分枝期旱澇急轉(zhuǎn)對大豆生長發(fā)育的影響

許 滸，袁宏偉，張 輝，蔣尚明，劉 佳

（1.安徽省水利部淮河水利委員會水利科學研究院（水利水資源安徽省重點實驗室），合肥233088；2.蕭縣水利局岱西灌溉試驗站，安徽宿州235200）

0 引 言

農(nóng)田“旱澇急轉(zhuǎn)”（drought-flood abrupt alternation）是指在一段時間內(nèi)前期由于連續(xù)無降雨土壤墑情較長時間處于干旱狀態(tài)，后期突遇集中強降雨，使農(nóng)田水分狀況短時間內(nèi)快速由旱轉(zhuǎn)澇的一個自然過程[1-5]。根據(jù)張效武等的統(tǒng)計分析，1949-2006年中安徽省出現(xiàn)旱澇并存或旱澇急轉(zhuǎn)的年份有40年，占統(tǒng)計年數(shù)的69%。其中旱澇急轉(zhuǎn)典型年份21年，占統(tǒng)計年數(shù)的36%。而淮北地區(qū)和大別山區(qū)高達17年，占安徽省旱澇急轉(zhuǎn)年份的81%[4]。2000年以來，受亞熱帶季風氣候影響，淮北平原區(qū)旱澇交替出現(xiàn)的頻率顯著增大，整體上是旱澇急轉(zhuǎn)事件的易發(fā)區(qū)。該地區(qū)水稻、玉米和大豆的生長期與雨季基本重合，高溫伏旱與暴雨致澇極端氣候天氣經(jīng)常出現(xiàn)，易使前期處于干旱脅迫狀態(tài)的作物快速轉(zhuǎn)入澇漬脅迫[6-10]。而目前國內(nèi)對于農(nóng)作物單旱、單澇脅迫響應規(guī)律的研究較多，針對旱澇急轉(zhuǎn)條件下旱作物的受災減產(chǎn)和致災機理研究卻鮮有報道[11-15]，而將旱、澇作為獨立災害過程進行研究，在理論上難以解釋旱澇交替過程中的致災因子、孕災環(huán)境的演變規(guī)律以及承災體的響應規(guī)律，在實踐上不能滿足旱澇急轉(zhuǎn)災害治理的客觀需求，因此亟須提出新的面向旱澇全過程、全周期的災害治理理論體系。

大豆是安徽省淮北平原區(qū)的主要農(nóng)作物之一。2019年，淮北平原區(qū)大豆播種面積為51.96 萬hm2，占地區(qū)農(nóng)作物總播種面積的12.66 %[16]。大豆對土壤水分比較敏感，分枝-花莢期需水較多，此期適宜的土壤含水率下限為田間持水率的65%，充足的水分供應對大豆產(chǎn)量具有決定意義。但是，水分過多也會給大豆生產(chǎn)帶來不良影響[17-18]?；幢逼皆瓍^(qū)大豆生育期一般在6-9月，而這一時期正是一年中高溫伏旱和降雨集中期，常有前期干旱后遭遇暴雨甚至大暴雨發(fā)生，致使大豆發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)災害。本文通過分析大豆分枝期不同程度單澇和不同程度旱澇急轉(zhuǎn)條件下的株高、葉綠素含量、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素等指標的變化規(guī)律，量化旱澇交互作用下（先期旱與后期澇）作物的抗災、致災補償、削減或者疊加效應，揭示大豆分枝期的旱澇急轉(zhuǎn)致災機理，對于制定合理的面向旱澇急轉(zhuǎn)的減災、防災措施具有重要的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020年6-9月在安徽省水利部淮委水利科學研究院新馬橋農(nóng)水綜合試驗站進行，該站位于淮北平原中南部，海拔19.7 m（33°09′N，117°22′E），屬半干旱半濕潤季風氣候區(qū)。試驗站1983-2020年多年統(tǒng)計平均降雨量917.0 mm，平均蒸發(fā)量916.0 mm（E601）；根據(jù)新馬橋試驗站1983-2020年近40年的降雨資料統(tǒng)計分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)7-9月總降雨量有明顯逐年遞減的趨勢，大暴雨以上降雨次數(shù)及連續(xù)降雨天數(shù)有明顯降低趨勢，而單次降雨量有顯著上升，且連續(xù)無降雨日也有逐年增加的趨勢，以上分析結(jié)果說明試驗站周邊近40年以來極端天氣出現(xiàn)的概率存在上升趨勢（見圖1）。試驗區(qū)土壤為淮北平原區(qū)典型的砂姜黑土，其表層0～40 cm 土壤中砂粒占3.4%、粉粒占70.7%、粘粒占26.0%，0～40 cm 土壤養(yǎng)分平均含量為全氮0.73 g/kg、全磷0.44 g/kg、全鉀6.06 g/kg、速效磷27.55 mg/kg、硝態(tài)氮4.65 mg/kg、銨態(tài)氮19.44 mg/kg、有機質(zhì)13.71 g/kg，土壤容重1.45 g/cm3，田間持水量28.0%（重量含水率），凋萎點含水量9.3%（重量含水率）。

