微咸水滴灌条件下水氮互作对枸杞生长及产量的影响

2018-03-21杨树青内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018

节水灌溉 2018年1期

刘敏，杨树青，符鲜，宛恒(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010018)

0 引言

现如今淡水资源日益紧缺，严重制约着农业的发展。而此时利用微咸水进行农业灌溉成为一条缓解水资源供需矛盾的重要途径。有研究表明，滴灌被认为是微咸水灌溉的较好方式[1,2]，能及时将作物生长所需的水分、养分适量地输送到作物的根部土壤，以起到节水、节肥效果[3,4]。目前，国内外很多学者以棉花、西瓜、黄瓜等作物为研究对象，进行了微咸水滴灌的灌溉制度、产量及水分利用效率方面的研究，并取得好的成果，表示微咸水滴灌没有使作物造成减产，甚至能起到节水增产的效果[5-8]。枸杞是一种具有较高药用价值强耐盐、耐旱作物，能很好地适应劣质的生存环境。在农业生产中水分和肥料是作物生长的重要因素，扮演着重要的角色，因此水肥的合理利用是保证高效农业生产，维持农田土壤环境的关键[9,10]。在农业生产方面，枸杞微咸水滴灌和水肥耦合结合的研究鲜有报道。在农业灌水受限制的背景下，利用丰富的微咸水资源进行灌溉，同时将滴灌水肥耦合技术运用到河套灌区以实现枸杞高效高产，对当地农业可持续发展具有重要意义。

本文将在前人对枸杞微咸水灌溉制度及耗水规律研究的基础上，采用微咸水滴灌的方式，以枸杞为研究对象，设置不同的灌水量和施肥量，研究水氮互作对枸杞生长、产量及灌溉水分利用效率和肥料偏生产力的影响，初步优选适宜的水氮处理，为当地的枸杞农业生产提供科学依据。

1 试验材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2016年4-8月在内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗公庙乡红卫村一试验田进行，试验区位于内蒙古河套灌区最下游的三湖河灌域西部。该地区属中温带大陆性多风干旱气候，光照充足，年平均降水量270 mm，年平均蒸发量为2 383 mm，年平均气温7.9 ℃。地下水位较高(0.5～3 m)，地下水矿化度在2 g/L以上，当地土壤以灌淤土、盐土为主，土壤含盐量较高。0～100 cm土壤类型为粉壤土。耕层土壤(0～40 cm)pH 7.71，有机质14.31 g/kg，全氮0.65 g/kg，铵态氮11.35 mg/kg，有效磷7.51 mg/kg，速效钾218.45 mg/kg。0～100 cm土壤容重1.55 g/cm3。

1.2 试验设计

试验因素为灌水量和施氮量，试验分别设灌水定额2 325、2 850、3 750 m3/hm23个水平和525、750、975 kg/hm23个施氮水平，共9个处理，每个处理设3次重复。供试作物为宁杞1号，每行43株，株距1.0 m，行距3.0 m。首尾各2株为保护带，其余依次连续13株构成一个试验小区，1行3个小区，小区面积39 m2(3.0 m×13 m)。小区间采用60 cm隔水板做防渗隔离。

供试枸杞为宁杞1号。本试验采用尿素(含N：46.67%)、磷酸二铵和硝酸磷作为供试肥量。灌溉采用矿化度为3.84 g/L的当地井水灌溉。各处理在不同生育期内的灌水定额和灌水次数如表1所示，其中果熟期灌水3次，夏果盛期灌水2次，其他生育期各处理的灌水次数均为1次。基肥采用磷酸二铵900 kg/hm2和硝酸磷825 kg/hm2在头水前施入，只选用尿素作追肥在生育期随水施入，追施时间分别为5月中下旬(施肥量为全年追肥总量的20%)；6月中旬(施肥量为全年追肥总量的30%)；7月上旬(施肥量为全年追肥总量40%)；8月上旬(施肥量为全年追肥总量的10%)。

