調虧灌溉與減氮施肥對枸杞生長及產量的影響

宋仰超，陳小莉，任小龍，高曉東

(西北農林科技大學 農學院，陜西楊凌 712100)

枸杞(Lyciumbarbarum)是茄科(Solanaceae)枸杞屬中兼有藥用和水土保持效用的灌木[1]，其藥用價值高，可作為保健食品、家畜優良牧草和改良鹽堿地的造林先鋒樹種[2]。青海省位于青藏高原東北部，年平均溫度較低，且干旱區面積較大，長期以來青海農業生產活動受困于干旱缺水，這已經成為制約當地農林業發展的主要因素[3]。柴達木盆地灌區水資源匱乏和利用率偏低的矛盾表現得尤為突出，當前青海省枸杞種植業普遍存在著投入成本高、能源消耗量大、農業資源利用不合理的現象，這并不符合現代農業可持續發展的時代背景。同時近幾年當地農業生產中化肥施用量激增，但利用率較低，這一矛盾不但造成大量化肥浪費，而且有可能形成水體富營養化等一系列生態環境問題，使農業生產的發展受到限制[4]。如何在降低能耗、合理利用種植資源且不對環境造成污染的基礎上，減少種植成本并提高經濟效益是當前必須重視和解決的現實問題[5]。所以，研究適合柴達木盆地枸杞灌溉的水肥配比已經成為促進當地枸杞生產的一大現實性舉措。水肥一體化灌溉技術是在一些水分短缺、施肥過量的地區實現精準灌水施肥、降低環境污染、節能減排的綜合技術[6]。對水肥耦合技術進行深入研究，可以獲得提高肥料利用率和水分利用率的科學依據，從而為實現科學灌溉和施肥的高效化管理提供理論指導。以往的水肥耦合研究中，試驗對象多為小麥、玉米等糧食作物[7-8]，少部分為辣椒、番茄等蔬菜作物[9-10]，單純的以灌水下限與施氮量為耦合因子對枸杞的產量與生長的影響研究較少。本研究采用水肥一體化滴灌調控方式，分析灌水下限、施氮量對枸杞產量及生長的影響，以期為枸杞合理栽培提供優化、量化的最佳水肥管理依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區選定在青海省海西州德令哈市懷頭他拉灌區，其地理位置為東經96°44′19.01″，北緯37°21′34.91″，海拔約2 868 m。當地屬于高原大陸氣候，年平均氣溫為6 ℃，年最冷月份為1月，平均氣溫為-13 ℃，最熱月份為7-8月，平均氣溫為17～23 ℃，降水量少，蒸發量大，5-9月降水量占全年的80%以上，年降水量大約160 mm；日照充足，太陽輻射強烈，無霜期短，無霜期為 90 d左右[11]。供試土壤深厚，為沙壤土，質地疏松，體積質量1.5 g/cm3,土壤微團聚體中粒徑小于0.2 mm的組分比例高達65.3%，大于0.25 mm占20.04%。試驗區0～50 cm的土壤化學性狀見表1。

表1 土壤化學性狀Table 1 Soil chemical properties

1.2 供試材料

供試枸杞品種為‘寧杞7號’，為2 a生。苗木由懷頭他拉鎮防沙治沙公司提供，于2015-04-23定植。

供試氮(N)、磷(P)、鉀(K)肥料分別為尿素[w(N)≥46%]、過磷酸鈣[w(P2O5)≥16%]和礦物質硫酸鉀[w(K2O)≥20%]，各肥料均可水溶且互不影響。

灌溉水主要來自當地機井與巴音河水庫，水質礦化度小于1 g/L。灌溉工具采用水桶與管徑1 cm滴灌帶。

1.3 試驗設計

本試驗以土壤灌水下限與施氮量為變量因子，以當地原水原肥(CK)灌溉為對照，對照組為高水高氮處理，其灌水量為198 m3/hm2，施氮量為345 kg/hm2。灌水量設置為減水20%灌溉(中水)、減水40%灌溉(低水)，施氮量設置為減氮20%施肥(中氮)、減氮40%施肥(低氮)，采用2因素3水平完全隨機組合大田試驗，共設9個處理，重復3次，各處理隨機區組排列。試驗采用壟溝栽培，壟高15 cm，壟寬50 cm，每個小區壟長15 m，壟上全部鋪設黑色地布，其可以保水保墑，利于枸杞生長。滴灌帶放置壟溝土層下5 cm處，滴灌帶距離枸杞株干10 cm。小區面積為 7.5 m2，試驗區總面積202.5 m2，株行距 0.5 m×3.0 m，單行定植。病蟲害防治措施相同。各處理的灌水施肥量見表2。

