干旱区枸杞滴灌灌溉制度试验研究

徐利岗，杜 历，鲍子云，苗正伟，张上宁，李金泽

(1.宁夏水利科学研究院，银川 750021； 2.中国科学院新疆生态与地理研究所，乌鲁木齐 830011； 3.河北工程技术高等专科学校，河北 沧州 061001； 4.宁夏大学，银川 750021)

宁夏枸杞(Lycium barbarum L)属茄科枸杞属落叶灌木，是重要的药用植物资源和药食同源的名贵中药材，广泛分布于我国宁夏、内蒙古及新疆等多个省区的干旱半干旱地区[1]。2005年，宁夏枸杞获国家原产地域保护。枸杞产业是宁夏的战略性主导产业和支柱性区域特色农业的代表。至2010 年，宁夏种植面积突破了4.67万hm2，总产量达到了8万t，占全国60%，出口量占全国90%。枸杞的适应性较强，对温度、光照、土壤要求不严格，可在干旱沙地、盐碱地上种植，对于荒滩、盐碱地较多的地区，枸杞可作为弃荒地利用的先锋植物[2]。目前，国内外对枸杞的研究主要从枸杞子营养与药用功效[3,4]、枸杞多糖的临床作用[5]、组成与提取技术[6]、枸杞叶成分及药理作用[7,8]、枸杞品种资源筛选[9]、不同水分亏缺[10]及温度处理对枸杞多糖及品质的影响[11]、微咸水灌溉[12]及不同覆盖材料[13]条件下枸杞生长发育的特征等方面展开，而对于枸杞灌溉，尤其是干旱区枸杞的高效节水灌溉制度研究极少。本文以大田滴灌枸杞为研究对象，依据枸杞根区土壤水变化、植株生理生态指标及产量品质等参数，确定合理枸杞滴灌灌溉制度，为枸杞种植生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区地处西北干旱内陆地区，位于宁夏北部，干旱少雨，蒸发量大，日照充足，积温较高。多年平均气温8.8 ℃，年日照时数为2 800～3 100 h，多年平均降雨量179 mm，蒸发量1 864 mm，无霜期155 d左右，年平均风速2～6 m/s，土壤冻结深度0.8～1.2 m。核心试验区位于中国灌溉试验宁夏中心站试验基地枸杞种植区(106°42′E 38°27′N，海拔1 115 m)，选择一块长势均等，冠幅适中，无病虫害的片区(21 m×24 m)作为枸杞滴灌灌溉制度试验测定区域。试验区土壤类型为淡灰钙土，0～40 cm土壤颗粒组成为：粒径2.0～0.25 mm占49.4%，0.25～0.05 mm占31.6%，0.05～0.02 mm占2.0%，0.02～0.002占4.4%，<0.002 mm占12.6%，为壤质砂土。试验灌溉水源为地下水，矿化度0.46 g/L。

1.2 试验设计

供试作物为3年龄宁夏枸杞(Lycium barbarum L)树，品种为宁杞7号，株行距为1 m×3 m。

采用随机区组排列，共设6个处理，1个对照，3次重复，小区面积9 m×7 m=63 m2。灌溉定额分别为750 m3/hm2(CK)，1 350 m3/hm2(T1)，1 950 m3/hm2(T2)，2 550 m3/hm2(T3)，3 150 m3/hm2(T4)，3 750 m3/hm2(T5)，4 650 m3/hm2(T6)。自4月下旬至9月上旬共灌水14次，分别在萌芽期灌水1次(春水)，营养生长期2水、盛花期、盛果期各4水、秋季生长期灌水3次。灌溉试验设计见表1。

1.3 监测内容及方法

(1)土壤含水率测定，在距测试样株树干水平距离20、40及60 cm处，分别埋设200 cm长TDR套管，利用TREM-TDR监测深度分别为0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～130、130～160、160～200 cm土层土壤体积含水率。生育期内每10 d监测一次，灌水前、后及降雨(>5 mm)后分别加测。每月对同一地点、同一时间、同一剖面土层，采用烘干法对TREM-TDR测点测定土壤含水率，最终对器测数据进行校核。

