收稿日期：2024-04-16；修回日期：2024-05-13

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022B02040-1）資助

作者簡介：

張晴晴（2000-），女，回族，山東濱州人，碩士研究生，主要從事植物生理生態(tài)學(xué)研究，E-mail：zhangqingqing22@mails.ucas.ac.cn；*通信作者Author for correspondence，E-mail：zengfj@ms.xjb.ac.cn

摘要：為探究塊莖形成期不同灌溉量對(duì)油莎豆（Cyperus esculentus L.）產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以油莎豆（品種‘吉沙11號(hào)’）為試驗(yàn)材料，在塊莖形成期設(shè)置CK（常規(guī)灌溉定額，525 m3·hm^-2），W1（80%常規(guī)灌溉定額），W2（60%常規(guī)灌溉定額）三個(gè)處理，在收獲期采集飼草、塊莖和土壤樣品，分析飼草和塊莖的產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)的差異。結(jié)果表明：減少灌溉量顯著降低塊莖產(chǎn)量、千粒重、土壤含水率和pH值（P＜0.05），W2處理土壤全磷和有效磷含量顯著高于CK（P＜0.05），塊莖淀粉含量隨灌溉量增加顯著下降（P＜0.05），W1處理飼草相對(duì)飼用價(jià)值顯著高于其他處理（P＜0.05），油莎豆產(chǎn)量和品質(zhì)主要受土壤含水率、pH值、全磷和有效磷含量影響。不同灌溉量綜合評(píng)價(jià)排序?yàn)椋篧1gt;W2gt;CK，即塊莖形成期最佳灌溉定額為420 m3·hm^-2有利于南疆地區(qū)油莎豆兼得高產(chǎn)高品質(zhì)。本研究結(jié)果為油莎豆的規(guī)?；N植提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：油莎豆；塊莖形成期；灌溉量；產(chǎn)量和品質(zhì)；土壤理化性質(zhì)

中圖分類號(hào)：S565.9""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""" 文章編號(hào)：1007-0435（2024）11-3636-10

Effects of Different Irrigation Levels on the Yield and Quality of the

Cyperus esculentus L. at Tuber Stage

ZHANG Qing-qing^{1，2，3，4}， DU Yi^{1，2，3，4}， ZHANG Yu-lin^{1，2，3，5}， ZHANG Zhi-Hao^1，2，3，

ZHANG Bo^{1，2，3}， LU Yan^{1，2，3}， ZENG Fan-jiang^{1，2，3*}

（1. Xinjiang Desert Plant Roots Ecology and Vegetation Restoration Laboratory， Xinjiang Institute of Ecology and Geography， Chinese

Academy of Sciences， Urumqi， Xinjiang 830011， China; 2. State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology， Xinjiang Institute of Ecology

and Geography， Chinese Academy of Sciences， Key Laboratory of Ecological Safety and sustainable Development in Arid Lands， Urumqi，

Xinjiang 830011， China; 3. Cele National Station of Observation and Research for Desert-Grassland Ecosystem， Cele， Xinjiang 848300，

China; 4. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China;5. College of Ecology and Environment， Xinjiang University，

Urumqi， Xinjiang 830046， China）

Abstract：A field study was conducted to investigate the effects of irrigation levels at tuber forming stage on the yield，quality of the Cyperus esculentus L. and soil physicochemical properties. The cultivar ‘Jisha 11’ was selected as the experimental material，and three water treatments were set，CK （normal irrigation quota，525 m3·hm^-2），W1 （80% of normal irrigation quota），and W2 （60% of normal irrigation quota） during the tuber stage. Forage，tuber and soil samples were collected during the harvest period，and the differences in yield，quality and soil physical and chemical properties of forage and tuber were analyzed. The results showed that reducing irrigation significantly reduced tuber yield，1000-grain weight，soil moisture content and pH（Plt;0.05）. The soil total phosphorus and available phosphorus contents of W2 treatment were significantly higher than those of CK （Plt;0.05）. The starch content of tuber decreased significantly with the increase of irrigation amount（Plt;0.05）. The relative forage value of W1 treatment was significantly higher than that of other treatments（Plt;0.05）. Yield and quality of the C. esculentus were mainly influenced by soil moisture content，pH，TP（Total phosphorus） and AP（Available phosphorus） content. The comprehensive evaluation of different irrigation amounts was ranked as follows：W1gt;W2gt;CK，that is，the optimal irrigation quota for tuber formation was 420 m3·hm^-2，which was beneficial to the high yield and high quality of C. esculentus in southern Xinjiang. Our results provide a theoretical basis for the large-scale cultivation of C. esculentus.

