董心久，楊洪澤，周建朝，高衛(wèi)時，張立明，李思忠，石洪亮，劉 軍

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091；2.黑龍江大學(xué)，哈爾濱 150080)

0 引 言

【研究意義】我國甜菜主要種植于西北、華北和東北的干旱與半干旱地區(qū)。甜菜生物產(chǎn)量高，生育期耗水量大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對灌溉水的需求非常大，而這些地區(qū)年降雨量少且分布不均，尤其是西北地區(qū)，水資源緊缺已成為新疆綠洲區(qū)制約甜菜產(chǎn)量形成的主要因素之一。氮是植物所需要的大量營養(yǎng)元素之一，對作物長勢、產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義[1]，同時氮素也是肥料三要素之首，是對甜菜產(chǎn)量和塊根糖分積累影響最為敏感的營養(yǎng)元素[2-3]。針對節(jié)水灌溉需求，在減少灌溉量的基礎(chǔ)上，通過某種方式來緩解因灌溉水不足對作物生長發(fā)育的影響。試驗在不同灌溉量下，研究氮肥施用時期對甜菜光合物質(zhì)生產(chǎn)及產(chǎn)量的影響，揭示氮肥對甜菜產(chǎn)量的補(bǔ)償作用，為干旱地區(qū)甜菜水肥高效管理技術(shù)提供科學(xué)理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】施氮量為180 kg/hm2甜菜塊根產(chǎn)量達(dá)到最大，施氮量為120 kg/hm2產(chǎn)糖量表現(xiàn)最優(yōu)，而后隨施氮量增加而逐漸下降[4]。蔡柏巖等[5]研究認(rèn)為，當(dāng)施氮量為120 kg/hm2時，根冠比最為合理；施氮量再增加，根重增長幅度減少，表明適量施氮提高葉叢與塊根生長的協(xié)調(diào)性。也說明氮素水平調(diào)控對產(chǎn)量及含糖率有重要影響，適量施氮能增加產(chǎn)量，但過量施氮會對品質(zhì)造成不利影響[6]。邵金旺等[7]研究認(rèn)為甜菜對氮素的吸收強(qiáng)度從苗期到葉叢快速生長期逐漸增大，8月上、中旬左右的吸收強(qiáng)度最大，之后逐漸降低。“氮肥后移”是當(dāng)前大部分作物進(jìn)一步提高產(chǎn)量的新途徑[8-10]，也有研究表明，糖分積累期再投入氮肥會導(dǎo)致葉叢徒長，降低甜菜產(chǎn)量和品質(zhì)[11]。甜菜的耐旱性雖能與C4植物相提并論[12]，但供水不足是制約作物生長的主要原因[13]。大田試驗研究水氮耦合交互作用能緩解缺水對作物造成的不利影響[14]。同時也有研究認(rèn)為適度水分虧缺不造成減產(chǎn)且能提升塊根品質(zhì)、節(jié)本增效[12,15]。【本研究切入點】目前在甜菜上關(guān)于水氮耦合效應(yīng)、水分脅迫及復(fù)水、調(diào)虧灌溉、氮肥水平等[2,3,5,13-20]，在不同灌溉量下氮肥不同施用時期對甜菜產(chǎn)量形成的補(bǔ)償效應(yīng)方面還未見報道。研究不同灌溉定額下氮肥施用時期對甜菜光合物質(zhì)生產(chǎn)及產(chǎn)量的補(bǔ)償作用?！緮M解決的關(guān)鍵問題】分析新疆北疆地區(qū)甜菜灌溉及氮肥施用時期對甜菜光合物質(zhì)生產(chǎn)及產(chǎn)量的影響，研究適宜北疆甜菜的灌溉量和氮肥施用時期，為甜菜精準(zhǔn)灌溉、施肥，提高水肥利用率和節(jié)本增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2017年4月下旬～10月中旬在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院瑪納斯甜菜試驗基地進(jìn)行，列出供試土壤養(yǎng)分及試驗區(qū)7～10月環(huán)境因素變化。表1，圖1

表1 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)
Table 1 The basic physical and chemical properties of soil

土層深度Soil depth(cm)pH值全氮Total N(g/kg)全磷Total P(g/kg)全鉀Total K(g/kg)有機(jī)質(zhì)Organic matter(g/kg)速效氮Available N(mg/kg)速效磷Available P(mg/kg)速效鉀Available K(mg/kg)0～208.551.17 1.00 21.50 21.92 76.70 10.10 542.00

