不同生育期水分脅迫對干旱區(qū)枸杞果實生長產(chǎn)量和水分利用效率的影響

李 苗，鄭國保，朱金霞

(寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心，銀川 750002)

0 引 言

水是地球上最為豐富的資源，但全球范圍內(nèi)水資源分布嚴重不均，干旱缺水仍然是許多地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制因素[1]。據(jù)統(tǒng)計，目前全球干旱半干旱地區(qū)占土地總面積的36%，占耕地總面積的43.9%。從作物本身生長發(fā)育來看，水是綠色植物進行光合作用的最主要原料，同時又是植物體內(nèi)原生質(zhì)的主要成分，適宜的水分條件是作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基本保證。灌溉是作物生產(chǎn)過程中操作最為頻繁的管理措施，水資源緊張地區(qū)，灌溉作業(yè)的關(guān)鍵要求是將有限的水資源進行合理的分配[1,2]。寧夏地處西北內(nèi)陸干旱地區(qū),水資源極為匱乏,屬于重度缺水區(qū)。枸杞產(chǎn)業(yè)是寧夏回族自治區(qū)優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)之一，如何進行科學(xué)、合理的灌溉以達到節(jié)水、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的目的就成為枸杞生產(chǎn)中迫切需要解決的科學(xué)問題[3,4]。

虧缺灌溉(Regulated Deficit Irrigation，RDI)屬于非充分灌溉的一種，是一種利用作物生理生化特性以達到節(jié)水目的的灌溉方式[5-8]。宋仰超等[3]設(shè)定不同水肥量處理，研究水肥一體化滴灌條件下灌水量與施氮量耦合對柴達木盆地枸杞生長與產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：實施一定程度的調(diào)虧灌溉與減氮施肥可以使枸杞增產(chǎn)、增收，且促進了枸杞的生長。李鴻平等[5]開展不同生育期水分虧缺對柑橘果實生長、產(chǎn)量和水分利用效率的影響研究，采用低壓滴灌方法，設(shè)置輕度、中度、偏重度和重度虧水處理，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，歸納形成適宜低壓滴灌的柑橘節(jié)水灌溉模式。作物不同時期對水分虧缺的敏感度不同，利用這一特點，在作物生長發(fā)育的某個時期施加一定程度的水分虧缺[9-12]，調(diào)節(jié)其光合產(chǎn)物向不同組織器官分配的比例，進而調(diào)節(jié)作物的生長。艾鵬睿等[7]在果實膨大期設(shè)置充分灌溉和輕度、重度調(diào)虧灌溉處理，在完成調(diào)虧灌溉對干旱區(qū)棗樹生理特性和果實產(chǎn)量的影響分析后得出結(jié)論：水分脅迫在不影響棗樹果實產(chǎn)量的前提下，可降低棗樹葉片生理指標和耗水量，減少枝條夏剪工作量，使作物養(yǎng)分由供給枝條生長轉(zhuǎn)而為果實細胞分裂供給。許健等[11]為探究水分脅迫對設(shè)施栽培葡萄耗水規(guī)律、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，開展設(shè)施栽培葡萄水分脅迫試驗，在葡萄萌芽、新梢生長、開花、果實膨大和著色成熟5個生育期各設(shè)輕度和中度兩個水分脅迫水平。結(jié)果顯示：萌芽期虧水具有明顯的節(jié)水增產(chǎn)效果；果實膨大期是葡萄需水臨界期，應(yīng)保證充分灌溉條件。本研究以枸杞為研究對象，在營養(yǎng)生長和盛花期、盛果期、秋果期3個不同生育期分別進行輕度、中度、重度3個不同程度水分虧缺的處理，對水分脅迫條件下枸杞盛果期、秋果期果實的生長、產(chǎn)量等問題進行創(chuàng)新性研究，探討枸杞果實的生長及產(chǎn)量相關(guān)指標對土壤水分虧缺的響應(yīng)規(guī)律，探尋不同生育期適宜的虧缺灌溉處理[13-16]條件，以期為枸杞節(jié)水優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料選用寧夏地區(qū)主栽品種寧杞1號，于2017年定植，樹齡5 a。

