不同水肥处理对宁夏枸杞产量及水肥利用效率的影响

邓 箴，尹 娟，尹 亮

（1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川750021；2.宁夏大学信息工程学院，银川750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程中心，银川750021；4.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川750021）

截止2019年宁夏枸杞种植面积达到了2.333 万hm2，是我国最大的枸杞产区。但是宁夏同时也是我国水资源最少的省区，可开采的水资源量仅有23 亿m3。开展高效节水的种植方式是目前枸杞种植可持续发展的紧迫技术。与传统的滴灌方式相比，膜下滴灌由于覆膜的原因，一方面阻碍了土壤水分向空气中蒸发，降低了土壤水分蒸发量，间接地提高了土壤含水率，有利于作物充分利用土壤中的水分，提高水分利用效率[1]。另一方面，覆膜提高了土壤的温度，使有机质分解速度加快，从而有效地激活了土壤中的营养元素的转化，提高了土壤的活性[2]。目前，膜下滴灌技术已经在棉花、甜菜、甜瓜、玉米和马铃薯等作物上广泛应用[3-7]。枸杞的高效节水研究多集中在枸杞的灌溉策略，不同灌水量、灌水方式或不同施肥量下对产量、品质和水分利用效率的影响[8-12]，枸杞水肥耦合的研究则集中在生长特性和光合、品质的研究[13，14]。近年来，一些学者利用层次分析法、灰色关联法、TOPSIS 综合评价法等依据综合品质确定作物的灌溉施肥量已在番茄、棉花等多种作物上展开，并取得了良好的成果[15，16]。而利用TOPSIS 综合评价的方法对枸杞建立灌溉施肥量的研究却鲜有报道。

因此，在前人研究基础上，以膜下滴灌条件下枸杞为研究对象，进一步探明不同水肥配比对宁夏枸杞产量、水肥利用效率和经济效益的影响，利用TOPSIS 综合评价法优选出枸杞高产节水的灌溉施肥方案，为枸杞种植的可持续发展提供科学的管理依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2018年4月-10月在宁夏回族自治区中部同心县河西镇润德枸杞庄园开展。该地属于宁夏中部扬黄灌区固海灌域，干旱少雨，昼夜温差大，蒸发强烈，年平均降水量150～280 mm，2018年枸杞全生育期降水量为172.77 mm。多年平均气温8.8 ℃，日照时数2 983 h，无霜期150 d，有效积温大约3 397 ℃，全年大风日数平均16 d。试验区的灌溉水源来自宁夏固海扬水管理处黑水沟泵站东一支渠。经宁夏润德庄园种植基地蓄水池调蓄预沉后，通过加压泵站加压输送至田间。种植区土壤上层为沙壤，下层为砾质砂土，作物根系不够发达，有机质含量为8.44 g/kg，碱解氮28.70 mg/kg，有效磷3.79 mg/kg，速效钾68.50 mg/kg，土壤pH 值8.53，全盐4.75 g/kg。

1.2 试验设计

试验品种为“宁杞7 号”，树龄4 a，长势均匀。覆膜宽60 cm，膜间露地宽2.4 m。株行距0.75 m×3 m，种植密度为4 440 株/hm2，一行10 棵枸杞树为一个小区，每行一条滴灌管，滴头流量为3.0 L/h，滴灌管距枸杞树根部10 cm，每棵枸杞树放置1 个滴头。春灌和冬灌不覆膜各375 m3/hm2。以灌水量、氮肥施量和磷肥施量为试验因素，选用3 因素5 水平的“311-B”D饱和最优设计方案，每处理3次重复，随机区组排列，试验方案如表1所示。钾肥作为基肥一次性施入330 kg/hm2，全生育期灌水14 次（不含春、冬灌），灌水频率为每隔7 d一次。肥料选用尿素（含氮46%）、过磷酸钙（含磷12%）、硫酸钾（含钾50%），按撒施方式等分为6 份，共施6 次，春梢生长期1次，开花初期1次，盛花期3次，果熟期1次。

表1 枸杞大田试验设计方案

1.3 测定项目和计算方法

1.3.1 基本数据测定

（1）耗水量。采用烘干法测定土壤含水率，在0～100 cm土层内，每20 cm 为1 层，分层测量土壤含水率。如遇降雨，加测雨后土壤含水率。枸杞全生育期的耗水量根据农田土壤水量平衡方程计算得出，计算公式为：

