水肥供应对南疆沙区滴灌红枣生理、生长及产量的影响

扁青永，王振华,2，胡家帅，何新林,2，李朝阳

(1.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。据统计，在新疆生产建设兵团第一师所在地区(南疆阿克苏)传统的漫灌灌溉方式红枣种植面积达12.7万hm2，占红枣种植面积95%，而红枣滴灌方式应用普及率只有5%，传统漫灌方式直接影响红枣的生长、产量和生产效益，同时也会影响生态环境，因此实现滴灌条件下水肥合理利用，对改善粗放的水肥管理起到积极作用[1-2]。

近年来，国内外学者就滴灌条件下相关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长和产量的提高，此外，一些学者对红枣进行单因素分析研究[11-12]，但水肥供应方面对红枣研究较少；还有一些研究主要局限于单方面灌溉定额、施肥量(或施肥方式)对红枣各项指标的影响。本文通过试验研究不同水肥处理对南疆沙区滴灌红枣生理生长及产量的影响，探索适应该地区红枣生长的最佳供水施肥模式，对改善南疆沙区传统农业有一定指导意义。

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℃，≥10℃积温为4 113℃，无霜期达220 d，多年平均降水量为67 mm，多年平均蒸发量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、最小相对湿度和太阳辐射等。供试土壤(0～20 cm)基本理化性质：土壤质地以粉砂质粘壤土为主，有机质3.81 g·kg-1，全氮0.47 g·kg-1，碱解氮15 mg·kg-1， 速效磷9.4 mg·kg-1，速效钾68 mg·kg-1，田间持水量为24.13%(灌后24 h测定)，干容重1.41 g·cm-3。

以第一师阿拉尔农业灌溉试验站内8 a成龄骏枣树为试验材料，2008年种植，2009年嫁接，常年连续漫灌，2016年5月15日开始在漫灌改滴灌条件下进行水肥供应试验。

1.2 田间试验布置

枣树采用宽窄行种植模式，滴灌铺设均为1行2管，即在树行两侧20 cm处各布置一根滴灌带，在枣树根部处开孔安装滴头，滴灌施肥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，红枣种植模式见图1。

1.3 试验方法

试验区在常年漫灌改滴灌条件下进行，需要较大的灌水量和施肥量满足红枣生长需求，根据文献[12]和当地农艺管理，设定灌溉定额和施肥量两个因素，采用水、肥二因素三水平完全处理。灌溉定额设620 mm(W1)，820 mm(W2)，1 020 mm(W3)三个水平，施肥量采用N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1.5的比例，设定三个水平(低肥，中肥，高肥)，即施肥量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)，共9个处理，每个处理设定3次重复。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30 min滴水，停水前30 min结束施肥。试验具体灌溉制度见表1。

1.4 测试项目及方法

1.4.1 生长指标 在2016年5月5日进行第一次新梢长度和梢径(主梢)的测定，每个处理取样5棵红枣树，7～10 d测量一次，2016年7月10日最后一次测定，梢长和梢径增加量=最后梢长和梢径测定数据—最初梢长和梢径测定数据，并取平均值。新梢长度用卷尺测定，从新梢与主干交界处起测量；梢径使用游标卡尺进行测量，测量部位始终为新梢基部。

1.4.2 光合指标 于2016年7月30日10∶00-20∶00 进行光合指标的测定(2016年7月31日10∶00-20∶00进行验证测量)，采用Li-6400便携式光合测定仪,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)的日变化,在10∶00-20∶00时间段进行，每隔2 h测定一次。光源采用自然光源，每个处理选取3棵红枣树，在每棵树上分别选取上、中、下3片叶子进行测定，每个处理共计9片叶并取其均值，测定前对叶片做好标记。根据记录参数计算水分利用率(WUE)，其计算公式为:WUE=Pn/Tr。

