滴灌条件下不同灌水量对盛产期黄花菜生长及产量影响研究

王旭晨，李应海，2，3，李金泽

(1.宁夏大学 土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏 银川 750021；3.教育部旱区现代农业水资源高效利用工程研究中心，宁夏 银川 750021；4.宁夏回族自治区水利科学研究院，宁夏 银川 750021)

1 引言

近50年来宁夏回族自治区气候经历了一个由湿润向干旱的变化过程，尤其是宁夏中部干旱带近年来年平均气温是在波动中逐渐升高[1，2],逐渐加剧的高温和干旱导致该地区农产品产量损失严重，对农业生产和经济发展造成严重影响[3]。为了应对这个问题，宁夏引入了具有耐瘠、抗旱、食药价值、投入少、产量高、脱盐改土等特点黄花菜[4]，并发展成为了当地的特色产业。但当地水资源利用效率低，且没有形成完善的黄花菜灌溉制度，因此引进滴灌水肥一体化技术来探究当地黄花菜种植最优灌水量，从而进一步完善黄花菜灌溉制度。

滴灌水肥一体化技术具有节水、增产、省力的作用，能够将水和肥准确地送至植物的根区，能有效保证作物优质高产[5]；近年来滴灌水肥一体化技术在玉米、枸杞、棉花、小麦、葡萄等作物上应用广泛[6～14]，但在黄花菜上却鲜有研究。韩志平[15]提出黄花菜在NaCl 250 mmol/L的高盐胁迫下仍能存活；在150 mmol/L混合盐下任可存活，但200 mmol/L混合盐是其致死量。高嘉宁等[16]提出适量的氮、磷、钾配施对黄花菜产量影响显著，且氮、磷、钾肥的施用对黄花菜产量影响的大小顺序为氮>磷>钾。刘金郎等[17]通过田间正交试验和氮、磷肥单因素试验探究出黄花菜最佳施肥时期为3月下旬，黄花菜最佳施肥量为600 kg/hm2等结论。尹新彦等[18]研究发现GA3、6-BA两种植物生长调节剂对黄花菜外观指标(花长、单花重)和花数有促进作用，从而达到增产效果；NAA虽会增加花鲜重，但花数减少，且花蕾会畸形。黄花菜属于多年生作物，4 a生黄花菜属于盛产期，而相关研究只探究了肥料及生长调节剂等对黄花菜的影响，并没有探明滴灌水肥一体化条件下盛产期黄花菜具体灌水需求量。因此，本文主要探究盛产期黄花菜滴灌水肥一体化技术下灌水量需求情况，为当地黄花菜产业提供技术支撑。

2 材料与方法

2.1 试验区概况

试验基地位于宁夏回族自治区吴忠市盐池县花马池镇盈徳村，地理位置处在东经107°40′54.11″，北纬37°78′42″，位于半干旱区与干旱区的过渡地带，属于典型的温带大陆性季风气候，当地日照时间长，昼夜温差大，光能丰富，热量偏少，降雨分布在夏秋两季，年际变化大，气候干燥，蒸发强烈，年均蒸发量是年均降雨量的6～7倍[19]。试验区依托宁夏盐池县黄花及蔬菜新品种引进试验示范基地，试验基地在花马池镇盈德村已建成高效节水灌溉系统，灌溉水源为盐环定管理处扬黄水。试验区土壤为砂质土，土壤pH值、全盐含量等指标检测结果见表1(2018年县农业局测土配方施肥数据)。

表1 试验区土壤pH值、全盐含量等指标检测结果

黄花菜主要需水期为每年的4～9月份，因此主要分析这5个月降雨量。表2中是黄花菜生育期5个月的降雨量数据，用距平(多年均值)百分率法可近似确定试验区2021年黄花菜生育期的丰平枯情况。采用《水文情报预报规范》(GB/T22482-2008)中的距平百分率 P 作为划分径流丰平枯的标准，计算公式如下：

