水肥耦合對南疆沙區(qū)滴灌紅棗光合特性及產(chǎn)量的影響

扁青永，王振華,2，胡家?guī)?，何新?2，李朝陽(.石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆石河子 832000；2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室,新疆石河子 832000)

紅棗是南疆沙區(qū)發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的重要經(jīng)濟作物，但南疆地區(qū)水資源極度匱乏，棗園缺少合理的科學(xué)灌溉施肥技術(shù)，傳統(tǒng)的漫灌和大量施肥現(xiàn)象普遍存在，其直接影響紅棗的生長、產(chǎn)量和生產(chǎn)效益，同時也影響著生態(tài)環(huán)境；實現(xiàn)滴灌條件下水肥的合理利用是提高作物生長、產(chǎn)量和水肥利用率的關(guān)鍵因素[1-2]。

目前，一些學(xué)者開展了滴灌條件下灌溉和施肥對紅棗生長、產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用效率等指標的影響研究，張亞鴿等[3]通過田間施肥調(diào)控使紅棗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、水分利用效率及產(chǎn)量分別提高50%、100.5%、48.8%和53.3%。柴仲平等[4-5]通過研究得出增施氮素有利于提高棗樹葉片凈光合速率和增產(chǎn)。此外，眾多學(xué)者通過水肥耦合試驗得出紅棗最佳水肥量[6-8]。以上研究主要局限于單方面灌溉定額、施肥量對紅棗各項指標的影響或是水肥耦合對紅棗生長、產(chǎn)量等少量指標的影響，而關(guān)于灌溉定額與施肥量配比對紅棗生長、產(chǎn)量和水肥利用效率等綜合指標的研究較少。本試驗研究集中在水肥耦合對滴灌紅棗光合特性、生長、產(chǎn)量及水肥利用效率的綜合影響，旨在提出綜合紅棗光合特性、生長、產(chǎn)量及水肥利用效率最優(yōu)的水肥灌溉模式，以期為南疆沙區(qū)紅棗優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的水肥綜合管理提供可借鑒的技術(shù)與方法。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016 年5-11 月在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第一師阿拉爾農(nóng)業(yè)灌溉試驗站進行。該區(qū)地處亞歐大陸腹地的塔里木河畔，受塔克拉瑪干沙漠的影響，屬典型的大陸性極端干旱荒漠氣候類型。年均日照時數(shù)達2 865 h，年均氣溫10.7 ℃，大于等于10 ℃積溫為4 113 ℃，無霜期達220 d，多年平均降水量為67 mm，平均蒸發(fā)量2 110 mm。試驗地地下水埋深大于3.5 m，試驗站設(shè)有小型氣象站，可自動記錄大氣壓力、地面溫度、有效輻射、最小相對濕度及太陽輻射等。土壤基本理化性質(zhì)：土壤質(zhì)地以粉砂質(zhì)粘壤土和粘壤土為主，田間持水量為19.43%～24.13%(灌后24 h測定)，體積質(zhì)量1.41 g·cm-3。

滴灌施肥是由水肥一體化設(shè)備控制，設(shè)備主要由水源、水泵、旋翼式水表、比例施肥泵和輸配水管道系統(tǒng)等組成。滴灌帶為內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，內(nèi)徑12 mm，滴頭間距300 mm，滴頭流量2 L·h-1，滴灌工作壓力0.05～0.12 MPa。

