新疆农业科学, 2025, 62(6): 1344-1353 DOI: 10.6048/j.issn.1001-4330.2025.06.006

作物遗传育种·耕作栽培·生理生化

新疆北疆膜下滴灌春油葵适宜土壤水分的下限分析

景彦强,1, 洪明,1, 于秋月2, 衡通1, 肖键1, 张新乐2

1.新疆农业大学水利与土木工程学院/新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室,乌鲁木齐 830052

2.新疆维吾尔自治区水利厅水土改良实验场,新疆昌吉 831100

Analysis the suitable lower limit of soil moisture for spring oil sunflower irrigated with drip irrigation under membrane in northern Xinjiang

JING Yanqiang,1, HONG Ming,1, YU Qiuyue2, HENG Tong1, XIAO Jian1, ZHANG Xinle2

1. Xinjiang Key Laboratory of Hydraulic Engineering Security and Water Disasters Prevention, College of Water Hydraulic and Civil Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China

2. Soil and Water Improvement Experimental Field of Water Resources Department of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Changji Xinjiang 831100, China

通讯作者: 洪明(1980-),男,新疆玛纳斯人,副教授,博士,硕士生导师,研究方向为节水灌溉,(E-mail)hongming1109@163.com

收稿日期: 2024-11-2  

基金资助: 新疆水利科技专项资金项目(XSKJ-2022-18)
新疆维吾尔自治区重点研发任务项目(2022B02011-1)
新疆维吾尔自治区重大科技专项(2020A01003-2)

Corresponding authors: HONG Ming(1980-), male, from Manas, Xinjiang, associate professor, Ph.D.,master's supervisor, research direction: water-saving irrigation theory and new technology research, (E-mail)hongming1109@163.com

Received: 2024-11-2  

Fund supported: Water Conservancy S & T Special Fund Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region(XSKJ-2022-18)
Key Research and development program of Xinjiang(2022B02011-1)
Major Scientific R & D Program Special Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region(2020A01003-2)

作者简介 About authors

景彦强(1998-),男,山西晋城人,硕士研究生,研究方向为农业水资源高效利用,(E-mail)jingyanqiang0820@163.com

摘要

【目的】分析新疆北疆膜下滴灌春油葵主要生育期适宜的土壤水分下限。【方法】以矮大头858为试材,采用正交试验设计,在油葵拔节期、现蕾期、开花期以田间持水量(FC)为上限并设置3个土壤水分下限(55%FC、65%FC和75%FC),共9个(T1~T9)处理,并以当地常规灌溉为对照,研究不同处理对春油葵株高、叶面积指数、产量及品质的影响,并基于熵权-TOPSIS综合指标评价方法优选出最佳处理。【结果】拔节期、现蕾期和开花期土壤水分下限为55%FC相较于75%FC株高和叶面积指数分别降低10.77%、4.80%、0.61%和46.17%、20.56%、17.21%,各生育期土壤水分下限提高均有利于促进油葵株高和叶面积指数增加;T3处理产量(5 189.33 kg/hm2)和水分利用效率(1.31 kg/hm3)最高,较其他处理分别提高了6.85%~39.75%、18.88%~47.19%;T4处理脂肪含量(49.67 g/100g)和蛋白质含量(4.84 g/100g)最高,较其他处理分别提高了1.28%~11.17%、4.61%~27.62%。基于熵权-TOPSIS的综合指标评价T3处理最优。【结论】与试验条件相近的新疆北疆滴灌春油葵在拔节期、现蕾期、开花期适宜的土壤水分下限分别为55%FC、75%FC、75%FC。

