滴灌條件下不同灌水量對盛產期黃花菜生長及產量影響研究

王旭晨，李應海，2，3，李金澤

(1.寧夏大學 土木與水利工程學院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏節水灌溉與水資源調控工程技術研究中心，寧夏 銀川 750021；3.教育部旱區現代農業水資源高效利用工程研究中心，寧夏 銀川 750021；4.寧夏回族自治區水利科學研究院，寧夏 銀川 750021)

1 引言

近50年來寧夏回族自治區氣候經歷了一個由濕潤向干旱的變化過程，尤其是寧夏中部干旱帶近年來年平均氣溫是在波動中逐漸升高[1，2],逐漸加劇的高溫和干旱導致該地區農產品產量損失嚴重，對農業生產和經濟發展造成嚴重影響[3]。為了應對這個問題，寧夏引入了具有耐瘠、抗旱、食藥價值、投入少、產量高、脫鹽改土等特點黃花菜[4]，并發展成為了當地的特色產業。但當地水資源利用效率低，且沒有形成完善的黃花菜灌溉制度，因此引進滴灌水肥一體化技術來探究當地黃花菜種植最優灌水量，從而進一步完善黃花菜灌溉制度。

滴灌水肥一體化技術具有節水、增產、省力的作用，能夠將水和肥準確地送至植物的根區，能有效保證作物優質高產[5]；近年來滴灌水肥一體化技術在玉米、枸杞、棉花、小麥、葡萄等作物上應用廣泛[6～14]，但在黃花菜上卻鮮有研究。韓志平[15]提出黃花菜在NaCl 250 mmol/L的高鹽脅迫下仍能存活；在150 mmol/L混合鹽下任可存活，但200 mmol/L混合鹽是其致死量。高嘉寧等[16]提出適量的氮、磷、鉀配施對黃花菜產量影響顯著，且氮、磷、鉀肥的施用對黃花菜產量影響的大小順序為氮>磷>鉀。劉金郎等[17]通過田間正交試驗和氮、磷肥單因素試驗探究出黃花菜最佳施肥時期為3月下旬，黃花菜最佳施肥量為600 kg/hm2等結論。尹新彥等[18]研究發現GA3、6-BA兩種植物生長調節劑對黃花菜外觀指標(花長、單花重)和花數有促進作用，從而達到增產效果；NAA雖會增加花鮮重，但花數減少，且花蕾會畸形。黃花菜屬于多年生作物，4 a生黃花菜屬于盛產期，而相關研究只探究了肥料及生長調節劑等對黃花菜的影響，并沒有探明滴灌水肥一體化條件下盛產期黃花菜具體灌水需求量。因此，本文主要探究盛產期黃花菜滴灌水肥一體化技術下灌水量需求情況，為當地黃花菜產業提供技術支撐。

2 材料與方法

2.1 試驗區概況

試驗基地位于寧夏回族自治區吳忠市鹽池縣花馬池鎮盈徳村，地理位置處在東經107°40′54.11″，北緯37°78′42″，位于半干旱區與干旱區的過渡地帶，屬于典型的溫帶大陸性季風氣候，當地日照時間長，晝夜溫差大，光能豐富，熱量偏少，降雨分布在夏秋兩季，年際變化大，氣候干燥，蒸發強烈，年均蒸發量是年均降雨量的6～7倍[19]。試驗區依托寧夏鹽池縣黃花及蔬菜新品種引進試驗示范基地，試驗基地在花馬池鎮盈德村已建成高效節水灌溉系統，灌溉水源為鹽環定管理處揚黃水。試驗區土壤為砂質土，土壤pH值、全鹽含量等指標檢測結果見表1(2018年縣農業局測土配方施肥數據)。

表1 試驗區土壤pH值、全鹽含量等指標檢測結果

黃花菜主要需水期為每年的4～9月份，因此主要分析這5個月降雨量。表2中是黃花菜生育期5個月的降雨量數據，用距平(多年均值)百分率法可近似確定試驗區2021年黃花菜生育期的豐平枯情況。采用《水文情報預報規范》(GB/T22482-2008)中的距平百分率 P 作為劃分徑流豐平枯的標準，計算公式如下：

