水氮耦合對(duì)膜下滴灌紅花生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

摘 要：【目的】研究水氮耦合對(duì)膜下滴灌紅花生長(zhǎng)發(fā)育、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量的影響。

【方法】采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以灌水量水平為主區(qū)。播前施基肥磷酸二銨（總養(yǎng)分64%，N-P2O5=18-46）150 kg/hm2，氧化鉀（30%）75 kg/hm2。設(shè)灌水量（W）和施氮量（N）2個(gè)因素，3個(gè)灌水量水平：W1：1 200 m3/hm2（低灌量）、W2：1 500 m3/hm2（中灌量）和W3：1 800 m3/hm2（高灌量）；3個(gè)施氮量水平：N0：不施氮（空白）、N1：300 kg/hm2（傳統(tǒng)施氮量）和N2：600 kg/hm2（高施氮量）。測(cè)定不同處理下紅花的農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量，評(píng)估不同水氮耦合處理對(duì)紅花生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量影響。

【結(jié)果】適宜的灌溉量和施肥量對(duì)紅花生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的促進(jìn)作用，W2N0和W2N1處理下紅花的株高、分枝數(shù)和葉片數(shù)等農(nóng)藝性狀均顯著高于其他處理，其中W2N1處理下紅花干物質(zhì)積累速率及積累量、單株果球數(shù)和每果粒數(shù)均達(dá)到最高水平，花絲產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量在W2處理下均比W1和W3處理顯著增加了8.09%和20.84%，但在N1和N2處理下差異較小，卻均比N0處理顯著增加了10.69%和25.66%。

【結(jié)論】中灌量和傳統(tǒng)施肥量處理W2N1（灌溉量1 500 m3/hm2及施肥量300 kg/hm2）最優(yōu)，可以促進(jìn)紅花的生長(zhǎng)發(fā)育、提高水肥利用效率、增加干物質(zhì)積累、協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

關(guān)鍵詞：紅花；水氮耦合；干物質(zhì)積累；生長(zhǎng)發(fā)育；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S567 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-4330（2024）04-0791-13

