滴灌带型配置与覆膜方式对新疆甜菜产量形成特性的影响

林 明 阿不都卡地尔·库尔班 陈友强 刘华君 潘竟海 周远航 孙振才 王志敏*

(1．中国农业大学 农学院，北京 100193；2.新疆农业科学院 经济作物研究所，乌鲁木齐 830091；3.新疆农业科学院 玛纳斯农业试验站，新疆 玛纳斯 832299)

甜菜是我国重要的糖料作物之一，甜菜糖的产量约占我国食用糖总产量的10%～20%[1]。2008—2017年，新疆是我国最大的甜菜产区，种植面积超过全国甜菜总面积的40%，产糖量占全国甜菜糖总产量50%以上[2]。随着甜菜新品种、地膜覆盖和滴灌节水等技术的引进和推广应用[3-4]，新疆甜菜生产得到极大发展，使甜菜单产水平大幅度提高，较全国平均水平高出50%左右。

膜下滴灌技术是覆膜和滴灌两者结合的技术。地膜覆盖是有效蓄水保墒、改善上层土壤水热状况和提高作物产量的重要技术措施[5-11]，覆膜方式和膜的颜色对地膜覆盖的增产效果有一定的影响。在单、双膜的效果方面，高卫时等[12]研究发现，单膜和双膜覆盖甜菜的块根产量和含糖率较不覆膜甜菜均有不同程度增加，但覆膜较不覆膜增加了甜菜的青头比例。在膜的颜色方面，徐康乐等[13]研究发现，相较于透明膜覆盖，黑膜覆盖的马铃薯植株茎粗且经济产量较高。与白色地膜相比，黑色地膜覆盖不仅有增温和保墒效果，且由于其透光率较低，高温季节有一定的降温效应，使得作物免遭高温危害[14]，在番茄和马铃薯等作物上得到了较好的应用[15-16]。但在甜菜上，不同类型地膜的应用效果还不清楚。膜下滴灌的管带配置有一膜单管和一膜双管等不同方式，李高华等[17]研究表明不同滴灌配置方式影响棉花生物学产量及其在各器官中的分配，优化滴灌配置对于提升棉花的产量和品质具有重要意义。采用膜下滴灌技术，如何合理地配置滴灌带型和覆膜方式，提高用水效率，促使甜菜向着高产、优质、高效、节水的方向协同发展显得尤为重要[18-20]。目前，新疆甜菜主产区滴灌的覆盖率已近100%，但生产上滴灌方式和覆膜模式多种多样，效果不一。

以往研究大多侧重于覆膜或滴灌单因素的增产效果，对于不同滴灌带配置与覆膜方式相结合的节水增产效应综合评价研究鲜见报道。本研究通过田间试验，考察不同滴灌带配置和覆膜方式互作处理下甜菜产量、灌溉水利用效率(WUE)以及经济效益等指标，旨在探明滴灌带配置与覆膜方式对甜菜产量及产糖量形成的影响，以期为新疆滴灌甜菜选择适合的覆盖和滴灌带配置模式及规范化管理提供科学依据和指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用甜菜品种为美国Beta公司生产的E型丸衣化单胚种‘Beta379’；滴灌带为新疆天业节水灌溉股份有限公司生产的迷宫式滴灌带；地膜为新疆维吾尔自治区昌吉市新昌塑地膜厂生产的规格为80 cm宽，0.01 mm厚的白膜和黑膜。

1.2 试验区自然条件

试验于2018—2019年在新疆农业科学院安宁渠试验场(43°77′ N，87°17′ E)开展。当地年平均气温5～7 ℃，冬季平均气温-11.9 ℃，极端最低气温-30 ℃，最大冻土层79 cm，年降水量150～200 mm，蒸发量1 600～2 200 mm，属于干旱半干旱荒漠气候带农业区。

试验地土壤类型为灰漠土，质地为砂壤，前茬作物玉米。土壤肥力状况如下：速效氮66.9 mg/kg，速效磷11.1 mg/kg，速效钾205 mg/kg，有机质含量15.2 g/kg。

