水肥一体化条件下不同灌水量对甜菜产质量的影响

刘建雄，孙琳琳，刘 珣，胡华兵，丁兆斐，袁团团，郇 町

（新疆石河子农业科学研究院，新疆 石河子 832011）

0 引言

甜菜作为主要糖料来源之一，种植在中国西北、东北、华北等区域，具有耐旱、耐寒、抗逆性强等特点。中国北方多为干旱、半干旱区域，水资源匮乏以及供应不均匀成为制约甜菜生产的重要原因[1]。新疆是中国西北内陆的干旱区，光热资源丰富，冬夏季温差大且季节时间长，春秋季则相对较短。年平均最多日照出现在7月，最高气温也出现在7、8月，此时日照时数长，日蒸发量也相对较大，日照充沛，降水量偏少，年蒸发量是降水量的150倍，因此在干旱区合理高效利用水资源尤为重要[2]。应对新疆水资源匮乏、供应不均衡问题，如何进行科学灌溉，提高水分利用率，降低灌水量，促进甜菜产业可持续发展，已成为新疆甜菜产业亟待解决的关键[3]。甜菜具有很强的耐旱性，在满足甜菜生长正常所需之外适度节水利于根系深扎，在叶丛快速生长期进行节水灌溉，能有效避免叶丛疯长，过度灌溉则会致使田间提前封垄，呈现叶柄长、叶片小，叶片有效光合速率减少，同时影响机械作业；在块根糖分增长期适度进行节水灌溉，能有效将叶丛养分转移到块根上，提高块根含糖。国内外大量研究表明，适当节水可以提高甜菜水分利用率，获得较高产量[4-5]。侯振安等[6]在不同灌水量以及不同时期水分调控对甜菜生长及糖分积累影响的研究中认为，甜菜全生育期较合理灌水频次为6～7次，总灌水量4500～5250 m3/hm2效果最好，在叶丛快速生长期时以每次900 m3/hm2来保证充足的灌水，后期灌溉量逐渐减少，每次每公顷的灌水量控制在450～675 m3。在甜菜整个生育期中，植株含水量平均为90%左右，在甜菜块根生长成熟时块根含水量约为75%。马永胜等[7]研究半干旱区甜菜耗水规律表明，在半干旱地区，甜菜在糖分积累期之前需保持土壤田间持水量的70%～80%，在糖分积累期保持在60%～70%，甜菜产量和含糖率便能获得较高水平。在《新疆甜菜》中介绍甜菜第一年各生长时期的需水规律是：甜菜苗期需水最少（占全生育期总耗水量的11.8%～19.0%），叶丛繁茂期需水最多（占全生育期总耗水量的51.9%～58.0%），块根糖分积累期需水相对减少（占全生育期总耗水量的27.1%～36.2%）[8-9]。新疆北疆甜菜的栽培多采用滴灌，只湿润作物根区，不产生地面水层和地表径流，不使地面板结，不破坏土壤结构，具有减排、节水、省工、省电的特点，不易产生无效灌溉，容易控制灌溉水量和灌溉次数，同时可减少渗透和蒸发量，阻断致病菌或病虫草害随水流动而带来的问题，也可结合施肥罐进行水溶性施肥，使肥料直接渗透到作物根系层进行均匀的吸收利用，实现甜菜水肥一体化管理，水肥一体化管理可以根据作物需肥情况微量施入根系附近，减少肥料用量，提高肥料有效利用率，减轻对环境的化学污染[10-11]。运用灌溉施肥技术，通过人工控制阀门可随时依据作物生长表现补充营养元素，减少浪费的同时精准调控作物生长，节省劳动力的投入，降低生产成本，滴灌技术比漫灌节水30%～50%左右[12]。本研究根据甜菜的抗旱性和滴灌可高精度控水的特点，在甜菜生长过程中根据甜菜生育期不同阶段需水情况设置不同的灌溉方案，研究灌水量对甜菜的含糖率、产量和产糖量的影响，旨在探明甜菜高产高糖健康生长的需水特征及全生育期总需水量，提出新疆滴灌甜菜水分需求指标和较优节水灌溉方法，提高新疆甜菜水肥一体化种植技术，提高用水效率、减少生产成本、降低劳力投入、增加农民收益，促进甜菜产业持久健康发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设置在新疆兵团第八师石河子农业科学研究院甜菜研究所试验地(44°19′N，86°03′E)，海拔442.9 m。前茬作物为冬小麦，甜菜种植间隔4年，试验地地势平坦，土层质地为壤土，土壤肥力充足。土壤理化性质见表1。

