灌溉农业是干旱区农业发展的典型特征,发展节水灌溉在农林业、生态建设体系建设中具有极其重要的地位,有效、精准、节水是灌溉发展的必然趋势。截止到2015年,新疆特色林果业种植面积已达近2300万亩,枣树种植面积已突破700万亩,成为了新疆特色林果业的第一大栽培树种,新疆枣树主要分布在环塔里木盆地的干旱和极端干旱区。目前新疆枣树的灌溉方式主要以漫灌、沟灌、滴灌(幼树)为主,随着社会经济的发展,灌溉节水要求的提高,地面滴灌面积逐渐增加,但是目前滴灌技术无法实现中径级、大径级灰枣树的节水灌溉,特别是无法实现有效、精准、节水,在灌溉的大量研究中,地下渗灌这种灌溉方式是国内外当前追求的一种最为有效、精准、节水的灌溉方式,当前国内上没有大面积应用的地下渗灌成熟技术和配套设备。在这一背景下如何通过地下渗灌来提高新疆地区中、大径级灰枣树灌溉水有效利用率,充分实现利用有限水资源进行科学灌溉,已成为当地红枣产业生产中急需解决的问题。针对新疆特色林果业生产发展中面临水资源紧缺的现实,本论文以国家公益性行业专项项目——“红枣有效、精准、节水灌溉技术研究”为依托,借助该项目组发明的“林木井式灌溉方法”、“林木井式节水用竖井管”以及“林木节水灌溉用竖井管管盖”等系列国家专利。在新疆林业科学院佳木试验站红枣示范园内开展中、大径级灰枣树井式高效节水灌溉机理研究的系列大田试验,通过对中径级和大径级灰枣树根系分布特征、不同滴头流量和灌水历时下井灌过程中水分运移特征、井灌过程中灰枣树光合特性、灰枣树体茎流特性以及井灌后地表蒸发规律等进行了系统研究,并通过对比常规大田漫灌下与井式灌溉下灰枣的果实产量、品质,进一步证实井式灌溉对果实产量、品质的利弊影响,取得了以下成果:(1)通过中、大径级灰枣树根系挖掘试验发现:中径级灰枣树吸收根系在水平距离0~400cm、垂直距离10~160cm区间内均有分布,在水平方向距离树干越近吸收根分布密度等值线越密集;根长密度、根表面积密度均与水平、垂直距离呈幂函数关系,R2大于0.94;中径级灰枣树水平方向上根系分布主要区域(根系累积百分比70~80%)集中在:0~125cm,垂直方向上根系主要分布区域(根系累积百分比70~80%)集中在:10cm~70cm。大径级灰枣树吸收根系在水平距离0~450cm、垂直距离10~160cm区间内也均有分布;根长密度、根表面积密度同样与水平、垂直距离呈幂函数关系,且r2大于0.81;大径级灰枣树水平方向上根系分布主要区域(根系累积百分比70~80%)集中在:0~150cm,垂直方向上根系分布主要分布区域(根系累积百分比70~80%)集中在:10cm~90cm。(2)空白地单竖井管井式灌溉试验为研究中、大径级灰枣树下井式灌溉提供了理论依据,结合中、大径级灰枣树根系分布特征,确定出井式灌溉在中径级灰枣树井灌试验过程中选择双井管,滴头流量设定为8l/h、12l/h,灌水历时为8h、12h、16h;大径级灰枣树井灌试验过程中选择四个井管,头流量设定为8l/h、12l/h,灌水历时为6、8、10、12h。(3)通过三年的中径级灰枣树下双管井式灌溉大田原位沙壤土水分运移规律试验,得出适宜中径级灰枣树井式灌溉的滴头流量与灌水历时分别为滴头流量8l/h、灌水历时16h;滴头流量为12l/h、灌水历时为12、16h。由于井式灌溉采用常规滴灌用稳流器,稳流器在长期的使用过程中,导致内部出现损伤后一定程度上会增加或减少流量,因此在选用稳流器时,满足林木需水同时尽可能选择小滴量稳流器,因此在井式灌溉实际应用过程中选用滴头流量8l/h、灌水历时16h为试验对象。