摘 要：【目的】研究水氮耦合对膜下滴灌红花生长发育、干物质积累量和产量的影响。
【方法】采用裂区试验设计，以灌水量水平为主区。播前施基肥磷酸二铵（总养分64%，N-P2O5=18-46）150 kg/hm2，氧化钾（30%）75 kg/hm2。设灌水量（W）和施氮量（N）2个因素，3个灌水量水平：W1：1 200 m3/hm2（低灌量）、W2：1 500 m3/hm2（中灌量）和W3：1 800 m3/hm2（高灌量）；3个施氮量水平：N0：不施氮（空白）、N1：300 kg/hm2（传统施氮量）和N2：600 kg/hm2（高施氮量）。测定不同处理下红花的农艺性状、干物质积累量和产量，评估不同水氮耦合处理对红花生长发育和产量影响。
【结果】适宜的灌溉量和施肥量对红花生长发育有显著的促进作用，W2N0和W2N1处理下红花的株高、分枝数和叶片数等农艺性状均显著高于其他处理，其中W2N1处理下红花干物质积累速率及积累量、单株果球数和每果粒数均达到最高水平，花丝产量和籽粒产量在W2处理下均比W1和W3处理显著增加了8.09%和20.84%，但在N1和N2处理下差异较小，却均比N0处理显著增加了10.69%和25.66%。
【结论】中灌量和传统施肥量处理W2N1（灌溉量1 500 m3/hm2及施肥量300 kg/hm2）最优，可以促进红花的生长发育、提高水肥利用效率、增加干物质积累、协调产量构成因素，达到高产优质。
关键词：红花；水氮耦合；干物质积累；生长发育；产量
中图分类号：S567 文献标志码：A 文章编号：1001-4330（2024）04-0791-13
0 引 言
【研究意义】土壤水分和营养元素是维系植物生长发育重要的生理因子［1-2］。土壤贫瘠和水分不足影响作物养分的吸收利用［3］。新疆红花（Carthamus tinctorius L.）种植面积占全国红花总种植面积的85%［4-5］。近年来，随着膜下滴灌水肥一体化技术的迅速发展，提高了水肥利用效率，降低水肥管理成本［6］。但在红花生产中尚存在水肥施用不合理等问题，因此，研究水肥耦合对红花主要农艺性状和产量的调控效应，对于筛选适合红花生长发育的水肥施用量、提高水肥利用效率、促进红花高产优质具有重要意义。【前人研究进展】Guo等［7］研究发现，干旱条件下，作物产量及其光合作用受种植密度、水和氮因素的调节。Simkin等［8］通过合理的水和氮管理措施提高水肥的利用效率，是调节作物光合特性、光合产物的积累以及实现作物高产的重要措施之一。魏廷邦等［9］研究发现，生育期减量20%灌水与高施氮量耦合可显著增大密植玉米生育期的净光合速率，进而提高水分利用率和氮肥利用率。尔晨等［10］研究发现，灌溉量和施肥量对棉花生长和产量构成有促进作用，通过提高灌溉量可增产23.2%～31.4%，通过增施氮肥可显著增产12.5%～17.6%。徐彦军等［11］分析发现，棉花在滴灌施氮条件下，棉花各项生理指标随灌溉量和施肥量的增加呈增大趋势，在灌溉量4 650.0 m3/hm2和施氮量600.0 kg/hm2条件下棉花的产量最高。【本研究切入点】目前，有关番茄、果树、玉米、白杨树及肉苁蓉等作物水氮耦合等研究较多［12-15］，而关于红花水氮耦合效应的研究却鲜有报道。目前有关不同水肥耦合模式对红花生长发育、干物质积累和产量形成的调控效应研究尚空白。有必要研究水氮耦合对红花生长发育、干物质积累和产量的影响。【拟解决的关键问题】以红花品种18086为材料，研究不同水肥耦合模式对红花生长发育的调控效应，分析红花不同生育时期干物质积累量、花丝和籽粒产量的变化趋势，制定适合红花生产的节水灌溉高产施肥策略，为红花生产水氮资源的高效利用提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
