李婕1, 杨启良1, 徐曼1, 贾维兵1, 雷龙海2,
徐天宇1, 刘小刚1
(1.昆明理工大学现代农业工程学院, 云南 昆明 650500; 2.毕节市水土保持办公室, 贵州 毕节 551700)
摘要：为了研究阶段水分亏缺(亏水+不亏水WLWH、不亏水+亏水WHWL、亏水+亏水WLWL、不亏水+不亏水WHWH)和不同施氮量(NZ:0,NL:0.2 g/kg,NH:0.4 g/kg)对小桐子生长、生理指标和灌溉水利用效率的影响,通过盆栽试验,发现WLWH的生长和灌溉水利用效率均显著高于WHWL;作物的灌溉水利用效率随施氮量的增大而呈现先增大后减小的趋势,在NL水平下达到最大值;与高水高氮的处理NHWHWH相比,中水低氮处理NLWLWH节约灌溉水27%,节约氮肥使用量50%,小桐子株高减少31%、总干物质量减少35%,灌溉水利用效率减少13%,但茎粗增加13%,根冠比增加20%.可见小桐子在第一阶段处理(40～90 d)幼树期对水分的需求量较小,适度的亏缺灌溉可提高灌溉水利用效率;小桐子在第二阶段处理(90～140 d)处于旺长期,对水分的需求量较大，增大灌水量可大幅度促进小桐子生长及其干物质量的积累.全生育期实施亏缺灌溉,可提高小桐子自身适应外界环境能力,抗干旱胁迫能力也逐渐增强，但WLWL水平下的小桐子生长缓慢.经综合分析,认为处理NLWLWH可作为干旱地区条件下的小桐子灌溉和施氮制度.
关键词：小桐子;调亏灌溉;氮营养;土壤含水率;灌溉水利用效率
李婕, 杨启良, 徐曼， 等. 调亏灌溉和氮处理对小桐子生长及水分利用的影响[J]. 排灌机械工程学报,2016,34(11):995-1002.
LI Jie, YANG Qiliang, XU Man, et al. Effect of regulated deficit irrigation and nitrogen nutrition on growth and water use efficiency of Jatropha curcas L.[J]. Journal of drainage and irrigation machinery engineering(JDIME), 2016,34(11):995-1002.(in Chinese)
20世纪70年代,调亏灌溉首先被澳大利亚持续灌溉农业研究所提出[1],即在作物生长发育的某一阶段,外部施加一定量的水分胁迫,从而调节作物的生长进程,影响作物的体态特征,以达到增产、节水及提高水分利用效率的目的,是一种新型的非充分灌溉技术[2].一些专家如：原保忠等[3]认为适宜的调亏灌溉可提高水分利用效率,同时维生素C、游离氨基酸、可溶性固形物(TSS)含量及产量也有所提高.强敏敏等[4]通过对枣树进行调亏灌溉,发现轻度调亏的枣树产量相对于充分灌溉提高了22.1%,同时水分利用效率也显著提高.董国锋等[5]研究表明,苜蓿在轻度水分亏缺(土壤含水率为60%～65%ETc)处理下的粗蛋白含量达到最大值,水分利用效率最高.此外,适宜的水分亏缺和施氮处理,可提高冬小麦的产量,增加其干物质的积累,同时还能有效控制根系生长,减少冗余[6-7]. 总之,调亏灌溉有益于作物增产和农业节水,其适宜于小麦、玉米等粮食作物,同时也适用于苹果、香梨等果树,它既可增加果实的产量又不影响其品质[8-9].
小桐子(Jatropha curcas L.)广泛分布于热带及干热河谷地区,是一种能够快速增长的常绿乔木.其种子含油量高,很容易转化为生物柴油,加之小桐子一般生长在贫瘠、干旱等边际性土壤中,抗胁迫能力强,因此被认为是化石原料的替代品[10].全球干旱作为全球变暖的结果,水资源缺乏已经成为农业生产的主要限制之一,了解作物抗旱性能,实现作物高效用水机制,有利于提高农业生产效率.但盲目增加灌水和氮肥,是许多农民追求高产的措施之一,水氮管理措施的缺乏,致使水氮利用效率降低,土壤的富营养化污染加剧.SANTANA等[11]通过对不同基因型小桐子进行调亏灌溉后发现,作物的光合作用、水分利用效率均有明显提高.文献[12]分别采用5种灌水水平(0%,25%,50%,75%,100%蒸散量)对小桐子进行水分处理,结果显示水分胁迫会降低小桐子地上部分生物量的积累,减少水分的散失,适宜的水分亏缺还能增强小桐子抗干旱胁迫能力.