关键词： 春油葵; 土壤水分下限; 产量; 品质; 综合评价

Abstract

【Objective】 Analysis the suitable lower limit of soil moisture during the main growth stage of spring oil sunflower irrigated with drip irrigation in northern Xinjiang. 【Methods】 With oil sunflower (Aidatou 858) as test material, using orthogonal design, the same upper limit of soil moisture field capacity(FC) and three lower limits of soil moisture (55%FC, 65%FC and 75%FC, ) were set in the stage of elongation, budding and blossoming, and with local farmers irrigation as control. The effect of different treatments on plant height, leaf area index (LAI), yield and quality of spring oil sunflower was studied. Then the best treatment was chosen based on the entropy weighted -TOPSIS comprehensive evaluation method. 【Results】 The results showed that the plant height and leaf area index of 55% FC were 10.77%, 4.80%, 0.61% and 46.17%, 20.56%, 17.21% lower than those of 75% FC at jointing stage, squaring stage and flowering stage, respectively. The increase of soil moisture lower limit in each growth period was beneficial to promote the increase of plant height and leaf area index of oil sunflower. The yield (5189.33 kg/hm2) and water use efficiency (1.31 kg/hm3) of T3 treatment were the highest, which were 6.85%-39.75% and 18.88%-47.19% higher than those of other treatments, respectively. The fat content (49.67 g/100g) and protein content (4.84 g/100g) of T4 treatment were the highest, which were 1.28%-11.17% and 4.61%-27.62% higher than other treatments, respectively. The comprehensive index evaluation based on entropy weight-TOPSIS showed that T3 treatment was the best. 【Conclusion】 The lower limits of soil moisture suitable for drip-irrigated spring oil sunflower in northern Xinjiang at jointing stage, squaring stage and flowering stage are 55%FC, 75%FC and 75%FC, respectively.

Keywords： oil sunflower; lower soil moisture limit; yield; quality; integrated evaluation

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本文引用格式

景彦强, 洪明, 于秋月, 衡通, 肖键, 张新乐. 新疆北疆膜下滴灌春油葵适宜土壤水分的下限分析[J]. 新疆农业科学, 2025, 62(6): 1344-1353 DOI:10.6048/j.issn.1001-4330.2025.06.006

JING Yanqiang, HONG Ming, YU Qiuyue, HENG Tong, XIAO Jian, ZHANG Xinle. Analysis the suitable lower limit of soil moisture for spring oil sunflower irrigated with drip irrigation under membrane in northern Xinjiang[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2025, 62(6): 1344-1353 DOI:10.6048/j.issn.1001-4330.2025.06.006

0 引言

【研究意义】全球油葵种植面积超过2.3×107 hm2,是世界第四大植物油来源,年产量达到3.2×107 t[1]。油葵是我国新疆最主要的油料作物,油葵种植面积占新疆油料作物总种植面积的60% [2]。膜下滴灌技术因其显著的节水增产特点,在棉花、油葵等大田作物种植中被应用[3]。目前新疆灌溉水利用系数0.56[4]。发展智慧灌溉是进一步提高水分利用效率的重要途径之一[5]。随着通信及物联网等相关技术的不断发展与完善[6],传统滴灌技术向智慧化灌溉升级已势在必行。确定主要生育期适宜的土壤水分下限就成为新疆北疆油葵灌溉升级过程中亟待解决的问题。通过对土壤水分的精确管理,实现适时适量灌溉,对于实际生产具有指导意义[7]。【前人研究进展】土壤水分下限是土壤供给植物可利用水分的临界值[8],根据土壤水分下限值可以确定作物的灌水时间、灌水定额和灌水次数[9,10],在实际灌溉的管理中,土壤水分上限通常取田间持水量,下限略高于作物受到水分胁迫的土壤含水率[11]。单玉芬[12]、姚佳宾[13]等研究表明,土壤水分下限过低会严重影响油葵株高及叶面积的生长,且土壤水分下限为60%田持(FC)时产量和水分利用效率(WUE)均最高。郭兴章等[14]结果表明,油葵苗期灌水太多不利于油葵的生长发育及产量的形成,在现蕾和开花期充分灌溉是油葵干物质和产量形成的重要保障。贺新等[15]提出油葵现蕾期灌水定额宜采用充分灌溉定额的80%,其他生育期充分灌溉。Ismail[16]等研究发现,油葵不同生育期的耗水量存在较大差异,油葵各生育期的耗水量均随灌水量增加而增加。王亚竹等[17]研究表明,灌水定额和灌水次数对油葵产量均无显著性影响,且水分利用效率随灌水定额的增加而逐渐减小。油葵各生育期耗水量呈现出现蕾和开花期大,灌浆期和成熟期少的趋势[18]。【本研究切入点】目前在油葵耗水规律及灌溉制度、土壤水分下限调控等方面已取得研究成果,然而有关新疆北疆膜下滴灌春油葵主要生育期适宜土壤水分下限研究鲜有报道,受油葵品种、土壤、气候等因素的影响,已有的研究成果是否能在新疆北疆地区应用还有待商榷。【拟解决的关键问题】通过大田油葵膜下滴灌试验,研究不同土壤水分下限对油葵生长、产量和品质的影响,并基于熵权-TOPSIS法开展综合指标评价,分析油葵主要生育期适宜的土壤水分下限,为新疆北疆油葵从传统滴灌向智慧灌溉升级提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况

