滴灌量對北疆復播大豆生長、生理特征和產量的影響

彭姜龍，張永強，王　娜，李亞杰，李大平，蘇麗麗，胡春輝，徐文修

(1.新疆農業大學農學院，新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆伊犁伊寧縣農業技術推廣中心， 新疆 伊犁 835100)

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滴灌量對北疆復播大豆生長、生理特征和產量的影響

彭姜龍1，張永強1，王娜2，李亞杰1，李大平1，蘇麗麗1，胡春輝1，徐文修1

(1.新疆農業大學農學院，新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆伊犁伊寧縣農業技術推廣中心， 新疆 伊犁 835100)

摘要：在大田滴灌條件下，通過設置W1(3 000 m3·hm-2)、W2(3 600 m3·hm-2)、W3(4 200 m3·hm-2)、W4(4 800 m3·hm-2)4個灌溉量處理，研究了滴灌量對復播大豆葉面積指數(LAI)、葉綠素含量(SPAD值)、光合速率、蒸騰速率等光合參數、干物質積累及產量和水分利用效率的影響。結果表明，復播大豆的LAI、SPAD值在整個生育期內均表現為W3>W4>W2>W1。從開花期至鼓粒期，葉片的光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)均隨著滴灌量的增加呈現“先增后降”，但葉片胞間CO2濃度(Ci)的變化卻“先降后增”。全生育期單株干物質呈 “S”形變化趨勢；干物質最大積累速率(Vm)、快增期的持續時間(Δt)及干物質總量均以W3處理最高。產量以W3處理最高，為3 741.23 kg·hm-2，較W1、W2和W4處理分別高出30.42%、13.98%和8.44%，差異達顯著水平(P<0.05)。灌溉水利用效率(IWUE)在W1、W2、W33個灌溉處理之間差異不顯著，但均顯著高于W4處理。在本試驗條件下，北疆復播大豆的最適滴灌量為4 200 m3·hm-2。

關鍵詞：滴灌量；復播大豆；光合特性；干物質積累；產量

Effects of drip irrigation on the growth, physiological characteristics

水資源短缺是限制我國干旱區灌溉農業發展的重要因素[1]，因此，大力推廣應用節水灌溉技術對我國農業生產的可持續發展具有重大意義。隨著全球氣溫的變暖，北疆地區秋季氣溫明顯增高，初霜期也有所推遲，這使得該區冬小麥在6月底至7月初收獲后，仍有較為充足的光熱資源進行復播大豆[2]。然而，在北疆小麥收獲后正是秋收作物用水高峰期，麥后復播大豆無疑會加重農業用水的緊張，為此，探索復播大豆的節水栽培是目前亟需解決的現實問題。而滴灌作為一種先進的節水灌溉技術，可根據作物需水規律，將水分和養分均勻持續地運送到植株根部，最大限度地降低了土壤水分滲漏和農業用水的浪費，可有效緩解水資源不足與農業用水利用率不高的矛盾[3]。前人有關灌溉對大豆生長的影響做了大量的工作，研究表明，水分脅迫對大豆植株的光合生理特性[4]及生長[5-8]均有一定影響。大豆光合速率變化與水分供應密切相關[9]，韓曉增等認為干旱和澇害脅迫條件下均降低植株的光合效率，并且干旱引起光合值下降的程度更大些，土壤澇害增大了大豆植株的蒸騰速率[10]；謝甫綈[11]和Sort N V[12]均認為不同生育時期干旱均會使光合速率降低，且干旱會對葉面積指數(LAI)造成影響，而適宜的水分可提高植株的葉面積指數[13]。王培武等[14]研究表明不同灌水量會對大豆的干物質生產總量及根、莖、葉、莢各部分的干物質生產造成影響。這些研究主要集中在常規灌溉上，目前對于滴灌大豆光合特性及干物質積累特征的研究較少，尤其是對復播大豆在這方面的研究更是鮮有報道。為此，本試驗在滴灌條件下，通過設置不同的滴灌量，研究不同滴灌量處理下復播大豆的光合特性及干物質積累特征的變化規律，以期探求出復播大豆獲得高產、節水的最佳滴灌量，為北疆復播大豆栽培提供理論依據和技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗于2013年7—10月在伊犁哈薩克自治州伊寧縣農業科技示范園進行。該區位于天山西段，伊犁河谷中部，有喀什河、博爾博松河、布力開河、吉爾格朗河等河流。地理坐標為東徑81°，北緯44°之間，屬溫帶大陸性半干旱氣候，冬春溫暖濕潤，夏秋干燥較熱，晝夜溫差明顯，日照年平均可達2 800～3 000 h，年平均氣溫8.9℃，年均降水量257 mm。全年無霜期169～175 d。土壤耕層(0～20 cm)：含有機質2.35 g·kg-1，堿解氮85.2 mg·kg-1，速效磷21.8 mg·kg-1，速效鉀116 mg·kg-1，pH值8.4。

