灌水對沙漠綠洲區甘草生長動態和產量的影響

藺海明，紀 瑛，邱黛玉

(1.甘肅農業大學農學院，甘肅 蘭州 730070; 2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅 蘭州 730070;3.甘肅農業職業技術學院，甘肅 蘭州 730020)

位于石羊河流域下游的甘肅省民勤縣屬典型的沙漠綠洲區[1]，水資源是制約該區經濟和農業生產的首要因素，但在水資源利用上卻存在農業耗水量過多和水資源利用率過低的問題，嚴重影響著該區農業的可持續發展[2-3]。如何提高作物灌水效率，發展節水灌溉，是該地區生產中亟待解決的問題。灌水對作物生長、產量及水分利用效率的影響研究較多，主要集中在大面積種植的糧食、蔬菜等作物上[4-6]。對小麥(Triticumaestivum)、棉花(Gossypiumhirsutum)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)等作物的研究表明，灌水能顯著促進作物營養器官生長，株高、分蘗數、分枝數、葉面積等的增加都不同程度地與灌水量成正相關[7-9]。中度水分虧缺產量和水分利用效率較高，具有一定的生物補償效應[10]。呂麗華等[11]研究表明，適當的水分脅迫不但不影響小麥產量，反而提高了水分利用效率。劉長利等[12]盆栽試驗表明一定程度的干旱脅迫環境，可提高人工種植甘草(Glycyrrhizauralensis)的藥材產量。近幾年前人[13-15]在施肥、密度、播種期等對甘草生長發育和產量的影響方面進行了大量的研究,而在荒漠區大田條件下灌水對甘草生長和產量影響的研究相對較少。甘草根系發達，生命力強，覆蓋度高，具有耐旱、耐堿和耐瘠的特性，適宜在干旱、半干旱地區砂質偏堿性的鈣質土壤上生長，是半干旱荒漠地區優良的藥用和防風固沙植物，民勤縣近年來甘草種植面積不斷擴大，這就急需建立當地甘草高產、高效、節水的生產體系。因此，在民勤沙漠綠洲條件下，研究灌水對甘草生長和產量的影響及其灌水運籌，對指導當地生產實踐具有重要意義。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 試驗于2006年4月―2007年10月在武威市石羊河林業總場義糧灘分場進行，位于巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠邊緣的民勤縣，海拔1 367 m，年日照時數3 028 h，年均溫7.8 ℃，1月均溫9.0～10.3 ℃，7月均溫21.4～23.9 ℃，≥10 ℃積溫2 900～3 500 ℃·d，年均降水115 mm，干燥度4～11，平均相對濕度40%～45%，無霜期160 d，屬典型的大陸性沙漠氣候。土壤為灰棕漠土，土質肥沃，地勢平坦，灌溉條件好。

1.2試驗材料 供試材料經鑒定為烏拉爾甘草，選用粒大飽滿、均勻一致的種子。種子用濃硫酸處理30 min后用清水沖洗數次，晾干待播。

1.3試驗設計 試驗設2 700(W1)、3 600(W2)、4 500(W3)、5 400(W4)、6 300(W5)和7 200(W6) m3/hm26個灌水處理，分別灌3、4、5、6、7和8次水(表1)，每次灌水定額900 m3/hm2，按處理進行畦灌，灌水量由水表控制。3次重復，隨機區組設計，小區面積5 m×4 m，區間距0.4 m，各小區間埋設80 cm 深度的塑料膜,以防小區之間相互側滲，試驗期間因自然降水稀少，沒有用防雨棚遮擋。采用人工開溝播種，行距25 cm，播深2.0～2.5 cm，試驗于2006年5月3日播種，播種量34.6 kg/hm2，保苗48萬株/hm2。播種前結合深耕施尿素(含N 46%)450 kg/hm2，硫酸鉀(含K2O 52%)150 kg/hm2，作為基肥于播種前翻入土壤。其他管理同大田。

表1 灌水處理 m3/hm2

1.4測定項目與方法 播種當年在2006年6月20日、7月20日、8月20日、9月20日采樣測定，第2年返青后在2007年5月20日、7月20日、10月20日采樣測定，每次采樣在每小區定點挖取10株，洗凈根部泥土，晾干表面水分，分開地上部莖葉和地下部根系，測定株高及地上、地下部分生物量鮮質量、干質量，干質量為自然風干后稱量。2006年10月20日和2007年10月20日，每小區采挖4 m2甘草根，測定其鮮質量，風干后測定其干質量，分別折合成播種后生長一年的甘草單位面積根產量和第2年的根產量。灌水利用效率計算參考任三學等[7]的方法。

灌水利用效率=單位面積根產量/單位面積灌水量。

1.5數據分析 試驗數據采用SPSS (13.0)統計軟件進行方差分析，各處理效果用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1灌水對甘草生長動態的影響

