喀拉米吉绿洲是塔里木河下游的尾闾绿洲，是中国新疆典型的极端干旱区，降水稀少、蒸发量大，风沙灾害频发，各种作物与防护林争水严重。沙枣(Elaeagnus angustifolia)生长旺盛，适应性强(孙景宽等，2009)，是我国西北地区重要的防风固沙和水土保持树种(黄俊华等，2005)。中国西北地区贫乏的降水量决定了只有采取工程节水与生物节水的措施，才能保障大面积造林的成功。

合理的滴灌周期能够保障防护林正常生长，同时可以最大程度地实现水资源的高效利用。国外主要集中于不同滴灌频率处理下植物的长势及根系的研究(Ertek et al., 2003；Sezen et al., 2005；2006；Katsoulas et al., 2006)，国内对滴灌频率的研究多集中于棉花(Gossypium arboreum)(张琼等，2004；王伟等，2008)、马铃薯(Solanum tuberosum)(康跃虎等，2004)、萝卜(Raphanus sativus)(万书勤等，2003)等作物产量的研究，并提出了一些重要结论，如马富裕等(1997)提出了新疆石河子地区棉花适宜灌水频率。万书勤等(2003)认为无论是高频率处理(1天1次)还是低频率(8天1次)处理对华北地区萝卜的生长发育均没有明显影响。康跃虎等(2004；2006)认为频率越高马铃薯的产量越大(灌溉频率为6个处理：分别是1，2，3，4，6，8天滴灌1次)。而关于不同滴灌频率影响塔里木河下游人工种植沙枣林生长的研究较少。地处气候极端干旱的塔里木河下游尾闾绿洲，采用什么样的灌溉频率才能最大限度地发挥其生态效益？以及经过多少年的滴灌才能使沙枣不依靠人为措施而自动吸取地下水资源以达到自力更生的目的？为此，以当地防护林主要树种沙枣为研究对象，对比分析了不同滴灌频率下的沙枣成活率与生长量特征。

1 研究区概况

研究区位于喀拉米吉镇绿洲(87°55′37.2″ E，40°42′3.6″ N)，是塔里木河下游尾闾绿洲，距离库尔勒市210 km，年均气温10.5 ℃，年降水量35.9 mm，年蒸发量2 588 mm，东北向大风天气频繁，沙尘暴日数8.2天，风沙危害严重。研究区历年气温、降水数据见图 1。

研究区灌溉用水主要为塔里木河干流河水，随着人口的增长和人工绿洲规模扩大，水资源需求大幅度增加，加之中上游用水过度，导致下游来水量锐减，地下水严重超采，水位持续下降。试验地内均匀布置3口生态井，地下水位为7~10m，2008-2010年地下水位变化如图 2所示。

试验地背景：试验地位于绿洲边缘沙地，各土层土壤质地变化不大，土壤特性基本一致。试验地以沙漠为基质，原来为半流动沙丘，有盖度为3%~5%的荒漠植物生长。林地滴灌水源为塔里木河下游干流淡水(电导率值为1 mS·cm^-1)，1条滴灌带控制1行林木。林地无春灌与冬灌。试验地0~120 cm土层土壤主要由砂粒(粒径为50~2 000 μm)组成，占76.55%；粉粒(粒径为2~50 μm)占22.30%；黏粒(粒径为0.02~2 μm)，占1.15%，0~120 cm土层平均土壤全盐为12.9 g·kg^-1；电导率为2.43 mS·cm^-1；pH值为7.8；有机质为13.7 g·kg^-1；全N为0.85 g·kg^-1；全P为0.61 g·kg^-1；全K为16.8 g·kg^-1；速效N为111.1 mg·kg^-1；有效P为5.4 mg·kg^-1；速效K为308.5 mg·kg^-1。

2 研究方法 2.1 试验设置

为了减少地理位置、土壤质地等所造成的误差，对选地样点有以下要求：林地地势平坦、林地原先灌水制度一致、林地郁闭度与周围天然植被生物量基本一致。选择林木长势相似、避免边际效应的林地进行人工控制性试验。

