水肥耦合对芒果光合特性和产量及水肥利用的影响

2019-10-10 02:20刘小刚孙光照彭有亮杨启良何红艳
农业工程学报 2019年16期
关键词:冠层利用效率水肥

刘小刚,孙光照,彭有亮,杨启良,何红艳

水肥耦合对芒果光合特性和产量及水肥利用的影响

刘小刚1,孙光照1,彭有亮1,杨启良1,何红艳2

(1. 昆明理工大学农业与食品学院,昆明 650500;2. 云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所,保山 678025)

为探明干热区芒果高效生产的水肥耦合模式。以4a生芒果树(贵妃芒)为研究对象,采用4因素3水平正交试验设计,共9个处理。试验4因素为3个生育期施肥量(花芽分化期:FⅠ、开花期:FⅡ、果实膨大期:FⅣ)和灌水水平。3个施肥水平分别为高肥(F75)、中肥(F50)和低肥(F25),3个灌溉水平分别为充分灌溉(FI)、轻度亏水灌溉(DIM)和重度亏水灌溉(DIS)。分析芒果冠层结构、光合特性、产量及水肥利用效率对水肥调控的响应规律。结果表明,与充分灌溉相比,重度亏水显著减少叶面积指数、净光合速率(15:00除外)、蒸腾速率、气孔导度和羧化效率(<0.05)。在果实膨大期施肥之后,T8处理(FIFⅠ50FⅡ25FⅣ75)叶面积指数和蒸腾速率最大;T6处理(DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50)11:00的净光合速率和羧化效率均高于其余处理;此外,大多轻度亏水灌溉下11:00的叶片瞬时水分利用效率显著大于充分灌溉(<0.05)。在全生育期定量施肥条件下,增加芒果花芽分化期和果实膨大期肥料占比,充分灌溉能提高产量和肥料利用效率,而轻度亏水灌溉能提高灌溉水分利用效率。T8处理的产量(14 480.46 kg/hm2)和肥料偏生产力(96.54 kg/kg)最大,T6处理的灌溉水分利用效率(6.67 kg/m3)最高。由极差分析可知综合影响产量和水肥利用的各因素依次为:灌溉水平、开花期施肥、果实膨大期施肥和花芽分化期施肥。综合评分法表明,水肥耦合的最优模式为轻度亏水灌溉、花芽分化期高肥、开花期低肥和果实膨大期中肥组合(DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50)。该研究结果可为干热区芒果水肥管理提供科学依据。

灌溉;施肥;产量;正交设计;综合评价;干热区

0 引 言

芒果(L.)是世界五大热带水果之一,素有“热带果王”之美誉。截至2015年,中国芒果种植面积17.32万hm2,年总产量143.66万t,均居世界第7位。其中云南省芒果种植面积3.2万hm2、年总产量27.94万t,均位列全国第3位[1]。云南省芒果在红河、澜沧江、金沙江和元江等干热河谷区栽培面积大,经济效益显著,是当地特色优势农产品[1-2]。但因干热区季节性干旱突出,降雨量少且分配不均以及水肥管理粗放导致芒果产量不稳定[3-5]。因此,构建合理的水肥管理模式是保证干热区芒果高效生产和可持续发展的前提。

水肥是影响作物生长、光合特性以及生产效益的重要因素,协调好水肥关系有利于促进作物生长,改善叶片光合特性,提高作物产量和水肥利用效率[6-11]。研究发现亏水会导致作物叶片气孔关闭、光合速率下降,引起体内的激素、合成酶和可溶性物质含量的变化,降低植株体内水分传导,进而使其生长受到抑制[10-13]。Santos等[14]发现,重度亏水将导致芒果开花期和果实分化期叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度减小,从而抑制其光合生产力,最终造成产量下降。另有研究发现轻度亏水能提高作物根系对水分和养分的吸收,而且能协调作物的营养生长和生殖生长,达到节水增产的目的[15-17]。

作物不同生育期对养分需求存在差异,进行分期追肥能改善作物的生长状况并提高产量[18-19]。分期施钾肥能够改善作物叶片光合特性,提高淀粉合成过程中相关酶的活性,增加淀粉累积量以及提升其转移速率,从而提高产量和钾素利用率[20]。减量多次追施氮肥能有效地满足作物对氮素的吸收和利用,并且能促进后期的光合产物向收获器官转移,同时又可以减少氮肥损失量及盈余量,降低对环境的负面效应[21]。研究发现增加开花期土壤全氮含量和果实膨大期土壤速效磷、钾含量均能显著提高芒果坐果率、单果质量、产量以及提高肥料利用效率[4,22]。

