王浩翔，張新燕，牛文全，2，田 佟

(1.西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌712100;2.西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，陜西楊凌712100)

滴灌施肥通過滴灌系統(tǒng)供水供肥，均勻準確地輸送至作物根部區(qū)域，大大提高了水、肥利用率，滿足作物在關鍵生育期的水肥需要，是一項農(nóng)業(yè)新技術［1-4］。研究滴灌施肥對大棚油菜生長的影響對制定和完善大棚油菜灌溉施肥制度及節(jié)水節(jié)肥的水肥管理模式有重要意義。Coston等［5］通過對盆栽桃樹采用不同方法施氮的試驗發(fā)現(xiàn)，滴灌施肥量僅僅達到土壤施肥量的25%～50%時，桃樹葉片含氮量和莖粗即可表現(xiàn)出土壤施肥增加的效果，試驗說明滴灌施肥可節(jié)約氮肥25%～50%。陳靜等［6］在黃淮海平原地區(qū)免耕冬小麥采用滴灌施肥方法的試驗中發(fā)現(xiàn):滴灌可以將水分直接輸入作物根區(qū)內(nèi)，大大減少了灌溉水深層滲漏存在的風險，并且促進了作物對水肥的吸收，合理的滴灌施肥相較常規(guī)施肥可節(jié)約氮肥23.47%、磷肥28.33%和鉀肥47.89%。邢英英等［7］基于番茄產(chǎn)量和品質(zhì)對適宜的滴灌灌水施肥量進行了研究，結果表明番茄生長、產(chǎn)量和品質(zhì)受水肥交互作用影響極顯著。不同毛管布置和灌水量對溫室番茄有顯著影響，一管一行有利于番茄株高的增長，一管兩行有利于增產(chǎn)［8］。對于油菜來說，水分是影響油菜產(chǎn)量最重要的因素，灌水量、氮肥和磷肥對油菜產(chǎn)量的影響存在交互作用［9-10］，且合理的水肥組合能顯著促進作物生長，提高光合速率，提高產(chǎn)量［11-12］。以往研究主要集中在滴灌施肥對作物生長和產(chǎn)量的宏觀效應及定性分析引起此效應的生理機制方面，由于控制方式和試驗材料不同，得出的結論往往不同。在少數(shù)研究中滴灌毛管布置為一管一行或一管兩行，同一研究中同時采用不同毛管布置和水肥調(diào)控的研究相對較少。

本研究通過大棚油菜滴灌條件下不同毛管布置方式和水肥耦合試驗，探索油菜生長和水肥利用狀況對試驗因素的響應情況，尋找較優(yōu)的滴灌毛管布置方式、灌水量和施肥量的組合模式，為確定合理的滴灌毛管布置方式和科學的灌溉施肥制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于西北農(nóng)林科技大學標本區(qū)旱作實驗大棚內(nèi)進行。旱棚長24.5 m、寬6 m、高2.5 m，內(nèi)分為36個測坑。測坑長2 m、寬1.5 m，深度最大2 m，最小0.5 m?？觾?nèi)土壤為楊凌壤土，土壤基本理化性質(zhì)為:pH 8.40，有機質(zhì)含量0.885%，全氮0.078%，全磷0.053%，全鉀1.890%;測坑四周磚墻，水泥抹面，不透水。供試冬油菜品種為“陜油16”。滴灌施肥設備主要由水源、水表、比例施肥泵(進出水口徑25 mm，流量20～2 500 L·h-1，水壓 0.02～0.3 MPa)和輸配水管道系統(tǒng)等組成，采用液壓比例施肥泵裝置控制。采用內(nèi)鑲式滴灌管，管徑16 mm，壁厚0.20 mm，工作壓力50～100 kPa，滴頭間距 0.30 m，額定流量2.0 L·h-1。

1.2 試驗設計

試驗設置3種滴灌毛管布置方式:G1(一管一行)、G2(一管兩行)、G3(一管三行);3個灌水水平:低水 W1(50%ET0)、中水 W2(75%ET0)、高水W3(100%ET0);當?shù)赝扑]油菜氮、磷、鉀、硼施肥量為600∶380∶220 ∶15 kg·hm-2，試驗設3個施肥水平:低肥F1(N ∶P2O5∶K2O ∶H3BO3為300∶190∶110∶8 kg·hm-2)、中肥 F2(N ∶P2O5∶K2O ∶H3BO3為450 ∶280 ∶160 ∶12 kg·hm-2)、高肥 F3(N ∶P2O5∶K2O ∶H3BO3為600∶380∶220∶15 kg·hm-2);采用三因素三水平正交試驗設計，共9個處理，每個處理設3個重復。溫室ET0計算由溫室內(nèi)安裝的全自動氣象站觀測數(shù)據(jù)獲得，并根據(jù)日光溫室Penman-Monteith修正公式［13］計算，公式如下

