不同滴灌处理对藜麦生长及光合特性的影响.pdf

北方农业学报2 0 2 4,52(1)：10 3-111JOURNALOFNORTHERNAGRICULTURE韩云飞，任永峰，赵沛义，等.不同滴灌处理对藜麦生长及光合特性的影响 J.北方农业学报,2 0 2 4,52(1)：10 3-111.D0I:10.12190/j.issn.2096-1197.2024.01.12不同滴灌处理对藜麦生长及光合特性的影响韩云飞,任永峰1,赵沛义,杜二小,赵志媛,张娜,刘小月1,张鹏1,苗新岳3（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特0 10 0 3 1;2.内蒙古自治区农牧业技术推广中心，内蒙古呼和浩特0 10 0 13；3.东北农业大学资源环境学院，黑龙江哈尔滨150 0 3 0）摘要：【目的】探究不同灌水时期和灌水量对阴山北麓地区藜麦生长和光合特性的影响，明确该地区藜麦合理灌溉制度。【方法】试验地点为内蒙古武川旱作试验站，采取随机区组设计，设置W1（苗期+分枝期灌水）W2（苗期+显穗期灌水）W3（苗期+灌浆期灌水）、W4（苗期+分枝期+显穗期灌水）W5（苗期+分枝期+灌浆期灌水）和W6（苗期+显穗期+灌浆期灌水)6 个不同滴灌处理，监测藜麦生育时期植株干物质积累动态、叶面积指数、光合特性变化和作物产量效应。【结果】在藜麦整个生育期内，干物质积累量、叶面积指数随灌水量的增加呈上升趋势，在灌浆期W5处理叶面积指数较W1处理增高4 5.0 0%。在藜麦开花期，随灌水量增加植株叶片光合速率、蒸腾速率和气孔导度均呈下降趋势，但一定程度的亏缺灌溉可显著提高叶片水分利用效率，W5处理叶片水分利用效率较W1处理显著增高3 9.0 4%（P0.05）。不同滴灌处理下藜麦产量差异显著，W5处理产量最高，为2 2 4 5.6 0 kg/hm，相较于W1处理显著提高7 8.6 8%(P0.05）。【结论】在阴山北麓地区，于藜麦苗期、分枝期、灌浆期进行灌溉，灌水总量为13 50 m/hm时能够提高水分利用效率，可实现高产。关键词：藜麦；滴灌；光合特性；产量；阴山北麓中图分类号：S519文献标识码：A文章编号：2 0 9 6-119 7(2 0 2 4)0 1-0 10 3-0 9Effects of different drip irrigation treatments on the growthand photosynthetic characteristics of quinoaHAN Yunfei,REN Yongfeng,ZHAO Peiyil,DU Erxiao,ZHAO Zhiyuan,ZHANG Na,LIU Xiaoyue,ZHANG Peng,MIAO Xinyue3(1.Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences,Hohhot O10031,China;2.Inner Mongolia Agricultural andAnimal Husbandry Technology Promotion Center,Hohhot 010013,China;3.School of Resources and Environment,NortheastAgricultural University,Harbin150030,China)Abstract:ObjectiveExplore the effects of different irrigation periods and amounts on the growth and photosyntheticcharacteristics of quinoa in the northern foothills of the Yinshan Mountains,to determine the reasonable irrigation system forquinoa in the area.MethodsIn Wuchuan Dry Farming Experiment Station in Inner Mongolia,6 drip irrigation treatments,W1(irrigation in the seedling stage+branching stage),W2(irrigation in the seedling stage+heading stage),W3(irrigation inthe seedling stage+filling stage),W4(irrigation in the seedling stage+branching stage+heading stage),W5(irrigation inthe seedling stage+branching stage+filling stage),and W6(irrigation in the seedling stage+heading stage+filling stage)were set up.The plant dry matter accumulation dynamics,leaf area index,changes in photosynthetic