不同灌水量對干旱區(qū)枸杞水分利用效率及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

鄭國保，張彥紅，張源沛，李苗，魏彥宏

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心，寧夏銀川 750002；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院拜城農(nóng)業(yè)試驗站，新疆拜城 842300)

0 引 言

【研究意義】水分管理在枸杞生產(chǎn)管理中占據(jù)重要地位，許多枸杞種植區(qū)仍然沿用傳統(tǒng)的灌水方式漫灌[1]，依靠大量水、肥投入來追求高產(chǎn)，造成了大量水分深層滲漏和肥料流失，水資源嚴(yán)重浪費、水分生產(chǎn)效益低和品質(zhì)差，甚至造成地下水的污染[2]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】許多國內(nèi)外學(xué)者研究表明，適度的干旱有時還可提高產(chǎn)量和質(zhì)量[3]。徐青等[4]研究表明，適度的水分虧缺可以提高枸杞果實藥用成分(枸杞多糖、甜菜堿和β-胡蘿卜素)的含量；馬福生等[5-6]的研究表明，果實成熟期進(jìn)行重度調(diào)虧，改善了棗的品質(zhì)，明顯提高了水分利用效率，確定果實成熟期為實施調(diào)虧灌溉的最佳階段； 晏清洪等[7]研究表明，充分灌溉條件下，采用不同灌溉方式(地表滴灌、地下滴灌與微噴灌)，生育期內(nèi)灌水量較漫灌大幅度減少，不同灌溉方式均不同程度抑制了枝條的生長，在一定程度上改善了果實品質(zhì)；劉賢趙等[8]研究表明，以蘋果為研究材料，采用根系分區(qū)灌溉，可以提高水分利用效率和果實品質(zhì)；杜太生等[9]研究表明，隔溝交替灌溉可提高葉片瞬時水分利用效率；劉明池等[10]研究表明，采用調(diào)虧灌溉，可降低草莓果實含水率，提高水果硬度、可溶性固形物(TSS)含量、維生素C含量以及糖酸比，改善草莓口感； 鄭國琦等[11-12]研究了灌水量對枸杞葉片結(jié)構(gòu)、光合生理參數(shù)、根莖次生木質(zhì)部結(jié)構(gòu)和組成、果實糖積累和蔗糖代謝相關(guān)酶活性，確定900 m3/hm2的灌水量是枸杞較適合的月灌溉定額?！颈狙芯壳腥朦c】目前研究中，不同灌溉技術(shù)對果樹的生長和品質(zhì)方面取得了大量研究成果，但仍然缺少對枸杞節(jié)水灌溉方面的研究，尤其在果實發(fā)育的不同階段，水分對枸杞的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)等鮮見報道。以成齡枸杞為研究對象開展田間試驗，研究不同灌水量對枸杞產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)的影響，為干旱區(qū)枸杞節(jié)水灌溉提供理論依據(jù)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】利用非稱重式蒸滲儀，設(shè)置不同灌水量處理開展田間試驗，分析不同灌水量對枸杞產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)的影響，篩選出利于干旱區(qū)枸杞生長的最佳灌水量。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 枸杞

選用寧夏主栽品種寧杞1號，樹齡5年，該品種耐旱、耐鹽堿。

試驗于2016～2017年在寧夏水利科學(xué)研究院灌溉試驗站進(jìn)行，試驗站地處銀川平原引黃灌區(qū)中部，地理位置為N38°30′06″、E106°07′44″，海拔1 114 m，屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫8.3～8.6℃，平均降水量193～203 mm，年日照時數(shù)2 898～3 040 h，無霜期160 d，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。試驗地土壤類型為壤土，最大田間持水量為22.1%，有機(jī)質(zhì)含量為1.28%，堿解氮34.34 mg/kg，速效鉀100.87 mg/kg，速效磷22.68 mg/kg，土壤全鹽0.34 g/kg。

1.1.2 儀器

研究使用儀器為德國生產(chǎn)的TRIME-FM型時域反射儀(TDR)，國產(chǎn)721型分光光度計。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)4個處理，以習(xí)慣灌水量為對照，其他處理灌水量為對照的2/3、1/2、1/4， 分別記為 L1、L2、L3、L4，重復(fù)3次。各處理灌水時間一致，在萌芽期進(jìn)行春灌，在營養(yǎng)生長與花芽分化期進(jìn)行試驗處理，于10月下旬進(jìn)行冬灌。灌水量用水表控制，其他管理措施同大田。表1