0 引 言

【研究意義】土壤水分和營(yíng)養(yǎng)元素是維系植物生長(zhǎng)發(fā)育重要的生理因子［1-2］。土壤貧瘠和水分不足影響作物養(yǎng)分的吸收利用［3］。新疆紅花（Carthamus tinctorius L.）種植面積占全國(guó)紅花總種植面積的85%［4-5］。近年來，隨著膜下滴灌水肥一體化技術(shù)的迅速發(fā)展，提高了水肥利用效率，降低水肥管理成本［6］。但在紅花生產(chǎn)中尚存在水肥施用不合理等問題，因此，研究水肥耦合對(duì)紅花主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)，對(duì)于篩選適合紅花生長(zhǎng)發(fā)育的水肥施用量、提高水肥利用效率、促進(jìn)紅花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】Guo等［7］研究發(fā)現(xiàn)，干旱條件下，作物產(chǎn)量及其光合作用受種植密度、水和氮因素的調(diào)節(jié)。Simkin等［8］通過合理的水和氮管理措施提高水肥的利用效率，是調(diào)節(jié)作物光合特性、光合產(chǎn)物的積累以及實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)的重要措施之一。魏廷邦等［9］研究發(fā)現(xiàn)，生育期減量20%灌水與高施氮量耦合可顯著增大密植玉米生育期的凈光合速率，進(jìn)而提高水分利用率和氮肥利用率。爾晨等［10］研究發(fā)現(xiàn)，灌溉量和施肥量對(duì)棉花生長(zhǎng)和產(chǎn)量構(gòu)成有促進(jìn)作用，通過提高灌溉量可增產(chǎn)23.2%～31.4%，通過增施氮肥可顯著增產(chǎn)12.5%～17.6%。徐彥軍等［11］分析發(fā)現(xiàn)，棉花在滴灌施氮條件下，棉花各項(xiàng)生理指標(biāo)隨灌溉量和施肥量的增加呈增大趨勢(shì)，在灌溉量4 650.0 m3/hm2和施氮量600.0 kg/hm2條件下棉花的產(chǎn)量最高。【本研究切入點(diǎn)】目前，有關(guān)番茄、果樹、玉米、白楊樹及肉蓯蓉等作物水氮耦合等研究較多［12-15］，而關(guān)于紅花水氮耦合效應(yīng)的研究卻鮮有報(bào)道。目前有關(guān)不同水肥耦合模式對(duì)紅花生長(zhǎng)發(fā)育、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的調(diào)控效應(yīng)研究尚空白。有必要研究水氮耦合對(duì)紅花生長(zhǎng)發(fā)育、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以紅花品種18086為材料，研究不同水肥耦合模式對(duì)紅花生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控效應(yīng)，分析紅花不同生育時(shí)期干物質(zhì)積累量、花絲和籽粒產(chǎn)量的變化趨勢(shì)，制定適合紅花生產(chǎn)的節(jié)水灌溉高產(chǎn)施肥策略，為紅花生產(chǎn)水氮資源的高效利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2020～2021年在新疆塔城地區(qū)裕民縣霍斯哈巴克鄉(xiāng)進(jìn)行。供試紅花品種為18086（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供）。地膜采用普通聚乙烯地膜覆蓋。采用輸液管模擬滴頭灌水，保證每個(gè)區(qū)均精確控制灌水量與施肥量。采用干播濕出方式播種，株距11 cm，保苗2×104株/667m2。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以灌水量水平為主區(qū)。播前施基肥磷酸二銨（總養(yǎng)分64%，N-P2O5=18-46）150 kg/hm2、氧化鉀（30%）75 kg/hm2。試驗(yàn)設(shè)灌水量（W）和施氮量（N）2個(gè)因素，3個(gè)灌水量水平：W1：1 200 m3/hm2（低灌量）、W2：1 500 m3/hm2（中灌量）和W3：1 800 m3/hm2（高灌量），分別于伸長(zhǎng)期-分枝期、現(xiàn)蕾期-初花期、盛花期、灌漿期-成熟期灌水4次。采用井水灌溉，灌水量由水表控制。3個(gè)施氮量水平：N0：不施氮（空白）、N1：300 kg/hm2（傳統(tǒng)施氮量）和N2：600 kg/hm2（高施氮量），分別于伸長(zhǎng)期、現(xiàn)蕾期和盛花期滴灌施肥。試驗(yàn)設(shè)9個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共27個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)長(zhǎng)7 m，寬4 m，小區(qū)面積28 m2，處理間間距1 m，走道2 m，試驗(yàn)面積869.4 m2。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 農(nóng)藝性狀

于紅花伸長(zhǎng)期、分枝期、現(xiàn)蕾期和開花期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇5株植株，測(cè)定其株高、莖粗、根長(zhǎng)、葉片數(shù)和分枝數(shù)等指標(biāo)。

1.2.2.2 干物質(zhì)積累量

于紅花伸長(zhǎng)期、分枝期、現(xiàn)蕾期和開花期，每個(gè)小區(qū)分別采集5株有代表性植株，剪去植株的根部，放入105℃烘箱中30 min殺青，80℃烘干稱干重，保存集中測(cè)定。

1.2.2.3 花絲、籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)

于紅花成熟期各處理取5株考種，測(cè)量單株果球數(shù)、每果粒數(shù)和千粒重。于紅花開花時(shí)分別采摘各處理花絲，晾干后記錄產(chǎn)量。于籽粒成熟后分別收獲各處理籽粒，曬干揚(yáng)凈后測(cè)產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和R語言進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析，采用最小顯著性差異LSD法進(jìn)行顯著性測(cè)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮耦合對(duì)紅花生長(zhǎng)發(fā)育中主要農(nóng)藝性狀的影響