2.1.1灌水對甘草主莖生長動態的影響 播后生長一年的甘草主莖有2個生長高峰(表2)，一個是在6月下旬―7月下旬，另一個是在7月下旬―8月下旬，8月下旬以后主莖生長減緩，株高趨于平穩。株高隨灌水量和灌水次數增加呈增加趨勢，至8月下旬，處理W2、W3、W4、W5和W6株高均顯著高于W1處理(P<0.05)，其中處理W4、W5和W6株高顯著高于W2和W3處理(P<0.05)，株高日均增加量為0.8 cm，主莖生長速度W6較W1快60%，較W2快33%，而W4、W5與W6之間株高差異不顯著(P>0.05)；至9月下旬株高趨于平穩，各處理灌水優勢還繼續保持，其中灌水次數最多的W6處理株高最高，較W1、W2、W3、W4處理依次高41.9%、27.8%、23.7%、8.4%(P<0.05)，此期株高日均增加量為0.2～0.3 cm，而W1由于水分虧缺株高基本沒有增加。第2年返青后甘草主莖在5月下旬―7月下旬只有一個生長高峰，以后主莖生長減緩，株高趨于平穩。甘草返青后主莖的生長表現前一年灌水次數多的處理生長快，株高高于灌水少的處理(P<0.05)，說明第1年的灌水量對甘草第2年主莖的生長有影響。至7月下旬，W5和W6處理株高顯著高于其他處理，其中W6較W1處理高16.5%(P<0.05)，較W3高13.0%(P<0.05)，在此期間，株高日均增加1.0 cm，主莖生長速度W6較W1處理高11.5%；至10月下旬，W6處理株高較W1處理高20.5%(P<0.05)，較W3高16.0%(P<0.05)，株高日均增加0.1 cm，其他處理的株高日均增加量不足0.1 cm。

2.1.2灌水對甘草主根生長動態的影響 播后第1年甘草主根生長高峰在7月下旬―8月下旬(表2)，不同灌水處理根長從7月下旬開始就出現差異，處理W2、W3、WK4、W5和W6根長均比處理W1的長(P<0.05)，W3和W4處理根長最長，在生長高峰期根長日均生長量達0.5 cm，主根生長速度W4較W1快25.0%(P<0.05)，W3和W4處理間差異不顯著(P>0.05)；灌水次數超過6次(灌水量5 400 m3/hm2)根長降低。第2年返青后主根生長保持前一年主根的生長優勢， 至10月下旬W3、W4、W5和W6處理的根長顯著長于W1和W2處理(P<0.05)，但是W3、W4、W5、W6處理之間差異不顯著(P>0.05)。以上分析表明，在一定灌水量范圍內，根長隨灌水量增加而增長，但是灌水量過多對甘草根長的增加是不利的。

表2 不同灌水處理對甘草株高、主根長的影響 cm

2.1.3灌水對甘草蘆徑生長動態的影響 播后第1年甘草從6月下旬―8月下旬是甘草蘆徑快速增長時期，進入9月蘆徑生長趨于緩慢(表3)。不同灌水處理的蘆徑除了6月20日測定值差異不顯著外，其余幾次測定值均存在顯著差異(P<0.05)，蘆徑有隨灌水次數和灌水量增加而增加的趨勢， W3、W4、W5、W6處理的蘆徑均顯著較W1和W2處理粗(P<0.05)，至9月下旬，W1和W2處理的蘆徑顯著低于其他處理(P<0.05)，但是灌水5次以上的各處理間差異不顯著(P>0.05)，說明播后第1年甘草灌水5次(灌水量4 500 m3/hm2)就能保證蘆徑的生長，灌3次水(灌水量2 700 m3/hm2)則嚴重影響一年生苗根增粗生長。灌水5次以上處理在蘆徑快速增長期日均增加0.2 mm，增加速度W5較W1快10.0%。

第2年返青后甘草蘆徑在5月下旬―7月下旬生長迅速，7月下旬以后生長減緩。蘆徑生長延續前一年生長優勢，7月下旬以后W3、W4、W5和W6處理的蘆徑顯著大于W1和W2處理(P<0.05)，而W3、W4、W5和W6處理之間差異不顯著(P>0.05)，說明甘草第2年生長灌5次水(包括冬水)就能滿足蘆徑生長。

表3 不同灌水處理對甘草蘆徑的動態變化 mm

2.1.4灌水對甘草地上部分干物質積累動態的影響 播后第1年甘草地上部干質量在6月下旬―7月下旬，7月下旬―8月下旬2個時期增加比較迅速，8月下旬―10月下旬由于葉片衰老脫落地上部干質量降低(表4)。地上部干物質隨灌水次數和灌水量增加而增加。從不同時期地上部干質量來看，W2、W3、W4、W5和W6處理顯著高于W1(P<0.05),8月下旬地上部生長高峰期干質量以W3和W4處理最高，與其他處理差異顯著(P<0.05)，且處理W3與W4之間差異不顯著(P>0.05)，7月下旬―8月下旬處理W3地上部日均增加0.08 g，干物質積累速度較處理W1快53.0%。

第2年返青后甘草地上部干物質在5月下旬―7月下旬增加比較迅速，7月下旬以后干物質積累緩慢。延續前一年各處理的生長優勢， W3、W4、W5和W6處理顯著高于W1和W2處理(P<0.05)，W2也顯著高于W1(P<0.05)，這可能與前一年灌水量不同有關。5月下旬―7月下旬生長高峰期，W3處理地上部干物質日均增加0.1 g，干物質積累速度較處理W1快11.0%。