试验采用容积为600 L的塑料桶储水容器，置于高为1 m的铁架上，利用水势差、水压表和流量计控制滴头流量，保证滴头流量一致，为8 L·h^-1。每个容器连接1条滴灌带，每条滴灌带控制1行林木灌溉，每行林木20株树。在保证各处理的年总灌水量相等的条件下，设置4个灌溉频率处理：T1，T2，T3和T4处理，即分别每5，10，20和30天滴灌1次。沙枣滴灌时期为每年4—10月。具体灌溉情况见表 1。

2.2 调查指标

实施不同滴灌频率处理前，选择株高、基径基本一致的幼林作标记，每种处理标记12株沙枣。当沙枣度过缓苗期后(2008年6月底)开始不同滴灌频率处理试验：每个处理2个重复，即共有8个贮水容器分别控制1行沙枣。具体调查方法采用样株标记法。调查频率是每年调查1次，即于2008，2009，2010，2011年10月底对沙枣进行成活率、生长量调查，于2011年秋季进行防风效果调查。调查指标如下：

1) 成活率调查  每年调查1次成活率。

2) 生长量调查  ①树高调查  从作标记的林木中，随机抽取10株苗木进行调查，测量株高。1~3年树高用卷尺测量，误差不超过10 cm；②基径调查  由于该试验多为幼龄(树龄≤4年)的沙枣林，保持前后监测位置的统一(因为有被风带来的沙子堆积在林木根系周围的现象)，选择作标记的林木基径为测量指标；③冠幅调查  对作标记的林木测量冠幅，用卷尺测量树冠垂直投影，冠幅=投影长×投影宽；④根系深度测定  选择2~3株标记过的林木进行根系挖掘，所挖深度直至没有根系出现为止。分别在2008，2009，2010年10月底，对所选植株进行根系深度测量。

3) 土壤盐分调查  2009年4月1日—2009年12月1日调查林地内土壤盐分含量情况，调查频率是每5天调查1次。土壤分3层取样，即0~20，20~40，40~60 cm。将所取土样烘干过筛后，土水比按照1:5浸提，用DDS.307 A电导率仪测定。

4) 防风效果调查  美国制造的Kestrel 4000手持气象站。在2011年10月17日大风天气下，对不同滴灌频率处理下的林带防风效果进行监测。多个观测点设置于不同处理下林带的迎风面10 m处与背风面5 m处(观测高度为1 m)。

2.3 数据处理

所有成活率及生长量指标数据分析是通过数理统计分析软件SPSS 13.0进行。用单因素方差分析(ANOVA)进行不同滴灌频率处理各指标性状之间的差异显著性测定。

3 结果与分析 3.1 不同滴灌周期下防护林成活率比较

在2008，2009，2010，2011年10月底对林木成活率进行调查。图 3为不同灌溉频率处理下的防护林成活率。

从图 3中可以看出，在滴灌第1年, 沙枣成活率在不同处理下表现为：T1＞T2＞T3＞T4，即灌溉周期为5天的处理成活率最高，为96%±0.5%；灌溉周期为30天的处理，林木成活率最低，为55.5%±0.5%，林木成活率呈现出随着灌溉周期的增大而降低的趋势。

在2008—2011年的4次调查中，对T1处理下林木4年的成活率进行对比，发现林木成活率随着灌溉年限的增加而明显降低，由种植第1年的96%下降到种植第4年的64.5%，年均降幅达10.5%。T2处理下，连续4年的成活率中，成活率由种植第1年的91%下降到种植第4年的79.5%，年均下降率为3.8%，而T3，T4处理下，连续4年内的成活率随着年限的增长变化不显著，这主要是由于适宜的灌水频率可增加土壤蓄水量(曹红霞，2003)，T1，T2处理下，灌水频率加大，上部土层蓄水量增加。对于1年生沙枣，在第1年根系分布较浅，根系延伸深度不超过40 cm，高频率灌溉会使这一范围内的土壤保持较高水分含量，从而保证林木种植成活率最高，从而形成了1年生沙枣林成活率随着灌溉频率的增大而增大。