研究表明，隨著水氮施用量的增加，紅花莖粗、葉片數(shù)和分枝數(shù)均呈先升后降的趨勢(shì)，株高隨著水氮施用量的增加而提高，根長(zhǎng)卻隨著水氮施用量的增加而持續(xù)減少。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，紅花主要農(nóng)藝性狀均呈“慢-快-慢”的趨勢(shì)，各處理間農(nóng)藝性狀均具有顯著差異，現(xiàn)蕾期后趨于穩(wěn)定。不同水氮處理間，開花期的紅花株高在W3N2處理下達(dá)到最高水平，其在W3處理下較W1和W2處理增加了6.70%和3.01%，在N2處理下較N0和N1處理增加了3.75%和9.60%；葉片數(shù)在W2N0和W2N1處理下達(dá)到最高水平，其在W2處理下較W1和W3處理增加了45.80%和83.31%，在N0和N1處理下較N2處理增加了20.01%和13.20%；分枝數(shù)在W2N1處理下達(dá)到最高水平，較W2N0和W2N2處理增加了76.82%和93.91%；根長(zhǎng)在W1N0處理下達(dá)到最高水平；莖粗在W2處理下達(dá)到最高水平，不同氮肥處理間顯著差異較小。適宜的灌溉量和施肥量能夠顯著促進(jìn)紅花的生長(zhǎng)，其中W2N1處理可顯著增加紅花莖粗、葉片數(shù)和分枝數(shù)。表1

2.2 水氮耦合對(duì)紅花生育進(jìn)程的影響

2.2.1 紅花總干物質(zhì)積累量和干物質(zhì)積累速率

研究表明，隨著水氮施用量的增加，紅花干物質(zhì)積累速率和積累量均呈先升后降的趨勢(shì)，兩者均在W2N1處理下達(dá)到最高水平。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，紅花干物質(zhì)積累速率和積累量逐漸增加，均于現(xiàn)蕾期-開花期達(dá)到最高水平。苗期-現(xiàn)蕾期的干物質(zhì)積累速率和積累量差異較小，現(xiàn)蕾期-開花期的干物質(zhì)積累速率在W2處理下較W1和W3處理增加了77.10%和20.80%，在N1處理下較N0和N2處理增加了13.79%和29.58%；干物質(zhì)積累量在W2處理下較W1和W3處理增加了29.08%和36.50%，在N1處理下較N0和N2處理增加了11.62%和18.48%。適當(dāng)增加水氮施用量有利紅花的光合作用，增加干物質(zhì)的形成和積累，以W2N1處理下干物質(zhì)積累速率和積累量表現(xiàn)最優(yōu)，但灌溉量和施肥量的過度增加反而抑制光合產(chǎn)物的形成。表2，圖1

2.2.2 紅花地上部分和地下部分干物質(zhì)積累分配

研究表明，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，紅花干物質(zhì)積累始終以地上部分為主，占總積累的83.33%以上。紅花地上部分干物質(zhì)比例隨著生育時(shí)期的推進(jìn)呈逐漸增加的趨勢(shì)，于開花期趨于穩(wěn)定。整個(gè)生育時(shí)期的地上或地下部分干物質(zhì)比例間差異較小，不同灌溉處理下，開花期的地上部分干物質(zhì)比例變?yōu)閃2gt;W1gt;W3；不同施肥處理下，地上部分干物質(zhì)比例變?yōu)镹0gt;N1gt;N2。此外，地上部分干物質(zhì)積累量在W2N1處理比W2N0和W2N3處理增長(zhǎng)了93.21%和88.32%，地下部分干物質(zhì)積累量在W2N1處理比W2N0和W2N3處理增長(zhǎng)了101.41%和89.00%。適宜的灌溉量和施肥量能增加紅花干物質(zhì)向地上部分運(yùn)輸，從而促進(jìn)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至生殖器官，增加紅花產(chǎn)量，以W2N1處理下紅花干物質(zhì)積累與分配表現(xiàn)最優(yōu)。表3