文中对盆栽小桐子进行调亏灌溉和氮营养处理,研究调亏灌溉和不同氮营养条件下小桐子的生长特征、干物质积和水分利用效率,寻求适宜小桐子生长的调亏灌溉模式,为调亏灌溉的水分高效利用和优化农业用水配置提供指导,为建立小桐子的调亏灌溉模式提供理论依据.
1.1 试验区概况及材料
试验于2015年4—9月在昆明理工大学现代农业工程学院试验性玻璃温室进行.一年生小桐子幼树来自云南元谋干热河谷区,4月22日将小桐子幼树移栽至上口直径26.0 cm,下口直径20.0 cm,桶高28.0 cm 的花盆中,花盆装土13 kg,每盆移栽1株,移栽后将土表面铺1 cm厚的蛭石防止因灌水导致的土壤板结,每盆均浇水至田间持水量.供试土壤为当地燥红壤土,装土前将其自然风干,过5 mm筛,土壤理化性质如下:有机质为13.30 g/kg,全氮为0.88 g/kg,全磷为0.66 g/kg,全钾为14.1 g/kg,容重为1.23 g/cm,土壤质量含水率为30%.
1.2 试验设计
经过40 d缓苗后,挑选长势均匀的小桐子幼树进行调亏灌溉和氮营养处理.试验设3个施氮水平,2个生育阶段内各设2个灌水水平,共12个处理,每处理3次重复,共36盆.
水分亏缺分别设第一阶段(41～90 d):亏水、不亏水;第二阶段(91～140 d):亏水、不亏水，共4个水平,分别为亏水+不亏水(WLWH)、不亏水+亏水(WHWL)、亏水+亏水(WLWL)、不亏水+不亏水(WHWH).亏水和不亏水处理以控制土壤含水率占田间持水量(ETc)的百分数来表示,亏水:WL为30%～50%ETc；不亏水:WH为50%～80%ETc.每盆13 kg风干红壤土施尿素CO(NH2)2的质量比如下:不施肥NZ(0)、低氮NL(0.2 g/kg)、高氮NH(0.4 g/kg)3个水平.每盆统一施加磷肥0.58 g/kg，缓苗后将氮肥、磷肥溶于水,浇灌于土壤中.
2015年6月1日开始进行调亏灌溉及氮营养处理,将肥料均溶于水,浇灌到土中,保证肥料均匀分布于土壤中.第一阶段(6月1日—7月19日),灌水周期为2 d,共灌水25次;第二阶段(7月20日—9月10日),灌水周期为3 d,共灌水16次.随着植株的生长,用植株鲜质量(Y, g)和苗高(X, cm)之间的经验关系式[13]:Y=3.061X-13.533(R2=0.874, P<>LWH,WHWL,WLWL,WHWH共4个处理的灌溉定额分别为395,441,295和538 mm.试验周期为140 d,灌水和施氮处理共100 d.整个试验期内,保持温室良好的通风状态,每10 d转动花盆位置,其他管理措施均保持一致,表1为各试验处理水平.
表1 试验处理水平
Tab.1 Levels of factor in various schemes
水氮组合氮肥水平处理后40～90d处理后91～140dNZWLWH无(NZ)亏水(WL)不亏水(WH)NZWHWL无(NZ)不亏水(WH)亏水(WL)NZWLWL无(NZ)亏水(WL)亏水(WL)NZWHWH无(NZ)不亏水(WH)不亏水(WH)NLWLWH低(NL)亏水(WL)不亏水(WH)NLWHWL低(NL)不亏水(WH)亏水(WL)NLWLWL低(NL)亏水(WL)亏水(WL)NLWHWH低(NL)不亏水(WH)不亏水(WH)NHWLWH高(NH)亏水(WL)不亏水(WH)NHWHWL高(NH)不亏水(WH)亏水(WL)NHWLWL高(NH)亏水(WL)亏水(WL)NHWHWH高(NH)不亏水(WH)不亏水(WH)
1.3 测定项目
1) 株高、茎粗:株高H用直尺测量,茎粗D采用电子游标卡尺测量,测定部位为土面以上1 cm,并用记号笔标记,调亏灌溉第一阶段每隔2 d测定1次,调亏灌溉第二阶段每隔3 d测定1次.
2) 鲜物质质量、干物质质量、各器官含水率、灌溉水利用效率:鲜物质和干物质的质量均用电子天平测量,在烘箱中保持108 ℃杀青30 min后调节温度至75 ℃继续烘烤直至恒质量.各器官含水率=[(鲜物质质量-干物质质量)/干物质质量]×100%;灌溉水利用效率=(总干物质质量/总耗水量)×100%;根冠比=根干物质质量/冠层干物质质量.