试验于2022年4月在新疆昌吉市滨湖镇新疆维吾尔自治区水利厅水土改良实验场(87°26'25″E,44°8'33″N)进行,地处头屯河灌区,属典型的内陆干旱性气候,平均地下水埋深 21.09 m,年降水量183.75 mm,年蒸发量1 740.10 mm,年平均气温13.1℃。试验地土壤属于棕漠土类,0~40 cm土壤干容重为1.55~1.67 g/cm3,平均干容重为1.61 g/cm3,田间持水量为35.87%(体积含水率);土壤pH值为8.68,有机质含量13.46 g/kg,碱解氮含量37.00 mg/kg,速效磷含量23.40 mg/kg,速效钾含量312.00 mg/kg,总体表现为缺氮、少磷、富钾的特点。

1.1.2 油葵

油葵选用新疆昌吉回族自治州西亚种子有限责任公司提供的品种矮大头858,于2022年4月22日播种,9月1日收获,采用40 cm+60 cm宽窄行的种植模式,株距20 cm,行距40 cm,灌溉方法采用滴灌,滴灌带间距100 cm,滴头流量3.0 L/h,滴头间距0.3 m。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

分别于油葵拔节期、现蕾期和开花期,设置3个土壤水分下限(55%FC、65%FC和75%FC),并以FC作为土壤水分上限。采用正交试验设计,以当地常规种植的滴灌油葵为对照(CK),共10个处理,每个处理设3个重复。小区采用完全随机布置,并在各小区间设置保护行,各小区长8 m,宽2.3 m,小区面积为18.4 m2。表1

表1   试验设计

Tab.1  Experimental design

处理
Treat-
ments		灌溉时期
Irrigation period
拔节期
Jointing period
(6月1~14日)		现蕾期
Squaring period
(6月15日~
7月5日)		开花期
Flowering period
(7月6日~
8月1日)
T155%FC55%FC55%FC
T255%FC65%FC65%FC
T355%FC75%FC75%FC
T465%FC55%FC65%FC
T565%FC65%FC75%FC
T665%FC75%FC55%FC
T775%FC55%FC75%FC
T875%FC65%FC55%FC
T975%FC75%FC65%FC
CK---

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供试油葵采用当地常规高产的施肥方案:播种前基施底肥尿素75 kg/hm2,磷酸二铵225 kg/hm2,硫酸钾75 kg/hm2,七水硫酸锌15 kg/hm2,后期追肥均采用压差式施肥罐随水滴施,共追施尿素525 kg/hm2,磷酸一铵270 kg/hm2,硫酸钾243.6 kg/hm2。试验期间其他田间管理措施均与当地常规保持一致。表1

1.2.2 测定指标
1.2.2.1 灌溉量

每个试验小区的进水口安装干式旋翼水表计量灌水量。

1.2.2.2 土壤水分

土壤水分采用2种方法监测:采用土壤水分传感器(RW-GPRS-H4,乌鲁木齐润物兴农信息技术有限公司)对土壤水分下限调控的土壤含水率实施自动监测,传感器布设在油葵茎秆基部地面以下40 cm处[15]。同时在每个试验小区滴头正下方位置、水平垂直距离滴灌带20、40 cm的3个位置点布设土壤水分探管,并采用Diviner 2000便携式土壤水分廓线仪(Diviner 2000,北京中仪科信科技有限公司)于灌水前、后测定0~100 cm深度的土壤水分。试验前采用烘干法分别对两种设备进行参数校正。

1.2.2.3 生长指标

在油葵主要生育期,每个小区选取5株进行生长指标测定:株高用精度为1 mm的卷尺测量;叶面积指数(Leaf area index,LAI)采用长宽系数法测定[14]。

1.2.2.4 产量和品质

产量及构成要素:油葵成熟后,采收各试验小区内的油葵,经脱粒、自然晾干,测定单株油葵的籽粒、盘粒及百粒重和结实率,最后取3个重复的平均产量折算得到单位面积产量;

品质:采用凯氏定氮法测定蛋白质[7],索氏抽提法测定脂肪[19]。

1.2.2.5 耗水量

根据水量平衡方程计算:

ET=W0-Wt+WT+P0+K+I.

