不同灌水下限对盆栽油葵生长、耗水及产量的影响

姚佳宾，李和平，吴鑫淼，高赢磊，李积铭，李爱国，郄志红

(1.河北农业大学城乡建设学院，河北 保定 071001；2.河北省农林科学院旱作农业研究所，河北 衡水 053000)

0 引 言

油葵(Helianthus annuus Linn.)属菊科(Compositae)向日葵属(Helianthus)植物，含油率较高，是我国四大油料作物之一[1]。油葵籽油被称为“健康营养油”，含有丰富的对人体有益的不饱和脂肪酸，其中亚油酸含量高达65%～73%，油酸含量为20%左右，含有干油脂、多种维生素以及矿物质[2,3]。油葵具有生长周期较短、适应性强、耐盐碱和耐干旱等特性，在当前华北平原水资源短缺和地下水超采严重的情况下，耐旱作物油葵在农业种植结构调整中取得了较大的发展，逐步成为区域内第四大粮食作物[4]。

不同区域条件下，作物生长环境的气候条件差别较大，导致作物生长、耗水特征存在显著的差异。同一作物的不同品种在农业高效用水方面也存在着较大的生理和遗传差异[5]。目前，国内关于油葵的研究主要集中在西北[6]、东北[7]等地区，华北地区作为油葵的重要生产区域，有关该区域内油葵生长和耗水的研究尚未见报道。国外有研究表明，在很多地区，充分灌溉能够使油葵获得最大产量[8,9]，但华北地区属于水资源短缺地区，应当考虑节水和增产的双重目标。土壤水分适宜下限指标是制定灌溉制度的重要参数，国内针对土壤水分适宜下限的研究多集中于玉米[10]、小麦[11]和水稻[12]等主要农作物。本文选择在河北省保定市河北农业大学东校区试验田进行盆栽控水试验，根据李和平[4]等在华北地区油葵的种植经验，选用适宜该地种植的高产和稳定性强的DW567和新葵20号两个品种，分析不同灌水下限对盆栽油葵生长、耗水及产量的影响，为华北平原地区油葵节水灌溉提供参考依据，对于提高油葵产量，扩大油葵的播种面积，促进华北平原区种植业结构调整和结构节水具有重要的意义。

1 试验材料与方法

1.1 试验区概况

试验布置在河北省保定市河北农业大学东校区试验田内，地理位置坐标为东经115°48′，北纬38°85′，海拔高度14.3 m。试验地多年平均降水量550 mm，多年平均气温12 ℃，多年平均日照时数2 673 h，多年平均蒸发量1 750 mm，属温带季风性气候。供试土壤取自试验田内0～20 cm土层，为沙粉土，土壤理化性质见表1。

1.2 试验设计与布置

试验根据花盆内0～30 cm土层的含水率为油葵的灌水控制下限，分别设为80%fc(T1)，70%fc(T2), 60%fc(T3)，50%fc(T4)和40%fc(T5)，fc为田间持水率，共5个处理，每个处理3次重复，采用新葵20号和DW567两个品种，来比较不同品种对不同水分处理的响应，对抗旱品种的选择提供依据。灌水根据土壤水分上下限控制，上限为田间持水率，下限为各处理所规定的灌水下限，当土壤含水率降至灌水下限时灌水至上限。灌水定额由式(1)计算。

表1 土壤水力特征参数和初始养分含量Tab.1 Soil hydraulic characteristic parameters and initial nutrient content

I=(ρ0-ρ)Ah

(1)

式中：I为灌水定额，L；ρ0为以体积含水率表示的田间持水率，%；ρ为以体积含水率表示的土壤含水率下限，%；A为花盆表面积，m2；h为土层深度，m。

盆栽试验用直径0.38 m、高0.35 m的塑料花盆。试验用土经自然风干过筛后，均匀填装，填装深度0.3 m。油葵于2017年4月24日播种，每盆均匀播种5粒油葵籽，5月1日进行定苗后，每盆留长势均匀的油葵幼苗1株，苗期开始，并开始进行控水处理。播种前，每盆中施加底肥尿素10 g和磷酸二铵10 g，在现蕾期进行一次追肥，每盆施用5 g尿素[13]。采用量筒灌水并记录每次的灌水量，在花盆下放置聚氯乙烯(PVC)盛水器收集渗漏水，将每次灌水产生的渗漏水收集于量筒内，并进行记录。在雨天将油葵放置塑料棚内进行遮雨。

试验根据油葵的生长发育规律，把油葵整个生育期划分为苗期、现蕾期、开花期、灌浆期和成熟期5个生育阶段，各生育阶段的起止日期见表2。

表2 油葵生育期划分Tab.2 Division of growth period of potted sunflower

1.3 测定内容及方法

1.3.1 土壤含水率

采用土样取土烘干法进行土壤含水率的测定，测定深度为0～30 cm，每15 cm为一层，试验期间每隔2～7 d测定一次。

1.3.2 耗水量

采用水量平衡法计算不同灌水处理的油葵实际耗水量，具体公式为：

ETc=P+I+ΔW-R-D

(2)

