水肥供應對南疆沙區滴灌紅棗生理、生長及產量的影響

扁青永，王振華,2，胡家帥，何新林,2，李朝陽

(1.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。據統計，在新疆生產建設兵團第一師所在地區(南疆阿克蘇)傳統的漫灌灌溉方式紅棗種植面積達12.7萬hm2，占紅棗種植面積95%，而紅棗滴灌方式應用普及率只有5%，傳統漫灌方式直接影響紅棗的生長、產量和生產效益，同時也會影響生態環境，因此實現滴灌條件下水肥合理利用，對改善粗放的水肥管理起到積極作用[1-2]。

近年來，國內外學者就滴灌條件下相關作物灌溉施肥制度取得了不少成果[3-10]。研究表明，合理灌溉施肥有利于作物生理生長和產量的提高，此外，一些學者對紅棗進行單因素分析研究[11-12]，但水肥供應方面對紅棗研究較少；還有一些研究主要局限于單方面灌溉定額、施肥量(或施肥方式)對紅棗各項指標的影響。本文通過試驗研究不同水肥處理對南疆沙區滴灌紅棗生理生長及產量的影響，探索適應該地區紅棗生長的最佳供水施肥模式，對改善南疆沙區傳統農業有一定指導意義。

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℃，≥10℃積溫為4 113℃，無霜期達220 d，多年平均降水量為67 mm，多年平均蒸發量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、最小相對濕度和太陽輻射等。供試土壤(0～20 cm)基本理化性質：土壤質地以粉砂質粘壤土為主，有機質3.81 g·kg-1，全氮0.47 g·kg-1，堿解氮15 mg·kg-1， 速效磷9.4 mg·kg-1，速效鉀68 mg·kg-1，田間持水量為24.13%(灌后24 h測定)，干容重1.41 g·cm-3。

以第一師阿拉爾農業灌溉試驗站內8 a成齡駿棗樹為試驗材料，2008年種植，2009年嫁接，常年連續漫灌，2016年5月15日開始在漫灌改滴灌條件下進行水肥供應試驗。

1.2 田間試驗布置

棗樹采用寬窄行種植模式，滴灌鋪設均為1行2管，即在樹行兩側20 cm處各布置一根滴灌帶，在棗樹根部處開孔安裝滴頭，滴灌施肥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，紅棗種植模式見圖1。

1.3 試驗方法

試驗區在常年漫灌改滴灌條件下進行，需要較大的灌水量和施肥量滿足紅棗生長需求，根據文獻[12]和當地農藝管理，設定灌溉定額和施肥量兩個因素，采用水、肥二因素三水平完全處理。灌溉定額設620 mm(W1)，820 mm(W2)，1 020 mm(W3)三個水平，施肥量采用N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1.5的比例，設定三個水平(低肥，中肥，高肥)，即施肥量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)，共9個處理，每個處理設定3次重復。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30 min滴水，停水前30 min結束施肥。試驗具體灌溉制度見表1。

1.4 測試項目及方法

1.4.1 生長指標 在2016年5月5日進行第一次新梢長度和梢徑(主梢)的測定，每個處理取樣5棵紅棗樹，7～10 d測量一次，2016年7月10日最后一次測定，梢長和梢徑增加量=最后梢長和梢徑測定數據—最初梢長和梢徑測定數據，并取平均值。新梢長度用卷尺測定，從新梢與主干交界處起測量；梢徑使用游標卡尺進行測量，測量部位始終為新梢基部。

1.4.2 光合指標 于2016年7月30日10∶00-20∶00 進行光合指標的測定(2016年7月31日10∶00-20∶00進行驗證測量)，采用Li-6400便攜式光合測定儀,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)的日變化,在10∶00-20∶00時間段進行，每隔2 h測定一次。光源采用自然光源，每個處理選取3棵紅棗樹，在每棵樹上分別選取上、中、下3片葉子進行測定，每個處理共計9片葉并取其均值，測定前對葉片做好標記。根據記錄參數計算水分利用率(WUE)，其計算公式為:WUE=Pn/Tr。

圖1 紅棗種植模式Fig.1 The planting patterns of jujube

表1 紅棗全生育期灌溉制度Table 1 The irrigation system in the whole stages of jujube

1.4.3 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[13]。

1.4.4 增產效應

EI=(YX-YL)/YL[14]