圖1 新馬橋農(nóng)水綜合試驗站降水情況分析

1.2 試驗設(shè)計

大豆旱澇急轉(zhuǎn)試驗依托新馬橋農(nóng)水綜合試驗站內(nèi)2 m2原狀土正方形有底測坑開展，坑內(nèi)土體厚度為2 m，均布設(shè)有防雨棚完全隔絕降雨，試驗過程中土壤水分完全受人工灌水控制。試驗大豆品種為“徐豆33”，于2020年6月20日播種，當年9月18日全部收割，全生育期為91 d。播種前所有試驗小區(qū)人工深翻1次，試驗小區(qū)的施肥量和播種量與當?shù)卮筇锍Ｒ?guī)種植一致，施底肥復合肥250 kg/hm2，種植密度為32.5 萬株/hm2。此外，各處理除水分管理外，其他管理方式完全一致，保證大豆生長發(fā)育不受其他非水分因素的影響。

本試驗通過人工取土監(jiān)測測坑中的土壤含水率，0～40 cm土層平均含水率低于65%時即為受旱開始時間（本試驗需時刻關(guān)注天氣預報狀況，如預報后期長時間無降雨，則應立即對含水率低于65%的測坑灌水，使其恢復至充分供水狀態(tài)）；澇漬試驗過程則結(jié)合自然降雨過程實施。2020年度旱澇急轉(zhuǎn)試驗實施起始時間為：受旱于7月19日-7月21日開始，受澇于7月22日開始，7月28日旱澇急轉(zhuǎn)試驗結(jié)束，試驗階段為分枝期，具體試驗實施細節(jié)見表1。

表1 測坑大豆分枝期旱澇急轉(zhuǎn)試驗實施表 d

1.3 試驗數(shù)據(jù)采集

試驗觀測項目主要有土壤含水率、大豆生長發(fā)育狀況等，具體包括：

（1）耕作栽培狀況的觀測記載。試驗區(qū)耕作栽培管理項目有：試區(qū)土壤肥力狀況、整地日期與方法、表土耕作、施（追）肥、供試品種、播種期、種植密度、灌水日期及灌水定額、中耕除草次數(shù)和時間，病蟲害的種類、發(fā)生時間、危害程度、防治措施及效果，以及其他的特殊耕作栽培措施等（見表2）。

表2 2020年度測坑對照組大豆生育期調(diào)查表

（2）作物生育動態(tài)及產(chǎn)量。對大豆生長過程中一些重要特征的出現(xiàn)時間進行調(diào)查記錄，以反映其生長發(fā)育進程。其生長發(fā)育狀況和觀測應定點定株進行。每一試驗小區(qū)選取有代表性的一行固定進行連續(xù)觀測。每5日觀測一次（旱澇急轉(zhuǎn)過程中加大觀測頻率）。試區(qū)大豆收獲后分區(qū)進行測產(chǎn)考種，收獲時單收、單打、單曬。

