不同水肥處理對(duì)寧夏枸杞產(chǎn)量及水肥利用效率的影響

鄧 箴，尹 娟，尹 亮

（1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川750021；2.寧夏大學(xué)信息工程學(xué)院，銀川750021；3.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程中心，銀川750021；4.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川750021）

截止2019年寧夏枸杞種植面積達(dá)到了2.333 萬hm2，是我國(guó)最大的枸杞產(chǎn)區(qū)。但是寧夏同時(shí)也是我國(guó)水資源最少的省區(qū)，可開采的水資源量?jī)H有23 億m3。開展高效節(jié)水的種植方式是目前枸杞種植可持續(xù)發(fā)展的緊迫技術(shù)。與傳統(tǒng)的滴灌方式相比，膜下滴灌由于覆膜的原因，一方面阻礙了土壤水分向空氣中蒸發(fā)，降低了土壤水分蒸發(fā)量，間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，覆膜提高了土壤的溫度，使有機(jī)質(zhì)分解速度加快，從而有效地激活了土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化，提高了土壤的活性[2]。目前，膜下滴灌技術(shù)已經(jīng)在棉花、甜菜、甜瓜、玉米和馬鈴薯等作物上廣泛應(yīng)用[3-7]。枸杞的高效節(jié)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對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的影響[8-12]，枸杞水肥耦合的研究則集中在生長(zhǎng)特性和光合、品質(zhì)的研究[13，14]。近年來，一些學(xué)者利用層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)法、TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法等依據(jù)綜合品質(zhì)確定作物的灌溉施肥量已在番茄、棉花等多種作物上展開，并取得了良好的成果[15，16]。而利用TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)枸杞建立灌溉施肥量的研究卻鮮有報(bào)道。

因此，在前人研究基礎(chǔ)上，以膜下滴灌條件下枸杞為研究對(duì)象，進(jìn)一步探明不同水肥配比對(duì)寧夏枸杞產(chǎn)量、水肥利用效率和經(jīng)濟(jì)效益的影響，利用TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法優(yōu)選出枸杞高產(chǎn)節(jié)水的灌溉施肥方案，為枸杞種植的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的管理依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年4月-10月在寧夏回族自治區(qū)中部同心縣河西鎮(zhèn)潤(rùn)德枸杞莊園開展。該地屬于寧夏中部揚(yáng)黃灌區(qū)固海灌域，干旱少雨，晝夜溫差大，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年平均降水量150～280 mm，2018年枸杞全生育期降水量為172.77 mm。多年平均氣溫8.8 ℃，日照時(shí)數(shù)2 983 h，無霜期150 d，有效積溫大約3 397 ℃，全年大風(fēng)日數(shù)平均16 d。試驗(yàn)區(qū)的灌溉水源來自寧夏固海揚(yáng)水管理處黑水溝泵站東一支渠。經(jīng)寧夏潤(rùn)德莊園種植基地蓄水池調(diào)蓄預(yù)沉后，通過加壓泵站加壓輸送至田間。種植區(qū)土壤上層為沙壤，下層為礫質(zhì)砂土，作物根系不夠發(fā)達(dá)，有機(jī)質(zhì)含量為8.44 g/kg，堿解氮28.70 mg/kg，有效磷3.79 mg/kg，速效鉀68.50 mg/kg，土壤pH 值8.53，全鹽4.75 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)品種為“寧杞7 號(hào)”，樹齡4 a，長(zhǎng)勢(shì)均勻。覆膜寬60 cm，膜間露地寬2.4 m。株行距0.75 m×3 m，種植密度為4 440 株/hm2，一行10 棵枸杞樹為一個(gè)小區(qū)，每行一條滴灌管，滴頭流量為3.0 L/h，滴灌管距枸杞樹根部10 cm，每棵枸杞樹放置1 個(gè)滴頭。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為試驗(yàn)因素，選用3 因素5 水平的“311-B”D飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，每處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，試驗(yàn)方案如表1所示。鉀肥作為基肥一次性施入330 kg/hm2，全生育期灌水14 次（不含春、冬灌），灌水頻率為每隔7 d一次。肥料選用尿素（含氮46%）、過磷酸鈣（含磷12%）、硫酸鉀（含鉀50%），按撒施方式等分為6 份，共施6 次，春梢生長(zhǎng)期1次，開花初期1次，盛花期3次，果熟期1次。

