微咸水滴灌條件下水氮互作對枸杞生長及產(chǎn)量的影響

劉 敏，楊樹青，符 鮮，宛 恒(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

0 引 言

現(xiàn)如今淡水資源日益緊缺，嚴重制約著農(nóng)業(yè)的發(fā)展。而此時利用微咸水進行農(nóng)業(yè)灌溉成為一條緩解水資源供需矛盾的重要途徑。有研究表明，滴灌被認為是微咸水灌溉的較好方式[1,2]，能及時將作物生長所需的水分、養(yǎng)分適量地輸送到作物的根部土壤，以起到節(jié)水、節(jié)肥效果[3,4]。目前，國內(nèi)外很多學(xué)者以棉花、西瓜、黃瓜等作物為研究對象，進行了微咸水滴灌的灌溉制度、產(chǎn)量及水分利用效率方面的研究，并取得好的成果，表示微咸水滴灌沒有使作物造成減產(chǎn)，甚至能起到節(jié)水增產(chǎn)的效果[5-8]。枸杞是一種具有較高藥用價值強耐鹽、耐旱作物，能很好地適應(yīng)劣質(zhì)的生存環(huán)境。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水分和肥料是作物生長的重要因素，扮演著重要的角色，因此水肥的合理利用是保證高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維持農(nóng)田土壤環(huán)境的關(guān)鍵[9,10]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，枸杞微咸水滴灌和水肥耦合結(jié)合的研究鮮有報道。在農(nóng)業(yè)灌水受限制的背景下，利用豐富的微咸水資源進行灌溉，同時將滴灌水肥耦合技術(shù)運用到河套灌區(qū)以實現(xiàn)枸杞高效高產(chǎn)，對當?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

本文將在前人對枸杞微咸水灌溉制度及耗水規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，采用微咸水滴灌的方式，以枸杞為研究對象，設(shè)置不同的灌水量和施肥量，研究水氮互作對枸杞生長、產(chǎn)量及灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響，初步優(yōu)選適宜的水氮處理，為當?shù)氐蔫坭睫r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2016年4-8月在內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特前旗公廟鄉(xiāng)紅衛(wèi)村一試驗田進行，試驗區(qū)位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)最下游的三湖河灌域西部。該地區(qū)屬中溫帶大陸性多風(fēng)干旱氣候，光照充足，年平均降水量270 mm，年平均蒸發(fā)量為2 383 mm，年平均氣溫7.9 ℃。地下水位較高(0.5～3 m)，地下水礦化度在2 g/L以上，當?shù)赝寥酪怨嘤偻痢Ⅺ}土為主，土壤含鹽量較高。0～100 cm土壤類型為粉壤土。耕層土壤(0～40 cm)pH 7.71，有機質(zhì)14.31 g/kg，全氮0.65 g/kg，銨態(tài)氮11.35 mg/kg，有效磷7.51 mg/kg，速效鉀218.45 mg/kg。0～100 cm土壤容重1.55 g/cm3。

1.2 試驗設(shè)計

試驗因素為灌水量和施氮量，試驗分別設(shè)灌水定額2 325、2 850、3 750 m3/hm23個水平和525、750、975 kg/hm23個施氮水平，共9個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)。供試作物為寧杞1號，每行43株，株距1.0 m，行距3.0 m。首尾各2株為保護帶，其余依次連續(xù)13株構(gòu)成一個試驗小區(qū)，1行3個小區(qū)，小區(qū)面積39 m2(3.0 m×13 m)。小區(qū)間采用60 cm隔水板做防滲隔離。