圖1 試驗區(qū)7～10月環(huán)境因素變化
Fig.1 The change of environmental factors in the test area for 7-10 months

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，主區(qū)為總灌溉量4 650和5 850 m3/hm2，副區(qū)為5個氮肥施用時期(純N總量一致120 kg/hm2)，分別為N1(生育期內(nèi)不施肥)、N2(播種前全部施入)、N3(播種前施入一半，6月中旬追施一半)、N4(播種前施入一半，7月中旬追施一半)、N5(播種前施入一半，8月下旬追施一半)。供試甜菜品種為ST14991。于4月24日機(jī)械覆膜，人工打孔播種，1膜2行，滴灌毛管鋪在2行中間，行距50 cm，株距18 cm，理論株數(shù)為11.12×104株/hm2，長10 m，寬2 m，小區(qū)(2膜)面積20 m2，重復(fù)3次，重復(fù)間距1 m，占地面積為660 m2。表1

根據(jù)甜菜生育期需水肥情況，試驗共10次滴灌，每次灌水量由水表控制。施用的肥料為尿素(N 46%)、三料磷肥(P2O546%)和硫酸鉀(K2O 51%)?；剩耗蛩厥┯每偭康?0%，三料磷肥施用105 kg/hm2，硫酸鉀施用120 kg/hm2；追肥：全部施用尿素(總量的50%)。表2，表3

表2 灌溉方案
Table 2 Irrigation scheme

灌溉量Irrigation(m3/hm2)灌溉日期(月/日) Irrigation date (M/D)4/256/217/47/167/268/58/158/319/139/234 6505256004504504504504504504503755 850525600600600600600600600600525

表3 施肥方案
Table 3 Fertilization scheme

氮肥施用時期Application period of nitrogen fertilizer施肥日期(月/日)Additional fertilizer date (M/D);肥料種類及施用量Type of fertilizer and application amount (kg/hm2)4/246/217/168/31NP2O5K2ONNNN10105120N2120105120N36010512060N46010512060N56010512060

1.2.2 測定項目

1.2.2.1 土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分

在播種施肥前，采用對角線法取0～20 cm土樣5個點，混合風(fēng)干后，測定有機(jī)質(zhì)、pH、全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K。

1.2.2.2 凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Er)

于7月8日、7月25日、8月7日、8月19日、9月11日、10月11日測定甜菜葉片凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Er)，利用英國Hansatech公司生產(chǎn)的CIRAS-3型光合儀在11：00～13：00時間內(nèi)的晴朗天氣進(jìn)行測定。

1.2.2.3 產(chǎn)量和含糖率

每小區(qū)取中間2行，測定產(chǎn)量和含糖率。測產(chǎn)按5 m2面積記數(shù)塊根數(shù)量和重量，計算收獲株數(shù)和產(chǎn)量。含糖率采用錘度計測定，每小區(qū)選取10株有代表性的塊根進(jìn)行測定錘度，含糖率(%)=可溶性固形物含量(%)×0.83。

1.2.2.4 計算公式

灌溉水生產(chǎn)力(kg/m3)=塊根產(chǎn)量/總灌溉量。

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量。

補(bǔ)償指數(shù)(Ci)指各指標(biāo)在經(jīng)過處理后與對照相比的恢復(fù)程度，可反映甜菜補(bǔ)償效應(yīng)的大小。計算公式為：Ci=(Xr-XCK)/XCK，式中：Xr為處理后指標(biāo)實測值；XCK為對照相應(yīng)指標(biāo)實測值。若Ci為正值則存在補(bǔ)償現(xiàn)象，若Ci為負(fù)值則說明某項指標(biāo)在處理后不存在補(bǔ)償現(xiàn)象[21]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2010、SPSS19.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)進(jìn)行兩因素方差分析采用General Linear Model-UnivariateProce-Dure，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉量下氮肥施用時期對甜菜光合特性的影響

