滴灌帶型配置與覆膜方式對(duì)新疆甜菜產(chǎn)量形成特性的影響

林 明 阿不都卡地爾·庫(kù)爾班 陳友強(qiáng) 劉華君 潘竟海 周遠(yuǎn)航 孫振才 王志敏*

(1．中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，北京 100193；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091；3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 瑪納斯農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，新疆 瑪納斯 832299)

甜菜是我國(guó)重要的糖料作物之一，甜菜糖的產(chǎn)量約占我國(guó)食用糖總產(chǎn)量的10%～20%[1]。2008—2017年，新疆是我國(guó)最大的甜菜產(chǎn)區(qū)，種植面積超過(guò)全國(guó)甜菜總面積的40%，產(chǎn)糖量占全國(guó)甜菜糖總產(chǎn)量50%以上[2]。隨著甜菜新品種、地膜覆蓋和滴灌節(jié)水等技術(shù)的引進(jìn)和推廣應(yīng)用[3-4]，新疆甜菜生產(chǎn)得到極大發(fā)展，使甜菜單產(chǎn)水平大幅度提高，較全國(guó)平均水平高出50%左右。

膜下滴灌技術(shù)是覆膜和滴灌兩者結(jié)合的技術(shù)。地膜覆蓋是有效蓄水保墑、改善上層土壤水熱狀況和提高作物產(chǎn)量的重要技術(shù)措施[5-11]，覆膜方式和膜的顏色對(duì)地膜覆蓋的增產(chǎn)效果有一定的影響。在單、雙膜的效果方面，高衛(wèi)時(shí)等[12]研究發(fā)現(xiàn)，單膜和雙膜覆蓋甜菜的塊根產(chǎn)量和含糖率較不覆膜甜菜均有不同程度增加，但覆膜較不覆膜增加了甜菜的青頭比例。在膜的顏色方面，徐康樂(lè)等[13]研究發(fā)現(xiàn)，相較于透明膜覆蓋，黑膜覆蓋的馬鈴薯植株莖粗且經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量較高。與白色地膜相比，黑色地膜覆蓋不僅有增溫和保墑效果，且由于其透光率較低，高溫季節(jié)有一定的降溫效應(yīng)，使得作物免遭高溫危害[14]，在番茄和馬鈴薯等作物上得到了較好的應(yīng)用[15-16]。但在甜菜上，不同類(lèi)型地膜的應(yīng)用效果還不清楚。膜下滴灌的管帶配置有一膜單管和一膜雙管等不同方式，李高華等[17]研究表明不同滴灌配置方式影響棉花生物學(xué)產(chǎn)量及其在各器官中的分配，優(yōu)化滴灌配置對(duì)于提升棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。采用膜下滴灌技術(shù)，如何合理地配置滴灌帶型和覆膜方式，提高用水效率，促使甜菜向著高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)水的方向協(xié)同發(fā)展顯得尤為重要[18-20]。目前，新疆甜菜主產(chǎn)區(qū)滴灌的覆蓋率已近100%，但生產(chǎn)上滴灌方式和覆膜模式多種多樣，效果不一。

以往研究大多側(cè)重于覆膜或滴灌單因素的增產(chǎn)效果，對(duì)于不同滴灌帶配置與覆膜方式相結(jié)合的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)田間試驗(yàn)，考察不同滴灌帶配置和覆膜方式互作處理下甜菜產(chǎn)量、灌溉水利用效率(WUE)以及經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)，旨在探明滴灌帶配置與覆膜方式對(duì)甜菜產(chǎn)量及產(chǎn)糖量形成的影響，以期為新疆滴灌甜菜選擇適合的覆蓋和滴灌帶配置模式及規(guī)范化管理提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用甜菜品種為美國(guó)Beta公司生產(chǎn)的E型丸衣化單胚種‘Beta379’；滴灌帶為新疆天業(yè)節(jié)水灌溉股份有限公司生產(chǎn)的迷宮式滴灌帶；地膜為新疆維吾爾自治區(qū)昌吉市新昌塑地膜廠(chǎng)生產(chǎn)的規(guī)格為80 cm寬，0.01 mm厚的白膜和黑膜。

1.2 試驗(yàn)區(qū)自然條件

試驗(yàn)于2018—2019年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠試驗(yàn)場(chǎng)(43°77′ N，87°17′ E)開(kāi)展。當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?～7 ℃，冬季平均氣溫-11.9 ℃，極端最低氣溫-30 ℃，最大凍土層79 cm，年降水量150～200 mm，蒸發(fā)量1 600～2 200 mm，屬于干旱半干旱荒漠氣候帶農(nóng)業(yè)區(qū)。