适宜的水肥供给是芒果优质高产的基本保障[10,22]。灌溉和施氮量增加组合能显著提升芒果叶片含氮量,而单一增施氮对其影响不明显[8]。在灌溉施肥条件下,分期追肥与不同生育期肥料分配比例显著影响作物根区土壤养分有效性,提高作物对养分吸收积累与利用,同时促进光合产物积累以及合理有效分配,从而提高产量和水肥利用效率[21,23-24]。在一定范围内,水肥对作物生长、产量的影响具有相互促进的关系,合理有效的水肥调控是实现作物优质高产的前提[7]。目前,关于灌溉施肥或不同生育期施肥量分配对芒果生长、产量及水肥利用的影响研究较少,且水肥耦合效益的评价指标比较单一,很难找出综合效益最佳的灌溉和施肥参数及耦合模式[9,25]。

本文以综合提高芒果产量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力为目标,研究灌溉水平与肥料分期追施量耦合对干热区芒果冠层结构、光合特性、产量及水肥利用的影响。运用综合评价方法寻找芒果节水增产的最优组合,旨在探索干热区芒果高效高产的水肥耦合策略。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

大田试验于2018年1—7月在云南省玉溪市元江县甘庄农场进行(102°00'32''E,23°40'42''N,海拔660.054 m)。试验区属典型的亚热带干热河谷气候,年均温度24 ℃,无霜期日数200~364 d,年均降雨量700~900 mm,年均蒸发量3 000~4 200 mm。试验期间基本气象资料如图1a、b、c所示。土壤类型为红壤土,pH 6.46,有机质10.12 g/kg,碱解氮60.21 mg/kg,有效磷30.34 mg/kg,速效钾118.51 mg/kg。以4 a生芒果树(贵妃芒)为研究对象,地径60~85 mm,树高1.8~2.0 m,株行距3 m×4 m。

1.2 田间试验布置

田间灌溉系统设有水泵取水装置、干管、支管、毛管(PE管,壁厚1 mm,直径16 mm)和滴头(压力补偿式,工作压力为0.1~0.3 MPa,滴头流量为3 L/h)。毛管铺设为1行2管,与树间距为10 cm。以树杆为中心在每根毛管上安装2个滴头,即每棵树设有4个滴头,滴头间距为40 cm。试验小区设水表控制灌水量。

1.3 试验设计

将芒果生育期划分为5个阶段[26]:花芽分化期(Ⅰ:1月10日—2月17日)、开花期(Ⅱ:2月18日—3月20日)、坐果期(Ⅲ:3月21日—4月12日)、果实膨大期(Ⅳ:4月13日—6月2日)、成熟期(Ⅴ:6月3日—7月10日)。参考当地芒果水肥管理经验,采用4因素3水平正交试验设计,选用L9(34)正交表(见表1),设花芽分化期施肥(FⅠ)、开花期施肥(FⅡ)、果实膨大期施肥(FⅣ)、灌溉水平(I)4个试验因素。3个施肥水平分别为高肥(F75:75 kg/hm2)、中肥(F50:50 kg/hm2)和低肥(F25:25 kg/hm2)。3个灌溉水平分别为充分灌溉(FI:100%ETc)、轻度亏水灌溉(DIM:75%ETc)和重度亏水灌溉(DIS:50%ETc)。完全随机组合设计,共有9个处理,每个处理重复3次,每4棵树为1个处理(小区面积=8 m×6 m),共108棵。供试肥料为大量元素水溶肥(N:P:K=20%:20%:20%,雪绿丰,赛固特生物科技有限公司)。FⅠ、FⅡ和FⅣ分别于1月15日(开花前第34天)、3月4日(开花后第15天)和4月28日(开花后第70天)进行滴灌施肥。果园剪枝、除草和病虫害防治等田间管理措施与当地果农习惯保持一致。

图1 试验期间最高温度和最低温度、相对湿度和风速、降雨量和参考作物日蒸发蒸腾量

表1 试验因素及正交设计表

注:(1)、(2)、(3)表示试验因素的水平; ETc表示作物需水量,mm。

Note: (1), (2), (3) mean the serial number for experimental factors level in the orthogonal design; ETcindicates crop water requirement, mm.

根据Food and Agriculture Organization-56推荐的Penman-Monteith公式估算参考作物蒸发蒸腾量(ET0)[27]。采用ET0和作物系数(K)的乘积计算作物需水量(ETc)。参考Levin等[28]研究结果,花芽分化期和坐果期K=0.70、开花期和成熟期K=0.80、果实膨大期K=0.85。结合降雨量与ETc确定灌水量,试验期间累计灌水量如图2所示。灌水周期约为15 d,单个周期内灌水量(periodic irrigation amount)按公式(1)计算。

式中PIA为单个周期内灌水量,m3;ETct为第t天作物需水量,mm;n为灌水周期,d;Pt为第t天降雨量,mm;S为面积,m2。

1.4 测试项目及方法

1.4.1 冠层结构和光合特性

冠层结构和光合特性于开花后(days after flowering, DAF)进行阶段性的测定[10]。在DAF第20天(开花期)、70天(果实膨大期)和120天(成熟期)采用植物冠层分析仪(Win SCANOPY 2016a)测定冠层结构。以距树干15 cm,高度30 cm为拍摄点,保持水平拍摄,且在树东、西两面各拍摄2张照片,即每棵树4张。使用植物冠层分析软件(The Win SCANOPY Software)对照片进行分析从而获取相关参数,即叶面积指数(LAI)、冠层顶部和底部辐射强度,均取平均值(=4)。冠层透光率(LT)和消光系数()分别由(2)和(3)式计算[29]。