供試枸杞為寧杞1號。本試驗采用尿素(含N：46.67%)、磷酸二銨和硝酸磷作為供試肥量。灌溉采用礦化度為3.84 g/L的當?shù)鼐喔取８魈幚碓诓煌趦?nèi)的灌水定額和灌水次數(shù)如表1所示，其中果熟期灌水3次，夏果盛期灌水2次，其他生育期各處理的灌水次數(shù)均為1次。基肥采用磷酸二銨900 kg/hm2和硝酸磷825 kg/hm2在頭水前施入，只選用尿素作追肥在生育期隨水施入，追施時間分別為5月中下旬(施肥量為全年追肥總量的20%)；6月中旬(施肥量為全年追肥總量的30%)；7月上旬(施肥量為全年追肥總量40%)；8月上旬(施肥量為全年追肥總量的10%)。

表1 枸杞田間試驗灌水定額及灌水次數(shù)表

1.3 測定項目及方法

1.3.1 枸杞生長指標測定

枸杞生長指標實行定株觀測，每處理選擇長勢相近的3棵作為觀測株，觀測株在整個生長期內(nèi)不做任何修剪。主要觀測以下項目：

新枝生長量：在植株東南西北中5個方位各選取一個新枝，4月末-7月上旬每隔3 d，7月中旬-落葉前每隔10 d，用鋼卷尺觀測新枝的生長量。

冠幅：樹體萌芽前修剪后用卷尺測冠幅(東西長、南北長)，此后，每月中旬測一次冠幅，截止果實采收結(jié)束。

地徑：樹體萌芽前修剪后用游標卡尺測地徑粗度，此后，每月中旬測一次地徑，截至果實采收結(jié)束。

株高：樹體萌芽前修剪后用鋼卷尺測株高，此后，每月中旬測一次株高，截至果實采收結(jié)束。

1.3.2 枸杞產(chǎn)量及商品品質(zhì)的測定

每處理選取長勢相近的4棵進行考種，測定枸杞子鮮重、干重。選取各處理均勻一致有代表性的4棵進行測產(chǎn)，折算成單位面積產(chǎn)量。

商品品質(zhì)包含百粒重、果長。百粒重測定程序及方法：將各處理樣品用四分法取百粒鮮果稱重，重復(fù)3次，求其平均值，獲得鮮果百粒重(g)。

果長測定程序及方法：將各處理樣品用四分法取10粒鮮果，用游標卡尺測量果實橫縱徑，求其平均值，獲得鮮果果長(mm)。

1.3.3 灌溉水分利用效率及肥料偏生產(chǎn)力的計算

灌溉水分利用效率(iWUE)(kg/m3)計算公式為：

iWUE=Y/W

式中：Y為枸杞干果產(chǎn)量，kg/hm2；W為生育期灌水總量，m3/hm2。

肥料偏生產(chǎn)力(PFP)(kg/kg)計算公式為：

PFP=Y/N

式中：N為投入的N的總質(zhì)量，kg/hm2；Y為枸杞干果產(chǎn)量，kg/hm2。

2 結(jié)果分析

2.1 微咸水滴灌不同水氮處理對枸杞生長的影響

枸杞植株各生育指標的生長除受其品種、土壤類型的影響之外，土壤中水分和養(yǎng)分的含量對植株各部位的生長也至關(guān)重要。由于枸杞是多年生作物，其各形態(tài)指標在一年全生育期內(nèi)的變化較一年生作物相比增長變化幅度不是很明顯，所以本文將對各指標在生育期內(nèi)的生長速率進行分析以突顯各水肥處理對其的影響。

2.1.1 不同水氮處理對枸杞株高生長的影響

由表2可以看出，不同水氮處理枸杞株高的生長速率由大到小表現(xiàn)為W3N3>W2N2>W2N3>W3N2>W2N1>W3N1>W1N2>W1N3>W1N1；其中株高生長速率最大的是W3N3，為0.430 cm/d，并且顯著高于其余水氮組合處理；W2N2僅次于W3N3，為0.366 cm/d。W2N2處理的株高生長速率與W2N3和W3N2的無顯著差異。在W1、W2水平下，隨著施N量的增加株高生長速率先增高后降低；W3水平下，隨著施N量的增加株高生長速率逐漸增高，說明在水分脅迫的情況下增加施氮量不會對株高有明顯的促進作用，而在水分充足的情況下，增加施氮量能很好地發(fā)揮促生長作用。除W3N3處理外，在各施N水平相同的條件下，對應(yīng)W2處理的株高生長速率最大。

