5 苹果树根系与节灌湿润土体耦合理论研究进展

    在进行苹果树耗水规律研究的过程中，发现了滴灌湿润土体与果树根系分布达到耦合状态，可以大大提高节灌水的利用效率，并根据该成果提出了一次灌水延续时间计算公式^[3]～[5]。

5.1 苹果树根系分布调查结果

不同树龄的长富₂苹果根系调查结果显示，3年～4年生的苹果树，一般树冠扩展最快，根系伸展也最快，但总根数较少，特别是吸收根少，果树地上部延长枝生长旺盛，春梢长度一般大于1.0m，但短枝形成数量少、质量差，因而成花困难；5年生果树已进入初果期，根系在空间分布上继续向外向下扩展，总根量与吸收根分别比3、4年生果树增加23%左右，果树延长枝生长较旺，春梢长度一般大于0.8m，短枝数量快速增加。6年～7年生苹果树，根系分布范围继续扩展的同时，根量高速增加，在0cm～40cm土层中，单株果树根量达到0.5万条～0.7万条，比4年生果树增加3倍～5倍左右。

5.2 滴灌水分在土壤中湿润规律

表2  滴灌水分在土壤中移动状况

注：①灌水停止1h后测定；②湿润比=最大湿润深度/湿润半径。

根据调查结果（表2），在滴水量小于5.1l时，水分在0cm～10cm的土层内，水平方向的移动速度快于下渗速度，湿润比为0.92；在滴水量5.1l～10.0l时，由于犁底层的阻隔作用，水分下渗缓慢，而在耕层内水平方向的扩展速度相当快；在滴水量由10l增加到15.4l时，水分渗透过坚实的犁底层后，其下渗速度显著加快，下渗深度净增19.6cm，而地表湿润半径仅扩大3.2cm；当滴水量大于15.4l 时，由于犁底层下的土壤含水率明显大于耕作层，水分在0cm～40cm的土体内快速扩展，湿润比为1.47；滴头滴水量达到50l时，地表湿润半径为55.0cm，下渗深度68.6cm，湿润比为1.25。总之，下渗的速度快于水平扩展的速度，随着滴水量的不断增加，土壤湿润剖面也在不断扩大，地表湿润形状由最初的小园斑发展成链状园斑，最后形成宽度为1m左右、深度近70cm的湿润条带。

5.3 滴灌湿润土体与果树根系的耦合状态分析

为提高滴灌水的利用效率，滴灌湿润土体应与果树根系分布达到耦合状态，也就是说，应将水最大限度的滴灌到果树吸收根分布最密集的区域内。经调查，在水平方向上，果树吸收根主要分布在冠径的2/3到1/3处，滴灌时毛管应放置到树冠冠径的2/3到1/3的地面中间，这样，滴灌随着树体的生长、树冠的增加而向外延伸，支持和诱导果树根系向外发展；在垂直方向上，吸收根具有成层分布的特点，其中，初果期果树5cm～30cm的土层为吸收根密集区，盛果期果树10cm～50cm的土层为吸收根密集区。在初果期，滴水量达25l时，水分下渗深度为55.0cm，地表湿润直径98.8cm，滴灌湿润带与苹果根系分布耦合状态最佳。因此，每个滴头滴水量25l即每公顷165m³，为每次每公顷滴灌的最佳灌水量；在盛果期，当滴水量达30l时，水分下渗深度为61.0cm，地表湿润半径52.3cm，滴灌湿润带与苹果根系分布耦合状态最佳。因此，每个滴头滴水量30l即240m³/hm²，达到次最佳灌水量。。

5.4  提出了果树一次灌水延续时间计算公式

滴灌毛管的布设方式对果树根系与湿润土体耦合状态有着重要影响，由于果树吸收根主要在树冠1/3～2/3中间，呈园环状分布，灌水时毛管应布设到树冠冠径的1/3到2/3的地面中间，布设成“s”形，这样，滴灌随着冠径的增加而向外延伸，支持和诱导果树根系向外发展。这种呈“s”形布设方式，果树根系与湿润土体耦合状态明显优于直线布设方式。

对于果树，采用半固定式滴灌毛管呈“s”形布设时，一次灌水延续时间t可由公式（1）和公式（2）确定。

       t=ms_es_lr/q                                    (1)

       r=l_湿/l_毛                                     (2)

式中：m-----设计灌水定额，mm；

      s_e-----灌水器间距，m；

      s_l-----毛管间距，m；

      r-----毛管弯曲系数，果树株距等于树冠时，r=0.89,一般情况下,0.89≤r<1；

      q-----灌水器流量，l/h；

      l_湿----毛管湿润条带直线长度，m；

      l_毛----毛管长度，m。

毛管呈“s”形布设、其他条件相同时，一次灌水延续时间比直线布设时短。但毛管投资比直线布设时稍大，一般大2～12%，工程总投资比直线布设时也稍大，一般大0.2～5.4%，这种“s”形布设方式从灌水效果、投资方面分析可以看出，实现了滴灌湿润土体与果树根系的耦合，提高了滴灌水的有效利用率，增加的投资对一个工程来讲也是可以接受的，因此，建议在果园集雨微灌工程设计和运行管理中尽量采用毛管呈“s”形布设这种布设方法。

6 苹果园微灌方式研究进展

通过对半固定式滴灌、固定式滴灌、渗灌、滴渗灌、涌泉灌五种果园微灌方式在滴灌湿润剖面、湿润区域与果树根系耦合性、灌水均匀度、运行管理、投资、用工量等方面的比较分析，半固定式滴灌投资小，施工安装用工量少，灌水均匀度较高，滴头不易堵塞，即使堵塞也易清洗疏通。滴灌湿润区域与果树根系分布耦合性很好，毛管和滴头均可移动，可支持、配合、诱导果树根系向外扩展，提高树体自身的抗旱性。虽然，在灌水时需收放毛管，增加用工量，但仍不失为一种果园微灌的较好形式，建议在成龄果园进一步推广^[6]。

固定式滴灌和渗灌运行管理较方便，但投资较大，施工用工量较大，滴头易堵塞，堵塞不易发现，不易清洗疏通，灌水均匀度较低，滴灌湿润区域与果树根系耦合性较差，灌水部位的不可移动性与树体根系向外向下扩展形成矛盾。因此，应控制固定式滴灌和渗灌的进一步发展，待技术成熟稳定后再行推广。

滴渗灌投资较大，但施工用工量最少，灌水均匀度较高，滴头不易堵塞，堵塞后易发现，清洗疏通容易。同时具有滴灌和渗灌的优点，微灌湿润区域与果树根系耦合性最好，毛管因为可移动，可支持、配合、诱导果树根系的向外扩展，提高树体自身的抗旱性。这是目前果园微灌的较好形式，建议加快推广应用。

涌泉灌运行管理方便，但投资大，施工用工量较大，灌水均匀度高，涌水管不易堵塞，微灌湿润区域与果树根系耦合性较好，由于管件的配套性较差加大了投资，建议加大配套管件的开发，以进一步降低投资，在经济条件较好的果园进行示范推广。

根据对五种微灌方式多方面试验结果分析，各种微灌方式各有其适宜范围及区限性。但滴渗灌、半固定式滴灌应进一步加大推广力度，涌泉灌在经济条件较好的果园进行示范推广，而固定式滴灌和渗灌应控制发展。在生产实践中可根据当地果园的实际状况因地制宜地选用。