水肥一體化灌溉時間：各處理分別于6月初枸杞營養生長期、7月初開花坐果期、7月末夏盛果期、8月中旬秋盛果期灌水施肥一次，9月中旬與11月初對枸杞進行補灌，只灌水不施肥，全年共灌溉6次，施肥4次，對照組每次灌溉2 h，滴灌帶流量為1.5 L/h,灌溉過程中對灌溉情況進行檢查，防止水分外流。

表2 滴灌施肥枸杞試驗設計方案Table 2 Experiment design scheme for wolfberry fertigation

1.4 測定項目與方法

1.4.1 生長指標測定 于7月初開花坐果期、7月末夏盛果期與8月末秋盛果期測量植株生長參數，主要包括株高、冠幅和地徑等指標。各處理分別選取長勢基本相同的6株植株，采用定株掛牌編號的方式觀測樣株。觀測植株在整個生長期內不做任何修剪。

株高測定：用卷尺測量地面到植株頂端的垂直高低(單位：cm)。

冠幅測定：用鋼卷尺測量植株在空間自然分布的最大直徑，即分別測定單株東西向和南北向的平均冠徑(單位：cm)[4]。

地徑測定：指樹木離地面20 cm左右處樹干的直徑(或者地跡處樹干的直徑)。用游標卡尺測定植株距離地面約20 cm處的植株徑粗(單位：mm)。

1.4.2 枸杞果產量性狀及形態指標的測定 從7月末至8月末共采摘兩批枸杞果實，每批隔7 d采摘1次，枸杞隨采隨稱鮮果質量。

從第1次收獲開始，對每個小區固定6株枸杞的果實進行產量性狀調查，包括單株鮮果產量、單株干果產量、百粒果質量等。

單株鮮果產量：將每個處理固定6株枸杞的鮮果分別稱量記錄，待最后一次采摘完成后計算各處理平均值，即為該處理年單株鮮果產量。

果實百粒質量：將每個處理6株枸杞的果實混合均勻后，隨機挑選出100粒，稱量其鮮質量，待最后一次采摘完成后計算各處理平均值，即為該處理的年百粒質量。

果實外觀形態的測定：果形指標按照《枸杞種質資源描述規范和數據標準》[12]進行。調查指標包括成熟枸杞鮮果果徑和果長。

1.4.3 枸杞果產量與經濟效益的測定 兩批果實總鮮果質量即為當年鮮果總產量。各處理鮮果混合均勻后送至當地烘干房(75 ℃，烘烤4～5 h)，統計兩批枸杞果實的總質量，即為每個處理的年干果產量。

經濟效益的基本概念和計算方法如下[13-14]：本研究采用的成本是不完全成本，包括總成本(TC)與單位產量成本(CY)等概念。總成本的計算公式為：

TC=F+P+I+M+T+O+S

其中F為施用肥費用；P為殺蟲及其他農藥費用；I為灌溉用水費用；M為農田管理費用，包括水肥灌溉、修剪樹枝、除雜草等人工費用；T為采摘果實及烘干費用；O為其他費用，主要包括運輸與旋耕；S為前期投入費用，主要包括種苗與鋪設地布等費用。

單位產量成本(CY)，可按干果產量計算單位產量(Y)，計算公式為：

CY=TC/Y

純收入(GI)，根據其收入(TR)與成本(TC)之差計算得出。本研究的純收入不同于企業成本核算和統計學中純收入的概念，是不完全純收入[15]。計算公式為：

GI=TR-TC

1.5 數據整理與分析

采用Excel 2016對數據進行整理，采用SPSS 19.0對數據進行方差分析、多重比較及相關性分析，并采用Origin 2016整理數據和作圖。

2 結果與分析

2.1 水氮耦合對枸杞生長的影響

研究表明，適宜的灌水量及施肥量可以促進枸杞的生長，而水肥過量或不足都有可能抑制其生長[16]。因此，研究水肥一體化條件下不同水肥配比對枸杞生長的影響具有較高的價值。

