不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

馬軍勇，鄭國(guó)玉，周建偉，柳智鵬

不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

馬軍勇1, 2，鄭國(guó)玉1, 2，周建偉1, 2，柳智鵬3*

（1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 農(nóng)田水利與土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000；2.農(nóng)業(yè)部作物高效用水石河子科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，新疆 石河子 832000；3.河海大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，南京 210098）

【】探究滴灌條件下適合沙漠綠洲區(qū)棗樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育的灌水下限。采用大田試驗(yàn)，設(shè)置4種不同灌水下限T1、T2、T3和T4（分別為田間持水率的40%、55%、70%和85%），分析其對(duì)棗樹(shù)不同生育階段的光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。灌水下限的降低使得凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度降低，但是會(huì)提高棗樹(shù)的葉片水分利用效率。總體來(lái)說(shuō)，T3處理的凈光合速率值最高，且T2處理的葉片水分利用效率在棗樹(shù)各生育階段均較高。隨著灌水下限的降低，提高了果實(shí)的總糖、可溶性固形物、糖酸比等品質(zhì)指標(biāo)；當(dāng)灌水下限為田間持水率的55%時(shí)，棗樹(shù)的單果質(zhì)量和產(chǎn)量相對(duì)較高，分別為4.43 g和6 832.9 kg/hm2。綜合考慮棗樹(shù)的光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)，建議灌水下限設(shè)置為田間持水率的55%，棗樹(shù)的葉片水分利用效率顯著提高，同時(shí)獲得較好的紅棗產(chǎn)量和品質(zhì)。

凈光合速率；氣孔導(dǎo)度；蒸騰速率；糖酸比；田間持水率

0 引言

新疆地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋、降雨稀少，年降水150 mm，晝夜溫差大、蒸發(fā)強(qiáng)烈，年蒸發(fā) 1 500～3 000 mm[1]，干旱指數(shù)高達(dá)10～15，氣候干旱、生態(tài)脆弱，是中國(guó)典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)[2]。灌溉對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)發(fā)揮著舉足輕重的作用，2018年新疆用水總量為552.33億m3，其中第一產(chǎn)業(yè)用水量高達(dá)514.36億m3，占用水總量的93.13%[3]。因此，提高灌溉水利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的節(jié)水、提質(zhì)、增效，對(duì)干旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義[4]。

灌水下限決定著灌水時(shí)間和作物生育期內(nèi)灌溉定額[5-7]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)甜瓜[8-9]、冬小麥[10-11]、黃瓜[12]、棉花[5, 13-14]等作物灌水下限進(jìn)行了大量研究。趙青松等[12]研究了不同灌水下限處理對(duì)黃瓜穴盤(pán)苗干物質(zhì)積累、根系活力、光合能力及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，結(jié)果表明：以相對(duì)含水率55%作為灌水下限的黃瓜穴盤(pán)苗干物質(zhì)積累量、主根長(zhǎng)、根系活力，光合能力均顯著高于其他處理。袁宇霞等[15]指出適當(dāng)上調(diào)灌水下限可以顯著增加番茄株高、葉面積和干物質(zhì)量，但過(guò)高的灌水下限不利于番茄的生長(zhǎng)、光合速率和產(chǎn)量的提高，還發(fā)現(xiàn)番茄的產(chǎn)量與干物質(zhì)量和葉片的凈光合速率均呈顯著的線性相關(guān)。王京偉等[9]研究了不同灌水下限對(duì)甜瓜的植株生長(zhǎng)、光合效率、生物量、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，發(fā)現(xiàn)灌水下限是影響甜瓜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的重要因素，與田間持水率的60%和80%相比，灌水下限為田間持水率的70%時(shí)，植株平衡生長(zhǎng)，產(chǎn)量比60%時(shí)和80%時(shí)分別提高了22.58%和2.42%。申孝軍等[5]在新疆石河子研究了不同灌水控制下限對(duì)棉花耗水量、品質(zhì)以及水分利用率的影響，研究發(fā)現(xiàn)，蕾期和花鈴期灌水控制下限分別為田間持水率的60%和75%，灌水定額為30 mm處理在節(jié)約灌溉水的同時(shí)提高了籽棉產(chǎn)量并改善了棉纖維品質(zhì)。

