滴灌大豆不同灌水量的產(chǎn)量與水分效應(yīng)分析

孫丹丹，張忠學(xué)

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，哈爾濱 150030）

大豆是黑龍江省的主要糧食作物和油料作物之一，黑龍江省又是全國最重要的大豆商品糧基地和出口基地[1]。大豆全生育期需水較多，灌溉是大豆增產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一。我國農(nóng)業(yè)用水占全國總用水量的70.4%，農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重[2]。為了提高大豆產(chǎn)量且節(jié)約用水，提高灌溉效率尤為必要。吳普特等在分析研究渠灌區(qū)農(nóng)田水利存在的問題后，指出工程節(jié)水，農(nóng)藝節(jié)水與管理技術(shù)的綜合節(jié)水模式是渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)高效用水模式[3]。滴灌是節(jié)水農(nóng)業(yè)中最有效的措施之一，可以使作物根系層的水分條件始終處在最優(yōu)狀態(tài)下，為提高作物產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)[4]。滴灌也是一種把機(jī)械化、自動化灌溉有機(jī)結(jié)合起來的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，由地面灌水技術(shù)走向管道化和有壓輸水，是集約化程度高的灌溉技術(shù)[5]。Yohannes研究表明，滴灌番茄的產(chǎn)量和水分利用率均比溝灌高，果實(shí)大小和植株高度也呈現(xiàn)相同趨勢[6]。

目前對大豆滴灌的相關(guān)研究較少，由于供試土壤、品種和環(huán)境條件有差異，試驗(yàn)方法和處理時期不同，研究結(jié)果不統(tǒng)一。本試驗(yàn)采用滴灌的灌溉方式，研究不同灌水量條件下對大豆生理性狀、產(chǎn)量、大豆根區(qū)土壤水分狀況及其水分利用效率的影響，并得到取得大豆高產(chǎn)的適宜的灌水量，旨在為當(dāng)?shù)亟⒏弋a(chǎn)、高效、節(jié)水的大豆滴灌體系提供一定理論依據(jù)。

1 試區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于黑龍江省西南部杜爾伯特蒙古族自治縣農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)，地處東經(jīng)124°25'，北緯46.5°5'，平均海拔145.4 m。屬溫帶大陸性半干旱氣候。多年平均降水量為407.7 mm，分布較集中，年內(nèi)分配不均，主要集中于7～9月，因而常出現(xiàn)干旱年份和季節(jié)。年平均氣溫3.6～4.4℃。

試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為砂壤土，地下水埋深為13～18 m。試驗(yàn)區(qū)的土壤基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)12.5 g·kg－1，全氮 0.98 g·kg－1，全磷 1.105 g·kg－1，全鉀 1.44g·kg－1，堿解氮 48.2 mg·kg－1，速效磷 21.5 mg·kg－1，速效鉀71.5 mg·kg－1，pH 7.82。耕層田間持水量為19.35%～20.37%（重量百分比），土壤剖面上土壤深度為0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm的土壤容重分別為1.29、1.45、1.42、1.51、1.55 g·cm－3。土壤主要包括有機(jī)質(zhì)、N、P、K等。大豆各生育階段降雨量播種－出苗20.2 mm，出苗－分枝140 mm，分枝－開花41.6 mm，開花－結(jié)莢0.9 mm，結(jié)莢－鼓粒8.1 mm，鼓粒－成熟99.3 mm。。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)共設(shè)計了4個水分處理，分別灌水690、890、1 090、1 290 m3·hm－2，每個處理重復(fù)3次。以不灌水的試驗(yàn)小區(qū)作對照。灌水方法采用滴灌，每個試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)水口處均有水表控制。

2.2 測定內(nèi)容與方法

方案見表1。

表1 各處理試驗(yàn)區(qū)灌溉方案Table 1 Irrigation schemes of experiment site for different treatment(m3·hm-2)

表2 不同水分處理對大豆產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 2 Effects of different irrigation water treatments on yield components in soybean

土壤含水率的確定：采用烘干法測定，在剖面上土壤水分的測定深度為80cm，分為5個層次，分別為0～10，10～20，20～40，40～60，60～80 cm。

作物生長狀況的測定：觀測作物各生育階段的株高、葉面積、莖粗、干物質(zhì)。

氣象因素的觀測：主要有降水量、氣溫、蒸發(fā)量等。

依據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)范的要求測產(chǎn)：記錄大豆籽粒產(chǎn)量、百粒重等指標(biāo)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同灌水處理對大豆產(chǎn)量及其構(gòu)成要素影響

結(jié)果見表2。

發(fā)展綠色食品是落實(shí)“三農(nóng)思想”的重要體現(xiàn)，是人民美好生活的需要，是質(zhì)量興農(nóng)、品牌興農(nóng)、綠色興農(nóng)的抓手，是鄉(xiāng)村振興的必經(jīng)道路。

作物生長正常與否，主要標(biāo)志是產(chǎn)量，百粒重、單株粒數(shù)、灌水量都是影響大豆的籽粒產(chǎn)量的重要因素，其中任何一個因素發(fā)生變化都會引起產(chǎn)量變化。從產(chǎn)量的效果中可以找出大豆的適宜滴灌水量。

由表1可見，滴灌處理1、2、3、4的產(chǎn)量均大于對照處理，其中，處理3的產(chǎn)量比對照提高了80.9%，表現(xiàn)出顯著差異。

灌水量與大豆產(chǎn)量的關(guān)系見圖1。由圖1可知，二者的關(guān)系密切。在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著灌水量的增加，大豆的產(chǎn)量也明顯增加，但當(dāng)降水量或者灌水量超出適宜范圍，產(chǎn)量的增加會隨著耗水量的增加繼續(xù)增加，但增加的趨勢緩慢；如果降水量或者灌水量再繼續(xù)增加，因水過多，產(chǎn)量降低。

