E、42°69′70.22″N）进行。该地位于东天山以南，平均海拔960 m，年均降水量约38 mm，年均蒸发量高于3 300 mm，年均日照时间大于3 360 h，>10 ℃积温为4 480.5 ℃，昼夜温差大，无霜期约180 d，是典型的极端干旱区。站内安装小型气象站，骏枣生育期内降水量及气温见图1。枣园土壤类型为砂壤土，60 cm土层以下含粗砂和小砾石，0～80 cm土层平均土壤体积质量为1.51 g/cm3，田间持水率为16.68%（质量含水率），饱和导水率为0.025 4 cm/min，有机质量为9.49 g/kg，全氮量为0.31 g/kg，速效磷量为35.52 mg/kg，有效钾量为173.66 mg/kg。站内灌溉条件良好，水源为地下井水，地下水埋深大于10 m，常规灌溉水（井水）温度为12～14 ℃，且水质符合灌溉要求。

图1 骏枣生育期降水量与气温

1.2 试验材料

以站内3 a生的骏枣（）为试验材料，树势均一，株距2 m，行距4 m，采用1行2管的种植模式，2条滴灌管分布在枣树两侧，滴灌管距树干30 cm。有机肥选用当地可溶性黄腐酸有机肥（N、P2O5、K2O质量分数分别为2.41%、1.44%、1.15%，有机质：55%），化学氮肥为尿素（含N量46%）、磷肥为滴灌二铵（含P2O5量48%）、钾肥为硫酸钾（含K2O量52%）。利用丰富的太阳光热来增加灌溉水温（阴天使用电能装置辅助），滴灌增温设备由蓄水桶（覆黑色网）、水泵、球阀和旋翼式水表、施肥罐、过滤器及输水管道系统等组成。滴灌管外径16 mm，滴头间距30 cm，滴头设计流量4.0 L/h。

1.3 试验设计

采用大田小区试验，设置滴灌水温和有机肥替代化肥比例2个试验因素，其中滴灌水温设置常规井水T1（（13±1）℃）和增温水T2（（21±1）℃）2个水平，有机肥替代比例设置6个水平，即有机肥分别替代0%（全施化肥，CK）、10%（F1）、30%（F3）、50%（F5）、70%（F7）、90%（F9）的化肥，共计12个处理（表1），每个处理设置3次重复，共36个试验小区，每个小区面积为120 m2（30 m×4 m）。本研究遵循等氮原则进行有机无机替代试验，纯N施用量（300 kg/hm2）根据当地常规施肥量折算，计入有机肥中磷、钾元素量，不足部分用化肥补充，使各处理P2O5（180 kg/hm2）和K2O（225 kg/hm2）用量相等，肥料用量见表2。肥料均在容器中充分搅拌至溶解后倒入施肥罐，随滴灌施入土壤，全生育期共计灌水施肥12次，灌水量选用当地滴灌常规定额（6 300 m3/hm2）。骏枣于5月1日萌芽，10月22日成熟采摘，全生育期共175 d，各生育阶段灌溉施肥制度见表3。

表1 试验设计

表2 施肥方案

每个试验小区均安装独立的水表、球阀和施肥罐用以精准控制灌水量和施肥量，施有机肥的处理在施肥罐出水管上安装过滤器，防止滴灌管出现堵塞现象。为减少温差，选择在光照充足的时段（12:00—19:00）灌溉，单次灌水时长持续7 h左右，通过温度计实时监测蓄水桶中的水温（将桶中水搅拌均匀后采用温度计测定水体表面、中间及底部温度取平均值，达到设计温度时开始灌溉，当水温超过所需水温时，按比例注入少量井水，使水温保持在基本恒定的范围）。各小区田间农艺措施等同当地常规管理。

表3 骏枣各生育阶段灌溉施肥制度

1.4 测定项目与方法

1.4.1 产量

成熟期，每个试验小区随机选择3棵枣树，将每棵树上的枣全部采摘后称质量，再折算为单位面积产量。

1.4.2 土壤含水率

骏枣各生育阶段的土壤含水率采用烘干法测定，各处理在灌水前及灌水2 d后使用土钻取样，取样点位于滴灌管外侧10 cm处，取样深度为100 cm，间隔为10 cm，共10层。

