灌水對沙漠綠洲區(qū)甘草生長動態(tài)和產(chǎn)量的影響

藺海明，紀 瑛，邱黛玉

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070; 2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室，甘肅 蘭州 730070;3.甘肅農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

位于石羊河流域下游的甘肅省民勤縣屬典型的沙漠綠洲區(qū)[1]，水資源是制約該區(qū)經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要因素，但在水資源利用上卻存在農(nóng)業(yè)耗水量過多和水資源利用率過低的問題，嚴重影響著該區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。如何提高作物灌水效率，發(fā)展節(jié)水灌溉，是該地區(qū)生產(chǎn)中亟待解決的問題。灌水對作物生長、產(chǎn)量及水分利用效率的影響研究較多，主要集中在大面積種植的糧食、蔬菜等作物上[4-6]。對小麥(Triticumaestivum)、棉花(Gossypiumhirsutum)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)等作物的研究表明，灌水能顯著促進作物營養(yǎng)器官生長，株高、分蘗數(shù)、分枝數(shù)、葉面積等的增加都不同程度地與灌水量成正相關(guān)[7-9]。中度水分虧缺產(chǎn)量和水分利用效率較高，具有一定的生物補償效應(yīng)[10]。呂麗華等[11]研究表明，適當?shù)乃置{迫不但不影響小麥產(chǎn)量，反而提高了水分利用效率。劉長利等[12]盆栽試驗表明一定程度的干旱脅迫環(huán)境，可提高人工種植甘草(Glycyrrhizauralensis)的藥材產(chǎn)量。近幾年前人[13-15]在施肥、密度、播種期等對甘草生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響方面進行了大量的研究,而在荒漠區(qū)大田條件下灌水對甘草生長和產(chǎn)量影響的研究相對較少。甘草根系發(fā)達，生命力強，覆蓋度高，具有耐旱、耐堿和耐瘠的特性，適宜在干旱、半干旱地區(qū)砂質(zhì)偏堿性的鈣質(zhì)土壤上生長，是半干旱荒漠地區(qū)優(yōu)良的藥用和防風固沙植物，民勤縣近年來甘草種植面積不斷擴大，這就急需建立當?shù)馗什莞弋a(chǎn)、高效、節(jié)水的生產(chǎn)體系。因此，在民勤沙漠綠洲條件下，研究灌水對甘草生長和產(chǎn)量的影響及其灌水運籌，對指導(dǎo)當?shù)厣a(chǎn)實踐具有重要意義。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 試驗于2006年4月―2007年10月在武威市石羊河林業(yè)總場義糧灘分場進行，位于巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠邊緣的民勤縣，海拔1 367 m，年日照時數(shù)3 028 h，年均溫7.8 ℃，1月均溫9.0～10.3 ℃，7月均溫21.4～23.9 ℃，≥10 ℃積溫2 900～3 500 ℃·d，年均降水115 mm，干燥度4～11，平均相對濕度40%～45%，無霜期160 d，屬典型的大陸性沙漠氣候。土壤為灰棕漠土，土質(zhì)肥沃，地勢平坦，灌溉條件好。

1.2試驗材料 供試材料經(jīng)鑒定為烏拉爾甘草，選用粒大飽滿、均勻一致的種子。種子用濃硫酸處理30 min后用清水沖洗數(shù)次，晾干待播。

1.3試驗設(shè)計 試驗設(shè)2 700(W1)、3 600(W2)、4 500(W3)、5 400(W4)、6 300(W5)和7 200(W6) m3/hm26個灌水處理，分別灌3、4、5、6、7和8次水(表1)，每次灌水定額900 m3/hm2，按處理進行畦灌，灌水量由水表控制。3次重復(fù)，隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積5 m×4 m，區(qū)間距0.4 m，各小區(qū)間埋設(shè)80 cm 深度的塑料膜,以防小區(qū)之間相互側(cè)滲，試驗期間因自然降水稀少，沒有用防雨棚遮擋。采用人工開溝播種，行距25 cm，播深2.0～2.5 cm，試驗于2006年5月3日播種，播種量34.6 kg/hm2，保苗48萬株/hm2。播種前結(jié)合深耕施尿素(含N 46%)450 kg/hm2，硫酸鉀(含K2O 52%)150 kg/hm2，作為基肥于播種前翻入土壤。其他管理同大田。