Key words：C. esculentus;Tuber stage;Irrigation rate;Yield and quality;Soil physicochemical properties

油莎豆（Cyperus esculentus L.）是集油、糧、飼、藥等于一體，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值的新興作物^［1］，其根系發(fā)達(dá)，分蘗能力強(qiáng)，能夠有效覆蓋土壤表面，減少土壤風(fēng)蝕^［2］，目前在南疆綠洲區(qū)和風(fēng)沙區(qū)已經(jīng)作為一年生油料作物被成功引進(jìn)種植^［3］。新疆南部地區(qū)氣候干旱，年降雨量少，蒸發(fā)量大，土壤屬于典型的風(fēng)沙土，保水保肥性差，制約了該地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的增長^［4-5］。而農(nóng)戶為尋求高產(chǎn)，盲目采用大定額的灌水，造成大量深層滲漏，肥料淋失，致使當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)出現(xiàn)“高投入、低產(chǎn)出”問題^［6］。因其規(guī)?；N植技術(shù)體系尚不完善，未能大面積推廣油莎豆種植。因此發(fā)展干旱綠洲區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵問題之一是如何實(shí)現(xiàn)油莎豆的高效節(jié)水種植與高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)協(xié)同，以及化解土壤有效養(yǎng)分降低的矛盾。

水分直接影響植物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成，植物對(duì)水分的響應(yīng)隨植物生長發(fā)育階段的不同而不同^［7-8］。調(diào)虧灌溉是指在作物某些生育階段施加適度的水分脅迫，通過植物自身適應(yīng)性增強(qiáng)植株抗旱能力，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水、高產(chǎn)和高效的目標(biāo)^［9-10］，適度的水分虧缺，不僅可以降低作物灌溉需求，也可使作物發(fā)生補(bǔ)償效應(yīng)，植物會(huì)啟動(dòng)一系列調(diào)節(jié)機(jī)制適應(yīng)水分虧缺的不適，減少生長冗余，從而達(dá)到增產(chǎn)提質(zhì)的效果^［11-12］。研究表明，通過灌水量和灌水時(shí)期的調(diào)控形成適度水分脅迫，可提高小麥（Triticum aestivum L.）產(chǎn)量^［13］，即便生育后期虧水玉米淀粉品質(zhì)也不會(huì)顯著降低^［14］，但也有研究表明，果實(shí)膨大期水分虧缺使果實(shí)體積、產(chǎn)量下降，不利于經(jīng)濟(jì)效益的提升^［15］。土壤作為作物生長的基礎(chǔ)，其理化性質(zhì)對(duì)水分條件的響應(yīng)也非常顯著，并最終影響作物產(chǎn)量及品質(zhì)^［12］。已有研究發(fā)現(xiàn)，土壤中速效鉀含量隨灌溉量增大明顯升高^［16］，減水條件使作物根際土壤pH值升高，氮、磷、鉀含量降低^［17］。

目前，關(guān)于水分調(diào)控對(duì)油莎豆影響的研究雖已有報(bào)道，但這些研究多集中在主要體現(xiàn)在整個(gè)生育期的總用水量及平均分配灌水量對(duì)油莎豆產(chǎn)量及品質(zhì)的影響上^［18-19］；并且前人研究表明，油莎豆在播種后44—61 d后生長中心逐漸轉(zhuǎn)移到地下部，主要經(jīng)濟(jì)器官塊莖開始形成并發(fā)育膨大^［20］，而對(duì)塊莖形成期這一關(guān)鍵時(shí)期的研究較少，本研究在油莎豆塊莖形成期進(jìn)行不同程度灌溉，研究水分調(diào)控下南疆沙漠前沿土地油莎豆產(chǎn)量、品質(zhì)的差異及土壤基本理化性質(zhì)的變化及相互關(guān)系，以期為油莎豆在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)節(jié)水和高產(chǎn)提供理論依據(jù)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

該試驗(yàn)在塔克拉瑪干沙漠南緣的策勒綠洲-荒漠過渡帶的中國科學(xué)院策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站（80°43′45″ E，37°00′57″ N）進(jìn)行。該地區(qū)氣候干燥，屬典型的內(nèi)陸暖溫帶荒漠氣候，平均海拔1360 m，多年平均降雨量43.8 mm，平均蒸發(fā)量高達(dá)2624.4 mm，年平均氣溫13.1℃，極端最高氣溫41.9℃，極端最低氣溫-23.9℃，光照充足，日照時(shí)間長，晝夜溫差大，沙塵暴天氣年均30 d。土壤質(zhì)地疏松，以風(fēng)沙土和棕漠土為主，主要由極細(xì)沙和粉沙組成^［21］。