2.1.2 不同水氮處理對枸杞新枝生長的影響

由表2可以看出，不同水氮處理中枸杞新枝的生長速率最大的是W2N2，為0.327 mm/d，高于其余水氮組合處理，但僅與W3N2的新枝生長速率無顯著差異；枸杞新枝的生長速率最小的是W1N1，為0.170 mm/d，說明水分脅迫和施氮量不足會抑制枸杞新枝的生長；在W1、W2、W3水平下，新枝的生長速率均表現(xiàn)為N2>N3>N1，說明隨著施氮量的增加對枸杞新枝的生長有促進作用，但施氮量增加到一定的程度也會抑制新枝生長。

2.1.3 不同水氮處理對枸杞地徑生長的影響

由表2可以看出，在各灌水水平下，隨著施N量的增加地徑生長速率逐漸增高；W2N3地徑生長速率為0.044 4 mm/d，生長最好，顯著高于N1和N2水平下的處理。由此說明提高施氮量有助于地徑的增長。在各施氮水平下，施氮量相同時，地徑生長速率在W2水平下高于W1水平，而W3水平增長減弱。所以綜合水肥的影響及考慮到節(jié)約肥料減少污染的問題，W2N2處理較適宜枸杞地徑的生長。

2.1.4 不同水氮處理對枸杞冠幅生長的影響

由表2可以看出，在W1和W3水平下，施氮量對冠幅的影響表現(xiàn)為N2>N3>N1，在W2水平下表現(xiàn)為N2>N1>N3，說明高氮在中水的水平下對冠幅完全不能發(fā)揮促進作用，浪費了肥料。在各處理水平中，冠幅的生長速率最大的是W2N2處理，為0.260 cm/d，顯著高于W1、W3水平下的處理。由此說明適宜的灌水量和施肥量有助于枸杞冠幅的生長，并不是越多越有益。

2.2 微咸水滴灌不同水氮處理對枸杞產(chǎn)量及生育期的影響

2.2.1微咸水滴灌不同水氮處理對枸杞產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素分析(表3)可知，不同水平水氮處理對枸杞產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響表現(xiàn)不一。

表2 不同水氮處理對枸杞形態(tài)指標生長速率的影響

注:不同小寫字母表示5%差異顯著水平。

表3 微咸水滴灌施肥不同處理對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

注:不同小寫字母表示5%差異顯著水平。

由表3可知，隨著成熟時間的推移，在3個采摘期C1、C2、C3中果長整體呈現(xiàn)降低的趨勢。在每個采摘期中，不同的水肥處理之間的果長存在顯著差異，C1中W2N2果長最長為20.05 mm，C2中W2N3果長最長為18.71 mm，C3中W3N3和W2N2果長最長為14.64 mm，無顯著差異。

鮮果百粒重是枸杞產(chǎn)量構(gòu)成因素中一個非常重要的指標，能很好地突顯各處理水肥起的作用，分析百粒重的影響很有意義。由表3看出，百粒重在52.63～64.30 g間。在同一灌水水平下，N2較N1百粒重增加7.3%～11.4%，N3較N1百粒重增加1.9%～4.0%，說明中肥的促產(chǎn)效果比高肥更好；在同一施肥水平下，W2最高，W3次之，W1最低。

