黄土丘陵区滴灌对密植枣林根系分布的调控作用及其机理研究

Drip irrigation has greatly improved the densely planted jujube (Ziziphus jujube Mill. CV. Lizao) plantation economic yield in the loess hilly region and provided a mutual efficient approach in economic and environmental benefits of jujube industry in north Shaanxi. Root regulation is one of the key influence factor in jujube yield and quality. Root distribution and regulating mechanism under densely planted pattern is urgently needed to be studied because it was obviously different with those that were traditional spaced planted without water and nutrient management regime. The project oriented densely planted jujube plantation, with water as a breakthrough, we carried out drip irrigation engineering in the densely planted jujube plantation. We will study spatial root distribution of the densely planted jujube plantation systematically under the drip irrigation measures with the field positioning observation in trench profile method and indoor analysis method, determine the drip irrigation technology regulation effects (drip irrigation frequency, drip irrigation water amount and drip irrigation position) on root distribution, reveal drip irrigation technology regulation mechanism, evaluate drip irrigation technology regulation effect on jujube tree growth, fruit yield and quality, propose the root distribution optimization pattern and drip irrigation control methods aimed at jujube fruit high yield and good quality and improve the economic and ecological benefits together. The study will provide scientific basis for efficient water and nutrient management of densely planted artificial forest. The study has the important scientific significance and realistic value on the sustainable development project of converting farmland to forestland in the loess hilly region.

滴灌技术显著提高了黄土丘陵山地密植枣林的经济产量，为陕北红枣产业发展提供了一条经济与生态效益共赢的高效途径。而根系调控是影响产量和品质的关键。滴灌条件下密植枣林的根系分布特征及其影响机制与传统稀植乔化无水肥管理的枣林区别明显，亟待研究。本项目以黄土丘陵山地密植枣林为研究对象，以"水"为突破口，引水上山实施滴灌密植枣林，采用剖面法、挖掘法等野外定位试验和室内分析处理相结合的方法，系统研究滴灌条件下密植枣林群体根系的分布特征，揭示滴灌频率、滴灌水量、滴灌位置这3个滴灌技术要素对黄土丘陵区密植枣林群体根系分布的调控作用，阐明滴灌技术对密植枣林群体根系分布的调控机理，评价滴灌技术要素对枣树生长、产量和品质的调控效果，筛选出以高产优质为目标的适宜黄土丘陵区山地密植枣林的滴灌调控方式，为黄土丘陵半干旱区密植人工经济林水肥高效管理提供科学依据，对国家退耕还林工程后续可持续发展有重要的科学意义和现实价值。

根系调控是滴灌影响黄土丘陵山地密植枣林产量和品质的关键。研究滴灌密植枣林的根系分布特征及影响机制，可为山地滴灌工程设计提供理论依据，对提高人工经济林的生产力具有重要的指导意义。本项目研究了土壤湿润体的变化特征，滴灌对细根分布的影响，枣林深层细根分布及土壤水分消耗状况。结果表明：1）土壤湿润体的水平和垂直扩散距离均与时间有显著的幂函数关系；湿润体内土壤含水量的分布同时受滴头流量和灌水量控制；相同灌水量，湿润体体积随滴头流量的增加而变小，平均含水量则变大。灌溉结束48h后土壤水分运动达到平衡，土壤含水率的最大值在地表以下10cm左右深度处。2）与非滴灌湿润区对比，离树干35cm、65cm和100cm位置滴灌的根干重密度增量分别为28.3%、58.8%和35.9%；根长增量分别为29.7%、26.1%和34.0%；根表面积增量分别为5.4%、28.5%和14.6%。3）不同根级（＜1mm、1-3mm、＞3mm）根的数量均随树龄增长呈显著增加趋势，但随土层深度极显著下降。0-0.6m为根系主要分布层，当湿润体下边界到达0.6m时，即可停止灌溉，这能为枣园用水管理提供依据。4）枣林细根干重密度随土层深度的增加而骤减、随林龄的增长而增加。有序聚类分层凸显了细根的垂直分布特征，根层可划分为密集层（0-0.6 m）、扩散层（0.6-1.6 m）及稀疏层（1.6-5 m）。枣林细根分布最大深度随林龄的增长而增加，一定林龄后（9年）趋于稳定，9年生和12年生均为5 m。不同林龄枣林细根干重密度累计百分比D50均位于0-0.8 m土层，但D95随着林龄的增长不断向土层深处延伸。说明随着林龄增加，枣林出现了向深层延伸根系的趋势。5）2、4、9和12年生枣林深层土壤耗水量分别达到0 mm、29.6 mm、149.9 mm和155.7 mm，可再供水量分别为203.7、167.7、35.5和29.7 mm。随着林龄的增长，黄土半干旱区密植枣林深层土壤耗水深度逐渐加深、程度逐渐加重。枣林生长第9年后，2-4 m土层几乎没有可以利用的水分，以降水入渗最大深度为上界、细根最大深度为下界计算林地深层土壤耗水量，更能准确地评估利用性土壤干层形成的程度和深度。研究查明了滴灌密植枣林利用深层土壤水分的范围和程度，揭示了滴灌抑制深层土壤水分消耗的作用，为半干旱区经济林的持续经营提供了一定的理论依据。