表1 枸杞田间试验灌水定额及灌水次数表

1.3 测定项目及方法

1.3.1 枸杞生长指标测定

枸杞生长指标实行定株观测，每处理选择长势相近的3棵作为观测株，观测株在整个生长期内不做任何修剪。主要观测以下项目：

新枝生长量：在植株东南西北中5个方位各选取一个新枝，4月末-7月上旬每隔3 d，7月中旬-落叶前每隔10 d，用钢卷尺观测新枝的生长量。

冠幅：树体萌芽前修剪后用卷尺测冠幅(东西长、南北长)，此后，每月中旬测一次冠幅，截止果实采收结束。

地径：树体萌芽前修剪后用游标卡尺测地径粗度，此后，每月中旬测一次地径，截至果实采收结束。

株高：树体萌芽前修剪后用钢卷尺测株高，此后，每月中旬测一次株高，截至果实采收结束。

1.3.2 枸杞产量及商品品质的测定

每处理选取长势相近的4棵进行考种，测定枸杞子鲜重、干重。选取各处理均匀一致有代表性的4棵进行测产，折算成单位面积产量。

商品品质包含百粒重、果长。百粒重测定程序及方法：将各处理样品用四分法取百粒鲜果称重，重复3次，求其平均值，获得鲜果百粒重(g)。

果长测定程序及方法：将各处理样品用四分法取10粒鲜果，用游标卡尺测量果实横纵径，求其平均值，获得鲜果果长(mm)。

1.3.3 灌溉水分利用效率及肥料偏生产力的计算

灌溉水分利用效率(iWUE)(kg/m3)计算公式为：

iWUE=Y/W

式中：Y为枸杞干果产量，kg/hm2；W为生育期灌水总量，m3/hm2。

肥料偏生产力(PFP)(kg/kg)计算公式为：

PFP=Y/N

式中：N为投入的N的总质量，kg/hm2；Y为枸杞干果产量，kg/hm2。

2 结果分析

2.1 微咸水滴灌不同水氮处理对枸杞生长的影响

枸杞植株各生育指标的生长除受其品种、土壤类型的影响之外，土壤中水分和养分的含量对植株各部位的生长也至关重要。由于枸杞是多年生作物，其各形态指标在一年全生育期内的变化较一年生作物相比增长变化幅度不是很明显，所以本文将对各指标在生育期内的生长速率进行分析以突显各水肥处理对其的影响。

2.1.1 不同水氮处理对枸杞株高生长的影响

由表2可以看出，不同水氮处理枸杞株高的生长速率由大到小表现为W3N3>W2N2>W2N3>W3N2>W2N1>W3N1>W1N2>W1N3>W1N1；其中株高生长速率最大的是W3N3，为0.430 cm/d，并且显著高于其余水氮组合处理；W2N2仅次于W3N3，为0.366 cm/d。W2N2处理的株高生长速率与W2N3和W3N2的无显著差异。在W1、W2水平下，随着施N量的增加株高生长速率先增高后降低；W3水平下，随着施N量的增加株高生长速率逐渐增高，说明在水分胁迫的情况下增加施氮量不会对株高有明显的促进作用，而在水分充足的情况下，增加施氮量能很好地发挥促生长作用。除W3N3处理外，在各施N水平相同的条件下，对应W2处理的株高生长速率最大。

2.1.2 不同水氮处理对枸杞新枝生长的影响

由表2可以看出，不同水氮处理中枸杞新枝的生长速率最大的是W2N2，为0.327 mm/d，高于其余水氮组合处理，但仅与W3N2的新枝生长速率无显著差异；枸杞新枝的生长速率最小的是W1N1，为0.170 mm/d，说明水分胁迫和施氮量不足会抑制枸杞新枝的生长；在W1、W2、W3水平下，新枝的生长速率均表现为N2>N3>N1，说明随着施氮量的增加对枸杞新枝的生长有促进作用，但施氮量增加到一定的程度也会抑制新枝生长。

2.1.3 不同水氮处理对枸杞地径生长的影响

由表2可以看出，在各灌水水平下，随着施N量的增加地径生长速率逐渐增高；W2N3地径生长速率为0.044 4 mm/d，生长最好，显著高于N1和N2水平下的处理。由此说明提高施氮量有助于地径的增长。在各施氮水平下，施氮量相同时，地径生长速率在W2水平下高于W1水平，而W3水平增长减弱。所以综合水肥的影响及考虑到节约肥料减少污染的问题，W2N2处理较适宜枸杞地径的生长。

2.1.4 不同水氮处理对枸杞冠幅生长的影响

由表2可以看出，在W1和W3水平下，施氮量对冠幅的影响表现为N2>N3>N1，在W2水平下表现为N2>N1>N3，说明高氮在中水的水平下对冠幅完全不能发挥促进作用，浪费了肥料。在各处理水平中，冠幅的生长速率最大的是W2N2处理，为0.260 cm/d，显著高于W1、W3水平下的处理。由此说明适宜的灌水量和施肥量有助于枸杞冠幅的生长，并不是越多越有益。