式中：ETc实际作物腾发量即耗水量，mm；I为灌水量，mm；P为降水量，mm；R为地表径流量，mm；D为深层渗漏量，mm；△S为土体贮水量变化量(整个生育期结束后与开始前的土壤储水量之差，mm。

由于试验区地下水埋深平均大于25 m 且降雨较小，所以径流量R和深层渗漏量D在此忽略不计。

（2）水分利用效率。水分利用效率WUE的计算公式为

式中：WUE为作物水分利用效率，kg/m3，Y为枸杞干果产量，kg/hm2。

（3）肥料偏生产力。肥料偏生产力PFP的计算公式为

式中：PFP为肥料偏生产力，kg/kg；FT为N、P2O5和K2O 的总施用量，kg/hm2。

（4）产量。在枸杞夏果及秋果成熟后，按小区测定，成熟一批采摘一批，共采摘5批鲜果。采摘后利用电子天平测定枸杞鲜重，然后用烘箱进行梯度烘干测定枸杞干果质量。整个采摘期结束后，统计全年鲜、干果单位面积产量。

百粒重：枸杞采收后制干，分别从每个处理中选取100粒大小均匀的枸杞干果，用电子天平（精度为0.1 g）称量其重量，每个处理重复3次取平均值。

粒度：枸杞采收后制干，分别从每个处理中用电子天平称量50g 枸杞干果，并记录50g 枸杞干果的粒数，每个处理重复3次取平均值。

（5）经济效益。经济效益的计算公式为：

式中：E为总效益；G为总收入；I为水费；F为肥料费用；P为人工采摘费用；O为其他投入费用。

1.3.2 数据分析

试验数据的每个指标为每次处理三次重复的平均值，采用Microsoft Excel 2017 进行数据整理；使用SPSS 19.0 统计分析数据，LSD法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同水肥处理对枸杞产量的影响

产量是各评价指标中最重要的一个指标，枸杞产量分鲜果产量（鲜重）、干果产量（干重）、百粒重和粒度四个指标进行衡量。表2为不同水肥处理对“宁杞7号”4 a生枸杞鲜果产量、干果产量、百粒重和粒数的影响。结果表明，灌水量和氮肥施量分对枸杞鲜重和干重有极显著性影响（p＜0.01），说明灌水量直接影响枸杞鲜果的水分含量，氮肥施量对枸杞果实的营养物质积累及重量的影响显著，一味的高水高肥不能带来枸杞果实的高产。鲜重和干重产量最高的为中水中肥的T11 处理，较产量最低的低水中肥处理T10 分别高40.67%，44.92%。说明，灌水量也是影响枸杞的产量的一个重要因素。水氮交互作用对枸杞鲜重也有极显著影响（p＜0.01），说明在土壤中水分和氮肥相互耦合也影响了枸杞的产量，适当的水分补给和充足的氮肥施用是获得高产的关键。而磷肥对枸杞干重和鲜重产量的影响不显著。从枸杞果实的百粒重和粒度因素来看，氮肥、磷肥对百粒重和粒度有显著影响（p＜0.05）,且肥料施量越高百粒重越高、粒度越低，且与肥料施量呈正相关。其中肥料施量最高的T3 处理的百粒重最高达19.23 g，对应的粒度最低为233.17 粒/50 g，较最低的百粒重高8.3%，较最高的粒度低25.36%，且各处理间差异不显著。可见，肥料的施用增加了枸杞的百粒重，降低了粒度，提高了枸杞果实的商品属性。

表2 不同水肥处理对枸杞鲜重、干重、百粒重和粒度的影响

2.2 不同水肥处理对枸杞耗水量、水分利用效率和肥料偏生产力的影响

不同水肥处理对枸杞耗水量、水分利用效率和肥料偏生产力的影响如表3可知，灌水量是造成耗水量差异的主要原因，灌水量和耗水量最高的处理为T4 处理，最低为T6 处理。试验表明，灌水量对耗水量有显著影响（p＜0.05），且呈正相关关系，但与施肥水平和水肥交互作用无显著影响（p＞0.05）。

