水氮耦合對滴灌復播油葵生長及產量的影響

權麗雙，王振華，鄭旭榮，裴　磊

(1.石河子大學水利建筑工程學院， 新疆 石河子 832000；

2.石河子大學現代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室， 新疆 石河子 832000)

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水氮耦合對滴灌復播油葵生長及產量的影響

權麗雙1,2，王振華1,2，鄭旭榮1,2，裴磊1,2

(1.石河子大學水利建筑工程學院， 新疆 石河子 832000；

2.石河子大學現代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室， 新疆 石河子 832000)

摘要：為了解水氮耦合對新疆北部石河子地區(qū)滴灌復播油葵生長和產量的影響，以大田試驗為基礎，結合室內試驗，以當地油葵主栽早熟品種“新葵雜五號”為供試材料，在滴灌條件下進行水氮兩因素三水平完全處理小區(qū)試驗。結果表明：在灌水3 000 m3·hm-2、純施氮232 kg·hm-2水氮組合下，滴灌復播油葵的葉面積最大，株高在營養(yǎng)生長階段最高，盤徑、莖粗及干物質量均最大；結實率水平、單盤粒重、千粒重和產量均最高，分別為96.97%、112.96 g、73.89 g和3 597 kg·hm-2。以滴灌復播油葵產量為追求目標，綜合考慮水氮耦合對其生長的影響，試驗所在地區(qū)復播油葵建議的適宜灌溉定額及氮肥追施量分別為3 000 m3·hm-2、232 kg·hm-2。

關鍵詞：油葵；滴灌復播；水氮耦合；生長；產量

油葵是世界廣泛種植的四大油料作物之一。多年來，油葵雜交種因其植株整齊一致、高產、高油、綜合性狀好、籽粒品質均勻等多方面的優(yōu)點而深受種植戶和油脂加工企業(yè)的歡迎，在我國多個省區(qū)市得到廣泛種植[1]。在新疆，油葵是最主要的油料作物，近幾年每年種植13～17萬hm2，占新疆油料作物種植面積的60%以上，占新疆農作物總種植面積的3.5%左右[2]。近年來，對油葵的研究比較活躍，鄧力群，劉兆普等[3]研究表明施用氮肥對油葵有明顯的增產效應。葛宇，何新林等[4]在2012年通過研究不同滴灌灌水量下的復播油葵耗水特性，初步得出滴灌油葵適宜的灌溉定額范圍為285.19～287.67 mm。王振華，鄭旭榮等[5]研究了滴灌對北疆復播油葵耗水和生長的影響效應，表明復播油葵現蕾期和開花期兩個生育期的耗水量占全生育期耗水量的比例超過57%，是油葵生長過程中的兩個需水關鍵期，滴灌復播油葵節(jié)水灌溉制度為：灌溉定額286 mm。由以上研究可以說明水和氮素是影響復播油葵生長及產量的兩個重要因素，但是對于兩者的相互作用對油葵的效應研究卻比較少，并且前人的研究大多集中于春播油葵，得出的研究成果對于復播油葵的借鑒性較小。因此本文旨在通過探討水氮對復播油葵的生長及產量的耦合作用，從而科學合理地確定氮肥的最適投入量和最適灌溉量，為干旱區(qū)復播油葵節(jié)水灌溉高產施肥技術提供參考。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2014年7月中旬在現代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室試驗基地暨石河子大學節(jié)水灌溉試驗站進行。試驗站位于石河子市西郊石河子大學農業(yè)試驗場二連，東經85°59′47″，北緯44°19′28″，海拔412 m，平均地面坡度為6‰。年均日照時間為2 865 h，多年平均降雨量為207 mm，平均蒸發(fā)量為1 660 mm，其中>10℃積溫為3 463.5℃，>15℃積溫為2 960.0℃，無霜期為170 d。年平均風速為1.5 m·s-1，靜風占32%，偏南風占22%，偏北風占15%，偏東風占14%，偏西風17%。試驗小區(qū)面積0.06 hm2，試驗田地下水埋深5 m以下，土壤質地為中壤土，0～120 cm土壤平均干容重為1.53 g·cm-3，田間持水量為31.62%(體積百分比)。物理粘粒含量(粒徑<0.01 mm)大于20%。