试验于2020～2021年在新疆塔城地区裕民县霍斯哈巴克乡进行。供试红花品种为18086（新疆农业科学院经济作物研究所提供）。地膜采用普通聚乙烯地膜覆盖。采用输液管模拟滴头灌水，保证每个区均精确控制灌水量与施肥量。采用干播湿出方式播种，株距11 cm，保苗2×104株/667m2。
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
采用裂区试验设计，以灌水量水平为主区。播前施基肥磷酸二铵（总养分64%，N-P2O5=18-46）150 kg/hm2、氧化钾（30%）75 kg/hm2。试验设灌水量（W）和施氮量（N）2个因素，3个灌水量水平：W1：1 200 m3/hm2（低灌量）、W2：1 500 m3/hm2（中灌量）和W3：1 800 m3/hm2（高灌量），分别于伸长期-分枝期、现蕾期-初花期、盛花期、灌浆期-成熟期灌水4次。采用井水灌溉，灌水量由水表控制。3个施氮量水平：N0：不施氮（空白）、N1：300 kg/hm2（传统施氮量）和N2：600 kg/hm2（高施氮量），分别于伸长期、现蕾期和盛花期滴灌施肥。试验设9个处理，每个处理重复3次，共27个试验小区，小区长7 m，宽4 m，小区面积28 m2，处理间间距1 m，走道2 m，试验面积869.4 m2。
1.2.2 测定指标
1.2.2.1 农艺性状
于红花伸长期、分枝期、现蕾期和开花期，每个小区随机选择5株植株，测定其株高、茎粗、根长、叶片数和分枝数等指标。
1.2.2.2 干物质积累量
于红花伸长期、分枝期、现蕾期和开花期，每个小区分别采集5株有代表性植株，剪去植株的根部，放入105℃烘箱中30 min杀青，80℃烘干称干重，保存集中测定。
1.2.2.3 花丝、籽粒产量和品质
于红花成熟期各处理取5株考种，测量单株果球数、每果粒数和千粒重。于红花开花时分别采摘各处理花丝，晾干后记录产量。于籽粒成熟后分别收获各处理籽粒，晒干扬净后测产。
1.3 数据处理
采用Excel 2010和R语言进行数据整理与分析，采用最小显著性差异LSD法进行显著性测验。
2 结果与分析
2.1 水氮耦合对红花生长发育中主要农艺性状的影响
研究表明，随着水氮施用量的增加，红花茎粗、叶片数和分枝数均呈先升后降的趋势，株高随着水氮施用量的增加而提高，根长却随着水氮施用量的增加而持续减少。随着生育进程的推进，红花主要农艺性状均呈“慢-快-慢”的趋势，各处理间农艺性状均具有显著差异，现蕾期后趋于稳定。不同水氮处理间，开花期的红花株高在W3N2处理下达到最高水平，其在W3处理下较W1和W2处理增加了6.70%和3.01%，在N2处理下较N0和N1处理增加了3.75%和9.60%；叶片数在W2N0和W2N1处理下达到最高水平，其在W2处理下较W1和W3处理增加了45.80%和83.31%，在N0和N1处理下较N2处理增加了20.01%和13.20%；分枝数在W2N1处理下达到最高水平，较W2N0和W2N2处理增加了76.82%和93.91%；根长在W1N0处理下达到最高水平；茎粗在W2处理下达到最高水平，不同氮肥处理间显著差异较小。适宜的灌溉量和施肥量能够显著促进红花的生长，其中W2N1处理可显著增加红花茎粗、叶片数和分枝数。表1
2.2 水氮耦合对红花生育进程的影响
2.2.1 红花总干物质积累量和干物质积累速率
研究表明，随着水氮施用量的增加，红花干物质积累速率和积累量均呈先升后降的趋势，两者均在W2N1处理下达到最高水平。随着生育进程的推进，红花干物质积累速率和积累量逐渐增加，均于现蕾期-开花期达到最高水平。苗期-现蕾期的干物质积累速率和积累量差异较小，现蕾期-开花期的干物质积累速率在W2处理下较W1和W3处理增加了77.10%和20.80%，在N1处理下较N0和N2处理增加了13.79%和29.58%；干物质积累量在W2处理下较W1和W3处理增加了29.08%和36.50%，在N1处理下较N0和N2处理增加了11.62%和18.48%。适当增加水氮施用量有利红花的光合作用，增加干物质的形成和积累，以W2N1处理下干物质积累速率和积累量表现最优，但灌溉量和施肥量的过度增加反而抑制光合产物的形成。表2，图1