水分利用效率WUE是衡量作物产量和用水量关系的一种指标。由表3可知，耗水量单因素和水氮交互作用对WUE有极显著影响（p＜0.01），而施氮量、施磷量单因素和水磷、氮磷交互作用对WUE有显著影响（p＜0.05）。2 250 m3/hm2灌溉条件下，T11 处理的WUE 显著高于T1 和T2 处理（p＜0.05），3 600 m3/hm2灌溉条件下，T4 处理的WUE显著高于T8 处理（p＜0.05）。各处理中，WUE最高的是T11 处理为0.39 kg/m3，WUE最低的是T8处理0.23 kg/m3。

表3 不同水肥处理对枸杞水分利用效率WUE 和肥料偏生产力PFP 的影响

肥料偏生产力（PFP）是反映当地土壤基础养分水平和化肥施用量综合效应的重要指标。由表3可知，灌水量和施氮量单因素以及水氮交互作用对PFP均有极显著影响（p＜0.01）。施磷量单因素和水磷交互作用对PFP没有显著影响（p＞0.05）。T3 处理的肥料用量最高（1 245 kg/hm2），PFP为1.60 kg/kg，T9 处理的肥料用量最低（210 kg/hm2），PFP 为3.47 kg/kg，两者相差1.87 kg/kg。

2.3 不同水肥处理对经济效益的影响

目前，宁夏枸杞年均综合产值130亿元，平均每公顷收益在13.5～19.5 万元左右。不同水肥处理对经济效益的影响如表4所示，经济效益最高的前三个处理分别为T11、T1和T4，其经济效益值分别为24.21、23.166 和20.073 万元/hm2，高于平均最高经济收益的24.16%、18.80%和2.93%。

表4 不同水肥处理对经济效益的影响 万元/hm2

2.4 不同水肥处理对枸杞干重产量、经济效益、水分利用效率和肥料偏生产力的回归分析

分别以枸杞干重产量、经济效益、WUE和PFP为因变量，以灌水量（X1）、纯氮施量（X2）、纯磷施量（X3）为自变量，基于最小二乘法，对数据进行回归分析，建立三元二次回归方程，如表5所示。回归方程的R2值均大于0.89（p＜0.01），说明方程的拟合程度高，且有极显著影响。使上述因变量最大化时，计算灌水量和肥料用量，如表6所示。相同的灌水施肥条件下，很难满足产量、经济效益、WUE和PFP同时达到最大值。因此，需要进一步采用综合分析的方法，确定枸杞优质高效的灌溉施肥方案。

表5 水肥投入与枸杞干重产量、经济效益、WUE和PEP的回归方程

表6 最大枸杞干重产量、经济效益、WUE和PFP对应的水肥用量

2.5 基于TOPSIS 综合评价的枸杞高效灌溉施肥方案

采用TOPSIS 综合评价方法，将枸杞的干重产量、经济效益、WUE和PFP作为综合考虑可持续发展和效益最高的4 个重要指标，其权重大小设置为一致，评判指标统计结果如表7所示。

表7 TOPSIS评判指标统计量

由表7可知，覆膜滴灌条件下枸杞节水高产的灌溉施肥方案与以干重产量、经济效益和WUE为因变量的回归分析结果基本一致，最优的灌溉施肥方案为：“宁杞7号”4 a生枸杞全生育期的灌溉定额为2 324.25～2 464.05 m3/hm2，肥料施量（N-P2O5-K2O）为419.85-269.25-330～486-294-330 kg/hm2。

3 讨 论

(1)不同水肥对枸杞产量的影响。枸杞是一种耐旱喜肥的作物，且对氮肥敏感，产量受灌溉、施肥以及农艺措施直接影响。研究中，中水中氮中磷和中水中氮高磷的组合能得到枸杞的最优产量，低水低肥的组合则产量最低。这说明在水肥互作的影响下，水肥需要在一定的范围内才能得到最高的产量。