表1 枸杞大田試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和計(jì)算方法

1.3.1 基本數(shù)據(jù)測(cè)定

（1）耗水量。采用烘干法測(cè)定土壤含水率，在0～100 cm土層內(nèi)，每20 cm 為1 層，分層測(cè)量土壤含水率。如遇降雨，加測(cè)雨后土壤含水率。枸杞全生育期的耗水量根據(jù)農(nóng)田土壤水量平衡方程計(jì)算得出，計(jì)算公式為：

式中：ETc實(shí)際作物騰發(fā)量即耗水量，mm；I為灌水量，mm；P為降水量，mm；R為地表徑流量，mm；D為深層滲漏量，mm；△S為土體貯水量變化量(整個(gè)生育期結(jié)束后與開始前的土壤儲(chǔ)水量之差，mm。

由于試驗(yàn)區(qū)地下水埋深平均大于25 m 且降雨較小，所以徑流量R和深層滲漏量D在此忽略不計(jì)。

（2）水分利用效率。水分利用效率WUE的計(jì)算公式為

式中：WUE為作物水分利用效率，kg/m3，Y為枸杞干果產(chǎn)量，kg/hm2。

（3）肥料偏生產(chǎn)力。肥料偏生產(chǎn)力PFP的計(jì)算公式為

式中：PFP為肥料偏生產(chǎn)力，kg/kg；FT為N、P2O5和K2O 的總施用量，kg/hm2。

（4）產(chǎn)量。在枸杞夏果及秋果成熟后，按小區(qū)測(cè)定，成熟一批采摘一批，共采摘5批鮮果。采摘后利用電子天平測(cè)定枸杞鮮重，然后用烘箱進(jìn)行梯度烘干測(cè)定枸杞干果質(zhì)量。整個(gè)采摘期結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)全年鮮、干果單位面積產(chǎn)量。

百粒重：枸杞采收后制干，分別從每個(gè)處理中選取100粒大小均勻的枸杞干果，用電子天平（精度為0.1 g）稱量其重量，每個(gè)處理重復(fù)3次取平均值。

粒度：枸杞采收后制干，分別從每個(gè)處理中用電子天平稱量50g 枸杞干果，并記錄50g 枸杞干果的粒數(shù)，每個(gè)處理重復(fù)3次取平均值。

（5）經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算公式為：

式中：E為總效益；G為總收入；I為水費(fèi)；F為肥料費(fèi)用；P為人工采摘費(fèi)用；O為其他投入費(fèi)用。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的每個(gè)指標(biāo)為每次處理三次重復(fù)的平均值，采用Microsoft Excel 2017 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；使用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對(duì)枸杞產(chǎn)量的影響