(4)通过三年的大径级灰枣树下四管井式灌溉大田原位沙壤土水分运移规律试验,得出适宜大径级灰枣树井式灌溉的滴头流量为8l/h时、灌水历时为12h;滴头流量为12l/h时、灌水历时为10、12h。同样在选用稳流器时,本着有效保证土壤含水率稳定以及高效节水的理念,在井式灌溉实际应用过程中选用滴头流量12l/h、灌水历时12h为试验对象。(5)井式灌溉下中、大径级灰枣树各个光合参数均在膨大期、坐果期、成熟期、开花期较大,中径级灰枣树通过井式灌溉后对各个生育期光合特性的影响不大,较漫灌而言灌溉总量(井式灌溉)减小,并没有使中径级灰枣树出现干旱胁迫。由井式灌溉与漫灌下中、大径级灰枣树光合特性参数日均值,可知,中径级灰枣树在井式灌溉与漫灌条件下pn、gs存在显著差异(p<0.01),ci、tr、wue均无显著差异。大径级灰枣在井式灌溉与漫灌下仅pn存在显著差异(p<0.01),井式灌溉下pn较漫灌要高出11.6%,其余光合特性参数均无显著差异。(6)井式灌溉下中、大径级灰枣树的耗水量均大于漫灌条件下,井式灌溉下单株中径级灰枣树一个生长季耗水为4.68 m3,中径级灰枣树每亩按照83株计算,井式灌溉下中径级灰枣树每亩耗水为388.44 m3;大田漫灌下单株中径级灰枣树一个生长季耗水为4.36 m3,中径级灰枣树每亩按照83株计算,大田漫灌下中径级灰枣树每亩耗水为362m3。井式灌溉下单株大径级灰枣树一个生长季耗水为7.62 m3,大径级灰枣树每亩按照42株计算,井式灌溉下大径级灰枣树每亩耗水为320.04 m3;大田漫灌下单株大径级灰枣树一个生长季耗水为7.21 m3,大径级灰枣树每亩按照42株计算,大田漫灌下大径级灰枣树每亩耗水为302.82 m3。可见,全生长季井式灌溉下并未使中、大径级灰枣树耗水量降低,实施井式灌溉后并未影响到盛果期灰枣树对土壤水分的利用效率。(7)井式灌溉下单株中径级灰枣树全生长季树下地表蒸发量为1201.72 L/株,中径级灰枣树每亩83株计算,可得中径级灰枣树在井式灌溉下每亩地表蒸发量约为99.74m3;大田漫灌下单株中径级灰枣树全生长季树下地表蒸发量为3368.04 L/株,中径级灰枣树每亩83株计算,可得中径级灰枣树在大田漫灌下每亩地表蒸发量约为279.55 m3。井式灌溉下单株大径级灰枣树全生长季地表蒸发量为4193.36 L/株,大径级灰枣树每亩42株计算,可得大径级灰枣树在井式灌溉下每亩地表蒸发量约为176.12 m3;大田漫灌下单株大径级灰枣树全生长季地表蒸发量为5777.38 L/株,大径级灰枣树每亩42株计算,可得大径级灰枣树在大田漫灌下每亩地表蒸发量约为242.65 m3。(8)中径级灰枣树经过井式灌溉、常规漫灌、常规滴灌处理后,单株产量最高的为井式灌溉处理,单果最重的为常规漫灌,但二者无显著性差异;大径级灰枣树经过井式灌溉与常规漫灌处理后单株产量最高的同样为井式灌溉处理,单果最重的同样为常规漫灌,并且二者无显著性差异。中、大径级灰枣树经过井式灌溉处理后微量元素的含量较常规漫灌下差异不显著,井式灌溉技术在中、大径级灰枣树实际应用后,与常规大田漫灌相比果实产量以及果实品质基本无较大差异。综上所述,井式灌溉技术在中、大径级灰枣树应用过程中不仅大大减少了灌溉总量、棵间地表蒸发量,而且还有效提高了水分利用效率,并且没有减弱树体光合作用以及对土壤水分吸收利用能力,井式灌溉下中、大径级灰枣树的果实产量以及果实品质与常规漫灌下没有明显差异。可见,井式灌溉是一种新型的、行之有效的高效、精准灌溉技术。