分枝期旱涝急转对大豆生长发育的影响

许 浒，袁宏伟，张 辉，蒋尚明，刘 佳

（1.安徽省水利部淮河水利委员会水利科学研究院（水利水资源安徽省重点实验室），合肥233088；2.萧县水利局岱西灌溉试验站，安徽宿州235200）

0 引 言

农田“旱涝急转”（drought-flood abrupt alternation）是指在一段时间内前期由于连续无降雨土壤墒情较长时间处于干旱状态，后期突遇集中强降雨，使农田水分状况短时间内快速由旱转涝的一个自然过程[1-5]。根据张效武等的统计分析，1949-2006年中安徽省出现旱涝并存或旱涝急转的年份有40年，占统计年数的69%。其中旱涝急转典型年份21年，占统计年数的36%。而淮北地区和大别山区高达17年，占安徽省旱涝急转年份的81%[4]。2000年以来，受亚热带季风气候影响，淮北平原区旱涝交替出现的频率显著增大，整体上是旱涝急转事件的易发区。该地区水稻、玉米和大豆的生长期与雨季基本重合，高温伏旱与暴雨致涝极端气候天气经常出现，易使前期处于干旱胁迫状态的作物快速转入涝渍胁迫[6-10]。而目前国内对于农作物单旱、单涝胁迫响应规律的研究较多，针对旱涝急转条件下旱作物的受灾减产和致灾机理研究却鲜有报道[11-15]，而将旱、涝作为独立灾害过程进行研究，在理论上难以解释旱涝交替过程中的致灾因子、孕灾环境的演变规律以及承灾体的响应规律，在实践上不能满足旱涝急转灾害治理的客观需求，因此亟须提出新的面向旱涝全过程、全周期的灾害治理理论体系。

大豆是安徽省淮北平原区的主要农作物之一。2019年，淮北平原区大豆播种面积为51.96 万hm2，占地区农作物总播种面积的12.66 %[16]。大豆对土壤水分比较敏感，分枝-花荚期需水较多，此期适宜的土壤含水率下限为田间持水率的65%，充足的水分供应对大豆产量具有决定意义。但是，水分过多也会给大豆生产带来不良影响[17-18]。淮北平原区大豆生育期一般在6-9月，而这一时期正是一年中高温伏旱和降雨集中期，常有前期干旱后遭遇暴雨甚至大暴雨发生，致使大豆发生旱涝急转灾害。本文通过分析大豆分枝期不同程度单涝和不同程度旱涝急转条件下的株高、叶绿素含量、产量及产量构成要素等指标的变化规律，量化旱涝交互作用下（先期旱与后期涝）作物的抗灾、致灾补偿、削减或者叠加效应，揭示大豆分枝期的旱涝急转致灾机理，对于制定合理的面向旱涝急转的减灾、防灾措施具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年6-9月在安徽省水利部淮委水利科学研究院新马桥农水综合试验站进行，该站位于淮北平原中南部，海拔19.7 m（33°09′N，117°22′E），属半干旱半湿润季风气候区。试验站1983-2020年多年统计平均降雨量917.0 mm，平均蒸发量916.0 mm（E601）；根据新马桥试验站1983-2020年近40年的降雨资料统计分析结果，发现7-9月总降雨量有明显逐年递减的趋势，大暴雨以上降雨次数及连续降雨天数有明显降低趋势，而单次降雨量有显著上升，且连续无降雨日也有逐年增加的趋势，以上分析结果说明试验站周边近40年以来极端天气出现的概率存在上升趋势（见图1）。试验区土壤为淮北平原区典型的砂姜黑土，其表层0～40 cm 土壤中砂粒占3.4%、粉粒占70.7%、粘粒占26.0%，0～40 cm 土壤养分平均含量为全氮0.73 g/kg、全磷0.44 g/kg、全钾6.06 g/kg、速效磷27.55 mg/kg、硝态氮4.65 mg/kg、铵态氮19.44 mg/kg、有机质13.71 g/kg，土壤容重1.45 g/cm3，田间持水量28.0%（重量含水率），凋萎点含水量9.3%（重量含水率）。