characteristics and cropyield effects of quinoa during the growth period were monitored.Results JDuring the entire growth period of quinoa,dry matteraccumulation and leaf area index showed upward trends with the increase of drip irrigation amount.The leaf area index ofW5 treatment increased by 45.00%compared with W1 treatment in the flling stage.During the flowering stage of quinoa,the收稿日期：2 0 2 3-0 5-16基金项目：内蒙古自治区自然科学基金项目（2 0 19 MS03030）作者简介：韩云飞（19 9 5一），男，硕士，主要从事旱作农业的研究工作。通信作者：任永峰(19 8 4 一）,男，研究员，博士，主要从事作物栽培学与耕作学的研究工作。104北方农业学报52卷leaf photosynthetic rate,transpiration rate and stomatal conductance had downward trends as the drip irrigation amountincreased,but some levels of deficit irrigation could significantly improve leaf water use efficiency.The leaf water useefficiency of W5 treatment significantly increased(P0.05)by 39.04%compared to W1 treatment.There were significantdifferences in the yield of quinoa under different drip irrigation treatments.W5 treatment had the highest yield of 2 245.60 kg/hm,which was significantly increased(P0.05);在分枝期灌水可明显增加植株干物质积累量，W1、W 4 和W5处理干物质积累量显著(P0.05)高于W2、W 3 和W6处理；开花期W4处理干物质量表现最优，较W2和W3处理显著（P0.05）提高5.6 3%和14.4 6%，说明在开花前（显穗期)进行灌溉可促进植株干物质积累；灌浆期W6处理较W1、W 2 和W3处理显著(P0.05)提高15.14%、12.2 5%和7.8 4%，灌浆期进行灌水可保持植株近穗部叶片的活力，促进干物质向籽粒转移，是植株产量形成和需水的关键时期；成熟期植株干物质量变化同灌浆期表现一致，W6处理干物质积累量较W1、W 2 和W3处理显著(P0.05)提高13.2 3%、10.94%和5.50%。1期韩云飞等：不同滴灌处理对藜麦生长及光合特性的影响1077000W1W2W3W4W5W66000(w/)/一士50004.0003.0002000babaedaaaa10000Different lowercase letters indicate significant differences(P0.05).The same as Figure 5.Figure 3 Dry matter accumulation changes under different drip irrigation amounts of quinoa2.2不同滴灌量对藜麦叶面积指数的影响由图4 可知，在藜麦整个生育时期植株叶面积指数呈“慢一快一慢”变化趋势,在灌浆期出现峰值。苗期各处理植株叶面积指数无显著差异；分枝期进行灌溉处理可促进植株叶片生长，W1、W 4 和W5处理叶面积指数明显高于W2、W 3 和W6处理；开花期W4处理叶面积指数表现最优，较W1、W 2 和W3处理提高4 0.7 4%、15.15%和6 8.8 9%，表明在开花前1.000.900.800.700.600.500.400.300.200.1002.3开花期滴灌量对藜麦光合特性的影响作物的光合特性可以表征植株生长发育的生理aaaaaa苗期Seedling stage小写字母不同表示差异显著（P0.05）。图5同。图3 不同滴灌量下藜麦干物质积累量变化W1W2W3W4W5W6+苗期分枝期Seedling stageBranching stage图4 不同滴灌量下藜麦叶面积指数Figure 4 Leaf area index of quinoa under different drip irrigation amounts生化特征变化。