表2 試驗區降水量檢測 mm

一般情況P<-25%為枯水年；-25%25%為豐水年。代入數據計算可得P=5.1%,近似認為2021年黃花菜生育期間屬于平水年。

2.2 試驗方案

2.2.1 試驗設計

采用單因素試驗設計方法，設置水量5個水平。在調查研究基礎上，設定的灌水量5個水平分別為：2550 m3/hm2(W1)，3000 m3/hm2(W2)，3450 m3/hm2(W3)，4050 m3/hm2(W4)，4500 m3/hm2(W5)，施肥量為675 kg/hm2(水分11次灌，肥分6次施)，具體見表3；按當地農戶灌水量(3450 m3/hm2)、施肥量(675 kg/hm2)及灌溉方式作為CK組(表3)。試驗共6個處理，每個處理重復3次，共18個試驗區。每個小區長寬為37 m×4 m，試驗作物為4 a齡大烏嘴黃花菜，試驗區黃花菜栽植行距140 cm，穴距40 cm，穴規格為：長10 cm，寬10 cm，深18 cm。每穴栽植4株，栽于穴的4角，黃花菜的種苗栽植密度為4764株/畝。本次試驗選用耐特菲姆生產的薄壁滴灌帶De16，壁厚0.2 mm，滴頭間距0.3 m，滴頭流量為3.0 L/h。

表3 黃花菜灌水量試驗設計

2.2.2 檢測內容及方法

2.2.2.1 土壤含水率

試驗前使用環刀法測得試驗區田間持水量為20.56%。試驗期間使用取土器取W1～W5深度為10～20,30～40，50～60，60～80，80～100 cm的土壤，分別放在各個鋁盒中，立刻帶回，用烘干器烘干，測得含水率。生育期內灌水前、后及降雨(>5 mm)后分別測土壤含水率，并在灌水后每隔2 d測一次直至第二次灌水。

2.2.2.2 產量、外觀指標、干鮮比測定

花期時每處理小區隨機選取一行5 m長度的黃花菜采樣區域，萌蕾開花期(6月下旬至8月上旬)約36 d，每天早上按各小區劃定的采樣區采樣并稱重，待采樣期結束后累加并換算為每公頃產量；在采收的前、中、后期各選5 d選取其中5朵測定其單花重、花長、花粗；從不同灌水量處理組的3個重復試驗小區中各隨機選取50朵黃花菜，測量其鮮重和干重，算得干鮮比，重復3次。

2.2.2.3 凈收益

凈收益使用公式如下：

S=G-M-N-L

(1)

式(1)中:S為凈收益(元/hm2)，G為總收入(元/hm2)：黃花菜產量×收購單價，M為黃花菜水肥投入費用(元/hm2)，N為黃花菜采摘費和管理費，L為其他投入費用[20]。2021年黃花菜鮮重收購單價為5元/kg。

2.2.2.4 灌溉水利用效率

灌溉水利用效率使用公式如下：

(2)

式(2)中：IWUE為作物灌溉水利用效率(kg/m3)，Y為黃花菜鮮重(kg/hm2)，W為灌溉用水量。

2.2.3 數據處理

用Excel 2016、IBM SPSS Statistics 26和Origin2018軟件進行統計分析，并用Origin2018進行繪圖。

3 結果與分析

3.1 不同灌水量下灌水前后不同深度土壤含水率差值變化情況

當地氣候干旱，土壤為沙壤土，且存在滲漏現象，因此研究當地黃花菜在不同灌水量情況下土壤含水率情況，進而了解黃花菜最優需水量。因黃花菜萌蕾開花期耗水量最大，選擇該時期測定的土壤含水率最具代表性。黃花菜萌蕾開花期為2021年7月1日至2021年8月10日，共灌水4次，選擇其中一次0～100 cm范圍內不同灌水量下不同深度土壤灌水前后土壤含水率差值進行作圖分析。從圖1中可以看出，W1、W2在40 cm土層以上灌水前后含水率差值和W3、W4、W5相近，但到了40 cm以下土層中，W3、W4、W5灌水前后含水率差值明顯高于W1、W2，而W3到了80 cm以下土層時灌水前后含水率差值明顯低于W4、W5。表明灌水量小于3000 m3/hm2時(W1、W2)，停止灌溉后灌溉水主要保持在0～40 cm土層中；當灌水量為3450 m3/hm2時，停止灌溉后灌溉水主要保持在0～80 cm土層中；而灌水量大于3450 m3/hm2時(W4、W5)，水分會下滲到80 cm以下。說明當地土壤在滴灌時，灌水量越大，會使水在重力作用下下滲的深度越深，致使灌水儲存在土壤不同的深度。而盛產期黃花菜根系為50～60 cm長，當灌溉水過大，入滲到80 cm以下時，則不利于黃花菜利用，且當地土壤為砂質土壤，存在滲漏現象，會造成灌溉水流失(圖1)。