式中,ET为时段t内的作物耗水量(mm);W0、Wt分别为时段初与时段末的土壤计划湿润层内的储水量(mm);WT为由于计划湿润层增加而增加的水量(mm),故WT = 0;P0为t时段内有效降水量(mm);K为t时段内的地下水补给量(mm), I为t时段内灌水量(mm)。

1.2.2.6 水分利用效率WUE
WUE=Y/ET.

式中,WUE为水分利用效率(kg/m3);Y为试验地油葵产量(kg/hm2);ET为油葵生育期耗水量(m3/hm2)。

1.2.2.7 熵权-TOPSIS法的综合指标评价[20]

选取评价指标,列出评价矩阵;指标数据预处理,列出标准化矩阵。

根据高产、优质、高效的原则,选取产量(X1)、WUE(X2)、脂肪含量(X3)和蛋白质含量(X4)作为评价指标;根据处理方案m与评价指标n,建立评价矩阵X=[xij]m×n。各指标经正向化和无量纲化处理后,即得到标准化矩阵X'=[x'ij]m×n。

xij=mini=1m(xij)xij.　 j=1 , 2 ,…… , n (m=10 ,n=4)
xij'=xij∑i=1mxij2.　j=1 , 2 , …… , n (m=10 , n=4)

计算各指标的标准差(sj)、指标间相关系数(ρij)以及信息量(Gj)。

根据标准化矩阵X'及式(5)、(6)计算出各指标的标准差sj(表征对比度),指标间的相关系数ρij(反映冲突性),再根据式(7)计算各指标所含的信息量Gj。

sj=1m∑i=1mxij'-x-j'2.　 j=1 , 2 ,…… , n (m=10 , n=4)
ρij=covXi',Xj'/sisj.　 i,j=1 , 2 ,…… , n (n=4)
Gj=sj∑i=1n1-ρij.　 i,j=1 , 2 ,…… , n (n=4)

计算各指标权重(βj)。

βj=Gj∑j=1nGj.　j=1 , 2 ,…… , n (n=4)

计算各处理方案到正、负理想解的距离di+、di-以及相对贴近度Ci。

根据加权后的标准化矩阵X",用式(9)计算得到各处理方案的正负理想解Z+和Z-;根据式(10)计算各处理方案正、负理想解的距离di+、di-,式(11)计算各处理方案的相对贴近度Ci。最终根据Ci值的大小对处理方案进行排序,Ci数值越大表示结果越佳[21]。

Z+=maxi=1mxij″j=1 , 2 , …… , n , Z-=mini=1mxij″j=1 , 2 , …… , n (m=10, n=4)
di+=∑j=1nzij-zj+ , di-=∑j=1nzij-zj-.i=1 , 2 , …… , m (m=10 , n=4)
Ci=di-di-+di+.i=1 , 2 ,…… , m (m=10)

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2018对试验数据进行处理,利用SPSS 22.0做方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同土壤水分下限对春油葵生长指标的影响

2.1.1 不同土壤水分下限对春油葵株高的影响

研究表明,油葵拔节期当土壤水分下限为55%FC时,T1~T3处理株高较CK处理显著减少了7.12%~8.54%(P<0.05);当土壤水分下限为75%FC时,T7~T9处理株高较CK处理显著增加了3.26%~4.36%(P<0.05)。各处理间(T1~T9),65%FC(T4~T6)、75%FC(T7~T9)处理相较于55%FC(T1~T3)处理株高分别增加了4.47%~9.51%、11.17%~14.11%。拔节期油葵株高随土壤水分下限的增加而增加。表2

表2   不同土壤水分下限春油葵各生育期株高的变化

Tab.2  Changes plant height of spring oil sunflower at various growth stages under different soil moisture limits(cm)

