渗灌管埋深与灌溉量对枣树产量和水分利用效率的影响

焦炳忠，孙兆军,，韩 磊，何 俊，El-SAWY S M，李兴强

渗灌管埋深与灌溉量对枣树产量和水分利用效率的影响

焦炳忠1，孙兆军1,2,3※，韩 磊2,3，何 俊2,3，El-SAWY S M4，李兴强1

（1. 宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2. 宁夏大学环境工程研究院，银川 750021；3. 教育部中阿旱区特色资源与环境治理国际合作联合实验室，银川 750021；4. 埃及国家研究中心蔬菜研究所，开罗 11435）

探寻适宜的地下渗灌埋深和蒸发皿蒸发量系数组合对旱区枣树根系生长、产量和水分利用效率的影响。采用作物-皿系数（）作为灌溉水量计算标准，设3种地下渗灌埋深D15（15 cm）、D30（30 cm）、D45（45 cm）和4种灌水量W0.6（=0.6）、W0.8（=0.8）、W1.0（=1.0）、W1.2（=1.2）水平的2因素的大田试验。结果表明：随着灌水量的增加，各处理在垂直方向0～100 cm和水平距离0～80 cm土层中含水率越高；随着地下渗灌埋深的增加，土壤含水率峰值均向下移动。灌水量和地下渗灌埋深对20～80 cm土层的根系分布影响较大，D30W0.6和D30W0.8处理较其他处理提高20～60 cm土层的根系干质量密度，D45W1.0和D45W1.2处理较其他处理提高60～80 cm土层根系干质量密度。D30W1.0处理有利于增加枣树枣吊长度、每吊开花数、每吊座果数、座果率以及提高产量；2017和2018年D30W0.8处理水分利用效率最高分别为4.68、5.32 kg/m3，并且产量较D30W1.0处理降低了9.32%、5.94%，但水分利用效率分别提高了17.88%、16.41%，D30W0.8处理水分利用效率与其他处理均有显著差异（<0.05）。通过多元回归和空间分析方法，对产量、水分利用效率与枣树灌水方式进行优化，选择适宜的灌水量和地下渗灌埋深区间分别为：370～410 mm、28～33 cm。该研究结果可为宁夏干旱地区地下渗灌枣树的高产高效管理上提供依据和技术支持。

灌溉；土壤水分；作物-皿系数；地下渗灌；枣树；根系；产量

0 引 言

近年来，中国西北地区农林牧业的发展受到水资源短缺的限制[1]，一方面，黄河水量的消减及新型工业用水量的增加，极大地削减了宁夏扬黄灌区的农业用水[2]；另一方面，气候偏暖、降雨分布不均和降水量减少；加之土壤质地为砂性，地表蒸发和地下渗漏流失严重等问题，导致作物水分利用效率极低[3]。因此，有效降低地表蒸发和保蓄水分在根系周围，防止向下渗漏是节水技术研究的核心[4]。

地下灌溉技术是一种高效节水灌溉方法，通过埋入地下的渗灌管将灌溉水渗入到作物周围供作物根系吸收利用，能有效地减少土壤表面的水分蒸发损失，对作物节水效果十分显著[5]。目前，对地下灌溉技术的研究，主要集中在适宜的灌水器布置方式[6-8]、湿润体分布范围[9]以及与灌水定额的组合方面较多。有学者[6]采用间接地下滴灌及导水装置对其地下渗灌埋深在干旱区矮化密植红枣进行试验研究，表明枣树细根空间分布呈现由“宽浅型”向“深根型”变化，相对于地表滴灌表现出较好的节水增产效果，并确定了南疆密植枣树的导水装置埋深在27～35 cm之间。张陆军等[10]对涌泉根灌布置方式和灌水量组合进行了田间试验，通过对枣树耗水量和产量的分析，确定山地梨枣树单棵树布置2个灌水器和单株灌80 L为最佳组合。地下灌溉技术不仅可减少地表径流和地表蒸发，提高水分利用效率，更能够保蓄根系周围的水分，以供作物吸收利用，尤其是干旱地区林木等多年生植物[11]。枣树在干旱地区抗旱性能较强，是经济生态效益显著的特色作物，灌溉方式主要靠降雨和地表滴灌等方式灌溉。枣树的研究大多在黄土丘陵地区，主要研究了不同枣树树龄下土壤水分利用及利用范围[12-13]、土壤水分和根系空间分布[14-15]以及水分动态变化[16]。但基于环形铺设埋深的地下渗灌对宁夏旱区同心圆枣土壤水分、根系分布以及产量的研究鲜有报道。

