灌水对沙漠绿洲区甘草生长动态和产量的影响

2011-04-25蔺海明邱黛玉

草业科学 2011年11期

蔺海明，纪瑛，邱黛玉

(1.甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 730070; 2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃兰州 730070;3.甘肃农业职业技术学院，甘肃兰州 730020)

位于石羊河流域下游的甘肃省民勤县属典型的沙漠绿洲区[1]，水资源是制约该区经济和农业生产的首要因素，但在水资源利用上却存在农业耗水量过多和水资源利用率过低的问题，严重影响着该区农业的可持续发展[2-3]。如何提高作物灌水效率，发展节水灌溉，是该地区生产中亟待解决的问题。灌水对作物生长、产量及水分利用效率的影响研究较多，主要集中在大面积种植的粮食、蔬菜等作物上[4-6]。对小麦(Triticumaestivum)、棉花(Gossypiumhirsutum)、马铃薯(Solanumtuberosum)等作物的研究表明，灌水能显著促进作物营养器官生长，株高、分蘖数、分枝数、叶面积等的增加都不同程度地与灌水量成正相关[7-9]。中度水分亏缺产量和水分利用效率较高，具有一定的生物补偿效应[10]。吕丽华等[11]研究表明，适当的水分胁迫不但不影响小麦产量，反而提高了水分利用效率。刘长利等[12]盆栽试验表明一定程度的干旱胁迫环境，可提高人工种植甘草(Glycyrrhizauralensis)的药材产量。近几年前人[13-15]在施肥、密度、播种期等对甘草生长发育和产量的影响方面进行了大量的研究,而在荒漠区大田条件下灌水对甘草生长和产量影响的研究相对较少。甘草根系发达，生命力强，覆盖度高，具有耐旱、耐碱和耐瘠的特性，适宜在干旱、半干旱地区砂质偏碱性的钙质土壤上生长，是半干旱荒漠地区优良的药用和防风固沙植物，民勤县近年来甘草种植面积不断扩大，这就急需建立当地甘草高产、高效、节水的生产体系。因此，在民勤沙漠绿洲条件下，研究灌水对甘草生长和产量的影响及其灌水运筹，对指导当地生产实践具有重要意义。

1 材料与方法

1.1试验地概况试验于2006年4月―2007年10月在武威市石羊河林业总场义粮滩分场进行，位于巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠边缘的民勤县，海拔1 367 m，年日照时数3 028 h，年均温7.8 ℃，1月均温9.0～10.3 ℃，7月均温21.4～23.9 ℃，≥10 ℃积温2 900～3 500 ℃·d，年均降水115 mm，干燥度4～11，平均相对湿度40%～45%，无霜期160 d，属典型的大陆性沙漠气候。土壤为灰棕漠土，土质肥沃，地势平坦，灌溉条件好。

1.2试验材料供试材料经鉴定为乌拉尔甘草，选用粒大饱满、均匀一致的种子。种子用浓硫酸处理30 min后用清水冲洗数次，晾干待播。

1.3试验设计试验设2 700(W1)、3 600(W2)、4 500(W3)、5 400(W4)、6 300(W5)和7 200(W6) m3/hm26个灌水处理，分别灌3、4、5、6、7和8次水(表1)，每次灌水定额900 m3/hm2，按处理进行畦灌，灌水量由水表控制。3次重复，随机区组设计，小区面积5 m×4 m，区间距0.4 m，各小区间埋设80 cm 深度的塑料膜,以防小区之间相互侧渗，试验期间因自然降水稀少，没有用防雨棚遮挡。采用人工开沟播种，行距25 cm，播深2.0～2.5 cm，试验于2006年5月3日播种，播种量34.6 kg/hm2，保苗48万株/hm2。播种前结合深耕施尿素(含N 46%)450 kg/hm2，硫酸钾(含K2O 52%)150 kg/hm2，作为基肥于播种前翻入土壤。其他管理同大田。

表1 灌水处理 m3/hm2

1.4测定项目与方法播种当年在2006年6月20日、7月20日、8月20日、9月20日采样测定，第2年返青后在2007年5月20日、7月20日、10月20日采样测定，每次采样在每小区定点挖取10株，洗净根部泥土，晾干表面水分，分开地上部茎叶和地下部根系，测定株高及地上、地下部分生物量鲜质量、干质量，干质量为自然风干后称量。2006年10月20日和2007年10月20日，每小区采挖4 m2甘草根，测定其鲜质量，风干后测定其干质量，分别折合成播种后生长一年的甘草单位面积根产量和第2年的根产量。灌水利用效率计算参考任三学等[7]的方法。

灌水利用效率=单位面积根产量/单位面积灌水量。

1.5数据分析试验数据采用SPSS (13.0)统计软件进行方差分析，各处理效果用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1灌水对甘草生长动态的影响