表2 试验区降水量检测 mm

一般情况P<-25%为枯水年；-25%25%为丰水年。代入数据计算可得P=5.1%,近似认为2021年黄花菜生育期间属于平水年。

2.2 试验方案

2.2.1 试验设计

采用单因素试验设计方法，设置水量5个水平。在调查研究基础上，设定的灌水量5个水平分别为：2550 m3/hm2(W1)，3000 m3/hm2(W2)，3450 m3/hm2(W3)，4050 m3/hm2(W4)，4500 m3/hm2(W5)，施肥量为675 kg/hm2(水分11次灌，肥分6次施)，具体见表3；按当地农户灌水量(3450 m3/hm2)、施肥量(675 kg/hm2)及灌溉方式作为CK组(表3)。试验共6个处理，每个处理重复3次，共18个试验区。每个小区长宽为37 m×4 m，试验作物为4 a龄大乌嘴黄花菜，试验区黄花菜栽植行距140 cm，穴距40 cm，穴规格为：长10 cm，宽10 cm，深18 cm。每穴栽植4株，栽于穴的4角，黄花菜的种苗栽植密度为4764株/亩。本次试验选用耐特菲姆生产的薄壁滴灌带De16，壁厚0.2 mm，滴头间距0.3 m，滴头流量为3.0 L/h。

表3 黄花菜灌水量试验设计

2.2.2 检测内容及方法

2.2.2.1 土壤含水率

试验前使用环刀法测得试验区田间持水量为20.56%。试验期间使用取土器取W1～W5深度为10～20,30～40，50～60，60～80，80～100 cm的土壤，分别放在各个铝盒中，立刻带回，用烘干器烘干，测得含水率。生育期内灌水前、后及降雨(>5 mm)后分别测土壤含水率，并在灌水后每隔2 d测一次直至第二次灌水。

2.2.2.2 产量、外观指标、干鲜比测定

花期时每处理小区随机选取一行5 m长度的黄花菜采样区域，萌蕾开花期(6月下旬至8月上旬)约36 d，每天早上按各小区划定的采样区采样并称重，待采样期结束后累加并换算为每公顷产量；在采收的前、中、后期各选5 d选取其中5朵测定其单花重、花长、花粗；从不同灌水量处理组的3个重复试验小区中各随机选取50朵黄花菜，测量其鲜重和干重，算得干鲜比，重复3次。

2.2.2.3 净收益

净收益使用公式如下：

S=G-M-N-L

(1)

式(1)中:S为净收益(元/hm2)，G为总收入(元/hm2)：黄花菜产量×收购单价，M为黄花菜水肥投入费用(元/hm2)，N为黄花菜采摘费和管理费，L为其他投入费用[20]。2021年黄花菜鲜重收购单价为5元/kg。

2.2.2.4 灌溉水利用效率

灌溉水利用效率使用公式如下：

(2)

式(2)中：IWUE为作物灌溉水利用效率(kg/m3)，Y为黄花菜鲜重(kg/hm2)，W为灌溉用水量。

2.2.3 数据处理

用Excel 2016、IBM SPSS Statistics 26和Origin2018软件进行统计分析，并用Origin2018进行绘图。

3 结果与分析

3.1 不同灌水量下灌水前后不同深度土壤含水率差值变化情况

当地气候干旱，土壤为沙壤土，且存在渗漏现象，因此研究当地黄花菜在不同灌水量情况下土壤含水率情况，进而了解黄花菜最优需水量。因黄花菜萌蕾开花期耗水量最大，选择该时期测定的土壤含水率最具代表性。黄花菜萌蕾开花期为2021年7月1日至2021年8月10日，共灌水4次，选择其中一次0～100 cm范围内不同灌水量下不同深度土壤灌水前后土壤含水率差值进行作图分析。从图1中可以看出，W1、W2在40 cm土层以上灌水前后含水率差值和W3、W4、W5相近，但到了40 cm以下土层中，W3、W4、W5灌水前后含水率差值明显高于W1、W2，而W3到了80 cm以下土层时灌水前后含水率差值明显低于W4、W5。表明灌水量小于3000 m3/hm2时(W1、W2)，停止灌溉后灌溉水主要保持在0～40 cm土层中；当灌水量为3450 m3/hm2时，停止灌溉后灌溉水主要保持在0～80 cm土层中；而灌水量大于3450 m3/hm2时(W4、W5)，水分会下渗到80 cm以下。说明当地土壤在滴灌时，灌水量越大，会使水在重力作用下下渗的深度越深，致使灌水储存在土壤不同的深度。而盛产期黄花菜根系为50～60 cm长，当灌溉水过大，入渗到80 cm以下时，则不利于黄花菜利用，且当地土壤为砂质土壤，存在渗漏现象，会造成灌溉水流失(图1)。