式中:YX為某水分處理和某肥料處理的產量(kg·hm-2);YL為低水分低肥料處理的產量(kg·hm-2)。

2 結果與分析

2.1 水肥供應對滴灌紅棗生理指標的影響

表2是不同的水肥處理對紅棗葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和水分利用效率(WUE)的影響。其中灌水對紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci和WUE影響均達到極顯著水平(P<0.01)；施肥對紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci和WUE的影響不顯著(P>0.05)；水肥交互作用對紅棗葉片Pn、Tr、Gs和WUE影響達到極顯著水平(P<0.01),對Ci的影響達顯著(P<0.05)水平。

由表2可以看出，不同水肥處理Pn、Tr、Gs和Ci分別介于7.26～8.94 μmol·m-2·s-1、3.15～3.86 mmol·m-2·s-1、0.31～0.49 μmol·m-2·s-1和447.50～710.00 μmol·m-2·s-1之間，Pn、Tr、Gs、Ci最大值出現在W2F1處理(Ci最大值處理與W2F1處理無顯著性差異)，最小值出現在W1F1處理，但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%。說明紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci間有著密切關系，葉片自身能夠通過氣孔導度的開放大小來控制紅棗凈光合速率和蒸騰速率，其歸因于氣孔因素。WUE最大值出現在W3F3處理，與W2F1處理相比，其Pn、Tr、Gs和Ci明顯下降，但WUE反而增加了10.82%，說明W2F1處理雖然能得到較高水平的凈光合速率和蒸騰速率，水分利用效率最大值卻出現在W3F3處理。由表還可以看出，紅棗葉片Pn、Tr、Gs和Ci隨灌溉量的增加表現為：W2>W3>W1；紅棗WUE表現為：W3>W1>W2；增加施肥量，紅棗葉片Pn、Tr、Gs和Ci之間差異較小，不同施肥水平未達到顯著水平(P>0.05)，說明灌水因素對紅棗的光合特性和葉片水分利用效率的影響大于施肥。

表2 不同水肥處理對紅棗葉片光合特性和水分利用效率的影響Table 2 Effects of different water and fertilizer treatments on photosynthetic characteristics and water use efficiency of jujube

注:數值為平均值±標準差，不同字母表示同一列在P<0.05水平差異顯著，*表示在P<0.05水平差異顯著，**表示在P<0.01水平差異顯著。下同。

Note：Data is mean standard error, different letters in each column indicate significant difference between treatments(P<0.05),* and ** representP<0.05 significant andP<0.01 significant respectively, the same as following.

2.2 水肥供應對滴灌紅棗生長指標的影響

圖2是不同水肥處理對紅棗梢徑增加量和梢長增加量的影響。可以看出，灌水對紅棗梢徑增加量的影響達到顯著水平(P<0.05)，對紅棗梢長增加量同樣達到顯著性水平(P<0.05),施肥對紅棗梢長增加量和梢徑增加量均不顯著(P>0.05)；水肥交互作用對紅棗梢長增加量和梢徑增加量達到極顯著水平(P<0.01)。

如圖2a所示,不同水肥處理的紅棗梢徑增加量在4.17～6.31 mm,最大值為W2F2處理，比最小值W1F1處理增加了51.32%。隨著灌水量的增加，紅棗梢徑增加量逐漸升高，表現為：W3>W2>W1>W3水平紅棗梢徑增加量比W1，W2灌溉水平分別增加10.42%、5.56%(F1)，25.49%、10.34%(F2),11.32%、5.36%(F3)；在W1灌溉水平下，施肥量對紅棗梢徑增加量影響表現為：F3>F1>F2，類似在W2，W3灌溉水平梢徑增加量表現為：F3>F2>F1>F2>F1>F3；說明不同灌溉水平施肥量對紅棗梢徑增加量的影響不同。由此說明，灌水因素對紅棗梢徑增加量的影響大于施肥。

圖2 不同水肥處理對紅棗梢徑增加量和梢長增加量的影響Fig.2 Effects of different water and fertilizer treatments on shoots diameter and length increment of jujube

如圖2b所示，不同水肥處理的紅棗梢長增加量在48～64 cm,W3F2處理值最大，比最小值W1F1處理提高33.33%。梢長增加量與梢徑增加量的變化規律相似，隨著灌水量的增加而逐漸變大，表現為：W3>W2>W1；W3施肥量的紅棗梢長增加量比W1、W2分別增加18.75%、5.56%(F1)，25.49%、10.34%(F2)，11.32%、5.36%(F3)；在W1灌溉水平下，施肥量增加，梢長增加量表現為：F3>F2>F1；在W2、W3灌溉量條件下表現為：F2>F3>F1，說明不同灌溉水平的施肥量對紅棗梢長增加量的響應不同。由此說明，灌水因素對紅棗梢長增加量的影響大于施肥。