研究對象為南疆‘駿棗’8 a成齡棗樹，2008 年種植，2009 年嫁接，常年連續(xù)漫灌，2016-05-15開始進行漫灌改滴灌條件下水肥耦合試驗。

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)文獻[9]及當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝管理，設(shè)定灌溉定額和施肥量2個因素，灌溉定額分別為低水620 mm(W1)，中水820 mm(W2)，高水1 020 mm(W3)3個水平。施肥量采用N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1.5的比例(質(zhì)量比)，設(shè)定3個水平(低肥，中肥，高肥)，即施N，P2O5，K2O分別為200-100-150 kg·hm-2(F1)，400-200-300 kg·hm-2(F2)，600-300-450 kg·hm-2(F3)，另設(shè)置一個漫灌灌溉定額(1 020 mm)和施肥量(550-275-412 kg·hm-2)為對照處理(CK)，根據(jù)紅棗的需肥規(guī)律，采取少量多次的原則，萌芽新梢期施入1次，花期施肥2次，幼果膨大期施肥2次，白熟期施肥2次，完熟期不施肥，將肥料完全溶解于肥料罐中，通過水肥一體化裝置施入，施肥前半小時滴水，停水前半小時結(jié)束施肥。試驗設(shè)計見表1。

表1 試驗設(shè)計

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長指標 在新梢萌芽期、花期進行新梢長度和梢徑(主梢)的測定，每處理重復(fù)3次，每重復(fù)取樣5棵紅棗樹，每個生育期7～10 d測量1次，取平均值。新梢長度用卷尺測定，從新梢(側(cè)枝)與主干枝交界處測量；梢徑使用游標卡尺進行測量，測量部位始終為新梢基部。

1.3.2 光合指標 于2016-07-30 10:00-18:00進行光合指標的測定(驗證試驗光合指標測定于2016-09-15 10:00-18:00)，采用Li-6400便攜式光合測定儀(Li-CorInc，USA)測定凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。為降低環(huán)境變化帶來的誤差，采取“Z”字形測量法，即一次重復(fù)的每一個處理測定一個數(shù)據(jù)即進入下一處理，全部處理都測完后進入下一次循環(huán)，如此依次測完。

1.3.3 紅棗產(chǎn)量指標 紅棗成熟后按小區(qū)采摘，每個處理隨機取5棵，取平均值，再折合每公頃產(chǎn)量。計算灌溉水分利用效率(iWUE，kg·m-3)即用每個處理的總產(chǎn)量比總灌溉量[10-11],肥料偏生產(chǎn)力(PFP,kg·kg-1)為每個處理的總產(chǎn)量比總施肥量[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)計算；用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥耦合對滴灌紅棗光合特性的影響

由表2可以看出，灌水對紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci均達到極顯著水平(P<0.01)；施肥對紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci的影響不顯著(P>0.05)；水肥交互作用對紅棗葉片Pn、Tr、Gs達到極顯著水平(P<0.01)，對Ci的影響顯著(P<0.05)。因此，灌水因素和水肥耦合效應(yīng)對紅棗光合特性的影響明顯大于養(yǎng)分。

還可以看出，不同施肥水平下，紅棗葉片Pn、Tr隨灌溉量的增加表現(xiàn)為W2>W3>CK>W1(平均值，下同)，且W2和W3灌溉水平Pn值較CK分別提高8.07%、3.40%，Tr值較CK分別提高 14.59%、1.00% ；而Gs和Ci表現(xiàn)為W2>CK>W3>W1，W2水平Gs和Ci值較CK分別提高4.44%、7.26%。在不同灌水量條件下，增加施肥量，Pn、Tr、Gs、Ci值之間差異較小。不同水肥處理紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci最大值一般出現(xiàn)在W2F1處理，Pn、Tr、Gs最小值出現(xiàn)在W1F1處理，而Ci最小值在W1F3處理，各處理Pn、Tr、Gs和Ci最大值比最小值分別提高23.00%、22.54%、58.06%和58.08%，比CK分別提高12.61%、17.32%、8.89%、10.66%。這也說明紅棗Pn、Tr、Gs、Ci之間密切相關(guān)。當(dāng)紅棗Pn、Tr過高或過低時，可以通過控制紅棗葉片的氣孔開放程度的大小來適應(yīng)外界環(huán)境，其歸因于氣孔限制因素。

表2 不同水肥處理對紅棗葉片光合特性的影響

注:數(shù)值為“平均值±標準差”，字母a,b,c等表示同一列在P=0.05水平差異顯著，如不同小寫字母表示處理之間差異顯著(P<0.05)，相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)。*表示P<0.05水平差異顯著，**表示在P<0.01水平差異極顯著。無*表示在P>0.05水平差異無顯著。下表同。

Note：Data is “mean±standard error”;the different letters marked as a,b,c,etc shows the difference between treatments in each column at 0.05 significant level and 0.01 level respectively.No * indicates no significant,the same as following.