图1 新马桥农水综合试验站降水情况分析

1.2 试验设计

大豆旱涝急转试验依托新马桥农水综合试验站内2 m2原状土正方形有底测坑开展，坑内土体厚度为2 m，均布设有防雨棚完全隔绝降雨，试验过程中土壤水分完全受人工灌水控制。试验大豆品种为“徐豆33”，于2020年6月20日播种，当年9月18日全部收割，全生育期为91 d。播种前所有试验小区人工深翻1次，试验小区的施肥量和播种量与当地大田常规种植一致，施底肥复合肥250 kg/hm2，种植密度为32.5 万株/hm2。此外，各处理除水分管理外，其他管理方式完全一致，保证大豆生长发育不受其他非水分因素的影响。

本试验通过人工取土监测测坑中的土壤含水率，0～40 cm土层平均含水率低于65%时即为受旱开始时间（本试验需时刻关注天气预报状况，如预报后期长时间无降雨，则应立即对含水率低于65%的测坑灌水，使其恢复至充分供水状态）；涝渍试验过程则结合自然降雨过程实施。2020年度旱涝急转试验实施起始时间为：受旱于7月19日-7月21日开始，受涝于7月22日开始，7月28日旱涝急转试验结束，试验阶段为分枝期，具体试验实施细节见表1。

表1 测坑大豆分枝期旱涝急转试验实施表 d

1.3 试验数据采集

试验观测项目主要有土壤含水率、大豆生长发育状况等，具体包括：

（1）耕作栽培状况的观测记载。试验区耕作栽培管理项目有：试区土壤肥力状况、整地日期与方法、表土耕作、施（追）肥、供试品种、播种期、种植密度、灌水日期及灌水定额、中耕除草次数和时间，病虫害的种类、发生时间、危害程度、防治措施及效果，以及其他的特殊耕作栽培措施等（见表2）。

表2 2020年度测坑对照组大豆生育期调查表

（2）作物生育动态及产量。对大豆生长过程中一些重要特征的出现时间进行调查记录，以反映其生长发育进程。其生长发育状况和观测应定点定株进行。每一试验小区选取有代表性的一行固定进行连续观测。每5日观测一次（旱涝急转过程中加大观测频率）。试区大豆收获后分区进行测产考种，收获时单收、单打、单晒。

观测的内容主要包括：生育期调查；群体密度、株高和SPAD 值（由日本产叶绿素仪SPAD 502 Plus 测得）；产量及产量构成要素。

（3）土壤水分测定。试验时定期进行土壤水分的测定（土钻取土烘干称重法），以观测大豆生长过程中土壤水分的变化，最大限度实现对试验土壤水分的精准控制，使其达到预期水分控制要求。土壤含水率采用定点测定，每2～5 d 测定一次（具体观测频率根据实际气象情况定）。每个测坑的测定样点数不少于2处，以其平均值确定土壤含水量。根据试验站多年试验及其他学者的研究认为0～40 cm 土层水分与大豆生长关系最为密切，因此本文中土壤含水量的测定深度定为40 cm，10 cm一层，每层取2个重复。

（4）农业气象观测。试验站气象场的常规观测项目有：气温、地温、相对湿度、风向、风速、水面蒸发量、降雨量、日照时数、太阳辐射等指标（气象数据由英国Delta-T Devices公司产WS-STD1自动气象站测得）。

2 结果与分析

2.1 旱涝急转对大豆株高的影响

生育期内大豆株高调查于7月7日开始（苗期），8月13日结束（花荚期，此时株高基本处于最高值，已停止生长），调查过程覆盖未受旱-旱涝急转-恢复期的试验全过程。由图2及表3可以看出，不同程度单涝和不同程度的旱涝急转组大豆株高增长率均低于对照组，表明不同程度的单涝及旱涝急转处理均对大豆株高生长有不同程度的抑制作用。基于8月13日的数据分析可看出，经过一段恢复期后，单涝2 d 的大豆株高增长率为148.93%，而旱1 d后涝2 d及旱4 d后涝2 d的处理组增长率则分别为160.82%、180.19%，相对于单涝2 d处理组其补偿率分别为8.01%、21.02%；单涝4 d 处理组大豆株高增长率为174.62%，旱1 d涝4 d及旱2 d涝4 d处理组株高增长率分别为184.6%和208.64%，相对于单涝4 d 处理组其补偿率分别为5.69%、19.46%；单涝6 d 处理组大豆株高增长率为132.72%，旱2 d 涝6 d 处理组大豆株高增长率为175.03%，其补偿率为31.88%。

