水肥一體化條件下不同灌水量對甜菜產(chǎn)質(zhì)量的影響

劉建雄，孫琳琳，劉 珣，胡華兵，丁兆斐，袁團團，郇 町

（新疆石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，新疆 石河子 832011）

0 引言

甜菜作為主要糖料來源之一，種植在中國西北、東北、華北等區(qū)域，具有耐旱、耐寒、抗逆性強等特點。中國北方多為干旱、半干旱區(qū)域，水資源匱乏以及供應(yīng)不均勻成為制約甜菜生產(chǎn)的重要原因[1]。新疆是中國西北內(nèi)陸的干旱區(qū)，光熱資源豐富，冬夏季溫差大且季節(jié)時間長，春秋季則相對較短。年平均最多日照出現(xiàn)在7月，最高氣溫也出現(xiàn)在7、8月，此時日照時數(shù)長，日蒸發(fā)量也相對較大，日照充沛，降水量偏少，年蒸發(fā)量是降水量的150倍，因此在干旱區(qū)合理高效利用水資源尤為重要[2]。應(yīng)對新疆水資源匱乏、供應(yīng)不均衡問題，如何進行科學(xué)灌溉，提高水分利用率，降低灌水量，促進甜菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，已成為新疆甜菜產(chǎn)業(yè)亟待解決的關(guān)鍵[3]。甜菜具有很強的耐旱性，在滿足甜菜生長正常所需之外適度節(jié)水利于根系深扎，在葉叢快速生長期進行節(jié)水灌溉，能有效避免葉叢瘋長，過度灌溉則會致使田間提前封壟，呈現(xiàn)葉柄長、葉片小，葉片有效光合速率減少，同時影響機械作業(yè)；在塊根糖分增長期適度進行節(jié)水灌溉，能有效將葉叢養(yǎng)分轉(zhuǎn)移到塊根上，提高塊根含糖。國內(nèi)外大量研究表明，適當節(jié)水可以提高甜菜水分利用率，獲得較高產(chǎn)量[4-5]。侯振安等[6]在不同灌水量以及不同時期水分調(diào)控對甜菜生長及糖分積累影響的研究中認為，甜菜全生育期較合理灌水頻次為6～7次，總灌水量4500～5250 m3/hm2效果最好，在葉叢快速生長期時以每次900 m3/hm2來保證充足的灌水，后期灌溉量逐漸減少，每次每公頃的灌水量控制在450～675 m3。在甜菜整個生育期中，植株含水量平均為90%左右，在甜菜塊根生長成熟時塊根含水量約為75%。馬永勝等[7]研究半干旱區(qū)甜菜耗水規(guī)律表明，在半干旱地區(qū)，甜菜在糖分積累期之前需保持土壤田間持水量的70%～80%，在糖分積累期保持在60%～70%，甜菜產(chǎn)量和含糖率便能獲得較高水平。在《新疆甜菜》中介紹甜菜第一年各生長時期的需水規(guī)律是：甜菜苗期需水最少（占全生育期總耗水量的11.8%～19.0%），葉叢繁茂期需水最多（占全生育期總耗水量的51.9%～58.0%），塊根糖分積累期需水相對減少（占全生育期總耗水量的27.1%～36.2%）[8-9]。新疆北疆甜菜的栽培多采用滴灌，只濕潤作物根區(qū)，不產(chǎn)生地面水層和地表徑流，不使地面板結(jié)，不破壞土壤結(jié)構(gòu)，具有減排、節(jié)水、省工、省電的特點，不易產(chǎn)生無效灌溉，容易控制灌溉水量和灌溉次數(shù)，同時可減少滲透和蒸發(fā)量，阻斷致病菌或病蟲草害隨水流動而帶來的問題，也可結(jié)合施肥罐進行水溶性施肥，使肥料直接滲透到作物根系層進行均勻的吸收利用，實現(xiàn)甜菜水肥一體化管理，水肥一體化管理可以根據(jù)作物需肥情況微量施入根系附近，減少肥料用量，提高肥料有效利用率，減輕對環(huán)境的化學(xué)污染[10-11]。運用灌溉施肥技術(shù)，通過人工控制閥門可隨時依據(jù)作物生長表現(xiàn)補充營養(yǎng)元素，減少浪費的同時精準調(diào)控作物生長，節(jié)省勞動力的投入，降低生產(chǎn)成本，滴灌技術(shù)比漫灌節(jié)水30%～50%左右[12]。本研究根據(jù)甜菜的抗旱性和滴灌可高精度控水的特點，在甜菜生長過程中根據(jù)甜菜生育期不同階段需水情況設(shè)置不同的灌溉方案，研究灌水量對甜菜的含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的影響，旨在探明甜菜高產(chǎn)高糖健康生長的需水特征及全生育期總需水量，提出新疆滴灌甜菜水分需求指標和較優(yōu)節(jié)水灌溉方法，提高新疆甜菜水肥一體化種植技術(shù)，提高用水效率、減少生產(chǎn)成本、降低勞力投入、增加農(nóng)民收益，促進甜菜產(chǎn)業(yè)持久健康發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設(shè)置在新疆兵團第八師石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院甜菜研究所試驗地(44°19′N，86°03′E)，海拔442.9 m。前茬作物為冬小麥，甜菜種植間隔4年，試驗地地勢平坦，土層質(zhì)地為壤土，土壤肥力充足。土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗地土壤養(yǎng)分含量