1.2 供試材料

1.2.1 供試植物 供試品種為吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的‘吉沙11號(hào)’油莎豆。選取顆粒飽滿、大小均勻、無損傷、無霉變的塊莖進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2 供試土壤 土壤類型為風(fēng)沙土，具有土層薄、含沙量大、有機(jī)質(zhì)含量低與土壤肥力差的特點(diǎn)，田間持水量為18%。由于油莎豆屬于淺根系植物，大部分根系在地下30 cm以內(nèi)，所以試驗(yàn)前取0～30 cm土層混勻測(cè)樣。土壤全氮含量為0.23 g·kg^-1，全磷含量為0.60 g·kg^-1，全鉀含量為19.40 g·kg^-1，有機(jī)碳含量為2.36 g·kg^-1，pH值為9.01，電導(dǎo)率為109.60 μs·cm^-1，有效磷含量為4.57 mg·kg^-1，速效鉀含量為90 mg·kg^-1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2023年5月17日進(jìn)行機(jī)械開溝條播種植，播種行距為30 cm，株距為5 cm，油莎豆種子播種量為300 kg·hm^-2。共設(shè)置CK（常規(guī)灌溉定額），W1（80%常規(guī)灌溉定額），W2（60%常規(guī)灌溉定額），具體灌溉量見表1。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積3 m×5 m，小區(qū)之間間隔3 m。該試驗(yàn)采用水肥一體化方式進(jìn)行滴灌施肥，滴灌帶沿種植行方向布置?？偸┓柿繛榱姿岫@225 kg·hm^-2 （P2O5≥48%，N≥18%），尿素525 kg·hm^-2，播前施基肥：尿素45 kg·hm^-2，磷酸二銨225 kg·hm^-2，6月8日起每次隨水滴入尿素48 kg·hm^-2。于收獲期（10月14日）分別采集地上飼草部分、地下塊莖部分及土壤樣品進(jìn)行測(cè)試分析。試驗(yàn)期間降雨量僅30.7 mm，故忽略其對(duì)試驗(yàn)影響。

1.4 樣品采集及指標(biāo)測(cè)定方法

1.4.1 植物樣品采集與處理 使用1 m×1 m的樣方框在油莎豆試驗(yàn)地各個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取樣方，然后，將樣方內(nèi)的油莎豆地上部全部用枝剪剪下，放入信封袋內(nèi)。使用鐵鍬沿樣方框?qū)⒂蜕沟叵虏咳跨P出，將分離的塊莖與根分別放入信封袋內(nèi)。將油莎豆的地上與地下部均帶回實(shí)驗(yàn)室于105℃下殺青半小時(shí)，75℃烘干至恒重，測(cè)定干重，計(jì)算根冠比：地下部分干重/地上部分干重，計(jì)算塊莖飼草比：塊莖干重/飼草干重，計(jì)算含水率：WC = （mpf - mpd）/mpf×100%，式中，WC為飼草/塊莖含水率，mpf為飼草（塊莖）鮮物質(zhì)質(zhì)量，mpd為飼草（塊莖）干物質(zhì)質(zhì)量^［22］。采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定粗蛋白含量，采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖（Soluble sugar）含量；采用硫酸蒽酮比色法測(cè)定可溶性淀粉（Soluble starch）含量^［23］。酸性洗滌纖維（Acid detergent fiber，ADF）和中性洗滌纖維（Neutral detergent fiber，NDF）含量測(cè)定采用范氏洗滌纖維分析法；飼草的相對(duì)飼用價(jià)值（Relative feeding value，RFV）根據(jù)以下公式計(jì)算^［24］：

DMI（%BW）=120/NDF（%DM）（1）

DDM（%DM）=88.9-0.779×ADF（%DM）（2）

RFV=DMI（%BW）×DDM（%DM）/1.29（3）

式中：DMI為粗飼料干物質(zhì)的隨意采食量，單位為%BW；DDM為可消化的干物質(zhì)，單位為%DM。

1.4.2 土壤樣品采集與處理 將地上部分齊地面全部剪下后，用土鉆依據(jù)5點(diǎn)取樣法在每個(gè)樣方內(nèi)各取0～10 cm和10～30 cm 2個(gè)土層的土壤樣品混勻，風(fēng)干后測(cè)定土壤含水率，然后過2 mm篩，測(cè)定土壤全氮、全磷、全鉀、有機(jī)碳、有效磷、速效鉀含量、土壤pH值和電導(dǎo)率。土壤含水率（SW）采用烘干法測(cè)定；全氮（Total nitrogen，TN）采用半微量開氏法-分光光度法測(cè)定；全磷（Total phosphorus，TP）采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法提取，使用紫外分光光度計(jì)測(cè)定；全鉀（Total potassium，TK）采用NaOH熔融-火焰光度法測(cè)定；土壤有機(jī)碳（Soil organic carbon，SOC）采用K2Cr2O7-H2SO4進(jìn)行氧化反應(yīng)，滴定法測(cè)定；有效磷（Available phosphorus，AP）采用鹽酸—氟化銨浸提，分光光度法測(cè)定；速效鉀（Available potassium，AK）采用NH4OAc浸提—火焰光度法測(cè)定^［25］；土壤pH值和電導(dǎo)率在用去離子水提取后（土壤∶去離子水=1∶5）分別用pH計(jì)（德國-賽多利斯PB-10）和DDSJ-308F電導(dǎo)率儀（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司-雷磁）測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

