不同灌水下限對盆栽油葵生長、耗水及產量的影響

姚佳賓，李和平，吳鑫淼，高贏磊，李積銘，李愛國，郄志紅

(1.河北農業大學城鄉建設學院，河北 保定 071001；2.河北省農林科學院旱作農業研究所，河北 衡水 053000)

0 引 言

油葵(Helianthus annuus Linn.)屬菊科(Compositae)向日葵屬(Helianthus)植物，含油率較高，是我國四大油料作物之一[1]。油葵籽油被稱為“健康營養油”，含有豐富的對人體有益的不飽和脂肪酸，其中亞油酸含量高達65%～73%，油酸含量為20%左右，含有干油脂、多種維生素以及礦物質[2,3]。油葵具有生長周期較短、適應性強、耐鹽堿和耐干旱等特性，在當前華北平原水資源短缺和地下水超采嚴重的情況下，耐旱作物油葵在農業種植結構調整中取得了較大的發展，逐步成為區域內第四大糧食作物[4]。

不同區域條件下，作物生長環境的氣候條件差別較大，導致作物生長、耗水特征存在顯著的差異。同一作物的不同品種在農業高效用水方面也存在著較大的生理和遺傳差異[5]。目前，國內關于油葵的研究主要集中在西北[6]、東北[7]等地區，華北地區作為油葵的重要生產區域，有關該區域內油葵生長和耗水的研究尚未見報道。國外有研究表明，在很多地區，充分灌溉能夠使油葵獲得最大產量[8,9]，但華北地區屬于水資源短缺地區，應當考慮節水和增產的雙重目標。土壤水分適宜下限指標是制定灌溉制度的重要參數，國內針對土壤水分適宜下限的研究多集中于玉米[10]、小麥[11]和水稻[12]等主要農作物。本文選擇在河北省保定市河北農業大學東校區試驗田進行盆栽控水試驗，根據李和平[4]等在華北地區油葵的種植經驗，選用適宜該地種植的高產和穩定性強的DW567和新葵20號兩個品種，分析不同灌水下限對盆栽油葵生長、耗水及產量的影響，為華北平原地區油葵節水灌溉提供參考依據，對于提高油葵產量，擴大油葵的播種面積，促進華北平原區種植業結構調整和結構節水具有重要的意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗布置在河北省保定市河北農業大學東校區試驗田內，地理位置坐標為東經115°48′，北緯38°85′，海拔高度14.3 m。試驗地多年平均降水量550 mm，多年平均氣溫12 ℃，多年平均日照時數2 673 h，多年平均蒸發量1 750 mm，屬溫帶季風性氣候。供試土壤取自試驗田內0～20 cm土層，為沙粉土，土壤理化性質見表1。

1.2 試驗設計與布置

試驗根據花盆內0～30 cm土層的含水率為油葵的灌水控制下限，分別設為80%fc(T1)，70%fc(T2), 60%fc(T3)，50%fc(T4)和40%fc(T5)，fc為田間持水率，共5個處理，每個處理3次重復，采用新葵20號和DW567兩個品種，來比較不同品種對不同水分處理的響應，對抗旱品種的選擇提供依據。灌水根據土壤水分上下限控制，上限為田間持水率，下限為各處理所規定的灌水下限，當土壤含水率降至灌水下限時灌水至上限。灌水定額由式(1)計算。

表1 土壤水力特征參數和初始養分含量Tab.1 Soil hydraulic characteristic parameters and initial nutrient content

I=(ρ0-ρ)Ah

(1)

