不同灌溉模式下金盞花水分動態研究

錢永康，何慶祥，趙繼榮，雒淑珍

（甘肅省農墾農業研究院，甘肅 武威733006）

金盞花（Tageteserecta）又名萬壽菊，是一種適應性廣、可粗放管理的一年生草本花卉，可作為觀賞花卉美化、凈化環境。其花瓣中含有豐富的葉黃素，因此金盞花已成為一種特色經濟作物在甘肅河西綠洲灌區進行大面積栽培。在國際市場上，1g葉黃素的價格與10g黃金相當［1］。目前，金盞花在河西地區的播種面積為1.33萬hm2，年產金盞花顆粒約3萬t或浸膏3 000t，約占世界產量的1／3以上［2］。但河西地區在栽培過程中存在灌水量過大，水資源嚴重浪費等問題。傳統平作和大水漫灌的栽培模式表現出水分利用效率低（平均不足1kg·m-3）、水土流失嚴重和水環境污染嚴重等現象［3-5］。壟作溝灌作為節水抗旱的重要措施有著廣闊的發展前景，它有效協調并解決了節水與增產之間的矛盾，是實現節水型生產的耕種新技術。我國在很早就壟作種植甘薯（Ipomoeabatatas）等作物，20世紀80年代以來陸續開展了水稻（Oryzaglaberrima）、玉米（Zeamays）、大豆（Glycinemax）和小麥（Triticum aestivum）等壟作栽培模式的研究，均取得了良好的效果［6］。壟作栽培具有調節地溫、蓄水保墑、抑制雜草、培肥地力、改良土壤等生態效應，可使農作物產量大幅度提高，降低耗水系數［7］；提高用水效率［8-13］。金盞花是我國河西走廊主要的經濟植物之一，壟作節水栽培模式在金盞花上應用較少，其中關于灌溉模式對金盞花壟作土壤水分動態變化方面的研究則更少［14-19］。因此，本研究以河西綠洲灌區金盞花的水分利用為切入點，進行金盞花節水栽培技術研究，旨為金盞花壟作溝灌技術推廣提供技術支持和科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

試驗于2009年4―10月在北方干旱內陸河流域的甘肅省武威市涼州區黃羊鎮進行，該區地處37°23′～38°12′N，101°59′～103°23′E?！?℃積溫為3 513.4℃·d，年日照時數2 945h；土壤為荒漠灌淤土，0～60cm土層土壤容重為2.7g·cm-3。0～20cm土壤養分含量為：有機質1.76%、全氮0.114%、堿解氮156.7mg·kg-1、速效磷28.1 mg·kg-1、速效鉀324.0mg·kg-1，pH 值8.16；金盞花生長季降水量98mm。

試驗設計：A為灌水方式，其中A1為平作畦灌，A2為壟作溝灌，因素B為灌水量，其中B1為4 200m3· hm-2、B2為3 600m3· hm-2、B3為3 000m3· hm-2，共有6個處理（A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3），采用隨機區組設計，3次重復。小區面積為4.5m×4.0m，隨機區組排列，小區間設置1.0m的隔離帶。播種前每公頃施純氮180kg和P2O5105kg。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣。2009年4月15日播種，基本苗均為57 000株·hm-2。其他管理措施同一般高產田。共灌水5次。從每年的5月末開始，隔25d灌水1次；灌水方式為平作畦灌和壟作溝灌。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤水分測定 用土鉆取0～80cm土層土樣，每20cm為一層，共4層，稱鮮質量，在105℃下烘至質量不變，稱干質量，計算土壤含水量。

1.2.2 產量測定 首次開花后，每隔12～15d采摘鮮花1次，共采5～6次，每小區選12株，調查每次采摘鮮花小區產量。

1.3 數據處理與統計分析 試驗數據用Excel 2003和DPS V6.0進行統計分析，并進行差異顯著性比較分析和誤差計算。

2 結果與分析

2.1 不同生育時期的土層含水量 2010年非常干旱，在播前、拔節、花蕾、始花、盛花、收獲6個時期，測得0～80cm土層土壤含水量。隨著生育期的推進各處理各土層土壤含水量的變化動態如圖1所示。

金盞花生育期間，無論灌水還是降雨，均不能改變平作和壟作各處理不同土層水分整體動態變化的下降趨勢。在0～20、20～40cm土層，金盞花從播前至拔節期，平作各處理的土壤含水量均高于相應的壟作各處理，但經過拔節期穩定之后，壟作處理的土壤含水量要高于平作各處理。拔節期0～20cm土層，A2B1、A2B2和A2B3的處理較相應平作處理的土壤含水量分別低6.1%、3.9%和3.8%；盛花期壟作各處理土壤含水量均高于相應的平作各處理，A2B1、A2B2和A2B3的處理較相應平作處理的土壤含水量分別高11.8%、1.9%和0.4%。收獲后，A2B1、A2B2和A2B3的處理較相應平作處理的平均土壤含水量分別高19.7%、4.7%和5.1%。