產(chǎn)量是各評(píng)價(jià)指標(biāo)中最重要的一個(gè)指標(biāo)，枸杞產(chǎn)量分鮮果產(chǎn)量（鮮重）、干果產(chǎn)量（干重）、百粒重和粒度四個(gè)指標(biāo)進(jìn)行衡量。表2為不同水肥處理對(duì)“寧杞7號(hào)”4 a生枸杞鮮果產(chǎn)量、干果產(chǎn)量、百粒重和粒數(shù)的影響。結(jié)果表明，灌水量和氮肥施量分對(duì)枸杞鮮重和干重有極顯著性影響（p＜0.01），說明灌水量直接影響枸杞鮮果的水分含量，氮肥施量對(duì)枸杞果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累及重量的影響顯著，一味的高水高肥不能帶來枸杞果實(shí)的高產(chǎn)。鮮重和干重產(chǎn)量最高的為中水中肥的T11 處理，較產(chǎn)量最低的低水中肥處理T10 分別高40.67%，44.92%。說明，灌水量也是影響枸杞的產(chǎn)量的一個(gè)重要因素。水氮交互作用對(duì)枸杞鮮重也有極顯著影響（p＜0.01），說明在土壤中水分和氮肥相互耦合也影響了枸杞的產(chǎn)量，適當(dāng)?shù)乃盅a(bǔ)給和充足的氮肥施用是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。而磷肥對(duì)枸杞干重和鮮重產(chǎn)量的影響不顯著。從枸杞果實(shí)的百粒重和粒度因素來看，氮肥、磷肥對(duì)百粒重和粒度有顯著影響（p＜0.05）,且肥料施量越高百粒重越高、粒度越低，且與肥料施量呈正相關(guān)。其中肥料施量最高的T3 處理的百粒重最高達(dá)19.23 g，對(duì)應(yīng)的粒度最低為233.17 粒/50 g，較最低的百粒重高8.3%，較最高的粒度低25.36%，且各處理間差異不顯著。可見，肥料的施用增加了枸杞的百粒重，降低了粒度，提高了枸杞果實(shí)的商品屬性。

表2 不同水肥處理對(duì)枸杞鮮重、干重、百粒重和粒度的影響

2.2 不同水肥處理對(duì)枸杞耗水量、水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

不同水肥處理對(duì)枸杞耗水量、水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響如表3可知，灌水量是造成耗水量差異的主要原因，灌水量和耗水量最高的處理為T4 處理，最低為T6 處理。試驗(yàn)表明，灌水量對(duì)耗水量有顯著影響（p＜0.05），且呈正相關(guān)關(guān)系，但與施肥水平和水肥交互作用無顯著影響（p＞0.05）。

水分利用效率WUE是衡量作物產(chǎn)量和用水量關(guān)系的一種指標(biāo)。由表3可知，耗水量單因素和水氮交互作用對(duì)WUE有極顯著影響（p＜0.01），而施氮量、施磷量單因素和水磷、氮磷交互作用對(duì)WUE有顯著影響（p＜0.05）。2 250 m3/hm2灌溉條件下，T11 處理的WUE 顯著高于T1 和T2 處理（p＜0.05），3 600 m3/hm2灌溉條件下，T4 處理的WUE顯著高于T8 處理（p＜0.05）。各處理中，WUE最高的是T11 處理為0.39 kg/m3，WUE最低的是T8處理0.23 kg/m3。

表3 不同水肥處理對(duì)枸杞水分利用效率WUE 和肥料偏生產(chǎn)力PFP 的影響

肥料偏生產(chǎn)力（PFP）是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)。由表3可知，灌水量和施氮量單因素以及水氮交互作用對(duì)PFP均有極顯著影響（p＜0.01）。施磷量單因素和水磷交互作用對(duì)PFP沒有顯著影響（p＞0.05）。T3 處理的肥料用量最高（1 245 kg/hm2），PFP為1.60 kg/kg，T9 處理的肥料用量最低（210 kg/hm2），PFP 為3.47 kg/kg，兩者相差1.87 kg/kg。

2.3 不同水肥處理對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響

目前，寧夏枸杞年均綜合產(chǎn)值130億元，平均每公頃收益在13.5～19.5 萬元左右。不同水肥處理對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響如表4所示，經(jīng)濟(jì)效益最高的前三個(gè)處理分別為T11、T1和T4，其經(jīng)濟(jì)效益值分別為24.21、23.166 和20.073 萬元/hm2，高于平均最高經(jīng)濟(jì)收益的24.16%、18.80%和2.93%。

表4 不同水肥處理對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響 萬元/hm2

2.4 不同水肥處理對(duì)枸杞干重產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的回歸分析

分別以枸杞干重產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、WUE和PFP為因變量，以灌水量（X1）、純氮施量（X2）、純磷施量（X3）為自變量，基于最小二乘法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立三元二次回歸方程，如表5所示?；貧w方程的R2值均大于0.89（p＜0.01），說明方程的擬合程度高，且有極顯著影響。使上述因變量最大化時(shí)，計(jì)算灌水量和肥料用量，如表6所示。相同的灌水施肥條件下，很難滿足產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、WUE和PFP同時(shí)達(dá)到最大值。因此，需要進(jìn)一步采用綜合分析的方法，確定枸杞優(yōu)質(zhì)高效的灌溉施肥方案。

