更新:灌溉下的豌豆和鹰嘴豆的产量和水分利用
在内布拉斯加州西南部，由于典型的干旱天气条件和7月和8月作物的高用水量(即蒸散或ET)，用有限的水灌溉玉米和大豆是一项挑战。(蒸发蒸腾是指任何表面的蒸发和绿色植被的蒸腾作用造成的水分散失到大气中的现象。)此外，地下水位下降、水资源分配、频繁干旱、灌溉井容量有限以及质地较轻的土壤，常常使内布拉斯加州西南部的农民无法灌溉足够的夏季作物以满足其全部作物用水需求。
实行灌溉作物轮作的替代春季种植作物，如鹰嘴豆和大田豌豆(图1)可提供以下好处:
- 更有效利用春季降水;
- 灌溉系统的能力，以更好地与现有能力保持一致，并满足冬夏作物的峰值ET需求，特别是在同一灌溉系统下种植的情况下;和
- 提高作物水分利用效率;单位蒸散产量)和一年生种植制度的盈利能力。
本项目的目的是调查在灌溉条件下大田豌豆和鹰嘴豆生产的可行性，并评估它们在灌溉种植系统中节水的潜力。具体而言，我们的目标是量化不同灌溉水平下豌豆和鹰嘴豆的产量和CWUE。
研究方法和治疗方法
该大田试验是在2018年生长季期间在格兰特附近的Henry J. Stumpf国际小麦中心进行的。鹰嘴豆和大田豌豆分别采用以下灌溉处理:
- 旱地(干旱，无灌溉)，
- 亏缺灌溉(DI)
- 充分灌溉(FI)。
(下图)该研究地点位于内布拉斯加州西南部的格兰特附近，该地区每年的降水量为16-20英寸。
土壤水分的测量使用中子衰减到5英尺深，以安排灌溉和量化存储的土壤水的变化。ET采用土壤水分平衡计算，即灌溉(I)、降水(P)、深层渗流(DP)和季节土壤水分变化(SWC)的总和。
2018年，豇豆是在3月14日种植，7月16日收获，鹰嘴豆是在3月24日种植，8月17日收获。2019年，豌豆是在3月28日种植，7月17日收获，鹰嘴豆是在4月23日种植，8月10日收获。
研究地点的主要土壤类型是Kuma粉砂壤土，其植物有效水分容量约为每英尺2.2英寸。之前的作物是小麦，种植时土壤接近田间容量。2018年和2019年生长季(3 - 8月)的降水量分别比30年平均水平高5.7英寸和2.5英寸(图2）.
结果
产量响应和用水
与鹰嘴豆相比，大田豌豆耗水少，总产量好，耗水效率高。例如，在2018年的生长季节，旱地鹰嘴豆的产量为53.5蒲式耳/ac，而大田豌豆的产量相近(55.5蒲式耳/ac)，而旱地豌豆的产量减少了3英寸(13.7英寸)。
田间豌豆对灌溉的反应导致作物水分利用增加，产量增加。例如，在亏缺灌溉(1.8-2.3英寸)下，大田豌豆产量增加了4-5单位/公顷。在2018年和2019年的生长季节，在充分灌溉的情况下，额外补充1.8-2.3英寸的水，对作物产量的增加作用不大，甚至没有作用(表1;图3）.