采用Microsoft Excel 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，用IBM SPSS Statistics 27單因素方差分析（one-way ANOVA）進(jìn)行差異顯著性分析（95%置信區(qū)間），用Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較，利用Canoco 5.0軟件中的線性模型RDA（Redundancy analysis，RDA）進(jìn)行土壤理化性質(zhì)和油莎豆產(chǎn)量及品質(zhì)特征的典型相關(guān)性分析及排序，隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，采用Origin 2021軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 塊莖形成期灌溉量對(duì)油莎豆生長的影響

由圖1-3可知，和CK相比，W2處理顯著降低了油莎豆塊莖產(chǎn)量（P＜0.05），W1和W2均顯著降低了油莎豆千粒重和塊莖飼草比（P＜0.05），但W1和W2處理之間沒有顯著差異，不同灌溉處理均未改變塊莖含水率、飼草產(chǎn)量和根冠比。飼草含水率隨灌溉量降低呈顯著下降趨勢(shì)，W1處理顯著低于CK處理，顯著高于W2處理（P＜0.05）（圖3）。

2.2 塊莖形成期灌溉量對(duì)油莎豆品質(zhì)的影響

不同灌溉處理對(duì)油莎豆塊莖粗蛋白含量無影響，和CK相比，W2處理顯著提升了塊莖可溶性糖含量（P＜0.05），但CK和W1處理間沒有顯著差異，塊莖淀粉含量隨灌溉量降低呈顯著下降趨勢(shì)，W1處理顯著低于CK處理，W2處理又顯著低于W1處理（P＜0.05）（圖4）。W1處理油莎豆飼草粗蛋白含量和相對(duì)飼用價(jià)值均顯著高于CK和W2處理（P＜0.05），W2處理顯著提高了飼草粗蛋白含量（P＜0.05），但相對(duì)飼用價(jià)值沒有顯著變化。較CK處理，W1處理顯著降低飼草的中性洗滌纖維含量（P＜0.05），但W2與CK、W1處理均沒有顯著差異，W1處理較CK處理顯著降低飼草的酸性洗滌纖維含量（P＜0.05），但W2與CK處理間沒有顯著差異（圖5）。

2.3 塊莖形成期灌溉量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表2可知，不同灌溉處理對(duì) 0～30 cm土層土壤全氮、土壤有機(jī)碳和速效鉀含量無影響。和CK相比，W2處理顯著增加全磷含量（P＜0.05），但W1與CK、W2處理均沒有顯著差異。W1處理全鉀含量顯著高于W2處理（P＜0.05），但CK與W1、W2處理均沒有顯著性差異。W2處理較CK處理顯著提高土壤有效磷含量（P＜0.05），且CK和W1處理間沒有顯著差異。pH隨灌溉量降低呈顯著下降趨勢(shì)（P＜0.05）。W1處理和CK相比顯著提高電導(dǎo)率（P＜0.05），但CK和W2處理間無顯著差異。W2處理和CK相比顯著降低了土壤含水率（P＜0.05），但W1與CK，W2處理間沒有顯著差異。

2.4 油莎豆產(chǎn)量及品質(zhì)與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

由圖6可知，塊莖產(chǎn)量與土壤pH值和含水率呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），千粒重與土壤pH值和含水率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），飼草產(chǎn)量與土壤速效鉀含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），飼草含水率與土壤全磷（P＜0.01）和有效磷（P＜0.05）含量呈極顯著負(fù)相關(guān)和顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與土壤pH值和含水率呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。土壤電導(dǎo)率與塊莖粗蛋白呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與中性洗滌纖維呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。酸性洗滌纖維與土壤全磷和有效磷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與土壤pH值和含水率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。相對(duì)飼用價(jià)值與土壤全磷和有效磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與土壤pH值和含水率呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。

以油莎豆塊莖和飼草的生長和品質(zhì)為響應(yīng)變量，以土壤理化性質(zhì)為解釋變量，進(jìn)行RDA分析。結(jié)果分析表明，前2個(gè)排序軸可以解釋不同處理油莎豆產(chǎn)量特征總變異的99.89%（圖7a），品質(zhì)特征總變異的99.74%（圖7b）。RDA排序結(jié)果表明（表3），造成油莎豆產(chǎn)量特征差異的主要影響因子為土壤pH值和土壤有機(jī)碳、全磷、速效鉀、全氮含量，其解釋度分別為48%，19.5%，13.6%，8.6%和6.7%。造成油莎豆品質(zhì)特征差異的主要影響因子為土壤有效磷含量、土壤含水量、全磷含量，其解釋度分別為86.2%，8.2%和2%。