1.2 試驗地概況

試驗地位于寧夏回族自治區(qū)銀川市賀蘭縣實驗基地，該區(qū)域處中溫帶干旱區(qū)，屬寧夏引黃灌區(qū)，地勢平坦開闊，土層深厚，土壤以灌淤土為主，田間持水量為22.0%。供試土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)Tab.1 Test soil physical and chemical properties

1.2 試驗設(shè)計

依據(jù)枸杞生長特點將其整個生長季分為3個階段：營養(yǎng)生長和盛花期、盛果期和秋果期。營養(yǎng)生長和盛花期控水：5月15日-7月5日；盛果期控水：7月5日-8月10日；秋果期控水：8月10日-9月30日。根據(jù)各個生長期枸杞的生長特點按Hsiao方法設(shè)計土壤含水量占最大持水量的百分率，即對照(75%～80%)、輕度脅迫(60%～65%)、中度脅迫(45%～50%)和重度脅迫(30%～35%)，合計4個水分脅迫水平，共設(shè)10個處理，每個處理重復(fù)3 次。具體水分脅迫處理見表2。

1.3 測定指標及方法

(1)土壤含水量。采用時域反射儀(TDR)測定0～80 cm深的土壤含水量，每20 cm為一層。

(2)果實生長性狀。①單果鮮重：從各處理采摘后的新鮮果實中隨機抽取50粒用精度0.01 g電子秤稱重，重復(fù)3次取其平均值；②百粒重：從各處理晾曬后的果實中隨機抽取100粒枸杞干果，用精度0.01 g電子秤稱重，重復(fù)3次取其平均值；③粒度：從各處理晾曬后的果實中隨機稱取50 g的枸杞干果記錄所含顆粒的個數(shù)，重復(fù)3次取其平均值；④從各處理采摘后的新鮮果實中隨機抽取30粒果實，用游標卡尺測量果實的橫徑和縱徑。

表2 枸杞水分脅迫試驗設(shè)計 %

(3)耗水量的計算。耗水量采用水量平衡法計算：

ET=I+P-(Wo-Wf)-R-S

(1)

式中：ET為作物耗水量，mm；I為灌水量，mm；P為降雨量，mm；R為徑流量，mm；S為土體下邊界凈通量，mm；Wo和Wf分別為時段初和時段末的土壤儲水量，mm。

因本試驗在簡易蒸滲池(有避雨棚)中進行，徑流量R和降雨量P忽略不計，下邊界凈通量S可假設(shè)為零。因此，公式(1)簡化為：

ET=I+Wo-Wf

(2)

(4)產(chǎn)量。在果實采收期，每個處理選取3株，使用精度為0.01 g的電子秤測定產(chǎn)量。

(5)作物水分利用效率(WUE) 。產(chǎn)量與耗水量的比值，kg/m3。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010和 DPS 14.5軟件進行數(shù)據(jù)處理與圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期水分脅迫對枸杞果實生長性狀的影響

2.1.1 不同生育期水分脅迫對枸杞單果鮮重的影響

由圖1可以看出：在盛果期，營養(yǎng)生長期和盛花期重度脅迫后，盛果期隨著脅迫程度的加劇，處理T4、T3、T2較對照增幅分別為-6.39%、-4.46%和-5.66%；營養(yǎng)生長期和盛花期中度脅迫后，盛果期隨著脅迫程度的加劇，處理T7、T6、T5較對照增幅分別為1.20%、-3.10%和-6.22%；營養(yǎng)生長期和盛花期輕度脅迫后，盛果期隨著脅迫程度的加劇，處理T10、T9、T8較對照增幅分別為-0.18%、1.12%和-1.51%。在秋果期，盛果期重度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的加劇，處理T8、T5、T2較對照增幅分別為-10.86%、-11.53%和-11.94%；盛果期中度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的加劇，處理T6、T3、T9較對照增幅分別為-5.14%、-3.90%和-21.03%；盛果期輕度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的加劇，處理T4、T10、T7較對照增幅分別為1.72%、-21.13%和-25.88%。結(jié)果表明，枸杞單果鮮重受水分脅迫影響較為顯著。

