水肥耦合对南疆沙区滴灌红枣光合特性及产量的影响

扁青永，王振华,2，胡家帅，何新林,2，李朝阳(.石河子大学 水利建筑工程学院，新疆石河子 832000；2.现代节水灌溉兵团重点实验室,新疆石河子 832000)

红枣是南疆沙区发展节水型林果业的重要经济作物，但南疆地区水资源极度匮乏，枣园缺少合理的科学灌溉施肥技术，传统的漫灌和大量施肥现象普遍存在，其直接影响红枣的生长、产量和生产效益，同时也影响着生态环境；实现滴灌条件下水肥的合理利用是提高作物生长、产量和水肥利用率的关键因素[1-2]。

目前，一些学者开展了滴灌条件下灌溉和施肥对红枣生长、产量、品质和水肥利用效率等指标的影响研究，张亚鸽等[3]通过田间施肥调控使红枣叶片的净光合速率、气孔导度、水分利用效率及产量分别提高50%、100.5%、48.8%和53.3%。柴仲平等[4-5]通过研究得出增施氮素有利于提高枣树叶片净光合速率和增产。此外，众多学者通过水肥耦合试验得出红枣最佳水肥量[6-8]。以上研究主要局限于单方面灌溉定额、施肥量对红枣各项指标的影响或是水肥耦合对红枣生长、产量等少量指标的影响，而关于灌溉定额与施肥量配比对红枣生长、产量和水肥利用效率等综合指标的研究较少。本试验研究集中在水肥耦合对滴灌红枣光合特性、生长、产量及水肥利用效率的综合影响，旨在提出综合红枣光合特性、生长、产量及水肥利用效率最优的水肥灌溉模式，以期为南疆沙区红枣优质高效生产的水肥综合管理提供可借鉴的技术与方法。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016 年5-11 月在新疆生产建设兵团第一师阿拉尔农业灌溉试验站进行。该区地处亚欧大陆腹地的塔里木河畔，受塔克拉玛干沙漠的影响，属典型的大陆性极端干旱荒漠气候类型。年均日照时数达2 865 h，年均气温10.7 ℃，大于等于10 ℃积温为4 113 ℃，无霜期达220 d，多年平均降水量为67 mm，平均蒸发量2 110 mm。试验地地下水埋深大于3.5 m，试验站设有小型气象站，可自动记录大气压力、地面温度、有效辐射、最小相对湿度及太阳辐射等。土壤基本理化性质：土壤质地以粉砂质粘壤土和粘壤土为主，田间持水量为19.43%～24.13%(灌后24 h测定)，体积质量1.41 g·cm-3。

滴灌施肥是由水肥一体化设备控制，设备主要由水源、水泵、旋翼式水表、比例施肥泵和输配水管道系统等组成。滴灌带为内镶贴片式滴灌带，内径12 mm，滴头间距300 mm，滴头流量2 L·h-1，滴灌工作压力0.05～0.12 MPa。

研究对象为南疆‘骏枣’8 a成龄枣树，2008 年种植，2009 年嫁接，常年连续漫灌，2016-05-15开始进行漫灌改滴灌条件下水肥耦合试验。

1.2 试验设计

根据文献[9]及当地农艺管理，设定灌溉定额和施肥量2个因素，灌溉定额分别为低水620 mm(W1)，中水820 mm(W2)，高水1 020 mm(W3)3个水平。施肥量采用N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1.5的比例(质量比)，设定3个水平(低肥，中肥，高肥)，即施N，P2O5，K2O分别为200-100-150 kg·hm-2(F1)，400-200-300 kg·hm-2(F2)，600-300-450 kg·hm-2(F3)，另设置一个漫灌灌溉定额(1 020 mm)和施肥量(550-275-412 kg·hm-2)为对照处理(CK)，根据红枣的需肥规律，采取少量多次的原则，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，将肥料完全溶解于肥料罐中，通过水肥一体化装置施入，施肥前半小时滴水，停水前半小时结束施肥。试验设计见表1。

表1 试验设计

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长指标 在新梢萌芽期、花期进行新梢长度和梢径(主梢)的测定，每处理重复3次，每重复取样5棵红枣树，每个生育期7～10 d测量1次，取平均值。新梢长度用卷尺测定，从新梢(侧枝)与主干枝交界处测量；梢径使用游标卡尺进行测量，测量部位始终为新梢基部。