式中，ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量(mm·d-1);Rn和G分別為地表凈輻射和土壤熱通量(MJ·m-2·d-1);ea和ed分別為飽和水汽壓和實際水汽壓(kPa);Δ為飽和水汽壓曲線斜率(kPa·℃-1);γ為干濕表常數(shù)(kPa·℃-1);T為2 m高度處平均氣溫(℃)。

在試驗前對棚室測坑土地進行了整治，首先按每666.7 m2施肥量225 kg施入有機底肥，深翻，之后灌播前水，灌水量控制為30 mm水層深度。油菜按行距50 cm、株距15 cm進行點播，每穴4～5粒種。于2017年10月26日播種，2017年11月3日出苗，2018年5月13日收獲，整個油菜生育期歷時187 d。W1、W2、W3 灌水總量分別為 153.83、220.07 mm和284.48 mm，灌水時間及灌水量如圖1所示。根據(jù)當?shù)赜筒松L發(fā)育階段需求，氮肥分別在播種期、苗期、蕾薹期按比例 1∶0.6∶0.4施用，其他肥料隨播前水施入，配施處理如表1所示。

圖1 油菜生育期內(nèi)各處理灌水過程Fig.1 Irrigation process of each treamtemt in rape growth period

表1 油菜肥料配施處理Table 1 Treatment of rape fertilizer

1.3 測定內(nèi)容及方法

株高的測定:苗期株高用直尺測量根部到冬油菜心葉處，蕾薹期及以后的株高用卷尺直接測量根部到冬油菜頂端。株高在油菜苗期測1次，蕾薹期每周測1次。定選每個測坑中長勢較有代表性的植株共27株。

葉面積的測定:用刻度尺測量葉片的長和寬，其乘積與校正系數(shù)的乘積作為葉片的葉面積［14］，校正系數(shù)由方格紙法獲得，為0.74。

光合作用的測定:于油菜花期和成熟期晴朗天氣各測定1次，測定時間為9∶00～11∶00，測定儀器使用光合測定儀(北京力高泰科技有限公司LI-6400×T)。每個測坑取3片生長狀況相近的葉片夾在光合測定儀的透明葉室中1～3 min即可測得葉片的光合速率。

葉綠素的測定:于油菜蕾薹期和花期晴朗天氣各測定1次，測定時間為9∶00～11∶00，每個測坑選5片生長狀況接近的葉片用手持式葉綠素儀測定。

干物質(zhì)測定:收獲期不同處理隨機選取植株取樣，將地上部分莖、葉分開，于105℃殺青30 min，然后于75℃烘至恒重，冷卻后用電子天平稱重。

產(chǎn)量測定:每個處理取3個重復，每個重復隨機標記1株植株，收獲時每個處理分別稱重計算產(chǎn)量。

土壤含水量的測定:采用TRIME-PICO TDR便攜式土壤水分測量儀測定。在試驗前、收獲后、每次灌水前后2 d內(nèi)，用TDR水分測定儀每間隔20 cm土層深度測定土壤體積含水量，測至深度80 cm。

采用水量平衡法［13，7］計算油菜植株不同時間段內(nèi)耗水量ET(mm)，由于溫室沒有降雨，滴灌單次灌水量較小且測坑不透水，公式為:

式中，ET為作物耗水量(mm);I為灌水量(mm);ΔW為灌水前后0～100 cm土壤水分變化量(mm)。

水分利用效率(WUE)計算公式為［15］:

式中，Y為油菜產(chǎn)量(kg·hm-2);ET為作物耗水量(mm)。

肥料偏生產(chǎn)力(PFP)計算公式為［12］:

式中，Y為油菜產(chǎn)量(kg·hm-2);T為作物全生育期投入 N、P2O5、K2O 和 H3BO3的總量(kg·hm-2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)計算;使用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進行方差分析，如果差異顯著(P＜0.05)則進行LSD比較;用Sigmaplot 12.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同滴灌施肥模式對油菜生長發(fā)育的影響