枸杞產(chǎn)量由大到小的順序為W2N2>W3N2>W2N3>W3N3>W2N1>W1N2>W3N1>W1N3>W1N1，最大的是W2N2，為5 547.22 kg/hm2。在同一施氮量條件下，W2水平干果產(chǎn)量較W1水平下有所增加，而到W3水平則干果產(chǎn)量顯著降低，平均降低4.06%；同一灌水水平下不同施肥處理間的干果產(chǎn)量存在顯著差異。同一灌水水平下，與N1相比較，N2和N3下干果產(chǎn)量提高了4.8%～27.6%，可見增施氮肥能明顯增加枸杞產(chǎn)量；與N2相比較發(fā)現(xiàn)，在各灌水水平下N3產(chǎn)量顯著性降低(P<0.05)，通過分析可發(fā)現(xiàn)各灌水水平下，中肥的效果較好。與W2N2相比，與之相比其余不同水肥處理枸杞產(chǎn)量降低1.94%～33.27%。W3N2與W2N2產(chǎn)量無顯著差異僅減少1.94%，說明在中肥水平下，加大了灌水量產(chǎn)量并沒有顯著的提高。對于鮮干比各處理間無顯著差異，在3.36～3.84之間變化?？紤]產(chǎn)量各構(gòu)成因素及水資源和肥料的節(jié)約問題，各處理中W2N2百粒重效果較好，能促進果長增長，同時利于產(chǎn)量的提高。

2.2.2 微咸水滴灌不同水氮處理對枸杞生育期的影響

用盛果期中某一階段枸杞收獲比例來反映枸杞生育期的長短，枸杞在前期收獲的比例越高，表示生育期短。

由表4看出，在7月20日以前,灌水W1水平各處理已收獲的枸杞產(chǎn)量占總產(chǎn)量的85%以上,灌水W2水平各處理收獲比例在83.40%～85.16%之間,灌水W3水平各處理則在83.72%～86.11%,可以看出水分脅迫枸杞生育進程。在同一灌水量下,隨著氮肥施量的增加，7月20日之前的棉花收獲比例先大幅度降低，分別為1.6%(W1)、1.76%(W2)、2.39%(W3)，然后小幅度增高，分別為1.02%(W1)、0.32%(W2)、0.9%(W3)，即從N1到N2增加施肥量延長枸杞生育期，而從N2到N3縮短生育期，但是與N1到N2相比變化很小;而且在水分脅迫較重時,氮肥對枸杞生育期影響不明顯；隨灌水量增加,各施肥處理間生育期差異加大。同時還看出，灌水較氮肥對枸杞生育期影響明顯。灌水促進了氮肥的發(fā)揮，使盛果期葉片養(yǎng)分含量較高，葉片葉綠素的活性也較高，從而延長了枸杞葉片功能期[1]。因此可以通過合理水氮配比適當延長枸杞生育期，從而提高產(chǎn)量。

表4 7月20日以前收獲產(chǎn)量比例 %

2.3 微咸水滴灌不同水氮耦合處理對灌溉水分利用效率及肥料偏生產(chǎn)力的影響

灌溉水分利用效率(iWUE)反映作物對水分的吸收和利用過程，肥料偏生產(chǎn)力(PFP)反映當?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分和化肥施用量的綜合效應(yīng)。由圖1看出二者對灌水和施肥處理的響應(yīng)規(guī)律相反，減小灌水量和增大施肥量時，iWUE增大，PFP減??；增大灌水量和降低施肥量時，iWUE減小，PFP增大。

