不同灌水定额对枸杞光合作用及生长特性的影响

马爱娟，田军仓,2,3，马 波,2,3

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程中心，银川 750021；3. 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021)

0 引 言

枸杞属茄科植物，是多年生落叶灌木，主要分布在宁夏、内蒙古、新疆等干旱、半干旱地区，作为栽培作物已有千年的栽培历史，并具有很强的耐盐和耐旱性及极高的药用价值、营养价值[1，2]。武蕾采用正交试验设计，在甘肃省景泰县玉杰农贸有限公司试验基地，研究了氮磷钾配施对枸杞生长、产量及品质的影响[3]。周乾在宁夏旱作节水高效农业科技园进行试验，研究了不同水氮耦合和地膜覆盖对枸杞生长、产量及养分吸收的影响[4]。曾晓春在景泰玉杰枸杞种植园，研究灌溉和覆盖对枸杞生长及水分利用效率的影响[5]。贺春燕、王有科等，采用5种氮磷钾施肥配比处理进行田间试验,以传统施肥配比为对照,在甘肃省景泰县草窝滩镇西和村，研究了不同处理对枸杞春梢长度、果实产量等影响，并筛选景电灌区枸杞高产、优质、高效生产的适宜氮磷钾施肥配比[7]。徐利岗、杜历等，采用大田滴灌试验方法，对干旱区枸杞滴灌灌溉制度进行试验研究[8]。目前。国内主要以不同培肥措施及覆盖对枸杞生长、产量及品质研究较多，但灌水量对枸杞的光合作用研究较少，并且还未见红寺堡区滴灌枸杞的文献报道。红寺堡区属于宁夏中部干旱带核心区，水资源短缺，庭院经济田的农业灌溉用水比较贵，水价为3.0 元/m3，因此本文通过对红寺堡区弘德村庭院设施作物枸杞采用不同的灌水定额对其光合作用、生长特性进行研究，为当地枸杞的节水高产灌溉提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验区基本情况

试验于2015年6-10月在宁夏吴忠市红寺堡区弘德村进行，红寺堡区位于宁夏中部，地处东经105°45′～106°31′，北纬37°10′～37°29′，试验田土壤属沙壤土，容重为1.35 g/cm3，田间持水率为20.46%(占干土重%)，pH值为8.88，全盐量为0.38 g/kg，碱解氮为19.25 mg/kg，速效磷7.58 mg/kg，速效钾98 mg/kg，有机质5.1g/kg。供试作物为红枸杞宁杞一号。

1.2 试验设计

试验采用对比方法，设置了3个处理，每个处理3次重复，9个小区。目的是确定红寺堡区节水灌溉技术，并提供理论支持。试验设计方案如表1。

表1 适宜的节水灌溉技术试验设计方案

注：前5次灌相同的水量，灌水定额为75 m3/hm2以保证枸杞苗的成活率。

1.3 试验实施

枸杞的种植行距为1.5 m，株距1 m，采用人工栽种的方法，4月中旬栽苗，深度为0.5 m。灌水采用小管出流灌溉，管径16 mm，滴头间距100 cm，滴头流量10 L/h。灌水量用水表控制，其他田间管理措施同大田栽培管理。为了保证枸杞苗的成活率，各处理种植后至初花期采用相同的管理，6月中旬开始进行水分控制。

1.4 观测项目及方法

(1)土壤含水率。灌水前采用TDR(时域反射仪)测量不同深度土壤的含水率，降雨后加测。在距树根部20 cm处安装1根土壤水分测管，深度为1 m。观测深度为地表以下0～20、20～40、40～60和60～80 cm。用TDR测出的土壤含水率为体积含水率，通过计算转化为质量含水率。

(2)叶绿素。叶绿素用日产SPAD-501型叶绿素计测定叶片的SPAD-501值，每处理测量3株，每株测量3片叶子取其平均值。

(3)光合作用。每个处理选取3株不同植株生长健康、长势一致、光照均匀的同位叶片。采用LI-6400便携式光系统测定仪(LI-COR，Lincoln，USA)，在8∶00-18∶00每隔2h测量1次叶片的生理指标，得到光合速率pn[CO2μmol/(m2·s)]、蒸腾速率Tr[H2Ommol/(m2·s)]、气孔导度Gs[H2Omol/(m2·s)]、胞间CO2浓度Ci[CO2μmol/mol]等参数。