2.1.1 不同灌溉量下氮肥施用時期對甜菜凈光合速率(Pn)的影響

研究表明，同一氮肥施用時期，隨著灌溉量的增加Pn呈增加趨勢，灌溉量5 850 m3/hm2較4 650 m3/hm2的Pn平均提高了6.4%。同一灌溉量，隨著氮肥施用時期的后移，Pn呈先增加后降低的趨勢，N4處理的Pn最大，在甜菜出苗后88 d達(dá)到峰值。在4 650 m3/hm2灌溉量下N2、N3、N4、N5處理的Pn較N1提高了21.4%、26.8%、32.0%、8.2%；在5 850 m3/hm2灌溉量下N2、N3、N4、N5處理的Pn較N1提高了14.5%、20.8%、27.8%、2.6%。2種灌溉量下各氮肥施用時期補(bǔ)償指數(shù)均以N4最優(yōu)，4 650較5 850 m3/hm2灌溉量下N4處理的甜菜Pn峰值時補(bǔ)償指數(shù)及生育期內(nèi)Pn平均補(bǔ)償指數(shù)分別提高了15.3%、15.9%。圖2，表4

圖2 不同處理下甜菜凈光合速率變化
Fig.2 Effect of different treatments on net photosynthetic rate of sugar beet表4 不同處理甜菜Pn峰值時補(bǔ)償指數(shù)和生育期內(nèi)平均補(bǔ)償指數(shù)比較
Table 4 The comparison of the peak value compensation index of Pn and the average compensation index during the growth period in different treatments of sugar beet

灌溉量Irrigation(m3/hm2)氮肥施用時期 APNFPn峰值時補(bǔ)償指數(shù)Compensation index for peak value of Pn生育期內(nèi)Pn平均補(bǔ)償指數(shù)Average compensation index of Pn during the growth period4 650N20.210.20N30.270.31N40.320.34N50.080.155 850N20.140.15N30.210.24N40.280.29N50.030.12

2.1.2 不同灌溉量下氮肥施用時期對甜菜蒸騰速率(Er)的影響

研究表明，蒸騰速率Er與Pn表現(xiàn)趨勢一致，同一氮肥施用時期，隨著灌溉量的增加Er呈增加趨勢，灌溉量5 850 m3/hm2較4 650 m3/hm2的Er平均提高了9.1%。同一灌溉量，隨著氮肥施用時期的后移，Er呈先增加后降低的趨勢，N4處理的Er最大，在出苗后88 d達(dá)到峰值。在4 650 m3/hm2灌溉量下N2、N3、N4、N5處理的Er較N1提高了51.6%、62.4%、71.3%、21.2%；在5 850 m3/hm2灌溉量下N2、N3、N4、N5處理的Er較N1提高了53.3%、64.0%、72.2%、22.2%。4 650 m3/hm2灌溉量下氮肥施用時期較5 850 m3/hm2灌溉量下氮肥施用時期Er的提高程度均低，說明4 650 m3/hm2灌溉量在一定程度上降低了甜菜的蒸騰作用，4 650較5 850 m3/hm2灌溉量下N4處理的Er降低了1.3%。圖3

圖3 不同處理下甜菜蒸騰速率變化
Fig.3 Effect of different treatments on transpiration rate of sugar beet

2.2 不同灌溉量下氮肥施用時期對甜菜光合物質(zhì)積累的影響

灌溉量對甜菜莖葉干重達(dá)到極顯著性差異(P<0.01)，對總干重達(dá)到顯著性差異(P<0.05)，對甜菜根干重?zé)o顯著性差異；氮肥施用時期對甜菜莖葉干重和總干重均達(dá)到極顯著性差異(P<0.01)，對甜菜根干重?zé)o顯著性差異；灌溉量與氮肥施用時期對甜菜莖葉干重、根干重及總干重均無顯著性差異。研究表明，同一氮肥施用時期，隨著灌溉量的增加甜菜莖葉干重、根干重極總干重均呈增加趨勢，4 650較5 850 m3/hm2灌溉量下平均下降了9.7%、5.6%、6.9%。2種灌溉量下隨著氮肥施用時期的后移莖葉干重、根干重及總干重均表現(xiàn)為N4>N3>N2>N5>N1。4 650 m3/hm2灌溉量下N2、N3、N4、N5處理甜菜的莖葉干重較N1處理分別提高了13.9%、21.2%、27.6%、7.3%，根干重較N1處理分別提高了17.3%、21.9%、27.1%、3.7%，總干重較N1處理分別提高了16.3%、21.7%、27.3%、4.8%。5 850 m3/hm2灌溉量下N2、N3、N4、N5處理甜菜的莖葉干重較N1處理分別提高了13.4%、17.5%、21.7%、7.8%，根干重較N1處理分別提高了13.9%、16.5%、21.7%、5.1%，總干重較N1處理分別提高了13.8%、16.8%、21.7%、6.0%。2種灌溉量下各氮肥施用時期補(bǔ)償指數(shù)均以N4最優(yōu)，4 650較5 850 m3/hm2灌溉量下N4處理的甜菜莖葉干重、根干重及總干重補(bǔ)償指數(shù)分別提高了27.5%、25.2%及26.0%。表5，表6