表5 水肥投入與枸杞干重產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、WUE和PEP的回歸方程

表6 最大枸杞干重產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、WUE和PFP對(duì)應(yīng)的水肥用量

2.5 基于TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)的枸杞高效灌溉施肥方案

采用TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)方法，將枸杞的干重產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、WUE和PFP作為綜合考慮可持續(xù)發(fā)展和效益最高的4 個(gè)重要指標(biāo)，其權(quán)重大小設(shè)置為一致，評(píng)判指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表7所示。

表7 TOPSIS評(píng)判指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量

由表7可知，覆膜滴灌條件下枸杞節(jié)水高產(chǎn)的灌溉施肥方案與以干重產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和WUE為因變量的回歸分析結(jié)果基本一致，最優(yōu)的灌溉施肥方案為：“寧杞7號(hào)”4 a生枸杞全生育期的灌溉定額為2 324.25～2 464.05 m3/hm2，肥料施量（N-P2O5-K2O）為419.85-269.25-330～486-294-330 kg/hm2。

3 討 論

(1)不同水肥對(duì)枸杞產(chǎn)量的影響。枸杞是一種耐旱喜肥的作物，且對(duì)氮肥敏感，產(chǎn)量受灌溉、施肥以及農(nóng)藝措施直接影響。研究中，中水中氮中磷和中水中氮高磷的組合能得到枸杞的最優(yōu)產(chǎn)量，低水低肥的組合則產(chǎn)量最低。這說明在水肥互作的影響下，水肥需要在一定的范圍內(nèi)才能得到最高的產(chǎn)量。

灌水能夠促進(jìn)枸杞果樹的生理生長(zhǎng)，提高光合作用，通過枝葉的生長(zhǎng)，提供給果實(shí)充分的水分。但隨著灌水量的降低，植株受到干旱脅迫，田間蒸騰蒸發(fā)量逐漸降低，將抑制生殖生長(zhǎng)從而造成產(chǎn)量減少[17]。施肥能夠提供給枸杞生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，并促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素向果實(shí)的轉(zhuǎn)移，為生殖生長(zhǎng)提供有利條件。本試驗(yàn)中，在盛花期施肥3次，在結(jié)果時(shí)，隨著籽粒的形成，莖、葉中的氮素和磷均開始向籽粒中轉(zhuǎn)移，提高了結(jié)果率和粒度。因此，隨著施肥量的增加能顯著增加枸杞的百粒重、降低粒數(shù)，提高枸杞的商品屬性，但過量的施肥則會(huì)導(dǎo)致葉片生長(zhǎng)旺盛，產(chǎn)生早衰現(xiàn)象，影響籽粒數(shù)量，不利于產(chǎn)量的增加[18]。本試驗(yàn)中，肥料施量最高的T3 處理的產(chǎn)量比最高產(chǎn)量低12.18%。因此，在覆膜滴灌條件下，需要考慮水肥的合理施用，達(dá)到“以水促肥，以肥調(diào)水”的目的。

(2)不同水肥處理對(duì)WUE、PFP 和經(jīng)濟(jì)效益的影響。Aziz和Yang 等[19，20]研究發(fā)現(xiàn)灌水量和施氮量對(duì)WUE均有顯著影響，本研究也得到了相似的結(jié)果。由表4可知，WUE最高為0.39 kg/m3時(shí)的灌水量為2 250 m3/hm2，肥料施量（N-P2O5-K2O）為315-315-330 kg/hm2。WUE最低為0.23 kg/m3時(shí)的灌水量和肥料施量（N-P2O5-K2O）分別為3 600 m3/hm2和210-120-330 kg/hm2。表明灌水量的減少，降低了枸杞本身的蒸騰蒸發(fā)量，加速了枸杞根部從土壤中吸收更多水分的能力，并以此獲得了較高的水分利用率。

