灌水量对压砂地欧李光合作用及产量的影响

边雅茹，田军仓,2

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021)

压砂地是劳动人民为克服干旱少雨的恶劣环境，通过多年的实践尝试，因地制宜，创造的一种具有蓄水保墒、增加地温和防止土壤盐碱化等作用的独特耕作方式。宁夏地处干旱少雨的西北地区，结合压砂种植，产出了享誉全国的“压砂瓜”。一直以来，压砂瓜的种植为当地农民带来了巨大的经济效益，但随着压砂年限的增加，压砂地的生产力开始下降，许强等(2009年)[1]对宁夏香山地区种植1～17 a砂田及撂荒砂田进行研究，发现土壤含水量和部分土壤养分含量随压砂年限的增加而不断降低。近年来，压砂地老化和连作导致压砂瓜出现死苗、低产及品质差等问题，严重影响当地农民的收入。提高老压砂瓜的产量与品质，学者们也在不断努力，马波，田军仓[2](2012年)针对宁夏中部干旱带压砂地随着压砂年限的增加生产力下降问题，从补水定额、施肥水平和补水次数方面入手，探索影响老压砂地生产力的主要因素，结果表明：对压砂瓜产量影响最显著的是补水定额，而施肥水平和补水次数对产量的影响较小。所以水分仍是影响作物生长的重要因素，如果能引入适宜的抗旱经济作物，在水分较低的情况下作物仍可以很好地生长，同样也可以缓解老压砂地重茬种植、生产效率低等问题。故而本试验引入了由山西农大培育出来的新品种----欧李，它是一种耐干旱、耐寒冷、耐贫瘠、耐盐碱的灌木树种，具有发达的根系，适应能力极强。根据全国欧李的种植情况，从生态环境建设和经济价值等方面考虑，欧李已经成为西北干旱、半干旱地区优先考虑的树种。其果实含钙高量极高，故又名“钙果”，且含有丰富的糖、维生素和微量元素。尹赜鹏等[3](2011年)在干旱胁迫下研究欧李叶片光合特性及水分利用效率，研究结果表明，欧李叶片的Pn、Gs、Tr及WUE均随干旱胁迫程度的增加而显著下降，但Ci值升高。温鹏飞等[4](2006年)研究4个不同水分胁迫处理对欧李新梢加长生长、茎粗生长和果实发育等的影响，结果表明，当土壤相对含水量为田间最大持水量的55±3%以上时，欧李各生理指标和产量基本不受抑制或其差异不显著，而且有利于果实品质提高，而土壤土壤含水率持续下降则会产生抑制作用。白润娥等[5](2008年)也做了相关研究，结果表明，欧李果实生长、单果鲜重和品质等都会随水分胁迫增加而降低。目前，我国对欧李生长性状及产量等方面的研究较多，但关于宁夏地区压砂地欧李的生长情况研究较少，而在灌水量对压砂地欧李光合作用和产量方面的研究还未曾见到。为此，以压砂地欧李为研究对象，结合宁夏中卫地区水资源短缺、灌溉难和欧李抗旱的特性，在宁夏中卫市兴仁镇拓寨村老压砂地展开试验，以分析不同补灌定额对欧李光合作用日变化特性和产量的差异，为该地区的欧李补灌提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区基本情况

试验区设位于宁夏中卫市兴仁镇拓寨村，北纬36°59′，东经105°15′，平均海拔1 723 m，属于宁夏中部干旱带的核心地区。日照充足，干旱少雨，年均降水量180 mm，而年均蒸发量高达2 100～2 400 mm。

该试验田为22年压砂地，土壤为沙壤土，沙石覆盖厚度15～25 cm，土壤干密度为1.38 g/cm3，田间持水率为23.7%(占干土重%)。0～20 cm土层基本理化性状为：有机质8.23 g/kg，碱解氮15.2 g/kg，速效磷6.2 g/kg，速效钾128 g/kg，全盐量0.25 g/kg，pH值为8.83，土壤养分含量除速效钾含量较高外，其他养分(有机质、碱解氮、速效磷)均处于低水平状态。

1.2 试验设计

试验采用对比方法，设置了多水、少水和不灌水3个不同灌水量处理，3次重复，共9个小区。各个处理在田间顺序排列，每个处理对应1个小区，其中不灌水处理与当地欧李的栽培方式一致，将其作为对照，目的在于确定压砂地欧李适宜的灌溉定额。

