凌一波，魏 慧，王斌杰，3

（1.新疆維吾爾自治區(qū)農村能源工作站，新疆 烏魯木齊 830049；2.甘肅農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省林業(yè)科學研究院，甘肅 蘭州 730020）

水資源緊缺已經(jīng)演變成全球性難題，水資源狀況和利用水平也成為評價一個國家和地區(qū)經(jīng)濟能否持續(xù)發(fā)展的重要指標[1]。我國實際水資源虧缺量已達300億～400億m3[2]，農業(yè)用水占我國總用水量的70%，其中農田灌溉用水占農業(yè)用水總量的90%左右[3]，但灌區(qū)的水利用率只有40%～60%[4]，水資源短缺問題已經(jīng)成為制約干旱地區(qū)農業(yè)和農村發(fā)展的重要因素[5]。以灌溉農業(yè)為主體的河西走廊地區(qū)水資源短缺與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾尤為突出。已有研究指出：甘肅河西走廊地區(qū)的水資源承載力已趨于飽和，只有提高水資源利用效率才是保障農業(yè)灌溉的根本出路[6]。

合理制定節(jié)水灌溉制度，在滿足作物生理需水的前提下，減少田間水量損失，提高天然降水利用率，減少灌溉次數(shù)和灌水量，是降低農業(yè)耗水量，提高水資源利用率的有效手段。而研究作物不同生育期對水分虧缺及復水后的生理反應是制定合理灌溉制度的基礎。有研究表明，針對作物不同生育期的水分脅迫可以達到節(jié)水、高產的目的，然而向日葵罕見類似報道。作為我國北方地區(qū)的重要經(jīng)濟作物，向日葵產業(yè)近年來發(fā)展迅速，種植面積從1960年的1.6萬hm2增長到現(xiàn)在約113萬hm2，產量已達1 369 kg/hm2[7-8]。然而，我國對向日葵栽培技術的研究目前還比較粗淺，引進新品種后只是按照以往經(jīng)驗向農戶推廣栽培技術[9-11]。因此，研究向日葵的生理節(jié)水方法，優(yōu)化灌溉制度就顯得極為重要。我們在中國向日葵優(yōu)質產區(qū)之一的甘肅省民勤縣研究了灌溉次數(shù)對向日葵生長的影響，旨在為制定向日葵節(jié)水灌溉制度提供支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

指示向日葵品種為LD5009。中熟食用向日葵雜交種，生育期115 d，株高可達180 cm，葉片數(shù)30～32片，抗倒伏能力強，抗旱、耐瘠薄，結實率高。

1.2 試驗方法

試驗于2014在民勤縣農業(yè)技術推廣中心試驗農場進行。耕層土壤含有機質7.26 g/kg、全氮0.48 g/kg、全磷1.19 g/kg、全鉀23.35 g/kg，土壤容重1.3 g/cm3，田間最大持水量26.0%。

采用隨機區(qū)組設計，設3個灌水處理（表1），分別為處理A灌水4次（干旱后不復水），處理B灌水5次（干旱后復水），處理C灌水6次（全生育期灌水），灌水量均為900 m3/hm2，3次重復。小區(qū)面積50 m2（5 m×10 m）。

5月6日播種，東西行向種植。采用幅寬120 cm的常規(guī)地膜覆蓋，每幅地膜種3行，膜面寬120 cm，膜間距30 cm，平均行距50 cm，株距40 cm，保苗49 500株/hm2。春耕時將普通過磷酸鈣750kg/hm2、磷酸二銨150 kg/hm2、尿素300 kg/hm2、硫酸鉀150 kg/hm2結合整地一次性施入做底肥?，F(xiàn)蕾前（8葉期）追施尿素225 kg/hm2，始花期追施尿素150 kg/hm2。其他管理同當?shù)厮健?/p>

表1 試驗設計灌水時期及灌水量

1.3 測定指標與方法

1.3.1 生長指標 每小區(qū)選取長勢一致的向日葵植株5株，于每個生育階段末測定。用直尺測定株高，游標卡尺測定距地面20 cm處莖粗。每株取功能葉1片，測定葉長（L）和葉寬（B），單葉葉面積=長×寬×0.65[12]。將葉片烘干至恒重，計算比葉重：比葉重 =葉干重（mg）/葉面積（cm2）。

1.3.2 葉片相對含水量（RWC）和水分飽和虧（WSD） 用烘干稱重法測定。每小區(qū)取6個葉片，稱其鮮重，然后浸水4 h，取出，擦干，稱重，至樣品重量相同，得飽和重量。于105℃下殺青0.5 h后，在80℃下烘至恒重。

葉片相對含水量=[（葉鮮重－葉干重）/（飽和葉重－葉干重）]×100%

水分飽和虧=（1－相對含水量）×100%

1.3.3 光能利用效率（PUE）和干物質分配 向日葵全生育期總輻射量用watchdog微型氣象站測得。采收期在各小區(qū)隨機選取向日葵植株5株，分器官采樣，用烘干法測得生物量，計算光能利用效率和干物質分配比例。

光能利用率=（H×M）/E×100%

其中H為單位干物質（g）所放出熱量，采用1.779×104 J/g[13]，M為單位面積上平均物質收獲量（kg/hm2），E為農作物生育期間總日射量累計值（2.02×1013 MJ/kg）。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS（19.0版）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行差異顯著性分析，利用Microsoft Excel（2007版）進行數(shù)據(jù)記錄和作圖。

