姚佳賓，李和平，吳鑫淼，高贏磊，李積銘，李愛(ài)國(guó)，郄志紅

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北 衡水 053000)

0 引 言

油葵(Helianthus annuus Linn.)屬菊科(Compositae)向日葵屬(Helianthus)植物，含油率較高，是我國(guó)四大油料作物之一[1]。油葵籽油被稱為“健康營(yíng)養(yǎng)油”，含有豐富的對(duì)人體有益的不飽和脂肪酸，其中亞油酸含量高達(dá)65%～73%，油酸含量為20%左右，含有干油脂、多種維生素以及礦物質(zhì)[2,3]。油葵具有生長(zhǎng)周期較短、適應(yīng)性強(qiáng)、耐鹽堿和耐干旱等特性，在當(dāng)前華北平原水資源短缺和地下水超采嚴(yán)重的情況下，耐旱作物油葵在農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整中取得了較大的發(fā)展，逐步成為區(qū)域內(nèi)第四大糧食作物[4]。

不同區(qū)域條件下，作物生長(zhǎng)環(huán)境的氣候條件差別較大，導(dǎo)致作物生長(zhǎng)、耗水特征存在顯著的差異。同一作物的不同品種在農(nóng)業(yè)高效用水方面也存在著較大的生理和遺傳差異[5]。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于油葵的研究主要集中在西北[6]、東北[7]等地區(qū)，華北地區(qū)作為油葵的重要生產(chǎn)區(qū)域，有關(guān)該區(qū)域內(nèi)油葵生長(zhǎng)和耗水的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。國(guó)外有研究表明，在很多地區(qū)，充分灌溉能夠使油葵獲得最大產(chǎn)量[8,9]，但華北地區(qū)屬于水資源短缺地區(qū)，應(yīng)當(dāng)考慮節(jié)水和增產(chǎn)的雙重目標(biāo)。土壤水分適宜下限指標(biāo)是制定灌溉制度的重要參數(shù)，國(guó)內(nèi)針對(duì)土壤水分適宜下限的研究多集中于玉米[10]、小麥[11]和水稻[12]等主要農(nóng)作物。本文選擇在河北省保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)試驗(yàn)田進(jìn)行盆栽控水試驗(yàn)，根據(jù)李和平[4]等在華北地區(qū)油葵的種植經(jīng)驗(yàn)，選用適宜該地種植的高產(chǎn)和穩(wěn)定性強(qiáng)的DW567和新葵20號(hào)兩個(gè)品種，分析不同灌水下限對(duì)盆栽油葵生長(zhǎng)、耗水及產(chǎn)量的影響，為華北平原地區(qū)油葵節(jié)水灌溉提供參考依據(jù)，對(duì)于提高油葵產(chǎn)量，擴(kuò)大油葵的播種面積，促進(jìn)華北平原區(qū)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和結(jié)構(gòu)節(jié)水具有重要的意義。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)布置在河北省保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)試驗(yàn)田內(nèi)，地理位置坐標(biāo)為東經(jīng)115°48′，北緯38°85′，海拔高度14.3 m。試驗(yàn)地多年平均降水量550 mm，多年平均氣溫12 ℃，多年平均日照時(shí)數(shù)2 673 h，多年平均蒸發(fā)量1 750 mm，屬溫帶季風(fēng)性氣候。供試土壤取自試驗(yàn)田內(nèi)0～20 cm土層，為沙粉土，土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與布置

試驗(yàn)根據(jù)花盆內(nèi)0～30 cm土層的含水率為油葵的灌水控制下限，分別設(shè)為80%fc(T1)，70%fc(T2), 60%fc(T3)，50%fc(T4)和40%fc(T5)，fc為田間持水率，共5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，采用新葵20號(hào)和DW567兩個(gè)品種，來(lái)比較不同品種對(duì)不同水分處理的響應(yīng)，對(duì)抗旱品種的選擇提供依據(jù)。灌水根據(jù)土壤水分上下限控制，上限為田間持水率，下限為各處理所規(guī)定的灌水下限，當(dāng)土壤含水率降至灌水下限時(shí)灌水至上限。灌水定額由式(1)計(jì)算。