株高是反映作物生長狀況與其對水分和肥料利用效率的重要指標之一[17]。7月3日處于開花坐果期內，由表3可知，在高灌溉下限下，CK、G1、G2 3組株高顯著高于中水與低水灌水下限，這表明此時影響株高因素之一是水分；在中灌水下限下，G5顯著高于G3與G4(P≤0.05)，這表明隨著灌溉水分的減少，過高的施氮量反而會抑制枸杞向上生長；在低灌水下限下，G6、G7和G8均具有顯著性差異，這表明當枸杞可利用灌溉水分較低時，施氮量的變化會顯著地影響株高。隨著時間的推移，在夏盛果期G4株高最高，說明過高或過低的水肥用量會對枸杞株高產生負面 作用。

由表3還可以看出，G4是所有處理中增長最顯著的，達到了極顯著水平(P≤0.01)，從灌水下限與施肥量的耦合效應看，處理G4的水肥組合對于枸杞株高的影響最佳。

冠幅是衡量枸杞長勢的首要指標，以單株在東西向或南北向的最大直徑來表示[4]。其采用南北向為代表，測量時間與株高測量相同。由表3可知，與株高類似，在開花坐果期枸杞需要較高的水分促進其冠幅生長。在中灌水下限下，G3和G4冠幅顯著高于G5(P≤0.05)，這說明隨著灌水量的減少，過低的施氮量會抑制冠幅的生長。進入夏盛果期，各處理冠幅均增加，在高灌水下限下，G1顯著高于CK與G2(P≤0.05)，在中灌水下限下，G4顯著高于G3、G5(P≤0.05)，這表明在灌水量適中或較高的條件下，施氮量過高會抑制冠幅生長，適中的施氮量可以大幅促進其生長。進入8月下旬，G4達到了觀測期間的最大值122.5 cm，這表明枸杞由夏盛果期至秋盛果期冠幅生長所需水量減少，而過高或過低的灌水量均會抑制冠幅生長速度。同時通過比較3組灌水下限，發現G1與G4均在同組中冠幅達到顯著水平，這表明當灌水量充足時，過高或過低的施氮量均會使冠幅生長緩慢。

由表3可知，G4在開花坐果期與夏盛果期冠幅在所有處理中較大，而在秋盛果期達到最大。綜上可知，水肥配比為中灌水下限中施氮量時可以對植株冠幅產生最佳的水氮耦合效應。

地徑可以反應植株營養物質的積累和吸收情況，是作物生長的重要指標之一[18]。植株地徑的測量時間與株高、冠幅相同，地徑取南北方向與東西方向的平均值作為參考。由表3可知，植株在開花坐果期時，施氮量一定時，地徑隨著灌水量的增加而增加，同時灌水下限一定時，地徑隨著施氮量的下降而增粗，這表明較高氮素對枸杞地徑生長反而不利。進入夏盛果期，枸杞達到生長高峰，此時枸杞需水量達到最大，在高灌水下限下，CK與G2之間差異顯著(P≤0.05)，這說明當灌水量較高時，枸杞利用氮素較為敏感，施氮量過高或過低會顯著影響地徑生長。

由表3可知，無論在植株生長的哪個時期，G2地徑均最大。由以上分析可知，高水低氮灌溉對枸杞地徑生長最為適宜。

表3 不同水肥比對枸杞生長的影響Table 3 Effects of different irrigations and fertilizations on the growth of wolfberry

注：表中數據為3個重復的“平均值±標準差”,小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下表同。*表示數據可能受人為或其他客觀因素等影響出現錯誤，暫舍棄。

Note: The data in the table are the “means±standard deviation” of three repetitions.Different lowercase letters represent significant difference at 0.05 level.The same below.*indicates that the data may be affected by human or other objective factors,and is temporarily discarded.