表5 甜菜光合物質(zhì)積累比較
Table 5 The comparison of the accumulation of photosynthetic substances in sugar beet

灌溉Irrigation(m3/hm2)氮肥施用時期APNF莖葉干重SLDW(g/株)根干重RDW(g/株)總干重TDW(g/株)4 650N170.9d165.3b236.2dN280.7bcd193.9ab274.6abcdN385.9abc201.4ab287.4abcN490.5ab210.1ab300.6abN576.1cd171.4ab247.5cd5 850N179.8bcd179.1ab259.0bcdN290.5ab204.0ab294.6abcN393.8a208.6ab302.5abN497.1a217.9a315.1aN586.1abc188.3ab274.4abcdF值 F value灌溉 Irrigation13.5**1.44.6*氮肥施用時期 APNF7.6**2.65.7**灌溉×氮肥施用時期 Irrigation×APNF0.10.10.1

注：*和**分別表示P<0.05、P<0.01水平顯著；同列數(shù)值后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

Note:*and**mean significant difference at 0.05 and 0.01 level; after the same value, different letters showed significant differences between the treatments (P<0.05); 氮肥施用時期APNF: Application period of nitrogen fertilizer; 莖葉干重SLDW: Stem and leaf dry weight; 根干重RDW: Root dry weight; 總干重TDW: Total dry weight. The same below

表6 甜菜光合物質(zhì)積累補(bǔ)償指數(shù)比較
Table 6 The comparison of photosynthetic substances accumulation compensation index of sugar beet

灌溉量Irrigation (m3/hm2)氮肥施用時期APNF莖葉干重SLDW塊根干重RDW總干重TDW4 650 N20.14 0.17 0.16 N30.21 0.22 0.22 N40.28 0.27 0.27 N50.07 0.04 0.05 5 850 N20.13 0.14 0.14 N30.18 0.16 0.17 N40.22 0.22 0.22 N50.08 0.05 0.06

2.3 不同灌溉量下氮肥施用時期對甜菜產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

灌溉量對甜菜含糖率達(dá)到極顯著性差異(P<0.01)，對甜菜收獲株數(shù)、單根重、產(chǎn)量、產(chǎn)糖量、產(chǎn)量增產(chǎn)率及產(chǎn)糖量增產(chǎn)率均無顯著性差異；氮肥施用時期對甜菜單根重、產(chǎn)量、含糖率及產(chǎn)糖量均達(dá)到極顯著性差異(P<0.01)，對甜菜收獲株數(shù)、產(chǎn)量增產(chǎn)率及產(chǎn)糖量增產(chǎn)率無顯著性差異；灌溉量與氮肥施用時期對甜菜收獲株數(shù)、單根重、產(chǎn)量、含糖率、產(chǎn)糖量、產(chǎn)量增產(chǎn)率及產(chǎn)糖量增產(chǎn)率均無顯著性差異。研究表明，同一氮肥施用時期，4 650較5 850 m3/hm2灌溉量下甜菜單根重、產(chǎn)量及產(chǎn)糖量平均下降了4.1%、3.7%、0.4%，甜菜含糖率、產(chǎn)量增產(chǎn)率及產(chǎn)糖量增產(chǎn)率平均增加了3.3%、23.1%、18.4%。兩種灌溉量下隨著氮肥施用時期的后移單根重、產(chǎn)量、含糖率、產(chǎn)糖量及產(chǎn)量增產(chǎn)率均表現(xiàn)為N4>N3>N2>N5>N1。4 650 m3/hm2灌溉量下N2、N3、N4、N5處理甜菜的單根重較N1處理增加了11.4%、13.1%、16.2%、4.4%，產(chǎn)量較N1處理分別提高了14.7%、16.5%、18.7%、6.1%，含糖率較N1處理分別提高了4.8%、4.9%、8.6%、3.5%，產(chǎn)糖量較N1處理分別提高了19.1%、20.9%、25.9%、9.7%。5 850 m3/hm2灌溉量下N2、N3、N4、N5處理甜菜的單根重較N1處理增加了11.0%、12.1%、14.1%、4.8%，產(chǎn)量較N1處理分別提高了13.9%、14.3%、15.7%、6.1%，含糖率較N1處理分別提高了3.5%、5.9%、7.6%、3.0%，產(chǎn)糖量較N1處理分別提高了17.0%、19.2%、22.0%、8.9%。2種灌溉量下各氮肥施用時期補(bǔ)償指數(shù)均以N4最優(yōu)，4 650較5 850 m3/hm2灌溉量下N4處理的甜菜單根重、產(chǎn)量、含糖率及產(chǎn)糖量補(bǔ)償指數(shù)分別提高了18.2%、23.2%、14.4%及24.2%。表7，表8