3) 蒸散量与蒸腾量:蒸散量EP及蒸腾量ET的测定日期为7月3日、7月4日和9月5日、9月6日,分别是灌水后的第1天和第2天,用称重相减法测定蒸散量和蒸腾量.测定单株蒸腾量之前,先用黑色塑料袋罩住盆口植株,再用黑色胶带密封,避免盆体土壤蒸发影响试验结果.
4) 土壤含水率:灌水前,在距小桐子幼树基部5,10,15 cm用土钻取土,烘干后测量土壤含水率.
1.4 数据处理及分析
数据应用SPSS 20.0的ANOVE过程进行单因素方差分析,多重比较采用Duncan(P=0.05)法,表格在Excel软件系统下完成,以“平均数±标准差”表示数据.
2.1 对小桐子根区土壤水分的影响
调亏灌溉和氮营养对小桐子根区5,10,15 cm土壤水分变化情况如图1所示,从图中可以看出，平均土壤含水率均随着灌水量的增大而增大,随施氮量的增大而有所不同.
调亏灌溉第一阶段,随施氮量的增大,处理WLWH和WLWL的平均土壤含水率先减小后增大;灌水量较多的处理WHWL和WHWH的平均土壤含水率逐渐减小.施肥量相同时,与WHWH相比,处理WLWH,WHWL,WLWL的平均土壤含水率分别降低34%,2%,33%.灌水量相同时,处理NZ,NL,NH下的土壤含水率差异不具有统计学意义.
调亏灌溉第二阶段,随施氮量的增大,处理WLWH下的平均土壤含水率先减小后增大,处理WHWL下的平均土壤含水率逐渐减小,处理WLWL和WHWH下的平均土壤含水率先增大后减小.当施肥量不同时,与WLWH相比,处理WHWL,WLWL,WHWH的平均土壤含水率分别降低19%,23%,13%.灌水量不同时,处理NZ,NL,NH下的土壤含水率θs差异不具有统计学意义.
图1 调亏灌溉和氮营养对小桐子根区土壤含水率影响
Fig.1 Effect of regulated deficit irrigation and nitrogen nutrition on soil water content
2.2 对小桐子株高、茎粗影响
图2为调亏灌溉和氮营养对小桐子株高和茎粗的影响.
图2 调亏灌溉和氮营养对小桐子株高和茎粗的影响
Fig.2 Effect of regulated deficit irrigation and nitrogen nutrition on stem height and diameter
由图2可以看出,调亏灌溉和氮营养对小桐子株高的影响具有统计学意义(P<>Z和NL水平下小桐子的株高按灌水量WHWL,WLWL,WLWH,WHWH逐渐增大,NH水平下WLWL的小桐子株高生长量最小,WHWH下的小桐子株高生长量最大,而WHWL和WLWH下的小桐子株高生长量差异不具有统计学意义.由图2b可以看出,在调亏灌溉第一阶段,施氮量相同时,小桐子的茎粗均随灌水量的增大而增大,灌水量相同时,小桐子的茎粗均随施氮量的增大而增大;在调亏灌溉第二阶段,NZ及NH水平下小桐子的茎粗按灌水量WHWL,WLWH,WLWL,WHWH逐渐增大,NL水平下小桐子的茎粗按灌水量WLWH,WHWL,WLWL,WHWH先减小后增大.WHWH水平下小桐子的茎粗增长量达到最大,与施氮量对其影响不具有统计学意义(P>0.05).
与WLWL水平下的株高、茎粗相比,WLWH在株高上增加16%,茎粗上增加11%;WHWL在株高上降低4%,茎粗上降低4%;WHWH在株高上增加76%,茎粗上增加15%.