式中LT为透光率,%;为消光系数;LAI为叶面积指数;RI0为冠层顶部辐射强度,mol/(m2·d);RI为冠层底部辐射强度,mol/(m2·d)。

在DAF第45天(坐果期)、80天(果实膨大中期)、101 d(果实膨大后期)、132天(成熟期)采用便携式光合仪(Li-6400)在自然光照条件下测定11:00和15:00的叶片光合特性,包括净光合速率(P)、蒸腾速率(T)、气孔导度(g)、胞间CO2浓度(C)。每个处理3个重复,每个重复测定3次。羧化效率(CE)为净光合速率与胞间CO2浓度的比值,叶片瞬时水分利用效率(LWUE)为净光合速率与蒸腾速率的比值[6]。

1.4.2 产量和水肥利用

芒果成熟后以小区为单位进行采收,称重法测定产量(折算成公顷产量)。灌溉水分利用效率(IWUE)和肥料偏生产力(FPP)分别由公式(4)和(5)计算[9]。

式中IWUE为灌溉水分利用效率,kg/m3;为总产量,kg/hm2;为累积灌水量,m3。

式中FPP为肥料偏生产力,kg/kg;为总施肥量,kg/hm2。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2016软件进行数据统计分析和制图,用SPSS 21软件进行方差分析(ANOVA),多重比较采用Duncan法(=0.05)。

以产量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力为评价指标,用综合评分法分析多指标正交试验结果,确定试验最优组合。

2 结果与分析

2.1 水肥调控对芒果冠层结构的影响

灌溉水平与肥料分期追施量耦合对叶面积指数(LAI)、透光率(LT)和消光系数()影响均显著(<0.05)。由表2可知,LAI和随DAF的增加而增加,而LT随DAF的增加而减少。第3次施肥之后,T8处理的LAI和最大,T6处理次之,T3处理最小。另外,T3处理的LT显著高于其余处理,且T8处理的LT最小。当DAF为120 d时,与T3相比,T8处理LAI和分别显著增加32.64%和31.34%(<0.05),而LT显著减少50.95%(<0.05)。与充分灌溉相比,重度亏水显著减少LAI和(<0.05)。由上述得,T8处理有利于提高叶面积指数和冠层截获光能的能力。

表2 水肥调控对芒果冠层结构的影响

注:不同小写字母表示不同处理间在=0.05水平差异显著,下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference between treatments (=0.05), the same below.

2.2 水肥调控对芒果光合特性的影响

灌溉水平与肥料分期追施量耦合对净光合速率(P)、蒸腾速率(T)、气孔导度(g)、胞间CO2浓度(C)、羧化效率(CE)和叶片瞬时水分利用效率(LWUE)影响均显著(<0.05)。由表3可知,芒果11:00的PTg和CE随开花后天数(DAF)增加呈先减少后增加再减少的趋势。15:00的g与CE随DAF变化规律和11:00相同,而T随DAF先增加后减少。除T1、T3处理外,其余各处理11:00和15:00的LWUE随DAF增加而逐渐减少。大多处理11:00的Pn、CE和LWUE明显大于15:00,这表明11:00具有较大的光合生产潜能。

与充分灌溉相比,重度亏水减少11:00的PTg和CE,但能提高LWUE。大多DIM下的LWUE显著大于FI(<0.05)。果实膨大期施肥(DAF=70 d)之后,T6处理11:00的P和CE均高于其余处理,而T9处理15:00的P和CE均高于其余处理;在11:00和15:00 中T8处理的T最大,同时T6处理的g最大,且T6与T8对g的影响无显著性差异(>0.05)。

2.3 水肥调控对芒果产量和水肥利用的影响

由表4可知,灌溉水平与肥料分期追施量耦合对单株果实数量、单果质量、产量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力影响显著(<0.05)。水肥调控下T8处理的产量(14 480.46 kg/hm2)和肥料偏生产力(96.54 kg/kg)最大,T6处理灌溉水分利用效率(6.67 kg/m3)最高。随亏水程度加剧,单株果实数量基本呈减少趋势,单果质量则大体呈增加趋势。在全生育期定量施肥条件下,增加充分灌溉下花芽分化期和果实膨大期肥料占比能提高产量和肥料偏生产力,而增加轻度亏水灌溉下花芽分化期和果实膨大期肥料占比能提高灌溉水分利用效率。与T1相比,T2和T3处理增加产量分别为24.48%和36.56%,提高灌溉水分利用效率分别为24.61%和36.58%,减少肥料偏生产力分别为37.77%和54.51%。

2.4 水肥调控下芒果产量、水肥利用的综合评价

以芒果产量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力为评价指标,运用综合评分法寻找最优试验处理组合(表5)。采用客观赋权的变异系数法计算各评价指标的权重,经计算得产量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力的权重分别为0.408、0.202和0.390。