現(xiàn)有的灌水下限研究主要集中于棉花等1年生作物，而有關(guān)紅棗等多年生作物的灌水下限研究較少。光合作用強(qiáng)度作為作物重要的生理指標(biāo)，能直接反應(yīng)作物受干旱脅迫程度[16]。因此，本文擬通過(guò)研究不同灌水下限其對(duì)干旱區(qū)灰棗樹(shù)光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，進(jìn)一步探討灌水下限對(duì)多年生棗樹(shù)的影響，為干旱區(qū)棗樹(shù)灌溉制度優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年3—10月在新疆建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)二師38團(tuán)（83°25′—87°30′ E，35°40′—40°10′ N）進(jìn)行。該試驗(yàn)點(diǎn)位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州且末縣西部，降水量少，年降水量18.1 mm，氣候干燥，年蒸發(fā)量2 824 mm，晝夜溫差大，光照時(shí)間長(zhǎng)，年平均氣溫11.0 ℃，全年活動(dòng)積溫4 320 ℃左右，全年有效積溫為2 250 ℃左右。試驗(yàn)區(qū)灰棗樹(shù)在2010年播種，2012年嫁接，行距3 m、株距1 m，樹(shù)勢(shì)均勻，長(zhǎng)勢(shì)較旺。棗樹(shù)灌溉方式為滴灌，滴灌帶布設(shè)方式為1行2管，滴灌帶與棗樹(shù)間距為20 cm，滴頭流量3.2 L/h，滴頭間距30 cm?；覘棃@土壤質(zhì)地為壤質(zhì)砂土，0～100 cm土壤平均干體積質(zhì)量及田間持水率（質(zhì)量含水率，田）分別為1.53 g/cm3和17.10%，地下水埋深2.2 m左右。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)小區(qū)根據(jù)田塊隨機(jī)排列，當(dāng)土壤含水率低于灌水下限時(shí)進(jìn)行灌溉，灌水下限分別為田的40%（T1），55%（T2），70%（T3）和85%（T4），每個(gè)處理設(shè)4個(gè)重復(fù)，共16個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)均有3行棗樹(shù)。為防止小區(qū)間互相干擾，各小區(qū)間隔1行非試驗(yàn)棗樹(shù)，且各組處理施肥、修剪、除蟲(chóng)、除草等農(nóng)藝措施相同。各小區(qū)灌水定額通過(guò)旋翼式水表進(jìn)行控制。灌水定額計(jì)算依據(jù)公式：

=10××××(max-min)， （1）

式中：為灌水定額（mm）；為計(jì)劃濕潤(rùn)層厚度（m），本試驗(yàn)取0.8 m；為土壤體積質(zhì)量（g/cm3），該地塊為1.53 g/cm3；為潤(rùn)濕比，即濕潤(rùn)面積與土體面積的比值，本試驗(yàn)中棗樹(shù)行距較大，取0.5；max為灌水上限（%），本試驗(yàn)max=田=17.10%；min為灌水下限（%）。

1.3 試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 光合作用相關(guān)參數(shù)的測(cè)定

在晴天觀測(cè)日上午的11:00—12:30，使用Li-6400XT光合儀進(jìn)行測(cè)定不同處理下棗樹(shù)不同生育期的光合作用參數(shù)——凈光合速率（n）、蒸騰速率（r）和氣孔導(dǎo)度（s）每個(gè)小區(qū)選取1棵棗樹(shù)，在其東西南北4個(gè)方向選擇4片同一高度健康、無(wú)遮擋的葉片，在6400-02b LED光源的1 500 μmol/(m2·s)光強(qiáng)度下，對(duì)每片葉重復(fù)測(cè)量3次取平均值。棗樹(shù)的葉片水分利用效率（L）計(jì)算式為：

L=n／r。 （2）

1.3.2 果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的測(cè)定

在2017年10月30日，各小區(qū)選取有代表性的棗樹(shù)3棵并手工采收，并使用電子秤稱質(zhì)量。每個(gè)重復(fù)隨機(jī)抽取100顆健康無(wú)病蟲(chóng)害的紅棗，測(cè)量單個(gè)紅棗的質(zhì)量，然后對(duì)紅棗的品質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定。其中，總糖采用酸水解-萊因-埃農(nóng)氏法測(cè)定；總酸采用酸堿滴定法測(cè)定；VC采用二氯靛酚滴定法測(cè)定；可溶性固形物通過(guò)阿貝折射儀測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和整理使用Microsoft Excel軟件進(jìn)行，采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（其中，顯著性檢驗(yàn)選擇Duncan法，顯著性水平=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)凈光合速率的影響