处理
Treat-
ments		生育期
Child-bearing period
拔节期
Jointing period		现蕾期
Squaring period		开花期
Flowering period
T144.93±0.81d105.97±4.47d115.19±0.37g
T245.33±0.83d107.37±6.64cd118.60±0.85f
T345.63±0.61d108.36±2.26bcd122.07±0.25e
T447.67±0.90c108.23±6.38bcd119.57±0.64f
T548.20±0.53cb109.97±3.75abcd123.57±0.42d
T649.20±0.66b113.87±3.76abcd124.17±0.25cd
T750.73±0.60a109.80±3.52abcd123.27±0.51d
T850.97±0.35a115.13±2.15abc125.03±0.49c
T951.27±0.42a118.13±2.08a132.90±0.70a
CK49.13±0.23b117.03±7.37ab130.73±1.08b

注:同列不同小写字母表示处理间在P<0.05水平上差异显著,下同

Notes:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences between treatments at the level of P<0.05

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现蕾期当土壤水分下限为55%FC(T1、T4、T7)、65%FC(T2、T5、T8)处理油葵株高较CK处理减少了6.18%~9.45%、1.62%~8.25%,T1、T2与CK存在显著差异(P<0.05),其余无显著差异;当土壤水分下限为75%FC时,T3、T6、T9处理油葵株高与CK的变化不尽相同,其中T3、T6处理减少了7.41%、2.70%,T9处理增加了0.94%,无显著差异;各处理间株高表现为75%FC(T3、T6、T9)>65%FC(T2、T5、T8)>55%FC(T1、T4、T7);当拔节期土壤水分下限相同时,现蕾期株高呈现出T1<T2<T3、T4<T5<T6、T7<T8<T9,表明随拔节期水分下限的增加,油葵株高亦呈增加的趋势。

开花期土壤水分下限为55%FC(T1、T6、T8)处理油葵株高较CK处理显著减少了4.36%~11.89%(P<0.05);当土壤水分下限为65%FC时,T2、T4、T9处理油葵株高与CK的变化不尽相同,其中T2、T4处理显著减少了9.28%、8.54%(P<0.05),T9处理显著增加了1.66%(P<0.05);当土壤水分下限为75%FC(T3、T5、T7)处理油葵株高较CK减少了5.48%~6.63%。开花期土壤水分下限为55%FC、65%FC、75%FC增长速率分别为8.57%~8.98%、10.48%~10.75%、12.23%~12.68%。油葵在拔节期、现蕾期和开花期的株高均随土壤水分下限的增加而增加。表2

2.1.2 不同土壤水分下限对春油葵LAI的影响

研究表明,拔节期当土壤水分下限为55%FC时,T1~T3处理的LAI较CK处理显著减少了27.56%~21.54%(P<0.05);当土壤水分下限为65%FC时,T4~T6处理的LAI较CK处理差异不显著;当土壤水分下限为75%FC时,T7~T9处理的LAI较CK处理显著增加了36.54%~45.51%(P<0.05)。各处理间的LAI表现为75%FC(T7~T9)>65%FC(T4~T6)>55%FC(T1~T3)(P<0.05)。在拔节期时,当土壤水分下限降至65%FC时,将显著降低油葵的LAI。

现蕾期当土壤水分下限为55%FC(T1、T4、T7)处理油葵的LAI较CK处理减少了1.88%~41.84%,T1、T4与CK存在显著差异(P<0.05),T7无显著差异;当土壤水分下限65%FC(T2、T5、T8)处理油葵的LAI与CK的变化不尽相同,其中T2、T5处理减少了31.89%、4.88%,T8处理增加了5.63%,T2与CK存在显著性差异(P<0.05),T5、T8与CK无显著差异;当土壤水分下限75%FC时T3处理油葵的LAI较CK显著减少了22.51%(P<0.05),而T6、T9处理增加了0.75%、25.70%,T6与CK无显著差异,T9与CK存在显著性差异(P<0.05)。各处理间LAI表现为75%FC(T3、T6、T9)>65%FC(T2、T5、T8)>55%FC(T1、T4、T7);当拔节期土壤水分下限相同时,现蕾期LAI指标呈T1<T2<T3、T4<T5<T6、T7<T8<T9,表现为随拔节期水分下限增加油葵LAI呈增加的趋势。现蕾期油葵LAI随土壤水分下限的增加而增加。

