滴灌量对北疆复播大豆耗水特性及干物质积累、转运的影响

张永强, 张 娜, 李亚杰, 彭姜龙, 苏丽丽, 徐文修

(新疆农业大学 农学院, 乌鲁木齐 830052)



滴灌量对北疆复播大豆耗水特性及干物质积累、转运的影响

张永强, 张 娜, 李亚杰, 彭姜龙, 苏丽丽, 徐文修

(新疆农业大学 农学院, 乌鲁木齐 830052)

为北疆麦后复播大豆高产、节水栽培提供理论依据。在大田滴灌条件下，采用单因子随机区组试验设计，研究了不同滴灌量(3 000，3 600，4 200，4 800 m3/hm2，分别用W1，W2，W3，W4表示)对复播大豆耗水特性及干物质积累、转运的影响。结果表明，随着滴灌量的增加，复播大豆各生育时期0—60 cm土层土壤含水量均呈增大趋势，且处理间0—40 cm土层中土壤含水量差异较大，而40—60 cm土层的差异较小；总耗水量增加，土壤贮水消耗量明显减少。不同处理复播大豆全生育期单株干物质均呈“S”型变化趋势；干物质最大积累速率(Vm)、快增期持续时间(Δt)及干物质总量均以W3处理最高；花前、花后的干物质转运量与籽粒产量均呈正相关关系，但花后干物质转运对产量的影响较大，各处理花后同化物转运量、转运率及对籽粒贡献率均表现为：W3>W4>W2>W1。产量以W3处理最高，达3 741.23 kg/hm2，较W1，W2和W4分别高出30.42%，13.98，8.44%，差异显著(p<0.05)。各处理水分利用效率表现为：W3>W4>W2>W1；灌溉水利用效率(IWUE)在W1，W2，W3处理间差异不显著，但均显著高于W4处理。

滴灌量; 复播大豆; 耗水特性; 干物质积累与转运

新疆地处亚欧大陆腹地，气候干燥，降雨稀少，蒸发强烈，水资源匮乏，是我国典型的绿洲灌溉农业区，92.4%的耕地为灌溉农业，没有水就没有新疆的农业[1]。然而新疆农业灌溉用水浪费很大，水分利用效率低，节水潜力巨大。因此，如何利用有限的水资源，提高作物产量和水分利用效率是发展干旱绿洲区节水农业的关键[2]。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]，其水分利用效率显著高于漫灌[3-4]。近年来，在全球气候急剧变化和温室效应剧增的背景下，北疆地区秋季气温也明显增高、初霜期有所推迟，使该区一年两熟高产成为了可能[5]。小麦是新疆播种面积最大的粮食作物，在其6月底7月初收获后仍有较多的光热资源可以进行复播大豆[6]，仅北疆复播大豆种植面积在3.33万hm2左右[7]，但小麦收获后正逢棉花、春播玉米等作物需水高峰期，麦后复播大豆无疑会加重农业用水的紧张。因此，探索复播大豆的节水高产高效栽培技术，对北疆麦后复播大豆的大面积推广具有重要现实意义。

大豆是一种需水量较多的作物，每形成1 g干物质，需要消耗水600～800 g，生产1 kg大豆籽粒，耗水量达2 t左右[8]，因此，水分多少会直接影响大豆的干物质积累及产量的形成。前人研究表明，大豆在花荚期对水分最为敏感，但不同时期的土壤水分胁迫对大豆植株生长都有一定影响[9-10]。王培武等[11]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。毛洪霞[12]研究认为，不同水分处理对大豆植株干物质的积累差异显著，低灌溉量不利于大豆植株干物质的积累。但这些研究基本建立在常规灌溉的基础上，对于滴灌大豆耗水特性及干物质积累分配的研究较少，尤其在生育期较短的复播大豆上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耗水特性及干物质积累分配的变化规律，以期探求出复播大豆获得节水、高产的最佳滴灌量，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，地理坐标为81°13′40″—82°42′20″E，43°35′10″—44°29′30″N，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，年平均日照时数可达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。试验地为砂土，0—20 cm土壤耕层的本底值是：有机质2.35 g/kg，碱解氮85.2 mg/kg，速效磷21.8 mg/kg，速效钾116 mg/kg，pH值8.4。