1.4.3 作物耗水量

采用田间水量平衡法[19]计算骏枣耗水量，计算式为：

1-2=10∑γH（θ1-θ2）+

+++，（=1, 2, 3, …,）， （1）

a=1-2/， （2）

M=1-2/， （3）

式中：1-2为阶段作物耗水量（mm）；为土壤总层数；为土层次序；γ为第土层土壤体积质量（g/cm3）；H为第层土层厚度（cm）；θ1和θ2为第土层土壤在时段始末的土壤含水率（%）；和分别为时段内的灌水量（mm）、有效降水量（mm）、地下水补给量（mm）和排水量（mm）（试验地地下水埋深大于10 m，无补给=0，采用滴灌进行灌溉无深层渗漏，=0），为各阶段天数（d）；为总耗水量（mm）；a为耗水强度（mm/d）；M为耗水模数（%）。

1.4.4 水分利用效率

水分利用效率计算式为：

=/， （4）

式中：为水分利用效率（kg/（hm2·mm））；为作物产量（kg/hm2）；为总耗水量（mm）。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2019进行数据计算与整理，使用SPSS 26.0进行数据统计分析，使用Origin 2022绘图。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌水温下有机肥替代比例对土壤含水率的影响

骏枣各生育阶段0～100 cm土层土壤含水率变化如图2所示。各处理土壤含水率随土层深度的增加呈先增大后减少趋势。增加灌溉水温，0～100 cm土层平均土壤含水率有所降低，而深层土壤增加。随有机肥替代比例的增加，0～100 cm土层平均土壤含水蓄增加。施加有机肥处理0～20 cm土层土壤含水率无明显变化规律，20～80 cm土层土壤含水率总体上随有机肥施入量的增加而增大，80～100 cm土层土壤含水率随有机肥的增加而减少，略低于CK，保持基本平稳。随骏枣生育期的推进，各生育阶段土壤含水率呈先增加后减少再增加的变化趋势，果实膨大期最低，此阶段地表蒸发强烈，且枣树生长旺盛，根系吸水能力最强，造成土壤含水率低于其他生育阶段。以果实膨大期为例进行分析，在相同施肥水平下，与T1处理相比，T2处理0～100 cm土层土壤含水率降低1.08%～4.58%。与CK相比，T1处理0～100 cm土层土壤含水率增加了2.77%～9.36%，T2处理增加了0.54%～6.52%。

2.2 不同滴灌水温下有机肥替代比例对骏枣耗水规律的影响

不同滴灌水温下有机肥替代比例对骏枣各生育阶段耗水量的影响如表4所示。随着生育进程的推进，各生育阶段耗水量呈先增大后减少的趋势，在果实膨大期最大，在萌芽新梢期最小。分析总耗水量可得，在相同施肥水平下，随灌溉水温的增加而增大，与T1处理相比，T2处理增加了1.14%～2.83%。滴灌水温相同时，耗水量随有机肥替代比例的增加而增大，T1处理较CK增加了1.09%～11.62%；T2处理较CK增加了2.23%～11.29%。

表4 不同处理对骏枣各生育阶段耗水量的影响

注 同列数据后不同小写字母表示各处理存在显著差异（<0.05），*表示在＜0.05水平存在显著差异，ns表示在＜0.05水平不存在显著差异，下同。

由表5可知，骏枣耗水强度随生育进程的推进，呈先增大后减少趋势，其中果实膨大期最大。各生育阶段骏枣耗水强度总体变化趋势相似，以果实膨大期耗水强度进行分析。在相同施肥水平下，a随滴灌水温的提高而增大，与T1处理相比，T2处理a平均增加2.30%。相同滴灌水温下，耗水强度随有机肥替代比例的增加而增大，在T1处理下，与CK（3.32 mm/d）相比，施加有机肥可使a提高0.94%～9.94%；在T2处理条件下，与CK（3.38 mm/d）相比，施加有机肥处理a提高了3.27%～9.97%。与T1F9处理相比，T2F7处理a增加了1.37%。

