錢(qián)永康，何慶祥，趙繼榮，雒淑珍

（甘肅省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)研究院，甘肅 武威733006）

金盞花（Tageteserecta）又名萬(wàn)壽菊，是一種適應(yīng)性廣、可粗放管理的一年生草本花卉，可作為觀(guān)賞花卉美化、凈化環(huán)境。其花瓣中含有豐富的葉黃素，因此金盞花已成為一種特色經(jīng)濟(jì)作物在甘肅河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行大面積栽培。在國(guó)際市場(chǎng)上，1g葉黃素的價(jià)格與10g黃金相當(dāng)［1］。目前，金盞花在河西地區(qū)的播種面積為1.33萬(wàn)hm2，年產(chǎn)金盞花顆粒約3萬(wàn)t或浸膏3 000t，約占世界產(chǎn)量的1／3以上［2］。但河西地區(qū)在栽培過(guò)程中存在灌水量過(guò)大，水資源嚴(yán)重浪費(fèi)等問(wèn)題。傳統(tǒng)平作和大水漫灌的栽培模式表現(xiàn)出水分利用效率低（平均不足1kg·m-3）、水土流失嚴(yán)重和水環(huán)境污染嚴(yán)重等現(xiàn)象［3-5］。壟作溝灌作為節(jié)水抗旱的重要措施有著廣闊的發(fā)展前景，它有效協(xié)調(diào)并解決了節(jié)水與增產(chǎn)之間的矛盾，是實(shí)現(xiàn)節(jié)水型生產(chǎn)的耕種新技術(shù)。我國(guó)在很早就壟作種植甘薯（Ipomoeabatatas）等作物，20世紀(jì)80年代以來(lái)陸續(xù)開(kāi)展了水稻（Oryzaglaberrima）、玉米（Zeamays）、大豆（Glycinemax）和小麥（Triticum aestivum）等壟作栽培模式的研究，均取得了良好的效果［6］。壟作栽培具有調(diào)節(jié)地溫、蓄水保墑、抑制雜草、培肥地力、改良土壤等生態(tài)效應(yīng)，可使農(nóng)作物產(chǎn)量大幅度提高，降低耗水系數(shù)［7］；提高用水效率［8-13］。金盞花是我國(guó)河西走廊主要的經(jīng)濟(jì)植物之一，壟作節(jié)水栽培模式在金盞花上應(yīng)用較少，其中關(guān)于灌溉模式對(duì)金盞花壟作土壤水分動(dòng)態(tài)變化方面的研究則更少［14-19］。因此，本研究以河西綠洲灌區(qū)金盞花的水分利用為切入點(diǎn)，進(jìn)行金盞花節(jié)水栽培技術(shù)研究，旨為金盞花壟作溝灌技術(shù)推廣提供技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2009年4―10月在北方干旱內(nèi)陸河流域的甘肅省武威市涼州區(qū)黃羊鎮(zhèn)進(jìn)行，該區(qū)地處37°23′～38°12′N(xiāo)，101°59′～103°23′E?！?℃積溫為3 513.4℃·d，年日照時(shí)數(shù)2 945h；土壤為荒漠灌淤土，0～60cm土層土壤容重為2.7g·cm-3。0～20cm土壤養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)1.76%、全氮0.114%、堿解氮156.7mg·kg-1、速效磷28.1 mg·kg-1、速效鉀324.0mg·kg-1，pH 值8.16；金盞花生長(zhǎng)季降水量98mm。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：A為灌水方式，其中A1為平作畦灌，A2為壟作溝灌，因素B為灌水量，其中B1為4 200m3· hm-2、B2為3 600m3· hm-2、B3為3 000m3· hm-2，共有6個(gè)處理（A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3），采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。小區(qū)面積為4.5m×4.0m，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)間設(shè)置1.0m的隔離帶。播種前每公頃施純氮180kg和P2O5105kg。氮肥為尿素，磷肥為過(guò)磷酸鈣。2009年4月15日播種，基本苗均為57 000株·hm-2。其他管理措施同一般高產(chǎn)田。共灌水5次。從每年的5月末開(kāi)始，隔25d灌水1次；灌水方式為平作畦灌和壟作溝灌。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 土壤水分測(cè)定 用土鉆取0～80cm土層土樣，每20cm為一層，共4層，稱(chēng)鮮質(zhì)量，在105℃下烘至質(zhì)量不變，稱(chēng)干質(zhì)量，計(jì)算土壤含水量。