表7 甜菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素比較
Table 7 The comparison of the components of yield and yield of sugar beet

灌溉量Irrigation(m3/hm2) 氮肥施用時期APNF收獲株數(shù)P No.(株/hm2)單根重RW(g)產(chǎn)量Y(kg/hm2)含糖率SC(%)產(chǎn)糖量SY(kg/hm2)產(chǎn)量增產(chǎn)率YIR(%)4 650N1102 005a812c83 097c15.3bc12 640dN2106 205a917ab97 365abc16.0ab15 621abc18.9aN3106 672a935ab99 538ab16.1ab15 978abc20.7aN4105 538a969a102 205ab16.7a17 069a24.6aN5104 205a850bc88 484bc15.8b14 004cd8.3a5 850N1102 671a852bc87 484bc14.8c12 991dN2106 005a958a101 645ab15.4bc15 647abc16.4aN3105 338a970a102 125ab15.8b16 083ab16.9aN4104 672a991a103 818a16.1ab16 657a18.9aN5104 005a895abc93 177abc15.3bc14 262bcd6.7aF值 F value灌溉量 Irrigation0.033.201.5110.30**0.030.27氮肥施用時期 APNF0.417.15**5.54**7.46**13.65**0.90灌溉×氮肥施用時期Irrigation×APNF0.020.040.040.200.110.02

注：*和**分別表示P<0.01、P<0.05水平顯著；同列數(shù)值后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

Note:**and* mean significant difference at 0.01 and 0.05 level; after the same value, different letters showed significant differences between the treatments (P<0.05); 氮肥施用時期APNF: Application period of nitrogen fertilizer; 收獲株數(shù)P No.: Plant number; 單根重RW: Root weight; 產(chǎn)量Y: Yield; 含糖率SC: Sugar content; 產(chǎn)糖量SY: Sugar yield; 產(chǎn)量增產(chǎn)率YIR: Yield increase rate. The same below

表8 甜菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素補(bǔ)償指數(shù)比較
Table 8 The comparison of the components of yield and yield compensation index of sugar beet

灌溉量Irrigation (m3/hm2)氮肥施用時期APNF單根重RW產(chǎn)量Y含糖率SC產(chǎn)糖量SY4 650N20.130.170.040.24N30.150.200.060.26N40.190.230.090.35N50.050.060.040.115 850N20.120.160.040.20N30.140.170.060.24N40.160.190.080.28N50.050.070.030.10

2.4 不同灌溉量下氮肥施用時期對甜菜灌溉水生產(chǎn)力及氮肥利用率的影響

灌溉量對甜菜灌溉水生產(chǎn)力達(dá)到極顯著性差異(P<0.01)，對甜菜氮肥農(nóng)學(xué)利用率與氮肥偏生產(chǎn)力無顯著性影響；氮肥施用時期對甜菜灌溉水生產(chǎn)力達(dá)到極顯著性差異(P<0.01)，對甜菜氮肥農(nóng)學(xué)利用率與氮肥偏生產(chǎn)力無顯著性影響；灌溉量和氮肥施用時期對甜菜氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力及灌溉水生產(chǎn)力無顯著性影響。研究表明，同一氮肥施用時期，與5 850 m3/hm2灌溉量相比，4 650 m3/hm2灌溉量下甜菜灌溉水生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率及氮肥偏生產(chǎn)力平均提高了0.7%、7.1%及-4.4%。同一灌溉量，隨著氮肥施用時期的后移，氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力及灌溉水生產(chǎn)力均呈先增后降的趨勢，表現(xiàn)為N4>N3>N2>N5>N1。2種灌溉量下各氮肥施用時期補(bǔ)償指數(shù)均以N4最優(yōu)，4 650 m3/hm2較5 850 m3/hm2灌溉量下N4處理的甜菜灌溉水生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率及氮肥偏生產(chǎn)力補(bǔ)償指數(shù)分別提高了23.2%、17.0%及-1.6%。表9，表10

