【摘要】：西北干旱地區(qū)菘藍(lán)種植多采用畦灌方式,極大地浪費(fèi)了水資源,且產(chǎn)量和品質(zhì)也不高,導(dǎo)致菘藍(lán)產(chǎn)量與水分利用效率低而不穩(wěn),嚴(yán)重制約了菘藍(lán)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本研究文以菘藍(lán)為研究對象,采用膜下滴灌調(diào)虧灌溉技術(shù),將大田試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合,設(shè)計(jì)四個(gè)土壤水分梯度,分別為充分灌水、輕度水分虧缺、中度水分虧缺和重度水分虧缺,共10個(gè)水分調(diào)控處理,主要研究了調(diào)虧灌溉條件下菘藍(lán)的耗水特征和光合生理生態(tài)指標(biāo)特性,深入分析了不同生育期水分虧缺對菘藍(lán)產(chǎn)量及品質(zhì)的影響機(jī)制,進(jìn)而并進(jìn)行了菘藍(lán)節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)灌溉制度的優(yōu)化。主要研究結(jié)論如下:(1)菘藍(lán)耗水強(qiáng)度呈苗期最小,肉質(zhì)根成熟期較大,而營養(yǎng)生長期和肉質(zhì)根生長期最大的變化規(guī)律。耗水量受水分虧缺影響顯著,其中CK全生育期耗水量最高(2016年374.04mm,2017年381.75mm),其他處理與CK差異顯著,輕中度水分虧缺處理耗水量較CK顯著減少6.74%~14.32%,重度水分虧缺處理耗水量最低(WD8和WD9),顯著降低15.62%~17.69%。輕度水分虧缺對菘藍(lán)的土壤水分影響不顯著(p0.05),但中度和重度水分虧缺會顯著影響根系活動層土壤水分含量,WD3、WD8和WD9處理土壤含水量較CK顯著降低4.53%~8.92%(p0.05)。(2)中度和重度水分虧缺抑制菘藍(lán)的光合作用。與CK相比,輕度水分虧缺的凈光合速率增加1.82%~5.51%,氣孔導(dǎo)度增加2.1%~3.9%,蒸騰速率增加0.9%~4.6%,但與其無顯著差異(p0.05);中度和重度水分虧缺對菘藍(lán)的凈光合速率顯著降低7.8%~19.1%(p0.05),氣孔導(dǎo)度顯著降低5.8%~19.5%,蒸騰速率顯著降低13.6%~26.6%。營養(yǎng)生長期和肉質(zhì)根生長期重度水分虧缺(WD3、WD8、WD9)對菘藍(lán)凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率負(fù)面影響最大。(3)輕度水分虧缺對菘藍(lán)的生長影響不顯著(p0.05),而中度水分虧缺會抑制菘藍(lán)生長,重度水分虧缺顯著影響菘藍(lán)的長勢和干物質(zhì)(p0.05),如株高、莖葉生物量、根干重等顯著小于CK。WD4和WD1處理的根冠比較CK顯著增加23.27%和15.09%,輕度水分虧缺調(diào)節(jié)干物質(zhì)向根部積累而提高根冠比;重度水分虧缺WD8和WD9處理的根冠比較CK顯著降低12.21%和15.89%。中度水分虧缺WD5、WD6和WD7處理的干物質(zhì)積累較CK有所降低,重度水分虧缺均顯著低于CK,降幅12.5%~31.1%。(4)輕度水分虧缺有效提高菘藍(lán)的水分利用效率,并獲得和CK相近的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。輕度水分虧缺(WD1和WD4處理)對菘藍(lán)的產(chǎn)量影響不顯著(p0.05),其他水分虧缺處理均降低菘藍(lán)產(chǎn)量,尤其重度水分虧缺的WD3、WD8和WD9處理的菘藍(lán)產(chǎn)量與CK差異顯著(p0.05),降幅在17.09%~37.42%。CK的總生物量最高,其余各處理的總生物量較CK均降低,降幅0.11%~33.68%。水分虧缺顯著影響菘藍(lán)水分利用效率,輕度水分虧缺的WD1和WD4處理水分利用效率CK顯著增加6.74%~8.45%,而其他處理的水分利用效率均降低,其中WD2、WD3、WD7、WD8和WD9處理的水分利用效率顯著低于CK,降幅6.47%~25.41%。耗水量與產(chǎn)量呈現(xiàn)出二次拋物線關(guān)系,2016年耗水量為370mm時(shí)獲得最大產(chǎn)量8140kg/hm~2,2017年耗水量為381mm時(shí)獲得最大產(chǎn)量8193kg/hm~2,當(dāng)耗水量增加超過這一臨界值,菘藍(lán)的產(chǎn)量達(dá)到最大值而不再增加。(5)通過Blank加法模型和Jensen乘法模型計(jì)算得出菘藍(lán)的水分生產(chǎn)函數(shù)模型的相關(guān)系數(shù)R分別為0.988和0.932,因此,Blank模型和Jensen模型均能較好反映菘藍(lán)產(chǎn)量與耗水量間的關(guān)系,且兩種模型菘藍(lán)各生育階段水分敏感指數(shù)從大到小依次為苗期、肉質(zhì)根生長期、營養(yǎng)生長期和肉質(zhì)根成熟期。(6)菘藍(lán)收獲后土壤中不同水分虧缺處理間堿解氮、速效磷和速效鉀差異顯著(p0.05),重度水分虧缺處理的堿解氮、速效磷和速效鉀與播種前相近,而輕度及中度水分虧缺處理的堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著降低。土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量隨土層深度增加而呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢,在菘藍(lán)營養(yǎng)生長期,水分虧缺不會顯著影響0~20cm土層中土壤真菌和放線菌的數(shù)量(p0.05),且輕度水分虧缺會增加土壤中真菌和放線菌數(shù)量;在肉質(zhì)根生長期,中度和重度水分虧缺不會顯著影響土壤中真菌和放線菌的數(shù)量。土壤中脲酶和蔗糖酶活性隨著土層深度增加呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢,在菘藍(lán)營養(yǎng)生長期,充分灌溉和輕度水分虧缺不會顯著影響0~20cm土層中脲酶活性,且可以提高0~20cm土層中蔗糖酶活性。(7)輕中度水分虧缺處理能夠增加菘藍(lán)中有效成分含量,提高菘藍(lán)品質(zhì),但重度水分虧缺不利于有效成分的積累。水分虧缺處理對(R,S)-告依春含量影響:在營養(yǎng)生長期WD3和WD8、WD9處理的(R,S)-告依春含量較CK顯著降低8.59%~13.23%(p0.05),而在營養(yǎng)生長期和肉質(zhì)根生長期輕中度連續(xù)調(diào)虧有利于(R,S)-告依春含量的提高,處理WD4和WD5較CK顯著增加5.43%~7.94%。水分虧缺處理對靛玉紅影響:在營養(yǎng)生長期和肉質(zhì)根生長期輕中度連續(xù)調(diào)虧有利于靛玉紅含量的提高,處理WD5、WD6和WD7與CK差異顯著,增幅1.7%~5.7%。水分虧缺處理對靛藍(lán)含量影響:在營養(yǎng)生長期和肉質(zhì)根生長期輕中度連續(xù)調(diào)虧有利于靛藍(lán)含量的提高,處理WD4、WD5、WD6和WD7與CK差異顯著,增幅3.6%~9.9%。綜合評價(jià)的計(jì)算表明,輕度水分虧缺處理的WD4和WD1不僅可以獲得較高的產(chǎn)量和水分利用效率,并且有效提高菘藍(lán)的品質(zhì)。(8)以菘藍(lán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(Y)、水分利用效率(WUE)、灌溉水利用效率(IWUE)和(R,S)-告依春為膜下滴灌菘藍(lán)調(diào)虧灌溉的綜合評價(jià)的參評因子IEI,計(jì)算菘藍(lán)不同水分虧缺處理下的綜合指標(biāo)IEI,得出綜合指標(biāo)IEI以輕度水分虧缺處理WD4最高(0.992),WD1次之(0.982);WD4的菘藍(lán)產(chǎn)量與CK無顯著差異(p0.05),但其WUE和IWUE比CK高出8.0%和7.2%。因此,WD4處理為本試驗(yàn)方案下的最優(yōu)灌溉制度。
【圖文】：