表1 土壤水力特征參數(shù)和初始養(yǎng)分含量Tab.1 Soil hydraulic characteristic parameters and initial nutrient content

I=(ρ0-ρ)Ah

(1)

式中：I為灌水定額，L；ρ0為以體積含水率表示的田間持水率，%；ρ為以體積含水率表示的土壤含水率下限，%；A為花盆表面積，m2；h為土層深度，m。

盆栽試驗(yàn)用直徑0.38 m、高0.35 m的塑料花盆。試驗(yàn)用土經(jīng)自然風(fēng)干過(guò)篩后，均勻填裝，填裝深度0.3 m。油葵于2017年4月24日播種，每盆均勻播種5粒油葵籽，5月1日進(jìn)行定苗后，每盆留長(zhǎng)勢(shì)均勻的油葵幼苗1株，苗期開始，并開始進(jìn)行控水處理。播種前，每盆中施加底肥尿素10 g和磷酸二銨10 g，在現(xiàn)蕾期進(jìn)行一次追肥，每盆施用5 g尿素[13]。采用量筒灌水并記錄每次的灌水量，在花盆下放置聚氯乙烯(PVC)盛水器收集滲漏水，將每次灌水產(chǎn)生的滲漏水收集于量筒內(nèi)，并進(jìn)行記錄。在雨天將油葵放置塑料棚內(nèi)進(jìn)行遮雨。

試驗(yàn)根據(jù)油葵的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，把油葵整個(gè)生育期劃分為苗期、現(xiàn)蕾期、開花期、灌漿期和成熟期5個(gè)生育階段，各生育階段的起止日期見(jiàn)表2。

表2 油葵生育期劃分Tab.2 Division of growth period of potted sunflower

1.3 測(cè)定內(nèi)容及方法

1.3.1 土壤含水率

采用土樣取土烘干法進(jìn)行土壤含水率的測(cè)定，測(cè)定深度為0～30 cm，每15 cm為一層，試驗(yàn)期間每隔2～7 d測(cè)定一次。

1.3.2 耗水量

采用水量平衡法計(jì)算不同灌水處理的油葵實(shí)際耗水量，具體公式為：

ETc=P+I+ΔW-R-D

(2)

式中：ETc為作物耗水量，L/盆；P為降水量，L/盆；I為灌水定額，L/盆；△W是土壤水分變化量，L/盆；R是地表徑流，L/盆；D是花盆滲漏量，L/盆。

由于本試驗(yàn)采用盆栽控雨試驗(yàn)，因此降水量和地表徑流可以忽略，因此，R=0，P=0。因此方程式可以簡(jiǎn)化如下：

ETc=I+ΔW-D

(3)

1.3.3 作物生長(zhǎng)指標(biāo)

作物生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定內(nèi)容包括株高、葉面積、盤莖和地上干重等。采用卷尺測(cè)量每株油葵的株高，每隔10 d測(cè)定一次；用直尺對(duì)葉片一片一片進(jìn)行測(cè)量，葉長(zhǎng)為葉片基部到葉尖，葉寬為葉片最寬處，累計(jì)算出每株油葵的葉面積，油葵單葉面積(cm2)=葉長(zhǎng)(cm)×葉寬(cm)×0.65[14]。待油葵成熟，用直尺測(cè)量每株油葵的盤莖；收獲時(shí)，距離根部5cm處截取油葵的地上部鮮物質(zhì)，之后在105 ℃下殺青1 h，70 ℃下烘干至恒重，用電子天平稱重測(cè)定每株油葵的地上部干物質(zhì)重。

1.3.4 產(chǎn) 量

待油葵成熟后，人工收割花盤后進(jìn)行晾曬，然后手工剝粒，稱取每株油葵的籽粒重量，取3個(gè)重復(fù)的平均值作為每個(gè)處理的單株產(chǎn)量，并從每個(gè)處理隨機(jī)數(shù)出3個(gè)一百粒種子，分別稱重，求其平均值，作為各處理的百粒重。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)分析采用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS Statistics 18.0V進(jìn)行，用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵株高的影響