1.2試驗設計

采取單因素隨機區組試驗設計。共設4個灌水梯度：W1(3 000 m3·hm-2)、W2(3 600 m3·hm-2)、W3(4 200 m3·hm-2)、W4(4 800 m3·hm-2)；各處理均重復三次。小區面積18 m2(3.6 m×5 m)，各小區進水口均有水表控制進水量，為防止水流外滲，不同小區間設置1 m寬的隔離帶。大豆品種為黑河43，種植密度52.5萬株·hm-2，30 cm等行距播種(株距約6.3 cm)，每小區播種12行，毛管采用1管2的鋪設方式，每小區需6根毛管。播前結合整地，深施尿素75 kg·hm-2，在開花期隨水滴施尿素150 kg·hm-2，結莢期、鼓粒期各葉片噴施以色列產KH2PO4一次，其它田間管理措施同當地。

各處理的灌水定額分別為375、450、525、600 m3，全生育期灌水8次。階段實際滴灌量=理論滴灌量-降雨量，滴灌量及降雨量見表1。

表1　不同處理各階段的滴灌量及降雨量

1.3測試項目與方法

1.3.1葉面積指數的測定從苗期開始，每10天測定一次，分別于小區選取具有代表性的植株3株，用LI-3000A葉面積儀測其單株葉面積，并折算成葉面積指數(LAI)。

1.3.2葉綠素含量(SPAD值)的測定從苗期開始，在11∶00—15∶00之間，選擇晴好無風天氣，用日本產手持便攜式SPAD-502型葉綠素儀，在每個小區選3株夾取主莖上的倒3葉中間小葉片，測其SPAD值。測量時避開葉脈，取葉片的底部、中部與頂部記錄其平均值，每10天測定一次。

1.3.3光合指標的測定分別在大豆的開花期、結莢期和鼓粒期選擇晴天11∶00—15∶00之間，采用英國PP Systems公司產CARIS-2型便攜式光合儀，在自然光照條件下進行測定。各小區選取5株，測其主莖上的倒3葉中間小葉片的凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導度(Gs)凈光合速率。

1.3.4干物質的測定自苗期開始，每10天分別于各小區選取5株，分莖、葉、葉柄、豆、豆莢等器官，于105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重。