2.5 油莎豆不同處理隸屬函數(shù)值生產(chǎn)性能評(píng)價(jià)

以不同灌溉量處理下油莎豆產(chǎn)量及品質(zhì)為依據(jù)，計(jì)算各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，并求出每個(gè)處理的隸屬函數(shù)均值，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：不同灌溉量下評(píng)價(jià)排序由大到小為：W1＞W(wǎng)2＞CK（表4）。

3 討論

3.1 塊莖形成期灌溉量對(duì)油莎豆產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

植物對(duì)水分條件的響應(yīng)隨水分施加的強(qiáng)度、時(shí)期和時(shí)長的不同而不同。已有研究表明，油莎豆塊莖和飼草干物質(zhì)量及產(chǎn)量隨整個(gè)生育期灌溉量增加呈先增加后降低趨勢(shì)^［19］，馬鈴薯（Solanttm tubersum）產(chǎn)量隨塊莖膨大期灌溉量下降而顯著降低^［26］，灌漿期水分虧缺對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響不顯著^［27］。干旱條件下，植物會(huì)通過調(diào)整表型特征、改變同化物在植株各器官的轉(zhuǎn)化與分配以最大化利用土壤水分，實(shí)現(xiàn)個(gè)體的生存，如增加根冠比等^［28-29］。葉片相對(duì)含水率是反映植物水分狀況的重要指標(biāo)，隨灌溉量減少，其變化越明顯^［30］。塊莖期是油莎豆塊莖生物量累積的關(guān)鍵時(shí)期，本研究結(jié)果表明，不同處理間根冠比呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，隨灌溉定額降低油莎豆塊莖產(chǎn)量和千粒重均減少，80%灌溉定額下塊莖飼草比顯著低于正常灌溉，這是由塊莖的生長決定的，此時(shí)期同化產(chǎn)物向地下塊莖輸送的比例迅速加大，耗水量增大，減少灌溉定額限制了塊莖生長。此外，飼草含水率顯著降低，而飼草產(chǎn)量卻沒有差異，并且飼草粗蛋白含量隨灌溉量減少呈先升后降趨勢(shì)，說明植物快速生長與維持生存之間存在權(quán)衡關(guān)系，油莎豆飼草在塊莖形成期更傾向于積累干物質(zhì)以抵御灌溉量減少造成的環(huán)境不利影響，該時(shí)期會(huì)降低葉片代謝活性和生長消耗，維持較低的生長速率，在玉米（Zea mays L.）的相關(guān)研究中有類似結(jié)果^［31］。

水分是影響品質(zhì)的重要因素之一，水分過多或者過少，均影響?zhàn)B分的積累。在土壤肥力中等的中壤土及砂壤土中對(duì)油莎豆的研究結(jié)果表明，隨著灌溉量的增加，油莎豆塊莖中粗蛋白、總糖、淀粉呈先增加后降低的趨勢(shì)^{［19，32］}。本研究結(jié)果表明，降低灌溉量能夠增加塊莖可溶性糖含量，卻顯著降低淀粉含量，說明此時(shí)油莎豆受水分脅迫的程度較為嚴(yán)重，淀粉合成受到抑制，使得可溶性糖向塊莖中轉(zhuǎn)運(yùn)，參與細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)過程，防止細(xì)胞過度脫水。與前人研究結(jié)果的差異可能是由于不同階段水分脅迫的時(shí)間和強(qiáng)度所致。對(duì)塊莖粗蛋白含量影響不大，可能是因?yàn)橹参镌谑艿剿痔澣睍r(shí)會(huì)調(diào)整資源的分配，以保障生長和生存的最低需求，進(jìn)而導(dǎo)致植物在塊莖中維持一定水平的粗蛋白含量，以維持基本的代謝和功能，與苜蓿的研究結(jié)果有相似之處^［33］。粗蛋白含量是衡量飼草品質(zhì)的重要指標(biāo)，高含量通常意味著更好的品質(zhì)，而高中性洗滌纖維含量會(huì)影響牲畜對(duì)飼草的采食量，酸性洗滌纖維含量可以反映飼草的消化率，其含量低通常表示更高的消化率，進(jìn)而增加飼草相對(duì)飼用價(jià)值^［33］。本研究結(jié)果表明，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維隨灌溉量降低均呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，80%灌溉定額處理下最低，而飼草粗蛋白含量和相對(duì)飼用價(jià)值呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，80%灌溉定額處理下最高，說明輕度水分虧缺促進(jìn)粗蛋白的合成，而重度水分虧缺下由于無法保證油莎豆正常生長的水分需求，促進(jìn)了DNF和ADF的合成，導(dǎo)致綜合評(píng)定指標(biāo)RFV下降。油莎豆產(chǎn)量及品質(zhì)對(duì)不同灌溉量的響應(yīng)不同，綜合評(píng)價(jià)顯示，W1處理模糊隸屬函數(shù)值最大。