株高是衡量作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況的形態(tài)指標(biāo)之一，它不僅與作物的遺傳特性有關(guān)，同時(shí)也受種植管理措施和環(huán)境因素的影響。表3分別給出了兩個(gè)不同品種油葵在不同水分處理間株高的變化過(guò)程。從表中可以看出，各處理株高具有相同的變化趨勢(shì)，油葵的株高在定苗后的前35 d內(nèi)(苗期)增長(zhǎng)緩慢，隨后(進(jìn)入現(xiàn)蕾期后)快速增長(zhǎng)，到定苗后65 d前后(開花和灌漿期)株高基本保持不變。從全生育期來(lái)看，新葵20號(hào)的T1、T2和T3間的株高沒(méi)有明顯的差異，三組的株高長(zhǎng)勢(shì)最好；DW567的T2和T3間的株高沒(méi)有明顯的差異，兩者的株高長(zhǎng)勢(shì)最好。兩個(gè)品種均以T4和T5的株高長(zhǎng)勢(shì)較低，說(shuō)明50%fc和40%fc的灌水下限嚴(yán)重影響了油葵株高的正常生長(zhǎng)。DW567的T1與其T2、T3對(duì)比分析可知，在定苗55 d后，T1的株高明顯小于其T2和T3的株高，可能的原因是灌水下限過(guò)高一定程度上抑制了油葵株高的生長(zhǎng)。

表3 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵株高的影響 cm

注：a、b、c等不同字母表示同一品種同一列數(shù)值在0.05水平上的差異顯著性，下同。

2.2 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵葉面積的影響

葉片是葉冠的重要組成部分，葉面積對(duì)作物干物質(zhì)的積累和最終產(chǎn)量的形成至關(guān)重要，其大小直接影響著作物對(duì)光能的利用效率，繼而影響作物產(chǎn)量。表4分別給出了兩個(gè)不同品種油葵在不同水分處理間單株油葵葉面積的變化過(guò)程。從表中可以看出，各處理葉面積具有相同的變化趨勢(shì)，油葵的葉面積在定苗后的前35 d內(nèi)(苗期)增長(zhǎng)緩慢，隨后(進(jìn)入現(xiàn)蕾期后)快速增長(zhǎng)，到定苗后65 d前后(開花期)葉面積達(dá)到最大值，進(jìn)入灌漿成熟期后，隨著植株的衰老，葉片的枯萎，葉面積開始下降。從全生育期來(lái)看，新葵20號(hào)各處理間，T2和T3的全生育期葉面積最大，兩者間沒(méi)有明顯的差異，但明顯大于T4和T5的全生育期的葉面積，說(shuō)明50%fc和40%fc的灌水下限嚴(yán)重影響了油葵葉面積的正常生長(zhǎng)。在定苗65 d前后，T1的葉面積明顯小于T2和T3的葉面積，說(shuō)明灌水下限過(guò)高一定程度上抑制了油葵葉面積的生長(zhǎng)。DW567各處理葉面積的差異性與新葵20號(hào)相似。

2.3 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵盤莖和地上干重的影響

在油葵生育階段結(jié)束時(shí)，通過(guò)對(duì)盤莖和地上干重的值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定各灌水下限對(duì)盤莖和地上干重的影響(圖1)。

表4 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵單株葉面積的影響 cm2

圖1 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵盤莖和地上干重的影響Fig.1 Effects of different irrigation lower limits on disc diameter and aboveground dry weight of potted sunflower

從圖1中可以看出，新葵20號(hào)各處理間，T2的盤莖和地上干重最大，與T3的差異不顯著，與其他處理的差異達(dá)到了顯著水平；DW567各處理間，T3的盤莖和地上干重最大，與T2的差異不顯著，與其他處理的差異達(dá)到了顯著水平。說(shuō)明以60%fc或70%fc為灌水下限更有利于油葵盤莖的形成和干物質(zhì)的積累。作物通過(guò)光合作用形成碳水化合物，積累干物質(zhì)，積累量的大小直接反映在株高、葉面積和盤莖等形態(tài)指標(biāo)上。T2和T3的植株生長(zhǎng)狀況良好，株高、葉面積和盤莖等均較大，所以干物質(zhì)積累較多，地上干重較大，而T4和T5的灌水下限相對(duì)較低，水分虧缺較嚴(yán)重，作物生長(zhǎng)受到限制，株高、葉面積和盤莖等相對(duì)較小，所以干物質(zhì)積累較少，地上干重較小。T1的盤莖和地上干重較小的原因可能是由于土壤含水率長(zhǎng)期處于較高的水平，一定程度上會(huì)抑制根系的呼吸，不利于根系的下扎及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)由根系莖稈輸送至冠層，與T2和T3相比較，株高、葉面積和盤莖等相對(duì)較小，干物質(zhì)積累較少，所以地上干重較小。