开花期土壤水分下限为55%FC(T1、T6、T8)处理油葵的LAI较CK处理显著减少了6.98%~48.56%(P<0.05);当土壤水分下限为65%FC(T2、T4、T9)处理油葵的LAI与CK的变化不尽相同,其中T2、T4处理显著减少了18.79%、34.65%(P<0.05),T9处理显著增加了21.16%(P<0.05);土壤水分下限为75%FC时T3处理油葵的LAI较CK显著减少了19.26%(P<0.05),T5、T7处理增加了0.84%、1.91%,且无显著差异。开花期土壤水分下限为55%FC、65%FC、75%FC增长速率分别为18.41%~20.05%、28.48%~29.60%、39.64%~42.54%。油葵在拔节期、现蕾期和开花期LAI均随土壤水分下限的增加而增加。表3

表3   不同土壤水分下限春油葵各生育期叶面积指数LAI的变化

Tab.3  Changes of leaf area index LAI of spring oil sunflower at various growth stages under different soil moisture limits

处理
Treat-
ments		生育期
Child-bearing period
拔节期
Jointing period		现蕾期
Squaring period		拔节期
Jointing period
T11.13±0.06c3.10±0.20g3.69±0.04g
T21.23±0.15c3.63±0.31f4.68±0.14f
T31.23±0.12c4.13±0.15e5.79±0.16e
T41.50±0.1b4.53±0.06d5.82±0.07e
T51.60±0.1b5.07±0.15c7.23±0.15b
T61.57±0.12b5.37±0.06bc6.45±0.11d
T72.30±0.3a5.23±0.15c7.30±0.10b
T82.13±0.06a5.63±0.29b6.67±0.02c
T92.27±0.15a6.70±0.17a8.68±0.13a
CK1.56±0.06b5.33±0.32bc7.17±0.15b

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2.2 不同土壤水分下限对春油葵产量及构成要素和品质的影响

研究表明,各处理间油葵盘粒及百粒重变化趋势均一致,呈T3>T5>CK>T2>T9>T6>T7>T8>T4>T1。T3处理较CK的盘粒及百粒重分别增加了23.55%、22.75%,T1处理较CK分别降低了15.05%、14.05%,且差异显著(P<0.05)。各处理间T3较其余处理油葵盘粒及百粒重分别增加了8.71%~31.45%、8.27%~29.92%;油葵各生育期土壤水分下限降至55%FC均不利于盘粒及百粒重的增加。各处理油葵结实率与盘粒及百粒重的变化存在差异,具体表现为T3>T5>CK>T2>T9>T7>T8>T4>T1>T6,其中T3处理较CK增加了0.80%;各处理间,T3较其余处理油葵结实率增加了0.37%~3.77%。盘粒重、百粒重、结实率与土壤水分下限成正比。T3处理产量最高,为5 189.33 kg/hm2,较CK增加了8.85%;T1处理产量最低,为3 126.33 kg/hm2,较CK降低了33.91%;各处理间,T3较其余处理产量增加了6.85%~39.75%,表明当现蕾期和开花期土壤水分下限为55%或65%FC时,土壤含水率较低,油葵受到水分胁迫的影响,根系吸收水困难,进而影响油葵籽粒的发育,导致籽粒偏小,且籽粒不饱满,降低油葵的产量。T3处理WUE最高,为1.31 kg/m3;T1处理最低,为0.69 kg/m3。T4处理较CK(1.06 kg/m3)WUE增加了25%。以产量最优为目标,当油葵拔节期土壤水分下限为55%FC、现蕾期和开花期土壤水分下限为75%FC时,节水增产效果最佳。表4

表4   不同土壤水分下限春油葵产量及其构成要素

Tab.4  Spring oil sunflower yield and its components at different soil moisture lower limits

