風(fēng)沙土大豆膜下滴灌水肥一體化適宜灌水量的研究

劉富強(qiáng)，竇超銀，楊 磊，佟 威

（1.揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，沈陽(yáng) 110000）

0 引 言

大豆是重要的糧食和油料作物，對(duì)禽畜產(chǎn)品生產(chǎn)和大豆油產(chǎn)量有直接影響[1]。目前我國(guó)提倡“全力抓好糧食生產(chǎn)和重要農(nóng)產(chǎn)品供給”，強(qiáng)調(diào)“大力實(shí)施大豆和油料產(chǎn)業(yè)提升工程”[2]，東北作為我國(guó)大豆主產(chǎn)區(qū)[3]，積極落實(shí)大豆增產(chǎn)政策，尤其是在風(fēng)沙土地區(qū)，土地資源豐富，有一定的優(yōu)勢(shì)，但長(zhǎng)期以來(lái)風(fēng)沙土沒(méi)有得到充分利用是由于風(fēng)沙土有自身的問(wèn)題。

風(fēng)沙土土質(zhì)貧瘠，土壤黏著力和黏結(jié)性能差[4]、團(tuán)聚體含量低、水分流失嚴(yán)重，作物很難獲得充足的水分供給。隨著滴灌技術(shù)在風(fēng)沙土地區(qū)的推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)灌溉模式被滴灌水肥一體化替代，水分能在點(diǎn)源灌溉方式下留存于根系區(qū)間[5]，提升了水分利用效率，為風(fēng)沙土土壤資源的可持續(xù)利用提供了途徑。

滴灌調(diào)控風(fēng)沙土土壤水分狀況的本質(zhì)是通過(guò)控制單次灌溉水量使土壤水分保持在有效范圍內(nèi)，即滴灌效益的發(fā)揮取決于單次灌溉水量這一參數(shù)的合理確定。土壤水分有效性作為作物吸水的關(guān)鍵，使得灌溉水量成為灌溉制度的重要指標(biāo)，對(duì)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量有重要影響[6]。研究表明缺水會(huì)顯著影響作物產(chǎn)量[7]，D Yavuz[8]發(fā)現(xiàn)作物產(chǎn)量受灌水量和蒸發(fā)量線性影響，灌水頻率和灌水量交互作用顯著影響作物產(chǎn)量和產(chǎn)量因子。普遍認(rèn)為減少單次灌水量有利于將水分養(yǎng)分調(diào)控在作物根區(qū)，但需要提高灌溉頻率，否則作物會(huì)產(chǎn)生水分虧缺，影響植株形態(tài)的建成；較高的灌水量可滿足作物在生育期內(nèi)對(duì)水分的需求，但同時(shí)增大了養(yǎng)分淋洗的風(fēng)險(xiǎn)[9]。適宜的灌溉水量通常根據(jù)試驗(yàn)確定，由于不同地區(qū)氣候、水文地質(zhì)和土壤類型等存在差異，灌溉水量缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，前人研究表明作物種類和作物生育期也會(huì)影響灌溉水量的確定，如同在風(fēng)沙土地區(qū)，蘿卜苗期和根葉生長(zhǎng)旺盛期灌溉定額宜為8.1 mm/次和10.4 mm/次[10]；玉米單次灌水量15.9 mm[9]；春小麥單次灌水定額為30.8 mm[11]。這表明當(dāng)風(fēng)沙土上種植新的作物時(shí)，現(xiàn)有作物的灌溉制度不具有通用性，必須通過(guò)試驗(yàn)重新確定。