2.4 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵耗水的影響

表5為根據(jù)水量平衡公式(3)計(jì)算的各灌水處理的盆栽油葵的耗水量。從表5中可以看出，兩個(gè)品種不同處理間的耗水量差異顯著，新葵20號(hào)各處理的全生育期耗水量在34.36～46.93 L/盆；DW567各處理的全生育期耗水量在37.63～50.23 L/盆。兩個(gè)品種均以T1的全生育期耗水量最大，與T1相比較，新葵20號(hào)的T2、T3、T4和T5的全生育期耗水量分別降低了5.4%、10.5%、19.4%和26.8%，DW567的T2、T3、T4和T5的全生育期耗水量分別降低了4.4%、8.6%、16.3%和25.1%。不同處理間耗水量的差異是植物蒸騰和棵間蒸發(fā)共同影響的結(jié)果。從油葵的生長(zhǎng)狀況可以看出，與T4和T5相比而言，T2和T3植株長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)較好，且土壤含水率處于相對(duì)較高的水平，植物蒸騰能力和棵間蒸發(fā)能力均較強(qiáng)是其耗水量較高的主要原因；T1植株與T2和T3相比，植株長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)較弱，但其土壤含水率相對(duì)最高，棵間蒸發(fā)能力較強(qiáng)是其耗水量偏大的主要原因；T4和T5植株長(zhǎng)勢(shì)較弱，尤其是T5植株長(zhǎng)勢(shì)最弱，且土壤含水率相對(duì)最低，棵間蒸發(fā)和植物蒸騰能力均較弱是其耗水量最低的主要原因。有關(guān)盆栽油葵的耗水構(gòu)成機(jī)制還需深入研究。

表5 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵耗水量的影響 L/盆

2.5 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵產(chǎn)量的影響

不同灌水下限對(duì)盆栽油葵的百粒重、單株產(chǎn)量和水分利用效率的影響見(jiàn)表6。從百粒重上來(lái)看，新葵20號(hào)各處理間，T2的百粒重最大，與T2相比較，T1、T3、T4和T5的百粒重分別降低了9.4%、5.2%、16.4%和30.4%，顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，T2與T1、T3的差異不顯著，與其他處理的差異顯著；DW567各處理間，T3的百粒重最大，與T3相比較，T1、T2、T4和T5的百粒重分別降低了11.2%、1.7%、17.9%和22.5%，顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，T3與T1、T2的差異不顯著，與其他處理的差異顯著。從單株產(chǎn)量上來(lái)看，新葵20號(hào)各處理間，T2的單株產(chǎn)量最大，與T2相比較，T1、T3、T4和T5的單株產(chǎn)量分別降低了14.5%、7.4%、30.1%和49.6%，顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，T2與T3的差異不顯著，與其他處理的差異顯著；DW567各處理間，T3的單株產(chǎn)量最大，與T3相比較，T1、T2、T4和T5的單株產(chǎn)量分別降低了14.0%、2.6%、19.2%和35.4%，顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，T3與T2的差異不顯著，與其他處理的差異顯著。新葵20號(hào)各處理的水分利用效率從大到小為T2>T3>T4>T1>T5；DW567各處理的水分利用效率從大到小為T3>T2>T4>T5=T1。

表6 不同灌水下限對(duì)盆栽油葵產(chǎn)量及水分利用效率的影響Tab.6 Effects of different irrigation lower limits on yield and water use efficiency of potted sunflower

