水氮耦合對膜下滴灌紅花生長發育及產量的影響

摘 要：【目的】研究水氮耦合對膜下滴灌紅花生長發育、干物質積累量和產量的影響。

【方法】采用裂區試驗設計，以灌水量水平為主區。播前施基肥磷酸二銨（總養分64%，N-P2O5=18-46）150 kg/hm2，氧化鉀（30%）75 kg/hm2。設灌水量（W）和施氮量（N）2個因素，3個灌水量水平：W1：1 200 m3/hm2（低灌量）、W2：1 500 m3/hm2（中灌量）和W3：1 800 m3/hm2（高灌量）；3個施氮量水平：N0：不施氮（空白）、N1：300 kg/hm2（傳統施氮量）和N2：600 kg/hm2（高施氮量）。測定不同處理下紅花的農藝性狀、干物質積累量和產量，評估不同水氮耦合處理對紅花生長發育和產量影響。

【結果】適宜的灌溉量和施肥量對紅花生長發育有顯著的促進作用，W2N0和W2N1處理下紅花的株高、分枝數和葉片數等農藝性狀均顯著高于其他處理，其中W2N1處理下紅花干物質積累速率及積累量、單株果球數和每果粒數均達到最高水平，花絲產量和籽粒產量在W2處理下均比W1和W3處理顯著增加了8.09%和20.84%，但在N1和N2處理下差異較小，卻均比N0處理顯著增加了10.69%和25.66%。

【結論】中灌量和傳統施肥量處理W2N1（灌溉量1 500 m3/hm2及施肥量300 kg/hm2）最優，可以促進紅花的生長發育、提高水肥利用效率、增加干物質積累、協調產量構成因素，達到高產優質。

關鍵詞：紅花；水氮耦合；干物質積累；生長發育；產量

中圖分類號：S567 文獻標志碼：A 文章編號：1001-4330（2024）04-0791-13

0 引 言

【研究意義】土壤水分和營養元素是維系植物生長發育重要的生理因子［1-2］。土壤貧瘠和水分不足影響作物養分的吸收利用［3］。新疆紅花（Carthamus tinctorius L.）種植面積占全國紅花總種植面積的85%［4-5］。近年來，隨著膜下滴灌水肥一體化技術的迅速發展，提高了水肥利用效率，降低水肥管理成本［6］。但在紅花生產中尚存在水肥施用不合理等問題，因此，研究水肥耦合對紅花主要農藝性狀和產量的調控效應，對于篩選適合紅花生長發育的水肥施用量、提高水肥利用效率、促進紅花高產優質具有重要意義。【前人研究進展】Guo等［7］研究發現，干旱條件下，作物產量及其光合作用受種植密度、水和氮因素的調節。Simkin等［8］通過合理的水和氮管理措施提高水肥的利用效率，是調節作物光合特性、光合產物的積累以及實現作物高產的重要措施之一。魏廷邦等［9］研究發現，生育期減量20%灌水與高施氮量耦合可顯著增大密植玉米生育期的凈光合速率，進而提高水分利用率和氮肥利用率。爾晨等［10］研究發現，灌溉量和施肥量對棉花生長和產量構成有促進作用，通過提高灌溉量可增產23.2%～31.4%，通過增施氮肥可顯著增產12.5%～17.6%。徐彥軍等［11］分析發現，棉花在滴灌施氮條件下，棉花各項生理指標隨灌溉量和施肥量的增加呈增大趨勢，在灌溉量4 650.0 m3/hm2和施氮量600.0 kg/hm2條件下棉花的產量最高。【本研究切入點】目前，有關番茄、果樹、玉米、白楊樹及肉蓯蓉等作物水氮耦合等研究較多［12-15］，而關于紅花水氮耦合效應的研究卻鮮有報道。目前有關不同水肥耦合模式對紅花生長發育、干物質積累和產量形成的調控效應研究尚空白。有必要研究水氮耦合對紅花生長發育、干物質積累和產量的影響。【擬解決的關鍵問題】以紅花品種18086為材料，研究不同水肥耦合模式對紅花生長發育的調控效應，分析紅花不同生育時期干物質積累量、花絲和籽粒產量的變化趨勢，制定適合紅花生產的節水灌溉高產施肥策略，為紅花生產水氮資源的高效利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020～2021年在新疆塔城地區裕民縣霍斯哈巴克鄉進行。供試紅花品種為18086（新疆農業科學院經濟作物研究所提供）。地膜采用普通聚乙烯地膜覆蓋。采用輸液管模擬滴頭灌水，保證每個區均精確控制灌水量與施肥量。采用干播濕出方式播種，株距11 cm，保苗2×104株/667m2。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用裂區試驗設計，以灌水量水平為主區。播前施基肥磷酸二銨（總養分64%，N-P2O5=18-46）150 kg/hm2、氧化鉀（30%）75 kg/hm2。試驗設灌水量（W）和施氮量（N）2個因素，3個灌水量水平：W1：1 200 m3/hm2（低灌量）、W2：1 500 m3/hm2（中灌量）和W3：1 800 m3/hm2（高灌量），分別于伸長期-分枝期、現蕾期-初花期、盛花期、灌漿期-成熟期灌水4次。采用井水灌溉，灌水量由水表控制。3個施氮量水平：N0：不施氮（空白）、N1：300 kg/hm2（傳統施氮量）和N2：600 kg/hm2（高施氮量），分別于伸長期、現蕾期和盛花期滴灌施肥。試驗設9個處理，每個處理重復3次，共27個試驗小區，小區長7 m，寬4 m，小區面積28 m2，處理間間距1 m，走道2 m，試驗面積869.4 m2。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 農藝性狀