表9 甜菜灌溉水生產(chǎn)力及氮肥利用率比較
Table 9 The comparison of irrigation water productivity and nitrogen utilization ratio of sugar beet

灌溉Irrigation (m3/hm2)氮肥施用時期APNF灌溉水生產(chǎn)率IWUE (kg/m3)氮肥農(nóng)學(xué)利用率ANUE (kg/kg)氮肥偏生產(chǎn)力NPFP (kg/kg)4 650N117.9deN220.9abc118.8a811.1abN321.4ab137.0a829.0abN422.0a159.2a851.1abN519.0bcd44.8a737.5b5 850N115.0eN217.4cde118.0a847.4abN317.5bcde122.0a851.5abN417.7bcde136.1a865.7aN515.9de47.4a776.4abF值 F value灌溉 Irrigation19.88**0.041.10氮肥施用時期 APNF5.62**1.072.89灌溉×氮肥施用時期 Irrigation×APNF0.150.020.05

注：*和**分別表示P<0.01、P<0.05 水平顯著；同列數(shù)值后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

Note:**and*mean significant difference at 0.01 and 0.05 level; after the same value, different letters showed significant differences between the treatments (P<0.05). 灌溉水生產(chǎn)率IWUE: Irrigation water use efficiency; 氮肥農(nóng)學(xué)利用率ANUE: Agronomic nitrogen use efficiency; 氮肥偏生產(chǎn)力NPFP: Nitrogen partial factor productivity. The same below

表10 甜菜灌溉水生產(chǎn)力及氮肥利用率補(bǔ)償指數(shù)比較
Table 10 The comparison of irrigation water productivity and nitrogen utilization ratio compensation index of sugar beet

灌溉量Irrigation (m3/hm2)氮肥施用時期APNF灌溉水生產(chǎn)率IWUE氮肥農(nóng)學(xué)利用率ANUE氮肥偏生產(chǎn)力NPFP4 650 N20.171.198.11N30.201.378.29N40.231.598.52N50.060.457.375 850N20.161.188.47N30.171.228.51N40.191.368.65N50.070.477.76

3 討 論

甜菜是直根系作物，根系發(fā)達(dá)。同時，甜菜葉面的角質(zhì)層較厚，維管束和柵欄組織發(fā)達(dá)，具有忍受一定程度干旱脅迫的生理基礎(chǔ)。根據(jù)水分虧缺程度，植物通常表現(xiàn)出超補(bǔ)償、近等量補(bǔ)償、適當(dāng)恢復(fù)以及無恢復(fù)4種狀況[22]，這在不同作物和作物不同生長階段各異，主要與作物生理特性有關(guān)[23]。王密俠等[24]在苗期進(jìn)行調(diào)虧灌溉復(fù)水后植株光合作用會出現(xiàn)補(bǔ)償效應(yīng)。同時也有研究表明，中度虧缺的凈光合速率具有補(bǔ)償效應(yīng)，使光合和蒸騰的比值最高，達(dá)到在不犧牲光合作用的前提下降低蒸騰速率，從而提高水分利用率。試驗結(jié)果表明，甜菜的Pn和Er均隨著氮肥施用時期的后移均表現(xiàn)為N4>N3>N2>N5>N0；4 650 m3/hm2下的各氮肥施用時期甜菜的Pn和Er均低于5 850 m3/hm2，但補(bǔ)償指數(shù)均高于5 850 m3/hm2，說明低灌溉量影響了甜菜的光合能力，通過不同時期的氮肥施入，致使這種光合能力與高灌溉量相比差異不顯著，表現(xiàn)出近等量補(bǔ)償效應(yīng)。