2.2.2 红花地上部分和地下部分干物质积累分配
研究表明，随着生育进程的推进，红花干物质积累始终以地上部分为主，占总积累的83.33%以上。红花地上部分干物质比例随着生育时期的推进呈逐渐增加的趋势，于开花期趋于稳定。整个生育时期的地上或地下部分干物质比例间差异较小，不同灌溉处理下，开花期的地上部分干物质比例变为W2gt;W1gt;W3；不同施肥处理下，地上部分干物质比例变为N0gt;N1gt;N2。此外，地上部分干物质积累量在W2N1处理比W2N0和W2N3处理增长了93.21%和88.32%，地下部分干物质积累量在W2N1处理比W2N0和W2N3处理增长了101.41%和89.00%。适宜的灌溉量和施肥量能增加红花干物质向地上部分运输，从而促进干物质转运至生殖器官，增加红花产量，以W2N1处理下红花干物质积累与分配表现最优。表3
2.3 水氮耦合对红花产量及其构成因素的影响
研究表明，红花单株果球数、每果粒数、千粒重、花丝和籽粒产量均随着水氮施用量的增加呈先升后降的变化趋势。不同水氮处理间，红花单株果球数在W2处理下较W1和W3处理增加了5.01%和7.23%，在N1和N2处理下较N0处理增加了14.56%和20.81%；每果粒数在W2处理下较W1和W3处理增加了6.78%和4.49%，在N1处理下较N0和N2处理增加了20.16%和16.85%；花丝产量在W2处理下较W1和W3处理增加了20.84%和8.09%，在N1和N2处理下较N0处理增加了20.02%和25.66%；籽粒产量在W2处理下较W1和W3处理增加了16.73%和13.15%，在N1和N2处理下较N0处理增加了10.69%和10.96%；千粒重在不同水肥处理间差异较小，不同灌溉处理下表现为W2gt;W1gt;W3，不同施肥处理下表现为N0gt;N1gt;N2。适当增加水氮施用量有利于协调红花产量构成因素，显著增加红花花丝和籽粒产量，以W2N1处理下红花产量及其构成因素综合表现最优，其能显著增加红花单株果球数、每果粒数、千粒重、花丝和籽粒产量。表4
2.4 水氮耦合条件下红花产量及构成因素的相关性
研究表明，不同水氮处理下，红花花丝产量与单株果球数和每果粒数均呈显著正相关，籽粒产量与单株果球数、每果粒数和千粒重均呈显著正相关。单株果球数与每果粒数、千粒重、花丝和籽粒产量均呈显著正相关，花丝和籽粒产量均与单株果球数和每果粒数呈显著正相关，产量构成因素对花丝产量的影响大小为单株果球数gt;每果粒数，对籽粒产量的影响大小为单株果球数gt;每果粒数gt;千粒重。在红花栽培过程中，增加红花单株果球数和每果粒数是提高红花产量的主要途径。图2
3 讨 论
3.1 水氮耦合对红花农艺性状的影响
于景麟等［16］试验发现，保持充足的水分灌溉和相对偏低的施氮量能促进幼年生毛白杨的生长发育。宋明丹等［17］试验发现，适当减量施氮会增强小麦根茎叶的生长，且会延长叶片、茎和叶鞘等的功能期，增加叶绿素含量和光合产物。王国兴等［18］研究发现，过量的灌溉量使作物生育前期营养生长过旺，导致贪青晚熟，在一定程度上抑制了作物的生长和产量的形成。试验研究发现，2020～2021年不同水氮处理下，红花茎粗、叶片数和分枝数均随着水氮施用量的增加呈先升后降的趋势。高水肥（W3N2）处理促进红花的株高生长，在开花期表现为68.1和73.2 cm，低水肥（W1N0）处理促进红花的根长发育，在开花期变为18.4和19.7 cm。红花茎粗、分枝数和叶片数均在W2N1处理下达到最高水平，叶片数在W2处理下较W1和W3处理增加了45.80%和83.31%，分枝数在W2N1处理下较W2N0和W2N2处理增加了76.82%和93.91%。适宜的灌溉量和施肥量有利于红花的生长发育，尤其是W2N1处理下红花的株高、茎粗、分枝数和叶片数等均发育良好，为红花干物质积累和产量形成奠定基础，此结果与前人的研究结果一致。