表1 灌水處理 m3/hm2

1.4測定項目與方法 播種當年在2006年6月20日、7月20日、8月20日、9月20日采樣測定，第2年返青后在2007年5月20日、7月20日、10月20日采樣測定，每次采樣在每小區(qū)定點挖取10株，洗凈根部泥土，晾干表面水分，分開地上部莖葉和地下部根系，測定株高及地上、地下部分生物量鮮質(zhì)量、干質(zhì)量，干質(zhì)量為自然風干后稱量。2006年10月20日和2007年10月20日，每小區(qū)采挖4 m2甘草根，測定其鮮質(zhì)量，風干后測定其干質(zhì)量，分別折合成播種后生長一年的甘草單位面積根產(chǎn)量和第2年的根產(chǎn)量。灌水利用效率計算參考任三學(xué)等[7]的方法。

灌水利用效率=單位面積根產(chǎn)量/單位面積灌水量。

1.5數(shù)據(jù)分析 試驗數(shù)據(jù)采用SPSS (13.0)統(tǒng)計軟件進行方差分析，各處理效果用LSD法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1灌水對甘草生長動態(tài)的影響

2.1.1灌水對甘草主莖生長動態(tài)的影響 播后生長一年的甘草主莖有2個生長高峰(表2)，一個是在6月下旬―7月下旬，另一個是在7月下旬―8月下旬，8月下旬以后主莖生長減緩，株高趨于平穩(wěn)。株高隨灌水量和灌水次數(shù)增加呈增加趨勢，至8月下旬，處理W2、W3、W4、W5和W6株高均顯著高于W1處理(P<0.05)，其中處理W4、W5和W6株高顯著高于W2和W3處理(P<0.05)，株高日均增加量為0.8 cm，主莖生長速度W6較W1快60%，較W2快33%，而W4、W5與W6之間株高差異不顯著(P>0.05)；至9月下旬株高趨于平穩(wěn)，各處理灌水優(yōu)勢還繼續(xù)保持，其中灌水次數(shù)最多的W6處理株高最高，較W1、W2、W3、W4處理依次高41.9%、27.8%、23.7%、8.4%(P<0.05)，此期株高日均增加量為0.2～0.3 cm，而W1由于水分虧缺株高基本沒有增加。第2年返青后甘草主莖在5月下旬―7月下旬只有一個生長高峰，以后主莖生長減緩，株高趨于平穩(wěn)。甘草返青后主莖的生長表現(xiàn)前一年灌水次數(shù)多的處理生長快，株高高于灌水少的處理(P<0.05)，說明第1年的灌水量對甘草第2年主莖的生長有影響。至7月下旬，W5和W6處理株高顯著高于其他處理，其中W6較W1處理高16.5%(P<0.05)，較W3高13.0%(P<0.05)，在此期間，株高日均增加1.0 cm，主莖生長速度W6較W1處理高11.5%；至10月下旬，W6處理株高較W1處理高20.5%(P<0.05)，較W3高16.0%(P<0.05)，株高日均增加0.1 cm，其他處理的株高日均增加量不足0.1 cm。

2.1.2灌水對甘草主根生長動態(tài)的影響 播后第1年甘草主根生長高峰在7月下旬―8月下旬(表2)，不同灌水處理根長從7月下旬開始就出現(xiàn)差異，處理W2、W3、WK4、W5和W6根長均比處理W1的長(P<0.05)，W3和W4處理根長最長，在生長高峰期根長日均生長量達0.5 cm，主根生長速度W4較W1快25.0%(P<0.05)，W3和W4處理間差異不顯著(P>0.05)；灌水次數(shù)超過6次(灌水量5 400 m3/hm2)根長降低。第2年返青后主根生長保持前一年主根的生長優(yōu)勢， 至10月下旬W3、W4、W5和W6處理的根長顯著長于W1和W2處理(P<0.05)，但是W3、W4、W5、W6處理之間差異不顯著(P>0.05)。以上分析表明，在一定灌水量范圍內(nèi)，根長隨灌水量增加而增長，但是灌水量過多對甘草根長的增加是不利的。