由表5可知,不同评价对象综合得分由高到低依次为T6、T8、T4、T7、T9、T5、T1、T2、T3。4个试验因素中,灌溉水平(I)、花芽分化期施肥(FⅠ)、开花期施肥(FⅡ)和果实膨大期施肥(FⅣ)极差值分别为1.57、0.13、0.43和0.26。可知因素主次顺序为:I>FⅡ>FⅣ>FⅠ。结果表明,I、FⅠ、FⅡ和FⅣ得分最高的因素水平分别是轻度亏水灌溉(2=2.41)、高肥(3=1.94)、低肥(1=2.12)和中肥(2=1.96),由综合评分法分析得T6处理为最优组合。

表4 水肥调控对芒果产量和水肥利用效率的影响

表5 综合评分法分析正交试验结果

注:K表示总和。

Note:Kmeans the sum.

3 讨 论

干热河谷区季节性干旱突出、水资源短缺,而且生产中不灌溉普遍存在,严重制约该区芒果高效生产。此外,芒果在不同生育阶段需肥量存在一定的差异,为了提高芒果产量及节约资源,结合芒果不同生育阶段的需肥情况对其进行合理的灌溉施肥非常必要。因此,在前人的研究基础上,本研究探讨了灌溉水平与肥料分期追施量耦合对干热区芒果冠层、光合特性、产量及水肥利用的影响。运用综合评分法分析得出了适宜芒果节水高产的水肥策略,以期为干热区芒果高效生产提供科学指导。

叶面积指数与作物光合作用及蒸腾作用密切相关,直接影响其光合生产力以及植株体内水分扩散能力[30]。增加灌水量和氮磷钾平衡施肥均能提高叶面积指数和消光系数,从而增强光合作用进而提升干物质累积量,而重度亏水则显著抑制叶片表面积扩张使得叶面积指数减少[31-32]。本研究也发现随着水分亏缺程度的加剧,叶面积指数和消光系数逐渐减少,而透光率呈相反趋势。此外,全生育期定量施肥中,充分灌溉与FⅠ50FⅡ25FⅣ75组合提高叶面积指数和冠层截获光能的能力,这主要是有效的水肥调控策略能促进芒果生殖生长,可为光合产物的积累和转移提供保障[16]。

本研究发现11:00芒果的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和叶片水分利用效率均比15:00高,其原因是11:00外界环境的光照、湿度和气温适宜,叶肉细胞中糖和淀粉的库储量相对较少,光合产物运输畅通,光合同化效率较高[33],而15:00叶片遭受强光和高温胁迫后,导致水分平衡失调,气孔导度下降,光合酶活性受限,叶肉细胞气体吸收扩散受阻,光合作用下降[10-11,34]。前人发现土壤亏水会诱导植物根部产生激素脱落酸(ABA),并在水分传输作用下通过木质部将此信号传送至树冠从而引发叶片气孔关闭,导致光合速率和蒸腾速率降低[6,35-36]。本研究发现重度亏水显著抑制净光合速率(15:00除外)、蒸腾速率、气孔导度和羧化效率,这可能是干旱胁迫引发芒果产生了类似生理变化所致,另外,各处理中光合参数11:00的变化与15:00存在差异,这主要是下午光合有效辐射过大产生光抑制现象所导致。研究发现灌溉和增施氮肥能够显著提升叶片含氮量,从而增加叶片叶绿素和光合关键酶含量进而改善光合速率[8,34]。另有研究发现合理分配不同生育期施肥量能及时有效地满足植株各生育期对养分的需求[19],减量多次追施钾肥能改善作物叶片光合特性,提高光合产物分配到生殖器官的比例和同化效率[20]。本研究发现,在全生育期定量施肥条件下,轻度亏水灌溉和FⅠ75FⅡ25FⅣ50组合11:00的净光合速率、气孔导度、羧化效率均高于其余处理,这表明合理的水肥耦合模式能促进芒果光合生产力,可为其高产奠定物质基础。

合理灌溉能提高芒果净光合速率和蒸腾速率,增加光合产物累积量,从而实现高产[8]。重度亏水灌溉显著减少植株单株果实数量、果实尺寸和产量,而轻度亏水灌溉能提高水分利用效率[37-39]。本研究也发现,单株果实数量和产量随亏水程度的增加而逐渐减少,以及轻度亏水灌溉和FⅠ75FⅡ25FⅣ50耦合灌溉水分利用效率最高。随着灌水量的减少芒果单株数量逐渐减少,而单果质量逐渐增加。这主要由于单株果实数量影响果实大小,坐果率越高则果实尺寸越小,从而减少单果质量[27]。研究发现施基肥是作物营养生长所需养分的重要来源,而生育期中后期施肥则是实现作物高产的重要保障[40]。减量多次施肥能提高作物根区土壤养分的活性,促进作物对养分的吸收和积累,并且能降低因施肥不当对农业环境造成的负面效应[18,21]。通过合理确定作物养分供应量及不同生育期的供应比例,能够协调营养器官和收获器官的生长及干物质分配,促进光合产物向生殖器官转移,最终实现高产并提高肥料利用效率[20]。本研究发现在全生育期定量施肥条件下,增加花芽分化期和果实膨大期肥料占比,充分灌溉时能提高产量和肥料利用效率,而轻度亏水灌溉时能够提高灌溉水分利用效率。表明合理的分配不同生育期施肥量是实现水肥关系协调的重要措施,而且减量多次追肥能更好的促进作物对水分和养分的吸收,提高作物产量和水肥利用。