2.2 水肥耦合對滴灌紅棗生長指標的影響

表3為不同水肥處理對紅棗新梢生長指標的影響。如表所示，灌水對紅棗生長的影響達到顯著(P<0.05)或極顯著水平(P<0.01)，施肥對紅棗生長的作用不顯著(P>0.05)，水肥交互作用對紅棗生長的影響均表現(xiàn)為極顯著水平(P<0.01)，說明灌水因素和水肥耦合效應(yīng)對紅棗生長的影響顯著高于施肥因素。

2.2.1 水肥耦合對紅棗梢徑的影響 從表3可以看出，各水肥處理的紅棗梢徑隨著生育期持續(xù)增加，新梢前期最低，花后期最高。在新梢前期，不同施肥水平下，梢徑伴隨著灌水量增加表現(xiàn)為CK>W3>W2>W1,低水、中水和高水分別比對照低22.12%、17.55%、3.70%，在不同灌水水平下，增加施肥量梢徑表現(xiàn)為CK>F3>F2>F1，低肥、中肥、高肥處理比對照降低16.15%、14.85%、10.37%；從新梢中期開始，W2F2處理生長勢增強，其梢徑均高于其他處理，同時W2F2梢徑增加量為6.07 mm，高于其他水肥處理及CK增加量(4.84 mm)。由此表明，新梢前期可以通過增加水肥用量來增加梢徑；從新梢中期開始，W2F2處理能夠為紅棗樹充分輸送所需的養(yǎng)分和水分。

2.2.2 水肥耦合對紅棗梢長的影響 水肥處理梢長隨著生育期的延長而增加，變化趨勢基本與梢徑一致(表3)。CK梢長整體高于試驗設(shè)置的水肥處理，說明傳統(tǒng)漫灌方式有利于紅棗梢長的生長。新梢前期，W3F1處理梢長為45 cm，表現(xiàn)最好，與W3F3和CK處理之間無顯著性差異(P>0.05)；進入新梢中期，W2F2處理生長勢增強，始終表現(xiàn)為最佳，W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2、W2F3、W3F1、W3F2、W3F3、CK處理的梢長增加量分別為51 cm、51 cm、42 cm、57 cm、64 cm、56 cm、48 cm、58 cm、55 cm、59 cm，W2F2處理梢長增加量明顯高于其他處理。由此表明：在新梢前期，增加灌水施肥量對梢長增長有明顯的作用；到新梢中期，通過W2F2水肥處理為植株輸送充足的營養(yǎng)物質(zhì)及水分，結(jié)論與梢徑相同。

表3 不同水肥處理對紅棗新梢生長量的影響

2.3 水肥耦合對滴灌紅棗產(chǎn)量的影響

圖1為不同水肥處理對紅棗產(chǎn)量的影響。其中灌水和施肥對紅棗產(chǎn)量的影響均不顯著(P>0.05)，水肥交互作用對紅棗產(chǎn)量的影響達到極顯著水平(P<0.01)。說明水肥耦合效應(yīng)對紅棗產(chǎn)量的影響大于單因素水分或施肥對其的影響。因此水肥耦合模式的優(yōu)化選擇對提高紅棗產(chǎn)量有重要意義。