作物高产高效与适宜的灌水量和灌水方式有关，利用作物-皿系数（）计算作物灌溉量的方法已被广泛的应用[17]，可有效提高灌溉精确性，并且作物耗水量与作物-皿系数有一定的显著关系[18]。吴宣毅等[19]采用蒸发皿蒸发量系数对不同种植行距的温室番茄进行研究，通过回归分析确定了为0.8最佳。如何确定适宜的地下渗灌埋深和作物-皿系数的组合，是合理灌水方式和精准灌水量对提高水资源高效利用的关键问题。许多学者利用空间分析方法[20-21]寻找各指标可接受的重叠区域，得到各指标同时达到的最优范围。空间分析方法已经在滴灌施肥的菜花[22]、番茄[23]和玉米[24]等作物上应用，并得出灌水量和施氮量最优组合范围。因此，本文采用不同地下渗灌埋深和作物-皿系数组合对比分析枣树土壤水分、根系分布以及产量和水分利用效率的影响；结合空间分析方法对枣树各指标进行综合评价，确定最优的地下渗灌埋深和作物-皿系数灌水量范围，为宁夏干旱地区地下渗灌枣树的高产高效管理上提供依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区位于宁夏中部干旱带同心县旱区节水高效农业科技园区（36°50′N，105°60′E）。该地区干旱少雨，年平均气温8.6 ℃，年平均降水量仅为270 mm，枣树生育期（5-10月）内，研究区降雨季节性分配不均，主要集中在7-9月。2017年枣树生育期有效降雨量266.4 mm；2018年枣树生育期有效降雨量为246.5 mm，生育期内降雨量以及其他气候条件见图1。多年平均蒸发量2 325 mm，无霜期120～218 d，多年平均日照达3 024 h。2017年处理前0～200 cm土壤基本理化性状为：土壤容重为1.28 g/cm，田间持水率为23.13，土壤有机质质量比为7.70 mg/kg，全盐、全氮、全磷、全钾质量比分别为0.23、0.57、0.80、14.33 g/kg；2018年处理前0～200 cm土壤基本理化性状为：土壤容重为1.28 g/cm，田间持水率为23.22，土壤有机质质量比为7.90 mg/kg，全盐、全氮、全磷、全钾质量比分别为0.22 、0.59、0.86、14.41 g/kg，2a土壤肥力整体属于中低等。

1.2 试验材料

供试作物为7 a生枣树，品种为当地特色经济作物同心圆枣，行株距为250 cm×350 cm，平均胸径5.7 cm；平均树高为338 cm；平均冠幅为242 cm（南北）×263 cm（东西）。每个处理为1株枣树，3次重复，采用随机区组排列。

地下渗灌：橡胶和聚乙烯按一定比例混合加工的渗灌管道，出水量为300～400 mL/(m·min)。

1.3 试验设计

试验设不同埋深（15、30、45 cm）、不同灌水量（=0.6、0.8、1.0、1.2）2因素随机区组试验，共12各处理见表1，每个处理设3次重复，共48个小区。

表1 试验设计

试验中，灌溉水量根据放置在作物冠层边缘处的20 cm标准蒸发皿蒸发量计算，计算公式为

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式中为灌水量，L；为作物-皿系数；为单个地下渗灌控制的小区面积，m2，在本试验中为1.5 m×1.5 m= 2.25 m2；pan为2次灌水时间间隔内的蒸发皿蒸发量，mm。

