河西绿洲菘蓝水分高效利用及调亏灌溉模式优化研究

发布时间：2020-04-09 08:18

【摘要】：西北干旱地区菘蓝种植多采用畦灌方式,极大地浪费了水资源,且产量和品质也不高,导致菘蓝产量与水分利用效率低而不稳,严重制约了菘蓝产业的可持续发展。本研究文以菘蓝为研究对象,采用膜下滴灌调亏灌溉技术,将大田试验和理论分析相结合,设计四个土壤水分梯度,分别为充分灌水、轻度水分亏缺、中度水分亏缺和重度水分亏缺,共10个水分调控处理,主要研究了调亏灌溉条件下菘蓝的耗水特征和光合生理生态指标特性,深入分析了不同生育期水分亏缺对菘蓝产量及品质的影响机制,进而并进行了菘蓝节水高产优质灌溉制度的优化。主要研究结论如下:(1)菘蓝耗水强度呈苗期最小,肉质根成熟期较大,而营养生长期和肉质根生长期最大的变化规律。耗水量受水分亏缺影响显著,其中CK全生育期耗水量最高(2016年374.04mm,2017年381.75mm),其他处理与CK差异显著,轻中度水分亏缺处理耗水量较CK显著减少6.74%~14.32%,重度水分亏缺处理耗水量最低(WD8和WD9),显著降低15.62%~17.69%。轻度水分亏缺对菘蓝的土壤水分影响不显著(p0.05),但中度和重度水分亏缺会显著影响根系活动层土壤水分含量,WD3、WD8和WD9处理土壤含水量较CK显著降低4.53%~8.92%(p0.05)。(2)中度和重度水分亏缺抑制菘蓝的光合作用。与CK相比,轻度水分亏缺的净光合速率增加1.82%~5.51%,气孔导度增加2.1%~3.9%,蒸腾速率增加0.9%~4.6%,但与其无显著差异(p0.05);中度和重度水分亏缺对菘蓝的净光合速率显著降低7.8%~19.1%(p0.05),气孔导度显著降低5.8%~19.5%,蒸腾速率显著降低13.6%~26.6%。营养生长期和肉质根生长期重度水分亏缺(WD3、WD8、WD9)对菘蓝净光合速率、气孔导度和蒸腾速率负面影响最大。(3)轻度水分亏缺对菘蓝的生长影响不显著(p0.05),而中度水分亏缺会抑制菘蓝生长,重度水分亏缺显著影响菘蓝的长势和干物质(p0.05),如株高、茎叶生物量、根干重等显著小于CK。WD4和WD1处理的根冠比较CK显著增加23.27%和15.09%,轻度水分亏缺调节干物质向根部积累而提高根冠比;重度水分亏缺WD8和WD9处理的根冠比较CK显著降低12.21%和15.89%。中度水分亏缺WD5、WD6和WD7处理的干物质积累较CK有所降低,重度水分亏缺均显著低于CK,降幅12.5%~31.1%。(4)轻度水分亏缺有效提高菘蓝的水分利用效率,并获得和CK相近的经济产量。轻度水分亏缺(WD1和WD4处理)对菘蓝的产量影响不显著(p0.05),其他水分亏缺处理均降低菘蓝产量,尤其重度水分亏缺的WD3、WD8和WD9处理的菘蓝产量与CK差异显著(p0.05),降幅在17.09%~37.42%。CK的总生物量最高,其余各处理的总生物量较CK均降低,降幅0.11%~33.68%。水分亏缺显著影响菘蓝水分利用效率,轻度水分亏缺的WD1和WD4处理水分利用效率CK显著增加6.74%~8.45%,而其他处理的水分利用效率均降低,其中WD2、WD3、WD7、WD8和WD9处理的水分利用效率显著低于CK,降幅6.47%~25.41%。耗水量与产量呈现出二次抛物线关系,2016年耗水量为370mm时获得最大产量8140kg/hm~2,2017年耗水量为381mm时获得最大产量8193kg/hm~2,当耗水量增加超过这一临界值,菘蓝的产量达到最大值而不再增加。(5)通过Blank加法模型和Jensen乘法模型计算得出菘蓝的水分生产函数模型的相关系数R分别为0.988和0.932,因此,Blank模型和Jensen模型均能较好反映菘蓝产量与耗水量间的关系,且两种模型菘蓝各生育阶段水分敏感指数从大到小依次为苗期、肉质根生长期、营养生长期和肉质根成熟期。(6)菘蓝收获后土壤中不同水分亏缺处理间碱解氮、速效磷和速效钾差异显著(p0.05),重度水分亏缺处理的碱解氮、速效磷和速效钾与播种前相近,而轻度及中度水分亏缺处理的碱解氮、速效磷和速效钾含量显著降低。土壤中细菌、真菌和放线菌数量随土层深度增加而呈现出逐渐降低的趋势,在菘蓝营养生长期,水分亏缺不会显著影响0~20cm土层中土壤真菌和放线菌的数量(p0.05),且轻度水分亏缺会增加土壤中真菌和放线菌数量;在肉质根生长期,中度和重度水分亏缺不会显著影响土壤中真菌和放线菌的数量。土壤中脲酶和蔗糖酶活性随着土层深度增加呈现出逐渐降低的趋势,在菘蓝营养生长期,充分灌溉和轻度水分亏缺不会显著影响0~20cm土层中脲酶活性,且可以提高0~20cm土层中蔗糖酶活性。(7)轻中度水分亏缺处理能够增加菘蓝中有效成分含量,提高菘蓝品质,但重度水分亏缺不利于有效成分的积累。水分亏缺处理对(R,S)-告依春含量影响:在营养生长期WD3和WD8、WD9处理的(R,S)-告依春含量较CK显著降低8.59%~13.23%(p0.05),而在营养生长期和肉质根生长期轻中度连续调亏有利于(R,S)-告依春含量的提高,处理WD4和WD5较CK显著增加5.43%~7.94%。水分亏缺处理对靛玉红影响:在营养生长期和肉质根生长期轻中度连续调亏有利于靛玉红含量的提高,处理WD5、WD6和WD7与CK差异显著,增幅1.7%~5.7%。水分亏缺处理对靛蓝含量影响:在营养生长期和肉质根生长期轻中度连续调亏有利于靛蓝含量的提高,处理WD4、WD5、WD6和WD7与CK差异显著,增幅3.6%~9.9%。综合评价的计算表明,轻度水分亏缺处理的WD4和WD1不仅可以获得较高的产量和水分利用效率,并且有效提高菘蓝的品质。(8)以菘蓝经济产量(Y)、水分利用效率(WUE)、灌溉水利用效率(IWUE)和(R,S)-告依春为膜下滴灌菘蓝调亏灌溉的综合评价的参评因子IEI,计算菘蓝不同水分亏缺处理下的综合指标IEI,得出综合指标IEI以轻度水分亏缺处理WD4最高(0.992),WD1次之(0.982);WD4的菘蓝产量与CK无显著差异(p0.05),但其WUE和IWUE比CK高出8.0%和7.2%。因此,WD4处理为本试验方案下的最优灌溉制度。
【图文】：