图2 大豆生育期内株高生长变化趋势

表3 大豆株高相对增长率 %

上述分析结果可看出大豆分枝期单涝对株高的抑制作用明显大于旱涝急转，表明在大豆分枝期株高指标方面，前期一定程度的旱对于后期涝胁迫具有不同程度的补偿效应，而且在本次试验最长受旱4 d 范围内受旱时间越长，其后期补偿效应越强。

2.2 旱涝急转对大豆叶片叶绿素的影响

生育期内大豆叶绿素相对含量（SPAD 值）调查于7月22日开始（分枝期），8月31日结束（鼓粒期），调查过程覆盖旱涝急转-恢复期的试验过程。由图3 及表4 可以看出，不同程度单涝和不同程度旱涝急转处理的大豆叶绿素含量均低于对照组，表明不同程度的单涝及旱涝急转处理均对大豆叶片叶绿素含量有不同程度的抑制作用；各水分处理下的大豆叶绿素含量变化趋势基本一致，基本表现为在分枝-花荚期处于增长阶段，鼓粒成熟期含量快速降低。

图3 大豆生育期内叶绿素含量生长变化

由表4可以看出，单涝组对大豆叶片叶绿素正常生长的抑制作用明显大于旱涝急转组，基于8月26日SPAD 值处于最高点时的数据分析可看出，经过一段恢复期后，单涝2 d 的大豆SPAD 值增长率为6.50%，而旱1 d 后涝2 d 和旱4 d 后涝2 d 的处理组增长率分别为14.11%、21.61%，其补偿率为117.08%、232.46%；单涝4 d 处理组大豆SPAD 值增长率为4.32%，而旱1 d 涝4 d 及旱2 d 涝4 d 处理组增长率分别为32.85%和9.19%，其补偿率分别为660.42%、112.73%；单涝6 d 处理组大豆SPAD 值增长率为2.80%，而旱2 d 涝6 d 处理组增长率为8.01%，其补偿率为186.07%。

表4 大豆叶绿素含量相对增长率

上述分析结果可看出单涝对大豆分枝期叶片叶绿素的抑制作用明显大于旱涝急转，表明在大豆叶绿素指标方面，大豆分枝期前期一定程度的旱胁迫对于后期急速转为涝胁迫具有显著的补偿效应，后期涝2 d 时前期受旱时间越长，其补偿效应越强，后期涝4 d 时前期受旱1 d 的补偿效应明显大于受旱2 d。

2.3 旱涝急转对大豆产量及构成要素的影响

（1）旱涝急转对大豆产量的影响。由表5可以看出，不同程度涝渍和旱涝急转组大豆产量均明显低于对照组，表明不同程度的单涝、单渍及旱涝急转处理均会导致大豆不同程度减产。单涝2 d 的大豆小区产量为21.42 g，而旱1 d 后涝2 d 及旱4 d后涝2 d的处理组小区产量分别为31.86g、56.32 g，其补偿率分别为48.84%、162.93%；单涝4 d 处理组大豆小区产量为28.33g，旱1 d 涝4 d 及旱2 d 涝4 d 处理组小区产量分别为58.20 g、79.94 g，其补偿率分别为105.44%、182.17%；单涝6 d 处理组大豆小区产量为17.27 g，旱2 d 涝6 d 处理组大豆小区产量为25.14 g，其补偿率为45.57%。