2.3 对小桐子干质量及灌溉水利用效率的影响
表2为调亏灌溉和氮营养对小桐子干物质质量及灌溉水利用效率的影响,其中，m根,m茎，m叶,m整株分别为根，茎，叶，整株干物质质量，σ为根冠比，η为灌溉水利用效率.从表中可以看出,灌溉及施肥对小桐子幼树的根、茎、叶、整株干物质质量及灌溉水利用效率的影响差异具有统计学意义(P<>Z和NL水平下,小桐子干物质质量均随灌水量WLWH,WHWL,WLWL,WHWH呈先减小后增大的趋势,在WHWH水平下达到最大,在WHWL水平下达到最小;在NH水平下,小桐子各器官干物质质量及整株干物质质量在WHWH水平下达到最大,WLWH,WHWL,WLWL这3种灌水水平下差异不具有统计学意义.当灌水量相同时,施氮量的增大,WHWL水平下小桐子各器官干物质质量及整株干物质质量呈先增大后减小的趋势;WLWH,WLWL水平下,NZ和NL水平的小桐子各器官干物质质量及整株干物质质量差异不具有统计学意义(P>0.05),但NH水平下各项干物质质量较低;WHWH水平下,NL和NH水平的小桐子各项干物质质量差异不具有统计学意义(P>0.05),但NZ水平下各项干物质质量较低.WLWH与WHWH水平下根冠比差异不具有统计学意义,WHWL水平下根冠比最小,随着施氮量的增大,根冠比在NH水平最小,相较于NZ,NL降低明显(P<>
数据分析表明,适宜的灌溉方式可提高小桐子的灌溉水利用效率.小桐子的灌溉水利用效率在NLWLWL,NHWHWH下最大,NLWHWH,NZWLWL次之.施氮量相同时,NZ水平下,灌水量为WLWH时,小桐子的灌溉水利用效率较WLWH增加了57%,较WHWL,WHWH分别降低了11%,17%;NL水平下,灌水量为WLWH时,小桐子的灌溉水利用效率较WLWH增加了47%,较WHWL,WHWH分别降低了20%和12%;NH水平下,灌水量为WLWH时,小桐子的灌溉水利用效率较WLWH增加了15%,较WHWL,WHWH分别降低了20%,76%.
表2 调亏灌溉和氮营养对小桐子干物质质量及灌溉水利用效率的影响
Tab.2 Effect of regulated deficit irrigation and nitrogen nutrition on dry matter and irrigation water use efficiency
处理m根/gm茎/gm叶/gm整株/gση/(g·mm-1)NZWLWH53.2±3.87bc91.81±3.90c20.54±1.27b166.83±3.41bc0.49±0.09a0.42±0.12bNZWHWL16.02±3.56f37.92±1.96f7.21±0.60de79.87±2.94e0.34±0.10cd0.18±0.13eNZWLWL34.83±1.65d86.83±3.42c16.48±0.24bc134.54±4.27cd0.36±0.08c0.46±0.11abNZWHWH61.92±1.82b119.94±4.97bc30.65±1.33a188.51±4.26b0.40±0.05b0.35±0.21cNLWLWH40.79±1.74cd86.77±3.39c21.53±0.77b167.13±3.56b0.36±0.14e0.42±0.07bNLWHWL23.28±1.42e64.24±2.12de14.46±0.73c96.97±3.49de0.29±0.06d0.22±0.15deNLWLWL52.00±3.99bc86.44±3.22c13.55±0.77c146.73±4.36c0.38±0.01bc0.50±0.06aNLWHWH82.25±4.32a146.62±4.31ab29.76±1.88a253.75±6.88a0.51±0.14a0.47±0.17abNHWLWH26.99±1.37e66.82±2.41d9.10±0.55d106.21±3.11d0.34±0.11cd0.27±0.11dNHWHWL22.33±1.11e69.53±2.76d12.30±0.65c99.73±3.87d0.27±0.05d0.23±0.04deNHWLWL22.38±1.82e50.66±2.33e14.18±0.49e98.51±2.26e0.35±0.01c0.33±0.10cNHWHWH64.06±3.98b175.18±3.59a33.82±1.91a257.93±5.97a0.30±0.10d0.48±0.02a
注:数据为平均值±标准差(n=3),同一列中的英文小写字母不同,则表示处理间指标差异具有统计学意义(P<>
2.4 对小桐子各器官含水率的影响
表3为调亏灌溉和氮营养对小桐子各器官单位干物质质量的含水率的影响，其中θ根，θ茎，θ叶，θ整株为各器官含水率.