1.2 試驗品種

種植品種為‘KWS9147’，該品種為近年來新疆南北疆甜菜種植面積最多的品種。生產(chǎn)栽培周期為2020年4—10月，共計180余天。

1.3 試驗與設(shè)計

試驗共設(shè)置6個處理，4行區(qū)，3重復(fù)，隨機區(qū)組排列，行長50 m，等行距50 cm，株距18.5 cm，小區(qū)面積100 m2。小區(qū)4行2根滴灌帶，相鄰滴灌帶間距1 m，滴灌帶連接副管，副管連接支管，每個小區(qū)設(shè)單獨閥門、水表控制。

1.4 試驗地田間管理情況

試驗地播種時間為4月14日，采用50 cm×18.5 cm等行距種植模式，種植密度108105株/hm2。人工裸地點播，一穴一粒，播種結(jié)束后當天鋪設(shè)滴灌管道，全生育期共澆水7次，中耕3次，人工拔草5次，定苗時間為5月16日。

試驗地灌溉情況如表2。4月16日滴出苗水（出苗水不計入總灌量），4月24日左右2片子葉展開，灌水時間分別為6月4日、6月19日、7月13日、7月28日、8月16日、9月1日、9月16日，10月9日起拔收獲。

表2 試驗地灌水情況表 m3/hm2

其他管理同所有生產(chǎn)田一致。

1.5 產(chǎn)質(zhì)量調(diào)查

甜菜塊根收獲時去除小區(qū)兩側(cè)的保護行，各取中間2行相同位置的20 m行長區(qū)域進行產(chǎn)質(zhì)量測定，小區(qū)面積20 m2。

隨機取每小區(qū)中間2行連續(xù)15株甜菜，用取樣器45°從第1片葉痕（甜菜根頭第1對真葉的痕跡處）處扎至根中心，壓榨器壓榨成甜菜汁液，滴入手持折光儀讀數(shù)出甜菜錘度。各指標計算如式(1)～(3)[13]。

水分利用率(WUE)為甜菜塊根產(chǎn)量與全生育期耗水量的比值。灌溉水分利用率(IWUE)為甜菜塊根產(chǎn)量與灌水量的比值。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)相關(guān)性分析用SPSS 19進行處理及分析。用Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)處理，作圖軟件使用Origin。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)質(zhì)量鑒定結(jié)果