大豆在風(fēng)沙土地區(qū)種植較少，需水規(guī)律的研究也較少，且有著與其他作物不同的生長(zhǎng)生理特點(diǎn)，為了更好的發(fā)揮滴灌工程效益及風(fēng)沙土土壤資源的合理利用，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)研究不同灌水量對(duì)風(fēng)沙土地區(qū)大豆生長(zhǎng)性狀、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，從而確定風(fēng)沙土大豆膜下滴灌適宜的灌溉水量，為今后遼西北風(fēng)沙土地區(qū)大豆的灌溉管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于遼寧省彰武縣阿爾鄉(xiāng)鎮(zhèn)北甸子村（122°23' E，42°50' N），與科爾沁沙地南緣毗鄰。試驗(yàn)區(qū)多年平均降雨量約為412 mm，夏季降雨量較大，最大降雨集中在7、8 月份；年均蒸發(fā)量為1 781 mm；年平均氣溫為6.1 ℃，平均風(fēng)速為3.7～4.2 m/s，有時(shí)出現(xiàn)沙塵暴天氣；作物生長(zhǎng)周期為145～150 d，其中無(wú)霜期達(dá)154 d。風(fēng)沙土是本試驗(yàn)區(qū)土壤的主要組分，干體積質(zhì)量為1.69 g/cm3。土壤有機(jī)質(zhì)含量較少，為6.6%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)在2022 年5-10 月開展，供試品種“新豆一號(hào)”。根據(jù)大豆生長(zhǎng)劃分為苗期、開花期、結(jié)莢期、鼓粒期、成熟期等5個(gè)生育階段[12]。試驗(yàn)以灌溉水量為因素，設(shè)置5個(gè)水平，分別為W1：0.4Epan、W2：0.6Epan、W3：0.8Epan、W4：1.0Epan、W5：1.2Epan，（Epan為5 d 累積冠層水面蒸發(fā)量）同時(shí)以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)雨養(yǎng)種植為對(duì)照，共6 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3 次。大豆采用滴灌灌溉，滴灌帶的布置如圖1 所示，滴灌帶間距120 cm，單行滴灌帶灌溉兩行大豆，滴灌帶距離大豆20 cm；滴灌帶上滴頭間距30 cm，滴頭流量1.38 L/h[13,14]，灌水周期根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果確定為5 d，單次灌水量通過(guò)計(jì)算得出：

圖1 滴灌帶布置（單位：cm）Fig.1 Layout of drip irrigation belt

式中：Ek,5為第k個(gè)5 日，逐日實(shí)測(cè)；Pk,5為第k個(gè)5 日累計(jì)有效降雨量。

1.3 田間管理

播種前先將大豆種子在空氣中晾干，土地進(jìn)行犁耕平整。整地時(shí)施糞肥2 t/hm2作為底肥，大豆生育期內(nèi)追施氮肥，施肥量180 kg/hm2（純氮），氮肥為尿素（含N 量46.4%）在苗期∶花期∶結(jié)莢期按2∶2∶1分多次追施，各生育期追肥均采用隨水分施肥的方式分2 次施入，即全生育期累計(jì)施肥6 次。其他田間管理參照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)管理，大豆苗期噴施一次農(nóng)藥，防治蟲害，生育期內(nèi)做好除草工作。2022年9月27日收獲大豆。

1.4 測(cè)定指標(biāo)

蒸發(fā)、降雨和灌水量：小型氣象站監(jiān)測(cè)降雨量；置于冠層上方20 cm 的蒸發(fā)皿測(cè)量蒸發(fā)量，每天08:00 進(jìn)行觀測(cè)；水表計(jì)量灌水量，總灌水量通過(guò)累加各次灌水量得到。

動(dòng)態(tài)含水率：灌水前后采用TRIME 測(cè)定土壤含水量，TRIME管埋設(shè)在壟中央相鄰兩滴頭中間，埋深80 cm。

生長(zhǎng)指標(biāo)：在大豆各生長(zhǎng)階段，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3株大豆，測(cè)量大豆的株高（鋼卷尺）、莖粗（游標(biāo)卡尺）、葉面積指數(shù)（面積法，長(zhǎng)×寬×0.75）和葉綠素（SPAD-502 Plus，柯尼卡美能達(dá)）。