表3 调亏灌溉和氮营养对小桐子各器官含水率的影响
Tab.3 Effect of regulated deficit irrigation and nitrogen nutrition on water storage capability %
处理θ根θ茎θ叶θ整株NZWLWH2.58±0.46b1.26±0.68b4.73±0.67b1.86±0.84cNZWHWL1.14±0.28c1.25±0.52de3.39±0.46c1.44±0.17dNZWLWL1.58±0.39d0.72±0.27e3.13±0.58d1.12±0.51deNZWHWH2.59±0.52b1.85±0.23ab5.07±0.43b2.14±0.64bcNLWLWH1.29±0.48c2.04±0.41de3.26±0.26cd1.87±0.77cNLWHWL1.84±0.16bc1.28±0.45bc4.62±1.23b1.73±0.56cdNLWLWL0.72±0.25cd0.61±0.31e2.77±0.41cd0.84±0.41eNLWHWH1.82±0.42bc2.63±0.57cd3.56±0.33c2.43±0.58bNHWLWH1.86±0.42bc1.59±0.20d3.47±0.56c1.87±0.53cNHWHWL1.55±0.80cd0.98±0.41e3.25±0.91cd1.37±0.52dNHWLWL0.66±0.10d0.86±0.27e2.63±0.56d0.91±0.17eNHWHWH4.31±0.73a3.04±0.52a7.37±1.45a3.84±0.66a
由表3可知,在NZ水平下,小桐子整株的含水率随灌水量WLWH,WHWL,WLWL,WHWH呈现先减小后增大的趋势;在NL水平下,小桐子各器官及整株含水率在WHWL水平下取得最大,WLWH,WHWH,WLWL3种灌水处理下差异不具有统计学意义;在NH水平下,小桐子各器官及整株含水率在WHWH水平下取得最大,WLWH,WHWL灌溉水平下各器官含水率差异不具有统计学意义(P>0.05),WLWL水平下小桐子的各器官及整株含水率最小.相较于WLWH水平,WHWH水平下小桐子的根、茎、叶及整株含水率分别提高34%,34%,28%,33%;相较于WHWL水平,WHWH水平下小桐子的根、茎、叶及整株含水率分别提高48%,53%,29%,46%;相较于WLWL水平,WHWH水平下小桐子的根、茎、叶及整株含水率分别提高66%,70%,46%,65%.
当灌水量相同时,随施氮量的增大,WLWH水平下小桐子各根、叶含水率先减小后增大,茎含水率先增大后减小,整株含水率差异不具有统计学意义,在WHWL水平下,小桐子各器官及整株含水率均先增大后减小;在WLWL水平下,小桐子除根含水率不断增大外,其他器官含水率差异不具有统计学意义;WHWH水平下,小桐子根、叶含水率先减小后增大,其茎含水率、整株含水率逐渐增大.
2.5 对小桐子蒸散量、蒸腾量的影响
图3为调亏灌溉和氮营养对小桐子蒸散量Ep、蒸腾量ET的影响.
图3 调亏灌溉和氮营养对小桐子蒸散量、蒸腾量的影响
Fig.3 Effect of regulated deficit irrigation and nitrogen nutrition on evapotranspiration and transpiration
由图3可以看出,蒸腾量的大小与植株体的新陈代谢有直接关系,平均总蒸散量随灌水量的增大而增大.调亏灌溉第一阶段,施氮量相同时,WHWH与WHWL水平下的小桐子蒸散量差异不具有统计学意义,与WHWH相比,WLWH,WLWL的平均蒸散量分别显著降低55%,70%(P<>Z相比,NL和NH的平均蒸散量均有所减小,但差异不具有统计学意义,随施氮量的增大,WLWH水平蒸散量先增加后减小,WLWL,WHWL和WHWH水平蒸散量差异不具有统计学意义.调亏灌溉第二阶段,当施氮量相同时,WHWH水平下的小桐子蒸散量最大.与WHWH相比,WLWH,WHWL,WLWL的平均蒸散量分别降低20%,54%,54%(P<>Z相比,NL和NH平均蒸散量均有所增大,但差异不具有统计学意义.灌水量相同时,随施氮量的增大,WLWH水平下蒸散量先减小后增大,WHWL水平蒸散量先增大后减小,WLWL,WHWH水平蒸散量逐渐增大.
比较蒸腾量与蒸散量的比值可知,在调亏灌溉第一阶段,最大值在处理NHWHWH下取得,其小桐子的单位蒸散量中蒸腾量比例达到61%,其次为处理NLWHWL和NLWLWH,小桐子单位蒸散量中蒸腾量比例分别为59%和57%.在调亏灌溉第二阶段,最大值在处理NHWHWH下取得,其小桐子的单位蒸散量中蒸腾量比例达到55%,其次为NLWLWH,NZWHWH和NLWLWL,小桐子单位蒸散量中蒸腾量比例分别为54%,54%和53%.
3.1 对小桐子生长量及蒸散量影响
水分和氮营养在作物生长发育过程中起着至关重要的作用,有研究表明,调亏灌溉使作物在经历干旱复水后,可促进作物生长,加速生物量的积累,具备生长补偿效应[14],这与文中结果一致, WLWH水平下的小桐子,在经历干旱胁迫并恢复充分灌溉后,小桐子的株高、茎粗相较于水分胁迫时期有显著提高.而WLWL水平下的小桐子仍然能够存活,株高和茎粗在干旱胁迫条件增加缓慢,这是因为水分胁迫阶段,叶片水势降低,从而使得叶片气孔减小甚至关闭,作物的蒸散量减小,降低了无效的蒸散,从而影响作物的生长,先充分灌溉,后亏缺灌溉的处理WHWL,小桐子的株高、茎粗在亏水阶段生长缓慢,这是因为先充分灌溉,此时满足作物生长需求的水分,作物生长发育较为迅速,而到后期亏缺灌溉时,作物对水分的需求量较之前有了明显的提高,叶片水势仍保持较高水平,叶片气孔打开,使得作物仍保持较大的蒸散量,但水分供给不能满足作物的需求,因此亏缺灌溉时株高、茎粗生长量较充分灌溉的WHWH水平显著减少.