2.2 微咸水滴灌不同水氮处理对枸杞产量及生育期的影响

2.2.1微咸水滴灌不同水氮处理对枸杞产量及产量构成因素的影响

由产量及产量构成因素分析(表3)可知，不同水平水氮处理对枸杞产量及产量构成的影响表现不一。

表2 不同水氮处理对枸杞形态指标生长速率的影响

注:不同小写字母表示5%差异显著水平。

表3 微咸水滴灌施肥不同处理对产量及产量构成因素的影响

注:不同小写字母表示5%差异显著水平。

由表3可知，随着成熟时间的推移，在3个采摘期C1、C2、C3中果长整体呈现降低的趋势。在每个采摘期中，不同的水肥处理之间的果长存在显著差异，C1中W2N2果长最长为20.05 mm，C2中W2N3果长最长为18.71 mm，C3中W3N3和W2N2果长最长为14.64 mm，无显著差异。

鲜果百粒重是枸杞产量构成因素中一个非常重要的指标，能很好地突显各处理水肥起的作用，分析百粒重的影响很有意义。由表3看出，百粒重在52.63～64.30 g间。在同一灌水水平下，N2较N1百粒重增加7.3%～11.4%，N3较N1百粒重增加1.9%～4.0%，说明中肥的促产效果比高肥更好；在同一施肥水平下，W2最高，W3次之，W1最低。

枸杞产量由大到小的顺序为W2N2>W3N2>W2N3>W3N3>W2N1>W1N2>W3N1>W1N3>W1N1，最大的是W2N2，为5 547.22 kg/hm2。在同一施氮量条件下，W2水平干果产量较W1水平下有所增加，而到W3水平则干果产量显著降低，平均降低4.06%；同一灌水水平下不同施肥处理间的干果产量存在显著差异。同一灌水水平下，与N1相比较，N2和N3下干果产量提高了4.8%～27.6%，可见增施氮肥能明显增加枸杞产量；与N2相比较发现，在各灌水水平下N3产量显著性降低(P<0.05)，通过分析可发现各灌水水平下，中肥的效果较好。与W2N2相比，与之相比其余不同水肥处理枸杞产量降低1.94%～33.27%。W3N2与W2N2产量无显著差异仅减少1.94%，说明在中肥水平下，加大了灌水量产量并没有显著的提高。对于鲜干比各处理间无显著差异，在3.36～3.84之间变化。考虑产量各构成因素及水资源和肥料的节约问题，各处理中W2N2百粒重效果较好，能促进果长增长，同时利于产量的提高。

2.2.2 微咸水滴灌不同水氮处理对枸杞生育期的影响

用盛果期中某一阶段枸杞收获比例来反映枸杞生育期的长短，枸杞在前期收获的比例越高，表示生育期短。

由表4看出，在7月20日以前,灌水W1水平各处理已收获的枸杞产量占总产量的85%以上,灌水W2水平各处理收获比例在83.40%～85.16%之间,灌水W3水平各处理则在83.72%～86.11%,可以看出水分胁迫枸杞生育进程。在同一灌水量下,随着氮肥施量的增加，7月20日之前的棉花收获比例先大幅度降低，分别为1.6%(W1)、1.76%(W2)、2.39%(W3)，然后小幅度增高，分别为1.02%(W1)、0.32%(W2)、0.9%(W3)，即从N1到N2增加施肥量延长枸杞生育期，而从N2到N3缩短生育期，但是与N1到N2相比变化很小;而且在水分胁迫较重时,氮肥对枸杞生育期影响不明显；随灌水量增加,各施肥处理间生育期差异加大。同时还看出，灌水较氮肥对枸杞生育期影响明显。灌水促进了氮肥的发挥，使盛果期叶片养分含量较高，叶片叶绿素的活性也较高，从而延长了枸杞叶片功能期[1]。因此可以通过合理水氮配比适当延长枸杞生育期，从而提高产量。

表4 7月20日以前收获产量比例 %

2.3 微咸水滴灌不同水氮耦合处理对灌溉水分利用效率及肥料偏生产力的影响

灌溉水分利用效率(iWUE)反映作物对水分的吸收和利用过程，肥料偏生产力(PFP)反映当地土壤基础养分和化肥施用量的综合效应。由图1看出二者对灌水和施肥处理的响应规律相反，减小灌水量和增大施肥量时，iWUE增大，PFP减小；增大灌水量和降低施肥量时，iWUE减小，PFP增大。