2.1.1灌水对甘草主茎生长动态的影响播后生长一年的甘草主茎有2个生长高峰(表2)，一个是在6月下旬―7月下旬，另一个是在7月下旬―8月下旬，8月下旬以后主茎生长减缓，株高趋于平稳。株高随灌水量和灌水次数增加呈增加趋势，至8月下旬，处理W2、W3、W4、W5和W6株高均显著高于W1处理(P<0.05)，其中处理W4、W5和W6株高显著高于W2和W3处理(P<0.05)，株高日均增加量为0.8 cm，主茎生长速度W6较W1快60%，较W2快33%，而W4、W5与W6之间株高差异不显著(P>0.05)；至9月下旬株高趋于平稳，各处理灌水优势还继续保持，其中灌水次数最多的W6处理株高最高，较W1、W2、W3、W4处理依次高41.9%、27.8%、23.7%、8.4%(P<0.05)，此期株高日均增加量为0.2～0.3 cm，而W1由于水分亏缺株高基本没有增加。第2年返青后甘草主茎在5月下旬―7月下旬只有一个生长高峰，以后主茎生长减缓，株高趋于平稳。甘草返青后主茎的生长表现前一年灌水次数多的处理生长快，株高高于灌水少的处理(P<0.05)，说明第1年的灌水量对甘草第2年主茎的生长有影响。至7月下旬，W5和W6处理株高显著高于其他处理，其中W6较W1处理高16.5%(P<0.05)，较W3高13.0%(P<0.05)，在此期间，株高日均增加1.0 cm，主茎生长速度W6较W1处理高11.5%；至10月下旬，W6处理株高较W1处理高20.5%(P<0.05)，较W3高16.0%(P<0.05)，株高日均增加0.1 cm，其他处理的株高日均增加量不足0.1 cm。

2.1.2灌水对甘草主根生长动态的影响播后第1年甘草主根生长高峰在7月下旬―8月下旬(表2)，不同灌水处理根长从7月下旬开始就出现差异，处理W2、W3、WK4、W5和W6根长均比处理W1的长(P<0.05)，W3和W4处理根长最长，在生长高峰期根长日均生长量达0.5 cm，主根生长速度W4较W1快25.0%(P<0.05)，W3和W4处理间差异不显著(P>0.05)；灌水次数超过6次(灌水量5 400 m3/hm2)根长降低。第2年返青后主根生长保持前一年主根的生长优势，至10月下旬W3、W4、W5和W6处理的根长显著长于W1和W2处理(P<0.05)，但是W3、W4、W5、W6处理之间差异不显著(P>0.05)。以上分析表明，在一定灌水量范围内，根长随灌水量增加而增长，但是灌水量过多对甘草根长的增加是不利的。

表2 不同灌水处理对甘草株高、主根长的影响 cm

2.1.3灌水对甘草芦径生长动态的影响播后第1年甘草从6月下旬―8月下旬是甘草芦径快速增长时期，进入9月芦径生长趋于缓慢(表3)。不同灌水处理的芦径除了6月20日测定值差异不显著外，其余几次测定值均存在显著差异(P<0.05)，芦径有随灌水次数和灌水量增加而增加的趋势， W3、W4、W5、W6处理的芦径均显著较W1和W2处理粗(P<0.05)，至9月下旬，W1和W2处理的芦径显著低于其他处理(P<0.05)，但是灌水5次以上的各处理间差异不显著(P>0.05)，说明播后第1年甘草灌水5次(灌水量4 500 m3/hm2)就能保证芦径的生长，灌3次水(灌水量2 700 m3/hm2)则严重影响一年生苗根增粗生长。灌水5次以上处理在芦径快速增长期日均增加0.2 mm，增加速度W5较W1快10.0%。

第2年返青后甘草芦径在5月下旬―7月下旬生长迅速，7月下旬以后生长减缓。芦径生长延续前一年生长优势，7月下旬以后W3、W4、W5和W6处理的芦径显著大于W1和W2处理(P<0.05)，而W3、W4、W5和W6处理之间差异不显著(P>0.05)，说明甘草第2年生长灌5次水(包括冬水)就能满足芦径生长。

表3 不同灌水处理对甘草芦径的动态变化 mm

2.1.4灌水对甘草地上部分干物质积累动态的影响播后第1年甘草地上部干质量在6月下旬―7月下旬，7月下旬―8月下旬2个时期增加比较迅速，8月下旬―10月下旬由于叶片衰老脱落地上部干质量降低(表4)。地上部干物质随灌水次数和灌水量增加而增加。从不同时期地上部干质量来看，W2、W3、W4、W5和W6处理显著高于W1(P<0.05),8月下旬地上部生长高峰期干质量以W3和W4处理最高，与其他处理差异显著(P<0.05)，且处理W3与W4之间差异不显著(P>0.05)，7月下旬―8月下旬处理W3地上部日均增加0.08 g，干物质积累速度较处理W1快53.0%。

第2年返青后甘草地上部干物质在5月下旬―7月下旬增加比较迅速，7月下旬以后干物质积累缓慢。延续前一年各处理的生长优势， W3、W4、W5和W6处理显著高于W1和W2处理(P<0.05)，W2也显著高于W1(P<0.05)，这可能与前一年灌水量不同有关。5月下旬―7月下旬生长高峰期，W3处理地上部干物质日均增加0.1 g，干物质积累速度较处理W1快11.0%。