式中：I為灌水定額，L；ρ0為以體積含水率表示的田間持水率，%；ρ為以體積含水率表示的土壤含水率下限，%；A為花盆表面積，m2；h為土層深度，m。

盆栽試驗用直徑0.38 m、高0.35 m的塑料花盆。試驗用土經自然風干過篩后，均勻填裝，填裝深度0.3 m。油葵于2017年4月24日播種，每盆均勻播種5粒油葵籽，5月1日進行定苗后，每盆留長勢均勻的油葵幼苗1株，苗期開始，并開始進行控水處理。播種前，每盆中施加底肥尿素10 g和磷酸二銨10 g，在現蕾期進行一次追肥，每盆施用5 g尿素[13]。采用量筒灌水并記錄每次的灌水量，在花盆下放置聚氯乙烯(PVC)盛水器收集滲漏水，將每次灌水產生的滲漏水收集于量筒內，并進行記錄。在雨天將油葵放置塑料棚內進行遮雨。

試驗根據油葵的生長發育規律，把油葵整個生育期劃分為苗期、現蕾期、開花期、灌漿期和成熟期5個生育階段，各生育階段的起止日期見表2。

表2 油葵生育期劃分Tab.2 Division of growth period of potted sunflower

1.3 測定內容及方法

1.3.1 土壤含水率

采用土樣取土烘干法進行土壤含水率的測定，測定深度為0～30 cm，每15 cm為一層，試驗期間每隔2～7 d測定一次。

1.3.2 耗水量

采用水量平衡法計算不同灌水處理的油葵實際耗水量，具體公式為：

ETc=P+I+ΔW-R-D

(2)

式中：ETc為作物耗水量，L/盆；P為降水量，L/盆；I為灌水定額，L/盆；△W是土壤水分變化量，L/盆；R是地表徑流，L/盆；D是花盆滲漏量，L/盆。

由于本試驗采用盆栽控雨試驗，因此降水量和地表徑流可以忽略，因此，R=0，P=0。因此方程式可以簡化如下：

ETc=I+ΔW-D

(3)

1.3.3 作物生長指標

作物生長指標測定內容包括株高、葉面積、盤莖和地上干重等。采用卷尺測量每株油葵的株高，每隔10 d測定一次；用直尺對葉片一片一片進行測量，葉長為葉片基部到葉尖，葉寬為葉片最寬處，累計算出每株油葵的葉面積，油葵單葉面積(cm2)=葉長(cm)×葉寬(cm)×0.65[14]。待油葵成熟，用直尺測量每株油葵的盤莖；收獲時，距離根部5cm處截取油葵的地上部鮮物質，之后在105 ℃下殺青1 h，70 ℃下烘干至恒重，用電子天平稱重測定每株油葵的地上部干物質重。

1.3.4 產 量

待油葵成熟后，人工收割花盤后進行晾曬，然后手工剝粒，稱取每株油葵的籽粒重量，取3個重復的平均值作為每個處理的單株產量，并從每個處理隨機數出3個一百粒種子，分別稱重，求其平均值，作為各處理的百粒重。

1.4 試驗數據分析方法

數據分析采用數據分析軟件SPSS Statistics 18.0V進行，用Microsoft Excel 2010進行數據處理及作圖。

2 結果與分析

2.1 不同灌水下限對盆栽油葵株高的影響

株高是衡量作物生長發育狀況的形態指標之一，它不僅與作物的遺傳特性有關，同時也受種植管理措施和環境因素的影響。表3分別給出了兩個不同品種油葵在不同水分處理間株高的變化過程。從表中可以看出，各處理株高具有相同的變化趨勢，油葵的株高在定苗后的前35 d內(苗期)增長緩慢，隨后(進入現蕾期后)快速增長，到定苗后65 d前后(開花和灌漿期)株高基本保持不變。從全生育期來看，新葵20號的T1、T2和T3間的株高沒有明顯的差異，三組的株高長勢最好；DW567的T2和T3間的株高沒有明顯的差異，兩者的株高長勢最好。兩個品種均以T4和T5的株高長勢較低，說明50%fc和40%fc的灌水下限嚴重影響了油葵株高的正常生長。DW567的T1與其T2、T3對比分析可知，在定苗55 d后，T1的株高明顯小于其T2和T3的株高，可能的原因是灌水下限過高一定程度上抑制了油葵株高的生長。