注:不同小写字母表示5%差异显著水平。图1 微咸水滴灌不同水肥处理对灌溉水分利用效率及肥料偏生产力的影响

图1看出，不同灌水和施肥处理对灌溉水分利用效率表现不一，枸杞干果iWUE在1.38～2.03 kg/m3之间变化，W1N2处理的灌溉水分利用效率最高，为2.03 kg/m3。在同一施肥水平下，W1的灌溉水分利用效率都高于W3；在同一灌水水平下随着施氮量的增加灌溉水分利用效率从N1到N2大幅度显著增加，而从N2到N3小幅度降低，即在一定程度上增加施氮量会提高灌溉水分利用效率，但不能盲目过量增施氮肥，因为过量施肥也会阻碍作物对水分的吸收，降低灌溉水分利用率。iWUE随灌水量的增加而降低，随施肥量增加先升后降。W1N2和W1N3尽管iWUE较高，但是由于此时产量过低不为人们所期望，在生产中不可取。W2N2处理的灌溉水分利用效率仅次于W1N2(低水中氮)无显著差异，保持着高的灌溉水分利用效率，仅降低0.09 kg/m3。所以W2N2在保证高产的基础上，灌溉水分利用效率也达到较高的水平，有利于提高灌水利用的经济效益。

对于不同处理对肥料偏生产力的影响，由图1表现出，出W2N2和W3N2外，各处理见存在显著差异。在同一灌水水平下，随着施肥量的增加PFP递减，且差异达到显著水平(P<0.05)，总体表现为:N1>N2>N3，低肥N1处理比高肥N3和中肥N2处理PFP分别平均增加68.1%、57.8%；施肥量一定的条件下，PFP随着灌水量的增加先增后减，总体表现为: W2>W3>W1，中水处理W2比其他灌水处理 W1、W3的PFP分别平均增加22.5%、4.4%，对于PFP在同一施肥量下W2>W3的现象，原因可能是W3水量过大而使肥料有一部分没来得及被植物吸收而被淋到根区以外没能充分发挥其作用，所以降低了肥料偏生产力; 水肥共同作用下PFP最大值出现在W2N1处，为9.10 kg/kg，这说明中水低肥能够产生较高的肥料偏生产力。

3 结语

(1)株高生长速率最大的是W3N3。水分胁迫的情况下增加施氮量对株高没有明显的促进作用，而在水分充足的情况下，增加施氮量能很好地发挥促生长作用。水分胁迫和施氮量不足会抑制枸杞新枝的生长，W2N2与W3N2处理的新枝生长速率较高。同一灌水水平，从N1到N3的处理对枸杞新枝的生长起先促进后抑制的作用。W2N2处理较适宜枸杞地径的生长，相比N3水平，既节约肥料也能减少污染。对于冠幅生长速率，在W2水平下高氮不仅不能完全发挥促进作用，而且浪费了肥料。因此，水和肥对于枸杞的生长是必不可少的因素，但并不是越多越有益。

(2)在成熟采摘期中果长整体呈现降低的趋势。W2N2产量最高，与W2N2相比，其余处理枸杞产量减少1.94%～33.27%。在同一灌水水平下，与N1相比较，N2和N3各处理干果产量提高了4.8%～27.6%，百粒重增加7.3%～11.4%、1.9%～4.0%，所以增施氮肥促进枸杞产量增加。某一阶段枸杞收获比例，同一灌水量下，从N1到N2增加施肥量使枸杞生育期延长，而从N2到N3使生育期缩短。灌水较氮肥对枸杞生育期影响明显，在W1时，氮肥对枸杞生育期影响不明显；随灌水量增加，各施肥处理间生育期差异加大。

(3)枸杞干果iWUE在1.38～2.03 kg/m3之间变化。W1N2的iWUE最大，W2N2次之，W2N1的肥料偏生产力PFP最大。iWUE随灌水量的增加而降低，随施肥量增加先增加后减少。在同一灌水水平下，随着施肥量的增加PFP递减，N1比N3和N2处理平均增加68.1%、57. 8%。同一施肥水平下，W2比W1和W3平均增加22.5%、4.4%。

(4)本文推荐的枸杞适宜的水肥组合为W2N2，在利于枸杞的株高、新枝、地径及冠幅生长和保证高产的基础上，iWUE和PFP也达到较高的水平。

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