觀測的內(nèi)容主要包括：生育期調(diào)查；群體密度、株高和SPAD 值（由日本產(chǎn)葉綠素儀SPAD 502 Plus 測得）；產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素。

（3）土壤水分測定。試驗時定期進行土壤水分的測定（土鉆取土烘干稱重法），以觀測大豆生長過程中土壤水分的變化，最大限度實現(xiàn)對試驗土壤水分的精準控制，使其達到預期水分控制要求。土壤含水率采用定點測定，每2～5 d 測定一次（具體觀測頻率根據(jù)實際氣象情況定）。每個測坑的測定樣點數(shù)不少于2處，以其平均值確定土壤含水量。根據(jù)試驗站多年試驗及其他學者的研究認為0～40 cm 土層水分與大豆生長關(guān)系最為密切，因此本文中土壤含水量的測定深度定為40 cm，10 cm一層，每層取2個重復。

（4）農(nóng)業(yè)氣象觀測。試驗站氣象場的常規(guī)觀測項目有：氣溫、地溫、相對濕度、風向、風速、水面蒸發(fā)量、降雨量、日照時數(shù)、太陽輻射等指標（氣象數(shù)據(jù)由英國Delta-T Devices公司產(chǎn)WS-STD1自動氣象站測得）。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱澇急轉(zhuǎn)對大豆株高的影響

生育期內(nèi)大豆株高調(diào)查于7月7日開始（苗期），8月13日結(jié)束（花莢期，此時株高基本處于最高值，已停止生長），調(diào)查過程覆蓋未受旱-旱澇急轉(zhuǎn)-恢復期的試驗全過程。由圖2及表3可以看出，不同程度單澇和不同程度的旱澇急轉(zhuǎn)組大豆株高增長率均低于對照組，表明不同程度的單澇及旱澇急轉(zhuǎn)處理均對大豆株高生長有不同程度的抑制作用?；?月13日的數(shù)據(jù)分析可看出，經(jīng)過一段恢復期后，單澇2 d 的大豆株高增長率為148.93%，而旱1 d后澇2 d及旱4 d后澇2 d的處理組增長率則分別為160.82%、180.19%，相對于單澇2 d處理組其補償率分別為8.01%、21.02%；單澇4 d 處理組大豆株高增長率為174.62%，旱1 d澇4 d及旱2 d澇4 d處理組株高增長率分別為184.6%和208.64%，相對于單澇4 d 處理組其補償率分別為5.69%、19.46%；單澇6 d 處理組大豆株高增長率為132.72%，旱2 d 澇6 d 處理組大豆株高增長率為175.03%，其補償率為31.88%。

圖2 大豆生育期內(nèi)株高生長變化趨勢

表3 大豆株高相對增長率 %

上述分析結(jié)果可看出大豆分枝期單澇對株高的抑制作用明顯大于旱澇急轉(zhuǎn)，表明在大豆分枝期株高指標方面，前期一定程度的旱對于后期澇脅迫具有不同程度的補償效應，而且在本次試驗最長受旱4 d 范圍內(nèi)受旱時間越長，其后期補償效應越強。

2.2 旱澇急轉(zhuǎn)對大豆葉片葉綠素的影響

生育期內(nèi)大豆葉綠素相對含量（SPAD 值）調(diào)查于7月22日開始（分枝期），8月31日結(jié)束（鼓粒期），調(diào)查過程覆蓋旱澇急轉(zhuǎn)-恢復期的試驗過程。由圖3 及表4 可以看出，不同程度單澇和不同程度旱澇急轉(zhuǎn)處理的大豆葉綠素含量均低于對照組，表明不同程度的單澇及旱澇急轉(zhuǎn)處理均對大豆葉片葉綠素含量有不同程度的抑制作用；各水分處理下的大豆葉綠素含量變化趨勢基本一致，基本表現(xiàn)為在分枝-花莢期處于增長階段，鼓粒成熟期含量快速降低。