地面干物質(zhì)量：采集各生長(zhǎng)階段的大豆樣株地上生物部分，分解成莖、葉、葉柄、豆莢，去垢后于105 ℃烘箱中殺青30 min，再于75 ℃烘干至質(zhì)量穩(wěn)定不變，隨后用天平測(cè)量大豆烘干后各部分的質(zhì)量。

考種、產(chǎn)量及水分利用效率：在大豆成熟期對(duì)各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3株大豆進(jìn)行考種，計(jì)算大豆產(chǎn)量。水分利用效率采用如下公式計(jì)算：

式中：WUE為大豆的水分利用效率，kg/m3；Y為大豆產(chǎn)量，kg/hm2；ET為大豆耗水量，mm。

其中，大豆生育階段耗水量ET采用水量平衡公式計(jì)算，公式為：

式中：Pr為有效降雨量，mm；U為地下水補(bǔ)給量，mm；I為灌水總量，mm；R為徑流量，mm；ΔW為試驗(yàn)初期和試驗(yàn)?zāi)┢谕寥浪值淖兓?，mm。由于試驗(yàn)區(qū)地下水埋藏較深，地勢(shì)平坦且滴灌濕潤(rùn)深度較淺，U、R和D均可忽略不計(jì)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

用Excel 2021進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理，用Origin 2020進(jìn)行作圖，用SPSS 24.0進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨量、蒸發(fā)量、灌水量

大豆生育期內(nèi)的降雨、蒸發(fā)和溫度見圖2。大豆生育期內(nèi)日均蒸發(fā)23.9 mm，累計(jì)蒸發(fā)729.9 mm，降雨36次，累計(jì)雨量548.8 mm，其中單日降雨量在10 mm 以下的11 次，占有效降雨次數(shù)的41%，年度單日最高降雨發(fā)生在7 月28 日，降雨高達(dá)94.8 mm，即盡管年降雨量較大，降雨次數(shù)較多，但有效降雨并不多，加上風(fēng)沙土保水性能差，田間地膜覆蓋等影響，灌溉仍是大豆生長(zhǎng)的主要水分來(lái)源。大豆自苗期后期開始灌溉，花期～結(jié)莢期灌水頻繁。7月下旬進(jìn)入雨季，降雨量增大，灌水量和灌水頻次相應(yīng)減小，成熟期后停止灌溉，全生育期內(nèi)灌水次數(shù)、灌水日期和灌水量如表1所示。

表1 2022年大豆灌水記錄表Tab.1 Soybean irrigation records for 2022

圖2 2022年大豆生育期內(nèi)降雨、蒸發(fā)圖Fig.2 Rainfall and evaporation map of soybean growth period in 2022

2.2 灌溉水量對(duì)土壤含水率的影響

大豆生育期內(nèi)各灌水處理在0～60 cm 土壤的平均含水率變化如圖3所示。各處理土壤含水率波動(dòng)性較大，結(jié)合生育期內(nèi)降雨和灌溉可知，灌溉和單日較大的降雨量是改變土壤含水量的主導(dǎo)因素。6 月下旬至7 月中旬多為10 mm 以下的降雨，風(fēng)沙土土壤含水量變化較小，灌溉引起土壤含水率的急劇增加，停止灌溉后土壤含水率持續(xù)降低；7 月中旬至8 月中旬降雨頻次減小，但單日降雨量逐日增高，導(dǎo)致土壤含水率在7.2%（田間持水率的60%）～12%之間變化。

圖3 0～60 cm土壤的平均含水率變化Fig.3 The change of average moisture content of 0～60 cm soil

從土壤水分有效性角度分析，當(dāng)土壤含水率低于田間持水率的60%（θ田60%）時(shí)，大豆將受到水分脅迫，W5處理在大豆生育期內(nèi)土壤含水率始終保持在θ田60%以上，未出現(xiàn)水分脅迫；W2～W4處理在灌溉周期內(nèi)有段時(shí)間低于θ田60%，可能對(duì)大豆造成短時(shí)間脅迫；W1 處理則在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)土壤含水率低于θ田60%，受到一定的水分脅迫。因此，根據(jù)處理之間含水率的差異和減免作物水分脅迫，灌溉水量宜控制在60%Epan以上。