3.2 水氮耦合对红花干物质积累的影响
通过调节灌溉量和施肥量可以促进或抑制作物的干物质积累［19-20］。吕广德等［21］研究发现，适当的增加灌溉量和施肥量可以显著提高小麦干物质积累量，并促进干物质籽粒运输，有效提高水分和氮素利用率。董合忠等［22］研究发现，无限制的增加水肥施入反而会抑制作物的干物质积累及产量形成，只有保证合适的水氮处理和源－库关系协调，才能获得更高的产量和品质。王东旺［23］也提出，不合理的水肥处理反而导致作物干物质积累失调。试验研究发现，红花干物质积累速率、积累量以及地上部分干物质比例均随着水氮施用量的增加呈先升后降的趋势，干物质积累速率和积累量均在W2N1处理下达到最高水平，水氮施用量的改变对红花干物质形成、积累和分配均有影响。苗期-现蕾期，不同水氮处理下干物质积累速率和积累量差异较小，于开花期后两者均在W2N1处理下到达最高水平，干物质积累速率和积累量在W2处理下较W1和W3处理增加了20.80%～77.10%，在N1处理下较N0和N2处理增加了11.62%%～29.58%。此外，地上和地下部分干物质积累量在W2N1处理比W2N0和W2N3处理增长了88.32%～101.41%。适宜的灌溉量和传统施肥量（W2N1）显著增加红花干物质积累速率，提高红花干物质积累量，并协调地上部分和地下部分干物质分配。此结果与前人的研究结果一致。
3.3 水氮耦合对红花产量的影响
红花产量及其构成因素均随着水氮施用量的增加呈先升后降的趋势，红花单株果球数、每果粒数和千粒重均在W2N1处理下表现出最高水平，花丝和籽粒产量在W2处理下较W1和W3处理增加了8.09%～20.84%，在N1和N2处理下较N0处理增加了10.69%～25.66%。适宜的灌溉量和传统施肥量W2N1可显著增加单株果球数、每果粒数和千粒重，协调红花产量构成因素，从而提高红花花丝和籽粒产量。
4 结 论
不同的水氮耦合模式对红花的生长发育起到促进和协调作用，并影响红花的干物质累积与分配以及产量形成。适宜的灌溉量和传统施肥量W2N1（灌溉量1 500 m3/hm2及施肥量300 kg/hm2）可促进红花的生长发育、增加干物质积累、协调产量构成因素，达到高产稳产的目的。
参考文献（References）
［1］高阳. 土壤水分梯度变化对内蒙古典型草原草本植物形态及成分的影响［D］. 中央民族大学， 2021.GAO Yang. Effects of soil moisture gradient on the morphology and composition of herbaceous plants in Inner Mongolia typical steppe［D］. Beijing： Minzu University of China， 2021.
［2］ 汪粮荐. 中国化学肥料的发展与其农业应用分析［J］. 山西农经， 2018，（10）： 103， 108.WANG Liangjian. Development of chemical fertilizer and its agricultural application in China［J］. Shanxi Agricultural Economy， 2018，（10）： 103， 108.
［3］ 姚俊强， 陈静， 迪丽努尔·托列吾别克， 等. 新疆气候水文变化趋势及面临问题思考［J］. 冰川冻土， 2021， 43（5）： 1498-1511.YAO Junqiang， CHEN Jing， Dilinuer Tuoliewubieke， et al. Trend of climate and hydrology change in Xinjiang and its problems thinking［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2021， 43（5）： 1498-1511.