图1 红枣种植模式Fig.1 The planting patterns of jujube

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

1.4.3 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[13]。

1.4.4 增产效应

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

式中:YX为某水分处理和某肥料处理的产量(kg·hm-2);YL为低水分低肥料处理的产量(kg·hm-2)。

2 结果与分析

2.1 水肥供应对滴灌红枣生理指标的影响

表2是不同的水肥处理对红枣叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)的影响。其中灌水对红枣叶片Pn、Tr、Gs、Ci和WUE影响均达到极显著水平(P<0.01)；施肥对红枣叶片Pn、Tr、Gs、Ci和WUE的影响不显著(P>0.05)；水肥交互作用对红枣叶片Pn、Tr、Gs和WUE影响达到极显著水平(P<0.01),对Ci的影响达显著(P<0.05)水平。

由表2可以看出，不同水肥处理Pn、Tr、Gs和Ci分别介于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之间，Pn、Tr、Gs、Ci最大值出现在W2F1处理(Ci最大值处理与W2F1处理无显著性差异)，最小值出现在W1F1处理，但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%。说明红枣叶片Pn、Tr、Gs、Ci间有着密切关系，叶片自身能够通过气孔导度的开放大小来控制红枣净光合速率和蒸腾速率，其归因于气孔因素。WUE最大值出现在W3F3处理，与W2F1处理相比，其Pn、Tr、Gs和Ci明显下降，但WUE反而增加了10.82%，说明W2F1处理虽然能得到较高水平的净光合速率和蒸腾速率，水分利用效率最大值却出现在W3F3处理。由表还可以看出，红枣叶片Pn、Tr、Gs和Ci随灌溉量的增加表现为：W2>W3>W1；红枣WUE表现为：W3>W1>W2；增加施肥量，红枣叶片Pn、Tr、Gs和Ci之间差异较小，不同施肥水平未达到显著水平(P>0.05)，说明灌水因素对红枣的光合特性和叶片水分利用效率的影响大于施肥。

表2 不同水肥处理对红枣叶片光合特性和水分利用效率的影响Table 2 Effects of different water and fertilizer treatments on photosynthetic characteristics and water use efficiency of jujube

注:数值为平均值±标准差，不同字母表示同一列在P<0.05水平差异显著，*表示在P<0.05水平差异显著，**表示在P<0.01水平差异显著。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 水肥供应对滴灌红枣生长指标的影响

图2是不同水肥处理对红枣梢径增加量和梢长增加量的影响。可以看出，灌水对红枣梢径增加量的影响达到显著水平(P<0.05)，对红枣梢长增加量同样达到显著性水平(P<0.05),施肥对红枣梢长增加量和梢径增加量均不显著(P>0.05)；水肥交互作用对红枣梢长增加量和梢径增加量达到极显著水平(P<0.01)。

如图2a所示,不同水肥处理的红枣梢径增加量在4.17～6.31 mm,最大值为W2F2处理，比最小值W1F1处理增加了51.32%。随着灌水量的增加，红枣梢径增加量逐渐升高，表现为：W3>W2>W1>W3水平红枣梢径增加量比W1，W2灌溉水平分别增加10.42%、5.56%(F1)，25.49%、10.34%(F2),11.32%、5.36%(F3)；在W1灌溉水平下，施肥量对红枣梢径增加量影响表现为：F3>F1>F2，类似在W2，W3灌溉水平梢径增加量表现为：F3>F2>F1>F2>F1>F3；说明不同灌溉水平施肥量对红枣梢径增加量的影响不同。由此说明，灌水因素对红枣梢径增加量的影响大于施肥。

图2 不同水肥处理对红枣梢径增加量和梢长增加量的影响Fig.2 Effects of different water and fertilizer treatments on shoots diameter and length increment of jujube

如图2b所示，不同水肥处理的红枣梢长增加量在48～64 cm,W3F2处理值最大，比最小值W1F1处理提高33.33%。梢长增加量与梢径增加量的变化规律相似，随着灌水量的增加而逐渐变大，表现为：W3>W2>W1；W3施肥量的红枣梢长增加量比W1、W2分别增加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，梢长增加量表现为：F3>F2>F1；在W2、W3灌溉量条件下表现为：F2>F3>F1，说明不同灌溉水平的施肥量对红枣梢长增加量的响应不同。由此说明，灌水因素对红枣梢长增加量的影响大于施肥。