表1 枸杞滴灌灌溉试验设计 m3/hm2

(2)枸杞生长量测定，选定典型植株，萌芽前及修剪后利用电子游标卡尺及卷尺测定植株地径、株高、东西冠幅、南北冠幅、每个枝条的条长及径粗。在东、西、南、北各选一条枝条，进行标记，然后每个生育期后期进行观测，落叶期后进行最后一次观测。

(3)测产，选定典型植株，在夏果及秋果成熟后分别采摘(成熟一批，采摘一批)称量鲜果重及百粒重，经处理后晾晒称量干果重及百粒重，计量粒度(50 g的枸杞干果所含颗粒的个数)，整理测算典型植株产量水平，测算干鲜比。

(4)品质测定，委托专业机构检测枸杞干果的水分、多糖、甜菜碱、粗脂肪、蛋白质、氨基酸等7个品质指标。

1.4 器测土壤含水率的校核与标定

为了检验利用TREM-TDR监测得到的土壤含水量数据的可靠性，每月对同一地点、同一时间、同一剖面土层，用烘干法对器测测点分别进行土壤含水率测定以校核器测数据。采用6-10月份烘干法与TDR对各处理0～200 cm土层检测的对应数据绘制散点图(图1)。从两种方法测定数据来看，TDR仪器测定数据普遍大于烘干法数据，偏大0.57%～29%。为了保证后续分析中数据的可靠性，根据图1中的校正公式对器测数据系列进行校正。

图1 烘干法与TDR监测数据相关性散点图

1.5 研究区不同频率年降水量分析

利用中国气象数据共享服务网(http:∥cdc.cma.gov.cn/index.jsp)及收集的宁夏北部地区分布的惠农、暖泉、陶乐、银川市、吴忠市、盐池、中卫及中宁等国家基准站及辅助气象站点1951年1月-2014年12月计64年的月降水资料分析宁夏北部地区不同频率下年降水量(表2)。从表中可以看出，宁夏北部地区丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)年降水量分别为208.75、159.64及119.57 mm。2014年，宁夏北部地区降水量为175 mm，较多年平均减少2.5%，属于平水偏丰年型(P=40%)。

表2 宁夏北部地区不同频率年、月降水量分析表

2 结果与分析

2.1 距枸杞树干不同位置处土壤水时空变化特征分析

利用垂直滴灌带并分别距枸杞样株树干20、40及60 cm处的0～200 cm土层剖面土壤含水率数据，将第一次测定土壤含水率的日期(即5月1日)设定为0日，监测期内共测定14次，依次类推将每次测定日期换算为距5月1日的日数，以处理4(T4)为例，整理绘制距树干不同距离处土壤水时间变化过程等值线图(图2)，同时绘制灌水前后不同距离处土壤水分空间变化等值线图(图3)。从图2可以看出，随着距离树干及滴头(滴头位于树干根部)越远，其土壤含水率越低，而不同距离处的不同剖面土壤含水率变化规律基本一致。由于试验区土质为壤质砂土表层10 cm处陆面蒸发强烈，土壤含水率相对较低，距树干水平距离20 cm处深度20～80 cm土层土壤含水率较大，说明水分入渗的深度基本保持在80 cm左右；距树干水平距离40 cm处深度位于20～70 cm深的土层含水率较大；距树干水平距离60 cm处深度40～70 cm土层的含水率较大，根据植物根系的向水性分析可知试验样株根系层主要位于深度为20～70 cm土层，该结论也被实际挖根试验所验证。以试验期间6月1日灌水为例，分别绘制灌水前(5月31日)、灌水后(6月3日)以及灌水前后土壤含水率变化量的等值线图(图3)，由图3可知，由于试验区土壤质地相对均一，灌水前后0～200 cm土壤含水率空间分布较为相似，土壤含水率变化较为剧烈的土层主要分布在0～100 cm土层，变幅在0.15%～2.25%之间，尤其是在距树干40 cm处深度20～70 cm土层，变幅为1.10%～2.15%。说明干旱区枸杞土壤水分变化敏感区域为距树干40 cm的根层分布区。