表1 试验地土壤养分含量

1.2 试验品种

种植品种为‘KWS9147’，该品种为近年来新疆南北疆甜菜种植面积最多的品种。生产栽培周期为2020年4—10月，共计180余天。

1.3 试验与设计

试验共设置6个处理，4行区，3重复，随机区组排列，行长50 m，等行距50 cm，株距18.5 cm，小区面积100 m2。小区4行2根滴灌带，相邻滴灌带间距1 m，滴灌带连接副管，副管连接支管，每个小区设单独阀门、水表控制。

1.4 试验地田间管理情况

试验地播种时间为4月14日，采用50 cm×18.5 cm等行距种植模式，种植密度108105株/hm2。人工裸地点播，一穴一粒，播种结束后当天铺设滴灌管道，全生育期共浇水7次，中耕3次，人工拔草5次，定苗时间为5月16日。

试验地灌溉情况如表2。4月16日滴出苗水（出苗水不计入总灌量），4月24日左右2片子叶展开，灌水时间分别为6月4日、6月19日、7月13日、7月28日、8月16日、9月1日、9月16日，10月9日起拔收获。

表2 试验地灌水情况表 m3/hm2

其他管理同所有生产田一致。

1.5 产质量调查

甜菜块根收获时去除小区两侧的保护行，各取中间2行相同位置的20 m行长区域进行产质量测定，小区面积20 m2。

随机取每小区中间2行连续15株甜菜，用取样器45°从第1片叶痕（甜菜根头第1对真叶的痕迹处）处扎至根中心，压榨器压榨成甜菜汁液，滴入手持折光仪读数出甜菜锤度。各指标计算如式(1)～(3)[13]。

水分利用率(WUE)为甜菜块根产量与全生育期耗水量的比值。灌溉水分利用率(IWUE)为甜菜块根产量与灌水量的比值。

1.6 数据统计

试验数据相关性分析用SPSS 19进行处理及分析。用Microsoft Excel进行数据处理，作图软件使用Origin。

2 结果与分析

2.1 产质量鉴定结果

表3结果表明，6个不同灌水处理下的含糖率为13.55%～14.87%，其中处理3含糖率为14.87%，居第1位，处理6含糖率最低为13.55%，含糖率整体表现为处理3＞处理2＞处理1＞处理4＞处理5＞处理6；根产量为102718.5～86977.5 kg/hm2，其中处理3根产量为102718.5 kg/hm2，居第1位，处理6产量最低为86977.5 kg/hm2，产量整体表现为处理3＞处理4＞处理2＞处理1＞处理5＞处理6；产糖量为15277.5～11839.5 kg/hm2，其中处理3产糖量为 15277.5 kg/hm2，居第1位，处理6产糖量最低为11839.5 kg/hm2，产糖量整体表现为处理3＞处理4＞处理2＞处理4＞处理5＞处理6。经显著性分析，各处理间存在差异，在全生育期耗水量为4697.90 m3/hm2（处理3）时含糖率、根产量、产糖量均显著高于其他处理。

表3 产质量鉴定结果

2.2 不同灌水量对甜菜产量的影响

图1结果表明，不同灌水量下甜菜的产量存在差异，经显著性分析，呈显著水平(P＜0.05)。甜菜产量随着灌水量的增加呈先提高后降低的趋势。处理3（灌水量为4697.90 m3/hm2）时甜菜产量最高，经显著性分析，显著高于处理1、处理2、处理5、处理6，分别增长8.73%、5.75%、13.21%、15.32%，处理2与处理4差异不显著，但显著高于处理1、处理5、处理6，分别增长了6.55%、11.14%、13.30%，处理1与处理2差异不显著，但显著高于处理5、处理6，分别增长了7.92%、10.16%；处理6（灌水量为6775.55 m3/hm2）甜菜块根产量最低。