不断追求产量最大化的同时提高水肥利用效率是指导农业科学发展的有效途径。本研究以综合提高芒果产量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力为目标,运用综合评分法分析得到T6处理为试验最优组合,即灌溉水平为75%ETc、花芽分化期施肥为75 kg/hm2、开花期施肥为25 kg/hm2和果实膨大期施肥为50 kg/hm2组合。这表明在干热区该组合不但能改善芒果叶片光合速率,促进光合生产力,而且能实现产量和水肥利用综合效益最佳[20,40]。研究结果对干热区芒果高效生产具有一定的实践参考意义。

4 结 论

1)水肥耦合模式对叶面积指数、透光率、消光系数和光合特性影响显著(<0.05)。大多轻度亏水灌溉下11:00的LWUE显著大于FI(<0.05)。T8处理叶面积指数、消光系数和蒸腾速率较大,T6处理11:00的净光合速率、气孔导度、羧化效率较大。

2)T8处理的产量和肥料偏生产力最大,T6处理灌溉水分利用效率最高。全生育期定量施肥中,增加花芽分化期和果实膨大期肥料占比与充分灌溉组合能增加产量和提高肥料偏生产力,与轻度亏水组合能提高灌溉水分利用效率。

3)运用综合评分法得到T6处理为最优组合,各因素主次顺序为:灌溉水平>开花期施肥>果实膨大期施肥>花芽分化期施肥。综合分析干热区芒果节水增产的水肥调控模式为灌溉水平为75%ETc、花芽分化期施肥为75 kg/hm2、开花期施肥为25 kg/hm2、果实膨大期施肥为50 kg/hm2。

[1] 徐磊磊. 2015年芒果产业发展报告及形势[J]. 世界热带农业信息,2016(11):14-26.Xu Leilei. The development report and the situation of mango industry in 2015[J]. World Tropical Agriculture Information, 2016(11): 14-26. (in Chinese with English abstract)

[2] 伍从银,王建芳,白明祥,等. 金沙江干热河谷区芒果产业发展趋势分析[J]. 中国热带农业,2014(2):15-18. Wu Congyin, Wang Jianfang, Bai Mingxiang, et al. Analysis on the development trend of mango industry in dry and hot valley of Jinsha Rive[J]. China Tropical Agriculture, 2014(2): 15-18. (in Chinese with English abstract)

[3] Liu Xiaogang, Qi Yuntao, Li Fusheng, et al. Impacts of regulated deficit irrigation on yield, quality and water use efficiency of Arabica coffee under different shading levels in dry and hot regions of southwest China[J]. Agricultural Water Management, 2018, 204: 292-300.

[4] 臧小平,林兴娥,周兆禧,等. 不同施肥方案对芒果果实品质与土壤肥力的影响[J]. 亚热带植物科学,2015,44(2):146-149. Zang Xiaoping, Lin Xing’e, Zhou Zhaoxi, et al. Effects of different fertilization treatments on quality of mango fruit and soil fertility[J]. Subtropical Plant Science, 2015, 44(2): 146-149. (in Chinese with English abstract)

[5] Zhang Dong, Wang Chong, Li Xiaolin. Yield gap and production constraints of mango (L.) cropping systems in Tianyang County, China[J]. Journal of Integrative Agriculture & Science Direct. 2018, 17: 3-12.

[6] 张效星,樊毅,贾悦,等. 水分亏缺对滴灌柑橘光合和产量及水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报,2018,34(3):143-150. Zhang Xiaoxing, Fan Yi, Jia Yue, et al. Effect of water deficit on photosynthetic characteristics, yield and water use efficiency in Shiranui citrus under drip irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(3): 143-150. (in Chinese with English abstract)

[7] 李建明,潘铜华,王玲慧,等. 水肥耦合对番茄光合、产量及水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报,2014,30(10):82-90. Li Jianming, Pan Tonghua, Wang Linghui, et al. Effects of water-fertilizer coupling on tomato photosynthesis, yield and water use efficiency[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(10): 82-90. (in Chinese with English abstract)

[8] Ewida S E, Elkashif M, Elamin O. Effects of irrigation, type of fertilizer and nitrogen rate on yield components and total yield of mango (L.) in Abu Karshoula, South Kordofan State, Sudan[J]. Gezira Journal of Agricultural Science, 2013, 11(1): 78-89.