Wu 和張富倉(cāng)等[21，22]研究發(fā)現(xiàn)，PFP隨施肥量的增加而減低，隨灌水量的增加而增大。在本試驗(yàn)中，PFP值最高為3.47 kg/kg，對(duì)應(yīng)的灌水量和肥料施量（N-P2O5-K2O）分別為1 770 m3/hm2，0-120-330 kg/hm2，干重產(chǎn)量為1 560.6 kg/hm2，低于最高產(chǎn)量44.19%。說明高的PFP，并不能得到最高的產(chǎn)量。這是由于當(dāng)補(bǔ)給肥料不能提供給枸杞生理生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)時(shí)，枸杞根部會(huì)從土壤中吸取更多有利于自身生長(zhǎng)的養(yǎng)分，造成土壤營(yíng)養(yǎng)貧瘠，從而提高了肥料偏生產(chǎn)力。因此，為追求高的肥料偏生產(chǎn)力，而增加灌水量、降低肥料用量的做法，會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，且不利于作物種植和土壤的可持續(xù)發(fā)展。

另外，如表5所示，T4 處理的肥料投用量最高，其經(jīng)濟(jì)效益為20.073 萬元/hm2，對(duì)應(yīng)的灌溉量和肥料施量（N-P2O5-K2O）分別為3 600 m3/hm2和420-210-330 kg/kg。而經(jīng)濟(jì)效益最高的為T11 處理24.212 萬元/hm2，其肥料用量?jī)H為T4 處理的83.34%。結(jié)果表明，高的經(jīng)濟(jì)效益需要一定量的肥料投入，但不是隨意的增加施用量[23]。產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益呈正相關(guān)關(guān)系，這一結(jié)果與張富倉(cāng)[24]的試驗(yàn)結(jié)果表明略有差別，其研究結(jié)果表明經(jīng)濟(jì)效益最高的處理組合為產(chǎn)量次高的水肥組合。這種結(jié)果的不同可能與枸杞采摘的人工費(fèi)用以及當(dāng)年市場(chǎng)的變化有關(guān)。

4 結(jié) 論

（1）在枸杞的整個(gè)生育期內(nèi)，中水中肥的T11處理產(chǎn)量最高較最低處理T10高44.9%，中水高肥的T3處理的百粒重最高較T11 處理高3.0%，粒度最低較T11 處理低12.18%。枸杞雖喜肥，但單純地增加施肥量只會(huì)造成單果質(zhì)量的提升，樹體早衰而無法提高結(jié)果率，達(dá)到增產(chǎn)的效果。

（2）T11 處理的WUE 和經(jīng)濟(jì)效益最高較平均水平分別高23.07%和24.16%，且WUE隨灌水量的增大而降低；中水低肥的T9 處理偏肥料生產(chǎn)力最高達(dá)3.47 kg/kg，而PFP 與肥料用量呈反比關(guān)系。全生育期內(nèi)，適量增加肥料用量能增加產(chǎn)量，提高水分利用效率。

（3）從多元回歸分析和TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法的考量下，T11處理為最優(yōu)組合。在寧夏中部干旱地區(qū)膜下滴灌生產(chǎn)方式下，4 a 生“寧杞7 號(hào)”的最佳水肥管理方案為：灌溉定額為2 324.25～2 664.05 m3/hm2，肥料施量（N-P2O5-K2O） 為419.85-269.25-330～486-294-330 kg/hm2。在此條件下，枸杞干重產(chǎn)量、水分利用效率、肥料偏生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益可以分別達(dá)到2 408.25 kg/hm2，0.41 kg/m3，3.32 kg/kg，20.036 萬元/hm2。鉀肥一次性基施，氮肥和磷肥均等分為6 份，春梢生長(zhǎng)期1次，開花初期1次，盛花期3次，果熟期1次施用。