艾鵬睿，趙經(jīng)華，馬英杰，馬 亮，洪 明，付秋萍，陶洪飛

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

新疆，位于中國西北邊陲地帶，是一個(gè)典型農(nóng)業(yè)大省，并以灌溉農(nóng)業(yè)為主。水是新疆干旱區(qū)最稀缺的資源，影響著該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增長，水資源供需矛盾日漸增加，逐漸成為限制經(jīng)濟(jì)增長的重要因素。為保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，減輕水資源供需矛盾，推行高效節(jié)水灌溉技術(shù)勢在必行。滴灌是一種先進(jìn)的現(xiàn)代化節(jié)水灌溉技術(shù)，與傳統(tǒng)節(jié)水灌溉技術(shù)相比，節(jié)水效率約提高70%～80%[1]。目前，利用滴灌開展節(jié)水灌溉研究多為種植面積較為廣闊的小麥、棉花等[2-5]。而對于食葵，尤其是干旱地區(qū)食葵滴灌灌溉的研究尤為較少，以至于可參考資料較少，無法提供相應(yīng)的制定灌溉制度的依據(jù)。食葵是新疆地區(qū)重要經(jīng)濟(jì)作物之一[6]，常年應(yīng)用傳統(tǒng)農(nóng)藝灌溉技術(shù)，造成水資源不必要的浪費(fèi)。因此，本文基于同一灌水周期，不同灌水定額對食葵生長情況及其產(chǎn)量的影響進(jìn)行分析，探究不同灌水定額對食葵作物的生長發(fā)育及其產(chǎn)量的影響。從而為食葵的滴灌灌溉制度提供合理依據(jù)，同時(shí)將會(huì)新疆推行高效節(jié)水灌溉技術(shù)起到相應(yīng)的參考作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)站概況

灌溉試驗(yàn)站位于新疆阿勒泰地區(qū)福?？h闊克阿尕什鄉(xiāng)渾沃爾海東南方向，東經(jīng)87°35′58″，北緯47°01′22″，海拔平均高度約為445 m。試驗(yàn)田土壤質(zhì)地為多礫石沙土，土地貧瘠，保水保肥性較差。土壤干容重為1.56～1.70 g/cm3。田間持水率為12%～26%。經(jīng)測定：有機(jī)質(zhì)含量為0.213%，全氮為0.027%，速效氮為19.5×10-6，速效磷為9.0×10-6, 速效鉀為92.4×10-6。依據(jù)新疆生產(chǎn)架設(shè)兵團(tuán)耕地土壤研發(fā)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)[7]，屬于極低量級(jí)。

1.2 試驗(yàn)材料

食葵品種為三道眉，采用人工播種方式，株行配置為(40+80)×40 cm。2015年5月16日播種，同年9月10日收獲。施肥及其他農(nóng)耕管理措施與當(dāng)?shù)卮筇锕芾矸绞较嗤?/p>

1.3 試驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用對比方法，共設(shè)置6個(gè)處理，分別為： 225 m3/hm2(T1)； 300 m3/hm2(T2)； 375 m3/hm2(T3)； 450 m3/hm2(T4)； 525 m3/hm2(T5)；600 m3/hm2(T6)。為使試驗(yàn)結(jié)果更加精確，減少人為及不可抗拒因素產(chǎn)生誤差，每個(gè)處理均設(shè)置3個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)共計(jì)設(shè)置18個(gè)灌水小區(qū)。該試驗(yàn)于5月16日播種開始，9月10日收獲結(jié)束。試驗(yàn)灌溉制度設(shè)計(jì)見表1。

表1 食葵灌溉制度設(shè)計(jì)表

1.4 試驗(yàn)觀測項(xiàng)目與方法

(1)株高：每個(gè)處理隨機(jī)選擇5株食葵，每7 d用鋼尺進(jìn)行測量一次，取其平均值。由于作物6月5日之前，幼苗較小，因此選擇從6月5日之后開始測量。由于8月13日之后，作物基本停止生長，故8月13日之后，只測量食葵最終收獲時(shí)株高。

(2)莖圍：每個(gè)處理隨機(jī)選擇5株食葵，每7天利用游標(biāo)卡尺沿作物行向進(jìn)行測量一次，取其平均值。由于作物6月5日之前，幼苗較小，因此選擇從6月5日之后開始測量。由于8月24日之后，作物莖圍基本不發(fā)生變化，故8月24日之后。只測量食葵最終收獲時(shí)莖圍。