图1 灌水量对甜菜产量的影响

2.3 不同灌水量对甜菜含糖率的影响

图2结果表明，不同灌水量下甜菜的含糖率存在差异，经显著性分析，呈显著水平(P＜0.05)。甜菜含糖率随着灌水量的增加呈先提高后降低的趋势。处理3（灌水量为4697.90 m3/hm2）甜菜含糖率最高，经显著性分析，显著高于其他处理，较其他处理分别增长4.57%、3.23%、4.71%、4.84%、8.41%。处理2显著高于处理1、处理4、处理5、处理6，分别增长了1.39%、1.53%、1.67%、5.35%。含糖率处理1＞处理4＞处理5，但经显著性分析，3个处理间差异不显著，但显著高于处理6。处理6（灌水量为6775.55 m3/hm2）甜菜含糖率最低。

图2 灌水量对甜菜含糖率的影响

2.4 不同灌水量对甜菜产糖量的影响

图3结果表明，不同灌水量下甜菜的产糖量存在差异，经显著性分析，呈显著水平(P＜0.05)。甜菜产糖量随着灌水量的增加呈先提高后降低的趋势。处理3（灌水量为4697.90 m3/hm2）甜菜产糖量最高，经显著性分析，显著高于其他处理，较其他处理分别增长12.95%、8.77%、6.98%、17.46%、22.50%。处理2与处理4差异不显著，但显著高于处理1、处理5、处理6，分别增长了6.42%、11.26%、16.69%。处理1与处理2差异不显著，但显著高于处理5、处理6，分别增长了9.52%、15.06%。产糖量处理1＞处理5，但经显著性分析，2个处理间差异不显著，但显著高于处理6。处理6（灌水量为6775.55 m3/hm2）甜菜产糖量最低。

图3 灌水量对甜菜产糖量的影响

2.5 不同水分处理甜菜对水分利用的情况

（1）从各生育期灌水量占全生育期灌水的比例（表4）可以看出，处理1甜菜的灌水量最少，苗期灌水量为675.01 m3/hm2，占全生育期灌水量的20.38%。叶丛繁茂期灌水量为1507.53 m3/hm2，占全生育期灌水量的45.51%。块根糖分增长期灌水量为999.01 m3/hm2，占全生育期灌水量的30.16%。糖分积累期灌水量为131.25 m3/hm2，占全生育期灌水量的3.96%。处理3获得了较高的甜菜含糖率和甜菜块根产量，其全生育期灌水量4697.90 m3/hm2比处理1增加了29.48%，苗期灌水量比处理1增加了28.57%，叶丛繁茂期和块根糖分增长期灌水量比处理1均增加了28.57%，糖分积累期比处理1增加了46.15%。

表4 甜菜各生育期灌水量和占全生育期灌水量的比例及WUE、IWUE

（2）从表4可以看出，随着灌水量的增加，各处理甜菜的含糖率、产量和产糖量呈现先增加后降低的趋势，处理6的灌水量最多，全生育期灌水量为6775.55 m3/hm2，水分利用率与灌溉水分利用率最低，甜菜的含糖、块根产量和产糖量最低，因此处理6种植比较收益较低，投入多、产出少，未能获得较高收益。处理3全生育期耗水量为4697.90 m3/hm2，水分利用率为21.86 kg/(hm2·m3)，灌溉水分利用率为21.87 kg/(hm2·m3)，甜菜含糖率、块根产量、产糖量最高，因此适当的灌溉量能增加水分利用率，减少投入的同时获得较高产量，增加效益。

3 结论与讨论

2020年石河子年平均气温偏高，最高气温出现在7月，平均气温25.1～26.1℃，石河子地区光热资源丰富，年日照时数为2721～2818 h，日照时数长，日蒸发量也相对较大，降水量较往年偏少，降水主要集中在6、7月[14-15]，有效降雨为51.9 mm（图4），此时正处于甜菜叶丛快速增长期，需水量大，加之气温高，蒸腾速率快，仅依靠降雨无法保证甜菜充足的供水，影响叶丛和块根的生长，后期可能会导致甜菜减产或者绝收，所以在水肥一体化条件下，探索节水灌溉可以在稳定甜菜产质量的情况下节约水资源，同时减少丛根病和根腐病的发病率[16]。