表4 不同灌水處理對甘草地上部分干物質積累動態 g/株

2.1.5灌水對甘草根干物質積累動態的影響 播后第1年甘草根干質量在6月下旬―7月下旬緩慢增加，7月下旬―8月下旬、8月下旬―9月下旬2個時期增加比較迅速，生長高峰較地上部遲1個月(表5)。各時期根干質量隨灌水次數和灌水量增加而增加，灌水次數和灌水量達到一定值后，根干質量隨灌水次數和灌水量增加表現下降趨勢。處理W2、W3、WK4、W5和W6各時期根干質量均顯著高于處理W1(P<0.05)，處理W3和W4根干質量最高，和其他幾個處理差異顯著(P<0.05)，且他們二者間差異不顯著(P>0.05)，在7月下旬-9月下旬根快速生長期W3處理根干質量日均增加量達0.3 g，增加速度較W1處理快50.0%。

第2年返青后，5月下旬甘草根干質量低于越冬前的量，各處理差異還繼續保持(P<0.05)，以后隨生育進程根干質量緩慢增加，7月下旬―10月下旬根進入快速生長期。W3和W4處理根干質量最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，在7月下旬―10月下旬根快速生長期W3處理根干質量日均增加量達0.5 g，較W1處理快25.0%。W2處理顯著高于W1(P<0.05)。

2.2灌水對甘草根產量、灌水效率的影響 甘草干根產量均隨灌水次數和灌水量增加而增加，但是當灌水次數和灌水量超過一定值后，干根產量表現出隨灌水次數和灌水量增加而下降(表6)，灌水效率隨灌水次數和灌水量增加呈下降趨勢。處理W3和W4根產量最高，二者間差異不顯著，但是和其他處理差異顯著，灌水效率W3處理較W4處理高，表明在不減產的情況下，處理W3較W4少灌一次水，節水900 m3/hm2。

表5 不同灌水處理對甘草單株根干物質積累動態 g/株

相關分析表明(表7)，甘草產量與單株根干質量(r=0.90)、主根長(r=0.84)、蘆徑(r=0.48)、單株地上部干質量(r=0.72)均呈極顯著和顯著正相關，與株高相關不顯著，說明灌水處理主要通過影響根干質量、根長、地上部干質量和蘆徑而最終影響根產量。

表6 不同灌水處理對甘草根產量和灌水效率的影響

表7 不同灌水處理甘草農藝性狀與產量的相關關系

3 討論與結論

灌水對農作物生長的影響研究表明，重度水分虧缺嚴重影響作物生長發育，使葉面積和生物總量減少，產量大幅降低。中度水分虧缺生物量小于充分灌水處理，但根冠比增加，有利于干物質向籽粒運轉，產量和水分利用效率較高，表現出生物的補償效應[10-11]。本研究同樣也表明在民勤荒漠性氣候條件下，甘草一年灌3次水(灌水量2 700 m3/hm2)嚴重影響甘草根產量，灌水增至5次(灌水量4 500 m3/hm2)和6次(灌水5 400 m3/hm2)，播后生長1年的甘草和生長2年的甘草根產量均達到較高水平，但是灌水5次的灌水效率較灌6次水的高，可節水900 m3/hm2，灌水超過6次，甘草根產量并沒有隨灌水量增加而增加，相反有所降低，灌水效率也隨之降低。灌水對作物地上部營養器官的正效應在小麥、棉花、馬鈴薯、苜蓿(Medicagosativa)等作物研究得到證實[7-9,16-17]，冬小麥植株高度與灌水次數呈正相關關系，灌水能明顯促進棉花生長，株高增長與灌水量呈顯著正相關，馬鈴薯株高變化的基本趨勢是灌水量越大，植株越高，灌溉對苜蓿有明顯的增產效果。本研究中灌水明顯促進甘草地上部莖葉的生長，株高隨灌水次數和灌水量增加而增加。灌水對甘草根的生長也有明顯的促進效應，但是灌水超過5次(灌水量4 500 m3/hm2)根長和蘆徑基本不再增加，而根干質量有降低的趨勢，這有可能是由于灌水過多地上部旺盛生長，從而消耗過多的光合產物，使光合產物向根部分配減少致使根干質量降低。相關分析表明，單株根干質量、根長、蘆徑、單株地上部干質量與甘草產量顯著正相關，灌水對根產量的效應是由于對單根干質量、根長、地上部干質量和蘆徑影響的結果。

本研究還表明，播后第1年甘草地上部生長高峰在6月下旬-8月下旬，而第2年返青后甘草地上部生長高峰在5月下旬-7月下旬，在其生長高峰期灌水對甘草株高和地上部干質量促進效應最大；播后第1年甘草根生長高峰在7月下旬-9月下旬，第2年返青后甘草蘆徑生長高峰期在5月下旬-7月下旬，根干質量生長高峰期在7月下旬-10月下旬，在其生長高峰期灌水對甘草根長、蘆徑、根干質量促進效應最大。

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