不同灌水量对菊芋生长及水分利用效率的影响

1不同灌水量对菊芋生长及水分利用效率的影响杨斌1张恒嘉1**李有先2薛燕翎2（1.甘肃农业大学工学院甘肃兰州730070；2.张掖市灌溉试验中心甘肃张掖734000）摘要：不同灌水量对菊芋株高、茎粗、产量及水分利用效率的影响研究结果表明，在不同灌水处理下菊芋株高、茎粗和单株个数的差异不显著，株高生长期主要在枝繁叶茂期和现蕾期，而茎粗生长期在苗期和枝繁叶茂期；菊芋产量、单株重及水分利用效率均存在显著性差异，产量和单株重以J6（耗水量最大）最高，J6的产量分别比J1、J2、J3、J4、J5提高56.52%、28.68%、46.21%、37.75%、8.97%，J6的单株重分别比J1、J2、J3、J4、J5提高65.45%、26.39%、27.27%、28.17%、31.88%，水分利用效率则以J1（耗水量最小）最高，分别比J2、J3、J4、J5、J6提高15.98%、50.67%、85.96%、58.68%、79.16%。试验条件下菊芋产量主要由单株重决定，并随耗水量的增加呈增加趋势，而水分利用效率则呈下降趋势。菊芋最佳灌溉定额为340mm左右。关键词：株高；茎粗；产量；水分利用效率；菊芋水资源不足是世界主要农业产区普遍存在和最受关注的焦点问题[1,2],也是制约我国西北干旱区农业生产和发展的重要因素。在我国许多地区,灌溉用水并未得到充分利用,因而水分利用效率普遍不高[3]。目前，我国菊芋灌溉试验研究大多集中在海水和废水对菊芋品质、氮素及果糖的影响研究方面，而对菊芋生长及水分利用效率的研究相对较少[4,5,6]。所以，在气候干旱和水资源缺乏的河西走廊进行菊芋灌溉试验研究，提出不同灌水量对菊芋生长及水分利用效率的影响，可为菊芋产业发展提供重要的科学理论依据。1材料与方法试验于2008年4月-10月在张掖市灌溉试验中心进行，位于张掖市甘州区平原堡镇，东经100°26′，北纬38°56′，海拔1482.7m。境内地势平坦，沙漠、绿洲、戈壁相间，是一个具有多种生态、生产类型和鲜明特色的内陆封闭灌溉农业区[7]。该地区属典型的大陆性干旱气候，气候干旱和水资源缺乏是当地农业生产的主要制约因素，发展节水农业具有极其重要的现实意义[8]。试验区土壤为中壤土，田间持水量22.5﹪，土壤容重为1.5g/cm3，地下水位低，无盐碱化影响。供试菊芋品种为青芋1号，于2008年4月8日播种，10月28日收获。试验灌水方式为小畦灌，水表严格控制灌水量。试验采用单因素随机区组设计，3次重复，小区面积3.5m×7m，株距60×60cm。播种前及整个生育期没有施肥。本试验共设6个处理(表1)表1菊芋不同生育阶段灌水量m3/hm2处理灌水次数苗期枝繁叶茂期现蕾期开花期灌溉定额J129009001800J239009009002700J3318009009003600J4490018009009004500J54900180090018005400J63270090027006300每个生育期用烘干秤重法测定0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100cm各层土壤含水量，成熟后，每小区各选5株进行常规考种，并结合实收测产。按照土壤水分平衡方程，忽略地表径流及土壤水分下渗基金项目：国家自然科学基金项目（40801044）作者简介：杨斌(1980-)，男，汉族，甘肃静宁人，硕士研究生，研究方向为农业水土工程、节水农业及农业生态。E-MAIL：[e-mail]通讯作者：张恒嘉(1974-)，曾用名张步翀，男，博士，副教授，研究方向为农业水土工程、节水农业及农业生态。E-MAIL：[e-mail]2和地下水补给(该区平均地下水埋深h,10m＜h＜20m)则:ET=P+I-ΔW(1)式中,ET为蒸腾蒸发量(即耗水量,mm),P为降水量(mm),I为灌水量(mm),ΔW为1m土层土壤水分变化(mm)。