1.2试验设计

采取单因素随机区组试验设计。共设置3 000 m3/hm2(W1)，3 600 m3/hm2(W2)，4 200 m3/hm2(W3)，4 800 m3/hm2(W4)4个滴灌量处理；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/hm2，30 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，毛管间距60 cm。播前结合整地，深施尿素75 kg/hm2，在开花期随水滴施尿素150 kg/hm2，结荚期、鼓粒期各叶片喷施以色列产KH2PO4一次，其他田间管理措施同当地。

各处理每次灌水定额依次为375，450，525，600 m3，全生育期灌水8次，具体灌水量及分配时期见表1。

1.3测试项目与方法

1.3.1土壤含水量测定沿小区对角线等距离选3个样点，用英国产PR2土壤剖面水分速测仪，测定播种前及复播大豆苗期、开花期、结荚期、鼓粒期和成熟期不同处理0—10，10—20，20—30，30—40，40—60 cm的土层土壤含水量。

1.3.2干物质测定自苗期开始，每隔10 d分别从各处理各小区分别选取大豆3～5株，分茎、叶柄、叶、荚、粒等器官，于105℃杀青30 min，80℃下烘干至恒重，称干重。

采用Logistic方程拟合复播大豆干物质及养分积累变化：

y=k/[1+e(a-bt)]

式中：y——复播大豆出苗后t天单株干物质积累量(g/株)；t——大豆出苗后的天数(d)；k——复播大豆单株干物质理论最大积累量(g/株)；a，b——待定系数。

干物质积累与转运量的计算方法如下[13]：

花前同化物转运量(g)=开花期营养器官干重(g)-成熟期营养器官干重(g)

花后同化物转运量(g)=成熟期籽粒干重(g)-花前同化物转运量(g)

花前同化物转运率(%)=花前同化物转运量(g)/开花期营养器官干重(g)×100%

花后同化物转运率(%)=花后同化物转运量(g)/[收获时全株干重(g)-开花时全株干重(g)] ×100%

花前同化物对籽粒的贡献率(%)=花前同化物转运量(g)/成熟期籽粒干重(g)×100%

花后同化物对籽粒的贡献率(%)=花后同化物转运量(g)/成熟期籽粒干重(g)×100%

表1　不同处理各阶段的滴灌量　m3/hm2

1.3.3产量和水分利用效率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，调查单株单株有效荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重。根据下式计算水分利用效率[14]：

总耗水量=生育期间60 cm土壤贮水消耗量+降雨量+灌溉量

土壤贮水消耗量=60 cm土层播前时贮水量—成熟时60 cm土层贮水量

水分利用效率(kg/m3)=经济产量/生长季总耗水量

灌溉水利用效率(kg/m3)=经济产量/生长季总灌水量

1.4数据分析及处理方法

采用Microsoft Excel作图，用DPS 软件统计分析试验数据。

2　结果与分析

2.1不同滴灌量处理对土壤含水量变化的影响

由图1可知，不同滴灌量处理复播大豆在各个生育时期的田间(0—60 cm)土壤含水量总体趋势一致，均随着土层深度的增加呈现“增加—降低—增加”的反“S”型变化趋势，且处理间不同土层深度的土壤含水量在每个生育时期均表现为：W4>W3>W2>W1，即随着滴灌量的增加，土壤含水量增大。但土层深度不同，处理间差异也不相同，具体为在0—40 cm土层中土壤含水量的差异明显，而40—60 cm土层的差异减小。进一步分析复播大豆不同生育时期各层次的土壤含水量可知，各处理0—10 cm土层的土壤含水量，表现为成熟期最低为10.36%～11.96%，其次是苗期为12.32%～14.73%，而在复播大豆开花期、结荚期、鼓粒期土壤含水量均超过了15.60%，最高值为19.83%出现在W4处理的鼓粒期，分别较同期W1，W2和W3高出9.78%，4.40%和1.27%，与W2，W3之间差异不显著，与W1间差异显著(p<0.05)。这可能是由于在复播大豆苗期植株较小、成熟期叶片脱落，地表裸露程度大，土壤水分散失较大，加上在复播大豆这两个时期滴滴灌量较小，均是导致土壤含水量较小的原因。

