滴灌量对北疆复播大豆生长、生理特征和产量的影响

彭姜龙，张永强，王　娜，李亚杰，李大平，苏丽丽，胡春辉，徐文修

(1.新疆农业大学农学院，新疆 乌鲁木齐 830052； 2.新疆伊犁伊宁县农业技术推广中心， 新疆 伊犁 835100)



滴灌量对北疆复播大豆生长、生理特征和产量的影响

彭姜龙1，张永强1，王娜2，李亚杰1，李大平1，苏丽丽1，胡春辉1，徐文修1

(1.新疆农业大学农学院，新疆 乌鲁木齐 830052； 2.新疆伊犁伊宁县农业技术推广中心， 新疆 伊犁 835100)

摘要：在大田滴灌条件下，通过设置W1(3 000 m3·hm-2)、W2(3 600 m3·hm-2)、W3(4 200 m3·hm-2)、W4(4 800 m3·hm-2)4个灌溉量处理，研究了滴灌量对复播大豆叶面积指数(LAI)、叶绿素含量(SPAD值)、光合速率、蒸腾速率等光合参数、干物质积累及产量和水分利用效率的影响。结果表明，复播大豆的LAI、SPAD值在整个生育期内均表现为W3>W4>W2>W1。从开花期至鼓粒期，叶片的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均随着滴灌量的增加呈现“先增后降”，但叶片胞间CO2浓度(Ci)的变化却“先降后增”。全生育期单株干物质呈 “S”形变化趋势；干物质最大积累速率(Vm)、快增期的持续时间(Δt)及干物质总量均以W3处理最高。产量以W3处理最高，为3 741.23 kg·hm-2，较W1、W2和W4处理分别高出30.42%、13.98%和8.44%，差异达显著水平(P<0.05)。灌溉水利用效率(IWUE)在W1、W2、W33个灌溉处理之间差异不显著，但均显著高于W4处理。在本试验条件下，北疆复播大豆的最适滴灌量为4 200 m3·hm-2。

关键词：滴灌量；复播大豆；光合特性；干物质积累；产量

Effects of drip irrigation on the growth, physiological characteristics

水资源短缺是限制我国干旱区灌溉农业发展的重要因素[1]，因此，大力推广应用节水灌溉技术对我国农业生产的可持续发展具有重大意义。随着全球气温的变暖，北疆地区秋季气温明显增高，初霜期也有所推迟，这使得该区冬小麦在6月底至7月初收获后，仍有较为充足的光热资源进行复播大豆[2]。然而，在北疆小麦收获后正是秋收作物用水高峰期，麦后复播大豆无疑会加重农业用水的紧张，为此，探索复播大豆的节水栽培是目前亟需解决的现实问题。而滴灌作为一种先进的节水灌溉技术，可根据作物需水规律，将水分和养分均匀持续地运送到植株根部，最大限度地降低了土壤水分渗漏和农业用水的浪费，可有效缓解水资源不足与农业用水利用率不高的矛盾[3]。前人有关灌溉对大豆生长的影响做了大量的工作，研究表明，水分胁迫对大豆植株的光合生理特性[4]及生长[5-8]均有一定影响。大豆光合速率变化与水分供应密切相关[9]，韩晓增等认为干旱和涝害胁迫条件下均降低植株的光合效率，并且干旱引起光合值下降的程度更大些，土壤涝害增大了大豆植株的蒸腾速率[10]；谢甫绨[11]和Sort N V[12]均认为不同生育时期干旱均会使光合速率降低，且干旱会对叶面积指数(LAI)造成影响，而适宜的水分可提高植株的叶面积指数[13]。王培武等[14]研究表明不同灌水量会对大豆的干物质生产总量及根、茎、叶、荚各部分的干物质生产造成影响。这些研究主要集中在常规灌溉上，目前对于滴灌大豆光合特性及干物质积累特征的研究较少，尤其是对复播大豆在这方面的研究更是鲜有报道。为此，本试验在滴灌条件下，通过设置不同的滴灌量，研究不同滴灌量处理下复播大豆的光合特性及干物质积累特征的变化规律，以期探求出复播大豆获得高产、节水的最佳滴灌量，为北疆复播大豆栽培提供理论依据和技术支撑。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验于2013年7—10月在伊犁哈萨克自治州伊宁县农业科技示范园进行。该区位于天山西段，伊犁河谷中部，有喀什河、博尔博松河、布力开河、吉尔格朗河等河流。地理坐标为东径81°，北纬44°之间，属温带大陆性半干旱气候，冬春温暖湿润，夏秋干燥较热，昼夜温差明显，日照年平均可达2 800～3 000 h，年平均气温8.9℃，年均降水量257 mm。全年无霜期169～175 d。土壤耕层(0～20 cm)：含有机质2.35 g·kg-1，碱解氮85.2 mg·kg-1，速效磷21.8 mg·kg-1，速效钾116 mg·kg-1，pH值8.4。