同時可以看出，不同水肥處理下紅棗產(chǎn)量在4 661(W1F2)～7 256 kg·hm-2(W2F1)區(qū)間；CK產(chǎn)量6 796 kg·hm-2僅僅低于W2F1(7 256 kg·hm-2)和W2F2處理(6 803 kg·hm-2)，W2F1處理產(chǎn)量較CK增產(chǎn)6.77%。不同灌水水平對紅棗產(chǎn)量均有不同響應(yīng)，其在W1和W3灌溉定額條件下，施肥量F2水平的產(chǎn)量顯著低于F1和F3水平，F(xiàn)2施肥量的產(chǎn)量比F1、F3分別降低1.48%、26.13%(W1)，12.65%、10.63%(W3)；在W2灌溉定額水平下，紅棗產(chǎn)量表現(xiàn)為F1>F2>F3，F(xiàn)1產(chǎn)量比F2、F3分別提高6.66%、25.13%；在相同施肥量條件下，紅棗產(chǎn)量隨灌水量整體上表現(xiàn)為W2高于其他灌溉水平，W2水平紅棗產(chǎn)量比W1、W3分別提高33.14%、29.50%(F1)，45.94%、39.01%(F2)。需指出的是，在F3施肥量水平下，W1與W2之間差異很小，W2比W3提高7.11%。以上結(jié)果表明，提高施肥量對紅棗產(chǎn)量會產(chǎn)生不利影響，同時，過高或過低的灌水均不利于提高紅棗產(chǎn)量，W2F1處理的紅棗增產(chǎn)效果最明顯。

字母a、b、c等表示同一列在0.05水平差異顯著，如不同小寫字母表示處理之間差異顯著(P<0.05)，相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05),下圖同 The letters a,b,c and said the same column significantly different at 0.05 level,such as different lowercase letters mean significant difference between treatments(P<0.05),the same lowercase letters indicate no significant difference (P>0.05),the same below

圖1不同水肥處理對產(chǎn)量的影響

Fig.1Effectsofdifferentwaterandfertilizertreatmentsonyield

2.4水肥耦合對滴灌紅棗灌溉水利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

不同水肥處理對紅棗灌溉水利用效率(iWUE)和肥料偏生產(chǎn)力(PFP)的影響見圖2。灌水對紅棗iWUE的影響達到極顯著水平(P<0.01)，而對PFP無顯著差異(P>0.05)；施肥對紅棗iWUE的影響無顯著性水平(P>0.05)，對PFP達到極顯著水平(P<0.01)；水肥耦合效應(yīng)對紅棗iWUE和PFP均達到顯著性水平。這說明單一水分或施肥因素對紅棗iWUE和PFP具有局限性，水分只對iWUE具有顯著作用，而施肥對PFP有明顯影響；但水肥交互作用對iWUE和PFP均有顯著影響，進一步說明水肥耦合效應(yīng)對紅棗影響大于單因素水分或施肥對其的影響。

另外，iWUE與PFP值分別介于4.53 kg·m-3(W3F2)～8.17 kg·m-3(W1F3)、4.38 kg·kg-1(W3F3)～16.12 kg·kg-1(W2F1)，iWUE和PFP最大值較CK分別提高29.89%、193.41%；不同施肥水平下，iWUE伴隨著灌水量增加表現(xiàn)為W1>W2>CK>W3，低水和中水處理比對照分別提高17.65%、17.64%，PFP則表現(xiàn)為W2>W3>W1>CK，中水、高水和低水比對照分別提高35.88%、75.41%、37.34%；不同灌水水平下增加施肥量iWUE和PFP分別表現(xiàn)為F1>F3>CK>F2、F1>F2>CK>F3，低肥和高肥處理iWUE值比CK分別提高9.38%、3.18%，同時，低肥和中肥處理PFP值比CK分別提高146.99%、17.85%。由此可知，中水和低肥處理在紅棗產(chǎn)量最高的基礎(chǔ)上，iWUE和PFP也達到較高水平。