1.3.5產量的測定成熟后實收小區產量，每處理每重復分別取連續的10株進行考種，調查單株有效莢數、單株粒數、單株粒重和百粒重。

1.4數據分析

采用Microsoft Excel作圖，用DPS軟件統計分析數據(LSD法)。

2結果與分析

2.1滴灌量對北疆復播大豆葉面積指數(LAI)的影響

合理的LAI是植株充分利用光能、獲得高產的重要條件[15]。由圖1可知，不同滴灌量處理下復播大豆LAI均呈單峰拋物線變化趨勢，且整個生育期內各處理LAI均呈現為：W3>W4>W2>W1，表明滴灌條件下復播大豆的LAI隨著滴灌量的增加表現出先增后降的規律。進一步分析可知，各處理在見花期(播種后30天)以前，處理間LAI差異較小，此后處理間差異逐漸增大，均在結莢期(播種后60天左右)達到峰值，以W3最高，為4.84，較W1、W2分別高出25.11%、18.21%，并達極顯著差異(P<0.01)；較W4高出4.15%，差異不顯著。結莢期之后，各處理的LAI表現出不同程度的下降，尤其是W1處理的LAI下降最明顯，其次是W2處理，W3處理的LAI仍保持相對較高的水平，且各處理間差異明顯。說明適宜的滴灌量可有效增大復播大豆生育后期的有效光合面積，并使其下降平緩，有利于光合產物的形成與積累，為高產打下基礎；但滴灌量超過某一適宜值時，復播大豆的LAI不增反降，不僅造成了水資源的浪費，而且未達到增產的目的。

圖1不同處理下復播大豆葉面積指數(LAI)的動態變化

Fig.1Dynamic changes in LAI of summer soybean

under different treatments

2.2滴灌量對北疆復播大豆葉片葉綠素含量(SPAD值)的影響

葉片葉綠素含量與葉綠素儀所測定的SPAD值相關性非常高[16]，因此葉綠素儀讀數可以直接反映葉綠素含量的高低。由圖2可知，各處理復播大豆葉片的SPAD值均隨生育期的推進呈單峰曲線變化趨勢，并在花莢期(播種后50天左右)達到最大值，且以W3最高，為54.53，較W1、W2分別高出13.23%、10.72%，達極顯著差異(P<0.01)水平；較W4高出2.55%，差異不顯著。進一步對整個生育期內的測量值累積求平均，得出W3處理最高為47.94，分別較W1、W2和W4高出11.96%、7.80%和3.11%。說明復播大豆葉片葉綠素含量在一定范圍內隨著滴灌量的增大呈先增后降的變化，適宜的滴灌量不僅可以使復播大豆保持較高的葉綠素含量提高光合速率，還能達到節水的目的。

圖2不同處理下復播大豆葉片SPAD值的動態變化

Fig.2Dynamic changes in SPAD value of summer soybean

under different treatments

2.3滴灌量對北疆復播大豆光合特性的影響

由圖3可知，隨著滴灌量的增加，在各生育時期復播大豆倒3功能葉片的光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)均呈先增后降的變化趨勢，且始終表現為W3>W4>W2>W1，說明適宜地增加滴灌量對復播大豆葉片的水氣交換均具有促進作用，但超過某一適宜值時，反而抑制了大豆葉片的水氣交換，進而限制了凈光合速率的增加。復播大豆倒3功能葉片的水分利用效率(WUEL)則隨著滴灌量的增加呈先升高后降低的趨勢，說明適宜的滴灌量更有利于提高復播大豆葉片的光合作用，減少了水分的無效散失。胞間CO2濃度(Ci)隨生育進程推進呈現出先降低后升高的趨勢，進一步對同一生育時期不同處理間的Ci分析可知，在開花期、結莢期和結莢期均表現為：W1>W2>W4>W3，且不同處理間差異顯著(P<0.05)。

注 Note: FS—開花期 Flowering stage； PS—結莢期 Podding stage； GS—鼓粒期 Graining stage

圖3不同處理下復播大豆各生育時期葉片光合參數的變化

Fig.3Changes of leaf photosynthetic indexes at three growth stages of summer soybean under different treatments

2.4滴灌量對北疆復播大豆干物質積累特征的影響

干物質是光合作用的產物，是大豆產量形成的基礎[17]。對不同滴灌量處理下復播大豆地上部分干物質積累進行Logistic方程模擬(表2)，可知各處理復播大豆地上部干物質積累均呈“緩增—快增—緩降”的變化趨勢，各處理的干物質進入快速增長期的起始日期(t1)隨著滴灌量的增加有滯后趨勢，但快速增長期的終止日期(t2)以W3處理的最大，分別較W1、W2和W4延長了4.4、2.1 d和0.7 d。較高的干物質積累量不僅需要較大的積累速率(Vm)，還需要較長的快增期持續時間(Δt)，只有二者相互統一才能獲得較高的干物質積累量，進而達到高產。進一步分析可知，不同處理干物質快增期的持續時間(Δt)表現為：W3>W2>W1>W4；最大積累速率(Vm)卻表現為：W3>W4>W2>W1，即隨著滴灌量的增加而“先增后降”；干物質最大速率出現的時間(tm)，隨著滴灌量的增加亦有滯后的趨勢，其中W3處理出現的最晚，其次是W4處理，最早的是W1處理。綜上可以看出，適宜的滴灌量不僅可以增大干物質的積累速率，還可以延長干物質快速積累持續天數，有利于提高干物質積累量，本試驗條件下，W3處理保持有較高的Vm和Δt，故干物質積累量較高。