表3結(jié)果表明，6個不同灌水處理下的含糖率為13.55%～14.87%，其中處理3含糖率為14.87%，居第1位，處理6含糖率最低為13.55%，含糖率整體表現(xiàn)為處理3＞處理2＞處理1＞處理4＞處理5＞處理6；根產(chǎn)量為102718.5～86977.5 kg/hm2，其中處理3根產(chǎn)量為102718.5 kg/hm2，居第1位，處理6產(chǎn)量最低為86977.5 kg/hm2，產(chǎn)量整體表現(xiàn)為處理3＞處理4＞處理2＞處理1＞處理5＞處理6；產(chǎn)糖量為15277.5～11839.5 kg/hm2，其中處理3產(chǎn)糖量為 15277.5 kg/hm2，居第1位，處理6產(chǎn)糖量最低為11839.5 kg/hm2，產(chǎn)糖量整體表現(xiàn)為處理3＞處理4＞處理2＞處理4＞處理5＞處理6。經(jīng)顯著性分析，各處理間存在差異，在全生育期耗水量為4697.90 m3/hm2（處理3）時含糖率、根產(chǎn)量、產(chǎn)糖量均顯著高于其他處理。

表3 產(chǎn)質(zhì)量鑒定結(jié)果

2.2 不同灌水量對甜菜產(chǎn)量的影響

圖1結(jié)果表明，不同灌水量下甜菜的產(chǎn)量存在差異，經(jīng)顯著性分析，呈顯著水平(P＜0.05)。甜菜產(chǎn)量隨著灌水量的增加呈先提高后降低的趨勢。處理3（灌水量為4697.90 m3/hm2）時甜菜產(chǎn)量最高，經(jīng)顯著性分析，顯著高于處理1、處理2、處理5、處理6，分別增長8.73%、5.75%、13.21%、15.32%，處理2與處理4差異不顯著，但顯著高于處理1、處理5、處理6，分別增長了6.55%、11.14%、13.30%，處理1與處理2差異不顯著，但顯著高于處理5、處理6，分別增長了7.92%、10.16%；處理6（灌水量為6775.55 m3/hm2）甜菜塊根產(chǎn)量最低。

圖1 灌水量對甜菜產(chǎn)量的影響

2.3 不同灌水量對甜菜含糖率的影響

圖2結(jié)果表明，不同灌水量下甜菜的含糖率存在差異，經(jīng)顯著性分析，呈顯著水平(P＜0.05)。甜菜含糖率隨著灌水量的增加呈先提高后降低的趨勢。處理3（灌水量為4697.90 m3/hm2）甜菜含糖率最高，經(jīng)顯著性分析，顯著高于其他處理，較其他處理分別增長4.57%、3.23%、4.71%、4.84%、8.41%。處理2顯著高于處理1、處理4、處理5、處理6，分別增長了1.39%、1.53%、1.67%、5.35%。含糖率處理1＞處理4＞處理5，但經(jīng)顯著性分析，3個處理間差異不顯著，但顯著高于處理6。處理6（灌水量為6775.55 m3/hm2）甜菜含糖率最低。

圖2 灌水量對甜菜含糖率的影響

2.4 不同灌水量對甜菜產(chǎn)糖量的影響

圖3結(jié)果表明，不同灌水量下甜菜的產(chǎn)糖量存在差異，經(jīng)顯著性分析，呈顯著水平(P＜0.05)。甜菜產(chǎn)糖量隨著灌水量的增加呈先提高后降低的趨勢。處理3（灌水量為4697.90 m3/hm2）甜菜產(chǎn)糖量最高，經(jīng)顯著性分析，顯著高于其他處理，較其他處理分別增長12.95%、8.77%、6.98%、17.46%、22.50%。處理2與處理4差異不顯著，但顯著高于處理1、處理5、處理6，分別增長了6.42%、11.26%、16.69%。處理1與處理2差異不顯著，但顯著高于處理5、處理6，分別增長了9.52%、15.06%。產(chǎn)糖量處理1＞處理5，但經(jīng)顯著性分析，2個處理間差異不顯著，但顯著高于處理6。處理6（灌水量為6775.55 m3/hm2）甜菜產(chǎn)糖量最低。