1.3 试验设计

试验采取裂区区组试验，设置主区为2种滴灌带配置分别为：一膜双行单管(D1)，一膜双行双管(D2)，副区为4种覆盖方式分别为：裸地(M1)，黑膜(M2)，单白膜(M3)，双白膜(M4)。试验小区长为8 m，宽为4 m，行距为50 cm，株距为18 cm，3次重复，随机排列，于4月25日播种。滴灌和施肥量见表1，其他田间管理同当地高产田。

表1 本研究滴灌施肥分配表Table 1 Distribution of drip fertilization in this study

1.4 测定项目及方法

甜菜倒四叶面积(L4)：分别在苗期、叶丛快速生长期、块根膨大期和糖分积累期，测定各小区所选取的5个代表性植株的倒四叶面积，用CI-202 叶面积仪(美国CID生物科学有限公司)进行测定。

植株干物质积累量：分别在苗期、叶丛快速生长期、块根膨大期和糖分积累期，选取每处理长势一致的甜菜5株，带回实验室将植株分为叶片、茎和根，分别装袋置于105 ℃烘箱中杀青30 min，80 ℃烘至恒重，电子天平称重(精准度为0.01)。

糖分测定：在收获期，选取5株代表性的块根，用PAL-1手持糖度计(日本爱宕科学仪器有限公司)进行糖锤度测定，取平均值。

产量测定：收获前，取各重复小区10 m2样方，调查测定甜菜收获株数和单根重，取平均值。

灌溉水利用效率：在不同水平上计算灌溉水利用效率，计算公式为：

经济产量的灌溉水利用效率(IWUE)=Y/I

产糖量的灌溉水利用效率(IWUE产糖量)=Ys/I

干物质产量的灌溉水利用效率(IWUE干物质)=YPDMA/I

式中：Y，块根产量，kg/hm2；YS，块根产糖量，kg/hm2；YPDMA，干物质积累量，kg/hm2；I，实际灌水量，m3/hm2。

根冠比(T/R)：地下部分与地上部分干重的比值。

1.5 数据分析及方法

采用Excel 2010进行数据初步分析和表格制作，用SPSS 17.0(美国IBM公司)进行多因素方差分析，并采用新复极差多重比较法(Duncan)进行差异显著性检验(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 对甜菜功能叶面积的影响

由图1可知，各处理的甜菜倒四叶(L4)面积从苗期到糖分积累期均呈现先增后降的趋势，块根膨大期出现最大值。在不同滴灌带配置处理之间，双行双管(D2)下各处理比双行单管(D1)下各处理在4个生长时期倒四叶(L4)面积均有增加，苗期(SS)增加10.01%；叶丛快速生长期(FGPOLC)增加6.80%，块根膨大期(TES)增加8.00%，糖分积累期(SAP)增加10.45%。在2种滴灌带配置下，在不同覆膜方式间比较，块根膨大期倒四叶面积由高到低均表现为M4>M3>M2>M1；至糖分积累期，M1与M2和M3处理间叶面积差异不显著(P>0.05)，与M4处理差异显著(P<0.05)，M4比M1增加10.49%。综上，D2M4有助于甜菜功能叶面积的增加和维持，从而有效促进甜菜干物质的积累。D1M1处理甜菜生育后期倒四叶面积最小。

2.2 对甜菜干物质积累特性的影响

由表2可知，不同处理甜菜单株干物质积累过程动态均符合Logistic生长模型曲线，R2>0.96。不同滴灌带配置比较，D2处理甜菜从出苗到叶丛快速生长期的时间(t1)比D1处理缩短10.0 d，到达叶丛快速生长结束期(t2)的时间比D1延迟12.0 d，且此时期快速生长特征值(GT)比D1增加11.24%。2种滴灌带配置下不同覆膜方式比较，快速生长特征值(GT)由高到低均表现为M4>M3>M2>M1；在D1处理下，M4、M3和M2分别比M1增加13.76%、6.52%和4.28%；在D2处理下，M4、M3和M2分别比M1增加23.28%、15.16%和7.26%。在不同组合处理间，D2M4处理的植株GT比D1M4处理增加14.81%，即D2M4组合是在叶丛快速生长期使植株获得最高GT的最佳组合。