2.3 水肥供应对红枣产量和灌溉水分利用效率的影响

不同水肥处理对红枣产量和灌溉水分利用效率的影响见表3。如表所示，灌水对红枣产量的影响不显著(P>0.05),对灌溉水利用效率的影响达到极显著(P<0.01,F=11.32)，施肥对红枣产量和灌溉水分利用效率的影响不显著(P>0.05，F=0.409,P>0.05,F=0.17)，水肥交互作用对红枣产量和灌溉水利用效率的影响均达到极显著(P<0.01)水平。

从表3可以看出，不同水肥处理红枣产量4 661～7 256 kg·hm-2，最大值为W2F1处理，比最小值W1F2处理提高55.67%。随着灌水量增加，红枣产量表现为：W2>W1>W3，W2灌水量比W1、W3分别提高24.18%、24.82%；随施肥量的提高，红枣产量表现为：F1>F3>F2，F1施肥量比F3、F2分别提高7.12%、10.93%。灌溉水分利用效率在W1F3处理下最高(8.17 kg·m-3)，但与W2F1处理无显著性差异(P>0.05)；增产效应反映了不同水肥处理相比于低水低肥的增产效果,可以看出，W1F2、W3F2、W3F3处理的增产效应为负值，W2F1处理的增产效应值最高为33.14%，此结果与产量结果相吻合。由此说明，并不是增加水肥使用量就能显著提高红枣产量，只有水肥交互作用达到最佳耦合效应才能提高红枣产量，本试验条件下，W2F1组合耦合效果较好，此处理为节水、节肥的最优处理。

表3 不同水肥处理对红枣产量和灌溉水分利用效率的影响Table 3 Effects of different water and fertilizer treatments on yield and irrigation water use efficiency

2.4 红枣生理生长指标间的相关性分析

2.4.1 净光合速率与其他生理生长指标间的相关关系 光合作用是植物将太阳能转化为生物能，并利用它将二氧化碳和水等无机物合成有机物时释放出氧气的过程，对植物的代谢、生长有重要作用[15-16]。因此研究红枣叶片净光合速率与其他生理、生长指标间的相关关系尤为重要。从图3(a)可以看出净光合速率与蒸腾速率、气孔导度之间呈现二次曲线关系，净光合速率与蒸腾速率之间的决定系数为R2=0.84258，净光合速率与气孔导度之间R2=0.87449,这说明红枣净光合速率与蒸腾速率、气孔导度之间密切相关，说明净光合速率在一定程度上能反应蒸腾速率、气孔导度；图3(b)显示，净光合速率与梢径增加量、梢长增加量之间分别呈现直线关系、三次曲线关系，净光合速率与梢径增加量、梢长增加量决定系数分别为R2=0.256、R2=52 933，这说明红枣叶片净光合速率与梢径增加量、梢长增加量有一定关系，但不密切。

2.4.2 产量与生理生长指标间的相关关系 产量作为最重要的经济指标，与红枣生理、生长特性存在一定关系。图3是红枣产量与其他指标间的相关关系。从图3(a)可以看出，产量与红枣叶片净光合速率呈现二次曲线关系、与叶片水分利用效率呈现直线关系。产量与净光合速率之间的决定系数R2=0.325 6，产量与水分利用效率的拟合度R2=0.323 6，根据拟合度可知，红枣产量与净光合速率、水分利用效率之间存在一定关系，但不密切；图3(b)为红枣产量与生长指标的拟合关系,可以看红枣产量与红枣梢径增加量有较好的拟合关系(R2=0.754 7)，产量与梢长增减量有一定的关系，但不密切，说明红枣梢径增加量在一定程度上能反应红枣产量。

图3 红枣叶片净光合速率与其他生理生长指标间的相关关系Fig.3 Correlation between net photosynthetic rate of jujube leaves and other physiological growth indexes

图4 红枣产量与其他生理生长指标间的相关关系Fig.4 Correlation between jujube yield and other physiological growth indexes