1.2.2 產(chǎn)量測(cè)定 首次開(kāi)花后，每隔12～15d采摘鮮花1次，共采5～6次，每小區(qū)選12株，調(diào)查每次采摘鮮花小區(qū)產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003和DPS V6.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行差異顯著性比較分析和誤差計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育時(shí)期的土層含水量 2010年非常干旱，在播前、拔節(jié)、花蕾、始花、盛花、收獲6個(gè)時(shí)期，測(cè)得0～80cm土層土壤含水量。隨著生育期的推進(jìn)各處理各土層土壤含水量的變化動(dòng)態(tài)如圖1所示。

金盞花生育期間，無(wú)論灌水還是降雨，均不能改變平作和壟作各處理不同土層水分整體動(dòng)態(tài)變化的下降趨勢(shì)。在0～20、20～40cm土層，金盞花從播前至拔節(jié)期，平作各處理的土壤含水量均高于相應(yīng)的壟作各處理，但經(jīng)過(guò)拔節(jié)期穩(wěn)定之后，壟作處理的土壤含水量要高于平作各處理。拔節(jié)期0～20cm土層，A2B1、A2B2和A2B3的處理較相應(yīng)平作處理的土壤含水量分別低6.1%、3.9%和3.8%；盛花期壟作各處理土壤含水量均高于相應(yīng)的平作各處理，A2B1、A2B2和A2B3的處理較相應(yīng)平作處理的土壤含水量分別高11.8%、1.9%和0.4%。收獲后，A2B1、A2B2和A2B3的處理較相應(yīng)平作處理的平均土壤含水量分別高19.7%、4.7%和5.1%。

金盞花田0～80cm土層水分總體上也隨時(shí)間呈遞減趨勢(shì)，但隨著其土層的加深，水分下降趨勢(shì)漸漸變緩，從土壤水分動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)的分枝可看出灌水的效應(yīng)。不同處理各個(gè)時(shí)期灌水處理土壤水分最大變化幅度在0～20cm土層，其中壟作各處理變幅從大到小依次為A2B1、A2B2和A2B3。以上數(shù)據(jù)可看出，各處理在同一灌水量不同時(shí)期的土壤水分最大變化幅度相近。金盞花壟作溝灌的土壤水分在40～60和60～80cm要明顯高于平作。與0～20、20～40和40～60cm土層相比，60～80cm土層水分動(dòng)態(tài)變化顯得更有規(guī)律性，即同期灌水的處理土壤水分動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)基本吻合，而且平作漫灌的規(guī)律性要優(yōu)于壟作溝灌。

在降水和灌溉過(guò)后表層含水量急劇上升（圖1），但在土壤深層（40～80cm），壟作溝灌各處理的土壤水分含量均大于其相應(yīng)平作處理的。在60～80cm土層，A2B1處理最大含水量為24.1%；最小含水量15.9%；A2B2處理最大含水量為23.7%，最小含水量為15.6%；A2B3處理最大含水量為21.4%，最小含水量為15.3%；A1B1的最大含水量為23.8%，最小含水量為14.3%，A1B2的最大含水量為23.3%，最小含水量為14.3%；A1B3處理最大含水量為21.4%，最小含水量為11.6%；其中在始花期，A2B2處理較A1B3處理水分含量增加13.8%，盛花期為7.9%。金盞花壟作區(qū)域的上升速度要大于平作漫灌區(qū)，由于壟作溝灌各處理每次灌水只是在灌水溝里面灌，金盞花本身并不直接與灌溉水接觸，其生長(zhǎng)所需的水分只能靠灌水溝向壟體的側(cè)滲，灌水溝內(nèi)水分側(cè)滲較強(qiáng)，之后隨著土壤表面蒸發(fā)和金盞花蒸騰作用的進(jìn)行，表層含水量逐漸下降，壟作溝灌含水量的下降速度要小于平作區(qū)，這是由于行間壟作減小了蒸發(fā)面積，起到了保水的作用，全生育期不同灌水處理間的差異要明顯大于耕作方式的改變。

