紀曉玲，張 靜，劉建華，喬文淵，張 雄

(1. 榆林學院 生命科學學院, 陜西 榆林 719000；2. 榆林市橫山縣農(nóng)技推廣中心 ,陜西 榆林 719100)

水資源短缺一直是限制我國西北干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的巨大難題，加之近年來北方大部分地區(qū)出現(xiàn)氣候偏暖和持續(xù)性干旱現(xiàn)象，降水量明顯減少，西北地區(qū)平均年降水量減少5%[1]。陜北榆林市多年平均水資源總量為32.01億m3，水資源可利用總量為12.75億m3，人均占有水量865 m3，低于全省、全國水平，屬重度缺水地區(qū)[2]。綠豆不同生育期對水分的需求不同[3]。因此，通過合理的生育階段補灌，有效地蓄集、利用水資源實現(xiàn)增產(chǎn)，是現(xiàn)今對綠豆研究的主要方向。集雨補灌技術，通過工程措施收集多余的自然降水，在干旱季節(jié)進行補灌。大量研究表明，集雨補灌技術具有顯著的增產(chǎn)作用，國內(nèi)對綠豆的集雨補灌研究較少[4]，王永新等[5]對綠豆研究表明，綠豆在幼苗期抗旱性較強，需水較少，分枝期以后需水量逐漸增加，花莢期達到需水高峰。受旱則花莢脫落嚴重，此時，如遇干旱應及時灌水抗旱；山侖等[6]在寧夏固原試驗表明，拔節(jié)期給予春小麥每 600 m3·hm-2補充供水，產(chǎn)量可達到 3915 kg·hm-2，高出對照 76%，供水量只相當于充足灌溉處理的 1/4，但產(chǎn)量卻相當于其3/4，灌溉水利用效率達到 2.8 kg·m-3·a-1，作物水分利用效率為 0.788 kg·m-3·a-1； 李興等[7]在內(nèi)蒙古準格爾旗 2005 年玉米集雨補灌結(jié)果表明，沒有采用坐水種和覆膜補灌的玉米出苗率為65%，產(chǎn)量為 5 510.53 kg·hm-2，水分利用效率為 1.83kg·m-3，采用坐水種和覆膜補灌的玉米出苗率在 90%以上，產(chǎn)量達到 8 092.33 kg·hm-2，水分利用效率達到 2.25kg·m-3，坐水種與覆膜補灌相結(jié)合效益顯著，谷曉博等[8]壟溝集雨補灌油菜，合理的補灌能改變冬油菜的和土壤水分，促進冬油菜生長，較對照增產(chǎn)53.89%～61.19%。但是，有關于綠豆不同生育期補灌的土壤溫度、水分及產(chǎn)量之間綜合效應研究還需進一步深入發(fā)掘和探討。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014～2015年在黃土高原丘陵區(qū)的橫山縣橫山鎮(zhèn)古水村旱地，位于北緯37°53′16.69"，東經(jīng)109 °16′10.92"，海拔1232m，平均氣溫9.8℃，≧10℃的積溫3275℃，無霜期148d，年均降水量344.2mm，年蒸發(fā)量1215mm，年日照時數(shù)2676.7h，供試土壤為黃綿土，前茬馬鈴薯，基施尿素150kg/hm2、磷酸二銨150kg/hm2。供試品種為橫山大明綠豆，于2014年5月26日和2015年5月22日播種，2014年9月19日和2015年9月13日收獲，灌水在2014年7月10日、8月1日和2015年7月14日、8月1日，灌水量54mm/m2,平均行距50cm，株距28cm，小區(qū)面積3m×5m=15m2。

1.2 試驗設計

試驗設置W1：坐水種+分枝期補灌；W2：坐水種+花莢期補灌；W3：坐水種+分枝期補灌+花莢期補灌；CK：對照，4個處理，重復3次，為了避免不同處理間的相互影響，每個處理間和同一處理間都相隔1 m，試驗均采用壟上覆膜，膜際播種。

1.3 測試項目與方法

(1)土壤溫度測定，將5、10、15、20和25 cm的曲管地溫計于播種日插入各小區(qū)。每隔十五天測量一次，測量不同深度的地溫。

(2)土壤水分測定采用烘干稱重法。在綠豆的不同生育期對各小區(qū)0～100cm土層進行土壤水分測定，以20cm為一個土層單位取樣。

(3)從每小區(qū)第二行第三株開始選取五株綠豆并標記。在花莢期用直尺測定株高，用游標卡尺測定莖粗。產(chǎn)量測定是在成熟期考種5株標記綠豆分枝數(shù)，結(jié)莢數(shù)，莢粒數(shù)，按小區(qū)收獲記產(chǎn)。