表1 田間試驗灌水時間和灌水量
Table 1 Irrigation time and irrigation amount of test

時期Period灌水時間Date(M/D)灌水量 Irrigation(m3/667 m2)L1(CK)L2(2/3CK)L3(1/2CK)L4(1/4CK)萌芽期 Germination stage4/2580.0080.0080.0080.00營養(yǎng)生長期 Vegetative period5/1580.0053.3040.0020.00盛花期 Full-bloom stage6/1580.0053.3040.0020.00盛果期 Full fruit period7/0580.0053.3040.0020.007/2080.0053.3040.0020.00秋果生長期 Autumn fruit growth period8/2060.0040.0030.0015.00秋果采收期 Autumn fruit harvesting time9/1060.0040.0030.0015.00冬灌 Winter irrigation10/2580.0080.0080.0080.00

1.2.2 調(diào)查內(nèi)容和方法

1.2.2.1 耗水量

由農(nóng)田土壤水量平衡方程計算[14-15]得出：

Etc=ET=I+P-△W-R-S.

式中：ET-農(nóng)田蒸散量(mm)；I-灌水量(mm)；P-降雨量(mm)；△W-土壤貯水量的變化(%)；R-徑流量(mm)；S-土體下邊界凈通量(向下為正，向上為負(fù))，所以變量的單位為mm計。

1.2.2.2 產(chǎn)量

在果實采收期，對每個處理采摘的鮮果經(jīng)晾曬后制成干果，使用電子天平(精度為0.1 g)進(jìn)行稱重并計量，計算出整個生育期內(nèi)枸杞干果總重量(g)。

1.2.2.3 百粒重

在果實采收期，分別對每個處理每次采摘后制干的果實用電子天平(精度為0.1 g)稱量一百粒枸杞干果的重量，每個處理重復(fù)3次。

1.2.2.4 粒度

在果實采收期，分別對每個處理每次采摘后制干的果實用電子天平(精度為0.1 g)稱量50 g枸杞干果，并記錄50 g枸杞干果的粒數(shù)，每個處理重復(fù)3次。

1.2.2.5 果形指數(shù)

在果實采收期，在每個處理每次采摘后的鮮果中選擇代表性的果實15粒，用數(shù)顯型電子游標(biāo)卡尺測量果實的縱徑和橫徑，并計算果實縱徑和橫徑的比值，每個處理重復(fù)3次。

1.2.2.6 枸杞總糖

采用GB/T 18672-2002中所述的菲林還原糖法進(jìn)行測定。

1.2.2.7 枸杞總黃酮

采用紫外分光光度法進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理、制圖采用Microsoft Excel 2000進(jìn)行預(yù)處理，DPS14.50系統(tǒng)進(jìn)行單因素方差分析、最小顯著法(LSD)多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1不同灌水量對枸杞產(chǎn)量和水分利用效率的影響

研究表明，水分對枸杞生長和產(chǎn)量的影響較大，隨著灌水量的降低，虧缺程度加劇，田間蒸騰蒸發(fā)量逐漸降低，產(chǎn)量呈減少的趨勢，且各處理間產(chǎn)量存在顯著差異。經(jīng)方差分析，與對照相比，各處理均減產(chǎn)，產(chǎn)量減少15.38 (L2)、58.59 (L3)和62.15 kg/667 m2(L4)， 降幅分別11.31%(L2)、43.07%(L3)和45.69%(L4)；在枸杞生長過程中，如果植株受到干旱脅迫，將抑制營養(yǎng)生長和生殖生長。L4處理灌水量僅為對照灌水量的1/4，水分利用效率達(dá)0.56 kg/m3，較對照增加75.00%，但產(chǎn)量遠(yuǎn)低于其他處理(減產(chǎn)45.69%)，經(jīng)濟(jì)效益極低，在實際生產(chǎn)中毫無意義；L2處理灌水量僅為對照的2/3，水分利用效率達(dá)0.40 kg/m3，較對照增加25.00%，減產(chǎn)幅度僅為11.31%，基本滿足枸杞生長對水分的需求，提高了水分利用效率。在生產(chǎn)中，既要保證枸杞植株的正常生長、達(dá)到高產(chǎn)，又要發(fā)揮水分生產(chǎn)潛力、實現(xiàn)節(jié)水，453.30 m3/667 m2的灌水量是試驗較適宜的灌水量。圖1