圖3 灌水量對甜菜產(chǎn)糖量的影響

2.5 不同水分處理甜菜對水分利用的情況

（1）從各生育期灌水量占全生育期灌水的比例（表4）可以看出，處理1甜菜的灌水量最少，苗期灌水量為675.01 m3/hm2，占全生育期灌水量的20.38%。葉叢繁茂期灌水量為1507.53 m3/hm2，占全生育期灌水量的45.51%。塊根糖分增長期灌水量為999.01 m3/hm2，占全生育期灌水量的30.16%。糖分積累期灌水量為131.25 m3/hm2，占全生育期灌水量的3.96%。處理3獲得了較高的甜菜含糖率和甜菜塊根產(chǎn)量，其全生育期灌水量4697.90 m3/hm2比處理1增加了29.48%，苗期灌水量比處理1增加了28.57%，葉叢繁茂期和塊根糖分增長期灌水量比處理1均增加了28.57%，糖分積累期比處理1增加了46.15%。

表4 甜菜各生育期灌水量和占全生育期灌水量的比例及WUE、IWUE

（2）從表4可以看出，隨著灌水量的增加，各處理甜菜的含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，處理6的灌水量最多，全生育期灌水量為6775.55 m3/hm2，水分利用率與灌溉水分利用率最低，甜菜的含糖、塊根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量最低，因此處理6種植比較收益較低，投入多、產(chǎn)出少，未能獲得較高收益。處理3全生育期耗水量為4697.90 m3/hm2，水分利用率為21.86 kg/(hm2·m3)，灌溉水分利用率為21.87 kg/(hm2·m3)，甜菜含糖率、塊根產(chǎn)量、產(chǎn)糖量最高，因此適當?shù)墓喔攘磕茉黾铀掷寐?，減少投入的同時獲得較高產(chǎn)量，增加效益。

3 結(jié)論與討論

2020年石河子年平均氣溫偏高，最高氣溫出現(xiàn)在7月，平均氣溫25.1～26.1℃，石河子地區(qū)光熱資源豐富，年日照時數(shù)為2721～2818 h，日照時數(shù)長，日蒸發(fā)量也相對較大，降水量較往年偏少，降水主要集中在6、7月[14-15]，有效降雨為51.9 mm（圖4），此時正處于甜菜葉叢快速增長期，需水量大，加之氣溫高，蒸騰速率快，僅依靠降雨無法保證甜菜充足的供水，影響葉叢和塊根的生長，后期可能會導(dǎo)致甜菜減產(chǎn)或者絕收，所以在水肥一體化條件下，探索節(jié)水灌溉可以在穩(wěn)定甜菜產(chǎn)質(zhì)量的情況下節(jié)約水資源，同時減少叢根病和根腐病的發(fā)病率[16]。

圖4 2020年5—9月石河子降水量

在甜菜生產(chǎn)過程中水分供應(yīng)充足有利于甜菜產(chǎn)量的提高。葉叢快速生長期是甜菜的水分臨界期，在這一時期如果無法保證充足的灌水，會嚴重影響產(chǎn)質(zhì)量[17-18]。充足的水分有利于甜菜的營養(yǎng)生長，提高葉部器官進行物質(zhì)的積累，增進甜菜營養(yǎng)生長中心的轉(zhuǎn)移，增加甜菜的產(chǎn)量，然而過量澆水會使甜菜葉叢生長增快，生長中心集中在地上部，葉叢生長過旺，致使田間郁閉，增加病害的發(fā)生率，同時減緩了甜菜生長中心的轉(zhuǎn)移，不利于甜菜塊根膨大，同時增加青頭質(zhì)量。甜菜的產(chǎn)糖量是由甜菜塊根產(chǎn)量及甜菜含糖率共同決定的，在甜菜塊根膨大過程中，水分供應(yīng)與甜菜含糖率呈反比，水分供應(yīng)得越充足，塊根含糖率就越低，尤其在生長后期過量灌水，會致使甜菜返青，同時降低甜菜含糖率[19-21]。