示意图,系统布置,示意图,排水沟

1-供水池；2-田间排水沟；3-球形门阀；4-水表；5-干管；6-田埂；7-支管；8-排水干沟；9-排水沟堤；8-田埂（排水沟堤）；10-集水池；11-滴灌带；12-菘蓝植株；13-排水支沟；14垄沟（兼排水沟）图2-1 灌溉排水系统布置示意图Figure 2-1 Layout diagram of the engine Irrigation and drainage system采用人工铺设滴灌带，每个小区铺设三条滴灌带，间距 1 m，滴头间距为 30 cm，灌水时滴头平均流量为 2.5 L/h，滴灌管采用分支控制法，即在每个小区都安装一个控制阀，随时控制该小区的灌水量，压力表和水表位于滴灌枢纽处，系统工作压力为 0.1 MPa。滴灌铺设完毕进行无色地膜覆盖，地膜宽度 120 cm。每个试验小区之间用宽为 60 cm 的薄膜隔开，防止水分地下相互渗流。根据试验区历年气象

菘蓝,水分变化,土壤剖面,水分亏缺

期和肉质根生长期分别受到轻度水分亏缺的 WD4 与中度水分亏缺 WD7 在土层 0~80cm的平均土壤含水量比 CK 也分别降低 7.6%、5.4%。图3-8 菘蓝不同生育期0～100cm土壤剖面水分变化（2016年）Figure 3-8 Distribution of water in soil profile during different Isatis indigotica growth periods in 0~100 cm soil layer2016 年和 2017 年土壤水分变化，各生育期末 0～60 cm 土层内水分随土层深度的增加逐渐增大，，且变化幅度较大；60～100cm 土层土壤水分在垂直方向上变化较为平缓。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S567.239

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