表2　復播大豆地上部分干物質積累的Logistic模擬及其特征值

注：t，復播大豆播種后的天數；y,復播大豆干物質積累量;tm,干物質積累最大速率出現的時間;t1和t2分別為Logistic生長函數的兩個拐點；Δt，干物質快速積累持續天數；Vm,干物質最大增長速率；**,P<0.05。

Note:t, days after planting of summer soybean；y, dry matter accumulation of summer soybean；tm, days of the maximum dry matter accumulation rate occurred；t1 andt2 are two inflexions of the Logistic equations, respectively；Δt, continued days of dry matter rapid accumulation;Vm, maximum increase rate of dry matter; **,P<0.05.

2.5滴灌量對復播大豆產量、產量構成因素及灌溉水利用效率的影響

大豆籽粒產量的高低取決于收獲株數、單株有效莢數、莢粒數和百粒重[18]。由表3可以看出，不同灌水量處理對復播大豆產量及產量構成因素影響不同，總體上，復播大豆單株莢數、單株粒數、單株粒重、百粒重及產量變化規律基本一致，即均隨著滴灌量的增加呈“先增后降”的變化趨勢，各項指標均以W3處理最高，滴灌量最少的W1處理最低，其差值表現為單株莢數增加了3.41個，單株粒數增多了3.59粒，單株粒重增大了1.60 g，且均達到了顯著差異水平(P<0.05)；而W2與W4兩個處理間單株莢數、單株粒數以及單株粒重差異不顯著，但二者均顯著高于W1處理。雖然百粒重是大豆品種的固有性質，但不同滴灌量處理下復播大豆的百粒重存在一定的差異，以W3處理最大，較W1處理高出8.34%，達顯著水平(P<0.05)，但與W2和W4無顯著差異。各處理以W3的產量最高，為3 741.23 kg·hm-2， 顯著高于W1、W2和W43個處理， 增幅分別為30.42%、13.98和8.44%。表明適宜的滴灌量可協調復播大豆產量構成因素間的關系，進而增加產量。隨灌水量的增加，灌溉水利用效率呈下降趨勢，其中W1、W2、W3之間差異不顯著，但均顯著高于W4處理。

表3　不同處理復播大豆產量、產量構成因素及灌溉水利用效率

注：同列不同字母表示處理間達5%的顯著水平。

Note: Different letter represented significant difference at the level of 5%.

3討論與結論

灌水量的多少，對大豆的光合作用及生長均有直接的影響。前人研究表明，春大豆的LAI隨著灌水量的增加而增加[19]；而春大豆葉片葉綠素含量隨著干旱脅迫程度的加強而降低[20]，且無論在哪個生長時期受旱，葉片的葉綠素含量都會降低[21]。而本試驗中，復播大豆的LAI均隨著滴灌量的增加表現出“先增后降”的變化，這種差異可能是由于春大豆和夏大豆對水分的響應不同所致，而且復播大豆葉片SPAD值隨著滴灌量的增加表現出“先增后降”的變化，表明滴灌量過低、過高均不利于葉片葉綠素含量的增加，只有在適宜的滴灌量條件下，葉片才能獲得較高的葉綠素含量，從而促進葉片的光合作用[22]。

前人研究表明，土壤水分虧缺均會導致光合速率、蒸騰速率和氣孔導度降低，且大豆的蒸騰速率比光合速率對土壤干旱的反應更敏感[23-25]。本研究表明，從開花期至鼓粒期，隨著滴灌量的增加，復播大豆葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)亦呈現“先增后降”的趨勢，但葉片胞間CO2濃度(Ci)的變化卻恰恰相反，即隨著滴灌量的增加呈現“先降后增”的趨勢。