1.2試驗方法

試驗選取當地油葵主栽早熟品種“新葵雜五號”，7月5日播種，播種深度3～4 cm，播種方式采用一管一行，株距25 cm，行距60 cm，毛管間距60 cm，油葵行與毛管間距5 cm。試驗共設9個處理，每個處理3個重復，試驗小區(qū)面積為83.7 m2(18.6 m×4.5 m)。每個處理單獨設置施肥罐，滴灌帶選用新疆天業(yè)(集團)有限公司生產的單翼迷宮式滴灌帶，外徑16 mm，壁厚0.3 mm，滴頭間距為30 cm，供水系統(tǒng)以水泵加壓，管道前部裝設有壓力表監(jiān)測管道內水壓力，支管閘閥開閉程度調節(jié)控制管道內壓力至0.06 MPa，此時滴頭流量在1.2 L·h-1左右。

試驗采用滴灌水、氮二因素三水平完全處理，氮素控制肥料為尿素(CO(NH2)2)(含N：46.4%)。設尿素3個水平：350、500 kg·hm-2和650 kg·hm-2；灌水3個水平：灌溉定額分別為2 100、3 000 m3·hm-2和3 900 m3·hm-2，灌水定額分別為350、500 m3·hm-2和650 m3·hm-2，灌水次數均為6次。磷、鉀肥以磷酸二氫鉀(KH2PO4)(含P2O5：51.5%)形式作基肥在苗期一次施入，各處理均為165 kg·hm-2。各處理灌水、施肥具體如下：P1(2 100 m3·hm-2、350 kg·hm-2)、P2(2 100 m3·hm-2、500 kg·hm-2)、P3(2 100 m3·hm-2、650 kg·hm-2)、P4(3 000 m3·hm-2、350 kg·hm-2)、P5(3 000 m3·hm-2、500 kg·hm-2)、P6(3 000 m3·hm-2、650 kg·hm-2)、P7(3 900 m3·hm-2、350 kg·hm-2)、P8(3 900 m3·hm-2、500 kg·hm-2)、P9(3 900 m3·hm-2、650 kg·hm-2)。隨水施肥，各生育期灌水和施肥情況如表1所示。

表1　復播油葵各生育期灌水及施肥處理

1.3測定項目及方法

1.3.1生長指標測定株高：每個處理選取長勢均勻的3株植株，從苗期開始從子葉測量到頂端發(fā)芽的位置(現蕾前)，現蕾后從第一片子葉到蕾下端，每隔6天對所取植株觀測一次。

葉面積：每個處理選取長勢均勻的3株植株，對所選測株高的植株，在不破壞作物生長的狀況下用直尺對葉片一片一片進行測量，葉長為從葉片基部到葉尖，葉寬為葉片最寬處，累計算出每株葉面積，每隔6天對所取植株觀測一次。

油葵單葉面積(cm2)=葉長(cm)×葉寬(cm)×0.65[6]；

單株葉面積(cm2)=全株葉面積之和。

干物質量：采用烘干法，每個處理選取長勢均勻的3株植株，割取地上部分，把葉片、莖稈、盤(現蕾后)分別裝入有標記的信封中，然后放入烘箱中，進行105℃殺青1 h，調至80℃烘干至恒重，冷卻稱重，每隔12天測定一次。

莖粗、盤徑、葉片數：成熟期，每個處理選取長勢均勻的3株植株，以游標卡尺測量離地面30 cm處莖稈直徑，直接數取單株總葉片數，以米尺測量果盤直徑，計算各項平均值。

1.3.2產量測定單頭籽粒重、千粒重、結實率：收獲時，每小區(qū)隨機取中間行5頭測定單頭籽粒重、單頭籽粒數、空癟籽粒數、千粒重，計算結實率；結實率(%)=單頭籽粒數/(單頭籽粒數+空癟籽粒數)。

理論產量：成熟期，在每個小區(qū)取1 m×1 m的3個測點統(tǒng)計樣段內的總盤數，折算出每公頃盤數，每個測點順序取20個花盤脫粒、曬干，求得單位面積產量，繼而求出理論產量；產量(kg·hm-2) =20株平均籽粒重量(g)×密度×0.8×15/20 000。

