水肥耦合對南疆沙區滴灌紅棗光合特性及產量的影響

扁青永，王振華,2，胡家帥，何新林,2，李朝陽(.石河子大學 水利建筑工程學院，新疆石河子 832000；2.現代節水灌溉兵團重點實驗室,新疆石河子 832000)

紅棗是南疆沙區發展節水型林果業的重要經濟作物，但南疆地區水資源極度匱乏，棗園缺少合理的科學灌溉施肥技術，傳統的漫灌和大量施肥現象普遍存在，其直接影響紅棗的生長、產量和生產效益，同時也影響著生態環境；實現滴灌條件下水肥的合理利用是提高作物生長、產量和水肥利用率的關鍵因素[1-2]。

目前，一些學者開展了滴灌條件下灌溉和施肥對紅棗生長、產量、品質和水肥利用效率等指標的影響研究，張亞鴿等[3]通過田間施肥調控使紅棗葉片的凈光合速率、氣孔導度、水分利用效率及產量分別提高50%、100.5%、48.8%和53.3%。柴仲平等[4-5]通過研究得出增施氮素有利于提高棗樹葉片凈光合速率和增產。此外，眾多學者通過水肥耦合試驗得出紅棗最佳水肥量[6-8]。以上研究主要局限于單方面灌溉定額、施肥量對紅棗各項指標的影響或是水肥耦合對紅棗生長、產量等少量指標的影響，而關于灌溉定額與施肥量配比對紅棗生長、產量和水肥利用效率等綜合指標的研究較少。本試驗研究集中在水肥耦合對滴灌紅棗光合特性、生長、產量及水肥利用效率的綜合影響，旨在提出綜合紅棗光合特性、生長、產量及水肥利用效率最優的水肥灌溉模式，以期為南疆沙區紅棗優質高效生產的水肥綜合管理提供可借鑒的技術與方法。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016 年5-11 月在新疆生產建設兵團第一師阿拉爾農業灌溉試驗站進行。該區地處亞歐大陸腹地的塔里木河畔，受塔克拉瑪干沙漠的影響，屬典型的大陸性極端干旱荒漠氣候類型。年均日照時數達2 865 h，年均氣溫10.7 ℃，大于等于10 ℃積溫為4 113 ℃，無霜期達220 d，多年平均降水量為67 mm，平均蒸發量2 110 mm。試驗地地下水埋深大于3.5 m，試驗站設有小型氣象站，可自動記錄大氣壓力、地面溫度、有效輻射、最小相對濕度及太陽輻射等。土壤基本理化性質：土壤質地以粉砂質粘壤土和粘壤土為主，田間持水量為19.43%～24.13%(灌后24 h測定)，體積質量1.41 g·cm-3。

滴灌施肥是由水肥一體化設備控制，設備主要由水源、水泵、旋翼式水表、比例施肥泵和輸配水管道系統等組成。滴灌帶為內鑲貼片式滴灌帶，內徑12 mm，滴頭間距300 mm，滴頭流量2 L·h-1，滴灌工作壓力0.05～0.12 MPa。

研究對象為南疆‘駿棗’8 a成齡棗樹，2008 年種植，2009 年嫁接，常年連續漫灌，2016-05-15開始進行漫灌改滴灌條件下水肥耦合試驗。

1.2 試驗設計

根據文獻[9]及當地農藝管理，設定灌溉定額和施肥量2個因素，灌溉定額分別為低水620 mm(W1)，中水820 mm(W2)，高水1 020 mm(W3)3個水平。施肥量采用N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1.5的比例(質量比)，設定3個水平(低肥，中肥，高肥)，即施N，P2O5，K2O分別為200-100-150 kg·hm-2(F1)，400-200-300 kg·hm-2(F2)，600-300-450 kg·hm-2(F3)，另設置一個漫灌灌溉定額(1 020 mm)和施肥量(550-275-412 kg·hm-2)為對照處理(CK)，根據紅棗的需肥規律，采取少量多次的原則，萌芽新梢期施入1次，花期施肥2次，幼果膨大期施肥2次，白熟期施肥2次，完熟期不施肥，將肥料完全溶解于肥料罐中，通過水肥一體化裝置施入，施肥前半小時滴水，停水前半小時結束施肥。試驗設計見表1。

表1 試驗設計

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長指標 在新梢萌芽期、花期進行新梢長度和梢徑(主梢)的測定，每處理重復3次，每重復取樣5棵紅棗樹，每個生育期7～10 d測量1次，取平均值。新梢長度用卷尺測定，從新梢(側枝)與主干枝交界處測量；梢徑使用游標卡尺進行測量，測量部位始終為新梢基部。