表5 不同处理对骏枣各生育阶段耗水强度的影响

由表6可知，滴灌水温、有机肥替代比例以及二者交互作用对骏枣各生育阶段耗水模数影响不显著。随着生育进程的推进，耗水模数整体上呈先增加后减少的趋势。不同滴灌水温和有机肥替代比例，耗水模数无明显变化规律，不同处理之间无显著差异。萌芽新梢期、开花坐果期、果实膨大期、白熟期和成熟期的平均耗水模数分别为11.55%、18.05%、33.09%、21.65%和15.66%，其中果实膨大期（33.09%）最高，此阶段是果实生长和膨大的旺盛期，同时高温天气频繁，土壤蒸发和植株蒸腾加剧，故耗水量和耗水强度较大，说明该阶段需要大量的水分才能满足骏枣生长需要，应提高果实膨大期灌溉频率来保证水肥供给。

表6 不同处理对骏枣各生育阶段耗水模数的影响

2.3 不同滴灌水温下有机肥替代比例对骏枣产量及水分利用效率的影响

滴灌水温与有机肥替代比例对骏枣产量和水分利用效率均有显著影响（图3）。在相同施肥水平下，增加水温可以提高骏枣产量和，与T1处理相比，T2处理产量和平均增加了7.15%和5.10%。滴灌水温相同时，随着有机肥替代比例的增加，产量和均表现为先增大后减小趋势，有机肥替代比例为50%时骏枣产量和最大，施加有机肥处理（T2F9除外）的产量和均大于CK。在T1处理水平下，施加有机肥各处理的产量和较CK平均增加了15.30%和8.35%；在T2处理水平下，施加有机肥各处理的产量和较CK平均增加了13.14%和5.78%。最优处理T2F5处理的产量较T1CK、T2CK处理分别提高了35.77%、24.68%，T2F5处理的较T1CK、T2CK处理分别增加了24.30%、15.91%。与T1F5处理相比，T2F5处理的产量和提高了10.10%和6.95%，说明增温灌溉下配施50%有机肥（T2F5处理）的效果要优于井水灌溉下配施50%有机肥（T1F5处理）。

图3 不同处理下骏枣产量和水分利用效率

2.4 基于骏枣产量和水分利用效率的有机肥替代比例综合分析

由于试验处理有限，为进一步确定适宜骏枣生长的有机肥替代比例，通过分析不同滴灌水温下有机肥替代比例对骏枣产量和水分利用效率的影响，以有机肥替代比例（）为自变量，以产量（）和水分利用效率（）为因变量，通过回归分析，计算出和的最大值以及0.99max和0.99max，并计算出各自所对应的。将满足≥0.99max、≥0.99max所对应的的取值范围确定为适宜的有机肥替代化肥比例的范围。由图4可知，在不同滴灌水温下，有机肥替代比例与骏枣产量、均呈开口向下的二次抛物线关系，T1处理下，当有机肥替代比例为55.64%时，达到最大，当有机肥替代比例为48.50%时最大；T2处理下，当有机肥替代比例达到53.42%时，达到最大，有机肥替代比例为49.83%时，最大。计算出0.99max和0.99max以及各自所对应的值，具体回归结果如表7所示。经过计算各特征值以及最优处理所对应的产量和水分利用效率，最终综合确定出T1、T2处理下骏枣产量和水分利用效率最佳有机肥替代比例分别为：50%～55.64%和41.01%～49.83%。