(3)產(chǎn)量：9月10日收獲，去除瓜盤底座，留下果實(shí)，并對每個(gè)小區(qū)進(jìn)行測產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS22對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理對食葵作物株高的影響

不同灌水定額對作物的生長情況會(huì)造成一定影響。由圖1可以看出，所有處理的整體生長變化趨勢大致相同。其中5月16日-6月21日作物生長緩慢，約占最后定型株高5%，此時(shí)對應(yīng)生育期為播種期到幼苗前期，該時(shí)段內(nèi)，植物剛開始生根發(fā)芽，急需養(yǎng)分。因此植物體內(nèi)吸收和儲(chǔ)存的營養(yǎng)著重應(yīng)用于根系，造成地表上部生長較為緩慢；6月22日-7月30日作物生長迅速，約占最后定型株高的90%左右。此時(shí)對應(yīng)的生育期為作物幼苗期到現(xiàn)蕾前期。該時(shí)段氣候條件適宜，植物根系已經(jīng)適應(yīng)土地情況并可以充分供給養(yǎng)分，植物體內(nèi)吸收和儲(chǔ)存的營養(yǎng)著重應(yīng)用于地表上部，因此該時(shí)期作物生長迅速；7月31日-9月10日作物生長緩慢，約占最后定型株高的5%，此時(shí)對應(yīng)生育期為現(xiàn)蕾期到生育期結(jié)束。該時(shí)期，作物開始開花結(jié)果，故作物體內(nèi)儲(chǔ)存和吸收的營養(yǎng)著重應(yīng)用與其生育器官。因此該時(shí)期株高提升速度變?yōu)榫徛詈笊踔镣Ｖ拱l(fā)生變化。

圖1中，不同灌水處理之間作物株高存在一定差異。其中最高為T4，株高216.4 cm，最低為T5，株高162.8 cm。對各處理株高進(jìn)行匯總加和，求各株高占其所有株高加和的百分比。結(jié)果為T1(17%)；T2(15%)；T3(17%)；T4(19%)；T5(17%)；T6(15%)。因此，結(jié)果表明T4明顯高于其他各處理，其他各處理之間差異不明顯。故不同的灌水定額對作物株高會(huì)有一定影響,但不與其他作物相同[8,9]，不是灌水定額越大，作物生長越高，或者灌水定額達(dá)到某限值時(shí)，作物株高無明顯差別。

圖1 不同灌水處理食葵不同時(shí)期株高變化趨勢圖

2.2 不同灌水處理對食葵徑圍的影響

圖2是同一灌水周期，不同灌水定額下食葵徑圍變化趨勢圖。從圖中可以看出，食葵徑圍變化趨勢與株高變化趨勢相似，同樣為先緩慢變粗，然后加速變粗，再變?yōu)榫徛兇?。而兩者唯一不同的是，莖圍會(huì)出現(xiàn)衰老情況，莖圍直徑后期呈下降趨勢，直至趨于平行。這是因?yàn)榍o后期發(fā)生衰老，造成體內(nèi)水分流失，出現(xiàn)萎縮現(xiàn)象[8]。

圖2 不同灌水處理食葵不同時(shí)期莖圍變化趨勢圖

2.2.1不同灌水處理對莖圍最大值的影響

對各處理莖圍最大值進(jìn)行匯總加和，求各莖圍占其所有莖圍加和的百分比。結(jié)果為處理T1(16%)；T2(15%)；T3(16%)；T4(19%)；T5(17%)；T6(17%)。因此，結(jié)果表明T4明顯高于其他各處理，其他各處理之間差異不明顯。該結(jié)果與2.1節(jié)結(jié)果相似，說明作物株有可能與莖圍存在相關(guān)性。

2.2.2不同灌水處理對莖圍萎縮程度的影響

對不同灌水處理下莖圍萎縮度進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表2。由表2可知，相對萎縮程度隨著灌水定額的增加而增加。因此說明，灌水量影響植物莖體內(nèi)含水量，灌水量越大，莖體內(nèi)含水量越高，側(cè)面說明灌水量影響作物體內(nèi)總含水量，灌水量越大，植物體內(nèi)含水量越高。

表2 不同灌水處理食葵不同時(shí)期莖圍變化

2.3 不同灌水處理對食葵產(chǎn)量的影響

圖3為同一灌水周期，不同灌水定額處理下食葵產(chǎn)量。由圖中可以看出：在不同灌水定額下，當(dāng)灌水量較少時(shí)，作物產(chǎn)量較低，說明灌水量影響作物產(chǎn)量。當(dāng)灌水量達(dá)到一定程度時(shí)，作物產(chǎn)量趨于平緩，甚至微有下降趨勢，說明灌水量達(dá)到一定程度時(shí)，基本不影響作物產(chǎn)量。