表2 不同灌水處理對甘草株高、主根長的影響 cm

2.1.3灌水對甘草蘆徑生長動態(tài)的影響 播后第1年甘草從6月下旬―8月下旬是甘草蘆徑快速增長時期，進入9月蘆徑生長趨于緩慢(表3)。不同灌水處理的蘆徑除了6月20日測定值差異不顯著外，其余幾次測定值均存在顯著差異(P<0.05)，蘆徑有隨灌水次數(shù)和灌水量增加而增加的趨勢， W3、W4、W5、W6處理的蘆徑均顯著較W1和W2處理粗(P<0.05)，至9月下旬，W1和W2處理的蘆徑顯著低于其他處理(P<0.05)，但是灌水5次以上的各處理間差異不顯著(P>0.05)，說明播后第1年甘草灌水5次(灌水量4 500 m3/hm2)就能保證蘆徑的生長，灌3次水(灌水量2 700 m3/hm2)則嚴重影響一年生苗根增粗生長。灌水5次以上處理在蘆徑快速增長期日均增加0.2 mm，增加速度W5較W1快10.0%。

第2年返青后甘草蘆徑在5月下旬―7月下旬生長迅速，7月下旬以后生長減緩。蘆徑生長延續(xù)前一年生長優(yōu)勢，7月下旬以后W3、W4、W5和W6處理的蘆徑顯著大于W1和W2處理(P<0.05)，而W3、W4、W5和W6處理之間差異不顯著(P>0.05)，說明甘草第2年生長灌5次水(包括冬水)就能滿足蘆徑生長。

表3 不同灌水處理對甘草蘆徑的動態(tài)變化 mm

2.1.4灌水對甘草地上部分干物質(zhì)積累動態(tài)的影響 播后第1年甘草地上部干質(zhì)量在6月下旬―7月下旬，7月下旬―8月下旬2個時期增加比較迅速，8月下旬―10月下旬由于葉片衰老脫落地上部干質(zhì)量降低(表4)。地上部干物質(zhì)隨灌水次數(shù)和灌水量增加而增加。從不同時期地上部干質(zhì)量來看，W2、W3、W4、W5和W6處理顯著高于W1(P<0.05),8月下旬地上部生長高峰期干質(zhì)量以W3和W4處理最高，與其他處理差異顯著(P<0.05)，且處理W3與W4之間差異不顯著(P>0.05)，7月下旬―8月下旬處理W3地上部日均增加0.08 g，干物質(zhì)積累速度較處理W1快53.0%。

第2年返青后甘草地上部干物質(zhì)在5月下旬―7月下旬增加比較迅速，7月下旬以后干物質(zhì)積累緩慢。延續(xù)前一年各處理的生長優(yōu)勢， W3、W4、W5和W6處理顯著高于W1和W2處理(P<0.05)，W2也顯著高于W1(P<0.05)，這可能與前一年灌水量不同有關(guān)。5月下旬―7月下旬生長高峰期，W3處理地上部干物質(zhì)日均增加0.1 g，干物質(zhì)積累速度較處理W1快11.0%。

表4 不同灌水處理對甘草地上部分干物質(zhì)積累動態(tài) g/株

2.1.5灌水對甘草根干物質(zhì)積累動態(tài)的影響 播后第1年甘草根干質(zhì)量在6月下旬―7月下旬緩慢增加，7月下旬―8月下旬、8月下旬―9月下旬2個時期增加比較迅速，生長高峰較地上部遲1個月(表5)。各時期根干質(zhì)量隨灌水次數(shù)和灌水量增加而增加，灌水次數(shù)和灌水量達到一定值后，根干質(zhì)量隨灌水次數(shù)和灌水量增加表現(xiàn)下降趨勢。處理W2、W3、WK4、W5和W6各時期根干質(zhì)量均顯著高于處理W1(P<0.05)，處理W3和W4根干質(zhì)量最高，和其他幾個處理差異顯著(P<0.05)，且他們二者間差異不顯著(P>0.05)，在7月下旬-9月下旬根快速生長期W3處理根干質(zhì)量日均增加量達0.3 g，增加速度較W1處理快50.0%。

第2年返青后，5月下旬甘草根干質(zhì)量低于越冬前的量，各處理差異還繼續(xù)保持(P<0.05)，以后隨生育進程根干質(zhì)量緩慢增加，7月下旬―10月下旬根進入快速生長期。W3和W4處理根干質(zhì)量最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，在7月下旬―10月下旬根快速生長期W3處理根干質(zhì)量日均增加量達0.5 g，較W1處理快25.0%。W2處理顯著高于W1(P<0.05)。

