不同灌水定额对成龄核桃耗水量及水分利用效率的影响

刘新华，虎胆·吐马尔白，米力夏提·米那多拉，焦 萍

(1.新疆塔里木河流域阿克苏管理局，新疆 阿克苏 843000；2.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

近年来，新疆阿克苏地区的林果产业发展迅速，核桃作为当地最具特色的传统林果树种之一种植面积快速发展，已经成为阿克苏地区农村经济发展、农民高效增收的重要途径，也使阿克苏地区成为中国核桃生产的重要主产区[1,2]。阿克苏地区的用水主要为农业灌溉用水，由于当地干旱少雨的特殊气候条件，随着农业灌溉面积的不断增加，出现了突出的农业用水矛盾，对于林果生长的进一步发展产生了极大的影响[3]。

在核桃需求量的不断增大、种植面积的不断增加以及农业用水矛盾日益突出的情况下，如何达到核桃节水丰产的目的成为目前首要考虑的问题。而要解决核桃科学地节水灌溉问题，首先要了解阿克苏地区核桃树的耗水规律以及灌溉方式与产量之间的关系，才能够更加合理地、科学地灌溉，从而提高水分利用效率[4,5]。因此，本研究以阿克苏地区成龄核桃为研究对象，通过田间小区试验，研究在滴灌条件下不同灌水定额对核桃的耗水规律及植株生长、土壤平均含水率、产量及水分利用效率的影响，提出适宜的灌水定额，为阿克苏地区成龄核桃灌溉制度的确定提供理论指导和参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在位于阿克苏红旗波农场的新疆农业大学特色林果试验基地进行。该农场距阿克苏市区13 km，海拔1 133 m，地理位置为东经80°14′，北纬41°16′，地处塔里木盆地北缘，天山南麓，属于典型温带大陆性气候，具有干旱少雨、日照时间长、蒸发强烈、昼夜温差较大等气候特征。多年年平均气温10.1 ℃，极端最低气温-27.4 ℃，极端最高气温40.9 ℃；年均日照2 747.7 h，降雨量65.4 mm，蒸发量1 960 mm，无霜期191 d。试验区土壤为粉壤土，0～120 cm深度的土壤平均容重为1.57 g/cm3，平均田间持水率为21%，地下水位在试验期间一直位于6 m以下。

1.2 试验设计

供试核桃树为10 a生的“温185”品种，栽植于2008年，沿东南-西北方向种植，株行距2 m×3 m。试验区采用一行核桃两条管滴灌带的布置模式供水，滴灌带(迷宫式)距树40 cm，滴头间距20 cm，滴头流量3.0 L/h。试验设置3个灌水定额处理，分别为375 m3/hm2(处理1)、450 m3/hm2(处理2)和525 m3/hm2(处理3)。每个处理的供水支管上均安装球阀与水表各一个，灌水前进行水表读数，严格、准确的按照设计控制每次的灌水量。各处理试验田内均选择长势良好、无虫无病、株径相近、枝条数量相近的核桃树作为样树，每个处理小区内另外选择2棵样树作为重复。试验实施从2018年4月开始，11月结束，成龄核桃物候期及灌溉制度见表1。

表1 成龄核桃物候期及灌溉制度

1.3 测定项目及方法

(1)生长状况。在每个处理的样树上标记8个新梢枝条与8个果实，每次都在这些枝条与果实上固定观测。新梢长度采用米尺测量，果实横纵径用游标卡尺测量，取平均值使用，每7 d测定一次。

(2)土壤体积含水率。采用TRIME-IPH水分仪对每个处理内的样树进行土壤剖面体积含水率测定，在株间与行间分别距离样树40、80 cm各设置两个测点，按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm 6个土层，在灌水前后一天进行土壤体积含水率的测定。

(3)果实产量。 对每个处理的3棵样树进行核桃采摘(8月30日)，测定单株总产量，取平均值后折算出每个处理的总产量与公顷产量。

(4)气象参数。置于试验区内的“Watchdog”小型全自动气象站自动观测核桃全生育期内的气象资料，包括降雨量(P)、风速(V)、太阳辐射(Q)、温度(Ta)、湿度(RH)等数据，每隔30 min记录一次。