試驗數(shù)據(jù)用Excel計算分析，SPSS 19.0進行T檢驗，各圖表中的數(shù)據(jù)為平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆生育期內(nèi)降水

2014年、2015年和2008～2013年綠豆生育期各月的降水量見圖1。2014年、2015年和2008～2013年綠豆生育期總降水量分別為239.3mm、225.4mm和340.4mm。在綠豆關鍵生育期(7～8月份)的降水量，2014年(112.6mm)和2015(62.3mm)年分別比2008～2013(183.7mm)年少71.6mm和121.4mm，2014年屬于平水年，2015年屬于干旱年。(按照連續(xù)2個月偏少50%～80%為一般干旱，偏少80%以上為重旱)

圖1 綠豆生育期各月的降水量

2.2 集雨補灌對綠豆不同生育期土壤溫度的影響

綠豆不同生育期的耕層(5，10，15，20，25cm)平均土壤溫度變化如圖2所示。2年平均地溫，分枝期W1和W3處理分別低于CK處理0.83℃和0.81℃，低于W2處理1℃和0.98℃，花莢期W1、W2、W3處理低于CK0.19℃、0.07℃、0.1℃，成熟期W1、W2、W3處理高于CK0.31℃、0.66℃、0.31℃。說明補灌可降低各補灌時期地溫和提高成熟期地溫，有平抑地溫的作用。2014年，分枝期W1和W3較CK均降低1.2℃，較W3均降低1.6℃，花莢期W1、W2、W3處理低于CK0.32℃、0.06℃、0.02℃，成熟期W1、W2、W3處理高于CK0.13℃、0.32℃、0.33℃。2015年，分枝期W1和W3較CK分別降低0.46℃和0.42℃，較W3分別降低0.4℃和0.36℃，花莢期W1、W2、W3處理低于CK0.06℃、0.08℃、0.18℃，成熟期W1、W2、W3處理高于CK0.5℃、1℃、0.3℃。2014年分枝期補灌處理較2015年分枝期補灌處理降溫作用更明顯，是由于2014年分枝期降水量遠多于2015年分枝期降水量，灌水后，導致土壤含水量過高，降低了土壤溫度，使綠豆正常生長發(fā)育所需溫度不能滿足。

圖2綠豆不同生育期各處理土壤溫度

2.3 集雨補灌對綠豆不同生育期土壤水分的影響

圖3為不同生育時期各個處理土壤含水率變化特征。由圖3分析可知，0～100cm土層含水率受降水和灌水的影響，由于2年降水量和降水分布不同，使得2年補灌后各處理0～100cm平均含水率的變化趨勢明顯不同。2年0～100cm土壤平均含水率，分枝期W1、W3較CK分別增加12.84%、11.91%，較W2增加13.37%、12.44%，花莢期W1、W2、W3較CK分別增加28.86%、60.93%、63.09%，成熟期W1、W2、W3較CK分別增加11.02%、12.53%、25.95%，說明補灌可增加土壤含水率。2014年0～100cm土壤平均含水率，分枝期W1、W3較CK分別增加26.59%、25.69%，較W2增加20.05%、19.20%，花莢期W1、W2、W3較CK分別增加3.38%、42.03%、46.01%，成熟期W1、W2、W3較CK分別增加25.78%、32.46%、48.45%。2015年0～100cm土壤平均含水率，分枝期W1、W3較CK分別增加1.91%、0.96%，較W2增加7.47%、6.46%，花莢期W1、W2、W3較CK分別增加54.17%、79.71%、80.06%，成熟期W1、W2、W3較CK分別增加0.33%、1.19%、9.66%。分枝期補灌后，2014年W1、W3較CK增加遠遠大于2015年，說明2015年綠豆葉片蒸騰所消耗的水分較2014年多，這是由于2014年綠豆補灌之后，又有比較多的降水，導致綠豆根系生長受阻，綠豆蒸騰消耗水分降低的原因。

圖3 綠豆不同生育期各處理土壤含水率

2.4 集雨補灌對綠豆生長的影響

由表1知，2014～2015年2個試驗年份綠豆株高、莖粗的生長變化狀況，2014年、2015年及2年均值，都表現(xiàn)為綠豆株高、莖粗W1、W3處理顯著高于CK、W2，W1與W3、CK與W2無顯著性差異。說明分枝期補灌有顯著提高綠豆植株增高、增粗生長的作用。綠豆生育期相對較短，從播種到成熟，不足90天，分枝期補灌，有利于促進植株營養(yǎng)體的生長，為后期取得高產(chǎn)奠定基礎。