2.2灌水對甘草根產(chǎn)量、灌水效率的影響 甘草干根產(chǎn)量均隨灌水次數(shù)和灌水量增加而增加，但是當灌水次數(shù)和灌水量超過一定值后，干根產(chǎn)量表現(xiàn)出隨灌水次數(shù)和灌水量增加而下降(表6)，灌水效率隨灌水次數(shù)和灌水量增加呈下降趨勢。處理W3和W4根產(chǎn)量最高，二者間差異不顯著，但是和其他處理差異顯著，灌水效率W3處理較W4處理高，表明在不減產(chǎn)的情況下，處理W3較W4少灌一次水，節(jié)水900 m3/hm2。

表5 不同灌水處理對甘草單株根干物質(zhì)積累動態(tài) g/株

相關(guān)分析表明(表7)，甘草產(chǎn)量與單株根干質(zhì)量(r=0.90)、主根長(r=0.84)、蘆徑(r=0.48)、單株地上部干質(zhì)量(r=0.72)均呈極顯著和顯著正相關(guān)，與株高相關(guān)不顯著，說明灌水處理主要通過影響根干質(zhì)量、根長、地上部干質(zhì)量和蘆徑而最終影響根產(chǎn)量。

表6 不同灌水處理對甘草根產(chǎn)量和灌水效率的影響

表7 不同灌水處理甘草農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系

3 討論與結(jié)論

灌水對農(nóng)作物生長的影響研究表明，重度水分虧缺嚴重影響作物生長發(fā)育，使葉面積和生物總量減少，產(chǎn)量大幅降低。中度水分虧缺生物量小于充分灌水處理，但根冠比增加，有利于干物質(zhì)向籽粒運轉(zhuǎn)，產(chǎn)量和水分利用效率較高，表現(xiàn)出生物的補償效應(yīng)[10-11]。本研究同樣也表明在民勤荒漠性氣候條件下，甘草一年灌3次水(灌水量2 700 m3/hm2)嚴重影響甘草根產(chǎn)量，灌水增至5次(灌水量4 500 m3/hm2)和6次(灌水5 400 m3/hm2)，播后生長1年的甘草和生長2年的甘草根產(chǎn)量均達到較高水平，但是灌水5次的灌水效率較灌6次水的高，可節(jié)水900 m3/hm2，灌水超過6次，甘草根產(chǎn)量并沒有隨灌水量增加而增加，相反有所降低，灌水效率也隨之降低。灌水對作物地上部營養(yǎng)器官的正效應(yīng)在小麥、棉花、馬鈴薯、苜蓿(Medicagosativa)等作物研究得到證實[7-9,16-17]，冬小麥植株高度與灌水次數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，灌水能明顯促進棉花生長，株高增長與灌水量呈顯著正相關(guān)，馬鈴薯株高變化的基本趨勢是灌水量越大，植株越高，灌溉對苜蓿有明顯的增產(chǎn)效果。本研究中灌水明顯促進甘草地上部莖葉的生長，株高隨灌水次數(shù)和灌水量增加而增加。灌水對甘草根的生長也有明顯的促進效應(yīng)，但是灌水超過5次(灌水量4 500 m3/hm2)根長和蘆徑基本不再增加，而根干質(zhì)量有降低的趨勢，這有可能是由于灌水過多地上部旺盛生長，從而消耗過多的光合產(chǎn)物，使光合產(chǎn)物向根部分配減少致使根干質(zhì)量降低。相關(guān)分析表明，單株根干質(zhì)量、根長、蘆徑、單株地上部干質(zhì)量與甘草產(chǎn)量顯著正相關(guān)，灌水對根產(chǎn)量的效應(yīng)是由于對單根干質(zhì)量、根長、地上部干質(zhì)量和蘆徑影響的結(jié)果。

本研究還表明，播后第1年甘草地上部生長高峰在6月下旬-8月下旬，而第2年返青后甘草地上部生長高峰在5月下旬-7月下旬，在其生長高峰期灌水對甘草株高和地上部干質(zhì)量促進效應(yīng)最大；播后第1年甘草根生長高峰在7月下旬-9月下旬，第2年返青后甘草蘆徑生長高峰期在5月下旬-7月下旬，根干質(zhì)量生長高峰期在7月下旬-10月下旬，在其生長高峰期灌水對甘草根長、蘆徑、根干質(zhì)量促進效應(yīng)最大。

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