(5)耗水量。核桃生育期耗水量根据水量平衡法[6]计算，使用公式如下:

(1)

式中:ET1-2为时段1至时段2之间的核桃耗水量，mm；m为土壤层序号总数；i为土壤层序号；γi为第i层土壤干体积质量含水率，g/cm3；Hi为第i层土壤层厚度，cm，本研究取H=20 cm；Wi1与Wi2分别为时段1和时段2的土壤体积含水率；M为时段内灌水量，mm；P为时段内有效降水量，mm；K为时段内地下水补给量，mm；C为时段内深层渗漏量，mm。

比较试验数据得知，120 cm深度处在灌前灌后的土壤层含水率变化不大，因此将测定核桃耗水量的土层深度确定为120 cm。由于120 cm深处的土壤含水量整个生育期内都基本没有变化，故不考虑地下水补给量(即K=0)及深层渗漏(即C=0)，因此将水量平衡计算公式简化为：

(2)

(6)有效降雨量。有效降雨量P0采用FAO报告推荐经验公式[7]计算，公式如下：

(3)

式中：P0为有效降水量，mm；TP为总降雨量，mm。

2 结果与分析

2.1 不同灌水定额下全生育期土壤水分变化过程

图1表示在不同灌水定额处理下，成龄核桃在全生育期内0～120 cm土层平均含水率的变化曲线。由图1可知在滴灌条件下，全生育期土壤平均含水率从大到小顺序为:处理3>处理2>处理1，最大的灌水定额使得处理3的土壤含水率要明显大于其他处理。同时，3种处理的土壤平均含水率在全生育期内整体上均呈下降趋势，其中萌芽期土壤平均含水率最高，这是由于春灌定额较大，而萌芽期核桃蒸腾量和棵间蒸发均较小。从开花结果期至油脂转化期，气温逐渐升高以及核桃营养生殖生长的逐渐增强，使蒸发蒸腾强度随之增强，核桃对水分需求逐阶段增大，因此土壤含水率逐渐降低。停灌后的成熟期土壤平均含水率降至全生育期最低，因此需要在核桃休眠期进行一次冬灌，以保证防寒及次年开春土壤具有较高的含水率。

图1 不同灌水处理下全生育期土壤平均含水率变化

2.2 不同灌水定额对核桃生长的影响

新梢的生长，一定程度上反映着树势的强弱，新梢的正常生长是果树营养生长的主要环节之一；果实发育主要表现为果实横径和纵径的变化。通过对不同灌水处理的成龄核桃新梢长度、果实横纵径观测(图2、图3、图4)，成龄核桃新梢长度、果实横纵径大小均随灌水定额的增加而增大，说明在一定程度上随着灌水定额的增大，核桃树生长性状更加旺盛，然而如继续增大灌水定额将会影响果树的花芽分化及果实产量[8]。

图2 不同灌水定额下核桃新梢长度变化

图3 不同灌水定额下核桃果实横径变化

图4 不同灌水定额下核桃果实纵径变化

2.3 不同灌水定额下成龄核桃的耗水规律及作物系数

根据2018年所测试验数据及气象参数，运用水量平衡法公式、Pen-Monteith公式[7]等计算，得到不同灌水定额下成龄核桃各生育期的耗水量、参考作物蒸发蒸腾量ET0及作物系数Kc如表2所示，生育期ET0及降雨量如图5所示。

图5 成龄核桃生育期ET0及降雨量

表2 不同灌水定额成龄核桃生育期耗水量、ET0及Kc

由于萌芽期灌水定额各处理均相同，成熟期无灌水，因此本文主要研究由开花结果期至油脂转化期的4个不同灌溉敏感物候期的耗水规律。由表2可以看出，灌水定额的不同使得核桃在各物候期的耗水量有较大差异。随着生育期的推移，不同灌水处理的耗水量均逐渐增大。从开花结果期到果实膨大期，新枝的抽发及幼果开始膨大使核桃的营养生长与生殖生长并进，其蒸腾耗水能力增强，并随着当地气温的逐渐升高，核桃需水强度开始增大，各处理耗水量达到59.06,55.38,52.13 mm。硬核期和油脂转化期为核桃关键需水期，也是决定最终产量的重要阶段，由于这两个阶段生育期时间最长(80 d)，在此阶段当地气温也升至全年最高，蒸发蒸腾量也达到峰值，耗水量达到全生育期最高值，硬核期和油脂转化期各处理耗水模数之和达到66.52%，70.25%，72.00%，因此在硬核期需要增大灌水频率，而在油脂转化期需要相应降低灌水频率(较硬核期)，以保证核桃果实完成更好的油脂转化。不同灌水处理的核桃Kc整体上均为单峰曲线，在生育初期核桃Kc值较小(开花结果期0.66、0.64、0.71)，而在关键物候期达到峰值(硬核期0.68、0.74、0.81)，后期减小(油脂转化期0.54、0.62、0.70)。