圖1 不同生育期水分脅迫對單果鮮重的影響Fig.1 Effects of water stress at different growth period on fresh weight of single fruit

2.1.2 不同生育期水分脅迫對枸杞果實百粒重的影響

由圖2可以看出：在盛果期，營養(yǎng)生長期和盛花期重度脅迫后，盛果期隨著脅迫程度的加劇，處理T4、T3、T2較對照增幅分別為-6.35%、-4.50%和-5.61%；營養(yǎng)生長期和盛花期中度脅迫后，盛果期隨著脅迫程度的加劇，處理T7、T6、T5較對照增幅分別為1.15%、-3.09%和-6.25%；營養(yǎng)生長期和盛花期輕度脅迫后，盛果期隨著脅迫程度的加劇，處理T10、T9、T8較對照增幅分別為-0.26%、1.05%和-1.56%。在秋果期，盛果期重度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的加劇，處理T8、T5、T2較對照增幅分別為-10.82%、-11.48%和-12.14%；盛果期中度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的加劇，處理T6、T3、T9較對照增幅分別為-5.16%、-3.75%和-21.06%；盛果期輕度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的加劇，處理T4、T10、T7較對照增幅分別為1.79%、-21.03%和-25.84%。結(jié)果可知：水分脅迫對果實百粒重影較為顯著。

圖2 不同生育期水分脅迫對果實百粒重的影響Fig.2 Effects of water stress at different growth period on 100 grain weight

2.1.3 不同生育期水分脅迫對枸杞果實粒度的影響

由圖3可以看出：在盛果期，營養(yǎng)生長期和盛花期重度脅迫后，盛果期隨著脅迫程度的加劇，處理T4、T3、T2較對照增幅分別為4.60%、5.29%和7.70%；營養(yǎng)生長期和盛花期中度脅迫后，盛果期隨著脅迫程度的加劇，處理T7、T6、T5較對照增幅分別為-2.41%、2.61%和6.75%；營養(yǎng)生長期和盛花期輕度脅迫后，盛果期隨著脅迫程度的加劇，處理T10、T9、T8較對照增幅分別為1.16%、1.72%和2.68%。在秋果期，盛果期重度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的加劇，處理T8、T5、T2較對照增幅分別為3.74%、13.76%和14.04%；盛果期中度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的加劇，處理T6、T3、T9較對照增幅分別為5.80%、3.93%和16.76%；盛果期輕度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的加劇，處理T4、T10、T7較對照增幅分別為0.47%、26.31%和37.64%。由此可見，枸杞受到重度脅迫后，嚴重影響枸杞果實的生長，水分脅迫對果實粒度存在顯著性影響。

2.1.4 不同生育期水分脅迫對枸杞果形指數(shù)的影響

由表3可以看出：水分脅迫對枸杞果形指數(shù)的影響無顯著性差異。在營養(yǎng)生長期和盛花期重度脅迫后，盛果期果形指數(shù)隨水分脅迫程度的加劇呈現(xiàn)下降趨勢；在營養(yǎng)生長期和盛花期中度或輕度脅迫后，盛果期隨著水分脅迫程度的加劇，果形指數(shù)均呈現(xiàn)上升趨勢。秋果期果形指數(shù)變化規(guī)律與盛果期基本一致，盛果期重度脅迫后，秋果期中度或輕度脅迫后，果形指數(shù)升高；盛果期中度或輕度脅迫后，秋果期隨著脅迫程度的逐步加劇，果形指數(shù)隨之上升。