3.2 塊莖形成期灌溉量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

氮、磷和鉀是植物生長發(fā)育過程中所必需的養(yǎng)分元素，其化學(xué)計(jì)量特征是評(píng)估土壤質(zhì)量以及養(yǎng)分平衡的重要指標(biāo)^［34］，其中，有效磷和速效鉀能夠直接被植物所利用，故其直接反映土壤肥力狀況^［35-36］。本研究結(jié)果表明，隨灌溉量增加，土壤含水率增加，pH值增加，這可能是由于水分增加引起的鹽類稀釋、氫離子稀釋受到抑制等因素造成的，而全磷和有效磷含量減少，表明增加灌溉會(huì)促進(jìn)植物對(duì)磷的吸收，促進(jìn)植物本身的生長。本研究中，不同灌溉處理對(duì)土壤全氮和有機(jī)碳含量影響不大，與杜建軍等^［37］研究結(jié)果相似，楊榮等^［38］研究也表明灌溉量對(duì)新墾沙地農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量的影響較弱，可能是因?yàn)橛袡C(jī)碳的累積需要較長時(shí)間尺度的積累，短期種植并不能體現(xiàn)其變化。試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤全鉀和電導(dǎo)率均隨灌溉量增加呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，可能是因?yàn)榈凸喔攘繉?duì)鉀離子和鹽分的淋溶作用較小，導(dǎo)致鹽分積累，而增加灌溉量使土壤鹽分及離子得到了淋洗，這在旱地土壤的研究中也有類似發(fā)現(xiàn)，田富強(qiáng)等認(rèn)為，在缺乏淋洗水量的條件下將導(dǎo)致農(nóng)田“自上而下”的鹽堿化^［39］。

3.3 塊莖形成期油莎豆產(chǎn)量及品質(zhì)與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

土壤是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，作物在生長過程中所需要的水分、營養(yǎng)物質(zhì)等主要是通過土壤供應(yīng)，因此土壤肥力狀況的優(yōu)劣直接影響著作物的長勢(shì)、產(chǎn)量乃至品質(zhì)^［40-41］。本研究由相關(guān)性分析和RDA分析可知，油莎豆產(chǎn)量特征主要受pH值影響，且產(chǎn)量、千粒重及飼草含水率與土壤含水率和pH值呈正相關(guān)關(guān)系，與Gao等^［42］研究結(jié)果相似，說明油莎豆能夠適應(yīng)一定的堿性環(huán)境。土壤有機(jī)碳是影響油莎豆產(chǎn)量變化的主要因素之一，本試驗(yàn)相關(guān)性分析結(jié)果表明土壤有機(jī)碳與塊莖產(chǎn)量及千粒重呈正相關(guān)，與飼草產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性均不顯著，與楊榮等^［38］研究發(fā)現(xiàn)新墾沙地農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量與作物產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果不一致，可能是因?yàn)楣喔却龠M(jìn)植物對(duì)碳的吸收，提高植物生物量表現(xiàn)為長期效應(yīng)，與上述土壤理化性質(zhì)的變化一致^［43］，而本研究控制時(shí)間較短，還需要進(jìn)行更長時(shí)間尺度的研究。本研究土壤含水率與油莎豆塊莖淀粉含量呈正相關(guān)，與塊莖可溶性糖含量呈負(fù)相關(guān)，說明增加灌溉能夠提高油莎豆淀粉含量，但是降低可溶性糖含量。冗余分析發(fā)現(xiàn)，除土壤含水率外，土壤全磷含量是影響油莎豆產(chǎn)量變化的主要因子之一，全磷和有效磷含量同時(shí)影響油莎豆品質(zhì)變化，這可能是因?yàn)楣喔葴p少了土壤磷含量，導(dǎo)致供給植物吸收的有效磷越來越少，使得土壤磷素對(duì)植物的限制作用超過了氮素，與杜藝等^［34］研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，減少灌溉量能夠顯著增加塊莖可溶性糖含量，提高塊莖對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，但塊莖產(chǎn)量和淀粉含量顯著降低，當(dāng)灌溉定額在常規(guī)量80%時(shí)油莎豆飼草表現(xiàn)出最佳的飼用價(jià)值（即油莎豆粗蛋白和相對(duì)飼用價(jià)值最大）；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，土壤含水率、養(yǎng)分（全磷和有效磷）含量和土壤pH值是影響油莎豆的產(chǎn)量和品質(zhì)關(guān)鍵因素。通過綜合評(píng)價(jià)我們認(rèn)為在油莎豆塊莖形成期提供420 m3·hm^-2的灌溉定額并施加適當(dāng)磷肥是提高油莎豆品質(zhì)和產(chǎn)量的最優(yōu)措施。