Bertr等[25]研究認(rèn)為塊根膨大期控水后塊根含糖量產(chǎn)生正補(bǔ)償效應(yīng)，而干物質(zhì)生長不產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，這可能是植物對干旱的一種生存對策，土壤水分降低會轉(zhuǎn)變植物體內(nèi)碳分配的格局，使碳水化合物更多地流向根部，少量流向葉片，有利于植物從土壤中獲取更多的水分。不同程度缺水均可降低甜菜產(chǎn)量與含糖量，當(dāng)缺水程度達(dá)到田間持水量的50%時，甜菜減產(chǎn)25%[26]。然而也有研究表明，在甜菜葉叢快速生長期，當(dāng)土壤含水量下降至田間持水量的50%時應(yīng)及時進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，促使葉片產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，從而降低干旱脅迫對甜菜產(chǎn)量和含糖量的影響；在甜菜塊根膨大期，當(dāng)土壤含水量下降至田間持水量的30%時及時補(bǔ)充灌溉，不但不影響甜菜生長，還有利于增加塊根含糖量；在糖分積累期，土壤含水量下降至田間持水量的30%時進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，在一定程度上補(bǔ)償水分虧缺對甜菜產(chǎn)生的負(fù)面影響，實現(xiàn)干旱區(qū)滴灌甜菜節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的[27-29]。試驗條件與前人研究不同，表現(xiàn)出的補(bǔ)償效應(yīng)也不盡相同；與高灌溉量相比，甜菜低灌溉量下的莖葉干重、根干重、總干重、單根重、產(chǎn)量、產(chǎn)糖量均低，含糖率與產(chǎn)量增產(chǎn)率均高，其補(bǔ)償指數(shù)顯著提高，縮小了與高灌溉量的差距，表現(xiàn)出近等量補(bǔ)償作用；通過光合物質(zhì)生產(chǎn)補(bǔ)償能力的提高，大大增加了甜菜的干物質(zhì)積累程度，為產(chǎn)量的形成奠定了基礎(chǔ)。

Topak等[15]研究表明，甜菜在不同灌溉方案下，調(diào)虧灌溉可節(jié)約25%的灌水量，凈收益僅下降6.1%。在作物生長發(fā)育的某些階段進(jìn)行適度的控水處理，可以調(diào)節(jié)作物的生長進(jìn)程和同化物質(zhì)向不同組織器官的分配比例，在不影響作物產(chǎn)量的條件下提高水分利用率[30]。試驗結(jié)果表明，低灌溉量節(jié)水20.5%，產(chǎn)量僅下降1.6%；灌溉水生產(chǎn)力顯著提高，同時甜菜品質(zhì)大幅度提升。試驗結(jié)果表現(xiàn)出低灌溉量與氮肥施用時期存在補(bǔ)償作用，但僅為田間的一些基礎(chǔ)指標(biāo)測定，在甜菜耗水特性、根系生長發(fā)育及活性等方面還有待于進(jìn)一步明確。

4 結(jié) 論

2種灌溉量下均以N4處理表現(xiàn)最優(yōu)；4 650 m3/hm2與5 850 m3/hm2灌溉量下N4處理相比，雖然甜菜的Pn、干物質(zhì)積累、單根重、產(chǎn)量、產(chǎn)糖量及氮肥偏生產(chǎn)力下降了，但是甜菜的產(chǎn)量增產(chǎn)率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率及灌溉水生產(chǎn)力顯著提高；說明4 650 m3/hm2灌溉量下各氮肥施用時期處理對甜菜Pn、單根重、產(chǎn)量、產(chǎn)糖量產(chǎn)生了補(bǔ)償作用，這種補(bǔ)償作用隨著氮肥施用時期的后移呈先增加后下降，N4處理補(bǔ)償作用最為顯著，表現(xiàn)在甜菜Pn峰值時補(bǔ)償指數(shù)和生育期內(nèi)Pn平均補(bǔ)償指數(shù)分別提高了15.3%、15.9%，甜菜莖葉干重、根干重及總干重補(bǔ)償指數(shù)分別提高了27.5%、25.2%及26.0%，甜菜單根重、產(chǎn)量、含糖率及產(chǎn)糖量補(bǔ)償指數(shù)分別提高了18.2%、23.2%、14.4%及24.2%，甜菜灌溉生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率及氮肥偏生產(chǎn)力補(bǔ)償指數(shù)分別提高了23.2%、17.0%及-1.6%。在瑪納斯自然生態(tài)條件下，灌溉量為4 650 m3/hm2，氮肥施用時期為7月中旬對甜菜生長發(fā)育及產(chǎn)量構(gòu)成因素等影響不顯著，且有利于提高甜菜品質(zhì)，節(jié)水20.5%。

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