灌水能够促进枸杞果树的生理生长，提高光合作用，通过枝叶的生长，提供给果实充分的水分。但随着灌水量的降低，植株受到干旱胁迫，田间蒸腾蒸发量逐渐降低，将抑制生殖生长从而造成产量减少[17]。施肥能够提供给枸杞生长所需的营养元素，并促进营养元素向果实的转移，为生殖生长提供有利条件。本试验中，在盛花期施肥3次，在结果时，随着籽粒的形成，茎、叶中的氮素和磷均开始向籽粒中转移，提高了结果率和粒度。因此，随着施肥量的增加能显著增加枸杞的百粒重、降低粒数，提高枸杞的商品属性，但过量的施肥则会导致叶片生长旺盛，产生早衰现象，影响籽粒数量，不利于产量的增加[18]。本试验中，肥料施量最高的T3 处理的产量比最高产量低12.18%。因此，在覆膜滴灌条件下，需要考虑水肥的合理施用，达到“以水促肥，以肥调水”的目的。

(2)不同水肥处理对WUE、PFP 和经济效益的影响。Aziz和Yang 等[19，20]研究发现灌水量和施氮量对WUE均有显著影响，本研究也得到了相似的结果。由表4可知，WUE最高为0.39 kg/m3时的灌水量为2 250 m3/hm2，肥料施量（N-P2O5-K2O）为315-315-330 kg/hm2。WUE最低为0.23 kg/m3时的灌水量和肥料施量（N-P2O5-K2O）分别为3 600 m3/hm2和210-120-330 kg/hm2。表明灌水量的减少，降低了枸杞本身的蒸腾蒸发量，加速了枸杞根部从土壤中吸收更多水分的能力，并以此获得了较高的水分利用率。

Wu 和张富仓等[21，22]研究发现，PFP随施肥量的增加而减低，随灌水量的增加而增大。在本试验中，PFP值最高为3.47 kg/kg，对应的灌水量和肥料施量（N-P2O5-K2O）分别为1 770 m3/hm2，0-120-330 kg/hm2，干重产量为1 560.6 kg/hm2，低于最高产量44.19%。说明高的PFP，并不能得到最高的产量。这是由于当补给肥料不能提供给枸杞生理生长和生殖生长所需的营养时，枸杞根部会从土壤中吸取更多有利于自身生长的养分，造成土壤营养贫瘠，从而提高了肥料偏生产力。因此，为追求高的肥料偏生产力，而增加灌水量、降低肥料用量的做法，会造成水资源的浪费，且不利于作物种植和土壤的可持续发展。

另外，如表5所示，T4 处理的肥料投用量最高，其经济效益为20.073 万元/hm2，对应的灌溉量和肥料施量（N-P2O5-K2O）分别为3 600 m3/hm2和420-210-330 kg/kg。而经济效益最高的为T11 处理24.212 万元/hm2，其肥料用量仅为T4 处理的83.34%。结果表明，高的经济效益需要一定量的肥料投入，但不是随意的增加施用量[23]。产量与经济效益呈正相关关系，这一结果与张富仓[24]的试验结果表明略有差别，其研究结果表明经济效益最高的处理组合为产量次高的水肥组合。这种结果的不同可能与枸杞采摘的人工费用以及当年市场的变化有关。

4 结 论

（1）在枸杞的整个生育期内，中水中肥的T11处理产量最高较最低处理T10高44.9%，中水高肥的T3处理的百粒重最高较T11 处理高3.0%，粒度最低较T11 处理低12.18%。枸杞虽喜肥，但单纯地增加施肥量只会造成单果质量的提升，树体早衰而无法提高结果率，达到增产的效果。

（2）T11 处理的WUE 和经济效益最高较平均水平分别高23.07%和24.16%，且WUE随灌水量的增大而降低；中水低肥的T9 处理偏肥料生产力最高达3.47 kg/kg，而PFP 与肥料用量呈反比关系。全生育期内，适量增加肥料用量能增加产量，提高水分利用效率。

（3）从多元回归分析和TOPSIS 综合评价法的考量下，T11处理为最优组合。在宁夏中部干旱地区膜下滴灌生产方式下，4 a 生“宁杞7 号”的最佳水肥管理方案为：灌溉定额为2 324.25～2 664.05 m3/hm2，肥料施量（N-P2O5-K2O） 为419.85-269.25-330～486-294-330 kg/hm2。在此条件下，枸杞干重产量、水分利用效率、肥料偏生产力和经济效益可以分别达到2 408.25 kg/hm2，0.41 kg/m3，3.32 kg/kg，20.036 万元/hm2。钾肥一次性基施，氮肥和磷肥均等分为6 份，春梢生长期1次，开花初期1次，盛花期3次，果熟期1次施用。