1.3.2 光合指标 于2016-07-30 10:00-18:00进行光合指标的测定(验证试验光合指标测定于2016-09-15 10:00-18:00)，采用Li-6400便携式光合测定仪(Li-CorInc，USA)测定净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。为降低环境变化带来的误差，采取“Z”字形测量法，即一次重复的每一个处理测定一个数据即进入下一处理，全部处理都测完后进入下一次循环，如此依次测完。

1.3.3 红枣产量指标 红枣成熟后按小区采摘，每个处理随机取5棵，取平均值，再折合每公顷产量。计算灌溉水分利用效率(iWUE，kg·m-3)即用每个处理的总产量比总灌溉量[10-11],肥料偏生产力(PFP,kg·kg-1)为每个处理的总产量比总施肥量[12]。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2010进行数据计算；用SPSS 17.0统计软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 水肥耦合对滴灌红枣光合特性的影响

由表2可以看出，灌水对红枣叶片Pn、Tr、Gs、Ci均达到极显著水平(P<0.01)；施肥对红枣叶片Pn、Tr、Gs、Ci的影响不显著(P>0.05)；水肥交互作用对红枣叶片Pn、Tr、Gs达到极显著水平(P<0.01)，对Ci的影响显著(P<0.05)。因此，灌水因素和水肥耦合效应对红枣光合特性的影响明显大于养分。

还可以看出，不同施肥水平下，红枣叶片Pn、Tr随灌溉量的增加表现为W2>W3>CK>W1(平均值，下同)，且W2和W3灌溉水平Pn值较CK分别提高8.07%、3.40%，Tr值较CK分别提高 14.59%、1.00% ；而Gs和Ci表现为W2>CK>W3>W1，W2水平Gs和Ci值较CK分别提高4.44%、7.26%。在不同灌水量条件下，增加施肥量，Pn、Tr、Gs、Ci值之间差异较小。不同水肥处理红枣叶片Pn、Tr、Gs、Ci最大值一般出现在W2F1处理，Pn、Tr、Gs最小值出现在W1F1处理，而Ci最小值在W1F3处理，各处理Pn、Tr、Gs和Ci最大值比最小值分别提高23.00%、22.54%、58.06%和58.08%，比CK分别提高12.61%、17.32%、8.89%、10.66%。这也说明红枣Pn、Tr、Gs、Ci之间密切相关。当红枣Pn、Tr过高或过低时，可以通过控制红枣叶片的气孔开放程度的大小来适应外界环境，其归因于气孔限制因素。

表2 不同水肥处理对红枣叶片光合特性的影响

注:数值为“平均值±标准差”，字母a,b,c等表示同一列在P=0.05水平差异显著，如不同小写字母表示处理之间差异显著(P<0.05)，相同小写字母表示差异不显著(P>0.05)。*表示P<0.05水平差异显著，**表示在P<0.01水平差异极显著。无*表示在P>0.05水平差异无显著。下表同。

Note：Data is “mean±standard error”;the different letters marked as a,b,c,etc shows the difference between treatments in each column at 0.05 significant level and 0.01 level respectively.No * indicates no significant,the same as following.

2.2 水肥耦合对滴灌红枣生长指标的影响

表3为不同水肥处理对红枣新梢生长指标的影响。如表所示，灌水对红枣生长的影响达到显著(P<0.05)或极显著水平(P<0.01)，施肥对红枣生长的作用不显著(P>0.05)，水肥交互作用对红枣生长的影响均表现为极显著水平(P<0.01)，说明灌水因素和水肥耦合效应对红枣生长的影响显著高于施肥因素。

2.2.1 水肥耦合对红枣梢径的影响 从表3可以看出，各水肥处理的红枣梢径随着生育期持续增加，新梢前期最低，花后期最高。在新梢前期，不同施肥水平下，梢径伴随着灌水量增加表现为CK>W3>W2>W1,低水、中水和高水分别比对照低22.12%、17.55%、3.70%，在不同灌水水平下，增加施肥量梢径表现为CK>F3>F2>F1，低肥、中肥、高肥处理比对照降低16.15%、14.85%、10.37%；从新梢中期开始，W2F2处理生长势增强，其梢径均高于其他处理，同时W2F2梢径增加量为6.07 mm，高于其他水肥处理及CK增加量(4.84 mm)。由此表明，新梢前期可以通过增加水肥用量来增加梢径；从新梢中期开始，W2F2处理能够为红枣树充分输送所需的养分和水分。