处理
Treatments		盘粒重
Disc grain weight
(g)		百粒重
100-seed weight
(g)		结实率
Seed set propagation
coefficient(%)		产量
Output
(kg/hm2)		水分利用效率
Water use efficiency
(kg/m3)
T190.03±1.66g5.93±0.21f94.49±0.49c3 126.33±6.11h0.69
T2102.13±0.81d6.53±0.15cd95.93±0.51ab4 063.00±35.34e0.91
T3131.33±2.04a8.47±0.29a96.96±0.61a5 189.33±18.72a1.31
T493.80±0.61f6.13±0.38de95.41±0.17bc3 771.33±26.27g0.81
T5119.90±1.01b7.77±0.06b96.60±0.40ab4 834.00±41.57b1.12
T6100.13±1.23e6.53±0.29cd93.30±0.17d4 003.00±7.00ef0.90
T795.63±0.45f6.17±0.21de95.58±0.47bc3939.33±112.17f0.90
T894.33±0.91f6.07±0.12de95.48±0.14bc3990.67±10.26ef0.86
T9101.20±0.6de6.53±0.47cd95.91±0.50ab4453.67±122.74d1.02
CK106.30±0.20c6.90±0.53c96.19±0.50ab4730.17±8.13c1.06

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各处理间油葵脂肪含量大小排序为T4>T7>T3>T2>CK>T5>T9>T1>T6>T8,其中T4处理最高(49.67 g/100g)较CK(48.15 g/100g)处理增加了3.06%,且无显著差异,较其他处理提高了2.25%~11.17%,T8处理最低为44.13 g/100g;各处理间蛋白质含量大小排序为T4>CK>T5>T3>T2>T9>T7>T8>T6>T1,其中T4处理蛋白质含量最高(4.84 g/100g)较CK(4.62 g/100g)提高了4.61%,且无显著差异,较其他处理提高了5.37%~27.62%,T1处理最低为3.50 g/100g。在现蕾期保持下限为55%FC、开花期保持在65%FC有利于油葵籽粒中品质的提高。在开花期土壤水分下限为65%FC有利于籽粒品质的提高。表5

表5   不同土壤水分下限春油葵品质的变化

Tab.5  Changes quality of spring oil sunflower at different soil moisture lower limits(g/100g)

处理
Treatments		脂肪含量
Fat content		蛋白质含量
Protein content
T146.52±2.58cd3.50±0.26e
T248.38±0.16abc4.55±0.1abc
T348.56±1.55abc4.58±0.02ab
T449.67±0.52a4.84±0.04a
T547.12±0.58bcd4.59±0.04ab
T645.65±0.22de4.07±0.07d
T749.04±0.86ab4.24±0.08cd
T844.13±0.74e4.21±0.03cd
T946.77±0.68cd4.35±0.43bcd
CK48.15±0.74abc4.62±0.24ab

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2.3 基于熵权-TOPSIS法的综合指标评价

研究表明,各指标权重大小排序为X2>X1>X3>X4,其中油葵WUE的权重最高为0.312 6,蛋白质含量最小为0.193 6,WUE对综合评价结果影响程度较大;各处理间相对贴近度大小排序为T3>T5>CK>T9>T2>T4>T7>T6>T8>T1,其中T3处理相对贴近度最高为1.000 1,T1处理相对贴近度最小为0.000 1。因此,在新疆北疆油葵生产中,油葵在拔节期、现蕾期、现蕾期适宜土壤水分下限分别为55%FC、75%FC、75%FC。表6

表6   各处理指标标准化值权重及相对贴近度

Tab.6  Standardized values,weights,and relative closeness of each treatments indicators

处理
Treatments		X1X2X3X4相对贴近度
Relative closeness		排序
Rank
T10.000 10.000 10.434 60.000 10.000 110
T20.454 10.362 30.768 50.807 80.454 15
T31.000 11.000 10.800 80.830 91.000 11
T40.312 80.200 11.000 11.000 10.312 86
T50.827 90.702 80.542 30.838 60.827 92
T60.425 00.346 00.278 40.438 60.425 08
T70.394 20.340 60.887 00.569 30.394 27
T80.419 10.281 20.000 10.546 30.419 19
T90.643 50.540 60.479 50.653 90.643 54
CK0.777 50.600 10.727 20.861 60.777 53
权重
Weight		0.254 50.312 60.239 30.193 6--