2 結果與分析

2.1 植株生長指標

從表2可知，開花初期，株高與莖粗均表現(xiàn)為處理C顯著高于處理A和處理B，處理A與處理B之間無顯著差異。在采收期，株高以處理C最高，為168.6 cm，且處理C與處理B之間無顯著差異，均顯著高于處理A；莖粗處理C為2.79 cm，處理C與處理B之間無顯著差異，但顯著高于處理A；處理B與處理A之間無顯著差異。表明生育前期缺水影響了向日葵的生長，現(xiàn)蕾初期復水可有效促進株高增長，最終實現(xiàn)株高增長的補償。

表2 不同灌水處理的向日葵株高與莖粗

從圖1可以看出，從苗期到成熟期，向日葵比葉重呈增加趨勢。開花初期，比葉重處理C顯著高于處理B和處理A，處理B與處理A之間差異不顯著。成熟期，比葉重處理B顯著高于處理A，但與處理C之間差異不顯著。其中處理B的比葉重在開花初期到成熟期增加速率最快（21.57%），說明生育前期輕度干旱后復水能使比葉重快速增加，可實現(xiàn)完全補償。

圖1 不同灌水處理的向日葵比葉重

2.2 葉片相對含水量（WRC）與葉片水分飽和虧（WSD）

從表3可知，隨向日葵的生育進程，葉片相對含水量呈逐漸增大趨勢，水分飽和虧呈逐漸減小趨勢。開花初期，處理A和處理B的葉片相對含水量顯著高于處理C，葉片水分飽和虧顯著低于處理C，而處理A和處理B之間差異不顯著。表明現(xiàn)蕾初期適度干旱后于現(xiàn)蕾中期復水可以有效提高葉片相對含水量，降低葉片水分飽和虧。到采收期，處理A的葉片相對含水量顯著高于處理B，而與處理C之間差異不顯著，處理B與處理C之間的差異也不顯著。說明適度干旱后復水可以在一段時期內顯著提高向日葵對的葉片相對含水量，降低水分飽和虧。

2.3 總生物量和光能利用效率

從圖2可以看出，向日葵總生物量和光能利用效率在不同處理下的差異均表現(xiàn)為處理B顯著高于處理C和處理A，處理C的總生物量高于處理A，但差異不顯著。表明適宜的灌水制度能夠顯著的提高向日葵的光合作用，增大干物質積累量。其中，處理B較處理C和處理A的總生物量分別增加18.36%、31.30%。這表明開花初期復水后向日葵冠層生物積累明顯加快，超補償效應明顯，保證了全生育期較高的光能利用效率。

圖2 不同灌水處理下向日葵的總生物量和光能利用效率

從圖3可以看出，不同灌水處理之間向日葵干物質分配有著顯著的差異。莖稈表現(xiàn)為處理C與處理B之間差異不顯著，均顯著高于處理A。葉片表現(xiàn)為處理B與處理C之間差異不顯著，顯著高于處理A；處理C與處理A差異不顯著?；ūP表現(xiàn)為處理B顯著高于處理A和處理C；處理A與處理C之間差異不顯著。籽粒表現(xiàn)為處理B顯著高于處理A與處理C，處理A與處理C之間差異不顯著。

圖3 不同灌水處理下向日葵干物質分配

表3 不同灌水處理下向日葵葉片相對含水量和葉片水分飽和虧 %

3 小結與討論

前期干旱使向日葵植株的生長明顯受到抑制，株高、莖粗有著顯著降低。而在開花初期復水之后植株生長迅速，最終可實現(xiàn)等量補償，這與刑英英[14]等人的研究結果相似。葉片相對含水量和葉片水分飽和虧作為植物的重要抗旱性指標，其高低與水分脅迫密切相關[15]。適度的干旱可以顯著的提高作物的葉片相對含水量，減小水分飽和虧，使其抗旱性增強，在一定干旱程度下表現(xiàn)為前期干旱程度越重，后期復水后葉片相對含水量越高。

作為光合作用的重要生理指標，比葉重與葉片光合速率呈正相關關系[16]。向日葵比葉重隨著生育期推進呈現(xiàn)增大趨勢，這與前人的研究相似[17]。其中，苗期至開花期比葉重增加速率最快，開花期后增加速率趨緩，葉片干物質分配比例逐漸降低。這是由于到了開花后期生殖生長與營養(yǎng)生長同時進行，光合產物的分配受到了競爭，從開始最開始67.01%降低至15.72%[18]。由于干旱后復水新發(fā)育的葉片有更高的光合色素與氣孔導度[19]，所以現(xiàn)蕾初期適度干旱并于開花初期復水后比葉重顯著增大，超補償效應明顯。最終，補償生育前期干旱對干物質積累的損失，達到或超越全生育期灌水的干物質積累量。

源庫關系是影響作物生長與產量形成的重要因素，“干旱-復水”的過程是向日葵源庫結構調整的過程，擴大庫容就能提高產量[20]。本試驗結果表明，向日葵現(xiàn)蕾初期干旱后于開花初期復水可以使干物質顯著趨向葉片、花盤轉移，最終提高籽粒產量。

綜上所述，前期適度干旱后于開花初期復水可以有效提高向日葵葉片相對含水量，降低水分飽和虧，增強作物后期抗旱性。干旱復水后向日葵植株生長迅速，比葉重顯著增大，光合能力增強，干物質積累速率加快，后期光能利用效率補償顯著，且隨源庫關系的調節(jié)導致籽粒所占干物質分配比例顯著提高。所以，生育前期適度干旱并于開花初期復水的灌溉制度，可減少干旱地區(qū)向日葵栽培全生育期的灌水次數(shù)與總灌水量，即節(jié)約了水資源，也提高了向日葵產量，這對干旱地區(qū)向日葵產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。