1.3 试验实施

试验于2015年4-9月进行，试验材料为山西农业大学培育的欧李苗木农大系列 5号，欧李株距0.8 m，行距1.5 m，种植密度556 株/hm2。根据当地降雨量及TDR(时域反射仪)所观测的土壤含水率情况，确定灌水日期及灌水量。灌溉水源为黄河水，灌水方式为补灌。试验灌水日期和灌水量见表1。

表1 灌水日期及灌水量 m3/hm2

1.4 指标测定

光合作用：选取生长状况良好、长势一致的健康欧李植株，每处理测3株，每株选定当年生成熟叶片3片，利用Li-6400光合分析仪，与2015年7月25日测定不同灌水量条件下欧李光合日变化曲线，时间从8∶00-18∶00，每隔2 h测定一次。测定指标为：净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、气孔导度Cond和胞间CO2浓度Ci和水分利用效率WUE用Pn/Tr来表示。

单枝长度：在果实采摘前用刻度尺测量。

茎粗：果实采摘前用游标卡尺测出。

单株个数：果实采摘时，统计各个处理所选取的3株欧李植株上，每个枝条的欧李个数，之后取平均值。

单枝果重测定: 果实成熟期测定每株单个结果枝上所有的果实重量，加权平均得到每个处理的平均单枝果重。

单株果重：每个处理选取3棵欧李植株，汇总每棵树每枝的欧李产量，最后取平均值。

平均单果重: 各处理的单株果重平均值与单株结果数的商。

产量：单株果重乘以株数。

2 结果与分析

2.1 不同灌水量对压砂地欧李光合作用日变化的影响

2.1.1 不同灌水量对压砂地欧李气孔导度Gs日变化的影响

由图1可知，不同灌水处理欧李气孔导度的日变化呈现出典型的双峰曲线，存在明显的“午休”现象。这与刘端等[6](2012年)欧李幼苗的气孔导度日变化规律相似。8∶00左右，欧李的Gs值还较低，随着温度上升，光照强度增加，气孔也随着张开，气孔导度缓慢增大，在10∶00左右出现第1次峰值，Gs值由大到小依次为：处理1[0.233 2 mol/(m2·s)]>处理2[0.223 8 mol/(m2·s)]>对照[0.219 5 mol/(m2·s)]，且处理1和处理2比对照分别增加6.24%和1.96%。但随温度不断升高，气孔导度呈逐渐降低的趋势，在14∶00 左右出现谷值，原因是1 d内的光合有效辐射的增强、大气中的相对湿度降低和强烈的蒸腾失水[7]，引起植株体内过分过少，所以需要通过降低气孔的开度来保证植株正常生长。此时处理1和处理2的谷值仍高于对照。之后随着光照强度的降低，气孔导度有所回升，并在16∶00时出现次高峰，处理1、处理2和对照的Gs值分别为0.117 9、0.113 2和0.109 0 mol/(m2·s)，且处理1和处理2比对照分别增加8.17%和3.85%。各处理的气孔导度在相同时间段均呈现出随灌水量增加而增加的趋势，表明水分供应不足会降低气孔开度，影响气孔导度的变化。周磊，田军仓[8](2014年)对内蒙古阿拉善左旗沙漠绿洲玉米进行研究时也曾发现在水分胁迫的作用下，植物会通过关闭气孔来减少体内的水分蒸发。

图1 欧李气孔导度日变化

2.1.2不同灌水量对压砂地欧李蒸腾速率Tr日变化日变化的影响

蒸腾作用是植物对水分的吸收和运输的一个主要动力，同时可以能降低叶片的温度，它不仅受外界环境条件的影响，而且还受植物本身的调节和控制，是植物生长过程中非常重要的生理过程。由图2可知，不同灌水处理欧李蒸腾速率日变化也呈双峰形曲线。Tr的第1次峰值出现在12∶00左右，Tr值由大到小依次为：处理1[9.12 mmol/(m2·s)]>处理2[8.69 mmol/(m2·s)]>处理3[8.46 mmol/(m2·s)]，且处理1和处理2的Tr值比对照分别增加7.80%和2.72%。这是因为从早晨到12∶00气温不断上升，欧李叶片需要通过主动增加叶片的气孔开度和蒸腾速率来减少高温对其伤害[9]。在14∶00出现“午休”现象，达到低谷，这与欧李叶片你的导度降低和光合速率变化有关。随后Tr值开始回升，16∶00左右达到次高峰，Tr值从大到小依次为：处理1[7.38 mmol/(m2·s)]>处理2[7.16 mmol/(m2·s)]>处理3[6.98 mmol/(m2·s)]，处理1和处理2的日蒸腾速率峰值分别比对照增加5.73%和2.58%。18∶00左右时，处理1、处理2和对照的Tr值分别降至4.94、4.31和3.62 mmol/(m2·s)。分析可知，试验条件下，欧李的蒸腾速率日变化随灌水量的增加而升高，原因在于灌水量增加引起土壤水分增加，而蒸腾速率会随土壤水分的增多而升高[10]。