于紅花伸長期、分枝期、現蕾期和開花期，每個小區隨機選擇5株植株，測定其株高、莖粗、根長、葉片數和分枝數等指標。

1.2.2.2 干物質積累量

于紅花伸長期、分枝期、現蕾期和開花期，每個小區分別采集5株有代表性植株，剪去植株的根部，放入105℃烘箱中30 min殺青，80℃烘干稱干重，保存集中測定。

1.2.2.3 花絲、籽粒產量和品質

于紅花成熟期各處理取5株考種，測量單株果球數、每果粒數和千粒重。于紅花開花時分別采摘各處理花絲，晾干后記錄產量。于籽粒成熟后分別收獲各處理籽粒，曬干揚凈后測產。

1.3 數據處理

采用Excel 2010和R語言進行數據整理與分析，采用最小顯著性差異LSD法進行顯著性測驗。

2 結果與分析

2.1 水氮耦合對紅花生長發育中主要農藝性狀的影響

研究表明，隨著水氮施用量的增加，紅花莖粗、葉片數和分枝數均呈先升后降的趨勢，株高隨著水氮施用量的增加而提高，根長卻隨著水氮施用量的增加而持續減少。隨著生育進程的推進，紅花主要農藝性狀均呈“慢-快-慢”的趨勢，各處理間農藝性狀均具有顯著差異，現蕾期后趨于穩定。不同水氮處理間，開花期的紅花株高在W3N2處理下達到最高水平，其在W3處理下較W1和W2處理增加了6.70%和3.01%，在N2處理下較N0和N1處理增加了3.75%和9.60%；葉片數在W2N0和W2N1處理下達到最高水平，其在W2處理下較W1和W3處理增加了45.80%和83.31%，在N0和N1處理下較N2處理增加了20.01%和13.20%；分枝數在W2N1處理下達到最高水平，較W2N0和W2N2處理增加了76.82%和93.91%；根長在W1N0處理下達到最高水平；莖粗在W2處理下達到最高水平，不同氮肥處理間顯著差異較小。適宜的灌溉量和施肥量能夠顯著促進紅花的生長，其中W2N1處理可顯著增加紅花莖粗、葉片數和分枝數。表1