表5 大豆产量及产量构成要素表

（2）旱涝急转对大豆产量构成要素的影响。单涝2 d 的大豆平均单株荚数为8.70，而旱1 d后涝2 d及旱4 d后涝2 d的处理组平均单株荚数分别为10.85、8.15，其补偿率分别为24.71%、-6.32%；单涝4 d 处理组大豆平均单株荚数为8.90，旱1 d 涝4 d 及旱2 d 涝4 d 处理组平均单株荚数分别为8.10、13.05，其补偿率分别为-8.99%、46.63%；单涝6 d 处理组平均单株荚数为9.35，旱2 d 涝6 d 处理组平均单株荚数为8.95，其补偿率为4.28%。单涝2 d 的大豆平均单株实荚数为5.05，而旱1d后涝2 d及旱4 d后涝2 d的处理组平均单株实荚数分别为6.20、4.60，其补偿率分别为22.77%、-8.91%；单涝4 d 处理组大豆平均单株实荚数为5.75，旱1 d涝4 d及旱2 d涝4 d处理组平均单株荚数分别为5.05、9.95，其补偿率分别为-12.17%、73.04%；单涝6 d 处理组平均单株实荚数为5.45，旱2 d 涝6 d 处理组平均单株实荚数为5.98，其补偿率为9.72%。综合以上对于大豆平均单株荚数和单株实荚数指标的分析结果可以看出，前期受旱胁迫1 d 时后期转为受涝胁迫2 d 对于大豆荚数和实荚数的胁迫伤害有补偿效应，受涝4 d 则为削减效应；前期受旱2 d 对于后期不同程度受涝均有补偿效应；前期受旱胁迫4 d对于后期转为受涝胁迫的则有叠加伤害效应。

单涝2 d 的大豆百粒重为11.84 g，而旱1 d 后涝2 d 及旱4 d后涝2 d的处理组百粒重分别为12.60g、13.64 g，其补偿率分别为6.42%、15.20%；单涝4 d 处理组大豆百粒重为11.10 g，旱1 d 涝4 d 及旱2 d 涝4 d 处理组百粒重分别为11.53 g、13.32 g，其补偿率分别为3.87%、20.00%；单涝6 d处理组百粒重为12.32，旱2 d涝6 d处理组百粒重为12.91，其补偿率为4.79%。相同受涝天数条件下，旱涝急转组的百粒重指标均大于单涝组。表明对于百粒重指标，前期不同程度的旱胁迫对于后期转为涝胁迫均有不同程度的补偿效应，而且在本次试验最长受旱4 d范围内受旱时间越长，其对于后期的补偿效应越强。

3 结 论

通过大豆分枝期不同程度单一受涝和不同程度旱涝急转试验研究，对不同水分处理条件下大豆株高、叶绿素含量、产量及产量构成要素等指标的变化规律进行了分析，量化了旱涝相互作用间的效应，初步揭示了旱涝急转下的大豆减产规律，得到以下结论：

（1）旱涝急转和单一受涝均对大豆株高、叶绿素含量及产量构成要素等指标有显著抑制作用，并最终导致产量大幅度减产，但旱涝急转组对于大豆正常生长发育的胁迫作用要明显小于单涝组。

（2）本次试验中大豆分枝期前期受旱天数≤4 d 条件下，对于后期发生旱涝急转的大豆株高、叶绿素、产量、百粒重等指标均有不同程度的胁迫伤害补偿效应，且基本呈现前期受旱时间越长，其后期补偿效应越大的规律。而对于大豆单株荚数和单株实荚数指标，前期受旱1 d 后期受涝2 d 体现为补偿效应，受涝4 d 则为削减效应；前期受旱2 d 的旱涝急转组均对单涝处理组的单株荚数和单株实荚数有不同程度的补偿效应；前期受旱4 d 的旱涝急转组与相同单涝天数处理组的相比则有叠加效应。

（3）综合分析，旱涝急转组相比单涝组产量有明显增加的原因，是因为前期适宜的轻度干旱对于大豆百粒重补偿了4.79%～20.00%、平均单株荚数补偿了4.28%～46.63%、单株实荚数补偿了9.72%～73.04%，同时结合株高和叶绿素含量的变化规律，说明短期轻旱增强了大豆对于外界水土环境的耐受性，缓解了后期涝渍对大豆生长发育的不利影响。