2結果與分析

2.1水氮耦合對油葵生長的影響

油葵生長的優(yōu)劣情況，直接反映了油葵植株在不同水氮組合下對水分和氮素的吸收利用情況，間接地影響油葵的產量。

2.1.1水氮耦合對油葵葉面積變化的影響由圖1可以看出，油葵葉面積在不同水氮組合下均隨生育進程推進呈先上升后下降的趨勢，在生長初期葉面積較小，隨著作物的生長，葉片數量的增加和單個葉片面積的增加，葉面積增加，在開花期達到最大，而后葉片從底部逐漸枯黃脫落，葉面積衰退，到成熟期最小。但不同水氮組合之間存有差異，其中P2(低水中氮)，P3(低水高氮)，P8(高水中氮)和 P9(高水高氮)相差不大，葉面積都很小，葉片凋零速度適中。P1(低水低氮)和P6(中水高氮)的葉面積變化趨勢較為明顯，P1是因為水和氮供應不足，葉片枯萎速度很快；P6則是由于水分不足以完全運輸肥料，致使葉面積下降速度很快。P5(中水中氮)，P4(中水低氮)和P7(高水低氮)比其他處理的葉面積大，其中P5葉面積最大，生長前期，水氮供應適中，植株葉面積增長速度很快，且葉面積很大，后期將營養(yǎng)逐漸轉化到盤上，葉片開始脫落，葉面積逐漸減少。

2.1.2水氮耦合對油葵株高變化的影響圖2顯示，油葵株高在不同水氮組合下隨生育進程推進均呈現先增長后穩(wěn)定的趨勢，開花期之前，由于油葵處于營養(yǎng)生長時期，植株的生長變化呈明顯上升趨勢，開花期之后，作物處于生殖生長階段，進行干物質的積累，生殖生長減緩，因此變化平緩，達到基本穩(wěn)定狀態(tài)。其中P5處理的變化趨勢最好，在營養(yǎng)生長階段，株高的增長速度很快，且相對其他處理較高，在生殖生長階段，將植株的營養(yǎng)逐步轉化到油葵籽粒及干物質積累上，致使生長變?yōu)榫徛?，處于其他處理中間。P7和P9的株高值較大，說明施肥過少和灌水過多皆會抑制植株對養(yǎng)分的吸收，致使在生殖生長階段，植株不能很好地將體內的營養(yǎng)轉移到籽粒和干物質積累上，這將對油葵的產量造成不利的影響。

圖1　不同水氮組合下葉面積的變化

圖2不同水氮組合下株高的變化

Fig.2Changes of plant heights by different

combinations of water and nitrogen

2.1.3不同水氮耦合對油葵干物質量積累的影響圖3為干物質量隨生育進程推進的積累變化曲線，試驗結果表明，不同水氮組合的干物質積累變化均呈現“慢-快-慢”的“S”型曲線，在苗期和花期，植株吸收的養(yǎng)分主要用于營養(yǎng)生長，因此干物質積累量增長緩慢；在現蕾期，干物質量積累速率加快，在此階段，營養(yǎng)生長逐漸結束，生殖生長處于初始階段，植株吸收的養(yǎng)分主要用于自身的積累；開花期以后，生殖生長速度加快，干物質向盤和籽粒轉移[7-10]，并伴隨著葉子的脫落[11-12]，干物質量積累速率逐漸減慢。不同水氮組合的干物質量差異在現蕾期前很小，在現蕾期后逐漸明顯，P5，P4和P7的干物質積累速率較其他處理快且積累量較大，其他處理之間差異不大，其中P5的積累速率最快，干物質積累量最大，說明在此水氮組合下，油葵植株吸收的養(yǎng)分最充足，生長發(fā)育最好。