[9] 王振华,扁青永,李文昊,等. 南疆沙区成龄红枣水肥一体化滴灌的水肥适宜用量[J]. 农业工程学报,2018,34(11):96-104. Wang Zhenhua, Bian Qingyong, Li Wenhao, et al. Suitable water and fertilizer amount for mature jujube with drip-irrigation under fertigation in southern Xinjiang sandy area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(11): 96-104. (in Chinese with English abstract)

[10] Santos M R, Donato S L R, Coelho E F, et al. Irrigation deficit strategies on physiological and productive parameters of 'Tommy Atkins' mango[J]. Revista Caatinga, 2016, 29(1): 173-182.

[11] 刘小刚,徐航,程金焕,等. 水肥耦合对小粒咖啡苗木生长和水分利用的影响[J]. 浙江大学学报:农业与生命科学版,2014,40(1):33-40. Liu Xiaogang, Xu Hang, Cheng Jinhuan, et al. Coupling effects of water and fertilization on growth and water use of Coffea arabica seedling[J]. Journal of Zhejiang University: Agric. & Life Sci., 2014, 40(1): 33-40. (in Chinese with English abstract)

[12] Hsiao T C. Plant responses to water stress[J]. Ann, Rev Plant Physoil, 1973, 24: 519-570.

[13] Davies W J, Zhang J. Root signals and the regulation of growth and development of plants in drying soil[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 2003, 42(1): 55-76.

[14] Santos M R, Martinez M A, Donato S L R. Gas exchanges of ‘Tommy Atkins’ mango trees under different irrigation treatments[J]. Bioscience Journal, 2013, 29(5): 1141-1153.

[15] 白羿雄,姚晓华,姚有华,等. 适度水分亏缺管理提高青稞营养品质和环境效益[J]. 植物营养与肥料学报,2018,24(2):499-506. Bai Yixiong, Yao Xiaohua, Yao Youhua, et al. Mild water deficit management to achieve high nutrition quality of hulless barley and environmental benefit[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(2): 499-506. (in Chinese with English abstract)

[16] Dai Zhiguang, Fei Liangjun, Huang Deliang, et al. Coupling effects of irrigation and nitrogen levels on yield, water and nitrogen use efficiency of surge-root irrigated jujube in a semiarid region[J]. Agricultural Water Management, 2019, 213: 146-154.

[17] 武阳,王伟,黄兴法,等. 亏缺灌溉对成龄库尔勒香梨产量与根系生长的影响[J]. 农业机械学报,2012,43(9):78-84. Wu Yang, Wang Wei, Huang Xingfa, et al. Yield and root growth of mature korla fragrant pear tree under deficit irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(9): 78-84. (in Chinese with English abstract)

[18] 侯云鹏,杨晓丹,杨建,等. 不同施肥模式下玉米氮、磷、钾吸收利用特性研究[J]. 玉米科学,2017,25(5):128-135.Hou Yunpeng, Yang Xiaodan, Yang Jian, et al. Research on absorption and utilization characteristics of N, P and K about maize under different fertilization modes[J]. Journal of Maize Sciences, 2017, 25(5): 128-135. (in Chinese with English abstract)

[19] 蒋阿宁,高聚林,管建慧, 等. 变量施肥对开花后冬小麦冠层光辐射性能及产量的影响[J]. 西南农业学报,2015,28(1):255-259. Jiang Aning, Gao Julin, Guan Jianhui, et al. Effects of variable nitrogen application on character of light radiation and yield in canopy of winter wheat after anthesis[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2015, 28(1): 255-259. (in Chinese with English abstract)

[20] 王金强,赵风芹,李欢,等. 甘薯钾肥分期施用研究进展[J]. 作物学报,2017,31(4):448-452. Wang Jinqiang, Zhao Fengqin, Li Huan, et al. Research progress of potassium fertilizer split application on sweet potato[J]. Crop Research, 2017, 31(4): 448-152. (in Chinese with English abstract)

[21] 张鹏飞,张翼飞,王玉凤,等. 膜下滴灌氮肥分期追施量对玉米氮效率及土壤氮素平衡的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2018,24(4):915-926. Zhang Pengfei, Zhang Yifei, Wang Yufeng, et al. Effects of nitrogen topdressing amount at various stages on nitrogen efficiency of maize and soil nitrogen balance under mulched drip irrigation[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(4): 915-926. (in Chinese with English abstract)

[22] Sarker B, Rahim M, Archbold D. Combined effects of fertilizer, irrigation, and paclobutrazol on yield and fruit quality of mango[J]. Horticulturae, 2016, 2(4): 14-24.