1.3.2 光合指標 于2016-07-30 10:00-18:00進行光合指標的測定(驗證試驗光合指標測定于2016-09-15 10:00-18:00)，采用Li-6400便攜式光合測定儀(Li-CorInc，USA)測定凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。為降低環境變化帶來的誤差，采取“Z”字形測量法，即一次重復的每一個處理測定一個數據即進入下一處理，全部處理都測完后進入下一次循環，如此依次測完。

1.3.3 紅棗產量指標 紅棗成熟后按小區采摘，每個處理隨機取5棵，取平均值，再折合每公頃產量。計算灌溉水分利用效率(iWUE，kg·m-3)即用每個處理的總產量比總灌溉量[10-11],肥料偏生產力(PFP,kg·kg-1)為每個處理的總產量比總施肥量[12]。

1.4 數據分析

用Microsoft Excel 2010進行數據計算；用SPSS 17.0統計軟件進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 水肥耦合對滴灌紅棗光合特性的影響

由表2可以看出，灌水對紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci均達到極顯著水平(P<0.01)；施肥對紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci的影響不顯著(P>0.05)；水肥交互作用對紅棗葉片Pn、Tr、Gs達到極顯著水平(P<0.01)，對Ci的影響顯著(P<0.05)。因此，灌水因素和水肥耦合效應對紅棗光合特性的影響明顯大于養分。

還可以看出，不同施肥水平下，紅棗葉片Pn、Tr隨灌溉量的增加表現為W2>W3>CK>W1(平均值，下同)，且W2和W3灌溉水平Pn值較CK分別提高8.07%、3.40%，Tr值較CK分別提高 14.59%、1.00% ；而Gs和Ci表現為W2>CK>W3>W1，W2水平Gs和Ci值較CK分別提高4.44%、7.26%。在不同灌水量條件下，增加施肥量，Pn、Tr、Gs、Ci值之間差異較小。不同水肥處理紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci最大值一般出現在W2F1處理，Pn、Tr、Gs最小值出現在W1F1處理，而Ci最小值在W1F3處理，各處理Pn、Tr、Gs和Ci最大值比最小值分別提高23.00%、22.54%、58.06%和58.08%，比CK分別提高12.61%、17.32%、8.89%、10.66%。這也說明紅棗Pn、Tr、Gs、Ci之間密切相關。當紅棗Pn、Tr過高或過低時，可以通過控制紅棗葉片的氣孔開放程度的大小來適應外界環境，其歸因于氣孔限制因素。

表2 不同水肥處理對紅棗葉片光合特性的影響

注:數值為“平均值±標準差”，字母a,b,c等表示同一列在P=0.05水平差異顯著，如不同小寫字母表示處理之間差異顯著(P<0.05)，相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)。*表示P<0.05水平差異顯著，**表示在P<0.01水平差異極顯著。無*表示在P>0.05水平差異無顯著。下表同。

Note：Data is “mean±standard error”;the different letters marked as a,b,c,etc shows the difference between treatments in each column at 0.05 significant level and 0.01 level respectively.No * indicates no significant,the same as following.

2.2 水肥耦合對滴灌紅棗生長指標的影響

表3為不同水肥處理對紅棗新梢生長指標的影響。如表所示，灌水對紅棗生長的影響達到顯著(P<0.05)或極顯著水平(P<0.01)，施肥對紅棗生長的作用不顯著(P>0.05)，水肥交互作用對紅棗生長的影響均表現為極顯著水平(P<0.01)，說明灌水因素和水肥耦合效應對紅棗生長的影響顯著高于施肥因素。

2.2.1 水肥耦合對紅棗梢徑的影響 從表3可以看出，各水肥處理的紅棗梢徑隨著生育期持續增加，新梢前期最低，花后期最高。在新梢前期，不同施肥水平下，梢徑伴隨著灌水量增加表現為CK>W3>W2>W1,低水、中水和高水分別比對照低22.12%、17.55%、3.70%，在不同灌水水平下，增加施肥量梢徑表現為CK>F3>F2>F1，低肥、中肥、高肥處理比對照降低16.15%、14.85%、10.37%；從新梢中期開始，W2F2處理生長勢增強，其梢徑均高于其他處理，同時W2F2梢徑增加量為6.07 mm，高于其他水肥處理及CK增加量(4.84 mm)。由此表明，新梢前期可以通過增加水肥用量來增加梢徑；從新梢中期開始，W2F2處理能夠為紅棗樹充分輸送所需的養分和水分。