圖3不同水氮組合下干物質積累動態(tài)的變化

Fig.3Dynamic changes of dry matter accumulation by

different combinations of water and nitrogen

2.1.4水氮耦合對油葵莖粗、盤徑、葉片數的影響

試驗結果表明，不同水氮組合的莖粗(表2)和盤徑(表2)差異顯著，葉片數(表2)有差異但并不顯著。P6和P3的莖粗最小，說明灌水過少達不到輸送養(yǎng)分的效果；P8的莖粗較小，盤徑最小，說明灌水太多會抑制植株對養(yǎng)分的吸收；P2和P4的盤徑不大，說明水肥配比不合理，不能使作物良好發(fā)育；P1和P9次之，P3和P7較小，說明水肥雙因素過多或過少和水肥單因素過多或過少均不利于作物的生長。P1，P2和P3(低水)的葉片數最少，說明灌水過少會加速葉片的凋零；P7， P8和P9(高水)的葉片數較少，說明灌水過多，植株體內含水量過多，隨著溫度的降低，同樣會加速葉片的凋零； P5的莖粗和盤徑最大且葉片數最多，說明合理的水肥配比，最有利于作物的生長。

2.2水氮耦合對油葵產量性狀及產量的影響

2.2.1水氮耦合對油葵結實率的影響試驗結果表明(表3)，適當增施氮肥可以提高油葵的結實率水平，但當施氮量和灌水量不能達成良好的配合比時，結實率水平反而降低。主要表現在低水條件下，隨著氮肥的增施，結實率水平增高，但在中水和高水條件下，氮肥的減施和增施反而降低結實率水平。P5的結實率水平顯著最高，達到96.97%。

表2　不同水氮組合下滴灌復播油葵的莖粗、盤徑和葉片數

注：不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，下同。

Note: Different lowercase letters represent significant difference at 0.05 level. The same below.

2.2.2水氮耦合對油葵單盤粒重和千粒重的影響試驗結果表明，水、氮雙因子對單盤粒重(表3)和千粒重(表3)影響顯著，表現在同一灌水量水平下，適當增施氮肥可以提高單盤粒重和千粒重，但當增施氮量過多時反而降低。施用不同配比的水氮對單盤粒重和千粒重有明顯的促進作用，在各水氮組合中，以P5的單盤粒重和千粒重最高，為112.96 g和73.89 g；其次是P2，為106.35 g和69.78 g；最低的是P7，只有85.00 g和60.02 g。說明為提高單盤粒重和千粒重，要充分考慮多因子的表現，使灌水施肥措施更加合理有效。

表3　不同水氮組合下滴灌復播油葵的產量指標

2.2.3水氮耦合對油葵產量的影響試驗結果表明(表3)，不同水氮組合的產量同單盤粒重和千粒重的表現一致，水、氮雙因子對產量影響顯著，在同一灌水量水平下，適當增施氮肥可以提高油葵的產量，但當增施氮量過多時反而降低。不同水氮組合的產量差異顯著，P5的產量最高，為3 597 kg·hm-2，以產量為追求目標，最佳水氮組合為P5。

3討論

水氮耦合對滴灌復播油葵生長的影響主要體現在葉面積、株高、干物質量、盤徑、莖粗、葉片數等在不同水氮組合下的差異。在油葵生長發(fā)育的過程中，葉面積的大小至關重要，葉片是作物的主要光合器官，綠葉面積是決定光合產量的一個重要指標[13]，葉片的生長脫落速率也是影響其生長發(fā)育的關鍵因素，葉片脫落的過早，脫落速率過快，油葵的營養(yǎng)生長階段過早結束，使油葵的盤不能完全吸收養(yǎng)分，則影響油葵籽粒的形成；葉片脫落的過晚，脫落速率過慢，不能將植株上的養(yǎng)分完全地轉移到油葵的盤和籽粒上，同樣影響油葵的產量。株高是油葵生長發(fā)育狀況的首要指標，其生長變化直接影響著油葵的種植密度配置及光能利用率[14]。干物質量積累是植株營養(yǎng)累積的重要體現形式，干物質的積累量直接顯示了油葵在不同水氮組合下對氮素的吸收利用情況，并且不同生育期的干物質量可以反映出同化物向油葵籽粒的運轉能力[15]。油葵的莖粗、盤徑和葉片數是油葵生長發(fā)育狀況、是否高產的重要顯示指標，莖粗是影響油葵在生長發(fā)育過程中吸收養(yǎng)分和水分能力的關鍵因素；盤徑的大小則直接決定了油葵的單盤粒重；成熟期的葉片數是植株葉片脫落情況的最終表現。

