不同灌水定額對枸杞光合作用及生長特性的影響

馬愛娟，田軍倉,2,3，馬 波,2,3

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程中心，銀川 750021；3. 寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川 750021)

0 引 言

枸杞屬茄科植物，是多年生落葉灌木，主要分布在寧夏、內(nèi)蒙古、新疆等干旱、半干旱地區(qū)，作為栽培作物已有千年的栽培歷史，并具有很強(qiáng)的耐鹽和耐旱性及極高的藥用價值、營養(yǎng)價值[1，2]。武蕾采用正交試驗設(shè)計，在甘肅省景泰縣玉杰農(nóng)貿(mào)有限公司試驗基地，研究了氮磷鉀配施對枸杞生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[3]。周乾在寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園進(jìn)行試驗，研究了不同水氮耦合和地膜覆蓋對枸杞生長、產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響[4]。曾曉春在景泰玉杰枸杞種植園，研究灌溉和覆蓋對枸杞生長及水分利用效率的影響[5]。賀春燕、王有科等，采用5種氮磷鉀施肥配比處理進(jìn)行田間試驗,以傳統(tǒng)施肥配比為對照,在甘肅省景泰縣草窩灘鎮(zhèn)西和村，研究了不同處理對枸杞春梢長度、果實(shí)產(chǎn)量等影響，并篩選景電灌區(qū)枸杞高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)的適宜氮磷鉀施肥配比[7]。徐利崗、杜歷等，采用大田滴灌試驗方法，對干旱區(qū)枸杞滴灌灌溉制度進(jìn)行試驗研究[8]。目前。國內(nèi)主要以不同培肥措施及覆蓋對枸杞生長、產(chǎn)量及品質(zhì)研究較多，但灌水量對枸杞的光合作用研究較少，并且還未見紅寺堡區(qū)滴灌枸杞的文獻(xiàn)報道。紅寺堡區(qū)屬于寧夏中部干旱帶核心區(qū)，水資源短缺，庭院經(jīng)濟(jì)田的農(nóng)業(yè)灌溉用水比較貴，水價為3.0 元/m3，因此本文通過對紅寺堡區(qū)弘德村庭院設(shè)施作物枸杞采用不同的灌水定額對其光合作用、生長特性進(jìn)行研究，為當(dāng)?shù)罔坭降墓?jié)水高產(chǎn)灌溉提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)基本情況

試驗于2015年6-10月在寧夏吳忠市紅寺堡區(qū)弘德村進(jìn)行，紅寺堡區(qū)位于寧夏中部，地處東經(jīng)105°45′～106°31′，北緯37°10′～37°29′，試驗田土壤屬沙壤土，容重為1.35 g/cm3，田間持水率為20.46%(占干土重%)，pH值為8.88，全鹽量為0.38 g/kg，堿解氮為19.25 mg/kg，速效磷7.58 mg/kg，速效鉀98 mg/kg，有機(jī)質(zhì)5.1g/kg。供試作物為紅枸杞寧杞一號。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用對比方法，設(shè)置了3個處理，每個處理3次重復(fù)，9個小區(qū)。目的是確定紅寺堡區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)，并提供理論支持。試驗設(shè)計方案如表1。

表1 適宜的節(jié)水灌溉技術(shù)試驗設(shè)計方案

注：前5次灌相同的水量，灌水定額為75 m3/hm2以保證枸杞苗的成活率。

1.3 試驗實(shí)施

枸杞的種植行距為1.5 m，株距1 m，采用人工栽種的方法，4月中旬栽苗，深度為0.5 m。灌水采用小管出流灌溉，管徑16 mm，滴頭間距100 cm，滴頭流量10 L/h。灌水量用水表控制，其他田間管理措施同大田栽培管理。為了保證枸杞苗的成活率，各處理種植后至初花期采用相同的管理，6月中旬開始進(jìn)行水分控制。

1.4 觀測項目及方法

(1)土壤含水率。灌水前采用TDR(時域反射儀)測量不同深度土壤的含水率，降雨后加測。在距樹根部20 cm處安裝1根土壤水分測管，深度為1 m。觀測深度為地表以下0～20、20～40、40～60和60～80 cm。用TDR測出的土壤含水率為體積含水率，通過計算轉(zhuǎn)化為質(zhì)量含水率。