2.3 灌溉水量對(duì)大豆生長(zhǎng)的影響

2.3.1 株 高

不同灌水處理大豆株高變化趨勢(shì)如圖4所示。大豆株高隨著生育期的遞進(jìn)逐漸增大，在鼓粒期達(dá)到峰值，此后逐漸減小直至生育期結(jié)束。苗期～鼓粒期各處理株高平均增長(zhǎng)216.6%，其中苗期～開花期大豆株高迅速增大，開花期～鼓粒期增長(zhǎng)變緩。不同處理間，隨著灌水量的增加，大豆株高呈現(xiàn)出先增大再減小的趨勢(shì)，W4 處理株高在整個(gè)生育期都高于其他處理；W3 處理在生長(zhǎng)初期和其他處理差異不顯著，但在結(jié)莢期～成熟期顯著高于W1 和CK 處理；W1、W2 和W5 處理差異不顯著；對(duì)照CK 處理在花期顯著低于灌溉處理，后期株高增加較快，和W1、W2、W5 差異不再顯著。以上結(jié)果表明：灌溉是大豆株高持續(xù)增長(zhǎng)的關(guān)鍵，增加灌水量對(duì)大豆株高有促進(jìn)作用，但過(guò)高的灌水量對(duì)大豆的株高起抑制作用，100%Epan是獲取最大株高的適宜灌溉水量。

圖4 灌溉水量對(duì)大豆株高的影響Fig.4 Effect of irrigation amount on plant height of soybean

2.3.2 莖 粗

不同灌水處理大豆莖粗變化趨勢(shì)如圖5所示。大豆的莖粗變化表現(xiàn)為苗期～開花期迅速增長(zhǎng)，開花期后緩慢增長(zhǎng)直至平穩(wěn)，峰值出現(xiàn)在鼓粒期。不同灌水處理間，隨著灌水量的增加，大豆莖粗先增大后減小，總體表現(xiàn)為W4＞W(wǎng)3＞W(wǎng)5＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1＞CK，苗期～鼓粒期大豆莖粗平均增長(zhǎng)124.6%。W4 處理在花期顯著大于W1、W5 和CK 處理，分別高出19.0%、23.3%和16.5%，其他生育期W4 處理莖粗雖高于其他處理，但是未達(dá)到顯著水平；其他處理之間差異均不顯著。結(jié)果表明：灌水量的增加對(duì)莖粗增長(zhǎng)有一定從促進(jìn)作用，但灌水量過(guò)高時(shí)則會(huì)抑制莖粗增長(zhǎng)。

圖5 灌溉水量對(duì)大豆莖粗的影響Fig.5 Effect of irrigation amount on stem diameter of soybean

2.3.3 葉面積指數(shù)（LAI）

不同灌水處理大豆葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)如圖6所示。大豆葉面積指數(shù)隨著生育期的遞進(jìn)先增大后減小，在結(jié)莢期達(dá)到頂峰，均值達(dá)到4.25，此后隨著大豆成熟脫水[16]，葉面積指數(shù)逐漸減小，成熟期時(shí)下降到1.92；苗期～開花期各處理平均增長(zhǎng)698.5%，是LAI最快增長(zhǎng)期；鼓粒期～成熟期各處理LAI平均減小108.9%，是LAI最快衰減期。不同處理間，CK 處理在苗期、開花期和成熟期葉面積指數(shù)顯著低于灌水處理，其中開花期較灌水處理平均減少68.1%。灌溉處理中，隨著灌水量的增加，大豆葉面積指數(shù)先增大后減小，W4 處理LAI高于其他處理，但除苗期和成熟期顯著高于W1 和W2 處理外，差異均未達(dá)到顯著水平；W5 處理在生長(zhǎng)初期低于其他處理，結(jié)莢期后LAI僅低于W4處理，高于低水處理；W1～W3處理在各生育階段LAI都相近，變幅在0～4.2 之間，處理間差異不顯著。以上結(jié)果表明：灌水對(duì)大豆葉面積的形成十分重要，試驗(yàn)區(qū)雨養(yǎng)條件下不利于大豆葉面積生長(zhǎng)；灌溉顯著促進(jìn)葉面積生長(zhǎng)，并隨著灌水量的增加促進(jìn)作用加強(qiáng)，在葉面積形成的關(guān)鍵時(shí)期，即花期～結(jié)莢期，灌水量產(chǎn)生的影響尤為明顯；當(dāng)灌水量過(guò)多時(shí)，促進(jìn)作用受到限制，在生長(zhǎng)初期，甚至低于低水處理，但在花期后直至生長(zhǎng)期結(jié)束，高水處理LAI雖然不是最優(yōu)，但要高于低水處理，且生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)一直保持到生育后期，即較高的灌水量一定程度上能延緩葉片衰老脫水。