1.2试验设计

采取单因素随机区组试验设计。共设4个灌水梯度：W1(3 000 m3·hm-2)、W2(3 600 m3·hm-2)、W3(4 200 m3·hm-2)、W4(4 800 m3·hm-2)；各处理均重复三次。小区面积18 m2(3.6 m×5 m)，各小区进水口均有水表控制进水量，为防止水流外渗，不同小区间设置1 m宽的隔离带。大豆品种为黑河43，种植密度52.5万株·hm-2，30 cm等行距播种(株距约6.3 cm)，每小区播种12行，毛管采用1管2的铺设方式，每小区需6根毛管。播前结合整地，深施尿素75 kg·hm-2，在开花期随水滴施尿素150 kg·hm-2，结荚期、鼓粒期各叶片喷施以色列产KH2PO4一次，其它田间管理措施同当地。

各处理的灌水定额分别为375、450、525、600 m3，全生育期灌水8次。阶段实际滴灌量=理论滴灌量-降雨量，滴灌量及降雨量见表1。

表1　不同处理各阶段的滴灌量及降雨量

1.3测试项目与方法

1.3.1叶面积指数的测定从苗期开始，每10天测定一次，分别于小区选取具有代表性的植株3株，用LI-3000A叶面积仪测其单株叶面积，并折算成叶面积指数(LAI)。

1.3.2叶绿素含量(SPAD值)的测定从苗期开始，在11∶00—15∶00之间，选择晴好无风天气，用日本产手持便携式SPAD-502型叶绿素仪，在每个小区选3株夹取主茎上的倒3叶中间小叶片，测其SPAD值。测量时避开叶脉，取叶片的底部、中部与顶部记录其平均值，每10天测定一次。

1.3.3光合指标的测定分别在大豆的开花期、结荚期和鼓粒期选择晴天11∶00—15∶00之间，采用英国PP Systems公司产CARIS-2型便携式光合仪，在自然光照条件下进行测定。各小区选取5株，测其主茎上的倒3叶中间小叶片的净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)净光合速率。

1.3.4干物质的测定自苗期开始，每10天分别于各小区选取5株，分茎、叶、叶柄、豆、豆荚等器官，于105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重。

1.3.5产量的测定成熟后实收小区产量，每处理每重复分别取连续的10株进行考种，调查单株有效荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重。