2.2 水氮耦合對紅花生育進程的影響

2.2.1 紅花總干物質積累量和干物質積累速率

研究表明，隨著水氮施用量的增加，紅花干物質積累速率和積累量均呈先升后降的趨勢，兩者均在W2N1處理下達到最高水平。隨著生育進程的推進，紅花干物質積累速率和積累量逐漸增加，均于現蕾期-開花期達到最高水平。苗期-現蕾期的干物質積累速率和積累量差異較小，現蕾期-開花期的干物質積累速率在W2處理下較W1和W3處理增加了77.10%和20.80%，在N1處理下較N0和N2處理增加了13.79%和29.58%；干物質積累量在W2處理下較W1和W3處理增加了29.08%和36.50%，在N1處理下較N0和N2處理增加了11.62%和18.48%。適當增加水氮施用量有利紅花的光合作用，增加干物質的形成和積累，以W2N1處理下干物質積累速率和積累量表現最優，但灌溉量和施肥量的過度增加反而抑制光合產物的形成。表2，圖1

2.2.2 紅花地上部分和地下部分干物質積累分配

研究表明，隨著生育進程的推進，紅花干物質積累始終以地上部分為主，占總積累的83.33%以上。紅花地上部分干物質比例隨著生育時期的推進呈逐漸增加的趨勢，于開花期趨于穩定。整個生育時期的地上或地下部分干物質比例間差異較小，不同灌溉處理下，開花期的地上部分干物質比例變為W2gt;W1gt;W3；不同施肥處理下，地上部分干物質比例變為N0gt;N1gt;N2。此外，地上部分干物質積累量在W2N1處理比W2N0和W2N3處理增長了93.21%和88.32%，地下部分干物質積累量在W2N1處理比W2N0和W2N3處理增長了101.41%和89.00%。適宜的灌溉量和施肥量能增加紅花干物質向地上部分運輸，從而促進干物質轉運至生殖器官，增加紅花產量，以W2N1處理下紅花干物質積累與分配表現最優。表3

2.3 水氮耦合對紅花產量及其構成因素的影響

研究表明，紅花單株果球數、每果粒數、千粒重、花絲和籽粒產量均隨著水氮施用量的增加呈先升后降的變化趨勢。不同水氮處理間，紅花單株果球數在W2處理下較W1和W3處理增加了5.01%和7.23%，在N1和N2處理下較N0處理增加了14.56%和20.81%；每果粒數在W2處理下較W1和W3處理增加了6.78%和4.49%，在N1處理下較N0和N2處理增加了20.16%和16.85%；花絲產量在W2處理下較W1和W3處理增加了20.84%和8.09%，在N1和N2處理下較N0處理增加了20.02%和25.66%；籽粒產量在W2處理下較W1和W3處理增加了16.73%和13.15%，在N1和N2處理下較N0處理增加了10.69%和10.96%；千粒重在不同水肥處理間差異較小，不同灌溉處理下表現為W2gt;W1gt;W3，不同施肥處理下表現為N0gt;N1gt;N2。適當增加水氮施用量有利于協調紅花產量構成因素，顯著增加紅花花絲和籽粒產量，以W2N1處理下紅花產量及其構成因素綜合表現最優，其能顯著增加紅花單株果球數、每果粒數、千粒重、花絲和籽粒產量。表4

2.4 水氮耦合條件下紅花產量及構成因素的相關性

研究表明，不同水氮處理下，紅花花絲產量與單株果球數和每果粒數均呈顯著正相關，籽粒產量與單株果球數、每果粒數和千粒重均呈顯著正相關。單株果球數與每果粒數、千粒重、花絲和籽粒產量均呈顯著正相關，花絲和籽粒產量均與單株果球數和每果粒數呈顯著正相關，產量構成因素對花絲產量的影響大小為單株果球數gt;每果粒數，對籽粒產量的影響大小為單株果球數gt;每果粒數gt;千粒重。在紅花栽培過程中，增加紅花單株果球數和每果粒數是提高紅花產量的主要途徑。圖2