枣树整个生育期大致划分为5个阶段：萌芽期（4月28日—5月21日）、开花期（5月22日—6月24日）、座果期（6月25日—7月8日）、膨大期（7月9日—9月16日）、成熟期（9月17日—9月28日），生育时期起止日期根据每年气候条件会左右浮动。试验处理之前，枣树灌溉方式为漫灌（春灌和冬灌）+滴灌（一棵树4个滴头），2016年10月待枣树成熟收获后，按照试验设计进行处理，采用人工开沟铺设地下渗灌，管道铺设方式以枣树树干为圆心，直径为80 cm，深度以地表为起点，向下测量确定，埋管前，对管道进行通水测试。试验过程中，灌水时间根据传感器控制，灌水量采用流量计监测。各处理灌水量根据蒸发皿蒸发量计算，通过流量计进行监测，分别对试验小区按照试验设计的灌溉量进行灌溉。根据前人对传感器埋设位置的研究[25-26]、试验地土壤结构、地下渗灌布设位置以及枣树根系分布等，将传感器埋设在距离地下渗灌铺设外侧15 cm处，每个处理放置3个传感器，分别在10、30、50 cm处垂直分布，如图2所示。

1.4 土壤水分及降雨监测

1）土壤含水率：2016年10月，将Trime-IPH管式（200 cm）TDR土壤水分测量系统（IMKO，Ettlingen，Germany）以枣树树干为中心水平距离20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 cm处布设TDR测管，测定数据前用烘干法进行校正。于2017—2018年枣树生育期5-10月内监测0～200 cm土层土壤含水率，测定垂直深度为200 cm，每隔20 cm测定水分，测定时间为灌水前后和降雨后。

图2 田间试验布置

2）根系分布：对枣树进行处理后，在各生育时期对每个处理选取相应位置（东、西、南、北4个方向），以枣树树干为中心水平距离60 cm处，每隔10 cm土层进行采样。采用直径为10 cm自制根钻进行取样，根样放在5 mm筛网上，用水冲洗，将所有根系全部捡出，先放入105 ℃烘箱杀青5 min左右，然后调到75 ℃恒温烘干（直到质量不变），用万分之一的电子天平称量根系干质量，再将根系干质量除以根钻体积得到每个样品的根系干质量密度。

3）枣吊长度：从萌芽展叶期开始到果实成熟期结束，在每个处理小区选取固定枣树，在果树树冠的东、西、南、北4个方向各选一条当年新生枝条，同时用卷尺测定新梢长度，用电子数显游标卡尺测量新梢直径。

4）座果率：于开花座果前期记录标记枣吊的开花数（1），采收时统计标记枣吊的果实数量（2），按“座果率＝2/1×100%”。

5）枣树产量（Yield，，kg/hm2）：在果实成熟期，分别在树冠东、西、南、北及内部各位置随机取样，测定单果质量，按“单位面积产量＝平均单果质量×单株结果数×单位面积枣树棵树”。

6）枣树耗水量（Evaporation and Transpiration，ET，m3/hm2）：在枣树萌芽展叶初期和果实成熟采收后，利用水量平衡法[27]计算枣树全生育期内的耗水量。计算公式为

式中ET为耗水量，mm；为有效降雨量，mm；为灌水量，mm；为时间段内的地下水补给量，mm；为径流量，mm；为深层渗漏量，mm；0、T为时段初和任一时间时的土壤计划湿润层内的储水量，mm，可由试验获取。根据实测，生育期内2 m 深土壤水分变化不大，并且每次灌水量较少，故、、忽略不计。试验期间的有效降雨量分别为266.4和246.5 mm。上式简化为

1.5 数据分析

用 Excel 2010数据处理；利用SPSS 22.0统计分析软件对试验数据方差分析（LSD法，显著性水平设定为= 0.05）；运用Mathematica 9.0回归分析；用Origin 9.1软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同地下渗灌埋深和灌水量对枣树土壤含水率的影响