1.4数据分析

采用Microsoft Excel作图，用DPS软件统计分析数据(LSD法)。

2结果与分析

2.1滴灌量对北疆复播大豆叶面积指数(LAI)的影响

合理的LAI是植株充分利用光能、获得高产的重要条件[15]。由图1可知，不同滴灌量处理下复播大豆LAI均呈单峰抛物线变化趋势，且整个生育期内各处理LAI均呈现为：W3>W4>W2>W1，表明滴灌条件下复播大豆的LAI随着滴灌量的增加表现出先增后降的规律。进一步分析可知，各处理在见花期(播种后30天)以前，处理间LAI差异较小，此后处理间差异逐渐增大，均在结荚期(播种后60天左右)达到峰值，以W3最高，为4.84，较W1、W2分别高出25.11%、18.21%，并达极显著差异(P<0.01)；较W4高出4.15%，差异不显著。结荚期之后，各处理的LAI表现出不同程度的下降，尤其是W1处理的LAI下降最明显，其次是W2处理，W3处理的LAI仍保持相对较高的水平，且各处理间差异明显。说明适宜的滴灌量可有效增大复播大豆生育后期的有效光合面积，并使其下降平缓，有利于光合产物的形成与积累，为高产打下基础；但滴灌量超过某一适宜值时，复播大豆的LAI不增反降，不仅造成了水资源的浪费，而且未达到增产的目的。

图1不同处理下复播大豆叶面积指数(LAI)的动态变化

Fig.1Dynamic changes in LAI of summer soybean

under different treatments

2.2滴灌量对北疆复播大豆叶片叶绿素含量(SPAD值)的影响

叶片叶绿素含量与叶绿素仪所测定的SPAD值相关性非常高[16]，因此叶绿素仪读数可以直接反映叶绿素含量的高低。由图2可知，各处理复播大豆叶片的SPAD值均随生育期的推进呈单峰曲线变化趋势，并在花荚期(播种后50天左右)达到最大值，且以W3最高，为54.53，较W1、W2分别高出13.23%、10.72%，达极显著差异(P<0.01)水平；较W4高出2.55%，差异不显著。进一步对整个生育期内的测量值累积求平均，得出W3处理最高为47.94，分别较W1、W2和W4高出11.96%、7.80%和3.11%。说明复播大豆叶片叶绿素含量在一定范围内随着滴灌量的增大呈先增后降的变化，适宜的滴灌量不仅可以使复播大豆保持较高的叶绿素含量提高光合速率，还能达到节水的目的。

图2不同处理下复播大豆叶片SPAD值的动态变化

Fig.2Dynamic changes in SPAD value of summer soybean

under different treatments

2.3滴灌量对北疆复播大豆光合特性的影响

由图3可知，随着滴灌量的增加，在各生育时期复播大豆倒3功能叶片的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均呈先增后降的变化趋势，且始终表现为W3>W4>W2>W1，说明适宜地增加滴灌量对复播大豆叶片的水气交换均具有促进作用，但超过某一适宜值时，反而抑制了大豆叶片的水气交换，进而限制了净光合速率的增加。复播大豆倒3功能叶片的水分利用效率(WUEL)则随着滴灌量的增加呈先升高后降低的趋势，说明适宜的滴灌量更有利于提高复播大豆叶片的光合作用，减少了水分的无效散失。胞间CO2浓度(Ci)随生育进程推进呈现出先降低后升高的趋势，进一步对同一生育时期不同处理间的Ci分析可知，在开花期、结荚期和结荚期均表现为：W1>W2>W4>W3，且不同处理间差异显著(P<0.05)。

注 Note: FS—开花期 Flowering stage； PS—结荚期 Podding stage； GS—鼓粒期 Graining stage

图3不同处理下复播大豆各生育时期叶片光合参数的变化

Fig.3Changes of leaf photosynthetic indexes at three growth stages of summer soybean under different treatments

2.4滴灌量对北疆复播大豆干物质积累特征的影响

干物质是光合作用的产物，是大豆产量形成的基础[17]。对不同滴灌量处理下复播大豆地上部分干物质积累进行Logistic方程模拟(表2)，可知各处理复播大豆地上部干物质积累均呈“缓增—快增—缓降”的变化趋势，各处理的干物质进入快速增长期的起始日期(t1)随着滴灌量的增加有滞后趋势，但快速增长期的终止日期(t2)以W3处理的最大，分别较W1、W2和W4延长了4.4、2.1 d和0.7 d。较高的干物质积累量不仅需要较大的积累速率(Vm)，还需要较长的快增期持续时间(Δt)，只有二者相互统一才能获得较高的干物质积累量，进而达到高产。进一步分析可知，不同处理干物质快增期的持续时间(Δt)表现为：W3>W2>W1>W4；最大积累速率(Vm)却表现为：W3>W4>W2>W1，即随着滴灌量的增加而“先增后降”；干物质最大速率出现的时间(tm)，随着滴灌量的增加亦有滞后的趋势，其中W3处理出现的最晚，其次是W4处理，最早的是W1处理。综上可以看出，适宜的滴灌量不仅可以增大干物质的积累速率，还可以延长干物质快速积累持续天数，有利于提高干物质积累量，本试验条件下，W3处理保持有较高的Vm和Δt，故干物质积累量较高。