(2)葉綠素。葉綠素用日產(chǎn)SPAD-501型葉綠素計測定葉片的SPAD-501值，每處理測量3株，每株測量3片葉子取其平均值。

(3)光合作用。每個處理選取3株不同植株生長健康、長勢一致、光照均勻的同位葉片。采用LI-6400便攜式光系統(tǒng)測定儀(LI-COR，Lincoln，USA)，在8∶00-18∶00每隔2h測量1次葉片的生理指標(biāo)，得到光合速率pn[CO2μmol/(m2·s)]、蒸騰速率Tr[H2Ommol/(m2·s)]、氣孔導(dǎo)度Gs[H2Omol/(m2·s)]、胞間CO2濃度Ci[CO2μmol/mol]等參數(shù)。

(4)生長指標(biāo)。每個處理取長勢較為一致的3株樣樹作為觀測株，全年不做任何修剪，6月17號開始測量其新梢長度、地徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理土壤含水率的結(jié)果分析

由圖1看出，處理1的土壤含水率最高為19.68%，最低為12.78%，在0.62～0.96θ田說明處理1的土壤水分剛好滿足作物的需水量要求；處理2的土壤含水率最高為15.38%，最低為12.05%，在0.59～0.75θ田說明處理2的土壤水分比處理1的低，且處理2的土壤水分基本滿足作物的需水量要求；處理3的土壤含水率最高為14.25%，最低為9.94%，在0.49～0.70θ田，說明處理3的土壤水分分別低于處理1及處理2的36%和13%，且處理3的土壤水分不能完全滿足作物的需水量要求。在8月初及9月中旬左右出現(xiàn)了兩個高峰期，處理1的含水率達(dá)到了19.68%，接近了田間持水率，這主要因為在這個階段出了大量的降水，從而導(dǎo)致土壤含水率的急劇增大。

圖1 土壤含水率隨時間變化的曲線

2.2 不同灌水定額對枸杞葉綠素及光合作用的影響

2.2.1 葉綠素

由表2可看出隨著灌水定額的增加，枸杞葉綠素的合成也呈增加的趨勢，說明隨著水分脅迫的增加枸杞葉綠素的合成在減小。開花初期(07-11)處理1較處理2、處理3相比分別增加了7.84%和13.78%，而處理2較處理3相比增加了5.50%，處理1與處理2、處理3間有顯著的差異，處理2與處理3無顯著的差異；不同灌水定額對結(jié)果初期(08-04)及盛果期(08-24)枸杞葉綠素的影響與開花初期基本相同，說明水分脅迫使得枸杞葉綠素的合成受到了抑制，脅迫程度越重，受抑制程度就越重。

表2 土壤水分對枸杞葉綠素的影響 mg/dm2

注：不同字母表示處理間差異在p<0.05下達(dá)顯著水平，下同。

2.2.2 枸杞光合作用

從圖2看出光合速率日變化的曲線為雙峰型，11∶00左右光合速率保持在一個較高的水平上，13∶00左右光合速率出現(xiàn)低谷，證明枸杞也存在光合午休現(xiàn)象，這主要是因為光照、高溫等使得氣孔導(dǎo)度在不同程度上有所關(guān)閉，這與姚春霞等人認(rèn)為作物在午后會產(chǎn)生“午休”的現(xiàn)象一致，以至于光合作用下降[8]；第2個峰值出現(xiàn)在15∶00左右，而后隨著輻射的下降，光合速率也有所下降。不同的灌水量對枸杞的光合速率有明顯的影響，處理1和處理2的光合速率平均值與處理3相比分別增加了52.95%，24.60%。當(dāng)灌水量逐漸減少，光合速率受影響程度也在逐漸減弱，這主要是枸杞受到水分脅迫后，光合作用會下降。

圖2 光合速率的日變化曲線

圖3為紅枸杞蒸騰速率的日變化曲線，枸杞葉片蒸騰速率的日變化呈雙峰型,但總體呈不明顯的下降趨勢。上午隨著氣溫的升高,蒸騰速率均很快增大,但氣溫繼續(xù)升高,出現(xiàn)光合午休,葉片氣孔開張度減小，氣孔阻力加大，蒸騰速率維持在相對較高但較平穩(wěn)的水平上；下午隨著氣溫下降,蒸騰速率也相應(yīng)降低。