2.1.1 土壤含水率随土层深度的分布

2017和2018年枣树全生育期内各处理根区垂直剖面土壤水分分布如图3所示，2 a的土壤水分在100 cm以下随着灌水量和地下渗灌埋深变化幅度不大，都在18%以内（除D45W1.2处理2017和2018年分别为18.03%、18.30%）。土壤表层0～20 cm主要是受到降雨、地表蒸发、作物耗水量等的影响较大，土壤含水率均在20%左右。相同灌水量下，埋深D15比埋深D30和D45下土层0～20 cm的土壤含水率高，D15W1.2处理下土层土壤含水率最高为24.46%，比D30W0.6处理最低提高了32.50%；D45埋深比D15和D30埋深在>20～200 cm土层土壤含水率高（除D30埋深下W0.6和W0.8灌水量下高于D45埋深），最高分别在>20～40 cm土层为27.27%、>40～60 cm土层为29.06%，相比0～20 cm土层土壤含水率分别提高了27.07%、35.41%。D30埋深下各灌水量比D15埋深在土层>20～200 cm土壤含水率都高。相同埋深下，随着灌水量的增加，0～100 cm土层土壤含水率逐渐增加。地下渗灌埋深为D15时，不同灌水量下土壤含水率峰值均在0～20 cm；地下渗灌埋深为D30时，不同灌水量下土壤含水率峰值均在>20～40 cm；地下渗灌埋深为D45时，不同灌水量下土壤含水率峰值均在>40～60 cm。地下渗灌埋深越深对表层0～20 cm土壤含水率影响越小，D45埋深有利于增加>20～60 cm土层土壤含水率，减少地表蒸发。D45埋深下，在>20～60 cm土层土壤含水率值比D15和D30埋深变化大，2 a的W1.2在>40～60 cm土层土壤含水率最高，2017和2018年分别为29.06%、27.87%，比W0.6、W0.8、W1.0分别提高了36.82%、25.57%、11.55%和32.27%、12.42%、3.72%。

2.1.2 土壤含水率水平方向分布

2017和2018年各处理水平距离0～200 cm土壤含水率变化如图4所示。各处理水平方向土壤含水率分布均呈先增大（0～40 cm）后减小（>40～100 cm），最后趋于稳定（>100～200 cm），稳定后土壤含水率均在15%左右波动，并且各处理的峰值都在>20～60 cm土层。地下渗灌埋设距枣树树干>20～40 cm处，此处土壤含水率相对较高。相同埋深下，2 a的W1.2处理在水平距离>20～40 cm处的土壤含水率均高于W0.6、W0.8和W1.0，2017年比W0.6、W0.8和W1.0处理分别提高了6.96%～16.56%、4.62%～12.94%、1.74%～7.02%；2018年比W0.6、W0.8和W1.0处理分别提高了13.43%～20.02%、9.86%～16.47%、5.80%～8.01%；并且2017年D45W1.2处理土壤含水率最高为26.48%，比D30W1.2处理提高了5.62%；2018年D30W1.2处理土壤含水率最高为26.37%，比D45W1.2处理提高了9.49%。距离枣树水平距离0～20 cm处的土壤含水率在20%左右，2018年各埋深下W0.6、W0.8土壤含水率低于20%，W1.0和W1.2土壤含水率高于20%。相同灌水量下，水平距离0～20 cm范围内随着地下渗灌埋深土壤含水率逐渐增大（除2018年W0.8先减小后增大），最大值均在D45埋深条件下。水平距离>20～40 cm范围内随着地下渗灌埋深土壤含水率先减小后增大（除2017年W0.6逐渐增大）。水平距离>40～80 cm范围内，随着埋深的增加土壤含水率均逐渐增加。距离枣树水平距离>80～200 cm范围内，2 a的土壤含水率值变化在15%左右，各处理之间无明显区别。2018与2017年水平距离各处的土壤含水率值变化规律无明显区别，在距离枣树水平距离>60～80 cm范围内，2017年较2018年土壤含水率偏大，涨幅都在2%～3%之间。