圖3 不同灌水處理?xiàng)l件下的食葵產(chǎn)量

2.4 食葵莖圍、株高、灌水量、產(chǎn)量之間交互作用分析

由圖1與圖2可發(fā)現(xiàn)：株高隨時(shí)間變化走勢與莖圍隨時(shí)間變化走勢相似，因此兩者之間可能存在相關(guān)關(guān)系。灌水量一般也會(huì)影響其作物產(chǎn)量及其莖圍、株高生長發(fā)育情況[10-12]。為探究四者之間的交互作用，分析影響產(chǎn)量的相關(guān)因素。本文由于數(shù)據(jù)量較少，先不考慮時(shí)間變化與灌水量對作物的影響，利用曲線擬合植株和莖圍之間關(guān)系。然后再分離出不同時(shí)間點(diǎn)、不同灌水量所對應(yīng)的實(shí)際數(shù)據(jù)與其擬合數(shù)據(jù)的平均偏差[10]，用以分析莖圍、株高、灌水量之間的交互作用，最終分離出影響作物產(chǎn)量的主要因素。

對食葵莖圍和株高進(jìn)行相關(guān)性分析，分析數(shù)據(jù)不考慮時(shí)間關(guān)系與灌水量之間的影響。分析結(jié)果相關(guān)系數(shù)R>0.95,為極顯著相關(guān)，說明兩者之間有顯著的相關(guān)性。令莖圍為自變量，株高為因變量，利用增長(H)曲線進(jìn)行擬合，擬合后相關(guān)系數(shù)R=0.975，擬合公式見式(1)。

y=e2.068+1.195x

(1)

實(shí)際數(shù)據(jù)與其擬合數(shù)據(jù)的平均偏差(mean bias error, MBE)[10],計(jì)算公式見式(2)。

(2)

式中：Pi和Oi分別為株高的擬合值和真實(shí)值；n表示研究時(shí)段的樣本數(shù)。

當(dāng)平均偏差為正值時(shí)，表明模擬株高小于實(shí)際株高，莖圍相對較粗，作物在該時(shí)期生長側(cè)重于莖圍增加。當(dāng)平均偏差為負(fù)值時(shí)，表示表明模擬株高大于實(shí)際株高，莖粗相對較細(xì)，作物在該時(shí)期生長側(cè)重于植株增高。

2.3.1時(shí)間變化對莖圍和株高之間關(guān)系的影響

圖4為忽略灌水量影響，只考慮各時(shí)間點(diǎn)所對應(yīng)的MBE值分布圖。由圖4可知：作物前期生長發(fā)育到6月21日時(shí)，莖圍是相對較粗，這是由于植物在積蓄養(yǎng)分，以為后期快速生長做準(zhǔn)備。從6月21日-7月23日，作物快速生長，植株迅速升高，造成莖圍相對較細(xì)。7月23日以后，由于作物開始進(jìn)入生育期， 食葵所結(jié)果實(shí)在作物最上部，對作物整體造成按壓效果，抑制株高生長，同時(shí)促進(jìn)莖圍變粗。8月13日MEB值為負(fù)值是因?yàn)榈缴笃?，莖圍由于衰老發(fā)生萎縮[1]，所以莖圍相對較細(xì)。由此可判定，莖圍是影響作物產(chǎn)量的主要因素。莖圍較粗，所能承受重量就越大，作物產(chǎn)量就相對升高。

圖4 各時(shí)間點(diǎn)所對應(yīng)的平均偏差

2.3.2不同灌水處理對莖圍和株高關(guān)系的影響

圖5為不考慮時(shí)間變化，只考慮灌水量影響的MBE值分布圖。由圖5可知：T4相對其他處理MBE值更大，說明其莖圍相對其他處理較粗，T4產(chǎn)量應(yīng)為最高。又由圖3可知，T4產(chǎn)量最高，為2 325 kg/hm2。驗(yàn)證了2.3.1節(jié)的推斷----莖圍越粗，會(huì)使產(chǎn)量相對提升。