參考文獻(xiàn)

［1］ 劉亞蘭，趙月，徐夢(mèng)琦，等. 極端干旱區(qū)種植行距對(duì)油莎豆生長及土壤特性的影響［J］. 草地學(xué)報(bào)，2021，29（11）：2486-2493

［2］ 張玉林，杜藝，柴旭田，等. 不同種植模式和刈割時(shí)間對(duì)油莎豆塊莖養(yǎng)分含量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響［J］. 草地學(xué)報(bào)，2022，30（11）：3148-3155

［3］ 馬興羽，黃彩變，曾凡江，等. 沙地鹽脅迫對(duì)油莎豆幼苗生理生長影響的模擬研究［J］. 干旱區(qū)研究，2023，39（6）：1862-1874

［4］ 閆辰嘯，洪明，秦佳豪，等. 生物炭對(duì)和田風(fēng)沙土水力特性的影響［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2021，39（4）：21-28

［5］ 蔣學(xué)瑋，吳發(fā)啟，馮建菊，等. 新疆南疆綠洲區(qū)土壤風(fēng)蝕現(xiàn)狀及其防治［J］. 水土保持通報(bào)，2003，23（1）：62-65

［6］ 余小青. 和田風(fēng)沙土深層滲漏特征及日光溫室滴灌蘿卜灌溉制度研究［D］. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2021：1-7

［7］ RANE J，SINGH A K，TIWARI M，et al. Effective use of water in crop plants in dryland agriculture：implications of reactive oxygen species and antioxidative system［J］. Frontiers in Plant Science，2022，12：778270

［8］ 蔡紅濤，湯一卒，刁品春，等. 棉花花鈴期土壤持續(xù)干旱脅迫對(duì)產(chǎn)量形成的調(diào)節(jié)效應(yīng)［J］. 棉花學(xué)報(bào)，2008，20（4）：300-305

［9］ 汪精海，李廣，余曉雄，等. 調(diào)虧微噴灌對(duì)高寒荒漠區(qū)人工草地產(chǎn)量，品質(zhì)及水分利用的影響［J］. 水土保持學(xué)報(bào)，2021，35（4）：200-207，216

［10］孟兆江，劉安能，龐鴻賓，等. 夏玉米調(diào)虧灌溉的生理機(jī)制與指標(biāo)研究［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1998，14（4）：88-92

［11］CHAVES M M，ZARROUK O，F(xiàn)RANCISCO R，et al. Grapevine under deficit irrigation：hints from physiological and molecular data［J］.Annals of Botany，2010，105（5）：661-676

［12］張海粟，張芮，董博，等. 隴中黃土高原區(qū)水分脅迫對(duì)高原夏芹菜生長及土壤環(huán)境的影響［J］. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2023（5）：102-107

［13］張晶，黨建友，張定一，等. 節(jié)水灌溉方式與磷鉀肥減施對(duì)小麥產(chǎn)量，品質(zhì)及水肥利用效率的影響［J］. 水土保持學(xué)報(bào)，2020，34（6）：166-171

［14］安昊云，王皓，賈倩民，等. 禾豆混播與調(diào)虧灌溉對(duì)河西地區(qū)飼草產(chǎn)量，品質(zhì)和水分利用的影響［J］. 草業(yè)科學(xué)，2021，38（1）：122-135

［15］艾鵬睿. 干旱綠洲區(qū)滴灌棗樹最優(yōu)調(diào)虧灌溉模式與施肥制度研究［D］. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2022：88-96

［16］王虎，王旭東，趙世偉. 滴灌施肥條件下土壤水分和速效鉀的分布規(guī)律［J］. 土壤通報(bào)，2011，42（1）：27-32

［17］馬偉偉，王麗霞，李娜，等. 不同水氮水平對(duì)川西亞高山林地土壤酶活性的影響［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（19）：7218-7228

［18］張冰彬，張琳琳，于明含，等. 油莎豆的抗旱性評(píng)價(jià)及抗旱生理機(jī)制研究［J］. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，44（4）：107-115

［19］丁雅，楊建明，李利，等. 南疆盆地虧缺灌溉和覆膜對(duì)油莎豆生物量及產(chǎn)量的影響［J］. 干旱區(qū)研究，2022，39（3）：883-892