图3 2017和2018年不同处理枣树垂直方向土壤含水率变化

2.2 不同处理对枣树根系分布的影响

2017和2018年不同处理对枣树土壤垂直剖面根系干质量密度分布情况如表2所示。各处理枣树的根系干质量密度主要分布在20～80 cm土层。随着灌水量的增多，各土层根系干质量密度相应增大。2017年随着地下渗灌埋深增加，0～20 cm土层根系干质量密度逐渐减小，20～40 cm土层根系干质量密度先增加后减小，各处理下60～80 cm土层根系干质量密度最大，在埋深D45下最大，在30.61～34.83 g/m3之间。地下渗灌埋深为D15，随着灌水量的增加，根系干质量密度相应增多，20～40 cm土层根系干质量密度最大，随之为0～20、40～60、60～80 cm土层，D15W1.2处理根系干质量密度最大为23.45 g/m3。地下渗灌埋深为D30，20～40 cm土层根系干质量密度最大，随之为40～60、60～80、0～20 cm土层，D30W1.0处理根系干质量密度最大为23.49 g/m3。地下渗灌埋深为D45，60～80 cm土层根系干质量密度最大，随之为40～60、20～40、80～100、100～120 cm土层，明显高于埋深D15和D30，D45W1.0处理根系干质量密度最大为34.83 g/m3，但0～20 cm土层的根系干质量密度明显降低。2018年各处理根系干质量密度变化与2017年变化趋势相似；埋深D15下，枣树根系干质量密度在20～40 cm土层最大，在17.99～23.11 g/m3之间；埋深D30下，枣树根系干质量密度在20～40、40～60、60～80 cm土层变化均较大，在15.78～27.32 g/m3之间（除D30W0.6处理为13.75 g/m3）；埋深D45下，枣树根系干质量密度最大在60～80 cm土层，最大为29.95 g/m3。

图4 2017和2018年不同处理对枣树水平方向土壤含水率变化

2.3 不同处理对枣树枣吊长度及座果率的影响

枣树枣吊长度、每吊开花数和座果数都影响枣树产量，从表3可以看出，适宜灌水方式组合D30W1.0、D30W1.2、D45W1.2有助于增加枣树枣吊长度、每吊开花数、每吊座果数、座果率。2017、2018各处理中D30W1.0处理的枣吊长度最大分别为28.56、28.49 cm，与D30W1.2和D45W1.2处理之间无显著差异（>0.05），与其他处理存在显著差异（<0.05）。灌水量相同下，D30处理的枣吊长度长于D15和D45，D30处理比D15处理整体提高了14.56%以上。2 a的D30W1.0处理每吊开花数最多，均为64朵，2017和2018年相比D15W0.6处理（最少）提高了43.27%、48.84%；D30 W1.0处理每吊开花数与D30W1.2和D45W1.2处理无显著差异（>0.05），与其他处理存在显著差异（<0.05）。2 a各处理中D45W1.2处理的每吊座果数最多均为36个，说明充分的灌溉量可以保花保果，相比D15W0.处理（最少）为13、15个分别提高了172.54%、140.00%。D45W1.2处理的每吊座果数与D30 W1.2达到显著差异（<0.05），与其他处理存在显著差异（<0.05）。座果率最高为D45W1.2处理，与D30W1.2无显著差异，与其他处理存在显著差异（<0.05）；并且D30W1.0和D30W1.2座果率均超过了50%，说明高水量和地下渗灌埋深D45有利于枣树座果率，降低地表蒸发，促使水分向下运移更有利于枣树对水分的吸收。

2.4 不同处理对枣树产量及水分利用效率的变化

表4为2017和2018年各处理对枣树产量构成因素、耗水量和水分利用效率的影响。可以看出，2017年各处理中D30W1.0处理单果质量最大为21.71 g，与D30W1.2、D45W1.0处理无显著差异（>0.05），与其他处理均存在显著差异（<0.05）；2018年各处理中D45W1.0处理单果质量最大为21.17g，与D30W1.0处理无显著差异（>0.05），与其他处理均存在显著差异（<0.05）。相同埋深下，随着灌水量的增加，单果质量先增加后降低；4个灌水量处理下W1.0单果质量最大，W0.6单果质量最小。2017和2018年单株结果数均表现D45W1.2处理最多，分别为464、468，与2017年D30W1.0、D30W1.2处理无显著差异（>0.05）；相同埋深下，随着灌溉量的增加，单株结果数逐渐增加；相同灌溉量下，随地下渗灌埋深的增加，2017年单株结果数逐渐增加，2018年W1.2处理逐渐增加，其他处理均先增加后降低。枣树耗水量随着灌溉量和地下渗灌埋深的增加逐渐增大；2017和2018年各处理中D45W1.2处理耗水量最大分别为3 235.80、3 263.76 m3/hm2，均与其他处理存在显著差异（<0.05）。