2.3 水氮耦合對(duì)紅花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

研究表明，紅花單株果球數(shù)、每果粒數(shù)、千粒重、花絲和籽粒產(chǎn)量均隨著水氮施用量的增加呈先升后降的變化趨勢(shì)。不同水氮處理間，紅花單株果球數(shù)在W2處理下較W1和W3處理增加了5.01%和7.23%，在N1和N2處理下較N0處理增加了14.56%和20.81%；每果粒數(shù)在W2處理下較W1和W3處理增加了6.78%和4.49%，在N1處理下較N0和N2處理增加了20.16%和16.85%；花絲產(chǎn)量在W2處理下較W1和W3處理增加了20.84%和8.09%，在N1和N2處理下較N0處理增加了20.02%和25.66%；籽粒產(chǎn)量在W2處理下較W1和W3處理增加了16.73%和13.15%，在N1和N2處理下較N0處理增加了10.69%和10.96%；千粒重在不同水肥處理間差異較小，不同灌溉處理下表現(xiàn)為W2gt;W1gt;W3，不同施肥處理下表現(xiàn)為N0gt;N1gt;N2。適當(dāng)增加水氮施用量有利于協(xié)調(diào)紅花產(chǎn)量構(gòu)成因素，顯著增加紅花花絲和籽粒產(chǎn)量，以W2N1處理下紅花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素綜合表現(xiàn)最優(yōu)，其能顯著增加紅花單株果球數(shù)、每果粒數(shù)、千粒重、花絲和籽粒產(chǎn)量。表4

2.4 水氮耦合條件下紅花產(chǎn)量及構(gòu)成因素的相關(guān)性

研究表明，不同水氮處理下，紅花花絲產(chǎn)量與單株果球數(shù)和每果粒數(shù)均呈顯著正相關(guān)，籽粒產(chǎn)量與單株果球數(shù)、每果粒數(shù)和千粒重均呈顯著正相關(guān)。單株果球數(shù)與每果粒數(shù)、千粒重、花絲和籽粒產(chǎn)量均呈顯著正相關(guān)，花絲和籽粒產(chǎn)量均與單株果球數(shù)和每果粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)花絲產(chǎn)量的影響大小為單株果球數(shù)gt;每果粒數(shù)，對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響大小為單株果球數(shù)gt;每果粒數(shù)gt;千粒重。在紅花栽培過程中，增加紅花單株果球數(shù)和每果粒數(shù)是提高紅花產(chǎn)量的主要途徑。圖2

3 討 論

3.1 水氮耦合對(duì)紅花農(nóng)藝性狀的影響

于景麟等［16］試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，保持充足的水分灌溉和相對(duì)偏低的施氮量能促進(jìn)幼年生毛白楊的生長(zhǎng)發(fā)育。宋明丹等［17］試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)減量施氮會(huì)增強(qiáng)小麥根莖葉的生長(zhǎng)，且會(huì)延長(zhǎng)葉片、莖和葉鞘等的功能期，增加葉綠素含量和光合產(chǎn)物。王國(guó)興等［18］研究發(fā)現(xiàn)，過量的灌溉量使作物生育前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過旺，導(dǎo)致貪青晚熟，在一定程度上抑制了作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，2020～2021年不同水氮處理下，紅花莖粗、葉片數(shù)和分枝數(shù)均隨著水氮施用量的增加呈先升后降的趨勢(shì)。高水肥（W3N2）處理促進(jìn)紅花的株高生長(zhǎng)，在開花期表現(xiàn)為68.1和73.2 cm，低水肥（W1N0）處理促進(jìn)紅花的根長(zhǎng)發(fā)育，在開花期變?yōu)?8.4和19.7 cm。紅花莖粗、分枝數(shù)和葉片數(shù)均在W2N1處理下達(dá)到最高水平，葉片數(shù)在W2處理下較W1和W3處理增加了45.80%和83.31%，分枝數(shù)在W2N1處理下較W2N0和W2N2處理增加了76.82%和93.91%。適宜的灌溉量和施肥量有利于紅花的生長(zhǎng)發(fā)育，尤其是W2N1處理下紅花的株高、莖粗、分枝數(shù)和葉片數(shù)等均發(fā)育良好，為紅花干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成奠定基礎(chǔ)，此結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致。