图4 基于骏枣产量和水分利用效率的回归分析

表7 回归分析结果

3 讨论

滴灌水温和有机肥替代比例对土壤水分均有不同程度的影响。滴灌水温改变直接影响土壤水热环境。土壤温度相同时，灌溉水温的升高会使土壤湿润体内的土壤含水率降低[20]。本研究中，增温水灌溉使0～100 cm土层平均含水率降低，而深层（80～100 cm）土壤含水率略高于井水灌溉处理，这是因为水温的增加使土壤温度升高，加速了水分在土壤中的运移，垂直湿润锋运移速率变大，有利于土壤水分的入渗和扩散[9]。同时水温的升高增加了水中溶解氧量，有利于增强植物的生理活动，促进根系对土壤水分的吸收利用，进而导致土壤水分有所下降。施加有机肥可以改善土壤水分状况，提高土壤含水率[5,21]。本研究表明，有机肥替代化肥可以增加土壤含水率，且土壤含水率随有机肥替代比例的增加而增大，这与彭星星等[22]的研究结论一致。有机肥的施入增加了土壤有机质量[23]，有机质可以促进土壤水稳性团聚体结构的形成[24]，而土壤水稳性团聚体的增加有利于土壤水分的保持[25]。张帅普等[26]研究表明，土壤有机质量与土壤水分正相关，土壤含水率随有机质量的增加而增大。本研究发现，各生育期不同处理0～20 cm土层土壤含水率整体低于其他土层，且变化规律不明显，这是由于当地高温天气频繁，地表蒸发强烈，造成表层土壤水分较少。不同处理20～80 cm土层土壤含水率随有机肥替代比例的增加而增大，而80～100 cm土层施加有机肥处理的土壤含水率整体上略低于全施化肥处理，这可能是施入土壤的有机质经分解形成的胶体具有较强的吸附作用[27]，从而降低水分在土壤中的下渗速率。本研究发现，各处理土层之间（除表层外）土壤含水率差异不大，这可能是因为试验地土壤类型为砂壤土，土壤质地疏松通气透水性好，水肥向下淋失较快，不易形成土层滞水现象。

耗水量通常由植物蒸腾和土壤蒸发组成[28]，研究耗水量对提高水分利用效率和优化水资源配置以及增产具有重要作用[29]。黄健等[30]研究发现，增温会导致水分消耗量增加，本研究结论与其相似，即与井水相比，增温灌溉下各生育阶段各处理的耗水量略有增加。本研究表明，有机肥替代化肥可以增加骏枣耗水量，且耗水量随有机肥替代比例的增加而增大，这与王晓娟等[31]的研究结果一致。有机肥的施入改善了土壤微环境[32]，增加了微生物量和土壤酶活性[33]，为根系生长提供了适宜条件，进而促进作物旺盛生长，造成土壤水分消耗量增加。

水分利用效率表示作物生长过程中利用水分的经济程度，受作物耗水量和作物产量共同影响[34]。徐飞等[35]研究发现，井水增温可以提高水稻的，可能是由于增温避免了井水直灌使水稻因冷害造成的减产现象。本研究中，增温水灌溉提高了骏枣水分利用效率，主要是通过提高骏枣的产量实现的，因为新疆当地白天气温高，土壤温度与井水之间存在较大温差，井水灌溉会刺激枣树根系，进而抑制对水分和营养物质的吸收，从而影响骏枣的生长以及产量的形成，增温灌溉有利于缓解这种现象，从而起到稳产增产的作用。本研究中，与全施化肥相比，有机肥替代化肥也可提高水分利用效率，这与前人[33,36]研究结论基本一致，由于有机肥与化肥配合施用，将化肥速效性和有机肥持久性的优势结合起来，对枣树营养物质的供应比较平稳且全面[37]，同时有机肥的施入还可以改善土壤结构，协调土壤中水肥气热的关系[38]，从而有效提高了骏枣产量和水分利用效率。方彦杰等[39]研究得出，有机肥替代50%的化肥可显著提高玉米的产量和。杜少平等[40]研究发现，在等氮投入下有机氮替代50%～100%的无机氮有利于砂田西瓜产量和的提高。本研究得出适宜骏枣产量和水分利用效率提高的有机肥替代比例分别为50%～55.64%（井水）、41.01%～49.83%（增温水），这与前人[39]研究结果基本一致。

