膜際集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆水分利用效率及產(chǎn)量的影響

紀(jì)曉玲，張 靜，劉建華，喬文淵，張 雄

(1. 榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院, 陜西 榆林 719000；2. 榆林市橫山縣農(nóng)技推廣中心 ,陜西 榆林 719100)

水資源短缺一直是限制我國(guó)西北干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的巨大難題，加之近年來北方大部分地區(qū)出現(xiàn)氣候偏暖和持續(xù)性干旱現(xiàn)象，降水量明顯減少，西北地區(qū)平均年降水量減少5%[1]。陜北榆林市多年平均水資源總量為32.01億m3，水資源可利用總量為12.75億m3，人均占有水量865 m3，低于全省、全國(guó)水平，屬重度缺水地區(qū)[2]。綠豆不同生育期對(duì)水分的需求不同[3]。因此，通過合理的生育階段補(bǔ)灌，有效地蓄集、利用水資源實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，是現(xiàn)今對(duì)綠豆研究的主要方向。集雨補(bǔ)灌技術(shù)，通過工程措施收集多余的自然降水，在干旱季節(jié)進(jìn)行補(bǔ)灌。大量研究表明，集雨補(bǔ)灌技術(shù)具有顯著的增產(chǎn)作用，國(guó)內(nèi)對(duì)綠豆的集雨補(bǔ)灌研究較少[4]，王永新等[5]對(duì)綠豆研究表明，綠豆在幼苗期抗旱性較強(qiáng)，需水較少，分枝期以后需水量逐漸增加，花莢期達(dá)到需水高峰。受旱則花莢脫落嚴(yán)重，此時(shí)，如遇干旱應(yīng)及時(shí)灌水抗旱；山侖等[6]在寧夏固原試驗(yàn)表明，拔節(jié)期給予春小麥每 600 m3·hm-2補(bǔ)充供水，產(chǎn)量可達(dá)到 3915 kg·hm-2，高出對(duì)照 76%，供水量只相當(dāng)于充足灌溉處理的 1/4，但產(chǎn)量卻相當(dāng)于其3/4，灌溉水利用效率達(dá)到 2.8 kg·m-3·a-1，作物水分利用效率為 0.788 kg·m-3·a-1； 李興等[7]在內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗 2005 年玉米集雨補(bǔ)灌結(jié)果表明，沒有采用坐水種和覆膜補(bǔ)灌的玉米出苗率為65%，產(chǎn)量為 5 510.53 kg·hm-2，水分利用效率為 1.83kg·m-3，采用坐水種和覆膜補(bǔ)灌的玉米出苗率在 90%以上，產(chǎn)量達(dá)到 8 092.33 kg·hm-2，水分利用效率達(dá)到 2.25kg·m-3，坐水種與覆膜補(bǔ)灌相結(jié)合效益顯著，谷曉博等[8]壟溝集雨補(bǔ)灌油菜，合理的補(bǔ)灌能改變冬油菜的和土壤水分，促進(jìn)冬油菜生長(zhǎng)，較對(duì)照增產(chǎn)53.89%～61.19%。但是，有關(guān)于綠豆不同生育期補(bǔ)灌的土壤溫度、水分及產(chǎn)量之間綜合效應(yīng)研究還需進(jìn)一步深入發(fā)掘和探討。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014～2015年在黃土高原丘陵區(qū)的橫山縣橫山鎮(zhèn)古水村旱地，位于北緯37°53′16.69"，東經(jīng)109 °16′10.92"，海拔1232m，平均氣溫9.8℃，≧10℃的積溫3275℃，無霜期148d，年均降水量344.2mm，年蒸發(fā)量1215mm，年日照時(shí)數(shù)2676.7h，供試土壤為黃綿土，前茬馬鈴薯，基施尿素150kg/hm2、磷酸二銨150kg/hm2。供試品種為橫山大明綠豆，于2014年5月26日和2015年5月22日播種，2014年9月19日和2015年9月13日收獲，灌水在2014年7月10日、8月1日和2015年7月14日、8月1日，灌水量54mm/m2,平均行距50cm，株距28cm，小區(qū)面積3m×5m=15m2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置W1：坐水種+分枝期補(bǔ)灌；W2：坐水種+花莢期補(bǔ)灌；W3：坐水種+分枝期補(bǔ)灌+花莢期補(bǔ)灌；CK：對(duì)照，4個(gè)處理，重復(fù)3次，為了避免不同處理間的相互影響，每個(gè)處理間和同一處理間都相隔1 m，試驗(yàn)均采用壟上覆膜，膜際播種。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目與方法

(1)土壤溫度測(cè)定，將5、10、15、20和25 cm的曲管地溫計(jì)于播種日插入各小區(qū)。每隔十五天測(cè)量一次，測(cè)量不同深度的地溫。

(2)土壤水分測(cè)定采用烘干稱重法。在綠豆的不同生育期對(duì)各小區(qū)0～100cm土層進(jìn)行土壤水分測(cè)定，以20cm為一個(gè)土層單位取樣。