圖1 不同灌水量下枸杞產(chǎn)量和水分利用效率變化
Fig.1 Effect of irrigation amount on water use efficiency

2.2 灌水量對枸杞果實品質(zhì)的影響

2.2.1 灌水量對果形指數(shù)的影響

研究表明，隨著灌水量的降低，虧缺程度的加劇，果實橫徑和縱徑均呈下降的趨勢，果形指數(shù)呈先升高后降低的趨勢，處理間橫徑差異顯著(P>0.05)，果實縱徑差異不顯著(P<0.05)，果形指數(shù)的差異不顯著。減少灌水量降低了枸杞果實的橫徑，而對枸杞果實的縱徑?jīng)]有明顯的影響。表2

表2 不同灌水量下果形指數(shù)變化
Table 2 Effect of irrigation amount on fruit shape index

時期Period處理Treatment橫徑Transverse diameter (mm)縱徑Vertical diameter (mm)果形指數(shù)Fruit shape index夏果Summer fruitL19.04±0.06aA17.90±1.50aA1.98±0.17aAL28.83±0.18aAB17.14±1.00aA2.05±0.07aAL38.20±0.39bAB16.26±0.61aA1.99±0.10aAL47.96±0.06bB17.32±0.77aA2.18±0.11aA秋果Autumn fruitL19.09±0.50aA17.97±2.20aA1.97±0.14aAL28.93±0.14aA18.14±0.36aA2.03±0.06aAL38.54±0.63abA16.73±0.47aA1.97±0.15aAL47.88±0.14bA15.47±0.93aA1.96±0.12aA

2.2.2 灌水量對果實百粒重的影響

研究表明，隨著灌水量的減少，虧缺程度的加重，夏果期果實百粒重呈降低的趨勢，秋果期果實百粒重呈增加的趨勢。生育期內(nèi)，果實百粒重呈先增加后降低的趨勢，采收初期(7月5日)，各處理間果實百粒重差異顯著，L1處理果實百粒重最大(12.98 g)，較其它處理增加13.96%(L2)、36.67%(L3)和61.04%(L4)；盛果期(7月5日至7月30日)，各處理間果實百粒重差異顯著，各處理果實百粒重隨著枸杞生長階段的推進(jìn)呈先增加后降低的趨勢；秋果生長期(8月5日至8月19日)，L1處理果實百粒重達(dá)到最大(14.72 g)，各處理間果實百粒重差異不顯著；秋果采收期(9月1日至10月7日)，各處理隨著枸杞生長階段的推進(jìn)呈降低的趨勢，灌水量為對照的1/2(L3)和1/3(L4)時。圖2

圖2 不同灌水量下果實百粒重變化
Fig.2 Effect of irrigation amount on 100-grain weight of fruit

2.2.3 灌水量對粒度的影響

研究表明，隨著灌水量的減少，虧缺程度的加重，夏果期果實粒度隨著灌水量增加呈降低的趨勢，秋果期果實粒度隨著灌水量的增加呈先增加后降低的趨勢。在采收初期(7月5日)，L1處理枸杞果實粒度最小(385粒)，較L2減少58粒，降幅達(dá)13.77%；較L3減少143粒，降幅達(dá)37.14%；較L4減少236粒，增幅達(dá)61.29%，各處理間果實粒度差異顯著；在盛果期(7月5日至7月30日)，對照果實粒度隨著枸杞生長階段的推進(jìn)呈下降的趨勢，其他處理果實粒度隨著枸杞生長階段的推進(jìn)呈先降低后增加的趨勢，各處理間果實粒度差異顯著；在秋果生長期(8月5日至8月19日)，L1果實粒度達(dá)到最小(338粒)，與其它處理間果實粒度差異不顯著；秋果采收期(9月1日至10月7日)，各處理隨著枸杞生長階段的推進(jìn)呈增加的趨勢，灌水量為對照處理的1/2(L3)和1/3(L4)時。圖3

圖3 不同灌水量下粒度變化
Fig.3 Effect of irrigation amount on particle size

2.2.4 灌水量對枸杞多糖含量的影響

研究表明，水分對枸杞果實中多糖含量的影響較大，隨著灌水量的減少，虧缺程度加劇，枸杞多糖含量呈遞增的趨勢，不論夏果還是秋果，L4處理枸杞多糖含量最高。這是由于隨著枸杞生階段的推進(jìn)，水分脅迫越來越嚴(yán)重，各處理間枸杞果實中糖分積累差異越來越明顯?？梢?，灌水量降低，水分脅迫的程度加重，糖分解受抑制，糖分積累增多。表3