另外,随着施氮量的增大,WLWH,WHWL,WLWL水平下小桐子的株高、茎粗均呈现先增后减趋势(见图2),这是因为土壤中氮浓度较高,土壤pH值下降,酸性土壤抑制小桐子根系的生长以及对营养元素的吸收,从而使得NH水平下小桐子的株高生长量和茎粗生长量相对于NL显著下降,这与杨振宇等[15]在茄子上的研究一致.在施氮量相同的情况下,随着水分胁迫的加剧,小桐子的株高生长量、茎粗生长量也随之减小,这是因为水分胁迫抑制了植物体内各项生命活动,阻碍其生长.
3.2 对小桐子各器官干物质质量及含水率的影响
从表2中可以看出,WHWH水平下小桐子各器官及整株干物质量最大,WLWH,WLWL次之,WHWL最小,一定程度的亏缺灌溉均能降低作物的产量,这与以往在枣树[4]、小麦[7]、茄子[15]、甜瓜[16]、藜麦[17]等作物的研究类似,复水后小桐子的光合速率反而增大,更有利于光和产物转化和分配.随着施氮量的增大,小桐子各器官及整株干物质量先增大后减小.根干物质质量在WHWH水平下最大,这是因为根系在水分充足情况下,能最大限度吸收水分,促进其根的生长.此外,根系生长与施氮量的多少也有显著关系.充分灌溉条件下,根干物质质量随施氮量的增大而减小,说明施氮量过多,抑制了根系的生长;在调亏灌溉和干旱胁迫情况下,根干物质质量随施氮量的增大而呈现先增后减的趋势,也说明了过多的施氮,会抑制其根系的生长.
充水灌溉时,土壤含水率增大,根系吸收更多的水分供给光合作用和呼吸作用,合成更多的营养物质,因此WHWH水平下小桐子根、茎、叶及整株含水率均达到最大值(见表3);亏缺灌溉时,作物根系吸收的水分相对减少,植物会减少开启或直接关闭气孔来减少水分散失,从而提高自身各器官的含水率,维持其生命活动.灌水量相同时,随施氮量的增大,各灌水水平下作物的含水率差异具有统计学意义.WLWH和WHWH水平下,NH处理的整株含水率最大而NL处理的整株含水率最小,归因于WLWH和WHWH水平在调亏灌溉第二期内均为充水灌溉,过量施氮和充水作用下,营养充足,根系吸收更多的水分和氮营养.
3.3 对小桐子土壤含水率及灌溉水利用效率影响
作物的生长发育需要适当的水分供给,过多的水分供给会影响作物的生长环境,阻碍作物生长发育,造成减产,同时造成水的浪费,因此水分的多少将直接影响作物产量及灌溉水利用效率.当根区土壤含水率较小时,作物根系不能吸收充足的水分,抑制作物根系对地上部分的营养供应和传输,抑制作物的生长和发育.文中为盆栽试验,小桐子根系主要分布于5～10 cm土层,图1表明,充水水平下,土壤含水率较高,缺水水平下,土壤含水率较低.
水分利用效率能综合反映耗水量与作物干物质量的关系.试验表明,当施氮量不同时,在WHWH,WLWL水平下小桐子的灌溉水利用效率达到最高,WLWH次之,WHWL最小,全生育期轻度至重度水分亏缺处理可适度提高青稞水分利用效率.随着施氮量的增大,平均灌溉水利用效率呈先增后减的趋势,过高、过低的施氮,都会降低水分利用效率,归因于施氮量较小时,作物的株高、茎粗相对较小,作物的营养物质较少,对水分的吸收存在一定压力,因此吸收缓慢,水分更多的是被蒸发而不是被作物吸收利用[15].当施氮量较高时,作物的株高、茎粗、干物质量均大量生长及积累,蒸腾作用剧烈,容易形成“奢侈”耗水[18].