表4 不同灌水处理对甘草地上部分干物质积累动态 g/株

2.1.5灌水对甘草根干物质积累动态的影响播后第1年甘草根干质量在6月下旬―7月下旬缓慢增加，7月下旬―8月下旬、8月下旬―9月下旬2个时期增加比较迅速，生长高峰较地上部迟1个月(表5)。各时期根干质量随灌水次数和灌水量增加而增加，灌水次数和灌水量达到一定值后，根干质量随灌水次数和灌水量增加表现下降趋势。处理W2、W3、WK4、W5和W6各时期根干质量均显著高于处理W1(P<0.05)，处理W3和W4根干质量最高，和其他几个处理差异显著(P<0.05)，且他们二者间差异不显著(P>0.05)，在7月下旬-9月下旬根快速生长期W3处理根干质量日均增加量达0.3 g，增加速度较W1处理快50.0%。

第2年返青后，5月下旬甘草根干质量低于越冬前的量，各处理差异还继续保持(P<0.05)，以后随生育进程根干质量缓慢增加，7月下旬―10月下旬根进入快速生长期。W3和W4处理根干质量最高，显著高于其他处理(P<0.05)，在7月下旬―10月下旬根快速生长期W3处理根干质量日均增加量达0.5 g，较W1处理快25.0%。W2处理显著高于W1(P<0.05)。

2.2灌水对甘草根产量、灌水效率的影响甘草干根产量均随灌水次数和灌水量增加而增加，但是当灌水次数和灌水量超过一定值后，干根产量表现出随灌水次数和灌水量增加而下降(表6)，灌水效率随灌水次数和灌水量增加呈下降趋势。处理W3和W4根产量最高，二者间差异不显著，但是和其他处理差异显著，灌水效率W3处理较W4处理高，表明在不减产的情况下，处理W3较W4少灌一次水，节水900 m3/hm2。

表5 不同灌水处理对甘草单株根干物质积累动态 g/株

相关分析表明(表7)，甘草产量与单株根干质量(r=0.90)、主根长(r=0.84)、芦径(r=0.48)、单株地上部干质量(r=0.72)均呈极显著和显著正相关，与株高相关不显著，说明灌水处理主要通过影响根干质量、根长、地上部干质量和芦径而最终影响根产量。

表6 不同灌水处理对甘草根产量和灌水效率的影响

表7 不同灌水处理甘草农艺性状与产量的相关关系

3 讨论与结论

灌水对农作物生长的影响研究表明，重度水分亏缺严重影响作物生长发育，使叶面积和生物总量减少，产量大幅降低。中度水分亏缺生物量小于充分灌水处理，但根冠比增加，有利于干物质向籽粒运转，产量和水分利用效率较高，表现出生物的补偿效应[10-11]。本研究同样也表明在民勤荒漠性气候条件下，甘草一年灌3次水(灌水量2 700 m3/hm2)严重影响甘草根产量，灌水增至5次(灌水量4 500 m3/hm2)和6次(灌水5 400 m3/hm2)，播后生长1年的甘草和生长2年的甘草根产量均达到较高水平，但是灌水5次的灌水效率较灌6次水的高，可节水900 m3/hm2，灌水超过6次，甘草根产量并没有随灌水量增加而增加，相反有所降低，灌水效率也随之降低。灌水对作物地上部营养器官的正效应在小麦、棉花、马铃薯、苜蓿(Medicagosativa)等作物研究得到证实[7-9,16-17]，冬小麦植株高度与灌水次数呈正相关关系，灌水能明显促进棉花生长，株高增长与灌水量呈显著正相关，马铃薯株高变化的基本趋势是灌水量越大，植株越高，灌溉对苜蓿有明显的增产效果。本研究中灌水明显促进甘草地上部茎叶的生长，株高随灌水次数和灌水量增加而增加。灌水对甘草根的生长也有明显的促进效应，但是灌水超过5次(灌水量4 500 m3/hm2)根长和芦径基本不再增加，而根干质量有降低的趋势，这有可能是由于灌水过多地上部旺盛生长，从而消耗过多的光合产物，使光合产物向根部分配减少致使根干质量降低。相关分析表明，单株根干质量、根长、芦径、单株地上部干质量与甘草产量显著正相关，灌水对根产量的效应是由于对单根干质量、根长、地上部干质量和芦径影响的结果。

本研究还表明，播后第1年甘草地上部生长高峰在6月下旬-8月下旬，而第2年返青后甘草地上部生长高峰在5月下旬-7月下旬，在其生长高峰期灌水对甘草株高和地上部干质量促进效应最大；播后第1年甘草根生长高峰在7月下旬-9月下旬，第2年返青后甘草芦径生长高峰期在5月下旬-7月下旬，根干质量生长高峰期在7月下旬-10月下旬，在其生长高峰期灌水对甘草根长、芦径、根干质量促进效应最大。

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