圖3 不同生育期水分脅迫對果實粒度的影響Fig.3 Effects of water stress at different growth period on fruit size

表3 不同生育期水分脅迫對果形指數(shù)的影響Tab.3 Effects of water stress at different growth period on fruit shape index

2.2 不同生育期水分脅迫對枸杞產(chǎn)量和水分利用效率的影響

水分對枸杞產(chǎn)量和水分利用率的影響[17]較大，各處理間差異極顯著。由表4可以看出：營養(yǎng)生長期和盛花期重度脅迫處理對盛果期產(chǎn)量影響最為明顯， T2、T3、T4處理盛果期產(chǎn)量分別較對照降低80.32%、80.88%和76.57%，枸杞耗水量隨著水分脅迫程度的加劇下降程度明顯，WUE較對照下降67.90%、64.60%和48.48%。隨著生育期的推進，秋果期繼續(xù)重度脅迫的處理T2產(chǎn)量較對照降低89.26%，WUE較對照下降81.58%；秋果期中度T3及輕度處理T4(和)后，由于盛果期處理條件下，水分虧缺程度有所緩解，枸杞產(chǎn)量較對照分別降低0.17%、0.42%，WUE則較對照分別增加35.45%、13.44%。

營養(yǎng)生長期和盛花期水分中度脅迫處理對盛果期產(chǎn)量影響較大，盛果期進行不同程度水分脅迫處理后， T5、T6、T7處理盛果期產(chǎn)量分別較對照降低36.26%、37.89%和36.72%。處理T5盛果期進行重度脅迫，耗水量明顯下降，其WUE較對照提高15.90%；T6和T7分別于盛果期進行中度或重度脅迫處理，耗水量下降不明顯，其WUE較對照分別下降8.66%和14.49%。隨著生育期的推進，盛果期經(jīng)水分重度脅迫的處理T5在秋果期經(jīng)中度脅迫后嚴重影響秋果期產(chǎn)量，產(chǎn)量較對照降低78.59%，WUE較對照下降64.97%；處理T6在盛果期經(jīng)中度脅迫的處理并于秋果期進行輕度脅迫后對秋果期產(chǎn)量影響不大，產(chǎn)量較對照降低3.73%，WUE較對照提高18.14%；盛果期進行輕度脅迫的處理T7在秋果期進行重度脅迫后嚴重影響秋果期產(chǎn)量，產(chǎn)量較對照降低52.97%，WUE較對照下降5.94%。

表4 不同生育期水分脅迫對枸杞產(chǎn)量和水分利用效率的影響Tab.4 Effects of water stress at different growth period on yield and water use efficiency

營養(yǎng)生長期和盛花期輕度脅迫處理對盛果期產(chǎn)量影響較大，盛果期進行不同程度水分脅迫處理后，處理T8、T9和T10盛果期產(chǎn)量分別較對照降低25.00%、24.96%和15.79%。處理T8和T9由于盛果期分別經(jīng)重度和中度脅迫處理，耗水量明顯下降，其WUE較對照分別下降8.08%和8.00%；處理T10盛果期經(jīng)輕度水分脅迫，耗水量下降不明顯，其WUE較對照下降23.65%。隨著生育期的推進，盛果期經(jīng)重度脅迫的處理T8在秋果期進行輕度脅迫后嚴重影響秋果期產(chǎn)量，產(chǎn)量較對照降低53.50%，WUE較對照下降38.00%；盛果期經(jīng)中度脅迫的處理T9在秋果期進行重度脅迫后對秋果期產(chǎn)量影響較大，產(chǎn)量較對照降低63.61%，WUE較對照提高9.18%；盛果期經(jīng)輕度水分脅迫的處理T10在秋果期進行中度脅迫后對秋果期產(chǎn)量影響不大，產(chǎn)量較對照降低4.39%，WUE較對照提高41.53%。