3 讨 论

水肥因子在农业生产中起到决定性作用，当水肥耦合效应达到最优时，才能起到高产增收的效果[17]。本文通过田间试验，研究了不同水肥处理对滴灌红枣生理生长及产量的影响，以期为南疆节水灌溉技术提供指导。

水肥因素是作物生长和发育的重要保障，也是影响作物光合特性的主要因素[18]。本试验条件下，灌水和水肥交互作用对叶片光合特性的影响达到极显著水平，施肥则不显著。这与王德权等[19]研究结果相似。此外本试验结果还表明，过高或者过低的灌水量均不利于红枣叶片进行光合作用，存在明显负效应，这与李银坤[20]等研究结果一致；提高施肥并未提高红枣光合特性，与王景燕等结果相反[21]，这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，另一方面，可能灌水和施肥对于叶绿素的提高具有拮抗作用，适宜的水肥调控才能显著提高作物光合指标[7]。

“以水促肥、以肥调水”这是水肥供应的关键，只有合理的水肥配比才能有利于作物生长发育和提高产量[22]。本文研究结果表明，水肥交互作用对红枣梢径和梢长增加量的影响呈极显著水平，灌水对其影响为显著性水平，施肥则不显著，这与刘小刚[23]等对小粒咖啡苗生长的研究结果相似。田军仓等[24-25]学者研究认为灌水量与施肥量的交互作用对产量影响显著。本试验结果表明，水肥交互作用对红枣产量达到显著性水平，灌水和施肥均未达到显著性水平；不同水肥条件下，红枣的产量表现不同，水分不足时，适当增加灌水有利于提高红枣产量，过高的水肥使用量反会减少红枣产量。

通过对红枣净光合速率、产量与其他指标的曲线拟合，表明红枣叶片Pn、Tr、Gs三者密切相关，Pn与Tr、Gs之间的拟合程度较高，这与周罕觅[26]等研究成果一致。红枣的光合作用和蒸腾作用直接受气孔导度的影响，叶片自身能够通过气孔导度的开放大小来控制红枣净光合速率和蒸腾速率，其归因于气孔因素；产量与梢径增加量有较好的拟合关系，梢径增加量在一定程度上能反映红枣产量，而产量与梢长增加量拟合程度不高，可能是由于在实验过程中要进行修枝，对红枣梢长有一定的影响。本试验得到最佳水肥组合是在试验设定的水肥量基础上得到的，并未通过建立数学模型而得到适宜的灌溉制度，这部分仍需进一步研究，另外，试验只进行了1年,部分结果还需长期验证。

4 结 论

1)灌水因素对红枣叶片光合特性(Pn、Tr、Gs、Ci、WUE)、红枣梢径和梢长增加量、灌溉水分利用效(iWUE)的影响显著，水肥交互作用对红枣光合特性、红枣梢径和梢长增加量、产量和灌溉水分利用效率(iWUE)的影响均显著。

2)滴灌条件下，不同水肥处理红枣叶片Pn、Tr、Gs、Ci最大值均为W2F1处理；W3F3处理下红枣叶片WUE值最高，与W2F1处理相比，其Pn、Tr、Gs和Ci明显下降，但WUE增加了10.82%；红枣梢径增加量、梢长增加量最大值分别在W2F2、W3F2处理；红枣产量和增产效应最大值均在W2F1处理，灌溉水利用效率最大值在W1F3处理，但与W2F1处理无显著性差异(P>0.05)。

3)红枣净光合速率与蒸腾速率、气孔导度之间密切相关，叶片通过控制气孔导度的开放大小来影响红枣净光合速率和蒸腾速率，其归因于气孔因素；红枣产量与红枣梢径增加量有较好的相关关系，红枣梢径增加量在一定程度上能反应红枣产量。

4)本试验条件下,全面考虑水肥协同效应、生理生长及产量等多种指标，认为南疆沙区滴灌红枣灌溉定额和施肥量控制在820 mm(W2)、N-P2O5-K2O 200-100-150 kg·hm-2(F1)左右时比较适宜，该水肥灌溉制度为南疆地区红枣优质高效生产提供重要依据。