从2 a产量看，2017和2018年各处理中D30W1.0处理产量最高，分别为8 506.68、9 639.28 kg/hm2，与D30W1.2处理无显著差异（>0.05），与其他处理存在显著差异（<0.05）；2017和2018年D30W0.8处理较D30W1.0处理的产量分别降低了9.32%、5.94%。相同埋深下，随着灌水量的增加，枣树产量先增加后降低，W1.0灌水量下产量最大。灌水量为W0.6下，随着埋深的增加，产量逐渐增加；灌水量为W0.8、W1.0和W1.2下，随着埋深的增加，产量先增加后降低。2017和2018年各处理中D30W0.8处理水分利用效率都最高，分别为4.68、5.32 kg/m3，与其他处理存在显著差异（<0.05）；D30W0.8处理比D30W1.0处理的水分利用效率提高了17.88%、16.41%。

表2 枣树根系干质量密度随土层深度的变化关系

注：同列不同小写字母表示0.05水平差异显著，*表示差异显著（<0.05），**表示差异极显著（<0.01），下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference (＜0.05), * means significant(＜0.05), **means much significant(＜0.01), the same as below.

2.5 基于枣树产量和WUE的灌水方式优化

分别以2017和2018年枣树产量、水分利用效率作为因变量，不同地下渗灌埋深和灌水量作为自变量，进行回归分析，得到2017和2018年枣树产量、水分利用效率与地下渗灌埋深和灌水量之间的回归关系，如表5所示，由2可知，2 a产量和水分利用效率拟合方程效果较好，均达到极显著水平（<0.01）。用Matlab极值问题求回归方程最大值，当2 a产量达到最大值8 546.90、9 902.10 kg/hm2时，灌水量分别为449、436 mm，地下渗灌埋深分别为37、33 cm；当2 a WUE达到最大值4.39、4.84 kg/m3时，灌水量分别为347、351 mm，地下渗灌埋深分别为33、28 cm。但产量和WUE分别为最大值时，地下渗灌埋深和灌水量的值均不相同。考虑到高产高效的目的，进一步运用空间分析方法，通过寻找重叠区域或最接近目标值的区域。分别设定地下渗灌埋深上下限为D15、D45，灌水量上下限为250、500 mm，拟合方程绘图，产量、WUE最大值90%置信区间内是可以接受，区间结果如图5所示，因此，地下渗灌埋深在28～33 cm，灌水量在370～410 mm范围时，产量、WUE均达到最大值的90%以上。

表3 不同处理对枣树枣吊及座果率的影响

表4 不同处理对枣树产量及水分利用效率的影响

表5 地下渗灌埋深和灌水量与枣树产量及水分利用效率的回归关系

图5 2017和2018年地下渗灌灌水器埋深、灌水量对产量和水分利用效率的影响

3 讨 论

在干旱地区，土壤中水分含量的多少是限制植物生长的关键因素[28]，植株吸收水分最先从离树干湿润区最近处，然后从土壤含水率高的土层吸取[29]，具有深层根系的植物在水分欠缺下可吸收土壤深层水分，提升植物的抗旱性和利用深层土壤水分的作用[30]。本研究设置的地下渗灌的不同埋深影响着土壤水分的空间分布进而促使不同土层枣树根系的生长；埋深相同下，枣树土壤水分剖面变化趋势基本一致。枣树细根密集层土壤含水率主要受到灌水量、降雨及土壤蒸发的影响，灌水和有效降雨后土壤水分会迅速上升，生育期内土壤水分波动较大。不同地下渗灌埋深，土壤剖面含水率变化有差异，埋深较浅的地下渗灌主要影响0～40 cm的土壤含水率；埋深较深的45 cm时，土壤40～80 cm的土壤含水率变化较大。地下灌水器铺设附近的土壤含水率变化较大，并向地下渗灌四周逐渐扩散并减小[31-32]。