表2　复播大豆地上部分干物质积累的Logistic模拟及其特征值

注：t，复播大豆播种后的天数；y,复播大豆干物质积累量;tm,干物质积累最大速率出现的时间;t1和t2分别为Logistic生长函数的两个拐点；Δt，干物质快速积累持续天数；Vm,干物质最大增长速率；**,P<0.05。

Note:t, days after planting of summer soybean；y, dry matter accumulation of summer soybean；tm, days of the maximum dry matter accumulation rate occurred；t1 andt2 are two inflexions of the Logistic equations, respectively；Δt, continued days of dry matter rapid accumulation;Vm, maximum increase rate of dry matter; **,P<0.05.

2.5滴灌量对复播大豆产量、产量构成因素及灌溉水利用效率的影响

大豆籽粒产量的高低取决于收获株数、单株有效荚数、荚粒数和百粒重[18]。由表3可以看出，不同灌水量处理对复播大豆产量及产量构成因素影响不同，总体上，复播大豆单株荚数、单株粒数、单株粒重、百粒重及产量变化规律基本一致，即均随着滴灌量的增加呈“先增后降”的变化趋势，各项指标均以W3处理最高，滴灌量最少的W1处理最低，其差值表现为单株荚数增加了3.41个，单株粒数增多了3.59粒，单株粒重增大了1.60 g，且均达到了显著差异水平(P<0.05)；而W2与W4两个处理间单株荚数、单株粒数以及单株粒重差异不显著，但二者均显著高于W1处理。虽然百粒重是大豆品种的固有性质，但不同滴灌量处理下复播大豆的百粒重存在一定的差异，以W3处理最大，较W1处理高出8.34%，达显著水平(P<0.05)，但与W2和W4无显著差异。各处理以W3的产量最高，为3 741.23 kg·hm-2， 显著高于W1、W2和W43个处理， 增幅分别为30.42%、13.98和8.44%。表明适宜的滴灌量可协调复播大豆产量构成因素间的关系，进而增加产量。随灌水量的增加，灌溉水利用效率呈下降趋势，其中W1、W2、W3之间差异不显著，但均显著高于W4处理。

表3　不同处理复播大豆产量、产量构成因素及灌溉水利用效率

注：同列不同字母表示处理间达5%的显著水平。

Note: Different letter represented significant difference at the level of 5%.

3讨论与结论

灌水量的多少，对大豆的光合作用及生长均有直接的影响。前人研究表明，春大豆的LAI随着灌水量的增加而增加[19]；而春大豆叶片叶绿素含量随着干旱胁迫程度的加强而降低[20]，且无论在哪个生长时期受旱，叶片的叶绿素含量都会降低[21]。而本试验中，复播大豆的LAI均随着滴灌量的增加表现出“先增后降”的变化，这种差异可能是由于春大豆和夏大豆对水分的响应不同所致，而且复播大豆叶片SPAD值随着滴灌量的增加表现出“先增后降”的变化，表明滴灌量过低、过高均不利于叶片叶绿素含量的增加，只有在适宜的滴灌量条件下，叶片才能获得较高的叶绿素含量，从而促进叶片的光合作用[22]。

前人研究表明，土壤水分亏缺均会导致光合速率、蒸腾速率和气孔导度降低，且大豆的蒸腾速率比光合速率对土壤干旱的反应更敏感[23-25]。本研究表明，从开花期至鼓粒期，随着滴灌量的增加，复播大豆叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)亦呈现“先增后降”的趋势，但叶片胞间CO2浓度(Ci)的变化却恰恰相反，即随着滴灌量的增加呈现“先降后增”的趋势。