［4］ 王璐暖， 吴建辉， 何贝轩， 等. 羟基红花黄色素A生物合成途径短链还原酶基因的特征及功能研究［J］. 药学实践杂志， 2022， 40（3）： 218-225.WANG Lunuan， WU Jianhui， HE Beixuan， et al. Characterization and function of short-chain dehydrogenases/reductases in hydroxysafflower yellow A biosynthesis pathway［J］. Journal of Pharmaceutical Practice， 2022， 40（3）： 218-225.
［5］ 刘宁， 刘媛， 潘蕾， 等. 红花的研究进展［J］. 中国医药导刊， 2017， 19（5）： 527-530.LIU Ning， LIU Yuan， PAN Lei， et al. Research progress of safflower［J］. Chinese Journal of Medicinal Guide， 2017， 19（5）： 527-530.
［6］ 唐汉， 王金武， 徐常塑， 等. 化肥减施增效关键技术研究进展分析［J］. 农业机械学报， 2019， 50（4）： 1-19.TANG Han， WANG Jinwu， XU Changsu， et al. Research progress analysis on key technology of chemical fertilizer reduction and efficiency increase［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2019， 50（4）： 1-19.
［7］ Guo Y， Yin W， Fan H， et al. Photosynthetic physiological characteristics of water and nitrogen coupling for enhanced high-density tolerance and increased yield of maize in arid irrigation regions［J］. Frontiers in Plant Science， 2021， 12： 726568.
［8］ Simkin A J， López-Calcagno P E， Raines C A. Feeding the world： improving photosynthetic efficiency for sustainable crop production［J］. Journal of Experimental Botany， 2019， 70（4）： 1119-1140.
［9］ 魏廷邦， 柴强， 王伟民， 等. 水氮耦合及种植密度对绿洲灌区玉米光合作用和干物质积累特征的调控效应［J］. 中国农业科学， 2019， 52（3）： 428-444.WEI Tingbang， CHAI Qiang， WANG Weimin， et al. Effects of coupling of irrigation and nitrogen application as well as planting density on photosynthesis and dry matter accumulation characteristics of maize in oasis irrigated areas［J］. Scientia Agricultura Sinica， 2019， 52（3）： 428-444.
［10］ 尔晨， 林涛， 王家勇， 等. 水氮耦合对棉花干物质积累及产量的影响［J］. 新疆农业科学， 2021， 58（7）： 1187-1196.ER Chen， LIN Tao， WANG Jiayong， et al. Effects of dry matter accumulation and yield components under different irrigation and fertilization treatments［J］. Xinjiang Agricultural Sciences， 2021， 58（7）： 1187-1196.
［11］ 徐彦军， 廉苇佳， 刘翔宇， 等. 水氮耦合对棉田土壤水分时空分布及产量效应的影响［J］. 新疆农业科学， 2022， 59（5）： 1051-1059.XU Yanjun， LIAN Weijia， LIU Xiangyu， et al. Effects of water-nitrogen coupling on soil water distribution and yield in cotton field［J］. Xinjiang Agricultural Sciences， 2022， 59（5）： 1051-1059.
［12］ 邢英英， 张富仓， 张燕， 等. 滴灌施肥水肥耦合对温室番茄产量、品质和水氮利用的影响［J］. 中国农业科学， 2015， 48（4）： 713-726.XING Yingying， ZHANG Fucang， ZHANG Yan， et al. Effect of irrigation and fertilizer coupling on greenhouse tomato yield， quality， water and nitrogen utilization under fertigation［J］. Scientia Agricultura Sinica， 2015， 48（4）： 713-726.
［13］ 刘思汝， 石伟琦， 马海洋， 等. 果树水肥一体化高效利用技术研究进展［J］. 果树学报， 2019， 36（3）： 366-384.LIU Siru， SHI Weiqi， MA Haiyang， et al. Advances in research on efficient utilization of fertigation in fruit trees［J］. Journal of Fruit Science， 2019， 36（3）： 366-384.