式中：ETc为作物耗水量，L/盆；P为降水量，L/盆；I为灌水定额，L/盆；△W是土壤水分变化量，L/盆；R是地表径流，L/盆；D是花盆渗漏量，L/盆。

由于本试验采用盆栽控雨试验，因此降水量和地表径流可以忽略，因此，R=0，P=0。因此方程式可以简化如下：

ETc=I+ΔW-D

(3)

1.3.3 作物生长指标

作物生长指标测定内容包括株高、叶面积、盘茎和地上干重等。采用卷尺测量每株油葵的株高，每隔10 d测定一次；用直尺对叶片一片一片进行测量，叶长为叶片基部到叶尖，叶宽为叶片最宽处，累计算出每株油葵的叶面积，油葵单叶面积(cm2)=叶长(cm)×叶宽(cm)×0.65[14]。待油葵成熟，用直尺测量每株油葵的盘茎；收获时，距离根部5cm处截取油葵的地上部鲜物质，之后在105 ℃下杀青1 h，70 ℃下烘干至恒重，用电子天平称重测定每株油葵的地上部干物质重。

1.3.4 产 量

待油葵成熟后，人工收割花盘后进行晾晒，然后手工剥粒，称取每株油葵的籽粒重量，取3个重复的平均值作为每个处理的单株产量，并从每个处理随机数出3个一百粒种子，分别称重，求其平均值，作为各处理的百粒重。

1.4 试验数据分析方法

数据分析采用数据分析软件SPSS Statistics 18.0V进行，用Microsoft Excel 2010进行数据处理及作图。

2 结果与分析

2.1 不同灌水下限对盆栽油葵株高的影响

株高是衡量作物生长发育状况的形态指标之一，它不仅与作物的遗传特性有关，同时也受种植管理措施和环境因素的影响。表3分别给出了两个不同品种油葵在不同水分处理间株高的变化过程。从表中可以看出，各处理株高具有相同的变化趋势，油葵的株高在定苗后的前35 d内(苗期)增长缓慢，随后(进入现蕾期后)快速增长，到定苗后65 d前后(开花和灌浆期)株高基本保持不变。从全生育期来看，新葵20号的T1、T2和T3间的株高没有明显的差异，三组的株高长势最好；DW567的T2和T3间的株高没有明显的差异，两者的株高长势最好。两个品种均以T4和T5的株高长势较低，说明50%fc和40%fc的灌水下限严重影响了油葵株高的正常生长。DW567的T1与其T2、T3对比分析可知，在定苗55 d后，T1的株高明显小于其T2和T3的株高，可能的原因是灌水下限过高一定程度上抑制了油葵株高的生长。

表3 不同灌水下限对盆栽油葵株高的影响 cm

注：a、b、c等不同字母表示同一品种同一列数值在0.05水平上的差异显著性，下同。

2.2 不同灌水下限对盆栽油葵叶面积的影响

叶片是叶冠的重要组成部分，叶面积对作物干物质的积累和最终产量的形成至关重要，其大小直接影响着作物对光能的利用效率，继而影响作物产量。表4分别给出了两个不同品种油葵在不同水分处理间单株油葵叶面积的变化过程。从表中可以看出，各处理叶面积具有相同的变化趋势，油葵的叶面积在定苗后的前35 d内(苗期)增长缓慢，随后(进入现蕾期后)快速增长，到定苗后65 d前后(开花期)叶面积达到最大值，进入灌浆成熟期后，随着植株的衰老，叶片的枯萎，叶面积开始下降。从全生育期来看，新葵20号各处理间，T2和T3的全生育期叶面积最大，两者间没有明显的差异，但明显大于T4和T5的全生育期的叶面积，说明50%fc和40%fc的灌水下限严重影响了油葵叶面积的正常生长。在定苗65 d前后，T1的叶面积明显小于T2和T3的叶面积，说明灌水下限过高一定程度上抑制了油葵叶面积的生长。DW567各处理叶面积的差异性与新葵20号相似。

2.3 不同灌水下限对盆栽油葵盘茎和地上干重的影响

在油葵生育阶段结束时，通过对盘茎和地上干重的值进行统计分析，确定各灌水下限对盘茎和地上干重的影响(图1)。

表4 不同灌水下限对盆栽油葵单株叶面积的影响 cm2

图1 不同灌水下限对盆栽油葵盘茎和地上干重的影响Fig.1 Effects of different irrigation lower limits on disc diameter and aboveground dry weight of potted sunflower

从图1中可以看出，新葵20号各处理间，T2的盘茎和地上干重最大，与T3的差异不显著，与其他处理的差异达到了显著水平；DW567各处理间，T3的盘茎和地上干重最大，与T2的差异不显著，与其他处理的差异达到了显著水平。说明以60%fc或70%fc为灌水下限更有利于油葵盘茎的形成和干物质的积累。作物通过光合作用形成碳水化合物，积累干物质，积累量的大小直接反映在株高、叶面积和盘茎等形态指标上。T2和T3的植株生长状况良好，株高、叶面积和盘茎等均较大，所以干物质积累较多，地上干重较大，而T4和T5的灌水下限相对较低，水分亏缺较严重，作物生长受到限制，株高、叶面积和盘茎等相对较小，所以干物质积累较少，地上干重较小。T1的盘茎和地上干重较小的原因可能是由于土壤含水率长期处于较高的水平，一定程度上会抑制根系的呼吸，不利于根系的下扎及营养物质由根系茎秆输送至冠层，与T2和T3相比较，株高、叶面积和盘茎等相对较小，干物质积累较少，所以地上干重较小。