水分利用效率(WUE，kg/hm2·mm)为:WUE=Y/ET(2)式中,Y为单位面积作物产量(kg/hm2)。回归分析采用唐启义先生的DPS统计分析软件[9]和Excel软件。2结果与分析2.1不同灌水处理对菊芋株高和茎粗的影响作物株高在一定程度上反映了植株的营养生长状况，同时又是冠层结构对水分响应的主要体现。从图1可以看出，从苗期到枝繁叶茂前期各处理间株高不但增长缓慢，而且表现出一致性，这充分说明菊芋在苗期对水分胁迫不敏感；随着植株的生长，菊芋对水分的需求越来越大，水分逐步成为制约菊芋生长的主要因素。从枝繁叶茂期到现蕾期，处理J1、J2、J3、J4、J5、J6的株高分别增长了181.1cm、195.7cm、197.9cm、176.6cm、188.3cm、202.1cm，以J6的增长速度最快，不同处理株高表现出不同程度的差异，而从现蕾期到开花期，J1、J2、J3、J4、J5、J6的株高分别增长了34.3cm、43.6cm、51cm、62.7cm、56.1cm、44cm，J1的增长速度明显慢于其他处理，并且不同处理表现出不同的差异性，说明菊芋植株的株高生长在枝繁叶茂期和现蕾期对水分胁迫更为敏感。0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0苗期枝繁叶茂期枝繁叶茂中期现蕾期初花期生育期株高/cmJ1J2J3J4J5J6图1各灌溉处理对菊芋株高的影响图2各灌溉处理对菊芋茎粗的影响从图2可以看出，菊芋茎粗从苗期到枝繁叶茂期增长较快，而从枝繁叶茂期到开花期增长缓慢，甚至停止生长，说明菊芋茎粗增长主要在苗期和枝繁叶茂期。从菊芋各处理灌水来看，在苗期，虽然灌水量不同，但各处理间茎粗的增长基本表现为一致，这主要是因为菊芋在苗期对水分的需求量不高；在枝繁叶茂期，J6的灌水量大于其他处理，J1、J2的灌水量相等，而J6的茎粗明显大于其他处理，这充分说明在枝繁叶茂期菊芋茎粗对水分胁迫更为敏感；在现蕾期和开花期是菊芋块茎形成期和增大期，所以茎粗的增长缓慢，甚至停止增长。2.2不同灌水处理对菊芋块茎产量及其构成要素的影响菊芋不同处理间产量、单株重均存在显著性差异，而单株个数差异不显著。从表1、表2可以看出，J6的灌水量大于其他处理，J6的产量和单株重均高于其他处理，J6的产量分别比J1、J2、J3、J4、J5提高56.52%、28.68%、46.21%、37.75%、8.97%，其单株重分别比J1、J2、J3、J4、J5提高65.45%、26.39%、27.27%、28.17%、31.88%，且与其它处理均有显著性差异，而J6的单株个数虽然不是最高，但和J3的单株个数差异不显著，表明水分处理明显影响了菊芋的营养生长。在产量要素中，处理间单株重差异明显大于单株个数，也就是说，菊芋产量主要是由单株重决定。因此，菊芋产量和单株重随灌水量的增加而增加，而单株个数并不随着灌水量增加而增加，故单株个数对水分反应不敏感。0.00.51.01.52.02.53.0苗期枝繁叶茂期枝繁叶茂中期现蕾期初花期生育期茎粗/cmJ1J2J3J4J5J63表2不同处理菊芋产量、产量构成要素及水分利用状况处理产量/kg.hm2单株重/kg·株－１单株个数/个·株－１降雨/mm耗水量/mm水分利用效率/kg·hm－２·mm－１J136857.14c1.10b28.60a74.9240.97152.95aJ244829.93bc1.44ab33.85a339.92131.88bJ339455.78c1.43ab35.20a388.70101.51cJ441877.55c1.42ab29.60a509.1582.25dJ552938.78ab1.38b29.87a549.2496.39cdJ657687.08a1.82a35.00a675.7385.37cd2.3不同灌水处理对菊芋耗水量的影响菊芋全生育期的灌水量对耗水量有显著影响，灌水量越大其耗水量越多，随着灌水量的不断增加，耗水量也相应的增加（表2）。