［20］金夢(mèng)陽，段先琴，趙永國，等. 油莎豆干物質(zhì)積累、分配及轉(zhuǎn)化規(guī)律研究初報(bào)［J］. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，23（2）：475-479

［21］趙月，高艷菊，劉亞蘭，等. 不同水肥與覆膜處理對(duì)油莎豆產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分、鹽分的影響［J/OL］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/62.1069.S.20240130.1658.002.html，2024-01-31/2024-07-17

［22］胡啟瑞，吉春容，李迎春，等. 膜下滴灌棉花蕾期干旱脅迫對(duì)光合特性及產(chǎn)量的影響［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2023，32（6）：1045

［23］李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2000：195-197，258

［24］謝開云，孟翔，徐珍珍，等. 新疆半干旱地區(qū)不同種類混播草地的牧草產(chǎn)量和營養(yǎng)價(jià)值研究［J］. 草地學(xué)報(bào)，2021，29（8）：1835

［25］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.第三版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：25-200

［26］王立為，譚月，張峻鋮，等. 開花期與塊莖膨大期干旱脅迫及旱后復(fù)水對(duì)馬鈴薯影響的差異［J］. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2023，44（1）：13-24

［27］雷艷，張富倉，寇雯萍，等. 不同生育期水分虧缺和施氮對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響［J］. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，38（5）：167-174

［28］王利界，周智彬，常青，等. 鹽旱交叉脅迫對(duì)灰胡楊（Populus pruinosa）幼苗生長和生理生化特性的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，38（19）：7026-7033

［29］黃彩霞，柴守璽，趙德明，等. 灌溉對(duì)干旱區(qū)冬小麥干物質(zhì)積累、分配和產(chǎn)量的影響［J］. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，38（12）：1333-1344

［30］張海燕，汪寶卿，馮向陽，等. 不同時(shí)期干旱脅迫對(duì)甘薯生長和滲透調(diào)節(jié)能力的影響［J］. 作物學(xué)報(bào)，2020，46（11）：1760-1770

［31］麻雪艷，周廣勝. 干旱對(duì)夏玉米苗期葉片權(quán)衡生長的影響［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，38（5）：1758-1769

［32］朱俊嶺，師茜，王小紅，等. 不同水分處理?xiàng)l件對(duì)油莎豆葉片生理指標(biāo)及塊莖品質(zhì)的影響［J］. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，29（6）：1276-1280

［33］BALL D M，COLLINS M，LACEFIELD G D，et al. Understanding forage quality［J］. American Farm Bureau Federation Publication，2001，1（1）：1-15

［34］杜藝，宋佼陽，張玉林，等. 刈割對(duì)豆科和非豆科植物葉片內(nèi)穩(wěn)性及葉片土壤化學(xué)計(jì)量特征的影響［J］. 草地學(xué)報(bào)，2024，32（5）：1513-1521

［35］李生儀，孫延亮，劉選帥，等. 磷肥對(duì)滴灌苜蓿根際土壤微環(huán)境及干草產(chǎn)量的影響［J］. 草地學(xué)報(bào)，2022，30（2）：495-502

［36］張會(huì)民，徐明崗，呂家瓏，等. 不同生態(tài)條件下長期施鉀對(duì)土壤鉀素固定影響的機(jī)理［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（5）：1009-1014

［37］杜建軍，李生秀，李世清，等. 不同肥水條件對(duì)旱地土壤供氮能力的影響［J］. 西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，26（6）：4-8

［38］楊榮，蘇永中，王敏，等. 新墾沙地農(nóng)田土壤有機(jī)碳時(shí)空變異特征［J］. 中國沙漠，2013，33（4）：1078-1083

［39］田富強(qiáng)，溫潔，胡宏昌，等. 滴灌條件下干旱區(qū)農(nóng)田水鹽運(yùn)移及調(diào)控研究進(jìn)展與展望［J］. 水利學(xué)報(bào)，2018，49（1）：126-135

［40］田立文，祁永春，戴路，等. 新疆南疆耕地土壤養(yǎng)分含量及其分布特征評(píng)價(jià)——以阿克蘇地區(qū)為例［J］. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2020，34（1）：214-223

［41］宋潔，王鳳歌，溫璐，等. 放牧對(duì)溫帶典型草原植物物種多樣性及土壤養(yǎng)分的影響［J］. 草地學(xué)報(bào)，2019，27（6）：1694-1701

［42］GAO Z X，WANG Y X，TIAN G Y，et al. Plant height and its relationship with yield in wheat under different irrigation regime［J］. Irrigation Science，2020，38（4）：365-371

［43］俞華林，張恩和，王琦，等. 灌溉和施氮對(duì)免耕留茬春小麥農(nóng)田土壤有機(jī)碳，全氮和籽粒產(chǎn)量的影響［J］. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2013，22（3）：227-233

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