2.4 不同灌水下限对盆栽油葵耗水的影响

表5为根据水量平衡公式(3)计算的各灌水处理的盆栽油葵的耗水量。从表5中可以看出，两个品种不同处理间的耗水量差异显著，新葵20号各处理的全生育期耗水量在34.36～46.93 L/盆；DW567各处理的全生育期耗水量在37.63～50.23 L/盆。两个品种均以T1的全生育期耗水量最大，与T1相比较，新葵20号的T2、T3、T4和T5的全生育期耗水量分别降低了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别降低了4.4%、8.6%、16.3%和25.1%。不同处理间耗水量的差异是植物蒸腾和棵间蒸发共同影响的结果。从油葵的生长状况可以看出，与T4和T5相比而言，T2和T3植株长势相对较好，且土壤含水率处于相对较高的水平，植物蒸腾能力和棵间蒸发能力均较强是其耗水量较高的主要原因；T1植株与T2和T3相比，植株长势相对较弱，但其土壤含水率相对最高，棵间蒸发能力较强是其耗水量偏大的主要原因；T4和T5植株长势较弱，尤其是T5植株长势最弱，且土壤含水率相对最低，棵间蒸发和植物蒸腾能力均较弱是其耗水量最低的主要原因。有关盆栽油葵的耗水构成机制还需深入研究。

表5 不同灌水下限对盆栽油葵耗水量的影响 L/盆

2.5 不同灌水下限对盆栽油葵产量的影响

不同灌水下限对盆栽油葵的百粒重、单株产量和水分利用效率的影响见表6。从百粒重上来看，新葵20号各处理间，T2的百粒重最大，与T2相比较，T1、T3、T4和T5的百粒重分别降低了9.4%、5.2%、16.4%和30.4%，显著性检验结果表明，T2与T1、T3的差异不显著，与其他处理的差异显著；DW567各处理间，T3的百粒重最大，与T3相比较，T1、T2、T4和T5的百粒重分别降低了11.2%、1.7%、17.9%和22.5%，显著性检验结果表明，T3与T1、T2的差异不显著，与其他处理的差异显著。从单株产量上来看，新葵20号各处理间，T2的单株产量最大，与T2相比较，T1、T3、T4和T5的单株产量分别降低了14.5%、7.4%、30.1%和49.6%，显著性检验结果表明，T2与T3的差异不显著，与其他处理的差异显著；DW567各处理间，T3的单株产量最大，与T3相比较，T1、T2、T4和T5的单株产量分别降低了14.0%、2.6%、19.2%和35.4%，显著性检验结果表明，T3与T2的差异不显著，与其他处理的差异显著。新葵20号各处理的水分利用效率从大到小为T2>T3>T4>T1>T5；DW567各处理的水分利用效率从大到小为T3>T2>T4>T5=T1。

表6 不同灌水下限对盆栽油葵产量及水分利用效率的影响Tab.6 Effects of different irrigation lower limits on yield and water use efficiency of potted sunflower

注：以每盆计。

在同样处理条件下，DW567的百粒重、单株产量和水分利用效率均高于新葵20号。在低灌水下限(T4和T5)条件下，分别与其达到最大单株产量的处理(T2或T3)对比分析，从两个品种的单株产量的降低程度可以看出，新葵20号的单株产量较DW567减产程度相对严重。说明DW567的抗旱性优于新葵20号。

3 结 语

(1)土壤水分下限控制过低会严重影响油葵的株高、叶面积和盘茎的生长以及干物质的积累，T4和T5的土壤水分控制下限对油葵生长形成了较为严重的水分胁迫，而T2和T3则可以满足油葵正常生长的水分需求，T1的土壤水分控制下限的土壤含水率过高，不利于油葵的生长。

(2)不同处理间耗水量的差异是植物蒸腾和棵间蒸发共同影响的结果。本试验结果表明，灌水下限越低，油葵的耗水量越小。新葵20号各处理的全生育期耗水量在34.36～46.93 L/盆；DW567各处理的全生育期耗水量在37.63～50.23 L/盆。

(3)不同灌水下限对两个不同品种盆栽油葵的百粒重和单株产量影响显著。两个品种均以T2或T3的百粒重和单株产量最大，二者间没有明显的差异，但二者的单株产量都明显大于其他处理。新葵20号以T2的水分利用效率最大，DW567以T3的水分利用效率最大。

(4)总体上看，DW567的百粒重、单株产量和水分利用效率均高于新葵20号，且DW567的抗旱性优于新葵20号。

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