膜际集雨补灌对绿豆水分利用效率及产量的影响

纪晓玲，张 静，刘建华，乔文渊，张 雄

(1. 榆林学院 生命科学学院, 陕西 榆林 719000；2. 榆林市横山县农技推广中心 ,陕西 榆林 719100)

水资源短缺一直是限制我国西北干旱半干旱地区农业发展的巨大难题，加之近年来北方大部分地区出现气候偏暖和持续性干旱现象，降水量明显减少，西北地区平均年降水量减少5%[1]。陕北榆林市多年平均水资源总量为32.01亿m3，水资源可利用总量为12.75亿m3，人均占有水量865 m3，低于全省、全国水平，属重度缺水地区[2]。绿豆不同生育期对水分的需求不同[3]。因此，通过合理的生育阶段补灌，有效地蓄集、利用水资源实现增产，是现今对绿豆研究的主要方向。集雨补灌技术，通过工程措施收集多余的自然降水，在干旱季节进行补灌。大量研究表明，集雨补灌技术具有显著的增产作用，国内对绿豆的集雨补灌研究较少[4]，王永新等[5]对绿豆研究表明，绿豆在幼苗期抗旱性较强，需水较少，分枝期以后需水量逐渐增加，花荚期达到需水高峰。受旱则花荚脱落严重，此时，如遇干旱应及时灌水抗旱；山仑等[6]在宁夏固原试验表明，拔节期给予春小麦每 600 m3·hm-2补充供水，产量可达到 3915 kg·hm-2，高出对照 76%，供水量只相当于充足灌溉处理的 1/4，但产量却相当于其3/4，灌溉水利用效率达到 2.8 kg·m-3·a-1，作物水分利用效率为 0.788 kg·m-3·a-1； 李兴等[7]在内蒙古准格尔旗 2005 年玉米集雨补灌结果表明，没有采用坐水种和覆膜补灌的玉米出苗率为65%，产量为 5 510.53 kg·hm-2，水分利用效率为 1.83kg·m-3，采用坐水种和覆膜补灌的玉米出苗率在 90%以上，产量达到 8 092.33 kg·hm-2，水分利用效率达到 2.25kg·m-3，坐水种与覆膜补灌相结合效益显著，谷晓博等[8]垄沟集雨补灌油菜，合理的补灌能改变冬油菜的和土壤水分，促进冬油菜生长，较对照增产53.89%～61.19%。但是，有关于绿豆不同生育期补灌的土壤温度、水分及产量之间综合效应研究还需进一步深入发掘和探讨。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2014～2015年在黄土高原丘陵区的横山县横山镇古水村旱地，位于北纬37°53′16.69"，东经109 °16′10.92"，海拔1232m，平均气温9.8℃，≧10℃的积温3275℃，无霜期148d，年均降水量344.2mm，年蒸发量1215mm，年日照时数2676.7h，供试土壤为黄绵土，前茬马铃薯，基施尿素150kg/hm2、磷酸二铵150kg/hm2。供试品种为横山大明绿豆，于2014年5月26日和2015年5月22日播种，2014年9月19日和2015年9月13日收获，灌水在2014年7月10日、8月1日和2015年7月14日、8月1日，灌水量54mm/m2,平均行距50cm，株距28cm，小区面积3m×5m=15m2。

1.2 试验设计

试验设置W1：坐水种+分枝期补灌；W2：坐水种+花荚期补灌；W3：坐水种+分枝期补灌+花荚期补灌；CK：对照，4个处理，重复3次，为了避免不同处理间的相互影响，每个处理间和同一处理间都相隔1 m，试验均采用垄上覆膜，膜际播种。

1.3 测试项目与方法

(1)土壤温度测定，将5、10、15、20和25 cm的曲管地温计于播种日插入各小区。每隔十五天测量一次，测量不同深度的地温。

(2)土壤水分测定采用烘干称重法。在绿豆的不同生育期对各小区0～100cm土层进行土壤水分测定，以20cm为一个土层单位取样。

(3)从每小区第二行第三株开始选取五株绿豆并标记。在花荚期用直尺测定株高，用游标卡尺测定茎粗。产量测定是在成熟期考种5株标记绿豆分枝数，结荚数，荚粒数，按小区收获记产。