枣林根系分布与枣树种植密度和灌水方式有密切关系。滴灌灌水方式对枣林的根系分布及土壤水分运移均有显著影响，并不利于细根向深处生长，一半以上的枣树细根主要分布在20～80 cm土层中。通过增加土壤不同深度的灌水量，可促进作物相应土层根系的生长[33-34]。根系干密度的多少决定着作物对水分和养分的吸收，随着地下渗灌埋深，根系干密度的增幅和土壤含水率的最大值范围均向下移动，适当的增加地下渗灌埋深，有利于增加20～80 cm土层的根系干密度。有研究表明[35]8 a梨枣树在水平方向距树干0～60 cm内的根系干密度占比最高为75%；垂直方向上0～40 cm内土层根系干密度占比最高为78.88%；根系干密度增多更有利枣树生长增产增效。地下滴灌[36]埋深在20和40 cm时可促使作物根系快速生长。本研究中，地下渗灌埋深不同，各土层范围根系干密度增长量均不同，地下渗灌埋深为15 cm对20～40 cm的土层范围根系增长量较大，地下渗灌埋深为45 cm对40～80 cm土层范围的根系增长量较大。地下渗灌是围绕枣树树干一圈布设灌溉，可直接将水分输送到枣树根系四周，更有利于根系干密度的增长，进而提高产量和水分利用效率。

水分和根系的分布直接影响作物耗水量和产量的变化，适宜的毛管埋深（20、40 cm）和灌水量有利于促进作物生长提高产量和果实品质[37]。孙三民等[6]建议南疆密植枣树间接滴灌灌溉导水装置埋深范围为27～35 cm，有利于增产增效。随着地下渗灌埋深的增加和灌水量从W0.8增加到W1.2，枣树产量均先增加后降低，水分利用效率均表现D30W0.8最高。产量和水分利用效率均达到最大值时，地下渗灌埋深和灌水量值无法同时最优。本文运用多元回归和空间分析的方法，综合评价产量和水分利用效率同时最优下，得出在旱区枣树中，地下渗灌埋深在28～33 cm之间，灌水量在370～410 mm之间是较为适宜的灌溉方式。

4 结 论

本文基于不同地下渗灌埋深和蒸发皿蒸发量的作物系数组合对旱区枣树根系生长、产量和水分利用效率进行了研究，得出以下结论：

1）随着地下渗灌埋深和灌水量的增加垂直方向、水平方向上土壤含水变化趋势都为先增大后减小，各处理的土壤含水率在0～100 cm土壤中各土层含水率均有提高；随着地下渗灌埋深的增加，土壤含水率峰值均向下移动，地下渗灌的埋深均提高了水平方向上土壤含水率，越靠近地下渗灌铺设位置40 cm的土壤含水率越高。地下渗灌埋深为15和30 cm，有利于提高0～40 cm土层深度的土壤含水率；地下渗灌埋深为45 cm时，有利于提高>40～60 cm土层深度的土壤含水率。

2）同心圆枣8 a生枣树根系干质量密度随着土层深度的增加先增加后减小，20～80 cm土层根系干质量密度占整个根系分布的比例最大，灌水量和地下渗灌埋深对20～80 cm土层的根系干质量密度变化最大。不同地下渗灌埋深下根系干质量密度均达到显著性差异（<0.05），埋深30 cm、灌水量W0.6和W0.8下对20～60 cm土层根系干质量密度影响较大，埋深在45 cm、灌水量为W1.0和W1.2组合下对60～80 cm土层根系干质量密度影响较大；2 a内埋深45 cm、灌水量W1.0下60～80 cm土层根系干质量密度最大，分别为34.83、29.95 g/m3。

3）2 a试验均表明埋深30 cm、灌水量W1.0下均有利于增加枣树枣吊长度、每吊开花数、每吊座果数、座果率以及产量。2017和2018年埋深30 cm、灌水量W0.8下水分利用效率最高分别为4.68、5.32 kg/m3，并且产量较埋深30 cm、灌水量W1.0下分别降低了9.32%、5.94%，水分利用效率分别提高了17.88%、16.41%，埋深30 cm、灌水量W0.8下与其他处理均有显著差异（<0.05）。通过多元回归和空间分析相结合，基于产量、WUE对枣树灌水方式进行优化，选择适宜的灌水量和地下渗灌埋深区间为：灌水量在地下渗灌埋深在28～33 cm，370～410 mm。

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Effects of depth and irrigation amount of subsurface infiltration irrigation pipes on water use efficiency and yield of jujube

Jiao Bingzhong1, Sun Zhaojun1,2,3※, Han Lei2,3, He Jun2,3, El-SAWY S M4, Li Xingqiang1

(1.,,750021; 2.,,750021,; 3.,750021; 4.,11435,)