表1為不同灌水下限條件下棗樹(shù)不同生育階段光合指標(biāo)的變化情況。由表1可知，棗樹(shù)的n隨時(shí)間增長(zhǎng)，且不同處理?xiàng)l件下棗樹(shù)的凈光合速率均在果實(shí)膨大期達(dá)到最大值。萌芽展葉期，T2、T3和T4處理的n分別較T1處理提高了18.18%、23.61%和19.50%，其中T1與T3處理之間差異顯著；棗樹(shù)開(kāi)花坐果期，T3處理的n最高為12.70 μmol/(m2·s)，且T1處理與T2、T3、T4處理差異顯著，其余各處理間沒(méi)有顯著性差異；在果實(shí)膨大期，棗樹(shù)的n達(dá)到最大值，其中T1、T2、T3和T4處理的凈光合速率較開(kāi)花坐果期變化不大，僅分別提高了2.21%、4.63%、3.39%和4.12%，T1處理的凈光合速率最小為10.64 μmol/(m2·s)，且與T2、T3、T4處理之間差異顯著。

如表1所示，r隨棗樹(shù)生長(zhǎng)而增長(zhǎng)，在果實(shí)膨大期取得極大值，其變化規(guī)律與n基本一致。萌芽展葉期，T4處理的蒸騰速率最大，為3.79 mmol/（m2·s），與T2和T1處理差異顯著；棗樹(shù)開(kāi)花坐果期各處理的r較萌芽展葉期均有較大幅度的增長(zhǎng)，分別提高了33.93%、39.74%、39.77%和29.82%，T1處理的蒸騰速率最低為3.71 mmol/(m2·s)，且與T3和T4處理差異顯著；r在果實(shí)膨大期達(dá)到最大值，T1、T2、T3和T4處理的蒸騰速率分別為4.15、4.69、4.93、5.23 mmol/（m2·s），相較開(kāi)花坐果期的r增長(zhǎng)幅度較小，其中，T1與T2、T4處理差異顯著。

不同灌水下限條件下棗樹(shù)不同生育階段氣孔導(dǎo)度均隨灌水下限的降低而減小，且s變化趨勢(shì)基本與n、r一致。萌芽展葉期T1處理的s最小，為0.16 mol/（m2·s），且T1與T2、T3、T4處理均差異顯著，其余各處理間并沒(méi)有顯著性差異；在棗樹(shù)開(kāi)花坐果期，T4處理的氣孔導(dǎo)度最大，相較T1、T2和T3處理分別增加了22.22%、11.11%、3.70%，其中T1與T4處理差異顯著；果實(shí)膨大期，T4處理的氣孔導(dǎo)度最大，為0.22 mol/（m2·s），而T1、T2和T3處理分別為0.28、0.29、0.31 mol/（m2·s），且T3和T4處理均與T1處理差異顯著。

表1 不同灌水下限棗樹(shù)不同生育階段凈光合指標(biāo)

注 同一列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表明不同灌水下限處理下差異顯著(＜0.05)，下同。

Note Different lowercase letters in the same column indicate singnifcant different between treatments under different louevx irnigation limite（<0.05）.The same in the following tables.

表2 不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)葉片水分利用效率影響顯著，不同灌水下限條件下棗樹(shù)不同生育階段L變化情況如表1所示。各處理下葉片水分利用效率均為：開(kāi)花坐果期>果實(shí)膨大期>萌芽展葉期；且不同處理下各生育期內(nèi)棗樹(shù)的L都表現(xiàn)為T(mén)2處理最高，說(shuō)明不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)L的影響更大。在萌芽展葉期，T2處理的L最高，較T4處理顯著提高了0.47 μmol/mmol，并且T2與T4處理差異顯著；開(kāi)花坐果期的葉片水分利用效率最高，T1、T2、T3和T4處理的L分別較萌芽展葉期提高了13.82%、9.54%、8.13%、19.07%，T1和T2處理均與T4處理有顯著性差異；果實(shí)膨大期，T2處理的葉片水分利用效率最高，為2.75 μmol/mmol，且與T1、T4處理差異顯著，其余各處理的L分別為2.57、2.66、2.51 μmol/mmol。