在总灌水量相同的条件下，高频处理(5天1次)使得土壤表层多处于高含水量状态，但水分下渗深度较浅，1年生沙枣林成活率最高，而随着林龄的增加，根系延伸深度范围不断扩大，同时，当地春季大风天气频繁，林木根系不能支撑其地上部分，这也是导致滴灌到第2，3，4年时，沙枣成活率由96%降低到64.5%。灌水频率越低，灌水后的表层土壤湿润的范围越大，这与康跃虎(2004)得出的不同灌溉频率对马铃薯影响结论一致。随着林木的生长发育，根系分别生长范围不断扩大，2~4年沙枣林根系达50~130 cm，根系层土壤水分已不能保证植物的生长，造成T1处理下的防护林成活率由96%降低到64.5%；T4处理下，灌溉深度可达80 cm，但由于长期处于缺水条件(灌水周期30天)，灌水前表层土壤干燥的范围越大，导致林木成活率最低(康跃虎等，2004)。同时，高频处理(5天1次)也导致上层土壤积盐强烈，土壤中盐碱直接危害的植物部位是根系(冯锋等，2000)。计算沙枣成活率与滴灌年限的相关系数见表 2。在各处理下，沙枣成活率均与滴灌年限呈负相关，其中，5天1次、10天1次的处理使成活率与滴灌年限的负相关达极显著水平。说明滴灌频率越高，沙枣幼林成活率逐渐下降。原因可能是当总灌水量相同，灌水频率越高，其单株灌水量越小，从而导致沙枣幼林在单株灌水量小的情况下难以成活。

沙枣成活率与滴灌频率的相关系数见表 3。在第1，2，3，4年里，沙枣成活率与滴灌频率成负相关关系。

由于30天1次处理基本成活率都难以保证，因此，剔除T4处理，然后计算成活率与前3个处理(5天1次、10天1次、20天1次)的相关系数(表 4)。

在种植的第1年，沙枣成活率与灌溉频率的负相关关系达极显著水平(R²=-0.967 9)，到滴灌的第2年，这种负相关关系逐渐减弱(R²=-0.339 4)，沙枣成活率与灌溉频率的负相关关系不显著；到滴灌的第3，4年成活率与滴灌频率逐渐呈逐渐增强的正相关关系，即沙枣成活率随滴灌频率的增大而增大，说明了随着树龄的增长，沙枣抗外界干扰能力逐渐增强，而且这种生命力的增加是在适当长的周期灌水条件下(如T2，T3处理)形成的。

在滴灌的第1年，灌水频率越高，地上部分生长较好，树冠较大，同时，水量少导致了根系分布范围小。生态防护林一般种植于绿洲边缘，整个生长期内，在当地东北向大风的频繁作用下，更容易形成枝条干枯，凋落物几乎全被刮跑，土壤中的腐殖质数量也因此而下降。

3.2 不同滴灌频率下防护林生长量比较

林地土壤盐渍化是林木长势衰败的一个重要因素。张鹏等(2011)在分析林地在滴灌末期土壤盐分分布时，发现土壤盐分聚集强烈，特别是研究区在滴灌第2年，0~30 cm土层盐分含量是其他土层的3~5倍，因此，研究区土壤次生盐渍化严重。

图 4为不同土层土壤盐分在生育期的变化，表现为：滴灌防护林地内土壤盐分变化是随着生育期的推后，各土层盐分含量都有不同程度的增加，0~20，20~40，40~60 cm土层一般在8月底达到最高值。土壤在40~60 cm土层中盐分含量最高，其次为0~20 cm土层，再次为20~40 cm土层。由于沙枣须根较多，是浅根性树种，沙枣在种植的第1年，其根系基本分布在0~40 cm土层内，因此，根据土壤盐分的聚集位置与沙枣根系分布范围来看，滴灌条件下的土壤盐分主要限制的是1年生沙枣根系的生长。

表 5为在种植的第1年(2008年)不同处理下(T1，T2，T3，T4)的防护林生长量比较。在滴灌第1年，沙枣树高、基径、冠幅均随着灌溉频率的降低而减小。灌溉频率由5天1次降至30天1次时，树高、基径、冠幅分别下降21.6%，21.3%，45.1%。