文中研究调亏灌溉和氮营养条件下对小桐子株高、茎粗、根冠比、各器官干物质及含水率、蒸散蒸腾量和灌溉水利用效率的影响,通过比较得出最优组合为NLWLWH,即低氮水平下,第一阶段亏缺灌溉,第二阶段充水灌溉.具体结果如下:
1) 在小桐子生长前期,适当的亏缺灌溉WL处理可提高小桐子的抗旱胁迫能力,虽然生物量有所下降但差异并不明显,灌溉水利用效率则显著提高.在小桐子旺长时期,亏缺灌溉WL会大幅度影响其生长,供水不足造成生长受限.若在小桐子整个生长周期内进行调亏灌溉WLWH,可大幅度提高水分利用效率,机体将适应外部条件,复水补偿效应明显,但其生物量的积累受限.
2) 充水高氮虽能促进小桐子生长,但增大了水分的消耗,造成氮素淋洗、土壤富营养化.在试验的土壤肥力水平下,低氮水平小桐子长势好,干物质积累多,灌溉水利用效率高,3种施氮水平差异具有统计学意义.因此,在生产实践中推荐调水低肥,达到节水节肥高产的目的.
参考文献(：References)
[1] 郭相平, 康绍忠. 调亏灌溉——节水灌溉的新思路 [J]. 西北水资源与水土工程, 1998, 9 (4): 22-26. GUO Xiangping, KANG Shaozhong. Regulated deficit irrigation: a new thought of water-saving irrigation [J]. Water resources and water engineering, 1998, 9 (4): 22-26. (in Chinese)
[2] CANO-LAMADRID M, GIR
[3] 原保忠, 张卿亚, 别之龙. 调亏灌溉对大棚滴灌甜瓜生长发育的影响 [J]. 排灌机械工程学报, 2015,33(7): 611-617. YUAN Baozhong, ZHANG Qingya, BIE Zhilong. Effects of regulated deficit irrigation on growth of drip-irrigated muskmelon in greenhouse [J]. Journal of drai-nage and irrigation machinery engineering, 2015,33(7): 611-617. (in Chinese)
[4] 强敏敏, 费良军, 刘扬. 调亏灌溉促进涌泉根灌枣树生长提高产量 [J]. 农业工程学报, 2015,31 (19): 91-96. QIANG Minmin, FEI Liangjun, LIU Yang. Regulated deficit irrigation promoting growth and increasing fruit yield of jujube trees [J]. Transactions of the CSAE, 2015,31 (19): 91-96. (in Chinese)
[5] 董国锋, 成自勇, 张自和, 等. 调亏灌溉对苜蓿水分利用效率和品质的影响[J]. 农业工程学报, 2006, 22 (5): 201-203. DONG Guofeng, CHENG Ziyong, ZHANG Zihe, et al. Effects of regulated deficit irrigation on water use efficiency and quality of alfalfa [J]. Transactions of the CSAE, 2006, 22 (5): 201-203. (in Chinese)
[6] 马守臣, 张绪成, 段爱旺, 等. 施肥对冬小麦的水分调亏灌溉效应的影响[J].农业工程学报, 2012, 28 (6): 139-143. MA Shoucheng, ZHANG Xucheng, DUAN Aiwang, et al. Regulated deficit irrigation effect of winter wheat under different fertilization treatments [J]. Transactions of the CSAE, 2012, 28 (6): 139-143. (in Chinese)
[7] 孔东, 晏云, 段艳, 等. 不同水氮处理对冬小麦生长及产量影响的田间试验 [J]. 农业工程学报, 2008, 24 (12): 36-40. KONG Dong, YAN Yun, DUAN Yan, et al. Field experiment on growth and yields of winter wheat under different water and nitrogen treatments [J]. Transactions of the CSAE, 2008, 24 (12): 36-40. (in Chinese)
[8] DAMATTA F M, LOOS R A, SILVA E A, et al. Effects of soil water deficit and nitrogen nutrition on water relations and photosynthesis of pot-grown Coffea canephora, Pierre[J]. Trees, 2002, 16(8):555-558.
[9] 康绍忠,史文娟,胡笑涛,等. 调亏灌溉对于玉米生理指标及水分利用效率的影响[J].农业工程学报, 1998,14(4): 82-87. KANG Shaozhong, SHI Wenjuan, HU Xiaotao, et al. Effects of regulated deficit irrigation on physiological indices and water use efficiency of maize [J]. Transactions of the CSAE, 1998,14(4): 82-87. (in Chinese)
[10] PANDEY V C, SINGH K, SINGH J S, et al. Jatropha curcas: a potential biofuel plant for sustainable environmental development[J]. Renewable & sustainable energy reviews, 2012, 16(5):2870-2883.