Irrigation water in Yellow River is decreasing due to global warming, the uneven distribution of rainfall, serious surface evaporation and underground leaks. Water-use efficiency has posed a great challenge in the arid and semi-arid areas, particularly on western China, such as Tongxin County, Ningxia. To meet challenge, it is necessary to explore an efficient water-saving method using the depth of underground infiltration irrigation and pan evaporation coefficient. In this study, an experiment was performed on two factors and 12 treatments in three depths of underground infiltration irrigation: D15 (15 cm), D30 (30 cm), D45 (45 cm), and four irrigation volume: W0.6 (= 0.6), W0.8 (= 0.8), W1.0 (= 1.0), W1.2 (= 1.2), where the crop-pan coefficient () was used to evaluate irrigation volume, and the 7-year Tongxin round jujube was selected as the subject. The field experiments were conducted from January 2017 to December 2018 in the Water-saving and Efficient Agricultural Science and Technology Park (36°50′N, 105°60′E) in the dry area of Wangtuan Town, Tongxin County, Ningxia, China. The spatial and temporal changes were investigated by soil moisture, annual growth of root system, agronomic traits, yield and water-use efficiency. Then, a spatial analysis was used to search the areas, where jujube yield and water-use efficiency were better matched, and to obtain the optimal underground level, where the irrigation range was determined by the depth of infiltration irrigation and crop-pan coefficient. The test results showed that the water contents in the soil from 0-100 cm in the vertical direction, and from 0-80 cm in the horizontal was higher than others with the increase of irrigation volume, whereas, the peak of soil water content moved downward with the increase in the depth of underground infiltration irrigation. The buried depth of 15 cm or 30 cm can increase the moisture content in the soil depth of 0-40 cm, while the buried depth of 45 cm can increase that in the soil depth of 40-60 cm. The irrigation volume and the depth of subsurface infiltration irrigation have a great impact on the root system distribution of 20-80 cm soil layer. There were significant differences in the root system increments under various subsurface infiltration irrigation depths. Specifically, the D30W0.6 and D30W0.8 treatments increased the root dry density from 20-60 cm soil layer, and the D45W1.0 and D45W1.2 treatments increased that from the 60-80 cm soil layer, compared with other treatments. Two-year experiments showed that the D30W1.0 treatment was optimum to increase the hanging length of jujube, the number of flowers per hang, the number of fruits per hang, fruit set rate and yield. The highest water-use efficiency of D30W0.8 was 4.68kg/m3in 2017 and 5.32 kg/m3in 2018 , increased by 17.88% (2017), 16.41 % (2018), but the yield decreased by 9.32% (2017) and 5.94% (2018), compared with D30W1.0 treatment, indicating D30W0.8 treatment was significantly different from other treatments (<0.05). Therefore, the yield and water use efficiency (WUE) can be used to optimize the irrigation strategies for jujube trees by using multivariate regression and spatial analysis. In this case, the optimal irrigation amount and the depth of subsurface infiltration irrigation can be selected as follows: 370-410 mm and 28-33 cm, respectively. The finding can provide a sound basis and technical support for high efficient management of jujube trees during subsurface irrigation in arid areas of Ningxia, China.

irrigation; soil moisture; crop-dish coefficient; subsurface infiltration irrigation; jujube; root system; yield

焦炳忠，孙兆军，韩磊，等. 渗灌溉管埋深与灌水量对枣树产量和水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报，2020，36(9)：94-105.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.011 http://www.tcsae.org

Jiao Bingzhong, Sun Zhaojun, Han Lei, et al.Effects of depth and irrigation amount of subsurface infiltration irrigation pipes on water use efficiency and yield of jujube[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 94-105. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.011 http://www.tcsae.org

2019-11-26

2020-04-05

宁夏回族自治区重点研发计划项目（2018BFG02016，2019BFG02032）；国家自然科学基金资助项目（31760236）；发展中国家科技援助项目（KY201904010）

焦炳忠，博士研究生，主要从事节水灌溉理论与技术研究。Email：272275314@qq.com

孙兆军，博士，研究员，博士生导师，主要从事盐碱地改良和节水灌溉新技术研究。Email：sunzhaojunyx@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.011

S275.4

A

1002-6819(2020)-09-0094-12