試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為灰漠土，質(zhì)地為砂壤，前茬作物玉米。土壤肥力狀況如下：速效氮66.9 mg/kg，速效磷11.1 mg/kg，速效鉀205 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量15.2 g/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取裂區(qū)區(qū)組試驗(yàn)，設(shè)置主區(qū)為2種滴灌帶配置分別為：一膜雙行單管(D1)，一膜雙行雙管(D2)，副區(qū)為4種覆蓋方式分別為：裸地(M1)，黑膜(M2)，單白膜(M3)，雙白膜(M4)。試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)為8 m，寬為4 m，行距為50 cm，株距為18 cm，3次重復(fù)，隨機(jī)排列，于4月25日播種。滴灌和施肥量見(jiàn)表1，其他田間管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

表1 本研究滴灌施肥分配表Table 1 Distribution of drip fertilization in this study

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

甜菜倒四葉面積(L4)：分別在苗期、葉叢快速生長(zhǎng)期、塊根膨大期和糖分積累期，測(cè)定各小區(qū)所選取的5個(gè)代表性植株的倒四葉面積，用CI-202 葉面積儀(美國(guó)CID生物科學(xué)有限公司)進(jìn)行測(cè)定。

植株干物質(zhì)積累量：分別在苗期、葉叢快速生長(zhǎng)期、塊根膨大期和糖分積累期，選取每處理長(zhǎng)勢(shì)一致的甜菜5株，帶回實(shí)驗(yàn)室將植株分為葉片、莖和根，分別裝袋置于105 ℃烘箱中殺青30 min，80 ℃烘至恒重，電子天平稱(chēng)重(精準(zhǔn)度為0.01)。

糖分測(cè)定：在收獲期，選取5株代表性的塊根，用PAL-1手持糖度計(jì)(日本愛(ài)宕科學(xué)儀器有限公司)進(jìn)行糖錘度測(cè)定，取平均值。

產(chǎn)量測(cè)定：收獲前，取各重復(fù)小區(qū)10 m2樣方，調(diào)查測(cè)定甜菜收獲株數(shù)和單根重，取平均值。

灌溉水利用效率：在不同水平上計(jì)算灌溉水利用效率，計(jì)算公式為：

經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的灌溉水利用效率(IWUE)=Y/I

產(chǎn)糖量的灌溉水利用效率(IWUE產(chǎn)糖量)=Ys/I

干物質(zhì)產(chǎn)量的灌溉水利用效率(IWUE干物質(zhì))=YPDMA/I

式中：Y，塊根產(chǎn)量，kg/hm2；YS，塊根產(chǎn)糖量，kg/hm2；YPDMA，干物質(zhì)積累量，kg/hm2；I，實(shí)際灌水量，m3/hm2。

根冠比(T/R)：地下部分與地上部分干重的比值。

1.5 數(shù)據(jù)分析及方法

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)初步分析和表格制作，用SPSS 17.0(美國(guó)IBM公司)進(jìn)行多因素方差分析，并采用新復(fù)極差多重比較法(Duncan)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)甜菜功能葉面積的影響

由圖1可知，各處理的甜菜倒四葉(L4)面積從苗期到糖分積累期均呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，塊根膨大期出現(xiàn)最大值。在不同滴灌帶配置處理之間，雙行雙管(D2)下各處理比雙行單管(D1)下各處理在4個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期倒四葉(L4)面積均有增加，苗期(SS)增加10.01%；葉叢快速生長(zhǎng)期(FGPOLC)增加6.80%，塊根膨大期(TES)增加8.00%，糖分積累期(SAP)增加10.45%。在2種滴灌帶配置下，在不同覆膜方式間比較，塊根膨大期倒四葉面積由高到低均表現(xiàn)為M4>M3>M2>M1；至糖分積累期，M1與M2和M3處理間葉面積差異不顯著(P>0.05)，與M4處理差異顯著(P<0.05)，M4比M1增加10.49%。綜上，D2M4有助于甜菜功能葉面積的增加和維持，從而有效促進(jìn)甜菜干物質(zhì)的積累。D1M1處理甜菜生育后期倒四葉面積最小。

2.2 對(duì)甜菜干物質(zhì)積累特性的影響

由表2可知，不同處理甜菜單株干物質(zhì)積累過(guò)程動(dòng)態(tài)均符合Logistic生長(zhǎng)模型曲線(xiàn)，R2>0.96。不同滴灌帶配置比較，D2處理甜菜從出苗到葉叢快速生長(zhǎng)期的時(shí)間(t1)比D1處理縮短10.0 d，到達(dá)葉叢快速生長(zhǎng)結(jié)束期(t2)的時(shí)間比D1延遲12.0 d，且此時(shí)期快速生長(zhǎng)特征值(GT)比D1增加11.24%。2種滴灌帶配置下不同覆膜方式比較，快速生長(zhǎng)特征值(GT)由高到低均表現(xiàn)為M4>M3>M2>M1；在D1處理下，M4、M3和M2分別比M1增加13.76%、6.52%和4.28%；在D2處理下，M4、M3和M2分別比M1增加23.28%、15.16%和7.26%。在不同組合處理間，D2M4處理的植株GT比D1M4處理增加14.81%，即D2M4組合是在葉叢快速生長(zhǎng)期使植株獲得最高GT的最佳組合。