2.2.2 水肥耦合对红枣梢长的影响 水肥处理梢长随着生育期的延长而增加，变化趋势基本与梢径一致(表3)。CK梢长整体高于试验设置的水肥处理，说明传统漫灌方式有利于红枣梢长的生长。新梢前期，W3F1处理梢长为45 cm，表现最好，与W3F3和CK处理之间无显著性差异(P>0.05)；进入新梢中期，W2F2处理生长势增强，始终表现为最佳，W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2、W2F3、W3F1、W3F2、W3F3、CK处理的梢长增加量分别为51 cm、51 cm、42 cm、57 cm、64 cm、56 cm、48 cm、58 cm、55 cm、59 cm，W2F2处理梢长增加量明显高于其他处理。由此表明：在新梢前期，增加灌水施肥量对梢长增长有明显的作用；到新梢中期，通过W2F2水肥处理为植株输送充足的营养物质及水分，结论与梢径相同。

表3 不同水肥处理对红枣新梢生长量的影响

2.3 水肥耦合对滴灌红枣产量的影响

图1为不同水肥处理对红枣产量的影响。其中灌水和施肥对红枣产量的影响均不显著(P>0.05)，水肥交互作用对红枣产量的影响达到极显著水平(P<0.01)。说明水肥耦合效应对红枣产量的影响大于单因素水分或施肥对其的影响。因此水肥耦合模式的优化选择对提高红枣产量有重要意义。

同时可以看出，不同水肥处理下红枣产量在4 661(W1F2)～7 256 kg·hm-2(W2F1)区间；CK产量6 796 kg·hm-2仅仅低于W2F1(7 256 kg·hm-2)和W2F2处理(6 803 kg·hm-2)，W2F1处理产量较CK增产6.77%。不同灌水水平对红枣产量均有不同响应，其在W1和W3灌溉定额条件下，施肥量F2水平的产量显著低于F1和F3水平，F2施肥量的产量比F1、F3分别降低1.48%、26.13%(W1)，12.65%、10.63%(W3)；在W2灌溉定额水平下，红枣产量表现为F1>F2>F3，F1产量比F2、F3分别提高6.66%、25.13%；在相同施肥量条件下，红枣产量随灌水量整体上表现为W2高于其他灌溉水平，W2水平红枣产量比W1、W3分别提高33.14%、29.50%(F1)，45.94%、39.01%(F2)。需指出的是，在F3施肥量水平下，W1与W2之间差异很小，W2比W3提高7.11%。以上结果表明，提高施肥量对红枣产量会产生不利影响，同时，过高或过低的灌水均不利于提高红枣产量，W2F1处理的红枣增产效果最明显。

字母a、b、c等表示同一列在0.05水平差异显著，如不同小写字母表示处理之间差异显著(P<0.05)，相同小写字母表示差异不显著(P>0.05),下图同 The letters a,b,c and said the same column significantly different at 0.05 level,such as different lowercase letters mean significant difference between treatments(P<0.05),the same lowercase letters indicate no significant difference (P>0.05),the same below

图1不同水肥处理对产量的影响

Fig.1Effectsofdifferentwaterandfertilizertreatmentsonyield

2.4水肥耦合对滴灌红枣灌溉水利用效率和肥料偏生产力的影响

不同水肥处理对红枣灌溉水利用效率(iWUE)和肥料偏生产力(PFP)的影响见图2。灌水对红枣iWUE的影响达到极显著水平(P<0.01)，而对PFP无显著差异(P>0.05)；施肥对红枣iWUE的影响无显著性水平(P>0.05)，对PFP达到极显著水平(P<0.01)；水肥耦合效应对红枣iWUE和PFP均达到显著性水平。这说明单一水分或施肥因素对红枣iWUE和PFP具有局限性，水分只对iWUE具有显著作用，而施肥对PFP有明显影响；但水肥交互作用对iWUE和PFP均有显著影响，进一步说明水肥耦合效应对红枣影响大于单因素水分或施肥对其的影响。