(3)從每小區(qū)第二行第三株開始選取五株綠豆并標(biāo)記。在花莢期用直尺測(cè)定株高，用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗。產(chǎn)量測(cè)定是在成熟期考種5株標(biāo)記綠豆分枝數(shù)，結(jié)莢數(shù)，莢粒數(shù)，按小區(qū)收獲記產(chǎn)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel計(jì)算分析，SPSS 19.0進(jìn)行T檢驗(yàn)，各圖表中的數(shù)據(jù)為平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆生育期內(nèi)降水

2014年、2015年和2008～2013年綠豆生育期各月的降水量見圖1。2014年、2015年和2008～2013年綠豆生育期總降水量分別為239.3mm、225.4mm和340.4mm。在綠豆關(guān)鍵生育期(7～8月份)的降水量，2014年(112.6mm)和2015(62.3mm)年分別比2008～2013(183.7mm)年少71.6mm和121.4mm，2014年屬于平水年，2015年屬于干旱年。(按照連續(xù)2個(gè)月偏少50%～80%為一般干旱，偏少80%以上為重旱)

圖1 綠豆生育期各月的降水量

2.2 集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆不同生育期土壤溫度的影響

綠豆不同生育期的耕層(5，10，15，20，25cm)平均土壤溫度變化如圖2所示。2年平均地溫，分枝期W1和W3處理分別低于CK處理0.83℃和0.81℃，低于W2處理1℃和0.98℃，花莢期W1、W2、W3處理低于CK0.19℃、0.07℃、0.1℃，成熟期W1、W2、W3處理高于CK0.31℃、0.66℃、0.31℃。說明補(bǔ)灌可降低各補(bǔ)灌時(shí)期地溫和提高成熟期地溫，有平抑地溫的作用。2014年，分枝期W1和W3較CK均降低1.2℃，較W3均降低1.6℃，花莢期W1、W2、W3處理低于CK0.32℃、0.06℃、0.02℃，成熟期W1、W2、W3處理高于CK0.13℃、0.32℃、0.33℃。2015年，分枝期W1和W3較CK分別降低0.46℃和0.42℃，較W3分別降低0.4℃和0.36℃，花莢期W1、W2、W3處理低于CK0.06℃、0.08℃、0.18℃，成熟期W1、W2、W3處理高于CK0.5℃、1℃、0.3℃。2014年分枝期補(bǔ)灌處理較2015年分枝期補(bǔ)灌處理降溫作用更明顯，是由于2014年分枝期降水量遠(yuǎn)多于2015年分枝期降水量，灌水后，導(dǎo)致土壤含水量過高，降低了土壤溫度，使綠豆正常生長(zhǎng)發(fā)育所需溫度不能滿足。

圖2綠豆不同生育期各處理土壤溫度

2.3 集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆不同生育期土壤水分的影響

圖3為不同生育時(shí)期各個(gè)處理土壤含水率變化特征。由圖3分析可知，0～100cm土層含水率受降水和灌水的影響，由于2年降水量和降水分布不同，使得2年補(bǔ)灌后各處理0～100cm平均含水率的變化趨勢(shì)明顯不同。2年0～100cm土壤平均含水率，分枝期W1、W3較CK分別增加12.84%、11.91%，較W2增加13.37%、12.44%，花莢期W1、W2、W3較CK分別增加28.86%、60.93%、63.09%，成熟期W1、W2、W3較CK分別增加11.02%、12.53%、25.95%，說明補(bǔ)灌可增加土壤含水率。2014年0～100cm土壤平均含水率，分枝期W1、W3較CK分別增加26.59%、25.69%，較W2增加20.05%、19.20%，花莢期W1、W2、W3較CK分別增加3.38%、42.03%、46.01%，成熟期W1、W2、W3較CK分別增加25.78%、32.46%、48.45%。2015年0～100cm土壤平均含水率，分枝期W1、W3較CK分別增加1.91%、0.96%，較W2增加7.47%、6.46%，花莢期W1、W2、W3較CK分別增加54.17%、79.71%、80.06%，成熟期W1、W2、W3較CK分別增加0.33%、1.19%、9.66%。分枝期補(bǔ)灌后，2014年W1、W3較CK增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2015年，說明2015年綠豆葉片蒸騰所消耗的水分較2014年多，這是由于2014年綠豆補(bǔ)灌之后，又有比較多的降水，導(dǎo)致綠豆根系生長(zhǎng)受阻，綠豆蒸騰消耗水分降低的原因。

圖3 綠豆不同生育期各處理土壤含水率

2.4 集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆生長(zhǎng)的影響

由表1知，2014～2015年2個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴菥G豆株高、莖粗的生長(zhǎng)變化狀況，2014年、2015年及2年均值，都表現(xiàn)為綠豆株高、莖粗W1、W3處理顯著高于CK、W2，W1與W3、CK與W2無顯著性差異。說明分枝期補(bǔ)灌有顯著提高綠豆植株增高、增粗生長(zhǎng)的作用。綠豆生育期相對(duì)較短，從播種到成熟，不足90天，分枝期補(bǔ)灌，有利于促進(jìn)植株?duì)I養(yǎng)體的生長(zhǎng)，為后期取得高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