图1不同处理各土层土壤含水量的变化

2.2不同滴灌量处理对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[6]。对不同滴灌量处理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 d，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。由表2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。

2.3不同滴灌量处理对复播大豆花前和花后同化物转运的影响

由表3可知，复播大豆花前、花后的干物质转运量均与籽粒产量呈正相关关系，相关系数R值分别为0.36，0.94，表明复播大豆花前、花后干物质的转运量均会影响其籽粒产量的形成，且以花后影响较大。进一步分析可知，花前以W2处理同化物转运量最大为1.49 g/株，分别较W1，W3，W4高出28.71%，13.54%，20.24%，差异显著(p<0.05)，其同化物转运率及对籽粒贡献率也表现最大，分别为26.97%和14.13%，明显高于其他处理；花后同化物转运量、转运率及对籽粒贡献率均表现为：W3>W4>W2>W1，且W3处理较W1，W2，W4处理同化物转运量增加了29.47%，21.53%，3.94%；转运率增大了7.25%，4.86%，0.10%；对籽粒贡献率提高了1.51%，4.05%，0.26%，表明只有在适宜的滴灌量条件下才能促进花后干物质向籽粒转运，提高花后同化物对籽粒的贡献率，从而提高产量。

表3　不同滴灌量处理对复播大豆花前和花后同化物转运的影响

注：小写字母表示处理间在0.05水平上的差异显著性。下同

2.4不同滴灌量处理对复播大豆产量及水分利用效率的影响

由表4可知，不同滴灌量处理条件下，W4处理的总耗水量、土壤贮水消耗量与其他处理间均达到显著性差异水平(p<0.05)，具体表现为随着滴灌量的增加，总耗水量增加，最高为W4处理达5 665 m3/hm2，分别较W1，W2和W3增加了30.32%，16.47%和6.93%，土壤贮水消耗量却明显减少，以W4处理最小为865 m3/hm2，分别比W1，W2和W3减少了35.78%，31.57%和21.22%。产量随着滴灌量的增加呈“先增后降”的变化趋势，并以4 200 m3/hm2(W3处理)最高，为3 741.23 kg/hm2，分别较W1，W2和W4三个处理增产30.42%，13.98%和8.44%，且处理间差异显著(p<0.05)；同时，滴灌量(x)和产量(y)的模拟方程为：y=-0.000484x2+4.1360x-5217.7998，(R2=0.92)，为开口向下的抛物线，根据方程预测，当滴灌量为4 272.73 m3/hm2，产量最高为3 618.20 kg/hm2，与实际结果吻合。各处理中以W3处理的水分利用效率最高，达0.71 kg/m3，其灌溉水利用效率为0.89 kg/m3。

表4　不同滴灌量处理对复播大豆产量及水分利用效率的影响

3　讨论与结论

土壤含水量对作物生长与产量形成以及耗水特性影响显著[15]，土壤水分严重亏缺会抑制作物地上部生长，降低作物生物量、产量和收获指数[16-17]，而土壤水分过多则降低了水分利用效率[18]。吴巍等[19]研究表明，滴灌条件下，0—60 cm土层土壤水分含量变化较明显，其中0—30 cm土壤水分含量变化最明显，其次是30—60 cm，而对90—120 cm土层的土壤水分含量影响不大。