表3 不同灌水下限對盆栽油葵株高的影響 cm

注：a、b、c等不同字母表示同一品種同一列數值在0.05水平上的差異顯著性，下同。

2.2 不同灌水下限對盆栽油葵葉面積的影響

葉片是葉冠的重要組成部分，葉面積對作物干物質的積累和最終產量的形成至關重要，其大小直接影響著作物對光能的利用效率，繼而影響作物產量。表4分別給出了兩個不同品種油葵在不同水分處理間單株油葵葉面積的變化過程。從表中可以看出，各處理葉面積具有相同的變化趨勢，油葵的葉面積在定苗后的前35 d內(苗期)增長緩慢，隨后(進入現蕾期后)快速增長，到定苗后65 d前后(開花期)葉面積達到最大值，進入灌漿成熟期后，隨著植株的衰老，葉片的枯萎，葉面積開始下降。從全生育期來看，新葵20號各處理間，T2和T3的全生育期葉面積最大，兩者間沒有明顯的差異，但明顯大于T4和T5的全生育期的葉面積，說明50%fc和40%fc的灌水下限嚴重影響了油葵葉面積的正常生長。在定苗65 d前后，T1的葉面積明顯小于T2和T3的葉面積，說明灌水下限過高一定程度上抑制了油葵葉面積的生長。DW567各處理葉面積的差異性與新葵20號相似。

2.3 不同灌水下限對盆栽油葵盤莖和地上干重的影響

在油葵生育階段結束時，通過對盤莖和地上干重的值進行統計分析，確定各灌水下限對盤莖和地上干重的影響(圖1)。

表4 不同灌水下限對盆栽油葵單株葉面積的影響 cm2

圖1 不同灌水下限對盆栽油葵盤莖和地上干重的影響Fig.1 Effects of different irrigation lower limits on disc diameter and aboveground dry weight of potted sunflower

從圖1中可以看出，新葵20號各處理間，T2的盤莖和地上干重最大，與T3的差異不顯著，與其他處理的差異達到了顯著水平；DW567各處理間，T3的盤莖和地上干重最大，與T2的差異不顯著，與其他處理的差異達到了顯著水平。說明以60%fc或70%fc為灌水下限更有利于油葵盤莖的形成和干物質的積累。作物通過光合作用形成碳水化合物，積累干物質，積累量的大小直接反映在株高、葉面積和盤莖等形態指標上。T2和T3的植株生長狀況良好，株高、葉面積和盤莖等均較大，所以干物質積累較多，地上干重較大，而T4和T5的灌水下限相對較低，水分虧缺較嚴重，作物生長受到限制，株高、葉面積和盤莖等相對較小，所以干物質積累較少，地上干重較小。T1的盤莖和地上干重較小的原因可能是由于土壤含水率長期處于較高的水平，一定程度上會抑制根系的呼吸，不利于根系的下扎及營養物質由根系莖稈輸送至冠層，與T2和T3相比較，株高、葉面積和盤莖等相對較小，干物質積累較少，所以地上干重較小。

2.4 不同灌水下限對盆栽油葵耗水的影響

表5為根據水量平衡公式(3)計算的各灌水處理的盆栽油葵的耗水量。從表5中可以看出，兩個品種不同處理間的耗水量差異顯著，新葵20號各處理的全生育期耗水量在34.36～46.93 L/盆；DW567各處理的全生育期耗水量在37.63～50.23 L/盆。兩個品種均以T1的全生育期耗水量最大，與T1相比較，新葵20號的T2、T3、T4和T5的全生育期耗水量分別降低了5.4%、10.5%、19.4%和26.8%，DW567的T2、T3、T4和T5的全生育期耗水量分別降低了4.4%、8.6%、16.3%和25.1%。不同處理間耗水量的差異是植物蒸騰和棵間蒸發共同影響的結果。從油葵的生長狀況可以看出，與T4和T5相比而言，T2和T3植株長勢相對較好，且土壤含水率處于相對較高的水平，植物蒸騰能力和棵間蒸發能力均較強是其耗水量較高的主要原因；T1植株與T2和T3相比，植株長勢相對較弱，但其土壤含水率相對最高，棵間蒸發能力較強是其耗水量偏大的主要原因；T4和T5植株長勢較弱，尤其是T5植株長勢最弱，且土壤含水率相對最低，棵間蒸發和植物蒸騰能力均較弱是其耗水量最低的主要原因。有關盆栽油葵的耗水構成機制還需深入研究。