由于不同处理的不同生育期有不同的灌水量，其耗水量以J6最大，分别比J1、J2、J3、J4、J5高434.76mm、335.81mm、287.03mm、166.58mm、126.49mm。与耗水量最低的处理J1相比，J2、J3、J4、J5、J6多利用土壤水分98.95mm、147.73mm、268.18mm、308.27mm、434.78mm。也就是说，灌溉定额的多少直接影响菊芋土壤水分的消耗，灌溉定额最高的处理J6比最小的处理J1多耗水434.76mm。因此，菊芋全生育期耗水量在很大程度上依赖于土壤水分的变化。2.4不同灌水处理对菊芋水分利用效率的影响各处理间水分利用效率差异显著，以J1最高，分别比J2、J3、J4、J5、J6提高15.98%、50.67%、85.96%、58.68%、79.16%，以J4最低，分别比J1、J2、J3、J5、J6降低46.22%、37.63%、18.97%、14.67%、3.65%（表2）。总体而言，菊芋水分利用效率随灌水量和耗水量的增加而减少，其变化趋势与产量和耗水量的变化趋势相反。从产量、耗水量和水分利用效率来看，J2产量高于J1、J3、J4，低于J5、J6处理；耗水量高于J1，低于J3、J4、J5、J6；水分利用效率高于J3、J4、J5、J6，低于J1，也就是说，J2具有较高的产量和水分利用效率，但其耗水量相对较小，J2为最佳的灌水量和灌水时期。因此，适当减少灌水次数，保证灌水定额，把握好灌水关键期，可以提高作物水分利用效率和获得较高的经济产量。3结论菊芋株高在枝繁叶茂期和现蕾期增长速度最快，在苗期和开花期增长速度缓慢，其茎粗在苗期和枝繁叶茂期增长速度最快，在现蕾期和开花期增长缓慢，甚至停止增长，故菊芋生长发育主要在枝繁叶茂期。菊芋不同处理间产量、单株重及水分利用效率均存在显著性差异，单株个数差异不显著。菊芋产量、单株重以及全生育期耗水量以J6最大，分别比J1、J2、J3、J4、J5提高56.52%、28.68%、46.21%、37.75%、8.97%与65.45%、26.39%、27.27%、28.17%、31.88%，耗水量比J1、J2、J3、J4、J5高434.76mm、335.81mm、287.03mm、166.58mm、126.49mm，而水分利用效率则以J1最高，分别比J2、J3、J4、J5、J6提高15.98%、50.67%、85.96%、58.68%、79.16%。产量和单株重随灌水量的增加而增加，而单株个数并不随灌水量增加而增加，水分利用效率随灌水量和耗水量的增加而减少，其变化趋势与产量和耗水量的变化趋势相反。因此，菊芋产量越高，耗水量越高，则其水分利用效率越低，而耗水量的大小主要由灌水量的大小所决定（表2）。另外，菊芋最佳灌溉定额为340mm左右，灌溉时期为枝繁叶茂期、现蕾期和开花期。4参考文献[1]BoyerJS．Plantproductivityandenvironment[J]．Science，1982，218：443-448[2]雷川华，吴运卿．我国水资源现状、问题与对策研究[J]．节水灌溉，2007，04：41-43[3]张丛志，张佳宝，赵炳梓等．作物对水分胁迫的响应及水分利用效率的研究进展[J]．节水灌溉，2007，05：1-5[4]杨洪泽．不同海水浓度灌溉对菊芋主要成分的影响[D]．大连：大连理工大学，2006[5]隆小华，刘兆普，陈铭达等．半干旱区海涂海水灌溉菊芋氮肥效应的研究[J]．水土保持学报，2005，19(2)：114-117[6]赵耕毛．莱州湾地区海水养殖废水灌溉耐盐植物_菊芋和油葵的研究[D]．南京：南京农业大学，2006[7]钟玉秀，刘洪先，杨柠等．张掖市节水型社会建设试点的经验和启示[J]．水利发展研究，2003，(7)：45-49[8]陈丽娟，张新民，王小军等．不同土壤水分处理对膜上灌春小麦土壤温度的影响[J]．农业工程学报，2008，24(4)：9-13[9]唐启义，冯明光．实用统计分析及其计算机处理平台[M]．北京：中国农业出版社，200