金盞花田0～80cm土層水分總體上也隨時間呈遞減趨勢，但隨著其土層的加深，水分下降趨勢漸漸變緩，從土壤水分動態變化曲線的分枝可看出灌水的效應。不同處理各個時期灌水處理土壤水分最大變化幅度在0～20cm土層，其中壟作各處理變幅從大到小依次為A2B1、A2B2和A2B3。以上數據可看出，各處理在同一灌水量不同時期的土壤水分最大變化幅度相近。金盞花壟作溝灌的土壤水分在40～60和60～80cm要明顯高于平作。與0～20、20～40和40～60cm土層相比，60～80cm土層水分動態變化顯得更有規律性，即同期灌水的處理土壤水分動態變化曲線基本吻合，而且平作漫灌的規律性要優于壟作溝灌。

在降水和灌溉過后表層含水量急劇上升（圖1），但在土壤深層（40～80cm），壟作溝灌各處理的土壤水分含量均大于其相應平作處理的。在60～80cm土層，A2B1處理最大含水量為24.1%；最小含水量15.9%；A2B2處理最大含水量為23.7%，最小含水量為15.6%；A2B3處理最大含水量為21.4%，最小含水量為15.3%；A1B1的最大含水量為23.8%，最小含水量為14.3%，A1B2的最大含水量為23.3%，最小含水量為14.3%；A1B3處理最大含水量為21.4%，最小含水量為11.6%；其中在始花期，A2B2處理較A1B3處理水分含量增加13.8%，盛花期為7.9%。金盞花壟作區域的上升速度要大于平作漫灌區，由于壟作溝灌各處理每次灌水只是在灌水溝里面灌，金盞花本身并不直接與灌溉水接觸，其生長所需的水分只能靠灌水溝向壟體的側滲，灌水溝內水分側滲較強，之后隨著土壤表面蒸發和金盞花蒸騰作用的進行，表層含水量逐漸下降，壟作溝灌含水量的下降速度要小于平作區，這是由于行間壟作減小了蒸發面積，起到了保水的作用，全生育期不同灌水處理間的差異要明顯大于耕作方式的改變。

2.2 土壤水分縱深分布 選擇金盞花拔節、花蕾、始花、盛花、成熟5個生育時期來分析平作漫灌和壟作溝灌，金盞花田的土壤水分縱深分布基本呈明顯的“W”型分布，而且“W”型分布區較淺（僅在0～60cm），壟作溝灌處理的其變化趨勢明顯優于平作漫灌。不同時期同一灌水處理間的土壤水分變化差異不大。壟作溝灌改變了SPAC系統的連續性，對土壤各層含水量的變化可以產生直接影響。壟作溝灌在拔節期前對0～60cm土壤水分縱深上沒有顯著變化，但經過拔節長時間的穩定之后，壟作溝灌各處理0～60cm土壤水分明顯高于平作的相應處理，其中A2B1處理的水分含量保持在22.7%～19.6%，A2B2處理水分含量保持在22.1%～19.1%，A2B3處理水分含量保持在21.1%～18.4%，而A1B1處理水分含量保持在20.8%～15.9%，低于壟作，并且隨金盞花的生長呈下降趨勢（圖2）。

圖2 不同處理土壤水分垂直變化Fig.2 Vertical changes of soil water contents in different treatments

2.3 金盞花水分利用效率計算 產量水平上的水分利用效率是單位耗水量的產量。金盞花水分利用效率（WUE）公式為：

式中，Y為產量，ET為農用耗水量（mm）。

根據農田水量平衡原理［20］計算農用耗水量為：

將（2）式代入（1）式得：

式中，W收獲為收獲時1m土體儲水量（mm）；W播前為播種前80cm土體儲水量（mm）；I為生育期灌水量（mm）；P為生育期降水量（mm）；G為作物利用地下水量（mm）。

由于試驗地地下水位較深，因此取G＝0。

2.4 灌溉水和肥料利用效率

2.4.1 經濟產量及生物量 在不同的灌水條件下，壟作溝灌的總產量均略高于相應的常規灌溉，A2B1、A2B2、A2B3比 A1B1、A1B2、A1B3分別增產9.6、11.7和5.5（表1）。A2B1與A2B3處理總產量基本相當，A2B2處理總產量最高，與A1B1處理差異顯著，比A1B1增產25.8%。可見灌溉方式對產量有較大的影響。