注:不同小寫字母表示5%差異顯著水平。圖1 微咸水滴灌不同水肥處理對灌溉水分利用效率及肥料偏生產(chǎn)力的影響

圖1看出，不同灌水和施肥處理對灌溉水分利用效率表現(xiàn)不一，枸杞干果iWUE在1.38～2.03 kg/m3之間變化，W1N2處理的灌溉水分利用效率最高，為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；在同一灌水水平下隨著施氮量的增加灌溉水分利用效率從N1到N2大幅度顯著增加，而從N2到N3小幅度降低，即在一定程度上增加施氮量會提高灌溉水分利用效率，但不能盲目過量增施氮肥，因為過量施肥也會阻礙作物對水分的吸收，降低灌溉水分利用率。iWUE隨灌水量的增加而降低，隨施肥量增加先升后降。W1N2和W1N3盡管iWUE較高，但是由于此時產(chǎn)量過低不為人們所期望，在生產(chǎn)中不可取。W2N2處理的灌溉水分利用效率僅次于W1N2(低水中氮)無顯著差異，保持著高的灌溉水分利用效率，僅降低0.09 kg/m3。所以W2N2在保證高產(chǎn)的基礎(chǔ)上，灌溉水分利用效率也達到較高的水平，有利于提高灌水利用的經(jīng)濟效益。

對于不同處理對肥料偏生產(chǎn)力的影響，由圖1表現(xiàn)出，出W2N2和W3N2外，各處理見存在顯著差異。在同一灌水水平下，隨著施肥量的增加PFP遞減，且差異達到顯著水平(P<0.05)，總體表現(xiàn)為:N1>N2>N3，低肥N1處理比高肥N3和中肥N2處理PFP分別平均增加68.1%、57.8%；施肥量一定的條件下，PFP隨著灌水量的增加先增后減，總體表現(xiàn)為: W2>W3>W1，中水處理W2比其他灌水處理 W1、W3的PFP分別平均增加22.5%、4.4%，對于PFP在同一施肥量下W2>W3的現(xiàn)象，原因可能是W3水量過大而使肥料有一部分沒來得及被植物吸收而被淋到根區(qū)以外沒能充分發(fā)揮其作用，所以降低了肥料偏生產(chǎn)力; 水肥共同作用下PFP最大值出現(xiàn)在W2N1處，為9.10 kg/kg，這說明中水低肥能夠產(chǎn)生較高的肥料偏生產(chǎn)力。

3 結(jié) 語

(1)株高生長速率最大的是W3N3。水分脅迫的情況下增加施氮量對株高沒有明顯的促進作用，而在水分充足的情況下，增加施氮量能很好地發(fā)揮促生長作用。水分脅迫和施氮量不足會抑制枸杞新枝的生長，W2N2與W3N2處理的新枝生長速率較高。同一灌水水平，從N1到N3的處理對枸杞新枝的生長起先促進后抑制的作用。W2N2處理較適宜枸杞地徑的生長，相比N3水平，既節(jié)約肥料也能減少污染。對于冠幅生長速率，在W2水平下高氮不僅不能完全發(fā)揮促進作用，而且浪費了肥料。因此，水和肥對于枸杞的生長是必不可少的因素，但并不是越多越有益。

(2)在成熟采摘期中果長整體呈現(xiàn)降低的趨勢。W2N2產(chǎn)量最高，與W2N2相比，其余處理枸杞產(chǎn)量減少1.94%～33.27%。在同一灌水水平下，與N1相比較，N2和N3各處理干果產(chǎn)量提高了4.8%～27.6%，百粒重增加7.3%～11.4%、1.9%～4.0%，所以增施氮肥促進枸杞產(chǎn)量增加。某一階段枸杞收獲比例，同一灌水量下，從N1到N2增加施肥量使枸杞生育期延長，而從N2到N3使生育期縮短。灌水較氮肥對枸杞生育期影響明顯，在W1時，氮肥對枸杞生育期影響不明顯；隨灌水量增加，各施肥處理間生育期差異加大。

(3)枸杞干果iWUE在1.38～2.03 kg/m3之間變化。W1N2的iWUE最大，W2N2次之，W2N1的肥料偏生產(chǎn)力PFP最大。iWUE隨灌水量的增加而降低，隨施肥量增加先增加后減少。在同一灌水水平下，隨著施肥量的增加PFP遞減，N1比N3和N2處理平均增加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)本文推薦的枸杞適宜的水肥組合為W2N2，在利于枸杞的株高、新枝、地徑及冠幅生長和保證高產(chǎn)的基礎(chǔ)上，iWUE和PFP也達到較高的水平。

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