相比之下，灌溉鹰嘴豆会导致产量下降(表1，图3）.2018年，亏缺灌溉(2.2英寸)和充分灌溉(4.4英寸)鹰嘴豆产量分别比旱地少16.5 bu/ac和28.5 bu/ac (表1;图3）.无论灌溉方式如何，2019年鹰嘴豆产量(和ET)都受到Ascochyta blight的严重影响。
对灌溉的负产量反应在植物中并不常见，特别是如果它与植物用水增加相结合;然而，灌溉有可能影响其他限制产量的因素。在我们的研究中，这种反应可能归因于子囊叶枯病发病率的增加。
图3。Grant在2018和2019年生长季节旱地、亏缺和充分灌溉条件下鹰嘴豆和大田豌豆的平均粮食产量(bu/ac)和作物水分利用效率(CWUE)±标准误差(误差条)。(在95%置信水平下，具有相同字母A和AB的每个作物的值没有显著差异(ns)。)
| 作物 | 灌溉 | P (在) |
我 (在) |
罗依 (在) |
DP (在) |
等 (在) |
SWC (在) |
收益率 (bu / ac) |
CWUE (bu / ac) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 豌豆2018 | |||||||||
| 旱地 | 15.7 | 0 | 0 | 2．8 | 13.7 | -3.8 | 56 | 4.08 | |
| 赤字 | 15.7 | 1.8 | 0 | 3．1 | 16.0 | -3.1 | 61 | 3.85 | |
| 完整的 | 15.7 | 3．6 | 0 | 4．0 | 16．5 | 0．8 | 62 | 3.80 | |
| 鹰嘴豆2018 | |||||||||
| 旱地 | 19.6 | 0 | 0．1 | 4．2 | 16.7 | -1.4 | 53 | 3.21 | |
| 赤字 | 19.6 | 2．2 | 0．1 | 3．0 | 19.0 | -0.1 | 37 | 1.95 | |
| 完整的 | 19.6 | 4．4 | 0．1 | 4．6 | 19.9 | -1.5 | 25 | 1．26 | |
| 豌豆2019 | |||||||||
| 旱地 | 11.9 | 0 | 0 | 2．1 | 13.5 | -3.2 | 55 | 4.06 | |
| 赤字 | 11.9 | 2．3 | 0 | 1．2 | 14．4 | -2.7 | 59 | 4．45 | |
| 完整的 | 11.9 | 4．4 | 0 | 1．5 | 15．4 | -1.1 | 57 | 3.70 | |
| 鹰嘴豆2019 | |||||||||
| 旱地 | 11.2 | 0 | 0 | 2．6 | 9．9 | -1.4 | 8．4 | 0.85 | |
| 赤字 | 11.2 | 0．8 | 0 | 3．1 | 10．5 | -1.3 | 6．6 | 0.63 | |
| 完整的 | 11.2 | 1．6 | 0 | 1．7 | 10．7 | -2.1 | 5.9 | 0.55 | |
土壤水分提取模式
大田豌豆有效地利用了剖面中可用的土壤水分，特别是在旱地条件下，观察到水分提取深度达4英尺(约1米)。图4）.用3.8英寸灌溉大田豌豆(即完全灌溉处理)可使水分在土壤剖面更深的地方得到补给(图4）.
鹰嘴豆的土壤水分提取在旱地和灌溉下是相似的，大部分的土壤水分耗竭发生在土壤剖面的顶部2.5英尺(图4）.在旱地和充分灌溉处理中，三英尺以下的土壤水分都得到了补给，这可归因于充沛的降水和早春作物生长缓慢的综合效应(图4）.
结论
这项研究强调了大田豌豆和鹰嘴豆在有限灌溉种植系统中的应用潜力。这两种作物都能有效利用早季降水，在旱地上获得非常好的产量。大田豌豆对光灌量的响应较好。当决定灌溉鹰嘴豆时，也应该考虑子囊叶枯病的潜在发展，因为病害对作物具有毁灭性。(见内布拉斯加州鹰嘴豆枯萎病，G1676)。还需要更多的研究来评估旱年豌豆和鹰嘴豆的反应。
在两种作物之间，大田豌豆具有更高的水分利用效率和从剖面深处提取土壤水分的能力，表明在有限灌溉条件下具有更大的利用潜力。由于季节较短，大田豌豆也比鹰嘴豆有优势，因为它有机会使牧草产量翻倍和/或覆盖作物，并获得额外收入。
确认
感谢内布拉斯加州环境信任他为这项研究和协助这个项目的技术人员贾斯汀·理查森提供了资金支持。