2.2 水氮耦合對枸杞產量性狀及形態的影響

2.2.1 單株鮮質量、百粒質量和果實形態 由表4可知，在高灌水下限下，低施氮處理G2的單株鮮質量分別比高施氮處理CK、中施氮處理G1高7.54%、4.69%，G2較CK、G1具有顯著性差異(P≤0.05)，表明在高灌水條件下施氮量過高不利于枸杞單株鮮質量的提升，這是因為高灌水使氮素運移至深層土壤中，無法被枸杞根系吸收；在中灌水下限下，G4在中施氮條件下單株鮮質量達到了151.75 g，比G3、G5分別高出15.39%、 14.66%，差異顯著(P≤0.05)，其中G4組單株鮮質量是所有處理中最高的，表明在灌水量適中的條件下，施氮量過高反而會影響枸杞產量的提高，適量施氮會在一定程度上起到增產的作用。

由表4可以得出，在中灌水下限下，G4百粒鮮質量顯著高于G3和G5(P≤0.05)，分別高17.58%、17.79%，同單株鮮質量類似，G4百粒鮮質量也是所有處理中最高的。在低灌水下限下，G6、G7、G8 3組顯著低于高灌水與中灌水下限(P≤0.05)，其中G8百粒鮮質量顯著高于G6、G7(P≤0.05)，達到59.23 g，這表明當灌水量較低時，施氮量過高會抑制枸杞百粒質量產量，這是因為灌水量較低無法充分利用氮素。

在果實形態方面，由表4可知，高灌水下限下G1果長顯著高于CK、G2(P≤0.05)，達到 1.90 cm，說明灌水量較高時，適量施氮可以顯著提高枸杞果長度。綜上分析可得，水肥協調作用為中水中氮時，對枸杞的產量性狀以及果實形態具有顯著的促進效果。

表4 不同水氮組合下枸杞的產量性狀與果實形態Table 4 Yield traits and fruit morphology by different water and nitrogen combinations

2.2.2 枸杞產量及經濟效益 由表5可知，不同水氮耦合條件對枸杞鮮質量與干質量均具有一定程度的影響，從不同灌水下限分析，低灌水下限G6、G7、G8 3組枸杞鮮質量較高、中灌水下限高，3組平均鮮質量為7 995 kg/hm2，但在干果產量方面，中灌水下限G3、G4、G5平均干果產量為 2 809.5 kg/hm2，分別比高、低灌水下限干果平均產量高出5.15%、0.71%，表明在低灌水下限下，枸杞能夠更好地利用水分促進自身果實生長。由表5可知，較CK干果增產率方面，8組不同水氮耦合處理均達到了增產的效果，其中G4、G5、G8分別達到57.85%、67.77%和57.02%，具有顯著性差異(P≤0.05)，表明實施一定程度的節水減氮灌溉不僅不會使當地枸杞減產，反而可以提高收獲量。

由表5可以看出，在經濟效益方面，各處理成本費用均基本處于33 000～37 500 元/hm2的范圍內，但從單位產量成本來看，CK每產1 kg干果需要花21.36元，而G5只需要11.21元，其余各處理均低于CK，表明實施一定程度的節水減氮灌溉不僅可以提高干果產量，而且可以節省單位產量的成本。與單位產量成本類似，在純收入方面，按照當地原有模式灌溉下，每公頃只有 6 615元，經統計，其余各處理純收入均有一定程度的提升，其中按照G5灌溉施肥模式，每公頃純收入為41 985元，達到利益最大化。綜上分析可知，枸杞種植業以產量與經濟效益為目標，最佳水氮配比為G5中水低氮配比。

表5 不同水氮組合下枸杞的總產量與經濟效益Table 5 Total yield and economic benefit by different water and nitrogen combinations

注：尿素2 元/kg,過磷酸鈣2 元/kg,硫酸鉀3 元/kg,灌溉用水0.4 元/m3,勞務費按照150 元/人×實際用工時間計，各處理其余成本費用按實際情況計算，枸杞干果均價25 元/kg。

Note:Urea 2 yuan/kg,superphosphate 2 yuan/kg,potassium sulfate 3 yuan/kg,irrigation water 0.4 yuan/m3,labor service fee according to 150 yuan/person×actual working time,the remaining cost of each treatment according to the calculated actual situation,the average price of dried fruit is 25 yuan/kg.