圖3 大豆生育期內(nèi)葉綠素含量生長變化

由表4可以看出，單澇組對大豆葉片葉綠素正常生長的抑制作用明顯大于旱澇急轉(zhuǎn)組，基于8月26日SPAD 值處于最高點時的數(shù)據(jù)分析可看出，經(jīng)過一段恢復期后，單澇2 d 的大豆SPAD 值增長率為6.50%，而旱1 d 后澇2 d 和旱4 d 后澇2 d 的處理組增長率分別為14.11%、21.61%，其補償率為117.08%、232.46%；單澇4 d 處理組大豆SPAD 值增長率為4.32%，而旱1 d 澇4 d 及旱2 d 澇4 d 處理組增長率分別為32.85%和9.19%，其補償率分別為660.42%、112.73%；單澇6 d 處理組大豆SPAD 值增長率為2.80%，而旱2 d 澇6 d 處理組增長率為8.01%，其補償率為186.07%。

表4 大豆葉綠素含量相對增長率

上述分析結(jié)果可看出單澇對大豆分枝期葉片葉綠素的抑制作用明顯大于旱澇急轉(zhuǎn)，表明在大豆葉綠素指標方面，大豆分枝期前期一定程度的旱脅迫對于后期急速轉(zhuǎn)為澇脅迫具有顯著的補償效應，后期澇2 d 時前期受旱時間越長，其補償效應越強，后期澇4 d 時前期受旱1 d 的補償效應明顯大于受旱2 d。

2.3 旱澇急轉(zhuǎn)對大豆產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

（1）旱澇急轉(zhuǎn)對大豆產(chǎn)量的影響。由表5可以看出，不同程度澇漬和旱澇急轉(zhuǎn)組大豆產(chǎn)量均明顯低于對照組，表明不同程度的單澇、單漬及旱澇急轉(zhuǎn)處理均會導致大豆不同程度減產(chǎn)。單澇2 d 的大豆小區(qū)產(chǎn)量為21.42 g，而旱1 d 后澇2 d 及旱4 d后澇2 d的處理組小區(qū)產(chǎn)量分別為31.86g、56.32 g，其補償率分別為48.84%、162.93%；單澇4 d 處理組大豆小區(qū)產(chǎn)量為28.33g，旱1 d 澇4 d 及旱2 d 澇4 d 處理組小區(qū)產(chǎn)量分別為58.20 g、79.94 g，其補償率分別為105.44%、182.17%；單澇6 d 處理組大豆小區(qū)產(chǎn)量為17.27 g，旱2 d 澇6 d 處理組大豆小區(qū)產(chǎn)量為25.14 g，其補償率為45.57%。

表5 大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素表

（2）旱澇急轉(zhuǎn)對大豆產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響。單澇2 d 的大豆平均單株莢數(shù)為8.70，而旱1 d后澇2 d及旱4 d后澇2 d的處理組平均單株莢數(shù)分別為10.85、8.15，其補償率分別為24.71%、-6.32%；單澇4 d 處理組大豆平均單株莢數(shù)為8.90，旱1 d 澇4 d 及旱2 d 澇4 d 處理組平均單株莢數(shù)分別為8.10、13.05，其補償率分別為-8.99%、46.63%；單澇6 d 處理組平均單株莢數(shù)為9.35，旱2 d 澇6 d 處理組平均單株莢數(shù)為8.95，其補償率為4.28%。單澇2 d 的大豆平均單株實莢數(shù)為5.05，而旱1d后澇2 d及旱4 d后澇2 d的處理組平均單株實莢數(shù)分別為6.20、4.60，其補償率分別為22.77%、-8.91%；單澇4 d 處理組大豆平均單株實莢數(shù)為5.75，旱1 d澇4 d及旱2 d澇4 d處理組平均單株莢數(shù)分別為5.05、9.95，其補償率分別為-12.17%、73.04%；單澇6 d 處理組平均單株實莢數(shù)為5.45，旱2 d 澇6 d 處理組平均單株實莢數(shù)為5.98，其補償率為9.72%。綜合以上對于大豆平均單株莢數(shù)和單株實莢數(shù)指標的分析結(jié)果可以看出，前期受旱脅迫1 d 時后期轉(zhuǎn)為受澇脅迫2 d 對于大豆莢數(shù)和實莢數(shù)的脅迫傷害有補償效應，受澇4 d 則為削減效應；前期受旱2 d 對于后期不同程度受澇均有補償效應；前期受旱脅迫4 d對于后期轉(zhuǎn)為受澇脅迫的則有疊加傷害效應。