圖6 灌溉水量對(duì)大豆葉面積指數(shù)的影響Fig.6 Effect of irrigation amount on soybean leaf area index

2.3.4 葉綠素（SPAD）

不同灌水處理大豆葉綠素變化趨勢(shì)如圖7所示。大豆葉綠素在苗期～鼓粒期變化較小，在35～45 范圍內(nèi)波動(dòng)，但在成熟期迅速減小，葉綠素含量降至25 左右，平均降幅達(dá)56.5%。不同灌水處理間，無(wú)灌溉的CK 處理在生長(zhǎng)前期SPAD值較低，花期后SPAD值接近灌溉處理水平，生育期結(jié)束時(shí)，甚至高于灌溉處理；灌溉處理中，苗期、結(jié)莢期和鼓粒期隨著灌溉水量的增加，葉綠素含量有先增大后減小的變化趨勢(shì)，W3 處理SPAD值最大，W5 處理值較小，除鼓粒期W5 處理顯著偏低外，在處理之間差異均不顯著；花期灌水量對(duì)SPAD值的影響沒(méi)有明顯規(guī)律，但花期W5處理SPAD值仍低于其他灌溉處理。以上結(jié)果表明：適量的中度灌水有利于大豆葉綠素的生成，但隨著灌水量的增加，葉綠素的含量相應(yīng)降低。傳統(tǒng)雨養(yǎng)大豆葉綠素含量在生育前期處于劣勢(shì)，但在結(jié)莢期后相較于同時(shí)期的灌水處理組逐漸增高。

圖7 灌溉水量對(duì)大豆葉綠素的影響Fig.7 Effect of irrigation amount on chlorophyll of soybean

2.3.5 地上干物質(zhì)含量

圖8為不同灌水處理大豆地上干物質(zhì)變化。隨著大豆生育期的不斷推進(jìn)，大豆干物質(zhì)先增大后減小，在鼓粒期達(dá)到峰值。苗期～開花期，大豆主要處于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，干物質(zhì)平均增長(zhǎng)353.3%。開花期～結(jié)莢期大豆進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段，干物質(zhì)迅速積累，各處理大豆干物質(zhì)平均增加了149.2%。成熟期時(shí)，隨著大豆脫水，葉片衰老枯萎，大豆單株干物質(zhì)不斷減小。不同灌水處理間，大豆干物質(zhì)從大到小排列依次為W4、W3、W2、W5、W1、CK，隨著大豆生長(zhǎng)，各處理差異逐漸增大，結(jié)莢期W4 處理分別高出W3、W2 和W1 處理1.97%、6.1%、42.7%，鼓粒期W4 處理分別高出W3、W2 和W1 處理12.8%、11.7%、15.5%。

圖8 不同生育期各灌水處理大豆地上干物質(zhì)變化Fig.8 Changes of above-ground dry matter in soybean under different irrigation treatment at different growth stages