[23] 焦婉如,张富仓,高月,等. 滴灌施肥生育期比例分配对榆林市马铃薯生长和水分利用的影响[J]. 排灌机械工程学报,2018,36(3):257-266. Jiao Wanru, Zhang Fucang, Gao Yue, et al. Effects of fertilizer application rate of drip irrigation fertilization in various growing stages on growth and water use efficiency of potato in Yulin City[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2018, 36(4): 257-266. (in Chinese with English abstract)

[24] 池静波,黄子蔚,黄玉萍,等. 滴灌条件下不同产量水平棉花各生育期需肥规律的研究[J]. 新疆农业科学,2009,46(2):327-331. Chi Jingbo, Huang Ziwei, Huang Yuping, et al. A study of pattern of requirement of fertilizer in different cotton development stage under drip irrigation condition[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2009, 46(2): 327-331. (in Chinese with English abstract)

[25] Geng Yanjing, Chen Liang, Yang Chun, et al. Dry-season deficit irrigation increases agricultural water use efficiency at the expense of yield and agronomic nutrient use efficiency of Sacha Inchi plants in a tropical humid monsoon area [J]. Industrial Crops & Products, 2017, 109: 570-578.

[26] 王云惠. 热带南亚热带果树栽培技术[M]. 海口:海南出版社,2006.

[27] Allen R G, Pereiua L S, Raes D, et al. Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements[M]. Rome: FAO, 1998.

[28] Levin A G, Peres M, Noy M, et al. The response of field-grown mango (cv. Keitt) trees to regulated deficit irrigation at three phenological stages[J]. Irrigation Science, 2018, 36(1): 25-35.

[29] 汪涛,黄文江,董斌,等. 基于夏玉米冠层内辐射分布的不同层叶面积指数模拟[J]. 农业工程学报,2015,31(增刊1):221-229. Wang Tao, Huang Wenjiang, Dong Bin, et al. Leaf area index simulation of different layers in summer maize canopy based on photosynthetically active radiation vertical distribution model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(Supp.1): 221-229. (in Chinese with English abstract)

[30] 崔亮,苏本营,杨峰,等. 带状套作大豆群体冠层光能截获与利用特征[J]. 中国农业科学,2015,48(1):43-54. Cui Liang, Su Benying, Yang Feng, et al. Relationship between light interception and light utilization of soybean canopy in relay strip intercropping system [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(1): 43-54. (in Chinese with English abstract)

[31] 沈东萍,张国强,王克如,等. 滴灌量对高产春玉米冠层结构特征及产量的影响[J]. 西北农业学报,2018,27(8):1137-1145. Shen Dongping, Zhang Guoqiang, Wang Keru, et al. Effect of drip irrigation on canopy structure and yield of high-yield spring maize[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2018, 27(8): 1137-1145. (in Chinese with English abstract)

[32] 姚青青,杨涛,马兴旺,等. 水肥调控策略对膜下滴灌棉花冠层结构和产量的影响[J]. 棉花学报,2013,25(1):73-80.Yao Qingqing, Yang Tao, Ma Xingwang, et al. Effects of water and fertilizer regulation strategies on cotton canopy structure and yield under mulch drip irrigation[J]. Cotton Science, 2013, 25(1): 73-80. (in Chinese with English abstract)

[33] 陈华蕊,陈业渊,高爱平,等. 芒果光合特性的研究[J]. 热带作物学报,2010,31(5):729-735. Chen Huarui, Chen Yeyuan, Gao Aiping, et al. Photosynthetic characteristics of mango (L.)[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2010, 31(5): 729-735. (in Chinese with English abstract)

[34] 孙光照,刘小刚,彭有亮,等. 微润管布设方式和施肥水平对蓝莓生长及光合特性的影响[J]. 生态学杂志,2019,38(2):604-611. Sun Guangzhao, Liu Xiaogang, Peng Youliang, et al. Effects of moistube patterns and fertilization levels on growth and physiological characteristics of blueberry[J]. Chinese Journal of Ecology, 2019, 38(2): 604-611. (in Chinese with English abstract)

[35] Davies W J, Zhang J. Root signals and the regulation of growth and development of plants in drying soil[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 2003, 42(1): 55-76.

[36] dos Santos M R, Neves B R, da Silva B L, et al. Yield, water use efficiency and physiological characteristic of “Tommy Atkins” mango under partial rootzone drying irrigation system[J]. Journal of Water Resource and Protection, 2015, 7(13): 1029-1037.

[37] Gonzalez-Dugo V, Ruz C, Testi L, et al. The impact of deficit irrigation on transpiration and yield of mandarin and late oranges[J]. Irrigation Science, 2018, 36(4): 227-239.

[38] Wei Junya, Liu Guoyin, Liu Debing, et al. Influence of irrigation during the growth stage on yield and quality in mango (L.)[J]. Plos one, 2017, 12(4): 1-14.

[39] García-Tejero I, Romero-Vicente R, Jiménez-Bocanegra J A, et al. Response of citrus trees to deficit irrigation during different phenological periods in relation to yield, fruit quality, and water productivity[J]. Agricultural Water Management, 2010, 97(5): 689-699.

[40] Liu Zhaoxin, Gao Fang, Liu Yan, et al. Timing and splitting of nitrogen fertilizer supply to increase crop yield and efficiency of nitrogen utilization in a wheat–peanut relay intercropping system in China[J]. The Crop Journal, 2019, 7(1): 101-112.