表2 滴灌带配置与覆膜方式对甜菜单株干物质积累特性的影响Table 2 Effect of drip irrigation configuration and different mulching patterns ondry matter accumulation characteristics of sugar beet

2.3 对甜菜干物质根冠比(T/R)的影响

由表3可知，甜菜干物质的T/R随出苗时间的增加呈现增加趋势，至糖分积累期达到峰值。不同滴灌带配置间比较，D2处理的T/R比D1处理增加8.53%。不同覆膜方式间比较，在D1和D2配置下根冠比由大到小均表现为M4>M3>M2>M1;D1配置下M4、M3和M2的T/R分别比M1增9.81%、8.72%和6.27%，差异达到显著水平(P<0.05)。D2配置下M4的T/R比M1增加8.82%，差异也达到显著水平(P<0.05)。

D1，一膜双行单管；D2，一膜双行双管。M1，裸地； M2，黑膜；M3，单白膜；M4，双白膜。SS，苗期；FGPOLC，叶丛快速生长期；TES，块根膨大期；SAP，糖分积累期。下同。D1， double row and single pipe； D2， double row and double pipe. M1， bare land； M2， black film； M3， single layer white film； M4， double layer white film. SS, seedling stage; FGPOLC, fast growing period of leaf clump; TES, tuber expansion stage; SAP, sugar accumulation period. The same below.图1 滴灌带配置(a)与覆膜方式(b)对甜菜倒四叶(L4)面积的影响Fig.1 Effect of different drip irrigation belt configurations (a) and film mulching methods (b) on the area of L4 of sugar beet

表3 滴灌带配置与覆膜方式对甜菜单株干物质根冠比(T/R)的影响Table 3 Effect of different drip irrigation belt configurations and film mulching methodson the ratio of dry matter root to shoot (T/R) of sugar beet

2.4 对甜菜产量及其构成因素的影响

由表4可知，不同滴灌带配置间比较，D2处理甜菜的单根重、含糖率、产量和产糖量比D1处理分别增加30.46%、1.10%、31.47%和32.76%。不同覆膜方式间比较，在2种滴灌带配置下的甜菜单根重、含糖率、产量和产糖量由高到低均表现为M4>M3>M2>M1。其中单根重、产量和产糖量在M4与M1处理间的差异显著(P<0.05)；在D1配置下，M4处理的单根重、产量和产糖量分别比M1处理增加23.81%、24.49%和34.11%；在D2配置下，M4处理的单根重、产量和产糖量分别比M1增加19.82%、19.81%和21.99%，D2M4处理的单根重、产量和产糖量与D1M4处理相比分别增加27.88%、28.80%、27.97%。因此，D2M4处理最有利于甜菜产量和产糖量的形成。

表4 滴灌带配置与覆膜方式对甜菜产量及其构成因素的影响Table 4 Effect of different drip irrigation belt configurations and film mulching methodson yield components and yield of sugar beet

2.5 对甜菜灌溉水利用效率(IWUE)的影响

由表5可知，不同滴灌带配置间比较，D2配置的群体干物质积累量和干物质的灌溉水利用效率分别比D1配置处理增加7.62%和7.43%。不同覆膜方式间比较，D1和D2配置下干物质积累量及其灌溉水利用效率由高到低均表现为M4>M3>M2>M1；D1配置下，M4的干物质积累量及其灌溉水利用效率分别比M1增加12.99%和13.02%，差异显著(P<0.05)；D2配置下，M4与M1处理差异不显著(P>0.05);D2M4比D1M4分别增加8.21%和8.20%。从甜菜产量灌溉水利用效率(IWUE产量)和产糖量灌溉水利用效率(IWUE产糖量)看，D2比D1分别增加31.47%和32.84%；不同覆膜方式间比较，D1和D2配置下灌溉水利用效率由高到低均表现为M4>M3>M2>M1；D1配置下，M4比M1处理分别增加24.43%和33.66%(P<0.05)；D2配置下，M4比M1分别增加19.74%和21.83%(P<0.05)，D2M4比D1M4分别增加28.84%和28.08%。

表5 滴灌带配置与不同覆膜方式对甜菜灌溉水分利用效率(IWUE)的影响Table 5 Effect of different drip irrigation belt configurations and film mulching methods onirrigation water use efficiency (IWUE) of sugar beet