株高和葉面積是體現(xiàn)油菜生長狀態(tài)非常重要的指標，可以判斷不同處理條件下油菜生長狀況的優(yōu)劣，合理的滴灌施肥模式在一定種植密度下可以促進油菜株高、葉面積生長，促進葉綠素的合成，提高光合速率。表2、表3所示為不同滴灌施肥模式對油菜株高和葉面積的影響。

由表2可知，各處理的株高在生育期內(nèi)總體呈現(xiàn)蕾薹期增速較大，花期增速平緩，最后趨于穩(wěn)定的特點。不同滴灌施肥模式下，水肥交互作用對油菜各生育期內(nèi)株高影響均達極顯著水平(P＜0.01)。在成熟期，G1W3F3處理株高達最大為199 cm，G1W1F1處理最低僅為136 cm，G2W2F3株高為188 cm，較G1W3F3處理降低5.5%。株高隨灌水量的增加而增大，與W1相比，W2和W3株高分別增加22.1%和28.2%，W2與W3之間差異不顯著，與W1處理差異極顯著;施肥量對油菜株高影響達顯著水平(P＜0.05)，與低肥(F1)相比，中肥(F2)和高肥(F3)株高分別增加5.5%和12.8%。毛管布置方式對油菜株高的影響不顯著。

由表3可知，各處理的葉面積大小在生育期內(nèi)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，不同滴灌施肥模式下，水肥交互效應對油菜葉面積有極顯著影響(P＜0.01)，G1W3F3處理葉面積增長速率最快，于蕾薹期末期達到峰值(5 908 cm2)，較峰值葉面積最低的G1W1F1處理高235.5%，且葉面積下降速率也最快，其余處理葉面積增長速率無顯著差異，葉面積下降較平穩(wěn)。與W1相比，W2和W3葉面積峰值分別增加45.8%和124.2%，灌水量各水平間差異極顯著。與低肥(F1)相比，中肥(F2)和高肥(F3)葉面積峰值分別增加49.7%和50.2%，說明F2與F3之間差異不顯著，與F1處理差異顯著。毛管布置對油菜葉面積的影響不顯著。

由此可見，灌水量、施肥量與油菜生長指標呈正相關，合理的水肥模式可以有效促進油菜的生長發(fā)育。

表2 滴灌施肥模式對油菜株高的影響/cmTable 2 Effect of drip fertigation mode on plant height of rape

表3 滴灌施肥模式對油菜葉面積的影響/cm2Table 3 Effect of drip fertigation mode on leaf area of rape

2.2 不同滴灌施肥模式對油菜生理指標的影響

葉綠素含量和凈光合速率是反映油菜生理狀況的重要指標。葉綠素含量的高低能直接反映油菜的生長速率且影響作物光合速率的快慢，光合作用是累積有機物的過程，而凈光合速率越快表示吸收的CO2越多，能產(chǎn)生越多的碳水化合物從而可以提高油菜的產(chǎn)量;合理的滴灌施肥模式可以提高葉綠素含量，提高凈光合速率，進而提高產(chǎn)量。不同處理對油菜不同生育期內(nèi)生理指標影響的顯著性分析見表4。

不同滴灌施肥模式下，蕾薹期水與肥及其交互作用對油菜葉綠素含量影響達極顯著水平(P＜0.01)，隨灌水量、施肥量的增加，葉綠素含量顯著增加，W3處理平均葉綠素含量較W2和W1高3.52%和14.82%，F(xiàn)3處理平均葉綠素含量較F2和F1高5.50%和10.8%，灌水量、施肥量各水平間差異顯著;G1W3F3處理的葉綠素含量SPAD達最大值62.11，G1W1F1處理的葉綠素含量最低，為48.75，G2W2F3處理較G1W3F3處理葉綠素含量降幅為3.0%?；ㄆ谒式换バ獙τ筒巳~綠素含量影響達顯著水平(P＜0.05)，但各處理葉綠素含量在花期較蕾薹期有所下降。毛管布置方式對葉綠素含量影響不顯著。

不同滴灌施肥模式下，蕾薹期水與肥及其交互作用對油菜凈光合速率影響達極顯著水平(P＜0.01)，隨灌水量、施肥量的增加，凈光合速率顯著增加，W3處理平均凈光合速率較W2和W1高3.06%和64.4%，F(xiàn)3處理平均凈光合速率較F2和F1高3.79%和51.85%，W2與 W3之間差異不顯著，與W1處理差異極顯著，F(xiàn)2與F3之間差異不顯著，與F1處理差異極顯著;G1W3F3處理的凈光合速率達最大值23.68 μmol·m-2·s-1，G1W1F1處理的凈光合速率最低，為8.78μmol·m-2·s-1，G2W2F3處理較G1W3F3處理凈光合速率降幅3.46%?；ㄆ诟魈幚韮艄夂纤俾瘦^花期有所提高，但各處理間差異不顯著。