Effect of water-fertilizer coupling on photosynthetic characteristics, fruit yield, water and fertilizer use of mango

Liu Xiaogang1, Sun Guangzhao1, Peng Youliang1, Yang Qiliang1, He Hongyan2

(1.650500,; 2.678025,)

Mango (L.) is one of the most important economic crops in dry and hot regions of southwest China. The yield is unstable due to seasonal drought, no irrigation or flood irrigation, and irrational fertilizer. Given the current situation of water and fertilizer supply as well as future scenarios, it is important to delineate strategies for improving water and fertilizer use efficiency and crop productivity. In this study, the native 4-year-old mango (L., cv. ‘Guifei’) was chosen as experiment material. The field experiment was conducted during main growing seasons (from January to July in 2018) in an experimental mango orchard in Yuanjiang Country, Yunnan, China. We investigated the effect of water and fertilizer regulating on canopy structure, photosynthetic characteristics, fruit yield, irrigation water use efficiency (IWUE), and fertilizer partial productivity of mango. The irrigation and fertilizer treatments were designed in orthogonal experiment (L9(34)). Four experimental factor were included the supply fertilizer at the three growth stages (flower bud differentiation stage (FⅠ), flowering stage (FⅡ) and fruit expansion stage (FⅣ)) and irrigation level. Three fertilization levels were 75 kg/hm2(F75), 50 kg/hm2(F50), and 25 kg/hm2(F25), and three irrigation levels were full irrigation (FI-100%ETc, ETcmeans crop water requirement), mild deficit irrigation (DIM-75%ETc), and severe deficit irrigation (DIS-50%ETc), respectively. The results showed that compared with FI, DISreduced significantly LAI, net photosynthetic rate (except for 15:00), transpiration rate, stomatal conductance and carboxylation efficiency (<0.05). After fertilizer application at fruit expansion stage, T8 treatment (FIFⅠ50FⅡ25FⅣ75) had the largest LAI and transpiration rate, and the net photosynthetic rate, stomatal conductivity and carboxylation efficiency at 11:00 of T6 treatment (DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50) were higher than that of other treatments. In addition, the leaf instantaneous water use efficiency (LWUE) at 11:00 of most DIMwas much higher than FI (<0.05). Under the condition of quantitative fertilization in the whole growth period, the increase of the proportion of fertilizer distribution in flower bud differentiation and fruit expansion could increase the fruit yield and the fertilizer partial productivity at FI, and could improve IWUE at DIM. T8 treatment had the largest fruit yield (14 480.46 kg/hm2) and fertilizer partial productivity (96.54 kg/kg), and T6 treatment had the highest IWUE (6.67 kg/m3). The order of factors affecting the fruit yield, water and fertilizer use efficiency was obtained by the range analysisas follows: irrigation level> flowering stage fertilization> fruit expansion period fertilization> flower bud differentiation stage fertilization. The comprehensive scoring method evaluation indicated that, the optimal mode of coupling between variable fertilization at different growth stages and irrigation was irrigation level of 75%ETc, fertilizer rate of flower bud differentiation stage of 75 kg/hm2, flowering stage of 25 kg/hm2, and fruit expansion stage of 50 kg/hm2(DIMFⅠ75FⅡ25FⅣ50). The study results could provide a scientific reference to water and fertilizer managements of mango in dry and hot regions.

irrigation; fertilization; yield; orthogonal design; comprehensive evaluation; dry and hot regions

2019-07-10

2019-08-07

国家自然科学基金项目(51769010,51979133,51469010,51109102)资助。

刘小刚,教授,主要从事节水灌溉理论与新技术研究。Email:liuxiaogangjy@126.com。

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.014

S275.6

A

1002-6819(2019)-16-0125-09

刘小刚,孙光照,彭有亮,杨启良,何红艳. 水肥耦合对芒果光合特性和产量及水肥利用的影响[J]. 农业工程学报,2019,35(16):125-133. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.014 http://www.tcsae.org

Liu Xiaogang, Sun Guangzhao, Peng Youliang, Yang Qiliang, He Hongyan. Effect of water-fertilizer coupling on photosynthetic characteristics, fruit yield, water and fertilizer use of mango[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(16): 125-133. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.014 http://www.tcsae.org

猜你喜欢
冠层利用效率水肥
雅苒致力于推动水肥一体化
“水肥一体”新系统 助力增收有一手
中国耕地低碳利用效率时空演变及其驱动因素
浅埋滴灌下不同滴灌量对玉米花后碳代谢和光合氮素利用效率的影响
密度与行距配置对向日葵冠层结构及光合特性的影响
基于低空遥感的果树冠层信息提取方法研究
卫青萝卜水肥一体化技术试验研究
灌区灌溉水利用效率分析与节水改造研究
基于激光雷达的树形靶标冠层叶面积探测模型研究
不同种植密度和土壤水分条件下大田玉米冠层光结构分析