表2 滴灌帶配置與覆膜方式對(duì)甜菜單株干物質(zhì)積累特性的影響Table 2 Effect of drip irrigation configuration and different mulching patterns ondry matter accumulation characteristics of sugar beet

2.3 對(duì)甜菜干物質(zhì)根冠比(T/R)的影響

由表3可知，甜菜干物質(zhì)的T/R隨出苗時(shí)間的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，至糖分積累期達(dá)到峰值。不同滴灌帶配置間比較，D2處理的T/R比D1處理增加8.53%。不同覆膜方式間比較，在D1和D2配置下根冠比由大到小均表現(xiàn)為M4>M3>M2>M1;D1配置下M4、M3和M2的T/R分別比M1增9.81%、8.72%和6.27%，差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。D2配置下M4的T/R比M1增加8.82%，差異也達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

D1，一膜雙行單管；D2，一膜雙行雙管。M1，裸地； M2，黑膜；M3，單白膜；M4，雙白膜。SS，苗期；FGPOLC，葉叢快速生長(zhǎng)期；TES，塊根膨大期；SAP，糖分積累期。下同。D1， double row and single pipe； D2， double row and double pipe. M1， bare land； M2， black film； M3， single layer white film； M4， double layer white film. SS, seedling stage; FGPOLC, fast growing period of leaf clump; TES, tuber expansion stage; SAP, sugar accumulation period. The same below.圖1 滴灌帶配置(a)與覆膜方式(b)對(duì)甜菜倒四葉(L4)面積的影響Fig.1 Effect of different drip irrigation belt configurations (a) and film mulching methods (b) on the area of L4 of sugar beet

表3 滴灌帶配置與覆膜方式對(duì)甜菜單株干物質(zhì)根冠比(T/R)的影響Table 3 Effect of different drip irrigation belt configurations and film mulching methodson the ratio of dry matter root to shoot (T/R) of sugar beet

2.4 對(duì)甜菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表4可知，不同滴灌帶配置間比較，D2處理甜菜的單根重、含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量比D1處理分別增加30.46%、1.10%、31.47%和32.76%。不同覆膜方式間比較，在2種滴灌帶配置下的甜菜單根重、含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量由高到低均表現(xiàn)為M4>M3>M2>M1。其中單根重、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量在M4與M1處理間的差異顯著(P<0.05)；在D1配置下，M4處理的單根重、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量分別比M1處理增加23.81%、24.49%和34.11%；在D2配置下，M4處理的單根重、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量分別比M1增加19.82%、19.81%和21.99%，D2M4處理的單根重、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量與D1M4處理相比分別增加27.88%、28.80%、27.97%。因此，D2M4處理最有利于甜菜產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的形成。

表4 滴灌帶配置與覆膜方式對(duì)甜菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 4 Effect of different drip irrigation belt configurations and film mulching methodson yield components and yield of sugar beet

2.5 對(duì)甜菜灌溉水利用效率(IWUE)的影響

由表5可知，不同滴灌帶配置間比較，D2配置的群體干物質(zhì)積累量和干物質(zhì)的灌溉水利用效率分別比D1配置處理增加7.62%和7.43%。不同覆膜方式間比較，D1和D2配置下干物質(zhì)積累量及其灌溉水利用效率由高到低均表現(xiàn)為M4>M3>M2>M1；D1配置下，M4的干物質(zhì)積累量及其灌溉水利用效率分別比M1增加12.99%和13.02%，差異顯著(P<0.05)；D2配置下，M4與M1處理差異不顯著(P>0.05);D2M4比D1M4分別增加8.21%和8.20%。從甜菜產(chǎn)量灌溉水利用效率(IWUE產(chǎn)量)和產(chǎn)糖量灌溉水利用效率(IWUE產(chǎn)糖量)看，D2比D1分別增加31.47%和32.84%；不同覆膜方式間比較，D1和D2配置下灌溉水利用效率由高到低均表現(xiàn)為M4>M3>M2>M1；D1配置下，M4比M1處理分別增加24.43%和33.66%(P<0.05)；D2配置下，M4比M1分別增加19.74%和21.83%(P<0.05)，D2M4比D1M4分別增加28.84%和28.08%。

表5 滴灌帶配置與不同覆膜方式對(duì)甜菜灌溉水分利用效率(IWUE)的影響Table 5 Effect of different drip irrigation belt configurations and film mulching methods onirrigation water use efficiency (IWUE) of sugar beet

2.6 甜菜植株干物質(zhì)積累指標(biāo)與產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)性分析