3 討 論

水氮耦合對枸杞產量性狀與果實形態的影響主要體現在單株質量、百粒質量、果徑與果長等指標[19]。試驗結果表明，適中的灌水量可以使枸杞最大程度地利用水分與氮素，這與王磊[4]研究結果相一致。當灌水定額一定時，單株鮮質量隨著施肥量的增加呈現先增加后降低的趨勢，這是因為氮素施入量適中，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[20]。在高、中灌水下限下，水氮耦合對百粒質量的影響主要與水分有關，而當灌水量低時，施氮量對百粒質量影響顯著，這是因為低灌溉條件下水分運移氮素能力減弱，多余的氮素積累在土壤中，施氮量越高，則越抑制果實生長，這與劉建文[21]的研究結果相似。綜合以上分析得出，處理G4單株鮮質量與百粒質量較優。

枸杞為經濟作物，種植枸杞的最終目的為獲得高產。試驗結果表明，在當地原有灌溉制度的基礎上實施一定程度的節水減氮灌溉，對枸杞鮮、干果產量均有一定程度提升，表明當地水肥灌溉確實存在過量現象，在柴達木盆地枸杞種植中實施節水減肥灌溉是刻不容緩的。曾珵[22]通過調查了解到，青海省近幾年枸杞行情表現乏力，這就需要在種植時更加關注成本問題。試驗結果表明，水肥一體化灌溉可以高效地將水、肥施入到枸杞根系周圍，同時節水減氮可以在一定程度上減少水、肥成本費用，并減弱害蟲活動，減少雜草生長，節省農田管理費用，從而達到節省成本及提高純收入的目的[23]。經試驗統計，處理G5經濟效益最大。

冠幅是枸杞發育狀況的首要指標，其生長變化直接影響著枸杞的種植密度配置及光能利用率[24]。合理的水肥配比會促進冠幅生長，從而影響枸杞產量，因此研究不同水肥配比對枸杞冠幅的影響具有重要的科學與經濟價值[25]。試驗結果表明，當灌水量適中時，水分無法完全利用較高的土壤養分，同時養分含量過低也無法促進冠幅生長。從灌水下限與施氮量的耦合效應看，處理G4的水肥組合對于枸杞冠幅的影響最佳。

株高是衡量作物能否高產的重要指標之一[26],隨著時間的推移，枸杞株高的變化差異也在逐步增大。在同一施氮量下，灌水下限對于枸杞株高的影響呈現不同的變化規律，這是因為隨著施氮量的提升，枸杞根系活性加強，此時需要大量的水分維持枸杞根系吸收土壤養分，而隨著施氮量的下降，大量的灌溉水反而會使土壤淋溶現象加強，造成肥料的浪費[27]。從灌水下限與施氮量的耦合效應看，處理G5的水肥組合對于枸杞株高的影響最佳。

地徑是影響作物在生長發育過程中吸收養分和水分能力的關鍵因素[28]。經過3個生長時期的匯總，發現地徑在同一灌水下限時，其隨著施氮量的增加而降低，這說明適當地減氮可以促進枸杞主干木質部與韌皮部的生成。在同一施肥水平下，其隨著灌水量的降低而降低，這是由于枸杞主干生長需要大量水分以運輸營養成分，較低的土壤水分會抑制莖粗的生長，這與周乾[29]的研究結果相一致。處理G2地徑平均最粗，但從灌水下限與施氮量的耦合效應看，處理G5的水氮組合對于枸杞地徑的影響最佳。

綜合考慮枸杞生長、產量與經濟效益，處理G5即中灌水下限低施氮水平最適宜種植枸杞。

4 結 論

青海省柴達木盆地枸杞生長的主要時期為5月中旬至8月末，當地枸杞生產以產量與經濟效益為最終目標，適宜的水氮配比對枸杞產量具有顯著的影響。經全年試驗統計，枸杞干果產量最高達到3 045 kg/hm2，較當地水氮配比增產 67.77%，經濟效益達到最大，每公頃純收入為 41 985元。綜合考慮水氮耦合對枸杞生長與產量的影響，本試驗的最佳水氮組合為灌水量158 m3/hm2，施氮量207 kg/hm2。