圖9為不同生育時(shí)期大豆各器官干物質(zhì)所占百分比。苗期時(shí)，大豆莖的比重隨著灌水量的增加不斷地增長(zhǎng)，相應(yīng)的葉、葉柄的比重隨著灌水量的增加而減少。開花期時(shí)，各處理莖、葉所占比重相差不大，在2%～5%之間浮動(dòng)，葉柄所占比重隨著灌水量的增多而逐漸增大。結(jié)莢期時(shí)，豆莢所占比隨著灌水量的增多而增大，表明隨著灌水量的增長(zhǎng)，較多的干物質(zhì)用于籽粒的構(gòu)建。鼓粒期，大豆干物質(zhì)分布較均衡，不同灌水處理各器官干物質(zhì)差別不大。成熟期，大豆葉、葉柄衰老脫落，豆莢所占比重隨著灌水量的增加而逐漸減少。

圖9 不同生育期大豆各器官干物質(zhì)百分比Fig.9 Percentage of dry matter in soybean organs at different growth stages

以上結(jié)果表明：適宜的灌水量有利于大豆干物質(zhì)的積累，大豆干物質(zhì)隨著灌水量的增加先增大后減小。在苗期，低水處理組的干物質(zhì)主要用于大豆葉的構(gòu)建，高水處理組的干物質(zhì)主要用于大豆莖的構(gòu)建。開花期時(shí)，高水處理組葉柄所占比重隨著灌水量的增加而增長(zhǎng)，表明此階段高水處理下大豆能量主要用于葉片持承力的提升。此后大豆結(jié)莢初期，豆莢所占比重隨著灌水量的增加而增長(zhǎng)，直至生育末期，各灌水處理各器官干物質(zhì)占比差異不大。

2.4 大豆產(chǎn)量的構(gòu)成、產(chǎn)量和水分利用效率（WUE）

表2為不同灌水處理下大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量的構(gòu)成。大豆的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重隨著灌水量的增加，先增大后減小，W4 處理為峰值。單株莢數(shù)W4 處理較W1 處理增加了10.6%，較CK 增長(zhǎng)了95.2%；單株粒數(shù)W4 較CK 有顯著差異，W4 比CK 多102.67 粒，增幅74.8%；單株粒重W2、W3、W4處理均對(duì)CK 有顯著差異，其中W4 較CK 增長(zhǎng)127.1%。枇粒數(shù)和結(jié)實(shí)率均是CK 處理處于優(yōu)勢(shì)，CK 處理的枇粒數(shù)較W5 處理減少65.4%；結(jié)實(shí)率CK 較W4處理增加19.5%。W1和W5處理百粒重均較CK 處理有顯著差異，其中最高值W1 比CK 高49.1%?？挤N表明：不同灌水量對(duì)大豆產(chǎn)量構(gòu)成要素的顯著差異很小，但在各項(xiàng)處理的綜合表現(xiàn)下，W4 處理可以有效提升大豆產(chǎn)量構(gòu)成要素。

表2 2022年不同灌水處理對(duì)大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Tab.2 Effects of different irrigation treatments on soybean yield and yield composition in 2022

通過(guò)表2 還可以發(fā)現(xiàn)大豆產(chǎn)量和WUE均隨著灌水量的增多，先增大后減小，傳統(tǒng)雨養(yǎng)方式下的大豆產(chǎn)量和WUE處于最低值。大豆產(chǎn)量總體表現(xiàn)為W4＞W(wǎng)3＞W(wǎng)5＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1＞CK，W4處理組產(chǎn)量為3.61 t/hm2，較CK 增大97.3%。WUE從大到小的順序?yàn)閃4＞W(wǎng)3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)2＞W(wǎng)5＞CK，W4 處理的WUE達(dá)到0.59 kg/m3，較CK 處理增加96.7%。說(shuō)明灌水量的提升有利于大豆產(chǎn)量的提升，但低水和高水均不利于大豆高產(chǎn)。高水處理下雖然產(chǎn)量有一定增長(zhǎng)，但WUE會(huì)隨著耗水量的增加而降低；低水處理雖然能減少大豆水分的損耗，但是其產(chǎn)量相較于其他灌水處理處于較低水平。灌水量為1.0Epan時(shí)，大豆產(chǎn)量和WUE均處于最高值。