由此可見，通過對全生育期產(chǎn)量和WUE分析，考慮到既要滿足枸杞生長發(fā)育對水分的需求，又能充分發(fā)揮其生產(chǎn)潛力，T6和T10處理可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐，即在營養(yǎng)生長期和盛花期、盛果期土壤含水量保持9.9%～11.0%或13.2%～14.3%，秋果期土壤含水量保持13.2%～14.3%或9.9%～11.0%。

3 討 論

(1)植物在水分充足的條件下，能夠正常的生長發(fā)育和繁殖，但在水分虧缺條件下，植物地上部分形態(tài)如株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積及生長速度等就會發(fā)生非正常的反應(yīng)，常常表現(xiàn)為葉片萎蔫、枯黃、葉面積減小、植株矮小、果實瘦小，嚴重時會引起整株死亡。有研究表明，適度而緩慢的水分虧缺可增加絕對根重，抑制地上部分的生長，減少干物質(zhì)積累，單產(chǎn)降低，但有利于密植從而提高總產(chǎn)量[18-21]。目前虧缺灌溉研究主要針對人工栽培作物，探求如何在保證產(chǎn)量的前提下，改善品質(zhì)[22-24]從而獲得較高的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)節(jié)水調(diào)質(zhì)高效灌溉理論研究的最終目標。

(2)枸杞是寧夏回族自治區(qū)優(yōu)勢特色經(jīng)濟植物，開展枸杞逆境生理研究十分必要。針對枸杞的虧缺灌溉模式及技術(shù)方法探索，必須結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際情況，綜合考量枸杞產(chǎn)量效益及生產(chǎn)實際土壤水分條件投入情況，在滿足枸杞生長發(fā)育對水分需求的同時，還需進一步能深度挖掘水資源生產(chǎn)潛力，實現(xiàn)節(jié)水、高產(chǎn)雙項優(yōu)化。本研究探討水分虧缺條件下枸杞果實生長特征規(guī)律，明確最佳水分控制時期和虧缺程度，為枸杞的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)，同時也為進一步深入研究枸杞的逆境生理奠定一定的理論基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

本文通過在枸杞不同生育期施加不同程度水分脅迫處理，研究水分脅迫對枸杞果實生長、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，得出以下結(jié)論。

(1)枸杞單果鮮重、百粒重、粒度等指標受水分脅迫影響較為顯著。各生育期階段，單果鮮重、百粒重均與土壤水分含量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，果實粒度則隨水分虧缺程度加劇而增大，果形指數(shù)在各水分脅迫處理下無顯著性差異。

(2)水分條件對枸杞產(chǎn)量和水分利用率的影響較大，各處理間差異極顯著。枸杞盛果期產(chǎn)量與營養(yǎng)生長期和盛花期水分脅迫程度呈負相關(guān)關(guān)系。枸杞營養(yǎng)生長期和盛花期及盛果期，WUE在中度、重度水分脅迫條件下較對照均有顯著降低。

(3)在包括營養(yǎng)生長期、盛果期以及秋果期的整個生育期內(nèi)，枸杞植株應(yīng)盡量避免發(fā)生水分重度脅迫情況，否則其營養(yǎng)生長發(fā)生延緩，生殖生長受到抑制，最終對單果鮮重、百粒重、產(chǎn)量等經(jīng)濟性狀表現(xiàn)構(gòu)成不利影響。

(4)在生產(chǎn)實踐中，采用營養(yǎng)生長期和盛花期、盛果期土壤含水量保持9.9%～11.0%或13.2%～14.3%水平，秋果期土壤含水量保持13.2%～14.3%或9.9%～11.0%水平的水分灌溉方式(即T6和T10處理)，能夠在保證枸杞植株正常生長的前提下，實現(xiàn)水分效益及果實產(chǎn)量最高收益，達到節(jié)約資源兼顧優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的生產(chǎn)目的。