表1 集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆株高、莖粗影響

注：同一列中相同字母代表在5%水平差異不顯著，不同字母代表差異顯著，下同。

2.5 集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆產(chǎn)量與水分利用效率的影響

2.5.1 集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆產(chǎn)量的影響如表2所示。2014年，集雨補(bǔ)灌各處理之間產(chǎn)量無顯著性差異(p<0.05)，W1、W2、W3分別較CK增產(chǎn)-2.51%、-3.63%、2.76%，平水年膜際微集雨可滿足綠豆生長(zhǎng)的需要，不需要補(bǔ)灌。2015年，在產(chǎn)量上，W1、W2、W3分別較CK增產(chǎn)55.40%、48.98%、262.37%，W1、W2、W3補(bǔ)灌與CK存在顯著性差異，W1顯著高于W2，而顯著低于W3(p<0.05)。W1增產(chǎn)的原因是增加單株莢數(shù)和莢粒數(shù)，而W2增產(chǎn)是增加綠豆的百粒重，W1增產(chǎn)幅度高于W2，W3是增加單株莢數(shù)和莢粒數(shù)最高，產(chǎn)量居于各處理之首。干旱年，分枝期補(bǔ)灌優(yōu)于花莢期補(bǔ)灌，2次補(bǔ)灌優(yōu)于1次補(bǔ)灌。

表2 集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.5.2集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆耗水量及水分利用效率的影響

由表3知集雨補(bǔ)灌對(duì)綠豆耗水量和水分利用效率的狀況。不同補(bǔ)灌時(shí)期均可增加綠豆耗水量，補(bǔ)灌1次處理耗水量低于2次補(bǔ)灌處理。2014年(平水年)，補(bǔ)灌處理水分利用效率均低于CK，W1、W2、W3分別低于CK10.0%、9.4%、12.6%。2015年(干旱年)，補(bǔ)灌處理水分利用效率均高于CK，W1、W2、W3分別高于CK87.0%、24.7%、168.0%。

表3 集雨補(bǔ)灌綠豆的耗水量及水分利用效率

3 討論和結(jié)論

3.1 討論

綠豆喜溫、耐旱[9]，對(duì)溫度水分反應(yīng)敏感[10]。綠豆不同年份全生育期溫度分枝期補(bǔ)灌具有明顯降低地溫和增加土壤水分的作用(見圖2，圖3)。綠豆苗期耐旱，3葉期后需水量增加，現(xiàn)蕾期(分枝期后期)為需水臨界期，花莢期達(dá)需水高峰。2年中，分枝期補(bǔ)灌，綠豆株高和莖粗均最高(見表1)，說明分枝期補(bǔ)灌，增加土壤水和降低地溫有利于綠豆植株生長(zhǎng)，為后期高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。這與[11-13]研究遇干旱時(shí)，灌水有利于促進(jìn)綠豆植株生長(zhǎng)相一致。產(chǎn)量方面，2014年，補(bǔ)灌和坐水種均可增加綠豆產(chǎn)量，分枝期補(bǔ)灌增產(chǎn)幅度最高，這與低地溫高土壤含水率共同作用下，使得植株生長(zhǎng)粗壯，同時(shí)明顯增加單株莢數(shù)，因而使得產(chǎn)量最高。2015年，補(bǔ)灌與不補(bǔ)灌產(chǎn)量之間有顯著性差異，2次補(bǔ)灌與1次補(bǔ)灌有顯著性差異(p<0.05)，說明干旱時(shí)灌水可顯著增產(chǎn)，分枝期補(bǔ)灌可增加結(jié)莢數(shù)和單莢粒數(shù)，而花莢期補(bǔ)灌可增加莢粒重(見表2)，分枝期補(bǔ)灌增產(chǎn)幅度大于花莢期補(bǔ)灌，分枝期和花莢期均補(bǔ)灌，莢數(shù)和莢粒數(shù)均最高，產(chǎn)量也最高，這與[11-13]研究結(jié)果一致。但分枝期和花莢期均補(bǔ)灌，需水量為108mm/m2，根據(jù)2014和2015年綠豆生長(zhǎng)苗期-花莢期有效降水為121.5和109.9mm，耕地與集雨面的比例為0.9:1，這在陜北黃土丘陵溝壑區(qū)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)投資水平上是很難實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)苗期-花莢期有效降水和集雨面的情況，排除分枝期和花莢期2次補(bǔ)灌的補(bǔ)灌時(shí)期。因此，分枝期補(bǔ)灌既能增加土壤含水率和促進(jìn)綠豆生長(zhǎng)，又可增產(chǎn)提高水分利用效率，是陜北黃土丘陵溝壑區(qū)綠豆補(bǔ)灌的適宜時(shí)期。

3.2 結(jié)論

陜北黃土丘陵溝壑區(qū)，綠豆集雨補(bǔ)灌有降低地溫增加土壤含水率的作用，分枝期補(bǔ)灌可促進(jìn)綠豆植株增高增粗生長(zhǎng)，有利于單株莢數(shù)和莢粒數(shù)增加，提高綠豆產(chǎn)量和水分利用效率，是綠豆集雨補(bǔ)灌首選的補(bǔ)灌時(shí)期。