劉建雄，孫琳琳，劉 珣，胡華兵，丁兆斐，袁團團，郇 町

（新疆石河子農業(yè)科學研究院，新疆 石河子 832011）

0 引言

甜菜作為主要糖料來源之一，種植在中國西北、東北、華北等區(qū)域，具有耐旱、耐寒、抗逆性強等特點。中國北方多為干旱、半干旱區(qū)域，水資源匱乏以及供應不均勻成為制約甜菜生產的重要原因[1]。新疆是中國西北內陸的干旱區(qū)，光熱資源豐富，冬夏季溫差大且季節(jié)時間長，春秋季則相對較短。年平均最多日照出現在7月，最高氣溫也出現在7、8月，此時日照時數長，日蒸發(fā)量也相對較大，日照充沛，降水量偏少，年蒸發(fā)量是降水量的150倍，因此在干旱區(qū)合理高效利用水資源尤為重要[2]。應對新疆水資源匱乏、供應不均衡問題，如何進行科學灌溉，提高水分利用率，降低灌水量，促進甜菜產業(yè)可持續(xù)發(fā)展，已成為新疆甜菜產業(yè)亟待解決的關鍵[3]。甜菜具有很強的耐旱性，在滿足甜菜生長正常所需之外適度節(jié)水利于根系深扎，在葉叢快速生長期進行節(jié)水灌溉，能有效避免葉叢瘋長，過度灌溉則會致使田間提前封壟，呈現葉柄長、葉片小，葉片有效光合速率減少，同時影響機械作業(yè)；在塊根糖分增長期適度進行節(jié)水灌溉，能有效將葉叢養(yǎng)分轉移到塊根上，提高塊根含糖。國內外大量研究表明，適當節(jié)水可以提高甜菜水分利用率，獲得較高產量[4-5]。侯振安等[6]在不同灌水量以及不同時期水分調控對甜菜生長及糖分積累影響的研究中認為，甜菜全生育期較合理灌水頻次為6～7次，總灌水量4500～5250 m3/hm2效果最好，在葉叢快速生長期時以每次900 m3/hm2來保證充足的灌水，后期灌溉量逐漸減少，每次每公頃的灌水量控制在450～675 m3。在甜菜整個生育期中，植株含水量平均為90%左右，在甜菜塊根生長成熟時塊根含水量約為75%。馬永勝等[7]研究半干旱區(qū)甜菜耗水規(guī)律表明，在半干旱地區(qū)，甜菜在糖分積累期之前需保持土壤田間持水量的70%～80%，在糖分積累期保持在60%～70%，甜菜產量和含糖率便能獲得較高水平。在《新疆甜菜》中介紹甜菜第一年各生長時期的需水規(guī)律是：甜菜苗期需水最少（占全生育期總耗水量的11.8%～19.0%），葉叢繁茂期需水最多（占全生育期總耗水量的51.9%～58.0%），塊根糖分積累期需水相對減少（占全生育期總耗水量的27.1%～36.2%）[8-9]。新疆北疆甜菜的栽培多采用滴灌，只濕潤作物根區(qū)，不產生地面水層和地表徑流，不使地面板結，不破壞土壤結構，具有減排、節(jié)水、省工、省電的特點，不易產生無效灌溉，容易控制灌溉水量和灌溉次數，同時可減少滲透和蒸發(fā)量，阻斷致病菌或病蟲草害隨水流動而帶來的問題，也可結合施肥罐進行水溶性施肥，使肥料直接滲透到作物根系層進行均勻的吸收利用，實現甜菜水肥一體化管理，水肥一體化管理可以根據作物需肥情況微量施入根系附近，減少肥料用量，提高肥料有效利用率，減輕對環(huán)境的化學污染[10-11]。運用灌溉施肥技術，通過人工控制閥門可隨時依據作物生長表現補充營養(yǎng)元素，減少浪費的同時精準調控作物生長，節(jié)省勞動力的投入，降低生產成本，滴灌技術比漫灌節(jié)水30%～50%左右[12]。本研究根據甜菜的抗旱性和滴灌可高精度控水的特點，在甜菜生長過程中根據甜菜生育期不同階段需水情況設置不同的灌溉方案，研究灌水量對甜菜的含糖率、產量和產糖量的影響，旨在探明甜菜高產高糖健康生長的需水特征及全生育期總需水量，提出新疆滴灌甜菜水分需求指標和較優(yōu)節(jié)水灌溉方法，提高新疆甜菜水肥一體化種植技術，提高用水效率、減少生產成本、降低勞力投入、增加農民收益，促進甜菜產業(yè)持久健康發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設置在新疆兵團第八師石河子農業(yè)科學研究院甜菜研究所試驗地(44°19′N，86°03′E)，海拔442.9 m。前茬作物為冬小麥，甜菜種植間隔4年，試驗地地勢平坦，土層質地為壤土，土壤肥力充足。土壤理化性質見表1。