通過回歸分析得到二者呈現(xiàn)線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R為0.904，呈正相關(guān)，且為高度相關(guān)。其回歸方程為：Y=－0.003X2+7.181X－861.611，其中Y為大豆產(chǎn)量，X為灌水量。

通過產(chǎn)量的方差齊次性檢驗(yàn)，從顯著性概率為P=0.338來看，P＞0.05，說明各組的方差在a=0.05水平上沒有顯著性差異，即方差具有齊次性，所以可以選擇LSD多重比較方法對產(chǎn)量進(jìn)行方差分析。結(jié)果表明，F(xiàn)=33.324，對照與各滴灌處理都有顯著性差異，處理1與處理3及處理4存在顯著性差異，是因?yàn)樘幚?的灌水量較少，在大豆的需水關(guān)鍵期水分欠缺，對產(chǎn)量構(gòu)成的各要素產(chǎn)生了不良的影響，所以產(chǎn)量較低。

3.2 大豆的各生育期的田間耗水量

大豆全生育期內(nèi)耗水量和日耗水量見圖2、3。

圖1 大豆產(chǎn)量與灌水量的關(guān)系Fig.1 Soybean yield of different irrigation water treatments

圖2 不同水分處理各生育階段耗水量Fig.2 Water consumption of different water irrigation treatments in every stages

大豆的需水量很高，在滴灌的條件下，土壤、降雨、栽培技術(shù)等因素都會影響大豆的全生育期耗水量，所以在大豆的各生育階段，所對應(yīng)的耗水強(qiáng)度也不同，同時成一定的規(guī)律。本試驗(yàn)通在滴灌水量的不同處理下，得到大豆各生育階段耗水量，日耗水量的變化情況。隨著灌水量的增加，耗水量也隨之增加。

由圖2、3可知，大豆在滴灌條件下日耗水量在開花期和結(jié)莢期達(dá)到最大，也恰是大豆需水多的重要時期，因此在這兩個時期合理控制灌溉水量，是滴灌大豆提高產(chǎn)量的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。4個滴灌處理的日耗水量都在苗期出現(xiàn)最小值，這表明隨著植株的生長、葉面積的增大，需水強(qiáng)度也越來越大。滴灌大豆日耗水強(qiáng)度在結(jié)莢期時達(dá)到最大，各處理這一時期的日耗水量分別為4.3，4.8，5.1，5.4，2.3 mm·d－1。在鼓粒期后耗水量逐漸呈現(xiàn)下降趨勢。

圖3 不同水分處理各生育階段日耗水量Fig.3 Water consumption daily of different water irrigation treatments in every stages

3.3 不同灌水量與大豆水分利用效率的關(guān)系

表3 不同水分處理對水分利用效率的影響Table 3 Effects of irrigation different treatment of water use efficiency

生育期總耗水量與產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)R為0.930，呈高度正相關(guān)。其擬合方程為：Y=－0.008X2+65.493X－133488.161，其中X為耗水量，Y為產(chǎn)量。

如表3所示，在一定范圍內(nèi)，大豆的產(chǎn)量會隨著耗水量的增加而明顯的增加。當(dāng)降水量或灌水量超出適宜范圍，產(chǎn)量的增加會隨著耗水量的增加而增加，但增加趨勢緩慢：如降水量或灌水量再繼續(xù)增加，因水過多，產(chǎn)量降低。

水分利用效率隨著灌水量的增加而增加，不灌水的對照處理的水分利用效率為0.60，由于滴灌有助于使大豆根系層的水分條件處在最優(yōu)的狀態(tài)下，提高大豆對水分的吸收利用，水分有效利用程度提高。各滴灌處理的水分利用效率分別比對照處理提高了13.8%、24.9%、34.4%、22.3%，說明在滴灌條件下，水分利用效率的提高效果顯著。處理3的大豆在全生育期內(nèi)的水分利用效率是較高的，在產(chǎn)量方面也是最突出的。

4 結(jié)論

a.本試驗(yàn)采用不同灌水量的對比，結(jié)果表明，滴灌大豆不同的灌水水平對大豆量均有一定影響。其中，處理3的大豆產(chǎn)量最高，為3 393.0 kg·hm－2，對應(yīng)的水分利用效率0.81也是最高的。

b.在一定灌水量范圍內(nèi)，大豆的產(chǎn)量及水分利用效率隨著灌水量的增加而增加。由于水分不足或水分過多都會對大豆產(chǎn)量，水分利用效率造成不良影響。

c.大豆日耗水量在苗期出現(xiàn)最小值，在開花期和結(jié)莢期達(dá)到最大，各處理在這時期的日耗水量分別為4.3，4.8，5.1，5.4，2.3 mm·d－1。這時也恰是大豆需水的主要時期。因此，在大豆的開花期和結(jié)莢期內(nèi)合理支配水資源是實(shí)現(xiàn)滴灌大豆高產(chǎn)的關(guān)鍵。

d.由于試驗(yàn)處理有限，本試驗(yàn)中灌水量為1 090 m3·hm－2的處理大部分觀測指標(biāo)優(yōu)于其他處理，而灌溉定額范圍不能定論，有待下一步定量研究。另外，對于不同氣象因子，作物的水分消耗均有所不同，所以，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了在節(jié)水的同時獲得高產(chǎn)，灌水量可根據(jù)當(dāng)?shù)禺?dāng)年氣候條件適當(dāng)調(diào)整。

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