單澇2 d 的大豆百粒重為11.84 g，而旱1 d 后澇2 d 及旱4 d后澇2 d的處理組百粒重分別為12.60g、13.64 g，其補償率分別為6.42%、15.20%；單澇4 d 處理組大豆百粒重為11.10 g，旱1 d 澇4 d 及旱2 d 澇4 d 處理組百粒重分別為11.53 g、13.32 g，其補償率分別為3.87%、20.00%；單澇6 d處理組百粒重為12.32，旱2 d澇6 d處理組百粒重為12.91，其補償率為4.79%。相同受澇天數(shù)條件下，旱澇急轉(zhuǎn)組的百粒重指標均大于單澇組。表明對于百粒重指標，前期不同程度的旱脅迫對于后期轉(zhuǎn)為澇脅迫均有不同程度的補償效應，而且在本次試驗最長受旱4 d范圍內(nèi)受旱時間越長，其對于后期的補償效應越強。

3 結(jié) 論

通過大豆分枝期不同程度單一受澇和不同程度旱澇急轉(zhuǎn)試驗研究，對不同水分處理條件下大豆株高、葉綠素含量、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素等指標的變化規(guī)律進行了分析，量化了旱澇相互作用間的效應，初步揭示了旱澇急轉(zhuǎn)下的大豆減產(chǎn)規(guī)律，得到以下結(jié)論：

（1）旱澇急轉(zhuǎn)和單一受澇均對大豆株高、葉綠素含量及產(chǎn)量構(gòu)成要素等指標有顯著抑制作用，并最終導致產(chǎn)量大幅度減產(chǎn)，但旱澇急轉(zhuǎn)組對于大豆正常生長發(fā)育的脅迫作用要明顯小于單澇組。

（2）本次試驗中大豆分枝期前期受旱天數(shù)≤4 d 條件下，對于后期發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的大豆株高、葉綠素、產(chǎn)量、百粒重等指標均有不同程度的脅迫傷害補償效應，且基本呈現(xiàn)前期受旱時間越長，其后期補償效應越大的規(guī)律。而對于大豆單株莢數(shù)和單株實莢數(shù)指標，前期受旱1 d 后期受澇2 d 體現(xiàn)為補償效應，受澇4 d 則為削減效應；前期受旱2 d 的旱澇急轉(zhuǎn)組均對單澇處理組的單株莢數(shù)和單株實莢數(shù)有不同程度的補償效應；前期受旱4 d 的旱澇急轉(zhuǎn)組與相同單澇天數(shù)處理組的相比則有疊加效應。

（3）綜合分析，旱澇急轉(zhuǎn)組相比單澇組產(chǎn)量有明顯增加的原因，是因為前期適宜的輕度干旱對于大豆百粒重補償了4.79%～20.00%、平均單株莢數(shù)補償了4.28%～46.63%、單株實莢數(shù)補償了9.72%～73.04%，同時結(jié)合株高和葉綠素含量的變化規(guī)律，說明短期輕旱增強了大豆對于外界水土環(huán)境的耐受性，緩解了后期澇漬對大豆生長發(fā)育的不利影響。