[11] SANTANA T A D, OLIVEIRA P S, SILVA L D, et al. Water use efficiency and consumption in different Brazi-lian genotypes of Jatropha curcas L. subjected to soil water deficit [J]. Biomass & bioenergy, 2015, 75: 119-125.
[12] D
[13] KANG S Z, ZHANG L, LIANG Y L, et al. Effects of limited irrigation on yield and water use efficiency of winter wheat in the Loess Plateau of China [J]. Agricultural water management, 2002, 55 (1): 203-216.
[14] LIANG H, LI F, NONG M. Effects of alternate partial root-zone irrigation on yield and water use of sticky maize with fertigation[J]. Agricultural water management, 2013, 116(1):242-247.
[15] 杨振宇, 张富仓, 邹志荣. 不同生育期水分亏缺和施氮量对茄子根系生长、产量及水分利用效率的影响[J].西北农林科技大学学报(自然科学版), 2010, 38 (7): 141-148. YANG Zhenyu, ZHANG Fucang, ZOU Zhirong. Coupling effects of deficit irrigation(DI) in different growth stages and different nitrogen applications on the root growth, yield, WUE of eggplant[J]. Journal of Northwest A&F University (natural science edition),2010, 38 (7): 141-148. (in Chinese)
[16] 黄远, 王伟娟, 汪力威,等. 调亏灌溉对塑料大棚甜瓜光合特性、果实产量和品质的影响 [J]. 华中农业大学学报, 2016,35 (1): 31-35. HUANG Yuan, WANG Weijuan, WANG Liwei, et al. Effects of regulated deficit irrigation on photosynthetic characteristics, fruit yield and quality of melon under plastic green house conditions [J]. Journal of Huazhong Agricultural University, 2016,35(1): 31-35. (in Chinese)
[17] GEERTS S, RAES D, GARCIA M, et al. Introducing deficit irrigation to stabilize yields of quinoa (Chenopodium quinoa, Willd.) [J]. European journal of agronomy, 2008, 28 (3): 427-436.
[18] BALLESTER C, CASTEL J, EL-MAGEED T A A, et al. Long-term response of ′Clementina de Nules′ citrus trees to summer regulated deficit irrigation[J]. Agricultural water management, 2014, 138(138):78-84.
(责任编辑 谈国鹏)
LI Jie1, YANG Qiliang1, XU Man1, JIA Weibing1, LEI Longhai2, XU Tianyu1, LIU Xiaogang1
(1.Faculty of Modern Agricultural Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650500, China; 2.Soil and Water Conservation Office of Bijie City, Bijie, Guizhou 551700, China)
Abstract：To explore effects of regulated deficit irrigation and nitrogen nutrition on growth and water use efficiency ofJatropha curcas L., a set of pot experiments are conducted at four water levels (WLWH, WHWL, WLWL, WHWH) and three nitrogen levels (NZ: 0, NL: 0.2 g/kg, NH: 0.4 g/kg). It is shown that the growth and irrigation water use efficiency at WLWH levels are significantly higher than WHWL. With increasing nitrogen level, the irrigation water use efficiency shows a maximum value at NL level. Compared with NHWHWH, the height, total dry matter and irrigation water use efficiency are decreased by 31%, 35% and 13%, irrigation water is saved by 27%, and nitrogen fertilizer dosage is reduced by 50% , respectively, at NLWLWH levels, but the plant stem diameter, root-shoot ratio are increased by 13% and 20%. In the first stage of growth (40-90 d), less water is demanded, moderate deficit irrigation can improve the irrigation water use efficiency. In the second stage of growth (90-140 d), more water is on demand for vigorously growing, increasing irrigation water can promote plant growth and dry matter accumulation greatly. Even though a deficit irrigation in the whole growth period can improve the ability to adapt to the environment, the plant production decreases. After a comprehensive analysis, NLWLWH is the best irrigation and nitrogen fertilization scheme under arid area conditions for Jatropha curcas L.
Key words：Jatropha curcas L.;regulated deficit irrigation;nitrogen nutrition;soil water contents; irrigation water use efficiency
李婕doi：10.3969/j.issn.1674-8530.16.0091
收稿日期：2016-04-27;
网络出版：时间： 2016-11-14
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1814.TH.20161114.1444.048.html
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51379004); 云南省应用基础研究面上资助项目(2013FB024)
作者简介：李婕(1991—), 女,四川广安人,硕士研究生(929631470@qq.com),主要从事农业节水与生态环境效应研究. 杨启良(1978—), 男,甘肃通渭人,教授(通信作者,yangqilianglovena@163.com),主要从事农业节水与生态环境效应研究.
中图分类号：275.3
文献标志码：A
文章编号：1674-8530(2016)11-0995-08
联系客服