由图5可知，成龄核桃逐日ET0从开花结果期至油脂转化期整体呈抛物线特征，开花结果期(04-21-05-09)ET0平均值为3.48 mm，果实膨大期(05-10-06-02)上升至3.73 mm，到硬核期(06-03-07-05)ET0明显增大，该阶段均值达到4.23 mm，并出现全年单日ET0峰值5.35 mm，尽管期间降雨较多，但由于该时期降雨多在夜间，其日间ET0值依旧较高；油脂转化前期(07-06-08-10)均值为4.02 mm，在油脂转化后期(08-11-09-01)进入雨季，大气温度及太阳辐射开始降低，日照时间减少，日ET0值由4.10 mm逐日下降至2.38 mm。将ET0值按生育阶段逐日累加，如表2所示，得到开花结果期ET0值为66.08 mm，果实膨大期89.44 mm，硬核期139.45 mm，油脂转化期203.40 mm,累计498.37 mm。开花结果期至油脂转化期降雨量共计66.41 mm，有效降雨量为33.75 mm。期间4月下旬至5月中旬无降雨，5月下旬至9月上旬偶有阴天及降雨导致ET0部分回落，其中在7月1日有强降雨天气，降雨量达到26.61 mm，使ET0值由5.09 mm降至3.07 mm。

2.4 不同灌水定额下成龄核桃水分利用效率分析

水分利用效率是指在田间，作物蒸散消耗单位质量水所制造的干物质量，通常以果实产量与实际耗水量的比值表示[9]。灌溉水分生产率是指每立方米灌水所能生产的农产品量，通常以果实产量与灌水总量的比值表示[10]。水分利用效率与灌溉水分生产率均是衡量作物产量与耗水量及灌水量关系的重要指标。由表3可知，在不同灌水定额下核桃产量有较大的差异。处理2和处理3的产量与处理1的差异显著，具体为：处理2比处理1高19.48%，处理3比处理1高23.62%。

表3 不同灌水定额成龄核桃水分利用效率及灌溉水分生产率

各处理产量大小顺序为:处理3>处理2>处理1，说明在一定灌水区间内成龄核桃产量会随灌水量及耗水量的增加而增加。从水分利用效率来看，处理2的水分利用效率最高，为1.94 kg/m3。而从灌溉水分生产率来看，处理1与处理2 的灌溉水分生产率均较高，分别为2.02与2.01 kg/m3。尽管处理1的灌水量最小，而灌溉水分生产率最高，但其产量过于偏低，比处理2低1 033.9 kg/hm2。处理3的产量最高，其灌水量也最大，但水分利用效率与灌溉水分生产率均低于处理2。因此，认为灌水定额为450 m3/hm2的处理2为最优处理，适合在实际生产灌溉中推广应用。

3 结 语

(1)成龄核桃新梢长度、果实横纵径大小均随灌水定额的增加而增大，在一定程度上随着灌水定额的增大，核桃树生长性状更加旺盛。

(2)随着生育期的推移，不同灌水处理的耗水量均逐渐增大。硬核期和油脂转化期为核桃关键需水期，蒸发蒸腾量达到峰值，耗水量达到全生育期最高，3个处理这两个时间段的耗水模数之和分别达到66.52%，70.25%，72.00%。不同灌水处理的核桃Kc整体上均为单峰曲线，成龄核桃单日ET0从开花结果期至油脂转化期整体呈抛物线特征。

(3)综合分析试验结果，认为灌水定额为450 m3/hm2的处理2为最优处理，适合在实际生产灌溉中推广应用。