總的來說，灌水量、施肥量與油菜生理指標呈正相關，合理的水肥模式可以有效提高葉綠素含量，促進光合作用。

2.3 不同滴灌施肥模式對油菜干物質(zhì)量的影響

為探究不同滴灌施肥模式對油菜地上部干物質(zhì)量的影響，各處理地上部干物質(zhì)量如圖2所示。不同滴灌模式對油菜地上部干物質(zhì)量影響順序從大到小依次為灌水量、施肥量、毛管布置方式。灌水量對干物質(zhì)量影響表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1，W3處理平均產(chǎn)量較W2和W1高9.89%和38.06%，說明增加灌水量能顯著提高油菜干物質(zhì)積累;施肥量與毛管布置方式對油菜干物質(zhì)積累影響不顯著。各處理中G1W3F3干物質(zhì)量最大，為195.02 g·株-1，其次G2W2F3為187.65 g·株-1，較 G1W3F3相比降幅僅為3.78%，G1W1F1干物質(zhì)量最小，僅為61.20 g·株-1。由此可見，雖然G1W3F3干物質(zhì)量最大，但G2W2F3降幅并不明顯卻節(jié)水25%，且能有效促進油菜干物質(zhì)量的積累，節(jié)水效果明顯。

表4 滴灌施肥模式對油菜葉綠素含量、凈光合速率的影響Table 4 Effect of drip fertigation mode on chlorophyll content and net photosynthetic rate of rape

圖2 不同滴灌施肥模式對油菜地上部干物質(zhì)積累的影響Fig.2 Effects of different drip irrigation fertilization modes on dry matter above ground accumulation of rape

2.4 不同滴灌施肥模式對油菜產(chǎn)量、水肥利用的影響

油菜的產(chǎn)量、水分利用效率(WUE)和肥料偏生產(chǎn)力(PFP)是反映油菜生長情況好壞和經(jīng)濟效益的重要指標，滴灌施肥模式對油菜產(chǎn)量、水肥利用效率的影響見表5。

不同滴灌模式對油菜產(chǎn)量影響從大到小順序為灌水量、施肥量、毛管布置方式。G1W3F3處理的產(chǎn)量最高，為5 430 kg·hm-2，其次為G2W2F3處理5 400 kg·hm-2，比G1W3F3處理產(chǎn)量僅降低30 kg·hm-2，降幅0.5%，G1W1F1處理的產(chǎn)量最低，為4 810 kg·hm-2。灌水量W對油菜產(chǎn)量影響表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1，W3處理平均產(chǎn)量較 W2和 W1高0.13%和6.49%，W2與W3之間差異不顯著;施肥量F對油菜產(chǎn)量影響表現(xiàn)為F3＞F2＞F1，F(xiàn)3處理平均產(chǎn)量較F2和F1高4.82%和6.10%，F(xiàn)1與F2之間差異不顯著;產(chǎn)量與灌水量、施肥量呈正相關。

比較WUE可以發(fā)現(xiàn)，最大值出現(xiàn)在W1處理，而最小值出現(xiàn)在W3處理，說明WUE與灌水量呈負相關;低水處理的WUE更高，W1處理平均較W2和W3高37.73%和76.36%;施肥量與毛管布置方式對WUE影響不顯著。各處理中產(chǎn)量最高的G1W3F3WUE為19.64 kg·hm-2·mm-1，G2W2F3 處理為 24.89 kg·hm-2·mm-1，較G1W3F3 處理高26.73%。

從PFP可以看出，F(xiàn)1處理獲得最大的肥料偏生產(chǎn)力，其次為F2，F(xiàn)3肥料偏生產(chǎn)力最低，而灌水量與毛管布置方式對PFP影響不顯著。F1處理平均肥料偏生產(chǎn)力較F2和F3高46.37%和88.34%，說明施肥量越低肥料偏生產(chǎn)力越高。各處理中產(chǎn)量最高的G1W3F3處理PFP為4.47，而G2W2F3肥料偏生產(chǎn)力僅低0.03，差距并不明顯。

綜上所述，雖然G1W3F3產(chǎn)量最高，但G2W2F3產(chǎn)量降幅并不大;且較G1W3F3相比，G2W2F3灌水量低25%，水分利用效率高26.73%，肥料偏生產(chǎn)力僅低0.67%，說明G2W2F3的滴灌施肥模式能有效提高水分利用效率，節(jié)水增產(chǎn)。