本研究结果表明，在复播大豆生育期间，不同生育时期各处理土壤含水量均随着滴灌量的增加呈明显增大的趋势，且处理间0—40 cm土层土壤含水量差异较大，而40—60 cm以下差异较小。这可能是因为滴灌条件下做物根系分布较浅，基本在0—40 cm，而大豆根系80%以上集中在0—20 cm内[20]，使大豆根吸水主要集中在浅层，而对深层土壤水分吸收利用较少，从而导致不同处理间0—40 cm土壤含水量差异大，到60 cm处理间差异明显减少的原因。滴灌量大，水分无效损失增加，滴灌量小，土壤贮藏水消耗增多，因此，灌水过多或过少均不利于产量和水分利用效率的提高[21]，只有适宜的灌溉时期和灌水量，才可能实现节水与高产的统一。

干物质的快速积累是提高籽粒产量的物质基础，而干物质的最大累积速率及其持续的时间决定着干物质最大积累量。研究表明，大豆植株干物质最大积累速率出时间越早，越有利于营养生长向生殖生长转化，从而促进光合产物有效地向籽粒转移[22-23]。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/hm2，Vm和Δt却降低了4.08%和19.61%。这与前人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[12,24]的研究结论不一致，造成这种差异的原因可能是，复播大豆生育期较短，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，造成光合产物转运较慢，不利于干物质的积累，影响了产量的形成。干物质的分配与转运对大豆籽粒的形成至关重要，孙贵荒[25]等研究表明，提高花后干物质转运量，是增加粒重、提高产量的重要途径。本研究表明，滴灌条件下复播大豆花前、花后干物质转运量均会影响产量的形成，以花后影响显著，且只有在适宜的滴灌量下才能促进更多的干物质向籽粒转运，从而提高干物质的转运率和对籽粒的贡献率。

综上可知，本试验条件下，以滴灌量为4 200 m3/hm2时产量最高，为3 741.23 kg/hm2，较W1，W2，W4三个处理分别高出30.42%，13.98%，8.44%，较当地常规灌溉量节水超过40%，且水分利用效率较高，达到了节水、高产相统一的目的，可供大田生产实践参考。

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Effect of Drip Irrigation Amount on Water Consumption Characteristics and Dry Matter Accumulation and Transformation of Summer Soybean in North Xinjiang

ZHANG Yongqiang, ZHANG Na, LI Yajie, PENG Jianglong, SU Lili, XU Wenxiu

(College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China)

The field experiment was conducted by setting four drip irrigation treatments including 3 000 m3/hm2(W1),3 600 m3/hm2(W2),4 200 m3/hm2(W3) and 4 800 m3/hm2(W4) to study the effects of different drip irrigation on water consumption characteristics, dry matter accumulation and transformation of summer soybean following randomized block design. The results showed that with the increase of drip irrigation quantities, the water content in 0—60 cm soil laye increased greatly at each growth stage of summer soybean, and the differences of soil moisture in 0—40 cm soil layer was more obviously, but little difference was observed in 40—60 cm soil layer. However, stored soil water consumption decreased while the total water consumption increased. The dry matter accumulation showed the S-shaped curve; treatment W3had the best of the continued days of dry matter rapid accumulation(Δt), the maximum increase rate of dry matter(Vm) and the total dry matter accumulation. Results from correlation and regression analysis methods indicated that there were positive correlations between yield and dry matter translocation before and after anthesis, especially the dry matter translocation after anthesis had the significant contribution to yield, in addition, all of the dry matter translocation after anthesis, its ration and contribution to grains decreased in the order: W3>W4>W2>W1. The treatment W3had the highest yield of 3 741.23 kg/hm2, which was 30.42%,13.98% and 8.44% higher than the other treatmensts, respectively, reaching the significant difference level (p<0.05). Water use efficiency decreasd in the order: W3>W4>W2>W1, the irrigation water use efficiency had no significant difference between treatment W1， W2and W3, but all of them were higher than treatment W4.

drip irrigation quantities; summer soybean; water consumption characteristics; dry matter accumulation and transformation

2015-03-23

2015-04-10

国家自然资助项目(31260312);农业部公益性行业专项(201103001)

张永强(1988—),男,河南平舆人,研究生,主要从事绿洲农作制度研究。E-mail:zyq988@yeah.net

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工作。E-mail:xjxwx@sina.com

S565.1

A

1005-3409(2016)02-0111-06