本研究通過Logistic方程模擬得出，滴灌條件下復播大豆干物質積累量隨著滴灌量的增加呈“先增后降”的變化，以W3處理的干物質積累量最大，同時W3處理條件下延長了復播大豆干物質快速積累期的持續時間(Δt)以及干物質最大積累速率(Vm)，但繼續增大灌水量至4 800 m3·hm-2，Vm和Δt卻降低了4.08%和19.61%。而前人研究表明，在漫灌和滴灌條件下春大豆干物質積累量均隨著灌水量的增加而增大[19,26]，造成這種差異的原因可能是，灌水量少的W1處理，由于水分較少限制復播大豆植株后期生長；而灌水量最多的W4處理，由于生殖生長推遲，加上后期北疆地區溫度較低，造成干物質轉運較慢，均不利于干物質的形成。

土壤水分過多或過少均會對大豆籽粒產量的形成產生影響[27]。本試驗條件下，以W3處理(4 200 m3·hm-2)產量最高，為3 741.23 kg·hm-2，較W1、W2和W4三個處理，分別高出30.42%、13.98%和8.44%，達顯著差異水平；較當地常規灌溉量節水超過40%，水分利用效率提高了60%以上，充分緩解了與秋收作物的用水矛盾。

綜合分析得出，滴灌條件下北疆復播大豆，以W3處理(滴灌量4 200 m3·hm-2)各項指標表現最好，灌溉水分利用效率較高，達到了節水高產相統一的目的，可供大田生產實踐參考。

參 考 文 獻：

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and yield of summer soybean in North Xinjiang

PENG Jiang-long1, ZHANG Yong-qiang1, WANG Na2, LI Ya-jie1, LI Da-ping1,

SU Li-li1, HU Chun-hui1, XU Wen-xiu1

(1.CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China;

2.AgriculturalTechniqueExtensionCenterofYiningCounty,Yili,Xinjiang835100,China)

Abstract：A field experiment was conducted in a summer soybean field of North Xinjiang with four drip irrigation conditions including W1(3 000 m3·hm-2), W2(3 600 m3·hm-2), W3(4 200 m3·hm-2), and W4(4 800 m3·hm-2) for investigations of leaf area index (LAI), leaf SPAD, net photosynthesis rate(Pn), transpiration rate(Tr), dry matter accumulation and water use efficiency (WUE). The results showed that both LAI and SPAD with different irrigations during the whole growth stage were in following order: W3>W4>W2>W1. From flowering stage to graining stage, with the increase of irrigation,Pn,TrandGswere increased firstly, and then became decreased, whereas intercellular CO2concentration (Ci) exhibited an opposite pattern. Dry matter accumulation showed an “S” curve. The duration of dry matter rapid accumulation (Δt), the maximum increase rate of dry matter (Vm) and the total dry matter accumulation were highest under W3. Also, the highest yield of 3 741.23 kg·hm-2was under W3, which was 30.42%, 13.98% and 8.44% higher than that that under W1, W2and W4(P<0.05), respectively. W1, W2and W3treatments resulted in no significant differences in WUE, which though was higher than W4. It was believed that the suitable drip irrigation quota was 4 200 m3·hm-2for summer soybean in North Xinjiang.

Keywords:drip irrigation quantities; summer soybean; growth; physiological characteristics; yield

中圖分類號：S565.1

文獻標志碼：A

通信作者：徐文修(1962—)，女，河北蠡縣人，教授，博士生導師，主要從事高效農作制度與農業生態研究。E-mail：xjxwx@sina.com。

作者簡介：彭姜龍(1990—)，男，陜西丹鳳人，碩士，主要從事作物多熟種植制度研究。E-mail:75261995@qq.com。

基金項目：農業部公益性行業專項(201103001)；國家自然基金項目(31260312)

收稿日期：2014-12-22

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.09

文章編號：1000-7601(2016)01-0055-06