表1 試驗地土壤養(yǎng)分含量

1.2 試驗品種

種植品種為‘KWS9147’，該品種為近年來新疆南北疆甜菜種植面積最多的品種。生產栽培周期為2020年4—10月，共計180余天。

1.3 試驗與設計

試驗共設置6個處理，4行區(qū)，3重復，隨機區(qū)組排列，行長50 m，等行距50 cm，株距18.5 cm，小區(qū)面積100 m2。小區(qū)4行2根滴灌帶，相鄰滴灌帶間距1 m，滴灌帶連接副管，副管連接支管，每個小區(qū)設單獨閥門、水表控制。

1.4 試驗地田間管理情況

試驗地播種時間為4月14日，采用50 cm×18.5 cm等行距種植模式，種植密度108105株/hm2。人工裸地點播，一穴一粒，播種結束后當天鋪設滴灌管道，全生育期共澆水7次，中耕3次，人工拔草5次，定苗時間為5月16日。

試驗地灌溉情況如表2。4月16日滴出苗水（出苗水不計入總灌量），4月24日左右2片子葉展開，灌水時間分別為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日起拔收獲。

表2 試驗地灌水情況表 m3/hm2

其他管理同所有生產田一致。

1.5 產質量調查

甜菜塊根收獲時去除小區(qū)兩側的保護行，各取中間2行相同位置的20 m行長區(qū)域進行產質量測定，小區(qū)面積20 m2。

隨機取每小區(qū)中間2行連續(xù)15株甜菜，用取樣器45°從第1片葉痕（甜菜根頭第1對真葉的痕跡處）處扎至根中心，壓榨器壓榨成甜菜汁液，滴入手持折光儀讀數出甜菜錘度。各指標計算如式(1)～(3)[13]。

水分利用率(WUE)為甜菜塊根產量與全生育期耗水量的比值。灌溉水分利用率(IWUE)為甜菜塊根產量與灌水量的比值。

1.6 數據統(tǒng)計

試驗數據相關性分析用SPSS 19進行處理及分析。用Microsoft Excel進行數據處理，作圖軟件使用Origin。

2 結果與分析

2.1 產質量鑒定結果

表3結果表明，6個不同灌水處理下的含糖率為13.55%～14.87%，其中處理3含糖率為14.87%，居第1位，處理6含糖率最低為13.55%，含糖率整體表現為處理3＞處理2＞處理1＞處理4＞處理5＞處理6；根產量為102718.5～86977.5 kg/hm2，其中處理3根產量為102718.5 kg/hm2，居第1位，處理6產量最低為86977.5 kg/hm2，產量整體表現為處理3＞處理4＞處理2＞處理1＞處理5＞處理6；產糖量為15277.5～11839.5 kg/hm2，其中處理3產糖量為 15277.5 kg/hm2，居第1位，處理6產糖量最低為11839.5 kg/hm2，產糖量整體表現為處理3＞處理4＞處理2＞處理4＞處理5＞處理6。經顯著性分析，各處理間存在差異，在全生育期耗水量為4697.90 m3/hm2（處理3）時含糖率、根產量、產糖量均顯著高于其他處理。

表3 產質量鑒定結果

2.2 不同灌水量對甜菜產量的影響

圖1結果表明，不同灌水量下甜菜的產量存在差異，經顯著性分析，呈顯著水平(P＜0.05)。甜菜產量隨著灌水量的增加呈先提高后降低的趨勢。處理3（灌水量為4697.90 m3/hm2）時甜菜產量最高，經顯著性分析，顯著高于處理1、處理2、處理5、處理6，分別增長8.73%、5.75%、13.21%、15.32%，處理2與處理4差異不顯著，但顯著高于處理1、處理5、處理6，分別增長了6.55%、11.14%、13.30%，處理1與處理2差異不顯著，但顯著高于處理5、處理6，分別增長了7.92%、10.16%；處理6（灌水量為6775.55 m3/hm2）甜菜塊根產量最低。