董心久等[22]在對新疆50 cm×20 cm株行距的甜菜灌水量研究中認為，灌水量對甜菜葉叢高度有顯著影響，隨著灌水量的增多，甜菜葉叢高度增加，灌水量過少時甜菜的塊根長度、直徑、含糖率和塊根產(chǎn)量都處于較低水平，當灌水量慢慢增加時，甜菜的含糖率、塊根質(zhì)量和產(chǎn)量開始增長并達到最大，灌水過多甜菜的含糖率和塊根產(chǎn)量逐漸降低，這與本研究結(jié)果一致。新疆甜菜灌水次數(shù)較多，缺少科學(xué)的灌溉技術(shù)指導(dǎo)以及較優(yōu)的節(jié)水灌溉制度，節(jié)水灌溉效果不突出，投入與產(chǎn)出未能實現(xiàn)正相關(guān)，種植效益沒有實現(xiàn)最大化。王振華等[23]對甜菜灌水頻次的研究中認為，土壤含水量達到50%以上時方能獲得較高產(chǎn)量，隨著灌水頻次的增加，甜菜含糖率減少。

樊福義[24]甜菜需水規(guī)律的研究表明，甜菜苗期需水較多，占全生育期灌水量的15%；在葉叢繁茂期需水最多，占全生育期灌水量的41%；在糖分增長期需水較少，占全生育期灌水量的27%；在糖分積累期需水最少，占全生育期灌水量的17%。石河子屬于干旱氣候，2020年5—9月降水僅為51.9 mm，1次灌水達到高產(chǎn)高糖不符合實際。王振華等[23]甜菜灌水頻次的研究認為，甜菜全生育期灌水9次，每次灌水600 m3/hm2，總灌量5400 m3/hm2，可獲得較高產(chǎn)量。本研究中，5390.40 m3/hm2灌水量下的產(chǎn)量是100317 kg/hm2，居第2位；含糖率為14.17%，居第4位；產(chǎn)糖量為14211 kg/hm2，居第2位；在王振華等[23]研究基礎(chǔ)上節(jié)水13%，甜菜產(chǎn)量增長2.34%，含糖率增長4.71%，產(chǎn)糖量增長6.98%。在甜菜全生育期灌水7次，全生育期灌水量4697.90 m3/hm2，苗期灌水945.01 m3/hm2，占全生育期的20.12%，葉叢繁茂期灌水2110.53 m3/hm2，占全生育期灌水量的44.93%，糖分增長期灌水1398.61 m3/hm2，占全生育期灌水量的29.77%，糖分積累期灌水243.75 m3/hm2，占全生育期灌水量的5.19%[25]。因此，根據(jù)甜菜生育期需水規(guī)律進行灌水可獲得更優(yōu)的節(jié)水制度[26]。在水分比較匱乏的條件下，合理高效利用有限的水資源尤為重要，在甜菜苗期給足水分的同時可適當延后頭水來促進根系深扎，可減少灌水頻次同時進行適度節(jié)水，在甜菜水分敏感時期給足水分，生長后期適當減少水分的供給，維持塊根膨大的同時積累糖分，合理高效安排生育期內(nèi)供水，能充分提高水分利用率，獲得較高收益[27-28]。

本試驗認為，在新疆石河子地區(qū)甜菜全生育期灌水7次，總灌水量4697.90 m3/hm2時含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量均達到最高，在低于4697.90 m3/hm2時甜菜塊根產(chǎn)量、含糖率、產(chǎn)糖量隨灌水量的增加呈現(xiàn)上升趨勢，全生育期灌水量最高6775.55 m3/hm2時含糖率、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量表現(xiàn)為最低。因此甜菜灌水并非越多越好，過量灌水會明顯降低甜菜的含糖率和產(chǎn)量，但是在后期控制灌水可提高塊根糖分積累速率，增加塊根含糖率。