图2 距树干不同水平距离的土层土壤含水率时间变化图

图3 灌水前后(6月1日灌水)距树干不同水平距离的土层土壤含水率空间变化特征

2.2 不同水分处理下枸杞土壤水变化特征分析

根据前文分析，滴灌枸杞土壤含水率的变化敏感区域为距树干40 cm处20～70 cm的土层，为了分析不同水分处理下枸杞根系层土壤含水率的变化特征，以距树干40 cm处土壤含水率为主，绘制不同水分处理下枸杞根层(20～70 cm)土壤含水率变化过程线(图4)。从图4可以看出，各处理在不同监测期的土壤含水率变化不是十分剧烈，变幅在3.68%～6.68%。处理T6的土壤含水率在不同时段均为最高，T5次之，CK土壤含水率较低，在初始含水率相近的条件下，T6及T5的土壤贮水量相对较多，为枸杞根系提供可吸收利用的土壤水分较多。以试验期间6月1日灌水为例，分别绘制灌水前(5月31日)、灌水后(6月3日)距枸杞树主干不同水平距离(20、40及60 cm)处的各水分处理不同土层土壤含水率变化过程(图5)。从图4可以看出，总体来看，灌水前后，距树干不同距离处各处理不同土层土壤含水率变化过程基本相似，则可以说明试验区土层质地基本均一，在灌水前后土壤水入渗受到影响不大。灌水前后，距枸杞主干20 cm处土壤含水率变幅在0.2%～5.5%，其中T2在10 cm处的变幅为5.5%。距枸杞主干40 cm处土壤含水率变幅在0.2%～4.3%，其中T6在20 cm处的变幅为4.3%；距枸杞主干60 cm处土壤含水率变幅在0.1%～3.4%，其中T4在40 cm处的变幅为3.4%。

图4 不同水分处理下枸杞根层土壤含水量变化过程线

图5 距树干不同距离处各水分处理灌水前后不同深度土壤水变化过程线

2.3 不同水分处理下枸杞生长量变化特征分析

根据试验设计于萌芽前(4月8日)至休眠期(10月28日)利用电子游标卡尺及卷尺测定不同水分处理下样株地径、株高、东西冠幅等生长参量，并整理各生长指标在全生育期内的变化量(表3)。从表3可以看出不同水分处理条件下枸杞生长量表现不同。总体来说随着灌水量的增加枸杞树地径及株高随之增加，地径及株高年增量最大的是T6(4 650 m3/hm2)，分别为0.59和12.22 cm；其次是T5(3 750 m3/hm2)分别增加0.52和11.16 cm。由于树形的修剪与结果期时枝条下垂，到落叶期时冠幅不够齐整，导致冠幅变化较大，规律性不强。从各方向条长及茎粗的变化量来看，西侧及南侧的枝条生长量明显高于东侧及北侧，究其原因认为一方面与修剪留枝有关，另一方面与太阳光照等气象因素有关。