圖1 灌水量對甜菜產量的影響

2.3 不同灌水量對甜菜含糖率的影響

圖2結果表明，不同灌水量下甜菜的含糖率存在差異，經顯著性分析，呈顯著水平(P＜0.05)。甜菜含糖率隨著灌水量的增加呈先提高后降低的趨勢。處理3（灌水量為4697.90 m3/hm2）甜菜含糖率最高，經顯著性分析，顯著高于其他處理，較其他處理分別增長4.57%、3.23%、4.71%、4.84%、8.41%。處理2顯著高于處理1、處理4、處理5、處理6，分別增長了1.39%、1.53%、1.67%、5.35%。含糖率處理1＞處理4＞處理5，但經顯著性分析，3個處理間差異不顯著，但顯著高于處理6。處理6（灌水量為6775.55 m3/hm2）甜菜含糖率最低。

圖2 灌水量對甜菜含糖率的影響

2.4 不同灌水量對甜菜產糖量的影響

圖3結果表明，不同灌水量下甜菜的產糖量存在差異，經顯著性分析，呈顯著水平(P＜0.05)。甜菜產糖量隨著灌水量的增加呈先提高后降低的趨勢。處理3（灌水量為4697.90 m3/hm2）甜菜產糖量最高，經顯著性分析，顯著高于其他處理，較其他處理分別增長12.95%、8.77%、6.98%、17.46%、22.50%。處理2與處理4差異不顯著，但顯著高于處理1、處理5、處理6，分別增長了6.42%、11.26%、16.69%。處理1與處理2差異不顯著，但顯著高于處理5、處理6，分別增長了9.52%、15.06%。產糖量處理1＞處理5，但經顯著性分析，2個處理間差異不顯著，但顯著高于處理6。處理6（灌水量為6775.55 m3/hm2）甜菜產糖量最低。

圖3 灌水量對甜菜產糖量的影響

2.5 不同水分處理甜菜對水分利用的情況

（1）從各生育期灌水量占全生育期灌水的比例（表4）可以看出，處理1甜菜的灌水量最少，苗期灌水量為675.01 m3/hm2，占全生育期灌水量的20.38%。葉叢繁茂期灌水量為1507.53 m3/hm2，占全生育期灌水量的45.51%。塊根糖分增長期灌水量為999.01 m3/hm2，占全生育期灌水量的30.16%。糖分積累期灌水量為131.25 m3/hm2，占全生育期灌水量的3.96%。處理3獲得了較高的甜菜含糖率和甜菜塊根產量，其全生育期灌水量4697.90 m3/hm2比處理1增加了29.48%，苗期灌水量比處理1增加了28.57%，葉叢繁茂期和塊根糖分增長期灌水量比處理1均增加了28.57%，糖分積累期比處理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）從表4可以看出，隨著灌水量的增加，各處理甜菜的含糖率、產量和產糖量呈現先增加后降低的趨勢，處理6的灌水量最多，全生育期灌水量為6775.55 m3/hm2，水分利用率與灌溉水分利用率最低，甜菜的含糖、塊根產量和產糖量最低，因此處理6種植比較收益較低，投入多、產出少，未能獲得較高收益。處理3全生育期耗水量為4697.90 m3/hm2，水分利用率為21.86 kg/(hm2·m3)，灌溉水分利用率為21.87 kg/(hm2·m3)，甜菜含糖率、塊根產量、產糖量最高，因此適當的灌溉量能增加水分利用率，減少投入的同時獲得較高產量，增加效益。

3 結論與討論

2020年石河子年平均氣溫偏高，最高氣溫出現在7月，平均氣溫25.1～26.1℃，石河子地區(qū)光熱資源豐富，年日照時數為2721～2818 h，日照時數長，日蒸發(fā)量也相對較大，降水量較往年偏少，降水主要集中在6、7月[14-15]，有效降雨為51.9 mm（圖4），此時正處于甜菜葉叢快速增長期，需水量大，加之氣溫高，蒸騰速率快，僅依靠降雨無法保證甜菜充足的供水，影響葉叢和塊根的生長，后期可能會導致甜菜減產或者絕收，所以在水肥一體化條件下，探索節(jié)水灌溉可以在穩(wěn)定甜菜產質量的情況下節(jié)約水資源，同時減少叢根病和根腐病的發(fā)病率[16]。