1-供水池；2-田間排水溝；3-球形門閥；4-水表；5-干管；6-田埂；7-支管；8-排水干溝；9-排水溝堤；8-田埂（排水溝堤）；10-集水池；11-滴灌帶；12-菘藍(lán)植株；13-排水支溝；14壟溝（兼排水溝）圖2-1 灌溉排水系統(tǒng)布置示意圖Figure 2-1 Layout diagram of the engine Irrigation and drainage system采用人工鋪設(shè)滴灌帶，每個(gè)小區(qū)鋪設(shè)三條滴灌帶，間距 1 m，滴頭間距為 30 cm，灌水時(shí)滴頭平均流量為 2.5 L/h，滴灌管采用分支控制法，即在每個(gè)小區(qū)都安裝一個(gè)控制閥，隨時(shí)控制該小區(qū)的灌水量，壓力表和水表位于滴灌樞紐處，系統(tǒng)工作壓力為 0.1 MPa。滴灌鋪設(shè)完畢進(jìn)行無色地膜覆蓋，地膜寬度 120 cm。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)之間用寬為 60 cm 的薄膜隔開，防止水分地下相互滲流。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)歷年氣象

期和肉質(zhì)根生長期分別受到輕度水分虧缺的 WD4 與中度水分虧缺 WD7 在土層 0~80cm的平均土壤含水量比 CK 也分別降低 7.6%、5.4%。圖3-8 菘藍(lán)不同生育期0～100cm土壤剖面水分變化（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 年土壤水分變化，各生育期末 0～60 cm 土層內(nèi)水分隨土層深度的增加逐漸增大，，且變化幅度較大；60～100cm 土層土壤水分在垂直方向上變化較為平緩。
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S567.239

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本文編號：2620522