3 討 論

大豆受制于欠發(fā)達(dá)的根系，對(duì)水分比較敏感[16]，水分的多少會(huì)影響大豆的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量因子的構(gòu)建，進(jìn)而間接影響大豆的產(chǎn)量。灌水量過(guò)低，水分集聚在土層表面，極易受蒸發(fā)影響導(dǎo)致土壤水分過(guò)低，導(dǎo)致大豆光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的下降[17]。灌水量過(guò)高，土壤水分在重力梯度的作用下向深層運(yùn)移[9]，脫離了根系范疇，造成水分浪費(fèi)，同時(shí)過(guò)高的灌水量會(huì)使大豆“貪青”，生育期延遲，加之氣溫下降導(dǎo)致干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移較慢，極易造成空莢，影響產(chǎn)量[18]。本試驗(yàn)區(qū)為風(fēng)沙土，與前人研究區(qū)土壤存在顯著差異，但試驗(yàn)中大豆表現(xiàn)出的生長(zhǎng)與生理現(xiàn)象與前人研究結(jié)果卻是一致的。

風(fēng)沙土保水保肥性差，且極易受蒸發(fā)影響[14]，導(dǎo)致土壤含水率下降較快，因此灌水量和單日較大的降雨成為土壤動(dòng)態(tài)含水率變化的主導(dǎo)因素。大豆生育期內(nèi)，中高度的灌水處理基本可以實(shí)現(xiàn)土壤含水率維持在大豆適宜土壤含水率的下限（θ田60%）之上，低水處理土壤含水率在灌水周期內(nèi)隨著水分的消耗而低于下限，造成水分脅迫，影響大豆生長(zhǎng)。適度灌水會(huì)增加大豆株高，苗期和開花期大豆處于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，對(duì)水分的需求量大，W1、W2 處理組和傳統(tǒng)雨養(yǎng)大豆為獲得水分，營(yíng)養(yǎng)會(huì)用于根系的延展，導(dǎo)致株高處于劣勢(shì)，W4處理土壤水分條件適 宜大豆生長(zhǎng)，株高優(yōu)勢(shì)明顯，隨著生育期的遞進(jìn)，進(jìn)入雨季降雨增加減弱了灌溉導(dǎo)致的土壤水分差異，灌水量引起的大豆株高差異也逐漸減小，只有無(wú)灌溉的CK 處理大豆生育前期水分未得到及時(shí)補(bǔ)充，造成了不可逆的傷害，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)時(shí)，株高一直處于較低值。莖粗、葉面積指數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)與株高表現(xiàn)出類似的規(guī)律。莖粗和葉面積指數(shù)隨著灌水量的增大，先增大后減小，這與前人研究結(jié)果一致[19]。SPAD最大值沒(méi)有出現(xiàn)在長(zhǎng)勢(shì)最優(yōu)的W4 處理，而是出現(xiàn)在W3 處理中[17]，這可能是因?yàn)檫m量的缺水使大豆產(chǎn)生了水分脅迫的應(yīng)激反應(yīng)[20]，使葉綠素含量得到一定增長(zhǎng)。

研究表明大豆生育期內(nèi)缺水不僅影響大豆干物質(zhì)的生長(zhǎng)和分配，還會(huì)影響?zhàn)B分的運(yùn)輸[21]。本試驗(yàn)也表明缺水會(huì)影響干物質(zhì)的生成，尤其是生育前期，大豆缺水導(dǎo)致其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受到制約，植株矮小。在生育后期，前期生長(zhǎng)劣勢(shì)間接影響的了大豆的生殖生長(zhǎng)，導(dǎo)致流向豆莢和籽粒的能量較少，影響了大豆干物質(zhì)在豆莢和籽粒的分配。高水處理組因前期灌水充分，導(dǎo)致葉源構(gòu)建完整，因此在中后期有較高的有機(jī)物轉(zhuǎn)化率，促使干物質(zhì)較多的流向豆莢和籽粒。