在滴灌第1年时，沙枣株高、基径、冠幅在不同处理下表现为：5天＞10天＞20天＞30天(表 5)，这是由于在总灌水量相同的情况下，高频率灌溉(5天1次)可以增加作物产量(康跃虎，2004；Wang，2006)，可以有效降低湿润体体内土壤盐分含量(张琼等，2004；康跃虎等，2004；Wang et al., 2006)，与低滴灌频率相比(30天1次)，树高、基径、冠幅分别增加27.5%，27.0%，82.3%。T1(5天1次)与T2处理(10天1次)下的基径，差异未达显著水平，而对于其他生长量指标(树高、冠幅)，T1处理与其他处理差异均达显著水平(P < 0.05)，说明用基径作为1~2年林生长量评论指标时，其敏感度不高。

在沙枣种植的第2年，T1处理成活率下降，且低于T2处理，但总体成活率还是高于T3，T4处理，生长量水平随着年限的增大而下降。至林木生长的第3年，T1处理成活率低于其他处理。在T1处理下，单株每次仅15 L的灌水量，在林木生长的第1年根系基本局限于湿润范围内。据长期野外调查，小灌量、高频次下的根系在第3年下扎深度不超过45 cm，且树木基本表现为倾斜生长，这是当地大风天气对浅根系沙枣作用的结果。因此，虽然有良好的成活率，但是不符合该研究的试验目的(滴灌3年后采取少灌甚至免灌，使其自动吸收地下潜水)。至第2，3年，该灌水量不能满足扩展根系所需的土壤湿润深度。另一方面，由于研究区7—8月中午沙土林地地表温度可超过60 ℃，年均蒸发量为2 588 mm，在高频处理下，上层土壤水分含量高，为水分蒸发创造了有利条件，大部分水分向上走，这不但浪费水资源，且温度过高阻碍根系生长。

张琼等(2004)认为，当土壤含盐量为0.8%时，高频处理(2天1次)在提高土壤水分、降低土壤盐分、增加产量等方面优于低频(6天1次)，但是，当土壤含盐量为0.08%时，高频处理对试验结果均没有显著的影响；在本试验中，土壤次生盐渍化严重是沙枣幼林成活率低的一个重要原因，特别是滴灌防护林种植后的第1年，林地盐分高达5~9 mS·cm^-1，导致除了高频率处理(5天1次)以外的其他处理沙枣成活率大幅度降低。

从图 5可以看出随着滴灌年限的增加，沙枣根系深度逐渐增大。图 7，8，9为滴灌的第3年，不同灌溉频率处理下沙枣防护林的树高、基径、冠幅比较。

在滴灌第3年，不同滴灌频率下，T2处理树高、基径、冠幅显著优于其他处理(a=0.05)(图 6，7，8)，说明在种植的第3年，10天1次处理对促进沙枣防护林的树高、基径、冠幅均有明显的促进作用。

综上所述，T2处理的1~3年生沙枣防护林生长状况最佳。笔者认为有2种原因：一方面，在灌水总量相同的情况下，降低灌溉频率，每次的灌水量增大，滴灌湿润体内盐分的淡化区增大，有利于林木根系的发育。另一方面，灌溉频率的降低也使灌水周期加大，林木受水分胁迫的时间增加，在一定程度上也可以促进根系的发育。

虽然根系随着年限的增加而增长，但在年总灌溉量相同的条件下T1处理(单株单次15 L的灌水量)使土壤湿润深度只达到根系深度的1/3或1/2，超过30 cm深度的根系吸不到水，导致光合产物积累量小、生物量积累减慢。同时，T1处理通常使表层土壤处于高含水量状态，由于生长旺季也是当地蒸发最强烈的时期，强蒸腾作用会影响沙枣的生长。

T3处理下，虽然4年内平均成活率可达80.0%，但通过长期观测，叶片稀疏，出现枯稍较多，受水分胁迫影响较大；而T4处理下，4年内沙枣平均成活率不足40.0%，不能满足苗木的生长需求。因此，在T3，T4处理下，沙枣幼林受到严重水分胁迫。在总灌水量相同的前提下，4年内沙枣平均成活率在T2处理下最高，可达92.2%，只有少数苗木出现叶缘干枯，长势基本健康。因此，在水资源缺乏的极度干旱区，要提高幼林成活率，10天滴灌1次是较为理想的灌水频率。