水氮耦合對滴灌復播油葵產量的影響主要體現在結實率、單盤粒重、千粒重等。不同配比的水氮決定著油葵的產量，根據肥隨水走的原理，水分灌入量過多，氮素施入量過少，一方面，氮素的施入量不能滿足油葵的需求，另一方面，過多的灌水量將氮素帶走，向土壤運移，兩項作用之下，致使油葵需氮量不足；水分灌入量過少，氮素施入量過多，一則，灌水量不滿足油葵對水量的需求量，二則，灌水量不滿足充分運移氮素的要求，多余的氮素積累在土壤里，不能被植株吸收利用，同樣，兩者作用之下，導致油葵對水分和養(yǎng)分的需求不能達到要求；水分灌入量適中，氮素施入量適中，水分氮素能夠形成良好的配合比，水分可以充分運移氮素，氮素可以促進植株對水分的吸收。水分和養(yǎng)分直接影響著油葵的結實率、單盤粒重和千粒重，養(yǎng)分或水分不足，導致油葵的結實率低下，單盤粒重和千粒重偏低，只有在水分和養(yǎng)分最優(yōu)的條件下，才能生長發(fā)育良好，最終籽粒飽滿，結實率、單盤粒重和千粒重高，獲得高產。

4結論

在灌水3 000 m3·hm-2、純施氮232 kg·hm-2水氮組合下，滴灌復播油葵的葉面積最大，株高在營養(yǎng)生長階段最高，干物質量最大，盤徑、莖粗最大，葉片數最多；結實率、單盤粒重、千粒重和產量均最高，分別為96.97%、112.96 g、73.89 g和3597 kg·hm-2。滴灌復播油葵以產量為追求目標，綜合考慮水氮耦合對植株生長的影響，本試驗的最佳水氮組合為灌水量3 000 m3·hm-2，純施氮量232 kg·hm-2。

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Effects of water-nitrogen coupling on the growth and yield of oil sunflower in

a drip-irrigated multiple cropping system

QUAN Li-shuang1,2, WANG Zhen-hua1,2, ZHENG Xu-rong1,2, PEI Lei1,2

(1.CollegeofWater&ArchitecturalEngineering,ShiheziUniversity,Shihezi,Xinjiang832000,China;

2.KeyLaboratoryofModernWater-SavingIrrigationofXinjiangProduction&ConstructionGroup,

ShiheziUniversity,Shihezi,Xinjiang832000,China)

Abstract：In this study, both a field experiment and a lab investigation were conducted to examine the effects of water-nitrogen coupling on the growth and yield of oil sunflower in a drip-irrigated multiple cropping system in the Shihezi region of Northern Xinjiang. Xinkuiza No.5, an early-maturing variety commonly cultivated in the region, was used under drip-irrigated condition in a plot experiment that was completely randomized with two-factor (water and nitrogen) and three-level treatments. The results showed that with the water-nitrogen combination treatment of 3 000 m3water per hm2and 232 kg nitrogen per hm2, the maximum leaf area was achieved. The largest plant height was achieved during the vegetative growth stage. The largest head diameter and stem diameter and the highest amount of dry matter were also achieved. The highest seed setting rate, grain weight per head, thousand kernel weight and yield reached 96.97%, 112.96 g, 73.89 g and 3 597 kg·hm-2, respectively. Based on the effects of water-nitrogen coupling on the growth of drip-irrigated oil sunflower in a multiple cropping system, water and nitrogen fertilizer were recommended to be applied in the amounts of 3 000 m3·hm-2and 232 kg·hm-2, respectively in the Shihezi region to obtain the highest yield.

Keywords:oil sunflower; drip-irrigated multiple cropping; water-nitrogen coupling; growth; yield

中圖分類號：S275.6；S565.5

文獻標志碼：A

通信作者：鄭旭榮(1961—)，男，教授，碩士生導師，主要從事干旱區(qū)節(jié)水灌溉理論與技術研究。 E-mail: zhengxurong@126.com。

作者簡介：權麗雙(1990—)，女，吉林洮南人，碩士研究生，研究方向為綠洲農業(yè)水資源高效利用與優(yōu)化配置。 E-mail：13139939162@163.com。

基金項目：國家科技支撐計劃項目(2011BAD29B06)

收稿日期：2015-01-09

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.10

文章編號：1000-7601(2016)01-0061-05