圖3 蒸騰速率的日變化曲線

圖4為紅枸杞氣孔導(dǎo)度的日變化曲線，反映了氣孔阻力的大小，此變化曲線與光合速率曲線趨勢相同，也呈雙峰型。氣孔導(dǎo)度最高值出現(xiàn)在11∶00，此時光合速率也是最大值；13∶00左右,枸杞光合午休時段,氣孔導(dǎo)度出現(xiàn)低谷；下午15∶00以后,隨著光照降低，氣孔導(dǎo)度降低。不同的灌水量對枸杞的氣孔導(dǎo)度有顯著的影響。當(dāng)灌水量增加時氣孔導(dǎo)度受影響程度也在逐漸增加。

圖4 氣孔導(dǎo)度的日變化曲線

圖5為紅枸杞的胞間CO2濃度的日變化曲線，這與光合速率的變化趨勢剛好相反，呈先下降再上升的趨勢。這是因為植物光合作用強(qiáng)烈時植株葉片吸收大量的胞間CO2，且光合作用會生成營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致胞間CO2濃度下降。不同的灌水量對枸杞的胞間CO2濃度有明顯的影響，隨著土壤水分的降低，胞間CO2濃度呈增加趨勢，這是因為受水分脅迫的影響，葉肉細(xì)胞利用CO2的能力受到抑制。

圖5 胞間CO2濃度的日變化曲線

2.3 不同灌水定額對枸杞生長特性的影響

不同的灌水定額對枸杞生長狀況有一定的影響，合適的灌水量可以增加枸杞的生長，因此枸杞新梢長度及地徑是衡量枸杞生長發(fā)育狀況的主要指標(biāo)。由表3看出，開花初期(07-11)，隨著灌水定額的增加，新梢長度及地徑均增加，呈正相關(guān)性；處理1的新梢長度與處理2、處理3間達(dá)顯著差異，處理1的地徑與處理2，處理2與處理3均有顯著差異，表明不同的灌水定額對地徑的影響較顯著。不同的灌水定額對結(jié)果初期(08-04)，盛果期(08-24)及秋果采收期(09-12)的枸杞新梢長度及地徑影響與開花初期基本一致。由圖6、圖7看出，在6月20日到7月11日之間，新梢生長速率與地徑生長速率最大，處理1的日均生長量達(dá)到了0.476和0.013 cm，比處理2的日均生長量增加了24.93%和44.44% ，從7月11日開始新梢生長及地徑生長量逐漸下降。說明灌水定額為135 m3/hm2，較適合當(dāng)?shù)氐蔫坭缴L。

表3 土壤水分對枸杞生長特性的影響

圖6 不同時期枸杞的新梢生長速率變化

圖7 不同時期枸杞的地徑生長速率變化

3 結(jié) 語

(1)不同灌水量對枸杞葉綠素有一定的影響，當(dāng)灌水定額為135、67.5 m3/hm2時，整個生育期的枸杞葉綠素平均值分別為57.71、56.20 mg/dm2，與不灌水相比分別增加了15%和12%，說明水分脅迫的增加使得枸杞葉綠素下降幅度也在增大。

(2)不同灌水量對枸杞葉片光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及胞間CO2濃度有顯著的影響。當(dāng)灌水定額分別為135、67.5 m3/hm2時，與不灌水相比，其光合速率的增幅分別達(dá)到了52.95%及24.60%，也就是說枸杞受到水分脅迫后，光合作用會下降；枸杞的胞間CO2濃度的日變化與光合速率的變化剛好相反，呈先下降再上升的趨勢，隨著灌水量的減少，胞間CO2濃度呈增加趨勢；氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率的日變化與光合速率變化的趨勢相同，隨著灌水定額的增加，灌水定額為135 m3/hm2時與不灌水相比，氣孔導(dǎo)度的增幅為108.86%，蒸騰速率的增幅為78.72%。

(3)當(dāng)灌水定額為135、67.5 m3/hm2的新梢生長速率及地徑生長速率均高于不灌水處理；在整個生育階段內(nèi)，在6月20日到7月11日之間，新梢生長速率與地徑生長速率最大，灌水定額為135 m3/hm2的日均生長量達(dá)到了0.476和0.013 cm，比灌水定額為67.5 m3/hm2的日均生長量增加了24.93%和44.44%，說明灌水定額為135 m3/hm2，較適合當(dāng)?shù)氐蔫坭缴L。

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