表5 滴灌施肥模式對油菜產(chǎn)量、水肥利用的影響Table 5 Effect of drip fertigation mode on rapeseed yield，WUE and PFP

3 討論

水肥是影響油菜生長的兩個重要因素，最優(yōu)的滴灌施肥模式可以實現(xiàn)油菜節(jié)水高產(chǎn)、經(jīng)濟高效的目標。本文通過三因素三水平正交試驗，研究不同灌水量、施肥量和毛管布置方式下油菜生理、生長、產(chǎn)量、水分利用效率、土壤含水量及土壤理化性質(zhì)的變化情況。結果表明，灌水量和施肥量對油菜生理生長、產(chǎn)量較毛管布置方式有顯著影響，油菜生長、生理指標、產(chǎn)量與灌水量、施肥量在一定范圍內(nèi)呈正相關，這與前人的研究結果一致:吳國軍［9］研究表明，隨著灌水量的增加，油菜的株高、莖粗、葉綠素含量及凈光合速率有一定程度的提高;胡敏等［16］發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)通過增加施肥量可以明顯提高油菜生物量及養(yǎng)分累積量，且隨施肥量的增加，油菜地上部生物量及養(yǎng)分累積量呈增加趨勢。本研究發(fā)現(xiàn)毛管布置方式對油菜生理生長指標的影響并不顯著，與郭莉杰［8］研究發(fā)現(xiàn)一管一行有利于番茄株高的增長、一管兩行有利于增產(chǎn)的結論不同，這可能是由于試驗材料、生育期內(nèi)的灌溉次數(shù)不同導致的，本實驗的灌溉方式較其他研究灌水次數(shù)較少而單次灌水量較多，有待進一步研究完善。

結合油菜干物質(zhì)量、產(chǎn)量和水肥利用發(fā)現(xiàn)，G1W2F2、G1W3F3、G3W3F2、G2W2F3 處理的產(chǎn)量均超過5 000 kg·hm-2，G1W3F3產(chǎn)量最高為5 430 kg·hm-2，其次為 G2W2F3;與 G1W3F3、G3W3F2 相比，G2W2F3產(chǎn)量可觀且節(jié)水25%;與 G1W2F2相比，G2W2F3具有更高產(chǎn)量且在毛管布置方面G2布置所需滴灌帶材料僅為G1的一半，更為經(jīng)濟;同時G2W2F3也有利于干物質(zhì)積累，在各處理中表現(xiàn)優(yōu)異。適宜的水分條件有利于提高氣孔導度，在此條件下適量施肥有利于促進根系發(fā)育及對水分的吸收，提高凈光合速率，從而促進光合作用，進而提高產(chǎn)量，提高水肥利用效率［17-20］，有利于油菜干物質(zhì)積累，這在節(jié)水高產(chǎn)的G2W2F3處理上表現(xiàn)尤為明顯。

4 結論

通過對不同毛管布置和水肥處理對油菜生理生長、干物質(zhì)量、產(chǎn)量及水肥利用的影響分析，得出以下結論:

1)滴灌施肥條件下油菜生理生長指標與灌水量、施肥量呈正相關，G1W3F3處理獲得最大株高、峰值葉面積、葉綠素含量及凈光合速率，表明水肥及其交互作用是影響油菜生長生理指標的主要原因，毛管布置并不是產(chǎn)生影響的主要因素。

2)滴灌施肥條件下產(chǎn)量與灌水量、施肥量呈正相關;灌水量越高，WUE越低、干物質(zhì)量越高，施肥量越高PFP越低;合理的水肥模式能促進干物質(zhì)積累，有效提高水肥利用，提高產(chǎn)量。G1W3F3處理獲得最大產(chǎn)量，G2W2F3處理較G1W3F3產(chǎn)量降幅不大，節(jié)水增產(chǎn)效果明顯且水肥利用較高，且實際中G2布置所需滴灌帶材料僅為G1的一半，較為經(jīng)濟合理。

全面綜合考慮田間毛管布置及水肥協(xié)同效應，毛管布置為 G2(一管兩行)，灌水量為 W2(75%ET0)，施肥量為F3(N ∶P2O5∶K2O ∶H3BO3為600∶380∶220∶15 kg·hm-2)即G2W2F3的組合方式最為經(jīng)濟適宜，節(jié)水增產(chǎn)效果明顯。