图2 欧李蒸腾速率日变化

2.1.3不同灌水量对压砂地欧李胞间CO2浓度Ci日变化的影响

从图3可以看出，不同灌水处理欧李叶片的胞间CO2浓度日变化呈“凹双峰曲线”。在8∶00左右，Ci值较大，原因在于此时大气中CO2含量较高，且净光合速率较低，固定CO2能力较低，故胞间CO2浓度较高。随着温度不断升高，光照强度上升，气孔导度增大，净光合速率升高，胞间CO2被吸收利用，引起Ci值下降，在 10∶00 左右出现第1个谷值，此时处理1、处理2和对照的胞间Ci值分别为128.34、137.67和146.93 μmol/mol。处理1和处理2谷值分别比对照减小14.48%和6.73%。随后胞间 CO2浓度有所回升，在14∶00 左右出现一个小高峰，之后又开始下降，16∶00左右出现第2个低谷，但由曲线变化情况可以看出，Ci值在10∶00-16∶00的时间段变化幅度不是很大，在18∶00左右又升至较高值。这与欧李叶片的光合速率和气孔导度的变化规律相反，说明胞间CO2浓度的降低是细胞光合速率增大的结果。各处理胞间 CO2浓度表现出随灌水量增加而降低的趋势，与灌水量成反比关系，说明增加灌水量对欧李叶片胞间CO2的利用有较大的促进作用。

图3 欧李胞间CO2浓度日变化

2.1.4 不同灌水量对压砂地欧李光合速率Pn日变化的影响

图4为不同处理欧李的光合速率日变化趋势图，图4中各处理欧李光合速率日变化呈典型的双峰曲线，伴有的光合“午休”现象。根据欧李有关研究可知，欧李光合“午休”是因为高强度的光照引植株体温起过高或过度失水，使气孔导度降低甚至关闭，胞间 CO2浓度降低，导致光合速率下降[11]。王欣玉(2013年)[12]在对内蒙欧李光合特性研究中指出欧李的光合“午休”现象既受到了气孔限制方面的影响，也受到了非气孔限制方面的影响。从8∶00开始，光照强度逐渐增强，欧李净光合速率也逐渐上升，在10∶00左右出现第1次峰值，Pn值由大到小依次为：处理1[25.72 μmol/(m2·s)]>处理2[24.25 μmol/(m2·s)]>对照[23.33 μmol/(m2·s)]，处理1和处理2的光合速率峰值比对照分别增加9.77%和3.50%。由于光照太强、温度过高和气孔导度降低等原因，在14∶00左右，欧李净光合速率达到低谷，且对照的谷值最低。随后光合速率缓慢上升，约 16∶00时Pn出现次高峰，处理1、处理2的Pn比对照分别高9.23%和3.99%，此时各处理的Pn峰值均低于第1次(10∶00)的峰值。欧李Pn随着欧李叶片Gs的降低而降低，故欧李叶片Gs可能是影响Pn变化的主要因素之一[6]，也有研究表明，对Pn影响最大的环境因子是光合有效辐射[12]。综合分析，在试验范围内，欧李净光合速率随灌水量增多而增大。

图4 欧李净光合速率日变化

2.1.5不同灌水量对压砂地欧李叶片水分利用效率WUE日变化的影响

叶片水分利用效率是通过光合速率与蒸腾速率的比值来计算的，是反映植物利用水分能力的重要指标，同时也可以用来衡量植物生长适宜程度。周小玲(2008年)[13]在研究不同品系桤木蒸腾特性与水分利用效率时也曾说过，WUE的大小可以作为判断干旱半干旱地区植物能否维持正常生长的依据之一。