圖2 不同水肥處理對灌溉水利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

3 討 論

水肥因素是紅棗生長和發(fā)育的重要保障，也是影響作物光合生理特性的主要因素[13]。李建明等[14]研究認為，灌水和水肥交互作用對光合的影響大于施肥因素，這與本試驗研究結(jié)果一致。植物的光合作用及蒸騰作用直接受到氣孔導(dǎo)度的影響，植物能夠通減小或部分關(guān)閉氣孔導(dǎo)度，進而降低蒸騰作用減少水分散失，同時葉片氣孔關(guān)閉也會影響植物葉片內(nèi)部的氣體與外界的交換，進而降低植物葉片光合作用[15-16]。本試驗研究表明，紅棗Pn、Tr、Gs、Ci之間密切相關(guān)，紅棗葉片通過控制氣孔開放大小來適應(yīng)外界環(huán)境，其歸因于氣孔限制因素，其結(jié)果與周罕覓等[17]研究結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，過高或者過低灌水不利提高紅棗葉片進行光合作用；楊麗等[18]發(fā)現(xiàn)，作物的Pn、Tr、Gs隨施肥水平的增加而提高，這與本結(jié)果不一致，可能由于本試驗是在滴灌改漫灌條件下進行，往年長期漫灌的紅棗對養(yǎng)分需求較多，因此本試驗設(shè)定的施肥水平較高，提高施肥可能不會提高光合作用。

對紅棗生長、產(chǎn)量及水肥利用效率指標進行分析表明，新梢前期，可以通過W3F3處理提高紅棗生長；從新梢中期開始，W2F2處理植株物質(zhì)積累量最大，出現(xiàn)明顯“徒長”現(xiàn)象[19]。何進宇等[20]認為水肥交互作用顯著，高水高肥處理對作物增產(chǎn)效果顯著。本試驗研究表明，單一灌水或施肥因素對紅棗產(chǎn)量的影響均達到顯著性水平，水肥交互作用對紅棗增產(chǎn)效果明顯；另外，水肥耦合對紅棗iWUE和PFP的影響顯著。楊小振等[19]研究表明，過高的灌水量和施肥量并未顯著提高產(chǎn)量、灌溉水利用效率及肥料偏生產(chǎn)力，中水處理iWUE反而提高。還有一些學(xué)者認為增大灌水量和減少施肥量能夠使作物肥料偏生產(chǎn)力增大[21]。本研究表明，中水低肥處理(W2F1)下在紅棗產(chǎn)量最高的基礎(chǔ)上，灌溉水利用效率和肥料偏生產(chǎn)力也達到較高水平。

4 結(jié) 論

4.1 在南疆沙區(qū)漫灌改滴灌條件下，水肥耦合對紅棗光合特性、生長、產(chǎn)量、灌溉水利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的效應(yīng)均達到顯著水平；同時灌水因素對紅棗光合特性、生長、灌溉水利用效率的影響顯著，施肥對肥料偏生產(chǎn)力的影響顯著。

4.2 紅棗葉片Pn、Tr、Gs和Ci值一般在中水低肥處理(W2F1)最大；新梢前期，高水高肥處理(W3F3)適宜紅棗生長，從新梢中期開始，中水中肥處理(W2F2)能顯著提高紅棗生長；W2F1處理下紅棗產(chǎn)量最高，同時iWUE和PFP值較優(yōu)。W2F1處理的紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci比CK分別提高12.61%、17.32%、8.89%、10.66%；產(chǎn)量、iWUE和PFP較CK分別提高6.77%、29.89%、193.41%。

4.3 全面綜合考慮水肥協(xié)同效應(yīng)、光合特性、生長、產(chǎn)量及水肥利用效率等多種紅棗指標，在南疆沙區(qū)漫灌改滴灌條件下紅棗的灌溉定額和施肥量宜控制在820 mm(W2)、200-100-150 kg·hm-2(F1)左右時比較適宜，該水肥組合為南疆沙區(qū)滴灌條件下紅棗高效生產(chǎn)提供依據(jù)，同時對改善南疆傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方式有很大的積極作用。該研究只在南疆沙區(qū)進行了1 a的試驗，結(jié)果可靠性有待長期試驗進行驗證。

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