表3 不同灌水量下枸杞多糖含量變化
Table 3 Effect of irrigation amount on wolfberrypolysaccharide content in different picking time

處理Treatment夏果Summer fruit秋果Autumn fruitL110.37±1.15cB13.76±1.15bBL212.65±0.14bcB14.63±0.56bBL313.81±0.88bB15.80±2.16bBL417.89±1.17aA20.75±1.53aA

2.2.5 灌水量對枸杞子總黃酮含量的影響

研究表明，隨著灌水量的減少，虧缺程度加劇，各處理總黃酮含量夏果期明顯高于秋果期，不同時期總黃酮含量均呈降低的趨勢，夏果期總黃酮含量受灌水量影響不大，各處理間差異不顯著；隨著枸杞生長階段的推進(jìn)，各處理間秋果期總黃酮含量差異極顯著。表4

表4 不同灌水量下枸杞子總黃酮含量變化
Table 4 Effect of irrigation amounton total flavonoids content in wolfberry

處理Treatment夏果Summer fruit秋果Autumn fruitL16.89±0.34aA4.72±0.38aAL26.24±0.61aA3.52±0.24bBL36.23±0.29aA3.77±0.37bBL46.04±0.41aA2.71±0.07cC

3 討 論

3.1 枸杞生育期內(nèi)的耗水量受土壤水分的影響較大[13]，灌水可有效補(bǔ)給因植株生長而造成的土壤水分虧缺，灌水量越大，土壤越濕潤，植株的耗水量也就越大。減少灌水量可以降低枸杞蒸騰蒸發(fā)量來獲得較高的水分利用率，但過度缺水會嚴(yán)重降低枸杞產(chǎn)量[14]，在生產(chǎn)中，應(yīng)該找到既能既要保證枸杞植株的正常生長、達(dá)到高產(chǎn)，又要發(fā)揮水分生產(chǎn)潛力、實現(xiàn)節(jié)水，滿足經(jīng)濟(jì)效益最大化的水分利用需求。

3.2 果實是枸杞有效藥用成分的貯藏器官，果實的大小及其主要藥用成分的含量就成為枸杞子質(zhì)量評價的主要指標(biāo)。目前，在寧夏枸杞果實的形態(tài)發(fā)育規(guī)律、果實結(jié)構(gòu)發(fā)育與果實糖分積累的關(guān)系，環(huán)境因子對枸杞產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等方面做了系統(tǒng)研究[15]。枸杞果實品質(zhì)由藥用品質(zhì)和外觀品質(zhì)決定，果實大小與果實發(fā)育期土壤水分關(guān)系密切，單粒干果的大小對枸杞外觀品質(zhì)起主導(dǎo)作用。試驗中，隨著灌水量減低，水分虧缺程度加劇，果實大小下降，這是由于果實發(fā)育期間水分虧缺導(dǎo)致果實組織的細(xì)胞沒有進(jìn)行充分的徑向和橫向生長， 從而導(dǎo)致枸杞果實產(chǎn)量降低。 因此，在田間栽培管理中，要確保果實發(fā)育期有充足的土壤水分。

4 結(jié) 論

4.1 水分對枸杞生長和產(chǎn)量的影響較大，隨著灌水量的降低，虧缺程度加劇，田間蒸騰蒸發(fā)量逐漸降低，產(chǎn)量呈減少的趨勢，且各處理間產(chǎn)量存在顯著差異。在生產(chǎn)中，既要保證枸杞植株的正常生長、達(dá)到高產(chǎn)，又要發(fā)揮水分生產(chǎn)潛力、實現(xiàn)節(jié)水，453.30 m3/667 m2的灌水量是本試驗較適宜的灌水量。

4.2 虧缺灌溉對枸杞果形指數(shù)和枸杞總黃酮含量的影響不顯著，隨著虧缺程度的加劇，果實橫徑、枸杞總黃酮含量和枸杞多糖含量呈下降的趨勢；虧缺灌溉處理的枸杞果實單果鮮重、百粒重和粒度在夏果期隨著虧缺程度的加重呈降低的趨勢，在秋果期隨著虧缺程度的加重呈增加的趨勢，各處理隨著枸杞生長階段的推進(jìn)，果實單果鮮重、百粒重和粒度呈先增加后降低的趨勢。