2.2.2 水肥耦合對紅棗梢長的影響 水肥處理梢長隨著生育期的延長而增加，變化趨勢基本與梢徑一致(表3)。CK梢長整體高于試驗設置的水肥處理，說明傳統漫灌方式有利于紅棗梢長的生長。新梢前期，W3F1處理梢長為45 cm，表現最好，與W3F3和CK處理之間無顯著性差異(P>0.05)；進入新梢中期，W2F2處理生長勢增強，始終表現為最佳，W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2、W2F3、W3F1、W3F2、W3F3、CK處理的梢長增加量分別為51 cm、51 cm、42 cm、57 cm、64 cm、56 cm、48 cm、58 cm、55 cm、59 cm，W2F2處理梢長增加量明顯高于其他處理。由此表明：在新梢前期，增加灌水施肥量對梢長增長有明顯的作用；到新梢中期，通過W2F2水肥處理為植株輸送充足的營養物質及水分，結論與梢徑相同。

表3 不同水肥處理對紅棗新梢生長量的影響

2.3 水肥耦合對滴灌紅棗產量的影響

圖1為不同水肥處理對紅棗產量的影響。其中灌水和施肥對紅棗產量的影響均不顯著(P>0.05)，水肥交互作用對紅棗產量的影響達到極顯著水平(P<0.01)。說明水肥耦合效應對紅棗產量的影響大于單因素水分或施肥對其的影響。因此水肥耦合模式的優化選擇對提高紅棗產量有重要意義。

同時可以看出，不同水肥處理下紅棗產量在4 661(W1F2)～7 256 kg·hm-2(W2F1)區間；CK產量6 796 kg·hm-2僅僅低于W2F1(7 256 kg·hm-2)和W2F2處理(6 803 kg·hm-2)，W2F1處理產量較CK增產6.77%。不同灌水水平對紅棗產量均有不同響應，其在W1和W3灌溉定額條件下，施肥量F2水平的產量顯著低于F1和F3水平，F2施肥量的產量比F1、F3分別降低1.48%、26.13%(W1)，12.65%、10.63%(W3)；在W2灌溉定額水平下，紅棗產量表現為F1>F2>F3，F1產量比F2、F3分別提高6.66%、25.13%；在相同施肥量條件下，紅棗產量隨灌水量整體上表現為W2高于其他灌溉水平，W2水平紅棗產量比W1、W3分別提高33.14%、29.50%(F1)，45.94%、39.01%(F2)。需指出的是，在F3施肥量水平下，W1與W2之間差異很小，W2比W3提高7.11%。以上結果表明，提高施肥量對紅棗產量會產生不利影響，同時，過高或過低的灌水均不利于提高紅棗產量，W2F1處理的紅棗增產效果最明顯。

字母a、b、c等表示同一列在0.05水平差異顯著，如不同小寫字母表示處理之間差異顯著(P<0.05)，相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05),下圖同 The letters a,b,c and said the same column significantly different at 0.05 level,such as different lowercase letters mean significant difference between treatments(P<0.05),the same lowercase letters indicate no significant difference (P>0.05),the same below

圖1不同水肥處理對產量的影響

Fig.1Effectsofdifferentwaterandfertilizertreatmentsonyield

2.4水肥耦合對滴灌紅棗灌溉水利用效率和肥料偏生產力的影響

不同水肥處理對紅棗灌溉水利用效率(iWUE)和肥料偏生產力(PFP)的影響見圖2。灌水對紅棗iWUE的影響達到極顯著水平(P<0.01)，而對PFP無顯著差異(P>0.05)；施肥對紅棗iWUE的影響無顯著性水平(P>0.05)，對PFP達到極顯著水平(P<0.01)；水肥耦合效應對紅棗iWUE和PFP均達到顯著性水平。這說明單一水分或施肥因素對紅棗iWUE和PFP具有局限性，水分只對iWUE具有顯著作用，而施肥對PFP有明顯影響；但水肥交互作用對iWUE和PFP均有顯著影響，進一步說明水肥耦合效應對紅棗影響大于單因素水分或施肥對其的影響。