2.6 甜菜植株干物质积累指标与产量构成因素相关性分析

由表6可知，在甜菜植株干物质积累指标间，甜菜倒四叶面积(L4)与快速生长特征值(GT)、根冠比(T/R)、地上部物质积累量(APDM)、地下部物质积累量(UPDM)均呈极显著正相关(P<0.01)，与叶丛快速生长持续时间(Δt)呈显著正相关(P<0.05)。

表6 甜菜植株干物质积累指标与产量因素相关性分析Table 6 Correlation analysis of dry matter accumulation characteristics and yield factors of sugar beet

GT与APDM、UPDM均呈极显著正相关(P<0.01)，与叶丛快速生长持续时间(Δt)和T/R呈显著正相关(P<0.05)。T/R与APDM呈显著正相关(P<0.05)、与UPDM呈极显著正相关(P<0.01)。在甜菜产量构成因素间，单根重(RW)与产量(Y)、产糖量(SY)均呈极显著正相关(P<0.01)，与含糖率(SC)呈显著正相关(P<0.05)。在甜菜植株干物质积累指标与甜菜产量构成因素间，L4、Δt、GT、APDM、UPDM与RW、Y、SY均呈极显著正相关(P<0.01)，T/R与SC、SY均呈极显著正相关(P<0.01)，与RW、Y均显著正相关(P<0.05)。

3 讨 论

作物产量的形成与干物质积累过程密切相关，一般干物质积累速率越大，产量越高[21]。作物生产过程中干物质积累的动态变化是揭示作物产量形成和高产群体调控指标的重要内容。作物根系是吸收土壤养分和水分的重要器官[22]。不同的栽培措施对作物根系的生长、地上部生长及产量形成的影响不同[23]。樊廷录等[24]和蔡昆争等[25]研究发现，在旱作地区，地膜覆盖能显著提高作物根系的干重，增加根系总根长与比根长，促进根系的生长和发育，从而增大作物产量构成因子[26]，且能减少土壤水分蒸发散失[27]，从而提高深层水分的利用效率[28]。在本研究中，双膜处理与无膜、单膜、黑膜处理相比能有效增加甜菜快速生长特征值(GT)；与无膜方式相比，双膜能显著(P<0.05)增加甜菜根冠比，增加生育后期甜菜地下部干物质积累和单根重，使产量及产糖量显著增加。这说明双膜覆盖能有效促进封垄前甜菜地上部的生长，为后期产糖量的积累提供了充足的“源”，从而提升了“源-库”性能的协调性。

作物灌溉水利用效率是反映灌溉农田作物水分生产能力的重要指标[29-31]。滴灌是近年发展起来的新型麦田节水灌溉方式，在滴灌方式下不同滴灌带配置影响作物水分利用及产量形成[32]。本研究中与单管滴灌相比，双管滴灌能增加快速生长特征值(GT)、根冠比、含糖率、产量和产糖量，可优化甜菜根部水分配置，提升灌溉水分利用效率，是发挥滴灌节水潜力、提高甜菜产量和质量的有效配套技术。

本研究探讨了不同滴灌带型配置与覆盖方式对滴灌甜菜相关农艺性状、产量、质量及水分利用效率的影响。但试验仅在设定的灌水量和特定的土壤条件下进行，不同灌水量和土壤性质也会影响农田土壤水分迁移和供给，进而影响甜菜生长和养分吸收，因此，还需进一步开展不同灌水量和土壤质地下滴灌带型配置和覆盖方式的优化研究。

4 结 论

在新疆甜菜产区膜下滴灌栽培条件下，双管配置相对于单管配置、双白膜覆膜方式相对于其他类型覆膜方式，在块根膨大期—糖分积累期能显著增加功能叶面积和干物质积累量，提高物质向根系的分配，特别是提升生育期后期地下部干物质的积累量和单根重，从而增加产量和产糖量，进而显著增加灌溉水利用效率。将一膜双管和双白膜覆盖相结合，显著提高甜菜产量和灌溉水利用效率，是滴灌栽培最适配套模式。