圖5中，T5的MEB值大于T6，表明T5莖圍大于T6，T5產(chǎn)量大于T6。而由圖3可知，T6的產(chǎn)量大于T5的產(chǎn)量，兩者是相互矛盾的。這是因?yàn)橹参锴o體內(nèi)的含水量所影響的，含水量越高植物莖越挺拔，以至于承重能力越好，能托起的作物瓜盤重量越大，最終影響作物產(chǎn)量。又由表2可知，T6莖含水量大于T5。證明了作物體內(nèi)含水量影響作物產(chǎn)量的推斷，作物體內(nèi)含水量越大，會(huì)使作物產(chǎn)量相對提升。

圖5 各灌水處理對應(yīng)的平均偏差

3 結(jié) 論

(1)在同一灌水周期，不同灌水定額處理下的作物生長情況，莖圍和株高都為先緩慢增長，然后快速增長，最終再緩慢增長，直至停止發(fā)生變化。對不同灌水量植株生長情況進(jìn)行對比。灌水量會(huì)影響作物生長情況，但不是灌水量越大，植株生長發(fā)育越好。

(2)作物莖圍到生育后期會(huì)發(fā)生衰老萎縮現(xiàn)象。萎縮率與灌水量相關(guān)，灌水量越大，作物后期莖衰老萎縮程度就越大。側(cè)面說明灌水量影響作物體內(nèi)含水量，灌水量越大，植物體內(nèi)含水量就越大。

(3)試驗(yàn)表明，灌水定額在450 m3/hm2(T4)時(shí)，產(chǎn)量最高，最高為2 317.5 kg/hm2。且灌水定額在525 m3/hm2(T5)、600 m3/hm2(T6)時(shí)產(chǎn)量與其相差較小。因此利用灌水定額在450 m3/hm2的灌溉制度進(jìn)行灌溉。既不影響作物產(chǎn)量，又能減少灌水量的一種經(jīng)濟(jì)而有效的灌溉方法。新疆地區(qū)可以參考該灌溉制度進(jìn)行灌溉，以達(dá)到節(jié)水、增產(chǎn)的目的。產(chǎn)量也換算成公頃。

(4)灌水量對產(chǎn)量的影響，主要通過影響作物莖圍與作物體內(nèi)含水量來實(shí)現(xiàn)的。作物莖圍越粗，作物產(chǎn)量就越大。作物體內(nèi)含水量越高，作物產(chǎn)量就會(huì)越大。但隨著作物體內(nèi)含水量的逐漸增加，含水量就會(huì)影響作物莖圍的發(fā)育，造成相對減產(chǎn)。

[1] 江俊燕,汪有科. 不同灌水量和灌水周期對滴灌馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2008,(2):121-125.

[2] 王冀川,高 山,徐雅麗,等. 新疆小麥滴灌技術(shù)的應(yīng)用與存在問題[J]. 節(jié)水灌溉,2011,(9):25-29.

[3] 寧松瑞,左 強(qiáng),石建初,等. 新疆典型膜下滴灌棉花種植模式的用水效率與效益[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,22:90-99.

[4] 張旺鋒,王振林,余松烈,等. 膜下滴灌對新疆高產(chǎn)棉花群體光合作用冠層結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量形成的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2002,(6):632-637.

[5] 徐飛鵬,李云開,任樹梅. 新疆棉花膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展的思考[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2003,(1):25-27.

[6] 楊東明. 阿勒泰地區(qū)食葵高產(chǎn)栽培機(jī)械化種植技術(shù)[J]. 新疆農(nóng)機(jī)化,2014,(3):45-47.

[7] 兵團(tuán)農(nóng)業(yè)局.兵團(tuán)耕地施肥指標(biāo)體系建立[M]∥兵團(tuán)測土配方施肥技術(shù)報(bào)告論文集.新疆五家渠：兵團(tuán)出版社，2011.

[8] 江俊燕,汪有科. 不同灌水量和灌水周期對滴灌馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2008,(2):121-125.

[9] 張 航,李久生. 華北平原春玉米生長和產(chǎn)量對滴灌均勻系數(shù)及灌水量的響應(yīng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,(11):176-182.

[10] 杜太生,康紹忠,胡笑濤,等. 根系分區(qū)交替滴灌對棉花產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,(10):2 061-2 068.

[11] 員學(xué)鋒,吳普特,汪有科,等. 免耕條件下秸稈覆蓋保墑灌溉的土壤水、熱及作物效應(yīng)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,(7):22-26.

[12] 周明耀,趙瑞龍,顧玉芬,等. 水肥耦合對水稻地上部分生長與生理性狀的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,(8):38-43.

[13] 段春鋒,曹 雯,黃 勇,等. 氣象要素時(shí)間分辨率對參考作物蒸散估算的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,(14):158-164.