另外，iWUE与PFP值分别介于4.53 kg·m-3(W3F2)～8.17 kg·m-3(W1F3)、4.38 kg·kg-1(W3F3)～16.12 kg·kg-1(W2F1)，iWUE和PFP最大值较CK分别提高29.89%、193.41%；不同施肥水平下，iWUE伴随着灌水量增加表现为W1>W2>CK>W3，低水和中水处理比对照分别提高17.65%、17.64%，PFP则表现为W2>W3>W1>CK，中水、高水和低水比对照分别提高35.88%、75.41%、37.34%；不同灌水水平下增加施肥量iWUE和PFP分别表现为F1>F3>CK>F2、F1>F2>CK>F3，低肥和高肥处理iWUE值比CK分别提高9.38%、3.18%，同时，低肥和中肥处理PFP值比CK分别提高146.99%、17.85%。由此可知，中水和低肥处理在红枣产量最高的基础上，iWUE和PFP也达到较高水平。

图2 不同水肥处理对灌溉水利用效率和肥料偏生产力的影响

3 讨 论

水肥因素是红枣生长和发育的重要保障，也是影响作物光合生理特性的主要因素[13]。李建明等[14]研究认为，灌水和水肥交互作用对光合的影响大于施肥因素，这与本试验研究结果一致。植物的光合作用及蒸腾作用直接受到气孔导度的影响，植物能够通减小或部分关闭气孔导度，进而降低蒸腾作用减少水分散失，同时叶片气孔关闭也会影响植物叶片内部的气体与外界的交换，进而降低植物叶片光合作用[15-16]。本试验研究表明，红枣Pn、Tr、Gs、Ci之间密切相关，红枣叶片通过控制气孔开放大小来适应外界环境，其归因于气孔限制因素，其结果与周罕觅等[17]研究结果一致。本研究还发现，过高或者过低灌水不利提高红枣叶片进行光合作用；杨丽等[18]发现，作物的Pn、Tr、Gs随施肥水平的增加而提高，这与本结果不一致，可能由于本试验是在滴灌改漫灌条件下进行，往年长期漫灌的红枣对养分需求较多，因此本试验设定的施肥水平较高，提高施肥可能不会提高光合作用。

对红枣生长、产量及水肥利用效率指标进行分析表明，新梢前期，可以通过W3F3处理提高红枣生长；从新梢中期开始，W2F2处理植株物质积累量最大，出现明显“徒长”现象[19]。何进宇等[20]认为水肥交互作用显著，高水高肥处理对作物增产效果显著。本试验研究表明，单一灌水或施肥因素对红枣产量的影响均达到显著性水平，水肥交互作用对红枣增产效果明显；另外，水肥耦合对红枣iWUE和PFP的影响显著。杨小振等[19]研究表明，过高的灌水量和施肥量并未显著提高产量、灌溉水利用效率及肥料偏生产力，中水处理iWUE反而提高。还有一些学者认为增大灌水量和减少施肥量能够使作物肥料偏生产力增大[21]。本研究表明，中水低肥处理(W2F1)下在红枣产量最高的基础上，灌溉水利用效率和肥料偏生产力也达到较高水平。

4 结 论

4.1 在南疆沙区漫灌改滴灌条件下，水肥耦合对红枣光合特性、生长、产量、灌溉水利用效率和肥料偏生产力的效应均达到显著水平；同时灌水因素对红枣光合特性、生长、灌溉水利用效率的影响显著，施肥对肥料偏生产力的影响显著。

4.2 红枣叶片Pn、Tr、Gs和Ci值一般在中水低肥处理(W2F1)最大；新梢前期，高水高肥处理(W3F3)适宜红枣生长，从新梢中期开始，中水中肥处理(W2F2)能显著提高红枣生长；W2F1处理下红枣产量最高，同时iWUE和PFP值较优。W2F1处理的红枣叶片Pn、Tr、Gs、Ci比CK分别提高12.61%、17.32%、8.89%、10.66%；产量、iWUE和PFP较CK分别提高6.77%、29.89%、193.41%。

4.3 全面综合考虑水肥协同效应、光合特性、生长、产量及水肥利用效率等多种红枣指标，在南疆沙区漫灌改滴灌条件下红枣的灌溉定额和施肥量宜控制在820 mm(W2)、200-100-150 kg·hm-2(F1)左右时比较适宜，该水肥组合为南疆沙区滴灌条件下红枣高效生产提供依据，同时对改善南疆传统农业方式有很大的积极作用。该研究只在南疆沙区进行了1 a的试验，结果可靠性有待长期试验进行验证。

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