表3 不同水分处理下枸杞生长量变化表 cm

2.4 不同水分处理对产量及品质的影响

对不同水分处理各试验小区进行考种测产，并测定鲜果百粒重、干果百粒重及粒度等产量特征指标(表4)。有表4可以看出，各处理的鲜果产量T5(3 750 m3/hm2)及干果产量均最高，干鲜比为1∶4.66，T4(3 150 m3/hm2)次之，鲜果产量3 384.45 kg/hm2，但干果产量相对较低，干鲜比近为1∶5.23。T6(4 650 m3/hm2)干果产量仅次于T5，为49.61，干鲜比最高为1∶4.24。从百粒重及粒度来衡量仍然是T5最高。将各水分处理选取500 g枸杞干果作为样品进行品质检测(表5)。从表5中可以看出，枸杞营养成分中较为重要的甜菜碱随水分处理不同而不同，T4含量最高，T5次之。枸杞多糖则是T5含量最高，T4次之，从醋蛋白及氨基酸总量来看，T5含量也最高。因此认为T5处理的水分利用效率最高且品质相对较好。

表4 不同水分处理枸杞产量特征

表5 不同水分处理枸杞品质特征表

注：检测氨基酸包括：天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸。

2.5 合理枸杞滴灌灌溉制度确定

基于前文分析，从枸杞根层土壤含水率贮存量、作物生长量变化及灌溉水利用效率及品质优劣等多方面因素考虑，平水偏丰年型(P=40%)降水条件下枸杞滴灌灌溉制度(表6)为：灌溉定额为3 750 m3/hm2，灌水14次，分别在萌芽期灌水1次(春水)，营养生长期2水、盛花期、盛果期各4水、秋季生长期灌水3次，其中6-7月份为枸杞关键需水期。

表6 宁夏干旱区枸杞滴灌灌溉制度

3 结 论

以宁夏为靶区，以大田滴灌枸杞为研究对象，分析了不同水分处理条件下枸杞土壤水分动态变化，株高、地径及冠幅等生长量变化以及水分对产量品质的影响，基于多因素综合确定合理的枸杞滴灌灌溉制度，主要结论有：

(1)随着距离树干及滴头越远，其土壤含水率越低，距离树干20 cm处20～80 cm土层土壤含水率较大，水分入渗的深度基本保持在80 cm左右；40 cm处20～70 cm土层含水率较高；60 cm处40～70 cm土层含水率较高，认为试验区根系层主要位于20～50 cm土层。0～100 cm土层土壤含水率变化较为剧烈，变幅在0.15%～2.25%之间，尤其是在距树干40 cm处的20～70 cm土层，变幅为1.10%～2.15%，说明干旱区枸杞土壤水分变化敏感区域为距树干40 cm的根层分布区。

(2)各水分处理在不同监测期土壤含水率变幅在3.68%～6.68%。灌水前后，距树干不同距离(20、40及60 cm)各处理不同土层土壤含水率变化过程基本相似。距枸杞主干20 cm处土壤含水率变幅在0.2%～5.5%，距树干40 cm处土壤含水率变幅在0.2%～4.3%，60 cm处土壤含水率变幅在0.1%～3.4%。

(3)不同水分处理条件下枸杞生长量表现不同，随灌水量的增加枸杞树地径及株高随之增加。由于树形的修剪与结果期时枝条下垂等原因，冠幅变化较大规律性不强。西侧及南侧的枝条生长量明显高于东侧及北侧。

(4)处理T5(3 750 m3/hm2)鲜果产量、干果产量、百粒重及粒度均最高，干鲜比为1∶4.66，T4(3 150 m3/hm2)次之，鲜果亩产量225.63 kg。T6(4 650 m3/hm2)干果产量仅次于T5，为49.61，干鲜比最高为1∶4.24。T4甜菜碱含量最高，T5次之。枸杞多糖则是T5含量最高，T4次之。认为T5处理的水分利用效率最高且品质相对较好。

(5)根据枸杞根层土壤含水率贮存量、作物生长量及灌溉水利用效率及品质优劣等因素考虑，平水偏丰年型(P=40%)降水条件下枸杞滴灌灌溉制度为：灌溉定额3 750 m3/hm2，灌水次数14次，分别在萌芽期灌水1次(春水)，营养生长期2水、盛花期、盛果期各4水、秋季生长期灌水3次；6月份为枸杞关键需水期，7月份次之。

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