在分枝期进行控水处理后,开花期植株形态出现明显差异，故测定该时期植株近穗叶片分枝期Branchingstage开花期Flowering stage生育时期Growth period进行灌溉可促进植株叶面积指数增加，水分亏缺会明显影响植株形态建成；灌浆期和成熟期各处理叶面积指数表现一致，W5和W6处理高于其他处理，在灌浆期W5处理叶面积指数较W3和W1处理增高2 0.8 3%和4 5.0 0%，在成熟期W6处理叶面积指数较W3和W1处理增高2 0.8 3%和4 0.3 2%，表明在灌浆期进行灌水可延缓植株叶片衰老、可促进近穗部叶片生长。开花期灌浆期Flowering stageFilling stage生育时期Growth period灌浆期Filling stage成熟期Maturitystage成熟期Maturitystage108北方农业学报52卷光合特性。由表3 可知，不同滴灌量下植株叶片光合速率(P）蒸腾速率(T)、气孔导度(G）、胞间CO,浓度(C,)表现一致,均以W4处理表现最好。W4处理叶片胞间CO2浓度较W3处理显著提高3 5.4 6%，气孔导度较W3处理显著提高2 9.6 1%；W4处理的叶片光处理胞间 CO,浓度/(mol/mol)TreatmentCW1200.21 3.23 bW2200.5614.83 bW3178.808.16 cW4242.2010.58aW5195.463.50 bcW6210.544.77 b注：同列小写字母不同表示差异显著（P0.05)。表4 同。Note:Different lowercase letters in same column indicate significant differences(P0.05).The same as Table 4.2.4滴灌量对藜麦产量性状和水分利用效率的影响灌溉量对植株籽粒及产量构成因子影响明显。由表4 可知，随着灌溉量的增加藜麦产量呈增加趋势，尤其在灌浆期进行灌溉对植株产量形成有积极影响，不同滴灌量下各处理产量差异显著（P0.05），其中W5处理产量为2 2 4 5.6 0 kg/hm，相较于W4和W1处理显著提高13.6 8%和7 8.6 8%；植株茎粗和千粒重对水分调控的响应较小；藜麦单株籽粒重受灌溉影响较大，适宜增加灌溉量可促进藜麦单株籽Table 4Yield traits differences under different drip irrigation amounts处理一级分枝数TreatmentNumber of primary branchesW110.000.50 dW210.800.80 cdW311.000.65 cdW411.400.45 bcW513.500.36 aW612.600.22 ab合速率在各处理间表现最优，为16.8 0 mol/(ms)，较W1和W6处理显著提高13.0 6%和3 0.7 4%；W4处理叶片蒸腾速率是W3处理的2.8 倍，且二者差异显著(P0.05)。表3 开花期藜麦光合特性差异Table 3 Photosynthetic characteristic differences of quinoa at flowering stage气孔导度/mmol/(ms)G.182.2411.31 bc175.584.15 bc158.698.90 c205.684.82 a188.367.10 ab180.0014.36 bc表4 不同滴灌量下产量性状差异茎粗/cm单株籽粒重/gStem diameterPlant seed weight0.920.08 b27.931.51 d0.950.01 b29.912.43 d0.960.03 b37.441.65 c0.980.02 b43.900.40 b1.120.06 a49.901.48 a1.000.04 b44.451.81 b光合速率/mol/(m?s)P14.861.06 b13.630.74 bc10.581.31 d16.801.34 a14.550.78 bc12.851.03 c.粒干物质积累，在不同滴灌量下，W5、W 4、W 3 和W1处理单株籽粒重差异显著（PW6W3=W4W2W1,W5处理较W1和W3处理显著提高39.04%和3 3.8 9%，表明在藜麦苗期、分枝期和灌浆期分别进行灌溉可有效提高作物水分利用效率。千粒重/g产量/(kg/hm)Thousand seed weightYield3.080.04 c1 256.8067.86 d3.100.07 c1 346.00109.14 d3.120.02 c1 685.0074.30 c3.150.01 c1 975.3317.91 b3.430.01 a2 245.6066.76 a3.250.02 b2 000.4081.38 b蒸腾速率/mmol/(ms)T,4.350.07 b3.410.03 c2.340.09 d6.610.14 a4.330.10 b3.340.05 c1期韩云飞等：不同滴灌处理对藜麦生长及光合特性的影响1098.00a7.00C(cuy.uu)/率(6.005.004.003.002.001.000.00Figure 5 Water use efficiency of quinoa under different drip irrigation2.5不同滴灌量下藜麦农艺性状及光合特性同产量相关关系通过对藜麦生长发育、叶片光合特性和产量相关指标进行相关性分析(表5)可知，作物产量形成与水分供应呈显著正相关，同时，灌溉量会直接影响植株叶片胞间CO2浓度、气孔导度和水分利用效率；光合性能直接决定植株叶片生长和干物质积累，叶片胞间CO2浓度和植株干物质积累量、叶面积指数呈极显著正相关；植株光合性能相关指标间也存在不同程度相关性,其中叶片光合速率和蒸腾速率、气孔导度呈极显著正相关；叶片水分利用效率同胞间CO2浓度、气孔导度、光合速率和蒸腾速率呈显著负相关,结合光合性能测定时间和灌水量来看，一定程度的亏缺灌溉可有效提高植株叶片水分利用效率。