由图5可知，欧李各处理上午的叶片水分利用效率高于下午，第一次峰值出现在10∶00左右，这时欧李叶片的光合速率达到峰值，气孔开度大，胞间CO2浓度的利用率较高，再加上此时空气湿度较大，蒸腾速率较小，所以水分利用效率高。WUE平均峰值由大到小依次为：处理1(3.01 μmol/mmol)>处理2(2.92 μmol/mmol)>对照(2.86 μmol/mmol)，处理1和处理2比对照分别增加5.28%和2.13%，显然可以看出，处理1的叶片水分利用效率最高。随着光照强度继续增加，气温也在上升，空气相对湿度明显下降，气孔导度下降，导致进入气孔内的CO2量减少，净光合速率也开始下降，而蒸腾损速率仍处于较高水平，所以WUE在14∶00左右降至低谷，各处理谷值分别为处理1(1.34 μmol/mmol)>处理2(1.24 μmol/mmol)>对照(1.18μmol/mmol)。16∶00又有所回升，处理1、处理2和对照的WUE分别上升至2.08、2.03和2.00 μmol/mmol，之后逐步下降。总体而言，欧李水分生产效率在处理1的情况下最高，这说明灌水量的增加可以提高欧李叶片的水分利用效率。

图5 欧李叶片水分利用效率

结合以上分析可以看出，欧李各处理光合作用日变化随灌水量的增加呈现出增强的趋势，但因各处理间灌水量的差距较小，故各处理光合作用日变化曲线变幅不是很大。

2.2 不同灌水量对压砂地欧李生长指标和产量的影响

不同处理欧李生长指标及产量见表2。

表2 不同处理欧李生长指标及产量

注：产值=产量×6元/kg。

由表2可以看出，欧李的各项生长指标及产量随灌水量的增加而增加。处理1的枝条长度比处理2和对照分别增加5.21%和9.57%，处理2比对照增加4.15%；处理1的茎粗比处理2和对照分别增加2.87%和4.88%，处理2比对照增加1.95%。欧李植株株高和茎粗随灌水量增加而呈上升趋势，其原因在于充足的土壤水分有利于矿质元素的吸收，促进植株的新陈代谢，促进光合作用和其他生理生化过程，从而使营养生长加快[6]。比较各处理的单株个数可知，处理1比处理2和对照分别增加5.55%和9.06%，处理2比对照增加3.32%；处理1的单果重量比处理2和对照分别增加6.82%和10.89%，处理2比对照增加3.35%；处理1单株产量比处理2和对照分别增加12.01%和20.39%，处理2比对照增加6.80%。从表2中可知，处理1、处理2和对照的总产量分别为10 335、9 225和8 625 kg/hm2，处理1比处理2和对照分别增加12.03%和19.83%，处理2比对照增加6.96%，最后计算其产值可得，处理1可比处理2和对照分别增加6 660和10 260 元/hm2，处理2比对照增加3 600 元/hm2。

采用SPSS对不同灌溉定额处理的产量进行LSD(Least-significant difference)即显著性多重比较[16]，比较不同灌灌溉定额处理对欧李产量的显著性影响，多重比较结果见表3。

表3 不同处理显著性多重比较

注：*为均值差的显著性水平为 0.05。

由表3可知，多水处理与对照相比时，其显著性为0.034<0.05，说明多水处理对产量的影响显著。而少水处理与多水处理和对照比较时，其显著性均大于0.05，对产量的影响不显著。

3 结 语

(1)大田试验条件下，欧李光合作用日变化规律表现为：各处理欧李的气孔导度、光合速率、蒸腾速率及叶片水分利用效率日变化均呈典型的“双峰曲线”，除蒸腾速率的峰值出现在12∶00和16∶00左右外，其他各指标的峰值都出现在10∶00和16∶00左右，谷值均出现在14∶00左右。而胞间CO2浓度日变化趋势与净光合速率日变化正好相反，呈“凹双峰曲线”变化。同时可以看出欧李光合作用随灌水量的增加而增加，且处理1和处理2的Tr峰值分别比对照高出9.77%和3.50%。

(2)在不同灌水量条件下，枝条长度、茎粗、单枝个数、单株产量及公顷产量均随灌水量的增加而增加。处理1和处理2的枝条长度分别比对照增加9.57%和4.15%；处理1和处理2的茎粗分别比对照增加4.88%和1.95%；处理1和处理2的单株个数分别比对照增加9.06%和3.32%；处理1和处理2的单果重量分别比对照增加10.89%和3.35%；处理1和处理2的单株产量分别比对照增加20.39%和6.08%；处理1和处理2的总产量比对照分别增加19.83%和6.96%，并通过不同灌水量对欧李产量的多重显著性发现，处理1的灌溉定额对欧李产量存在显著性。

故在2015年现有降雨量和给定的灌水条件下，处理1(450 m3/hm2)为压砂地欧李较佳的灌溉定额。

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