2.3 水肥供應對紅棗產量和灌溉水分利用效率的影響

不同水肥處理對紅棗產量和灌溉水分利用效率的影響見表3。如表所示，灌水對紅棗產量的影響不顯著(P>0.05),對灌溉水利用效率的影響達到極顯著(P<0.01,F=11.32)，施肥對紅棗產量和灌溉水分利用效率的影響不顯著(P>0.05，F=0.409,P>0.05,F=0.17)，水肥交互作用對紅棗產量和灌溉水利用效率的影響均達到極顯著(P<0.01)水平。

從表3可以看出，不同水肥處理紅棗產量4 661～7 256 kg·hm-2，最大值為W2F1處理，比最小值W1F2處理提高55.67%。隨著灌水量增加，紅棗產量表現為：W2>W1>W3，W2灌水量比W1、W3分別提高24.18%、24.82%；隨施肥量的提高，紅棗產量表現為：F1>F3>F2，F1施肥量比F3、F2分別提高7.12%、10.93%。灌溉水分利用效率在W1F3處理下最高(8.17 kg·m-3)，但與W2F1處理無顯著性差異(P>0.05)；增產效應反映了不同水肥處理相比于低水低肥的增產效果,可以看出，W1F2、W3F2、W3F3處理的增產效應為負值，W2F1處理的增產效應值最高為33.14%，此結果與產量結果相吻合。由此說明，并不是增加水肥使用量就能顯著提高紅棗產量，只有水肥交互作用達到最佳耦合效應才能提高紅棗產量，本試驗條件下，W2F1組合耦合效果較好，此處理為節水、節肥的最優處理。

表3 不同水肥處理對紅棗產量和灌溉水分利用效率的影響Table 3 Effects of different water and fertilizer treatments on yield and irrigation water use efficiency

2.4 紅棗生理生長指標間的相關性分析

2.4.1 凈光合速率與其他生理生長指標間的相關關系 光合作用是植物將太陽能轉化為生物能，并利用它將二氧化碳和水等無機物合成有機物時釋放出氧氣的過程，對植物的代謝、生長有重要作用[15-16]。因此研究紅棗葉片凈光合速率與其他生理、生長指標間的相關關系尤為重要。從圖3(a)可以看出凈光合速率與蒸騰速率、氣孔導度之間呈現二次曲線關系，凈光合速率與蒸騰速率之間的決定系數為R2=0.84258，凈光合速率與氣孔導度之間R2=0.87449,這說明紅棗凈光合速率與蒸騰速率、氣孔導度之間密切相關，說明凈光合速率在一定程度上能反應蒸騰速率、氣孔導度；圖3(b)顯示，凈光合速率與梢徑增加量、梢長增加量之間分別呈現直線關系、三次曲線關系，凈光合速率與梢徑增加量、梢長增加量決定系數分別為R2=0.256、R2=52 933，這說明紅棗葉片凈光合速率與梢徑增加量、梢長增加量有一定關系，但不密切。

2.4.2 產量與生理生長指標間的相關關系 產量作為最重要的經濟指標，與紅棗生理、生長特性存在一定關系。圖3是紅棗產量與其他指標間的相關關系。從圖3(a)可以看出，產量與紅棗葉片凈光合速率呈現二次曲線關系、與葉片水分利用效率呈現直線關系。產量與凈光合速率之間的決定系數R2=0.325 6，產量與水分利用效率的擬合度R2=0.323 6，根據擬合度可知，紅棗產量與凈光合速率、水分利用效率之間存在一定關系，但不密切；圖3(b)為紅棗產量與生長指標的擬合關系,可以看紅棗產量與紅棗梢徑增加量有較好的擬合關系(R2=0.754 7)，產量與梢長增減量有一定的關系，但不密切，說明紅棗梢徑增加量在一定程度上能反應紅棗產量。

圖3 紅棗葉片凈光合速率與其他生理生長指標間的相關關系Fig.3 Correlation between net photosynthetic rate of jujube leaves and other physiological growth indexes