［14］ 邹海洋. 西北旱区春玉米滴灌施肥水肥耦合效应研究［D］. 杨凌： 西北农林科技大学， 2019.ZOU Haiyang. Coupling Effects of Water and Fertilizer on Growth of Drip-Fertigated Spring Maize in Arid Northwest China［D］. Yangling： Northwest A amp; F University， 2019.
［15］ 苏欢欢， 李青丰， 董庆， 等. 荒漠肉苁蓉种子生产对水肥耦合效应的响应［J］. 草地学报， 2022， 30（6）： 1468-1474.SU Huanhuan， LI Qingfeng， DONG Qing， et al. Response of seed production of Cistanche deserticola to water and fertilizer coupling effect［J］. Acta Agrestia Sinica， 2022， 30（6）： 1468-1474.
［16］ 于景麟， 刘峰， 贺曰林， 等. 沟灌水氮耦合对毛白杨林木生长及水氮吸收利用的影响［J］. 应用生态学报， 2020， 31（7）： 2314-2322.YU Jinglin， LIU Feng， HE Yuelin， et al. Effects of water and nitrogen coupling under furrow irrigation on tree growth， absorption and utilization of water and nitrogen of Populus tomentosa［J］. Chinese Journal of Applied Ecology， 2020， 31（7）： 2314-2322.
［17］ 宋明丹， 李正鹏， 冯浩. 不同水氮水平冬小麦干物质积累特征及产量效应［J］. 农业工程学报， 2016， 32（2）： 119-126.SONG Mingdan， LI Zhengpeng， FENG Hao. Effects of irrigation and nitrogen regimes on dry matter dynamic accumulation and yield of winter wheat［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2016， 32（2）： 119-126.
［18］ 王国兴， 徐福利， 王渭玲， 等. 氮磷钾及有机肥对马铃薯生长发育和干物质积累的影响［J］. 干旱地区农业研究， 2013， 31（3）： 106-111.WANG Guoxing， XU Fuli， WANG Weiling， et al. Effects of N-P-K and organic fertilizers on growth and dry matter accumulation of potato［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2013， 31（3）： 106-111.
［19］ Chen L， Qiao Z J， Wang J J， et al. Effect of nitrogen fertilizer on the accumulation and distribution of dry matter in broomcorn millet［J］. Agri Sci Tech， 2015， 16： 1425–1428.
［20］ 郭丙玉， 高慧， 唐诚， 等. 水肥互作对滴灌玉米氮素吸收、水氮利用效率及产量的影响［J］. 应用生态学报， 2015， 26（12）： 3679-3686.GUO Bingyu， GAO Hui， TANG Cheng， et al. Response of water coupling with N supply on maize nitrogen uptake， water and N use efficiency， and yield in drip irrigation condition［J］. Chinese Journal of Applied Ecology， 2015， 26（12）： 3679-3686.
［21］ 吕广德， 王超， 靳雪梅， 等. 水氮组合对冬小麦干物质及氮素积累和产量的影响［J］. 应用生态学报， 2020， 31（8）： 2593-2603.LYU Guangde， WANG Chao， JIN Xuemei， et al. Effects of water-nitrogen combination on dry matter， nitrogen accumulation and yield of winter wheat［J］. Chinese Journal of Applied Ecology， 2020， 31（8）： 2593-2603.
［22］ 董合忠， 毛树春， 张旺锋， 等. 棉花优化成铃栽培理论及其新发展［J］. 中国农业科学， 2014， 47（3）： 441-451.DONG Hezhong， MAO Shuchun， ZHANG Wangfeng， et al. On boll-setting optimization theory for cotton cultivation and its new development［J］. Scientia Agricultura Sinica， 2014， 47（3）： 441-451.
［23］ 王东旺. 水肥耦合对机采棉生长及产量的影响研究［D］. 石河子： 石河子大学， 2019.WANG Dongwang. Research on the Effect of Water-fertilizer Coupling on the Growth and Yield of Machine-picked Cotton［D］. Shihezi： Shihezi University， 2019.