圖4 2020年5—9月石河子降水量

在甜菜生產過程中水分供應充足有利于甜菜產量的提高。葉叢快速生長期是甜菜的水分臨界期，在這一時期如果無法保證充足的灌水，會嚴重影響產質量[17-18]。充足的水分有利于甜菜的營養(yǎng)生長，提高葉部器官進行物質的積累，增進甜菜營養(yǎng)生長中心的轉移，增加甜菜的產量，然而過量澆水會使甜菜葉叢生長增快，生長中心集中在地上部，葉叢生長過旺，致使田間郁閉，增加病害的發(fā)生率，同時減緩了甜菜生長中心的轉移，不利于甜菜塊根膨大，同時增加青頭質量。甜菜的產糖量是由甜菜塊根產量及甜菜含糖率共同決定的，在甜菜塊根膨大過程中，水分供應與甜菜含糖率呈反比，水分供應得越充足，塊根含糖率就越低，尤其在生長后期過量灌水，會致使甜菜返青，同時降低甜菜含糖率[19-21]。

董心久等[22]在對新疆50 cm×20 cm株行距的甜菜灌水量研究中認為，灌水量對甜菜葉叢高度有顯著影響，隨著灌水量的增多，甜菜葉叢高度增加，灌水量過少時甜菜的塊根長度、直徑、含糖率和塊根產量都處于較低水平，當灌水量慢慢增加時，甜菜的含糖率、塊根質量和產量開始增長并達到最大，灌水過多甜菜的含糖率和塊根產量逐漸降低，這與本研究結果一致。新疆甜菜灌水次數較多，缺少科學的灌溉技術指導以及較優(yōu)的節(jié)水灌溉制度，節(jié)水灌溉效果不突出，投入與產出未能實現正相關，種植效益沒有實現最大化。王振華等[23]對甜菜灌水頻次的研究中認為，土壤含水量達到50%以上時方能獲得較高產量，隨著灌水頻次的增加，甜菜含糖率減少。

樊福義[24]甜菜需水規(guī)律的研究表明，甜菜苗期需水較多，占全生育期灌水量的15%；在葉叢繁茂期需水最多，占全生育期灌水量的41%；在糖分增長期需水較少，占全生育期灌水量的27%；在糖分積累期需水最少，占全生育期灌水量的17%。石河子屬于干旱氣候，2020年5—9月降水僅為51.9 mm，1次灌水達到高產高糖不符合實際。王振華等[23]甜菜灌水頻次的研究認為，甜菜全生育期灌水9次，每次灌水600 m3/hm2，總灌量5400 m3/hm2，可獲得較高產量。本研究中，5390.40 m3/hm2灌水量下的產量是100317 kg/hm2，居第2位；含糖率為14.17%，居第4位；產糖量為14211 kg/hm2，居第2位；在王振華等[23]研究基礎上節(jié)水13%，甜菜產量增長2.34%，含糖率增長4.71%，產糖量增長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%，葉叢繁茂期灌水2110.53 m3/hm2，占全生育期灌水量的44.93%，糖分增長期灌水1398.61 m3/hm2，占全生育期灌水量的29.77%，糖分積累期灌水243.75 m3/hm2，占全生育期灌水量的5.19%[25]。因此，根據甜菜生育期需水規(guī)律進行灌水可獲得更優(yōu)的節(jié)水制度[26]。在水分比較匱乏的條件下，合理高效利用有限的水資源尤為重要，在甜菜苗期給足水分的同時可適當延后頭水來促進根系深扎，可減少灌水頻次同時進行適度節(jié)水，在甜菜水分敏感時期給足水分，生長后期適當減少水分的供給，維持塊根膨大的同時積累糖分，合理高效安排生育期內供水，能充分提高水分利用率，獲得較高收益[27-28]。

本試驗認為，在新疆石河子地區(qū)甜菜全生育期灌水7次，總灌水量4697.90 m3/hm2時含糖率、產量和產糖量均達到最高，在低于4697.90 m3/hm2時甜菜塊根產量、含糖率、產糖量隨灌水量的增加呈現上升趨勢，全生育期灌水量最高6775.55 m3/hm2時含糖率、產量和產糖量表現為最低。因此甜菜灌水并非越多越好，過量灌水會明顯降低甜菜的含糖率和產量，但是在后期控制灌水可提高塊根糖分積累速率，增加塊根含糖率。