3讨论作物与外界进行物质、能量交换过程决定植株形态建成、营养生长和生殖生长 2 1,水作为物质合成、转运和运输的载体 2 2 ,直接影响植株生长发育和产量形成。本研究表明，开花期前不进行灌溉处理，藜麦干物质积累量、叶面积指数和茎粗显著下降，说明分枝期和显穗期是藜麦需水的关键时期，这与杨bCdW1W2图5不同滴灌量下藜麦水分利用效率瑞萍 2 3 的相关研究结果一致。在灌浆期进行灌溉,藜麦单株籽粒重、产量在不同处理间差异显著，W5处理单株籽粒重、产量较W1处理分别显著提高78.66%和7 8.6 8%,这与刘帅康等 2 4 1对冬小麦的研究结果相似；相反，除灌浆期外，藜麦茎粗和千粒重对水分调控的响应较小，这与刘丽云等 2 5 的研究结果一致，这可能与在灌浆期进行补水后藜麦近穗部叶因灌水后仍保持叶片活力，保证干物质向籽粒转运有关。光合作用是植物代谢所特有的生理功能，水分作为作物光合作用的重要原料，直接或间接影响光合产物的转运 2 6-2 7 。相关研究表明，亏缺灌溉条件下，藜麦光合速率、蒸腾速率和气孔导度会显著下降，叶片水分利用效率显著升高 2 8 ,本研究得出一致结论，藜麦进人生长旺盛期，随滴灌量增加植株叶片光合速率(P,）蒸腾速率(T)和气孔导度(G,)呈下降趋势，且均以W4处理表现最好；适宜的低水分会显著提高叶片水分利用效率，因在亏缺灌溉下藜麦仍能较好地保持气孔开度，这与藜麦特殊的生理结构及作物系数低、蒸腾量小有关,具体的生理生化机制、水分调控对藜麦生长发育的影响，须其他科研工作者深人研究。W3处理TreatmentW4W5W6110北方农业学报52卷表5不同滴灌量下藜麦农艺性状及光合特性同产量相关关系矩阵Table 5 Correlation matrix of agronomic traits and photosynthetic characteristics with yieldof quinoa under different drip irrigation干物质积累量叶面积指数胞间CO2指标Dry matterIndicatoraccumulation干物质积累量 Dry matter accumulation1叶面积指数Leaf area index0.700*胞间CO,浓度 C0.582*气孔导度G0.333光合速率P,0.307蒸腾速率T0.307水分利用效率Wateruse efficiency-0.275灌水量Irigation volume0.386产量Yield0.111注：*表示在0.0 1水平下相关性极显著；*表示在0.0 5水平下相关性显著。Note:*indicates extremely significant correlation at 0.01 level;*indicates significant correlation at 0.05 level.4结论灌溉量为13 50 m%hm且在藜麦苗期(4 50 m%hm)、分枝期（4 50 m/hm）、灌浆期（4 50 m/hm)分别灌溉气孔光合蒸腾水分利用效率灌水量产量Leaf area浓度导度速率速率WateruseIrigaion ieldindexP,10.673*10.436*0.438*10.330.2810.3040.412*0.529*0.686*1-0.272-0.459*-0.498*-0.407*0.3810.458*0.476*0.2780.1190.085的方式为阴山北麓地区种植藜麦的最优灌溉措施。该措施下，可显著提升藜麦干物质积累量及叶片光合特性，可提高水分利用效率3 0%以上，同时也可为藜麦在阴山北麓地区大规模种植提供技术指导。T,0.582*1*-0.721*0.3500.2550.124efficiency1-0.406*0.072-0.144volume10.728*1参考文献：1邵瑞鑫，李蕾蕾，郑会芳，等.外源一氧化氮对干旱胁迫下玉米幼苗光合作用的影响J中国农业科学，2016,49(2):251-259.2山仑，吴普特，康绍忠，等.黄淮海地区农业节水对策及实施半旱地农业可行性研究J中国工程科学，2011,13(4):37-42.3康文钦，杜磊，于利峰，等.阴山北麓地区降水特性和作物需水耦合关系分析：以武川县为例 J.北方农业学报,2 0 2 0,4 8(5):8 3-8 9.4秦永林,井涛，康文钦，等.阴山北麓马铃薯在不同灌溉模式下的水肥效率 J.中国生态农业学报，2 0 13,2 1(4):426-431.5 JACOBSEN S E,MUJICA A,JENSEN C RThe resistance ofquinoa（Ch e n o p o d i u m q u i n o a W i l l d)t o a d v e r s e a b i o t i 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