另外，iWUE與PFP值分別介于4.53 kg·m-3(W3F2)～8.17 kg·m-3(W1F3)、4.38 kg·kg-1(W3F3)～16.12 kg·kg-1(W2F1)，iWUE和PFP最大值較CK分別提高29.89%、193.41%；不同施肥水平下，iWUE伴隨著灌水量增加表現為W1>W2>CK>W3，低水和中水處理比對照分別提高17.65%、17.64%，PFP則表現為W2>W3>W1>CK，中水、高水和低水比對照分別提高35.88%、75.41%、37.34%；不同灌水水平下增加施肥量iWUE和PFP分別表現為F1>F3>CK>F2、F1>F2>CK>F3，低肥和高肥處理iWUE值比CK分別提高9.38%、3.18%，同時，低肥和中肥處理PFP值比CK分別提高146.99%、17.85%。由此可知，中水和低肥處理在紅棗產量最高的基礎上，iWUE和PFP也達到較高水平。

圖2 不同水肥處理對灌溉水利用效率和肥料偏生產力的影響

3 討 論

水肥因素是紅棗生長和發育的重要保障，也是影響作物光合生理特性的主要因素[13]。李建明等[14]研究認為，灌水和水肥交互作用對光合的影響大于施肥因素，這與本試驗研究結果一致。植物的光合作用及蒸騰作用直接受到氣孔導度的影響，植物能夠通減小或部分關閉氣孔導度，進而降低蒸騰作用減少水分散失，同時葉片氣孔關閉也會影響植物葉片內部的氣體與外界的交換，進而降低植物葉片光合作用[15-16]。本試驗研究表明，紅棗Pn、Tr、Gs、Ci之間密切相關，紅棗葉片通過控制氣孔開放大小來適應外界環境，其歸因于氣孔限制因素，其結果與周罕覓等[17]研究結果一致。本研究還發現，過高或者過低灌水不利提高紅棗葉片進行光合作用；楊麗等[18]發現，作物的Pn、Tr、Gs隨施肥水平的增加而提高，這與本結果不一致，可能由于本試驗是在滴灌改漫灌條件下進行，往年長期漫灌的紅棗對養分需求較多，因此本試驗設定的施肥水平較高，提高施肥可能不會提高光合作用。

對紅棗生長、產量及水肥利用效率指標進行分析表明，新梢前期，可以通過W3F3處理提高紅棗生長；從新梢中期開始，W2F2處理植株物質積累量最大，出現明顯“徒長”現象[19]。何進宇等[20]認為水肥交互作用顯著，高水高肥處理對作物增產效果顯著。本試驗研究表明，單一灌水或施肥因素對紅棗產量的影響均達到顯著性水平，水肥交互作用對紅棗增產效果明顯；另外，水肥耦合對紅棗iWUE和PFP的影響顯著。楊小振等[19]研究表明，過高的灌水量和施肥量并未顯著提高產量、灌溉水利用效率及肥料偏生產力，中水處理iWUE反而提高。還有一些學者認為增大灌水量和減少施肥量能夠使作物肥料偏生產力增大[21]。本研究表明，中水低肥處理(W2F1)下在紅棗產量最高的基礎上，灌溉水利用效率和肥料偏生產力也達到較高水平。

4 結 論

4.1 在南疆沙區漫灌改滴灌條件下，水肥耦合對紅棗光合特性、生長、產量、灌溉水利用效率和肥料偏生產力的效應均達到顯著水平；同時灌水因素對紅棗光合特性、生長、灌溉水利用效率的影響顯著，施肥對肥料偏生產力的影響顯著。

4.2 紅棗葉片Pn、Tr、Gs和Ci值一般在中水低肥處理(W2F1)最大；新梢前期，高水高肥處理(W3F3)適宜紅棗生長，從新梢中期開始，中水中肥處理(W2F2)能顯著提高紅棗生長；W2F1處理下紅棗產量最高，同時iWUE和PFP值較優。W2F1處理的紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci比CK分別提高12.61%、17.32%、8.89%、10.66%；產量、iWUE和PFP較CK分別提高6.77%、29.89%、193.41%。

4.3 全面綜合考慮水肥協同效應、光合特性、生長、產量及水肥利用效率等多種紅棗指標，在南疆沙區漫灌改滴灌條件下紅棗的灌溉定額和施肥量宜控制在820 mm(W2)、200-100-150 kg·hm-2(F1)左右時比較適宜，該水肥組合為南疆沙區滴灌條件下紅棗高效生產提供依據，同時對改善南疆傳統農業方式有很大的積極作用。該研究只在南疆沙區進行了1 a的試驗，結果可靠性有待長期試驗進行驗證。

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