圖4 紅棗產量與其他生理生長指標間的相關關系Fig.4 Correlation between jujube yield and other physiological growth indexes

3 討 論

水肥因子在農業生產中起到決定性作用，當水肥耦合效應達到最優時，才能起到高產增收的效果[17]。本文通過田間試驗，研究了不同水肥處理對滴灌紅棗生理生長及產量的影響，以期為南疆節水灌溉技術提供指導。

水肥因素是作物生長和發育的重要保障，也是影響作物光合特性的主要因素[18]。本試驗條件下，灌水和水肥交互作用對葉片光合特性的影響達到極顯著水平，施肥則不顯著。這與王德權等[19]研究結果相似。此外本試驗結果還表明，過高或者過低的灌水量均不利于紅棗葉片進行光合作用，存在明顯負效應，這與李銀坤[20]等研究結果一致；提高施肥并未提高紅棗光合特性，與王景燕等結果相反[21]，這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，另一方面，可能灌水和施肥對于葉綠素的提高具有拮抗作用，適宜的水肥調控才能顯著提高作物光合指標[7]。

“以水促肥、以肥調水”這是水肥供應的關鍵，只有合理的水肥配比才能有利于作物生長發育和提高產量[22]。本文研究結果表明，水肥交互作用對紅棗梢徑和梢長增加量的影響呈極顯著水平，灌水對其影響為顯著性水平，施肥則不顯著，這與劉小剛[23]等對小粒咖啡苗生長的研究結果相似。田軍倉等[24-25]學者研究認為灌水量與施肥量的交互作用對產量影響顯著。本試驗結果表明，水肥交互作用對紅棗產量達到顯著性水平，灌水和施肥均未達到顯著性水平；不同水肥條件下，紅棗的產量表現不同，水分不足時，適當增加灌水有利于提高紅棗產量，過高的水肥使用量反會減少紅棗產量。

通過對紅棗凈光合速率、產量與其他指標的曲線擬合，表明紅棗葉片Pn、Tr、Gs三者密切相關，Pn與Tr、Gs之間的擬合程度較高，這與周罕覓[26]等研究成果一致。紅棗的光合作用和蒸騰作用直接受氣孔導度的影響，葉片自身能夠通過氣孔導度的開放大小來控制紅棗凈光合速率和蒸騰速率，其歸因于氣孔因素；產量與梢徑增加量有較好的擬合關系，梢徑增加量在一定程度上能反映紅棗產量，而產量與梢長增加量擬合程度不高，可能是由于在實驗過程中要進行修枝，對紅棗梢長有一定的影響。本試驗得到最佳水肥組合是在試驗設定的水肥量基礎上得到的，并未通過建立數學模型而得到適宜的灌溉制度，這部分仍需進一步研究，另外，試驗只進行了1年,部分結果還需長期驗證。

4 結 論

1)灌水因素對紅棗葉片光合特性(Pn、Tr、Gs、Ci、WUE)、紅棗梢徑和梢長增加量、灌溉水分利用效(iWUE)的影響顯著，水肥交互作用對紅棗光合特性、紅棗梢徑和梢長增加量、產量和灌溉水分利用效率(iWUE)的影響均顯著。

2)滴灌條件下，不同水肥處理紅棗葉片Pn、Tr、Gs、Ci最大值均為W2F1處理；W3F3處理下紅棗葉片WUE值最高，與W2F1處理相比，其Pn、Tr、Gs和Ci明顯下降，但WUE增加了10.82%；紅棗梢徑增加量、梢長增加量最大值分別在W2F2、W3F2處理；紅棗產量和增產效應最大值均在W2F1處理，灌溉水利用效率最大值在W1F3處理，但與W2F1處理無顯著性差異(P>0.05)。

3)紅棗凈光合速率與蒸騰速率、氣孔導度之間密切相關，葉片通過控制氣孔導度的開放大小來影響紅棗凈光合速率和蒸騰速率，其歸因于氣孔因素；紅棗產量與紅棗梢徑增加量有較好的相關關系，紅棗梢徑增加量在一定程度上能反應紅棗產量。

4)本試驗條件下,全面考慮水肥協同效應、生理生長及產量等多種指標，認為南疆沙區滴灌紅棗灌溉定額和施肥量控制在820 mm(W2)、N-P2O5-K2O 200-100-150 kg·hm-2(F1)左右時比較適宜，該水肥灌溉制度為南疆地區紅棗優質高效生產提供重要依據。