本研究通过Logistic方程模拟得出，滴灌条件下复播大豆干物质积累量随着滴灌量的增加呈“先增后降”的变化，以W3处理的干物质积累量最大，同时W3处理条件下延长了复播大豆干物质快速积累期的持续时间(Δt)以及干物质最大积累速率(Vm)，但继续增大灌水量至4 800 m3·hm-2，Vm和Δt却降低了4.08%和19.61%。而前人研究表明，在漫灌和滴灌条件下春大豆干物质积累量均随着灌水量的增加而增大[19,26]，造成这种差异的原因可能是，灌水量少的W1处理，由于水分较少限制复播大豆植株后期生长；而灌水量最多的W4处理，由于生殖生长推迟，加上后期北疆地区温度较低，造成干物质转运较慢，均不利于干物质的形成。

土壤水分过多或过少均会对大豆籽粒产量的形成产生影响[27]。本试验条件下，以W3处理(4 200 m3·hm-2)产量最高，为3 741.23 kg·hm-2，较W1、W2和W4三个处理，分别高出30.42%、13.98%和8.44%，达显著差异水平；较当地常规灌溉量节水超过40%，水分利用效率提高了60%以上，充分缓解了与秋收作物的用水矛盾。

综合分析得出，滴灌条件下北疆复播大豆，以W3处理(滴灌量4 200 m3·hm-2)各项指标表现最好，灌溉水分利用效率较高，达到了节水高产相统一的目的，可供大田生产实践参考。

参 考 文 献：

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and yield of summer soybean in North Xinjiang

PENG Jiang-long1, ZHANG Yong-qiang1, WANG Na2, LI Ya-jie1, LI Da-ping1,

SU Li-li1, HU Chun-hui1, XU Wen-xiu1

(1.CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China;

2.AgriculturalTechniqueExtensionCenterofYiningCounty,Yili,Xinjiang835100,China)

Abstract：A field experiment was conducted in a summer soybean field of North Xinjiang with four drip irrigation conditions including W1(3 000 m3·hm-2), W2(3 600 m3·hm-2), W3(4 200 m3·hm-2), and W4(4 800 m3·hm-2) for investigations of leaf area index (LAI), leaf SPAD, net photosynthesis rate(Pn), transpiration rate(Tr), dry matter accumulation and water use efficiency (WUE). The results showed that both LAI and SPAD with different irrigations during the whole growth stage were in following order: W3>W4>W2>W1. From flowering stage to graining stage, with the increase of irrigation,Pn,TrandGswere increased firstly, and then became decreased, whereas intercellular CO2concentration (Ci) exhibited an opposite pattern. Dry matter accumulation showed an “S” curve. The duration of dry matter rapid accumulation (Δt), the maximum increase rate of dry matter (Vm) and the total dry matter accumulation were highest under W3. Also, the highest yield of 3 741.23 kg·hm-2was under W3, which was 30.42%, 13.98% and 8.44% higher than that that under W1, W2and W4(P<0.05), respectively. W1, W2and W3treatments resulted in no significant differences in WUE, which though was higher than W4. It was believed that the suitable drip irrigation quota was 4 200 m3·hm-2for summer soybean in North Xinjiang.

Keywords:drip irrigation quantities; summer soybean; growth; physiological characteristics; yield

中图分类号：S565.1

文献标志码：A

通信作者：徐文修(1962—)，女，河北蠡县人，教授，博士生导师，主要从事高效农作制度与农业生态研究。E-mail：xjxwx@sina.com。

作者简介：彭姜龙(1990—)，男，陕西丹凤人，硕士，主要从事作物多熟种植制度研究。E-mail:75261995@qq.com。

基金项目：农业部公益性行业专项(201103001)；国家自然基金项目(31260312)

收稿日期：2014-12-22

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.09

文章编号：1000-7601(2016)01-0055-06