3 討 論

3.1 水氮耦合對紅花農藝性狀的影響

于景麟等［16］試驗發現，保持充足的水分灌溉和相對偏低的施氮量能促進幼年生毛白楊的生長發育。宋明丹等［17］試驗發現，適當減量施氮會增強小麥根莖葉的生長，且會延長葉片、莖和葉鞘等的功能期，增加葉綠素含量和光合產物。王國興等［18］研究發現，過量的灌溉量使作物生育前期營養生長過旺，導致貪青晚熟，在一定程度上抑制了作物的生長和產量的形成。試驗研究發現，2020～2021年不同水氮處理下，紅花莖粗、葉片數和分枝數均隨著水氮施用量的增加呈先升后降的趨勢。高水肥（W3N2）處理促進紅花的株高生長，在開花期表現為68.1和73.2 cm，低水肥（W1N0）處理促進紅花的根長發育，在開花期變為18.4和19.7 cm。紅花莖粗、分枝數和葉片數均在W2N1處理下達到最高水平，葉片數在W2處理下較W1和W3處理增加了45.80%和83.31%，分枝數在W2N1處理下較W2N0和W2N2處理增加了76.82%和93.91%。適宜的灌溉量和施肥量有利于紅花的生長發育，尤其是W2N1處理下紅花的株高、莖粗、分枝數和葉片數等均發育良好，為紅花干物質積累和產量形成奠定基礎，此結果與前人的研究結果一致。

3.2 水氮耦合對紅花干物質積累的影響

通過調節灌溉量和施肥量可以促進或抑制作物的干物質積累［19-20］。呂廣德等［21］研究發現，適當的增加灌溉量和施肥量可以顯著提高小麥干物質積累量，并促進干物質籽粒運輸，有效提高水分和氮素利用率。董合忠等［22］研究發現，無限制的增加水肥施入反而會抑制作物的干物質積累及產量形成，只有保證合適的水氮處理和源－庫關系協調，才能獲得更高的產量和品質。王東旺［23］也提出，不合理的水肥處理反而導致作物干物質積累失調。試驗研究發現，紅花干物質積累速率、積累量以及地上部分干物質比例均隨著水氮施用量的增加呈先升后降的趨勢，干物質積累速率和積累量均在W2N1處理下達到最高水平，水氮施用量的改變對紅花干物質形成、積累和分配均有影響。苗期-現蕾期，不同水氮處理下干物質積累速率和積累量差異較小，于開花期后兩者均在W2N1處理下到達最高水平，干物質積累速率和積累量在W2處理下較W1和W3處理增加了20.80%～77.10%，在N1處理下較N0和N2處理增加了11.62%%～29.58%。此外，地上和地下部分干物質積累量在W2N1處理比W2N0和W2N3處理增長了88.32%～101.41%。適宜的灌溉量和傳統施肥量（W2N1）顯著增加紅花干物質積累速率，提高紅花干物質積累量，并協調地上部分和地下部分干物質分配。此結果與前人的研究結果一致。

3.3 水氮耦合對紅花產量的影響

紅花產量及其構成因素均隨著水氮施用量的增加呈先升后降的趨勢，紅花單株果球數、每果粒數和千粒重均在W2N1處理下表現出最高水平，花絲和籽粒產量在W2處理下較W1和W3處理增加了8.09%～20.84%，在N1和N2處理下較N0處理增加了10.69%～25.66%。適宜的灌溉量和傳統施肥量W2N1可顯著增加單株果球數、每果粒數和千粒重，協調紅花產量構成因素，從而提高紅花花絲和籽粒產量。

4 結 論

不同的水氮耦合模式對紅花的生長發育起到促進和協調作用，并影響紅花的干物質累積與分配以及產量形成。適宜的灌溉量和傳統施肥量W2N1（灌溉量1 500 m3/hm2及施肥量300 kg/hm2）可促進紅花的生長發育、增加干物質積累、協調產量構成因素，達到高產穩產的目的。

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