2.2 不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)產(chǎn)量及品質(zhì)的影響由表2所示。灌水下限的降低有利于提高果實(shí)中的總糖并降低其總酸量，T1、T2和T3處理的總糖量較T4處理分別提高了9.13%、7.51%和1.85%，總酸量降低了0.12%、0.09%、0.03%，且T1和T2處理均與T4處理差異顯著。因此，T1和T2處理的糖酸比較T4處理顯著提高了44.19%和32.75%，且T1、T2處理與T3、T4處理差異顯著。與此同時(shí)，隨灌水下限的提高，VC呈先提高后降低的變化趨勢(shì)，但各處理間均無(wú)顯著性差異?？扇苄怨绦挝锏淖兓?guī)律與總糖相似，T1處理量最高為38.07%，且與T3、T4處理差異顯著。單果質(zhì)量和產(chǎn)量的變化趨勢(shì)基本一致，隨灌水下限的提高均先增加后減少，其中T2處理的單果質(zhì)量和產(chǎn)量最高分別為4.43 g和6 832.9 kg/hm2，且其單果重與T4處理差異顯著、其產(chǎn)量與其他各處理均差異顯著。

3 討論

光合作用是作物物質(zhì)積累的重要方式，也是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，其對(duì)環(huán)境脅迫的變化較為敏感，可有效地評(píng)價(jià)作物對(duì)環(huán)境脅迫的反應(yīng)[17]。在棗樹(shù)的相同生育階段，s隨著灌水下限的降低而逐漸降低，r逐漸下降，n也隨之下降，與s變化趨勢(shì)基本一致，且不同處理下各生育期內(nèi)T1處理（灌水下限為田的40%）的n、r、s均最低，主要是因?yàn)闂棙?shù)受到土壤水分脅迫時(shí)葉片水分散失，降低作物的氣孔導(dǎo)度（即氣孔開(kāi)度減小、氣孔阻力增加）是作物的一種正常生理反應(yīng)，可有效減少作物在蒸騰過(guò)程中水分的流失，使得r也隨之降低[18]。與此同時(shí)，s的降低還會(huì)導(dǎo)致n的降低，主要是因?yàn)闅饪钻P(guān)閉降低了棗樹(shù)的，限制了其光合作用能力，該現(xiàn)象主要是因?yàn)椴糠謿饪组_(kāi)度減小導(dǎo)致了CO2的流入減少，降低了胞間二氧化碳質(zhì)量濃度（i）使得n降低[19]。雖然在棗樹(shù)的不同生育期T1和T2處理的n、r、s均較T4處理有所降低，但是葉片水分利用效率卻高于T4處理，且部分差異顯著，說(shuō)明氣孔導(dǎo)度降低對(duì)r的抑制作用大于n，所以隨著水分虧缺的增加n、r雖有所降低，但卻提高了L。不同灌水下限處理在棗樹(shù)開(kāi)花坐果期的水分利用效率高于萌芽展葉期和果實(shí)膨大期，這可能與開(kāi)花坐果期是棗樹(shù)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并進(jìn)的時(shí)期，且此時(shí)氣溫升高、蒸發(fā)量也較大有關(guān)。不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)不同生育階段光合特性的影響研究表明，各生育期內(nèi)T3處理（田的70%）的n均最高，說(shuō)明灌水下限為田的70%有利于提高棗樹(shù)的光合作用，隨著灌水下限的降低凈光合速率也隨之下降，但是L在灌水下限為田的55%時(shí)達(dá)到最大值。