图1 不同灌水量下不同深度土壤灌水前后土壤含水率差值变化

3.2 不同灌水量对黄花菜产量、外观指标的影响

产量和外观指标是黄花菜生长情况各评价指标中的两个重要指标，且黄花菜外观指标与经济效益有着重要联系，外观指标越好(个大条长)市场价值越高；同样产量与经济效益也有着直接的联系。因此研究这两项指标具有重要意义。外观指标分花长、花粗和单花鲜重，产量为鲜花产量；表4表示不同灌水量实验对黄花菜产量和外观指标的差异性分析。结果表明，灌水量对黄花菜产量极显著(P<0.01)。其中黄花菜鲜重介于18205～20333 kg/hm2之间，产量最高的W3组相对最低水平W5组提高11.68%，表明表明一味地高水并不能带来高产。W3组产量较CK(15049 kg/hm2)组提高35.11%，表明滴灌水肥一体化灌溉方式能够显著提高黄花菜产量。表中灌水量和施肥量对黄花菜外观指标没有显著影响(P>0.05)，但其中花长最大为W1、W3(11.8 cm)处理组，花粗较大的为W2、W3(8.52 mm、8.52 mm)处理组，单花重较大的为W3(3.49 g)处理组。

表4 不同水处理对黄花菜外观指标和产量的影响

3.3 不同灌水量对黄花菜干鲜比及灌溉水利用效率影响

图2表示了从不同灌水量下黄花菜干鲜比变化图，图中随着灌水量的递增，黄花菜干鲜比都呈现上升趋势，表明灌水量有助于黄花菜对肥料营养成分吸收，促进黄花菜营养物质积累。图3显示不同灌水量下灌溉水利用效率变化图，随着灌水量递增，灌溉水利用效率呈现下降趋势，表明灌水量越多，黄花菜对水利用效率越差，综合黄花菜产量变化情况，当灌水量为3450 m3/hm2时较为适宜。

图2 不同灌水量下黄花菜干鲜比变化

图3 不同灌水量下灌溉水利用效率(IWUE)变化

3.4 不同水肥处理对净收益的影响

目前，宁夏黄花菜平均每公顷收益在4～5.8万元之间。不同水处理和肥处理对净收益影响见表5，其中净收益最高为W3处理组，其净收益分别为66057元/hm2，较W5和CK处理组分别高出12.19%和36.30%，表明适当灌水量和滴灌水肥一体化灌溉方式直接影响黄花菜产业经济效益。

表5 盛产期黄花菜不同水肥处理的收益与支出

3.5 不同水肥处理对鲜重产量、净收益的回归分析

以灌水量(W)为自变量，黄花菜鲜重(Y)及净收益(S)为因变量，通过SPSS软件建立一元二次回归方程。从表6可以得出，黄花菜鲜重产量和净收益水灌水量和施肥量递增呈现抛物线形式变化。其中产量和净收益R2均大于0.8，表明该研究建立的数学模型对黄花菜产量和净收益拟合程度较高，能够较准确的反映该实验宁夏盐池县花马池镇黄花菜试验园区其产量及净收益情况。经计算，水量实验模型中鲜重最大(19587 kg/hm2)所需水肥为3470 m3/hm2、675 kg/hm2，净收益最大(78914元/hm2)所需水肥为3346 m3/hm2、675kg/hm2。

表6 不同水量投入与产量、净收益的回归模型

4 结论

(1)灌水量不同，灌溉水在土壤中储存的深度不同，当灌水量小于3000 m3/hm2时，灌水主要储存在0～40 cm土层中；当灌水量为3450 m3/hm2时，灌溉水主要储存在0～80 cm土层中；当灌水量大于3450 m3/hm2时，灌溉水会下渗到100 cm及以下土层中，不能被黄花菜利用，造成灌溉水流失。

(2)通过方差分析得出，灌水量对产量有显著影响，但对黄花菜的外观指标没有显著影响；通过回归分析得出，黄花菜产量和净收益都随水肥递增呈现抛物线形式变化。综合灌水量对黄花菜外观指标、产量、干鲜比、灌溉水利用效率和净收益等指标的影响，本实验条件下，最优水肥量为3450 m3/hm2，灌水次数为11次。通过回归分析得出，适宜的灌水量范围为3346～3470 m3/hm2。