3.2 水氮耦合對(duì)紅花干物質(zhì)積累的影響

通過調(diào)節(jié)灌溉量和施肥量可以促進(jìn)或抑制作物的干物質(zhì)積累［19-20］。呂廣德等［21］研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)脑黾庸喔攘亢褪┓柿靠梢燥@著提高小麥干物質(zhì)積累量，并促進(jìn)干物質(zhì)籽粒運(yùn)輸，有效提高水分和氮素利用率。董合忠等［22］研究發(fā)現(xiàn)，無限制的增加水肥施入反而會(huì)抑制作物的干物質(zhì)積累及產(chǎn)量形成，只有保證合適的水氮處理和源－庫關(guān)系協(xié)調(diào)，才能獲得更高的產(chǎn)量和品質(zhì)。王東旺［23］也提出，不合理的水肥處理反而導(dǎo)致作物干物質(zhì)積累失調(diào)。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，紅花干物質(zhì)積累速率、積累量以及地上部分干物質(zhì)比例均隨著水氮施用量的增加呈先升后降的趨勢(shì)，干物質(zhì)積累速率和積累量均在W2N1處理下達(dá)到最高水平，水氮施用量的改變對(duì)紅花干物質(zhì)形成、積累和分配均有影響。苗期-現(xiàn)蕾期，不同水氮處理下干物質(zhì)積累速率和積累量差異較小，于開花期后兩者均在W2N1處理下到達(dá)最高水平，干物質(zhì)積累速率和積累量在W2處理下較W1和W3處理增加了20.80%～77.10%，在N1處理下較N0和N2處理增加了11.62%%～29.58%。此外，地上和地下部分干物質(zhì)積累量在W2N1處理比W2N0和W2N3處理增長(zhǎng)了88.32%～101.41%。適宜的灌溉量和傳統(tǒng)施肥量（W2N1）顯著增加紅花干物質(zhì)積累速率，提高紅花干物質(zhì)積累量，并協(xié)調(diào)地上部分和地下部分干物質(zhì)分配。此結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致。

3.3 水氮耦合對(duì)紅花產(chǎn)量的影響

紅花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均隨著水氮施用量的增加呈先升后降的趨勢(shì)，紅花單株果球數(shù)、每果粒數(shù)和千粒重均在W2N1處理下表現(xiàn)出最高水平，花絲和籽粒產(chǎn)量在W2處理下較W1和W3處理增加了8.09%～20.84%，在N1和N2處理下較N0處理增加了10.69%～25.66%。適宜的灌溉量和傳統(tǒng)施肥量W2N1可顯著增加單株果球數(shù)、每果粒數(shù)和千粒重，協(xié)調(diào)紅花產(chǎn)量構(gòu)成因素，從而提高紅花花絲和籽粒產(chǎn)量。

4 結(jié) 論

不同的水氮耦合模式對(duì)紅花的生長(zhǎng)發(fā)育起到促進(jìn)和協(xié)調(diào)作用，并影響紅花的干物質(zhì)累積與分配以及產(chǎn)量形成。適宜的灌溉量和傳統(tǒng)施肥量W2N1（灌溉量1 500 m3/hm2及施肥量300 kg/hm2）可促進(jìn)紅花的生長(zhǎng)發(fā)育、增加干物質(zhì)積累、協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素，達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

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