棗樹(shù)是新疆地區(qū)特色林果業(yè)的第一大果種，具有較高的藥用和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，所以果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)是評(píng)價(jià)灌溉制度最重要的指標(biāo)。隨著灌水下限的降低，紅棗的總糖量、可溶性固形物量、糖酸比等品質(zhì)指標(biāo)明顯提高，說(shuō)明降低灌水下限有利于提高果實(shí)的品質(zhì)[20]。T1和T4處理的單果質(zhì)量和產(chǎn)量均無(wú)顯著差異，說(shuō)明適當(dāng)?shù)亟档凸嗨孪迣?duì)荒漠條件下灰棗生產(chǎn)沒(méi)有不利影響[21]。但是T2處理（灌水下限為田的55%）下棗樹(shù)的單果質(zhì)量和產(chǎn)量明顯高于其他處理，說(shuō)明適宜的灌水下限能提高棗樹(shù)的產(chǎn)量和品質(zhì)，這可能是由于水分脅迫所帶來(lái)的補(bǔ)償效益，降低灌水下限使葉片和枝干中的光合產(chǎn)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移到果實(shí)器官，抑制了棗樹(shù)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、促進(jìn)了棗樹(shù)的生殖生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

1）當(dāng)灌水下限低于田的70%時(shí)，棗樹(shù)的凈光合速率下降，葉片水分利用效率提高。隨著灌水下限的降低，s、r、n均有所下降，但n下降幅度比r小，導(dǎo)致L提高，且灌水下限為田的55%時(shí)L達(dá)到最大值；灌水下限為田的70%時(shí)，在棗樹(shù)不同生育期的n均較高。

2）適宜的灌水下限可以提高棗樹(shù)的產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)。灌水下限的一定程度上降低可提高紅棗的品質(zhì)，當(dāng)灌水下限為田的55%左右時(shí)棗樹(shù)的單果重和產(chǎn)量最高，較CK分別提高了5.98%、11.20%。

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The Impact of the Critical Soil Moisture Used for Scheduling Deficit Drip Irrigation on Photosynthesis, Yield and Quality of Jujube Tree

MA Junyong1,2, ZHENG Guoyu1,2, ZHOU Jianwei1,2, LIU Zhipeng3*

（1. Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science, Shihezi 832000, China; 2. Shihezi Experimental Station for Crop Water Use of Ministry of Agriculture, Shihezi 832000, China; 3. College of Agricultural Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China）

【】Deficit irrigation is a water-efficient irrigation method in arid and semi-arid region to improve water use efficiency, but how to determine the optimal deficiency in scheduling the irrigation remains elusive. The purpose of this paper is to examine the effect of the critical soil moisture – a soil water content to resume irrigation whenever measured soil moisture drops below it - on growth of jujube tree in a desert oasis.【】Field experiment was conducted in Xinjiang, in which we compared four critical soil moistures: 40% (T1), 55% (T2), 70% (T3) and 85% (T4) of the field capacity. In each treatment, we measured photosynthesis, yield and fruit quality of the jujube at different growth stages. 【】Decreasing the critical soil moisture reduced net photosynthetic rate, transpiration rate and stomatal conductance, but enhanced leaf water use efficiency. Among all treatments, T3 gave the highest net photosynthetic rate and T2 was most efficient in leaf water use at all growth stages. Increasing the critical soil moisture improved fruit quality indexes such as total sugar, soluble solids and sugar-acid ratio. Single fruit weight and yield both peaked when the critical soil moisture was set at 55% of the field capacity, reaching 4.43 g and 6 832.9 kg/hm2respectively.【】In terms of photosynthetic rate, yield and fruit quality, setting the critical soil moisture at 55% of the field capacity can significantly improve leaf water use efficiency, yield and fruit quality of the jujube.

Net photosynthetic rate; stomatal conductance; transpiration rate; sugar-acid ratio; field capacity

S274.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2019087

1672 - 3317（2020）01 - 0031 - 06

馬軍勇, 鄭國(guó)玉, 周建偉, 等. 不同灌水下限對(duì)棗樹(shù)光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2020,39(1):31-36.

MA Junyong, ZHENG Guoyu, ZHOU Jianwei, et al. The impact of the critical soil moisture used for scheduling deficit drip irrigation on photosynthesis, yield and quality of jujube tree [J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(1): 31-36.

2019-06-06

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC0400208）

馬軍勇（1979-），男。助理研究員，主要從事節(jié)水灌溉方面研究。E-mail:maymajy@163.com

柳智鵬（1992-），男。博士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail:170402060005@hhu.edu.cn

責(zé)任編輯：陸紅飛