图4 2020年5—9月石河子降水量

在甜菜生产过程中水分供应充足有利于甜菜产量的提高。叶丛快速生长期是甜菜的水分临界期，在这一时期如果无法保证充足的灌水，会严重影响产质量[17-18]。充足的水分有利于甜菜的营养生长，提高叶部器官进行物质的积累，增进甜菜营养生长中心的转移，增加甜菜的产量，然而过量浇水会使甜菜叶丛生长增快，生长中心集中在地上部，叶丛生长过旺，致使田间郁闭，增加病害的发生率，同时减缓了甜菜生长中心的转移，不利于甜菜块根膨大，同时增加青头质量。甜菜的产糖量是由甜菜块根产量及甜菜含糖率共同决定的，在甜菜块根膨大过程中，水分供应与甜菜含糖率呈反比，水分供应得越充足，块根含糖率就越低，尤其在生长后期过量灌水，会致使甜菜返青，同时降低甜菜含糖率[19-21]。

董心久等[22]在对新疆50 cm×20 cm株行距的甜菜灌水量研究中认为，灌水量对甜菜叶丛高度有显著影响，随着灌水量的增多，甜菜叶丛高度增加，灌水量过少时甜菜的块根长度、直径、含糖率和块根产量都处于较低水平，当灌水量慢慢增加时，甜菜的含糖率、块根质量和产量开始增长并达到最大，灌水过多甜菜的含糖率和块根产量逐渐降低，这与本研究结果一致。新疆甜菜灌水次数较多，缺少科学的灌溉技术指导以及较优的节水灌溉制度，节水灌溉效果不突出，投入与产出未能实现正相关，种植效益没有实现最大化。王振华等[23]对甜菜灌水频次的研究中认为，土壤含水量达到50%以上时方能获得较高产量，随着灌水频次的增加，甜菜含糖率减少。

樊福义[24]甜菜需水规律的研究表明，甜菜苗期需水较多，占全生育期灌水量的15%；在叶丛繁茂期需水最多，占全生育期灌水量的41%；在糖分增长期需水较少，占全生育期灌水量的27%；在糖分积累期需水最少，占全生育期灌水量的17%。石河子属于干旱气候，2020年5—9月降水仅为51.9 mm，1次灌水达到高产高糖不符合实际。王振华等[23]甜菜灌水频次的研究认为，甜菜全生育期灌水9次，每次灌水600 m3/hm2，总灌量5400 m3/hm2，可获得较高产量。本研究中，5390.40 m3/hm2灌水量下的产量是100317 kg/hm2，居第2位；含糖率为14.17%，居第4位；产糖量为14211 kg/hm2，居第2位；在王振华等[23]研究基础上节水13%，甜菜产量增长2.34%，含糖率增长4.71%，产糖量增长6.98%。在甜菜全生育期灌水7次，全生育期灌水量4697.90 m3/hm2，苗期灌水945.01 m3/hm2，占全生育期的20.12%，叶丛繁茂期灌水2110.53 m3/hm2，占全生育期灌水量的44.93%，糖分增长期灌水1398.61 m3/hm2，占全生育期灌水量的29.77%，糖分积累期灌水243.75 m3/hm2，占全生育期灌水量的5.19%[25]。因此，根据甜菜生育期需水规律进行灌水可获得更优的节水制度[26]。在水分比较匮乏的条件下，合理高效利用有限的水资源尤为重要，在甜菜苗期给足水分的同时可适当延后头水来促进根系深扎，可减少灌水频次同时进行适度节水，在甜菜水分敏感时期给足水分，生长后期适当减少水分的供给，维持块根膨大的同时积累糖分，合理高效安排生育期内供水，能充分提高水分利用率，获得较高收益[27-28]。

本试验认为，在新疆石河子地区甜菜全生育期灌水7次，总灌水量4697.90 m3/hm2时含糖率、产量和产糖量均达到最高，在低于4697.90 m3/hm2时甜菜块根产量、含糖率、产糖量随灌水量的增加呈现上升趋势，全生育期灌水量最高6775.55 m3/hm2时含糖率、产量和产糖量表现为最低。因此甜菜灌水并非越多越好，过量灌水会明显降低甜菜的含糖率和产量，但是在后期控制灌水可提高块根糖分积累速率，增加块根含糖率。