2.2 土壤水分縱深分布 選擇金盞花拔節(jié)、花蕾、始花、盛花、成熟5個(gè)生育時(shí)期來(lái)分析平作漫灌和壟作溝灌，金盞花田的土壤水分縱深分布基本呈明顯的“W”型分布，而且“W”型分布區(qū)較淺（僅在0～60cm），壟作溝灌處理的其變化趨勢(shì)明顯優(yōu)于平作漫灌。不同時(shí)期同一灌水處理間的土壤水分變化差異不大。壟作溝灌改變了SPAC系統(tǒng)的連續(xù)性，對(duì)土壤各層含水量的變化可以產(chǎn)生直接影響。壟作溝灌在拔節(jié)期前對(duì)0～60cm土壤水分縱深上沒(méi)有顯著變化，但經(jīng)過(guò)拔節(jié)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定之后，壟作溝灌各處理0～60cm土壤水分明顯高于平作的相應(yīng)處理，其中A2B1處理的水分含量保持在22.7%～19.6%，A2B2處理水分含量保持在22.1%～19.1%，A2B3處理水分含量保持在21.1%～18.4%，而A1B1處理水分含量保持在20.8%～15.9%，低于壟作，并且隨金盞花的生長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)（圖2）。

圖2 不同處理土壤水分垂直變化Fig.2 Vertical changes of soil water contents in different treatments

2.3 金盞花水分利用效率計(jì)算 產(chǎn)量水平上的水分利用效率是單位耗水量的產(chǎn)量。金盞花水分利用效率（WUE）公式為：

式中，Y為產(chǎn)量，ET為農(nóng)用耗水量（mm）。

根據(jù)農(nóng)田水量平衡原理［20］計(jì)算農(nóng)用耗水量為：

將（2）式代入（1）式得：

式中，W收獲為收獲時(shí)1m土體儲(chǔ)水量（mm）；W播前為播種前80cm土體儲(chǔ)水量（mm）；I為生育期灌水量（mm）；P為生育期降水量（mm）；G為作物利用地下水量（mm）。

由于試驗(yàn)地地下水位較深，因此取G＝0。

2.4 灌溉水和肥料利用效率

2.4.1 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及生物量 在不同的灌水條件下，壟作溝灌的總產(chǎn)量均略高于相應(yīng)的常規(guī)灌溉，A2B1、A2B2、A2B3比 A1B1、A1B2、A1B3分別增產(chǎn)9.6、11.7和5.5（表1）。A2B1與A2B3處理總產(chǎn)量基本相當(dāng)，A2B2處理總產(chǎn)量最高，與A1B1處理差異顯著，比A1B1增產(chǎn)25.8%。可見(jiàn)灌溉方式對(duì)產(chǎn)量有較大的影響。

2.4.2 水分利用率和氮肥利用率 各處理中，A2B3處理水分利用率最高，A2B2次之；其中A2B3處理水分利用率達(dá)142.38kg·mm-1·hm-2，比同灌水量的平作大水漫灌處理高6.7%，比A1B1處理的提高了29.1%（表1）。相同灌水量下壟作溝灌比相應(yīng)平作漫灌的水分利用率要高?？梢?jiàn)壟作溝灌能提高水分利用率，尤其在中低灌水量條件下更為顯著。在半干旱地區(qū)金盞花采用壟作溝灌栽培，雖因作物蒸騰作用加大，土壤耗水量增加，土壤平均儲(chǔ)水量下

表1 不同處理對(duì)金盞花水和氮素利用率的影響Table 1 Effect of different treatments on use efficiency of water and N fertilizer of marigolds

式中，U1、U0分別為施肥區(qū)與不施肥區(qū)作物吸收的養(yǎng)分含量（kg·hm-2）；W為肥料施用量（kg·hm-2），C為肥料養(yǎng)分含量。結(jié)果可看出，無(wú)論是低灌水量3 000m3·hm-2還是高灌水量4 200 m3·hm-2，壟作溝灌均比大水漫灌能提高肥料利用率（表1）。灌水3 600m3·hm-2時(shí)，壟作溝灌比大水漫灌提高肥料利用率近13.5%；灌水4 200 m3·hm-2時(shí)，提高了26%。這與一些試驗(yàn)［20-23］（增加灌水量能提高肥料利用率）結(jié)果一致。