葉面積指數(shù)是大豆光合生產(chǎn)源，較高的灌水有利于提高大豆分枝數(shù)和葉片數(shù)，進(jìn)一步提升大豆的光合能力和凈同化率，使大豆獲得較大的能量用于生殖生長(zhǎng)的正向循環(huán)，其葉面積指數(shù)的優(yōu)勢(shì)一直保持到生育后期，而低灌水量使大豆植株矮小，單株葉片數(shù)減小，由于“源”減小，制造的有機(jī)養(yǎng)分較低[22]，隨著生育期的遞進(jìn)，“庫(kù)”的需求增大，供不應(yīng)求導(dǎo)致其生物產(chǎn)量降低，因此高灌水使大豆有充足的生物基礎(chǔ)進(jìn)行產(chǎn)量因子的構(gòu)建。本試驗(yàn)也表現(xiàn)出相同的結(jié)果，隨著灌水量的增加，大豆產(chǎn)量因素的構(gòu)建也越來(lái)越高，適當(dāng)提高灌水量能有效增加單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重，這是因?yàn)檫m量的灌水使大豆有較多的“源”和較大的“庫(kù)容”，“源庫(kù)”的協(xié)調(diào)發(fā)展致使大豆的收獲指數(shù)得到增長(zhǎng)[23]。低灌水制約了大豆后期的生殖生長(zhǎng)，減小了產(chǎn)量因素，雖然其枇粒數(shù)低，結(jié)實(shí)率高，但產(chǎn)量依舊很低。此外，低灌水處理生育進(jìn)程縮短，存在籽粒脫落的風(fēng)險(xiǎn)。灌水過(guò)高導(dǎo)致大豆生育進(jìn)程延長(zhǎng)，但此時(shí)外界溫度下降，因此干物質(zhì)轉(zhuǎn)移速率下降，導(dǎo)致枇粒數(shù)增高，結(jié)實(shí)率降低，大豆產(chǎn)量也受到影響[22]。

本研究補(bǔ)充了風(fēng)沙土大豆滴灌水肥一體化適宜的灌水量，灌水量在1.0Epan時(shí)，大豆生長(zhǎng)性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量因子最高。由于風(fēng)沙土土質(zhì)貧瘠，持水固肥能力均較差，水肥互作條件下土壤肥料分布易受灌水量的影響，本文僅對(duì)風(fēng)沙土大豆種植的地上指標(biāo)進(jìn)行研究，需進(jìn)一步試驗(yàn)綜合考慮灌水量對(duì)作物和土壤肥料分布的影響，進(jìn)而為風(fēng)沙土地區(qū)大豆灌溉管理提供參考。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)風(fēng)沙土地區(qū)大豆膜下滴灌水肥一體化適宜灌水量的研究，可以得到以下結(jié)論：

（1）大豆的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和葉綠素均隨著灌水量的增高，先增大后減小。其中大豆的株高、莖粗和葉面積指數(shù)在灌水量為1.0Epan時(shí)達(dá)到頂峰，葉綠素含量在0.8Epan時(shí)達(dá)到頂峰。

（2）灌水能有效增加干物質(zhì)的積累，灌水量在1.0Epan時(shí)大豆的干物質(zhì)積累量最大，且在生育后期較多的干物質(zhì)流向了豆莢和籽粒。

（3）灌水量的增長(zhǎng)能有效提升大豆產(chǎn)量因素，灌水量為1.0Epan時(shí)，大豆產(chǎn)量達(dá)到了3.61 t/hm2，水分利用效率達(dá)到0.59 kg/m3，較傳統(tǒng)雨養(yǎng)大豆分別增長(zhǎng)97.3%和96.7%。

綜合考慮生長(zhǎng)因素、地上干物質(zhì)、產(chǎn)量和WUE因素，風(fēng)沙土地區(qū)大豆膜下滴灌水肥一體化適宜灌水量推薦1.0Epan。