试验数据用Excel计算分析，SPSS 19.0进行T检验，各图表中的数据为平均值。

2 结果与分析

2.1 绿豆生育期内降水

2014年、2015年和2008～2013年绿豆生育期各月的降水量见图1。2014年、2015年和2008～2013年绿豆生育期总降水量分别为239.3mm、225.4mm和340.4mm。在绿豆关键生育期(7～8月份)的降水量，2014年(112.6mm)和2015(62.3mm)年分别比2008～2013(183.7mm)年少71.6mm和121.4mm，2014年属于平水年，2015年属于干旱年。(按照连续2个月偏少50%～80%为一般干旱，偏少80%以上为重旱)

图1 绿豆生育期各月的降水量

2.2 集雨补灌对绿豆不同生育期土壤温度的影响

绿豆不同生育期的耕层(5，10，15，20，25cm)平均土壤温度变化如图2所示。2年平均地温，分枝期W1和W3处理分别低于CK处理0.83℃和0.81℃，低于W2处理1℃和0.98℃，花荚期W1、W2、W3处理低于CK0.19℃、0.07℃、0.1℃，成熟期W1、W2、W3处理高于CK0.31℃、0.66℃、0.31℃。说明补灌可降低各补灌时期地温和提高成熟期地温，有平抑地温的作用。2014年，分枝期W1和W3较CK均降低1.2℃，较W3均降低1.6℃，花荚期W1、W2、W3处理低于CK0.32℃、0.06℃、0.02℃，成熟期W1、W2、W3处理高于CK0.13℃、0.32℃、0.33℃。2015年，分枝期W1和W3较CK分别降低0.46℃和0.42℃，较W3分别降低0.4℃和0.36℃，花荚期W1、W2、W3处理低于CK0.06℃、0.08℃、0.18℃，成熟期W1、W2、W3处理高于CK0.5℃、1℃、0.3℃。2014年分枝期补灌处理较2015年分枝期补灌处理降温作用更明显，是由于2014年分枝期降水量远多于2015年分枝期降水量，灌水后，导致土壤含水量过高，降低了土壤温度，使绿豆正常生长发育所需温度不能满足。

图2绿豆不同生育期各处理土壤温度

2.3 集雨补灌对绿豆不同生育期土壤水分的影响

图3为不同生育时期各个处理土壤含水率变化特征。由图3分析可知，0～100cm土层含水率受降水和灌水的影响，由于2年降水量和降水分布不同，使得2年补灌后各处理0～100cm平均含水率的变化趋势明显不同。2年0～100cm土壤平均含水率，分枝期W1、W3较CK分别增加12.84%、11.91%，较W2增加13.37%、12.44%，花荚期W1、W2、W3较CK分别增加28.86%、60.93%、63.09%，成熟期W1、W2、W3较CK分别增加11.02%、12.53%、25.95%，说明补灌可增加土壤含水率。2014年0～100cm土壤平均含水率，分枝期W1、W3较CK分别增加26.59%、25.69%，较W2增加20.05%、19.20%，花荚期W1、W2、W3较CK分别增加3.38%、42.03%、46.01%，成熟期W1、W2、W3较CK分别增加25.78%、32.46%、48.45%。2015年0～100cm土壤平均含水率，分枝期W1、W3较CK分别增加1.91%、0.96%，较W2增加7.47%、6.46%，花荚期W1、W2、W3较CK分别增加54.17%、79.71%、80.06%，成熟期W1、W2、W3较CK分别增加0.33%、1.19%、9.66%。分枝期补灌后，2014年W1、W3较CK增加远远大于2015年，说明2015年绿豆叶片蒸腾所消耗的水分较2014年多，这是由于2014年绿豆补灌之后，又有比较多的降水，导致绿豆根系生长受阻，绿豆蒸腾消耗水分降低的原因。

图3 绿豆不同生育期各处理土壤含水率

2.4 集雨补灌对绿豆生长的影响

由表1知，2014～2015年2个试验年份绿豆株高、茎粗的生长变化状况，2014年、2015年及2年均值，都表现为绿豆株高、茎粗W1、W3处理显著高于CK、W2，W1与W3、CK与W2无显著性差异。说明分枝期补灌有显著提高绿豆植株增高、增粗生长的作用。绿豆生育期相对较短，从播种到成熟，不足90天，分枝期补灌，有利于促进植株营养体的生长，为后期取得高产奠定基础。