3 討論與結(jié)論

金盞花栽培的根本目的是獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。在河西綠洲灌區(qū)，農(nóng)業(yè)用水已經(jīng)到了將灌溉水作為調(diào)控水的程度，因而不可能在一個(gè)生長(zhǎng)季澆4～5次水。不同種植方式下金盞花土壤水分動(dòng)態(tài)變化研究結(jié)果表明，壟作溝灌能良好的保持土壤深層水分。張步翀和李鳳民［21］在干旱環(huán)境下研究了春小麥生長(zhǎng)季所有調(diào)控灌溉處理，得出不同土層深度土壤水分全生育期變化模式基本一致；兩個(gè)試驗(yàn)?zāi)甓炔煌终{(diào)控處理的上層（0～40cm）土壤水分變化劇烈，而下層（40～120cm）變化相對(duì)較為平緩，并且隨著土層深度的增加，土壤水分變化逐漸趨于平緩。本研究的部分結(jié)果驗(yàn)證了此結(jié)論。金盞花生育期間，無(wú)論灌水還是降水，均不能改變平作和壟作各處理不同土層水分整體動(dòng)態(tài)變化的下降趨勢(shì)。金盞花土壤水分垂直變化很大，但各層間的變化表現(xiàn)出明顯的層次性。0～20和20～40cm的土壤水分變化幅度較大，降水及灌溉對(duì)土層表層土壤水分影響較大，而不易影響下層土壤水分（40～80cm），這些結(jié)果為河西綠洲灌區(qū)的農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測(cè)調(diào)控提供了理論依據(jù)。

通過(guò)對(duì)不同種植方式下金盞花土壤水分動(dòng)態(tài)變化分析研究可以看出，不同種植模式下金盞花土壤含水量呈規(guī)律性變化，這種規(guī)律性變化與金盞花在拔節(jié)期以后，進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)階段，且生長(zhǎng)量和生長(zhǎng)速度較大有關(guān)［23-24］。特別是壟作溝灌，使其生長(zhǎng)的土壤環(huán)境得到改善，耕層水分較多，溫度較高，促進(jìn)微生物活動(dòng)及養(yǎng)分的有效性［25-26］，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的生長(zhǎng)勢(shì)和生長(zhǎng)量。不同土層深度土壤含水量隨金盞花生育期的延后，壟作溝灌多數(shù)表現(xiàn)為隨之降低的趨勢(shì)，土層內(nèi)平均土壤含水量較平作漫灌增加值呈現(xiàn)由高到低的規(guī)律性變化。本試驗(yàn)僅研究了壟作溝灌金盞花0～80cm內(nèi)土壤水分動(dòng)態(tài)變化，大于80cm土層深度的水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律還有待于進(jìn)一步深入研究。

壟作溝灌下金盞花產(chǎn)量、總耗水量及水分利用效率存在明顯差異。本研究表明，在干旱、少雨、高海拔的河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行小麥壟作栽培，可以節(jié)水29.1%，與墨西哥國(guó)際小麥改良中心小麥壟作節(jié)水30%［27］、山東省農(nóng)科院小麥壟作節(jié)水40%［28-29］的試驗(yàn)結(jié)果基本一致。與平作漫灌相比，壟作溝灌更能夠較充分地利用有限的灌溉水，增強(qiáng)作物的抗旱能力。壟作灌水不漫壟，水分在下滲的同時(shí)又存在側(cè)滲過(guò)程，不會(huì)造成水分下滲過(guò)深，減少水肥淋溶損失，壟溝的存在為植株間通風(fēng)通光創(chuàng)造了便利通道，提高水肥利用效率的同時(shí)也促進(jìn)了光合作用［30］。對(duì)金盞花的抗旱機(jī)制，平作覆膜漫灌、壟作覆膜溝灌等種植方式相結(jié)合，壟作覆膜溝灌的農(nóng)藝措施與田間小氣候、土壤水分和作物產(chǎn)量提高程度等問(wèn)題，尚有待進(jìn)一步深入研究。

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