注：以每盆計(jì)。

在同樣處理?xiàng)l件下，DW567的百粒重、單株產(chǎn)量和水分利用效率均高于新葵20號(hào)。在低灌水下限(T4和T5)條件下，分別與其達(dá)到最大單株產(chǎn)量的處理(T2或T3)對(duì)比分析，從兩個(gè)品種的單株產(chǎn)量的降低程度可以看出，新葵20號(hào)的單株產(chǎn)量較DW567減產(chǎn)程度相對(duì)嚴(yán)重。說(shuō)明DW567的抗旱性優(yōu)于新葵20號(hào)。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)土壤水分下限控制過(guò)低會(huì)嚴(yán)重影響油葵的株高、葉面積和盤莖的生長(zhǎng)以及干物質(zhì)的積累，T4和T5的土壤水分控制下限對(duì)油葵生長(zhǎng)形成了較為嚴(yán)重的水分脅迫，而T2和T3則可以滿足油葵正常生長(zhǎng)的水分需求，T1的土壤水分控制下限的土壤含水率過(guò)高，不利于油葵的生長(zhǎng)。

(2)不同處理間耗水量的差異是植物蒸騰和棵間蒸發(fā)共同影響的結(jié)果。本試驗(yàn)結(jié)果表明，灌水下限越低，油葵的耗水量越小。新葵20號(hào)各處理的全生育期耗水量在34.36～46.93 L/盆；DW567各處理的全生育期耗水量在37.63～50.23 L/盆。

(3)不同灌水下限對(duì)兩個(gè)不同品種盆栽油葵的百粒重和單株產(chǎn)量影響顯著。兩個(gè)品種均以T2或T3的百粒重和單株產(chǎn)量最大，二者間沒(méi)有明顯的差異，但二者的單株產(chǎn)量都明顯大于其他處理。新葵20號(hào)以T2的水分利用效率最大，DW567以T3的水分利用效率最大。

(4)總體上看，DW567的百粒重、單株產(chǎn)量和水分利用效率均高于新葵20號(hào)，且DW567的抗旱性優(yōu)于新葵20號(hào)。

□

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚榮江,楊勁松,趙秀芳,等.水鹽調(diào)控措施對(duì)蘇北海涂油葵生長(zhǎng)及土壤鹽分分布的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2013,32(1):5-9.

[2] 趙貴興,鐘 鵬,陳 霞,等.中國(guó)向日葵產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策[J].農(nóng)業(yè)工程,2011,1(2):42-45.

[3] 李曉麗,張邊江.油用向日葵的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(27):13 015-13 017.

[4] 李積銘,李鍇雯,李和平,等.華北低平原區(qū)高產(chǎn)油葵新品種比較試驗(yàn)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,44(7):46-47,69.

[5] 董寶娣,張正斌,劉孟雨,等.小麥不同品種的水分利用特性及對(duì)灌溉制度的響應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,(9):27-33.

[6] 葛 宇,何新林,王振華,等.滴灌灌水量對(duì)復(fù)播油葵耗水特性和產(chǎn)量的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2012,31(3):111-113.

[7] 裴福軍,王蘭云,劉福新,等.白城地區(qū)向日葵需水規(guī)律的研究[J].吉林氣象,1998,(3):22-23.

[8] Connor D J,Jones T R,Palta J A.Response of sunflower to strategies of irrigation I.Growth,yield and the efficiency of water-use[J].Field Crops Research,1985,(10):15-36.

[9] Goksoy A T,Demir A O,Turan Z M,et al.Responses of sunflower (Helianthus annuus L.)to full and limited irrigation at different growth stages[J].Field Crops Research,2004,87(2):167-178.

[10] 李金剛,屈忠義,黃永平,等.微咸水膜下滴灌不同灌水下限對(duì)鹽堿地土壤水鹽運(yùn)移及玉米產(chǎn)量的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2017,31(1):217-223.

[11] 申孝軍,孫景生,劉祖貴,等.灌水控制下限對(duì)冬小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(12):58-65.

[12] 袁德梽.不同灌水下限對(duì)水稻生長(zhǎng)特性及產(chǎn)量的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,41(20):9-14.

[13] 賀 新.水鹽協(xié)同調(diào)控對(duì)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的影響機(jī)理及其應(yīng)用研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[14] 王振華,鄭旭榮,宋常吉.滴灌對(duì)北疆復(fù)播油葵耗水和生長(zhǎng)的影響效應(yīng)[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào),2014,28(5):919-928.