表1 集雨补灌对绿豆株高、茎粗影响

注：同一列中相同字母代表在5%水平差异不显著，不同字母代表差异显著，下同。

2.5 集雨补灌对绿豆产量与水分利用效率的影响

2.5.1 集雨补灌对绿豆产量及产量构成因子的影响

集雨补灌对绿豆产量的影响如表2所示。2014年，集雨补灌各处理之间产量无显著性差异(p<0.05)，W1、W2、W3分别较CK增产-2.51%、-3.63%、2.76%，平水年膜际微集雨可满足绿豆生长的需要，不需要补灌。2015年，在产量上，W1、W2、W3分别较CK增产55.40%、48.98%、262.37%，W1、W2、W3补灌与CK存在显著性差异，W1显著高于W2，而显著低于W3(p<0.05)。W1增产的原因是增加单株荚数和荚粒数，而W2增产是增加绿豆的百粒重，W1增产幅度高于W2，W3是增加单株荚数和荚粒数最高，产量居于各处理之首。干旱年，分枝期补灌优于花荚期补灌，2次补灌优于1次补灌。

表2 集雨补灌对绿豆产量及产量构成因子的影响

2.5.2集雨补灌对绿豆耗水量及水分利用效率的影响

由表3知集雨补灌对绿豆耗水量和水分利用效率的状况。不同补灌时期均可增加绿豆耗水量，补灌1次处理耗水量低于2次补灌处理。2014年(平水年)，补灌处理水分利用效率均低于CK，W1、W2、W3分别低于CK10.0%、9.4%、12.6%。2015年(干旱年)，补灌处理水分利用效率均高于CK，W1、W2、W3分别高于CK87.0%、24.7%、168.0%。

表3 集雨补灌绿豆的耗水量及水分利用效率

3 讨论和结论

3.1 讨论

绿豆喜温、耐旱[9]，对温度水分反应敏感[10]。绿豆不同年份全生育期温度分枝期补灌具有明显降低地温和增加土壤水分的作用(见图2，图3)。绿豆苗期耐旱，3叶期后需水量增加，现蕾期(分枝期后期)为需水临界期，花荚期达需水高峰。2年中，分枝期补灌，绿豆株高和茎粗均最高(见表1)，说明分枝期补灌，增加土壤水和降低地温有利于绿豆植株生长，为后期高产奠定基础。这与[11-13]研究遇干旱时，灌水有利于促进绿豆植株生长相一致。产量方面，2014年，补灌和坐水种均可增加绿豆产量，分枝期补灌增产幅度最高，这与低地温高土壤含水率共同作用下，使得植株生长粗壮，同时明显增加单株荚数，因而使得产量最高。2015年，补灌与不补灌产量之间有显著性差异，2次补灌与1次补灌有显著性差异(p<0.05)，说明干旱时灌水可显著增产，分枝期补灌可增加结荚数和单荚粒数，而花荚期补灌可增加荚粒重(见表2)，分枝期补灌增产幅度大于花荚期补灌，分枝期和花荚期均补灌，荚数和荚粒数均最高，产量也最高，这与[11-13]研究结果一致。但分枝期和花荚期均补灌，需水量为108mm/m2，根据2014和2015年绿豆生长苗期-花荚期有效降水为121.5和109.9mm，耕地与集雨面的比例为0.9:1，这在陕北黄土丘陵沟壑区现有的农业投资水平上是很难实现的，根据苗期-花荚期有效降水和集雨面的情况，排除分枝期和花荚期2次补灌的补灌时期。因此，分枝期补灌既能增加土壤含水率和促进绿豆生长，又可增产提高水分利用效率，是陕北黄土丘陵沟壑区绿豆补灌的适宜时期。

3.2 结论

陕北黄土丘陵沟壑区，绿豆集雨补灌有降低地温增加土壤含水率的作用，分枝期补灌可促进绿豆植株增高增粗生长，有利于单株荚数和荚粒数增加，提高绿豆产量和水分利用效率，是绿豆集雨补灌首选的补灌时期。