表5 不同灌水下限對盆栽油葵耗水量的影響 L/盆

2.5 不同灌水下限對盆栽油葵產量的影響

不同灌水下限對盆栽油葵的百粒重、單株產量和水分利用效率的影響見表6。從百粒重上來看，新葵20號各處理間，T2的百粒重最大，與T2相比較，T1、T3、T4和T5的百粒重分別降低了9.4%、5.2%、16.4%和30.4%，顯著性檢驗結果表明，T2與T1、T3的差異不顯著，與其他處理的差異顯著；DW567各處理間，T3的百粒重最大，與T3相比較，T1、T2、T4和T5的百粒重分別降低了11.2%、1.7%、17.9%和22.5%，顯著性檢驗結果表明，T3與T1、T2的差異不顯著，與其他處理的差異顯著。從單株產量上來看，新葵20號各處理間，T2的單株產量最大，與T2相比較，T1、T3、T4和T5的單株產量分別降低了14.5%、7.4%、30.1%和49.6%，顯著性檢驗結果表明，T2與T3的差異不顯著，與其他處理的差異顯著；DW567各處理間，T3的單株產量最大，與T3相比較，T1、T2、T4和T5的單株產量分別降低了14.0%、2.6%、19.2%和35.4%，顯著性檢驗結果表明，T3與T2的差異不顯著，與其他處理的差異顯著。新葵20號各處理的水分利用效率從大到小為T2>T3>T4>T1>T5；DW567各處理的水分利用效率從大到小為T3>T2>T4>T5=T1。

表6 不同灌水下限對盆栽油葵產量及水分利用效率的影響Tab.6 Effects of different irrigation lower limits on yield and water use efficiency of potted sunflower

注：以每盆計。

在同樣處理條件下，DW567的百粒重、單株產量和水分利用效率均高于新葵20號。在低灌水下限(T4和T5)條件下，分別與其達到最大單株產量的處理(T2或T3)對比分析，從兩個品種的單株產量的降低程度可以看出，新葵20號的單株產量較DW567減產程度相對嚴重。說明DW567的抗旱性優于新葵20號。

3 結 語

(1)土壤水分下限控制過低會嚴重影響油葵的株高、葉面積和盤莖的生長以及干物質的積累，T4和T5的土壤水分控制下限對油葵生長形成了較為嚴重的水分脅迫，而T2和T3則可以滿足油葵正常生長的水分需求，T1的土壤水分控制下限的土壤含水率過高，不利于油葵的生長。

(2)不同處理間耗水量的差異是植物蒸騰和棵間蒸發共同影響的結果。本試驗結果表明，灌水下限越低，油葵的耗水量越小。新葵20號各處理的全生育期耗水量在34.36～46.93 L/盆；DW567各處理的全生育期耗水量在37.63～50.23 L/盆。

(3)不同灌水下限對兩個不同品種盆栽油葵的百粒重和單株產量影響顯著。兩個品種均以T2或T3的百粒重和單株產量最大，二者間沒有明顯的差異，但二者的單株產量都明顯大于其他處理。新葵20號以T2的水分利用效率最大，DW567以T3的水分利用效率最大。

(4)總體上看，DW567的百粒重、單株產量和水分利用效率均高于新葵20號，且DW567的抗旱性優于新葵20號。

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