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3 讨论

3.1 株高和LAI是描述油葵生长发育状况的重要指标[20,21]。提高土壤水分下限能够显著增加油葵株高和LAI[21],但是土壤水分下限过高或过低均不利于油葵的生长[13]。研究发现,拔节期各处理之间株高和LAI均呈55%FC(T1~T3)<65%FC(T4~T6)<75%FC(T7~T9)的规律,表明拔节期提高土壤水分下限有利于油葵植株的生长发育,但拔节期土壤水分下限过高会导致油葵根系埋深较浅、根毛区不发达,且在现蕾期降低土壤水分下限导致油葵难以从土壤中吸收更多的养分使茎秆较细,进入开花期后油葵籽粒进行灌浆并逐渐增重,导致在成熟期出现折茎现象[22-23]。现蕾期油葵营养生长旺盛,株高和LAI增速较快,不同土壤水分下限条件下呈现出75%FC(T1、T4、T7)>65%FC(T2、T5、T8)>55%FC(T3、T6、T9)的趋势,现蕾期土壤保持较高的含水量,有利于促进油葵营养生长。开花期油葵生殖生长增强,对光合产物需求增强,若此时降低土壤水分下限至65%FC以下会对油葵造成水分胁迫,明显抑制其生殖生长,降低光合产物,导致籽粒产量降低;因此开花期土壤水分下限保持在75%FC以上,有利于油葵的生殖生长。研究表明,在拔节期降低油葵的土壤水分下限,现蕾期和开花期维持较高的土壤水分下限,油葵的株高和LAI增长速率显著高于CK,表明在拔节期土壤水分下限越低,现蕾期和开花期油葵产生补偿效应之后,光合产物在更加注重向生殖器官提供养分的前提下,会随着现蕾期和开花期土壤水分下限的增加而增加,从而导致对营养器官的养分供给增加[24],与李彦琳[25]和夏桂敏等[26]的研究结果一致。

3.2 产量和品质是衡量油葵经济效益的重要指标[27]。姚佳宾[13]、王璐[28]等研究表明,在一定范围内,提高土壤水分下限能够增加油葵的百粒重和产量。研究发现,不同土壤水分下限对油葵盘粒及百粒重、结实率和产量均有显著影响(P<0.05)。其中,T1、T4、T7处理盘粒重和产量均相对偏低,表明现蕾期降低土壤水分下限(55%FC)对油葵产量影响较大,与前人结论相同[29];而T6、T8处理盘粒重和产量同样偏低,表明开花期降低土壤水分下限同样减少了油葵产量。T3处理现蕾期和开花期土壤水分下限均控制在75%FC时盘粒重和产量均为最高,表明在试验条件下现蕾期和开花期土壤水分下限越高,越有利于油葵产量的增加,是因为油葵在现蕾期和开花期需水量较大,此时在现蕾期和开花期降低土壤水分下限(55%FC)会导致油葵生育进程加快,生育期缩短,不利于提高油葵产量[30]。在现蕾期和开花期土壤水分下限为55%FC、65%FC时,油葵品质显著提高,是因为在现蕾期保持较低的土壤水分下限,会造成开花期水分胁迫,并且开花期主要进行籽粒的灌浆,在开花期维持土壤水分下限为65%FC会使更多的养分向籽粒分配,过高会导致籽粒脂肪含量和蛋白质含量的“稀释”,过低土壤水分下限会影响籽粒的品质,与赵莎[31]研究结果相似。在作物一定时期适度水分亏缺有助于产量的增加和WUE的提高[21],试验最优处理T3与常规相比,增加了8次灌水,在减少27.67%灌溉量的同时,产量增加了8.85%,体现了很好的节水增产效果。

4 结论

4.1 不同生育期土壤水分下限对春油葵各生育期株高和LAI有显著影响,且上述2个指标均随土壤水分下限的增加而增加。

4.2 不同生育期土壤水分下限对油葵产量和品质影响较大,在拔节期土壤水分下限升至65%FC以上且现蕾期和开花期降至65%FC以下会明显降低产量,而在籽粒形成关键期(开花期)土壤水分下限为55%FC或75%FC时会显著降低品质;在拔节期土壤水分下限为55%FC处理的WUE较65%FC和75%FC分别提高了2.83%~4.86%。

4.3 T3处理最佳,与试验条件相近新疆北疆膜下滴灌春油葵拔节期、现蕾期和开花期土壤水分下限宜控制在55%FC、75%FC和75%FC。

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