3.3 不同滴灌频率下防护林防风效果比较

在2011年10月17日的大风天气下，对不同滴灌频率处理下的林带防风效果进行监测。

经过多次对风速的同步观测结果得出，不同处理下防护林体系的防风效果有差异。在T4处理下风速最大，其次为T1与T3处理，再次为T2处理(图 9)。为准确评估沙枣林带降低风速的效益，用降低的风速值与旷野沙地风速值之比ρ表示，其中降低的风速值为旷野沙地风速值减去林带内风速值，即ρ=(V_林外-V_林内)/V_林外。在迎风面10 m处，T4处理下ρ=0.474，而T2处理下ρ=0.053，下降了88.8%。说明3年生沙枣防护林的防护效益在T2处理下远远优于T4处理。

4 讨论

1) T2处理下，沙枣树高、基径和冠幅的生长情况均优于其他处理，T1处理效果不佳主要是由于其根系分布于表层而导致，T3处理则是由于根系生物量小而导致。沙枣林往往作为生态公益林而种植，是荒漠与农田绿洲之间的“缓冲地带”，要改善恶劣的生态环境，首先应保证一定的成活率，因此，处理T1与T4处理均不可采纳。

2) 在本试验中，在种植的第2，3年里，水分供给不足是沙枣成活率低、生长量小的主要原因；在种植的第1年，林地盐分高达5~9 mS·cm^-1，因此，土壤次生盐渍化是沙枣种植第1年成活率低、生长差的主要原因。由于“盐随水来”是发生盐渍化的基本规律(刘广明等，2002)。“盐随水去”则是治理盐渍化经济有效的方法，建议第1年采取1次大水漫灌(张鹏等，2011；杨红梅等，2010)。

3) 水资源的短缺会严重制约防护林建设，干旱区经济作物与防护林争水的现实问题，研发高效节水技术成为新疆南疆许多团场与乡镇的迫切需求。该试验中，在T2处理下，1株树1年需灌水540 L，当沙枣防护林的种植株行距为1 m×3 m，1 km²种树2 625株，那么1 km²需水量仅为1 417.5 m³，滴灌4年，用水量为5 670 m³，而且沙枣成活率在4年内达到80%以上，达到试验的节水、提高成活率的目的。

4) 灌溉方式的灵活性。张岁岐等(2009)研究的滴灌玉米(Zea mays)灌溉方式的灵活性(玉米在营养生长期不灌溉条件下根系分布深度大于充分灌溉条件，保证了玉米对深层土壤水分的充分吸收，而生殖生长季节增大灌水会延缓表层根系生长的衰退，产生明显的补偿效应)启发了笔者对沙枣防护林的滴灌方式，可在沙枣防护林的种植中采取灵活的灌溉方式，由于早期的水分亏缺会促进根系在深层土壤中的发育(Pastemak et al., ，2005)，在经济作物与防护林争水时(6—7月)，适当减少灌水频率，在经济作物快成熟时(8—11月)，对防护林增加灌水次数，从而达到延缓根系衰老的目的。

5) 灌溉方式的多样化。为保证成活率，在种植后的前1~2年可采用相对较高的频率(如10天滴灌1次)，而对2年以上的沙枣林逐渐降低滴灌频率，逐步实现12天滴灌1次、15天1次、20天1次的滴灌措施，以达到林木根系深扎的目的。

5 结论

1) T2处理(10天1次)与T1(5天1次)、T4(30天1次)相比，沙枣防护林4年平均成活率差异达显著水平(P < 0.05)，T2处理与T3处理(20天滴灌1次)相比，成活率差异不显著。

2) T2处理对促进林木树高、基径、冠幅的生长均有明显效果。随着林龄的增长，沙枣抗外界干扰能力逐渐增强，且这种能力的增加是在延长灌溉周期的前提下形成的。

3) 对不同滴灌频率处理的滴灌沙枣林地，T4处理下防风效益最差，T2处理下防风效益最好，T1与T3处理差异不显著