表1 集雨補灌對綠豆株高、莖粗影響

注：同一列中相同字母代表在5%水平差異不顯著，不同字母代表差異顯著，下同。

2.5 集雨補灌對綠豆產(chǎn)量與水分利用效率的影響

2.5.1 集雨補灌對綠豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

集雨補灌對綠豆產(chǎn)量的影響如表2所示。2014年，集雨補灌各處理之間產(chǎn)量無顯著性差異(p<0.05)，W1、W2、W3分別較CK增產(chǎn)-2.51%、-3.63%、2.76%，平水年膜際微集雨可滿足綠豆生長的需要，不需要補灌。2015年，在產(chǎn)量上，W1、W2、W3分別較CK增產(chǎn)55.40%、48.98%、262.37%，W1、W2、W3補灌與CK存在顯著性差異，W1顯著高于W2，而顯著低于W3(p<0.05)。W1增產(chǎn)的原因是增加單株莢數(shù)和莢粒數(shù)，而W2增產(chǎn)是增加綠豆的百粒重，W1增產(chǎn)幅度高于W2，W3是增加單株莢數(shù)和莢粒數(shù)最高，產(chǎn)量居于各處理之首。干旱年，分枝期補灌優(yōu)于花莢期補灌，2次補灌優(yōu)于1次補灌。

表2 集雨補灌對綠豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.5.2集雨補灌對綠豆耗水量及水分利用效率的影響

由表3知集雨補灌對綠豆耗水量和水分利用效率的狀況。不同補灌時期均可增加綠豆耗水量，補灌1次處理耗水量低于2次補灌處理。2014年(平水年)，補灌處理水分利用效率均低于CK，W1、W2、W3分別低于CK10.0%、9.4%、12.6%。2015年(干旱年)，補灌處理水分利用效率均高于CK，W1、W2、W3分別高于CK87.0%、24.7%、168.0%。

表3 集雨補灌綠豆的耗水量及水分利用效率

3 討論和結(jié)論

3.1 討論

綠豆喜溫、耐旱[9]，對溫度水分反應敏感[10]。綠豆不同年份全生育期溫度分枝期補灌具有明顯降低地溫和增加土壤水分的作用(見圖2，圖3)。綠豆苗期耐旱，3葉期后需水量增加，現(xiàn)蕾期(分枝期后期)為需水臨界期，花莢期達需水高峰。2年中，分枝期補灌，綠豆株高和莖粗均最高(見表1)，說明分枝期補灌，增加土壤水和降低地溫有利于綠豆植株生長，為后期高產(chǎn)奠定基礎。這與[11-13]研究遇干旱時，灌水有利于促進綠豆植株生長相一致。產(chǎn)量方面，2014年，補灌和坐水種均可增加綠豆產(chǎn)量，分枝期補灌增產(chǎn)幅度最高，這與低地溫高土壤含水率共同作用下，使得植株生長粗壯，同時明顯增加單株莢數(shù)，因而使得產(chǎn)量最高。2015年，補灌與不補灌產(chǎn)量之間有顯著性差異，2次補灌與1次補灌有顯著性差異(p<0.05)，說明干旱時灌水可顯著增產(chǎn)，分枝期補灌可增加結(jié)莢數(shù)和單莢粒數(shù)，而花莢期補灌可增加莢粒重(見表2)，分枝期補灌增產(chǎn)幅度大于花莢期補灌，分枝期和花莢期均補灌，莢數(shù)和莢粒數(shù)均最高，產(chǎn)量也最高，這與[11-13]研究結(jié)果一致。但分枝期和花莢期均補灌，需水量為108mm/m2，根據(jù)2014和2015年綠豆生長苗期-花莢期有效降水為121.5和109.9mm，耕地與集雨面的比例為0.9:1，這在陜北黃土丘陵溝壑區(qū)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)投資水平上是很難實現(xiàn)的，根據(jù)苗期-花莢期有效降水和集雨面的情況，排除分枝期和花莢期2次補灌的補灌時期。因此，分枝期補灌既能增加土壤含水率和促進綠豆生長，又可增產(chǎn)提高水分利用效率，是陜北黃土丘陵溝壑區(qū)綠豆補灌的適宜時期。

3.2 結(jié)論

陜北黃土丘陵溝壑區(qū)，綠豆集雨補灌有降低地溫增加土壤含水率的作用，分枝期補灌可促進綠豆植株增高增粗生長，有利于單株莢數(shù)和莢粒數(shù)增加，提高綠豆產(chǎn)量和水分利用效率，是綠豆集雨補灌首選的補灌時期。