2.4.2 水分利用率和氮肥利用率 各處理中，A2B3處理水分利用率最高，A2B2次之；其中A2B3處理水分利用率達142.38kg·mm-1·hm-2，比同灌水量的平作大水漫灌處理高6.7%，比A1B1處理的提高了29.1%（表1）。相同灌水量下壟作溝灌比相應平作漫灌的水分利用率要高?？梢妷抛鳒瞎嗄芴岣咚掷寐?，尤其在中低灌水量條件下更為顯著。在半干旱地區金盞花采用壟作溝灌栽培，雖因作物蒸騰作用加大，土壤耗水量增加，土壤平均儲水量下

表1 不同處理對金盞花水和氮素利用率的影響Table 1 Effect of different treatments on use efficiency of water and N fertilizer of marigolds

式中，U1、U0分別為施肥區與不施肥區作物吸收的養分含量（kg·hm-2）；W為肥料施用量（kg·hm-2），C為肥料養分含量。結果可看出，無論是低灌水量3 000m3·hm-2還是高灌水量4 200 m3·hm-2，壟作溝灌均比大水漫灌能提高肥料利用率（表1）。灌水3 600m3·hm-2時，壟作溝灌比大水漫灌提高肥料利用率近13.5%；灌水4 200 m3·hm-2時，提高了26%。這與一些試驗［20-23］（增加灌水量能提高肥料利用率）結果一致。

3 討論與結論

金盞花栽培的根本目的是獲得優質高產。在河西綠洲灌區，農業用水已經到了將灌溉水作為調控水的程度，因而不可能在一個生長季澆4～5次水。不同種植方式下金盞花土壤水分動態變化研究結果表明，壟作溝灌能良好的保持土壤深層水分。張步翀和李鳳民［21］在干旱環境下研究了春小麥生長季所有調控灌溉處理，得出不同土層深度土壤水分全生育期變化模式基本一致；兩個試驗年度不同水分調控處理的上層（0～40cm）土壤水分變化劇烈，而下層（40～120cm）變化相對較為平緩，并且隨著土層深度的增加，土壤水分變化逐漸趨于平緩。本研究的部分結果驗證了此結論。金盞花生育期間，無論灌水還是降水，均不能改變平作和壟作各處理不同土層水分整體動態變化的下降趨勢。金盞花土壤水分垂直變化很大，但各層間的變化表現出明顯的層次性。0～20和20～40cm的土壤水分變化幅度較大，降水及灌溉對土層表層土壤水分影響較大，而不易影響下層土壤水分（40～80cm），這些結果為河西綠洲灌區的農業干旱監測調控提供了理論依據。

通過對不同種植方式下金盞花土壤水分動態變化分析研究可以看出，不同種植模式下金盞花土壤含水量呈規律性變化，這種規律性變化與金盞花在拔節期以后，進入營養生長與生殖生長并進階段，且生長量和生長速度較大有關［23-24］。特別是壟作溝灌，使其生長的土壤環境得到改善，耕層水分較多，溫度較高，促進微生物活動及養分的有效性［25-26］，從而表現出較強的生長勢和生長量。不同土層深度土壤含水量隨金盞花生育期的延后，壟作溝灌多數表現為隨之降低的趨勢，土層內平均土壤含水量較平作漫灌增加值呈現由高到低的規律性變化。本試驗僅研究了壟作溝灌金盞花0～80cm內土壤水分動態變化，大于80cm土層深度的水分動態變化規律還有待于進一步深入研究。

壟作溝灌下金盞花產量、總耗水量及水分利用效率存在明顯差異。本研究表明，在干旱、少雨、高海拔的河西綠洲灌區進行小麥壟作栽培，可以節水29.1%，與墨西哥國際小麥改良中心小麥壟作節水30%［27］、山東省農科院小麥壟作節水40%［28-29］的試驗結果基本一致。與平作漫灌相比，壟作溝灌更能夠較充分地利用有限的灌溉水，增強作物的抗旱能力。壟作灌水不漫壟，水分在下滲的同時又存在側滲過程，不會造成水分下滲過深，減少水肥淋溶損失，壟溝的存在為植株間通風通光創造了便利通道，提高水肥利用效率的同時也促進了光合作用［30］。對金盞花的抗旱機制，平作覆膜漫灌、壟作覆膜溝灌等種植方式相結合，壟作覆膜溝灌的農藝措施與田間小氣候、土壤水分和作物產量提高程度等問題，尚有待進一步深入研究。

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