圖1 不同灌水量下不同深度土壤灌水前后土壤含水率差值變化

3.2 不同灌水量對黃花菜產量、外觀指標的影響

產量和外觀指標是黃花菜生長情況各評價指標中的兩個重要指標，且黃花菜外觀指標與經濟效益有著重要聯系，外觀指標越好(個大條長)市場價值越高；同樣產量與經濟效益也有著直接的聯系。因此研究這兩項指標具有重要意義。外觀指標分花長、花粗和單花鮮重，產量為鮮花產量；表4表示不同灌水量實驗對黃花菜產量和外觀指標的差異性分析。結果表明，灌水量對黃花菜產量極顯著(P<0.01)。其中黃花菜鮮重介于18205～20333 kg/hm2之間，產量最高的W3組相對最低水平W5組提高11.68%，表明表明一味地高水并不能帶來高產。W3組產量較CK(15049 kg/hm2)組提高35.11%，表明滴灌水肥一體化灌溉方式能夠顯著提高黃花菜產量。表中灌水量和施肥量對黃花菜外觀指標沒有顯著影響(P>0.05)，但其中花長最大為W1、W3(11.8 cm)處理組，花粗較大的為W2、W3(8.52 mm、8.52 mm)處理組，單花重較大的為W3(3.49 g)處理組。

表4 不同水處理對黃花菜外觀指標和產量的影響

3.3 不同灌水量對黃花菜干鮮比及灌溉水利用效率影響

圖2表示了從不同灌水量下黃花菜干鮮比變化圖，圖中隨著灌水量的遞增，黃花菜干鮮比都呈現上升趨勢，表明灌水量有助于黃花菜對肥料營養成分吸收，促進黃花菜營養物質積累。圖3顯示不同灌水量下灌溉水利用效率變化圖，隨著灌水量遞增，灌溉水利用效率呈現下降趨勢，表明灌水量越多，黃花菜對水利用效率越差，綜合黃花菜產量變化情況，當灌水量為3450 m3/hm2時較為適宜。

圖2 不同灌水量下黃花菜干鮮比變化

圖3 不同灌水量下灌溉水利用效率(IWUE)變化

3.4 不同水肥處理對凈收益的影響

目前，寧夏黃花菜平均每公頃收益在4～5.8萬元之間。不同水處理和肥處理對凈收益影響見表5，其中凈收益最高為W3處理組，其凈收益分別為66057元/hm2，較W5和CK處理組分別高出12.19%和36.30%，表明適當灌水量和滴灌水肥一體化灌溉方式直接影響黃花菜產業經濟效益。

表5 盛產期黃花菜不同水肥處理的收益與支出

3.5 不同水肥處理對鮮重產量、凈收益的回歸分析

以灌水量(W)為自變量，黃花菜鮮重(Y)及凈收益(S)為因變量，通過SPSS軟件建立一元二次回歸方程。從表6可以得出，黃花菜鮮重產量和凈收益水灌水量和施肥量遞增呈現拋物線形式變化。其中產量和凈收益R2均大于0.8，表明該研究建立的數學模型對黃花菜產量和凈收益擬合程度較高，能夠較準確的反映該實驗寧夏鹽池縣花馬池鎮黃花菜試驗園區其產量及凈收益情況。經計算，水量實驗模型中鮮重最大(19587 kg/hm2)所需水肥為3470 m3/hm2、675 kg/hm2，凈收益最大(78914元/hm2)所需水肥為3346 m3/hm2、675kg/hm2。

表6 不同水量投入與產量、凈收益的回歸模型

4 結論

(1)灌水量不同，灌溉水在土壤中儲存的深度不同，當灌水量小于3000 m3/hm2時，灌水主要儲存在0～40 cm土層中；當灌水量為3450 m3/hm2時，灌溉水主要儲存在0～80 cm土層中；當灌水量大于3450 m3/hm2時，灌溉水會下滲到100 cm及以下土層中，不能被黃花菜利用，造成灌溉水流失。

(2)通過方差分析得出，灌水量對產量有顯著影響，但對黃花菜的外觀指標沒有顯著影響；通過回歸分析得出，黃花菜產量和凈收益都隨水肥遞增呈現拋物線形式變化。綜合灌水量對黃花菜外觀指標、產量、干鮮比、灌溉水利用效率和凈收益等指標的影響，本實驗條件下，最優水肥量為3450 m3/hm2，灌水次數為11次。通過回歸分析得出，適宜的灌水量范圍為3346～3470 m3/hm2。