由表6可知，在甜菜植株干物質(zhì)積累指標(biāo)間，甜菜倒四葉面積(L4)與快速生長(zhǎng)特征值(GT)、根冠比(T/R)、地上部物質(zhì)積累量(APDM)、地下部物質(zhì)積累量(UPDM)均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與葉叢快速生長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間(Δt)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

表6 甜菜植株干物質(zhì)積累指標(biāo)與產(chǎn)量因素相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of dry matter accumulation characteristics and yield factors of sugar beet

GT與APDM、UPDM均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與葉叢快速生長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間(Δt)和T/R呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。T/R與APDM呈顯著正相關(guān)(P<0.05)、與UPDM呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。在甜菜產(chǎn)量構(gòu)成因素間，單根重(RW)與產(chǎn)量(Y)、產(chǎn)糖量(SY)均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與含糖率(SC)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。在甜菜植株干物質(zhì)積累指標(biāo)與甜菜產(chǎn)量構(gòu)成因素間，L4、Δt、GT、APDM、UPDM與RW、Y、SY均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，T/R與SC、SY均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與RW、Y均顯著正相關(guān)(P<0.05)。

3 討 論

作物產(chǎn)量的形成與干物質(zhì)積累過(guò)程密切相關(guān)，一般干物質(zhì)積累速率越大，產(chǎn)量越高[21]。作物生產(chǎn)過(guò)程中干物質(zhì)積累的動(dòng)態(tài)變化是揭示作物產(chǎn)量形成和高產(chǎn)群體調(diào)控指標(biāo)的重要內(nèi)容。作物根系是吸收土壤養(yǎng)分和水分的重要器官[22]。不同的栽培措施對(duì)作物根系的生長(zhǎng)、地上部生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成的影響不同[23]。樊廷錄等[24]和蔡昆爭(zhēng)等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在旱作地區(qū)，地膜覆蓋能顯著提高作物根系的干重，增加根系總根長(zhǎng)與比根長(zhǎng)，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)和發(fā)育，從而增大作物產(chǎn)量構(gòu)成因子[26]，且能減少土壤水分蒸發(fā)散失[27]，從而提高深層水分的利用效率[28]。在本研究中，雙膜處理與無(wú)膜、單膜、黑膜處理相比能有效增加甜菜快速生長(zhǎng)特征值(GT)；與無(wú)膜方式相比，雙膜能顯著(P<0.05)增加甜菜根冠比，增加生育后期甜菜地下部干物質(zhì)積累和單根重，使產(chǎn)量及產(chǎn)糖量顯著增加。這說(shuō)明雙膜覆蓋能有效促進(jìn)封壟前甜菜地上部的生長(zhǎng)，為后期產(chǎn)糖量的積累提供了充足的“源”，從而提升了“源-庫(kù)”性能的協(xié)調(diào)性。

作物灌溉水利用效率是反映灌溉農(nóng)田作物水分生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)[29-31]。滴灌是近年發(fā)展起來(lái)的新型麥田節(jié)水灌溉方式，在滴灌方式下不同滴灌帶配置影響作物水分利用及產(chǎn)量形成[32]。本研究中與單管滴灌相比，雙管滴灌能增加快速生長(zhǎng)特征值(GT)、根冠比、含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量，可優(yōu)化甜菜根部水分配置，提升灌溉水分利用效率，是發(fā)揮滴灌節(jié)水潛力、提高甜菜產(chǎn)量和質(zhì)量的有效配套技術(shù)。

本研究探討了不同滴灌帶型配置與覆蓋方式對(duì)滴灌甜菜相關(guān)農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、質(zhì)量及水分利用效率的影響。但試驗(yàn)僅在設(shè)定的灌水量和特定的土壤條件下進(jìn)行，不同灌水量和土壤性質(zhì)也會(huì)影響農(nóng)田土壤水分遷移和供給，進(jìn)而影響甜菜生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收，因此，還需進(jìn)一步開(kāi)展不同灌水量和土壤質(zhì)地下滴灌帶型配置和覆蓋方式的優(yōu)化研究。

4 結(jié) 論

在新疆甜菜產(chǎn)區(qū)膜下滴灌栽培條件下，雙管配置相對(duì)于單管配置、雙白膜覆膜方式相對(duì)于其他類(lèi)型覆膜方式，在塊根膨大期—糖分積累期能顯著增加功能葉面積和干物質(zhì)積累量，提高物質(zhì)向根系的分配，特別是提升生育期后期地下部干物質(zhì)的積累量和單根重，從而增加產(chǎn)量和產(chǎn)糖量，進(jìn)而顯著增加灌溉水利用效率。將一膜雙管和雙白膜覆蓋相結(jié)合，顯著提高甜菜產(chǎn)量和灌溉水利用效率，是滴灌栽培最適配套模式。