4 结论

1）增加灌溉水温可降低0～100 cm土层平均土壤含水率，而深层土壤含水率略有增加，有机肥替代化肥可增加土壤含水率，有利于水分的保持。

2）与全施化肥相比，井水和增温水灌溉下有机肥替代化肥可使耗水量增加1.09%～11.62%和2.23%～11.29%；增温水灌溉较井水灌溉耗水量增加1.14%～2.83%。

3）井水（（13±1）℃）和增温水（（21±1）℃）灌溉下有机肥替代比例均为50%时，滴灌骏枣的产量和水分利用效率最大。

4）回归分析得出，井水灌溉下适宜吐哈盆地骏枣产量和水分利用效率提高的有机肥替代比例为50%～55.64%，增温水灌溉下为41.01%～49.83%。

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Effect of Water Temperature and Organic Fertilizer Substitution on Yield and Water Use of Honey Jujube under Drip Irrigation

MA Yongkang1,2,3, WANG Zhenhua1,2,3*, LI Haiqiang1,2,3, LIN Haixia1,2,3, LI Yanqiang1,2,3, TAN Mingdong1,2,3

(1. College of Water Conservancy ＆Architectural Engineering, Shihezi University, Shihezi 832000, China; 2. Key Laboratory of Modern Water-saving Irrigation of Xinjiang Production＆Construction Group, Shihezi 832000, China; 3. Key Laboratory of Northwest Oasis Water-saving Agriculture, Ministry of Agriculture and Rural Affairs of the People’s Republic of China, Shihezi 832000, China)

【Objective】Organic fertilizers have been increasingly used as a substitute to reduce the detrimental impact of chemical fertilizers in China. In this paper, we studied the impact of its combination with drip irrigation water temperature on honey jujube growth and yield.【Method】The experiment was conducted in a field at Tuha Basin, where 10% to 90% of the chemical fertilizers was replaced by organic fertilizer. The control was without organic fertilizer substitution. For each fertilization, there were two irrigation water temperatures: conventional water temperature (13±1)℃ (T1) and warmed water temperature (21±1)℃ (T2). In each treatment, we measured water consumption, yield and water use efficiency of the jujube.【Result】When fertilization was the same, T2 reduced water content in the 0～100 cm soil layer and increased water consumption. Compared with T1, T2 increased yield and water use efficiency of the jujube by 7.15% and 5.10%, respectively. When the irrigation water temperature was the same, substitution of chemical fertilizer with organic fertilizer led to an increase in soil water content and water consumption. As a result, it increased the yield and water use efficiency of the jujube. However, when the substitution rate exceeded 50%, there was a decline in yield and water use efficiency. Specifically, when the substitution was 50%, T2 increased the yield and water use efficiency of the jujube by 10.10% and 6.95%, respectively, compared to T1.【Conclusion】Multivariate regression analysis suggested that under conventional irrigation water temperature, substituting 50.00%～55.64% of chemical fertilizer by organic fertilizer is optimal to improve yield and water use efficiency of the jujube, while when increasing the water temperature to 20 ℃, substituting 41.01%～49.83% of chemical fertilizer works the best for the jujube.

dripirrigation water temperature; organic fertilizer; yield of Jun jujube; water use efficiency

马永康, 王振华, 李海强, 等. 水温与有机肥替代比例对滴灌骏枣产量及水分利用的影响[J]. 灌溉排水学报, 2023, 42(5): 33-42.

MA Yongkang, WANG Zhenhua, LI Haiqiang, et al. Effect of Water Temperature and Organic Fertilizer Substitution on Yield and Water Use of Honey Jujube under Drip Irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(5): 33-42.

1672 - 3317（2023）05 - 0033 - 10

S275.6

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022584

2022-10-20

国家“十四五”重点研发计划课题（2021AA003）；兵团重点领域创新团队项目（2019CB004）

马永康（1996-），男，甘肃天水人。硕士研究生，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail: myk202306@163.com

王振华（1979-），男，河南扶沟人。教授，博士生导师，主要从事干旱区节水灌溉理论与技术研究。E-mail: wzh2002027@163.com

责任编辑：白芳芳