(4)生长指标。每个处理取长势较为一致的3株样树作为观测株，全年不做任何修剪，6月17号开始测量其新梢长度、地径。

2 结果与分析

2.1 各处理土壤含水率的结果分析

由图1看出，处理1的土壤含水率最高为19.68%，最低为12.78%，在0.62～0.96θ田说明处理1的土壤水分刚好满足作物的需水量要求；处理2的土壤含水率最高为15.38%，最低为12.05%，在0.59～0.75θ田说明处理2的土壤水分比处理1的低，且处理2的土壤水分基本满足作物的需水量要求；处理3的土壤含水率最高为14.25%，最低为9.94%，在0.49～0.70θ田，说明处理3的土壤水分分别低于处理1及处理2的36%和13%，且处理3的土壤水分不能完全满足作物的需水量要求。在8月初及9月中旬左右出现了两个高峰期，处理1的含水率达到了19.68%，接近了田间持水率，这主要因为在这个阶段出了大量的降水，从而导致土壤含水率的急剧增大。

图1 土壤含水率随时间变化的曲线

2.2 不同灌水定额对枸杞叶绿素及光合作用的影响

2.2.1 叶绿素

由表2可看出随着灌水定额的增加，枸杞叶绿素的合成也呈增加的趋势，说明随着水分胁迫的增加枸杞叶绿素的合成在减小。开花初期(07-11)处理1较处理2、处理3相比分别增加了7.84%和13.78%，而处理2较处理3相比增加了5.50%，处理1与处理2、处理3间有显著的差异，处理2与处理3无显著的差异；不同灌水定额对结果初期(08-04)及盛果期(08-24)枸杞叶绿素的影响与开花初期基本相同，说明水分胁迫使得枸杞叶绿素的合成受到了抑制，胁迫程度越重，受抑制程度就越重。

表2 土壤水分对枸杞叶绿素的影响 mg/dm2

注：不同字母表示处理间差异在p<0.05下达显著水平，下同。

2.2.2 枸杞光合作用

从图2看出光合速率日变化的曲线为双峰型，11∶00左右光合速率保持在一个较高的水平上，13∶00左右光合速率出现低谷，证明枸杞也存在光合午休现象，这主要是因为光照、高温等使得气孔导度在不同程度上有所关闭，这与姚春霞等人认为作物在午后会产生“午休”的现象一致，以至于光合作用下降[8]；第2个峰值出现在15∶00左右，而后随着辐射的下降，光合速率也有所下降。不同的灌水量对枸杞的光合速率有明显的影响，处理1和处理2的光合速率平均值与处理3相比分别增加了52.95%，24.60%。当灌水量逐渐减少，光合速率受影响程度也在逐渐减弱，这主要是枸杞受到水分胁迫后，光合作用会下降。

图2 光合速率的日变化曲线

图3为红枸杞蒸腾速率的日变化曲线，枸杞叶片蒸腾速率的日变化呈双峰型,但总体呈不明显的下降趋势。上午随着气温的升高,蒸腾速率均很快增大,但气温继续升高,出现光合午休,叶片气孔开张度减小，气孔阻力加大，蒸腾速率维持在相对较高但较平稳的水平上；下午随着气温下降,蒸腾速率也相应降低。

图3 蒸腾速率的日变化曲线

图4为红枸杞气孔导度的日变化曲线，反映了气孔阻力的大小，此变化曲线与光合速率曲线趋势相同，也呈双峰型。气孔导度最高值出现在11∶00，此时光合速率也是最大值；13∶00左右,枸杞光合午休时段,气孔导度出现低谷；下午15∶00以后,随着光照降低，气孔导度降低。不同的灌水量对枸杞的气孔导度有显著的影响。当灌水量增加时气孔导度受影响程度也在逐渐增加。

图4 气孔导度的日变化曲线

图5为红枸杞的胞间CO2浓度的日变化曲线，这与光合速率的变化趋势刚好相反，呈先下降再上升的趋势。这是因为植物光合作用强烈时植株叶片吸收大量的胞间CO2，且光合作用会生成营养物质，导致胞间CO2浓度下降。不同的灌水量对枸杞的胞间CO2浓度有明显的影响，随着土壤水分的降低，胞间CO2浓度呈增加趋势，这是因为受水分胁迫的影响，叶肉细胞利用CO2的能力受到抑制。

图5 胞间CO2浓度的日变化曲线

2.3 不同灌水定额对枸杞生长特性的影响

不同的灌水定额对枸杞生长状况有一定的影响，合适的灌水量可以增加枸杞的生长，因此枸杞新梢长度及地径是衡量枸杞生长发育状况的主要指标。由表3看出，开花初期(07-11)，随着灌水定额的增加，新梢长度及地径均增加，呈正相关性；处理1的新梢长度与处理2、处理3间达显著差异，处理1的地径与处理2，处理2与处理3均有显著差异，表明不同的灌水定额对地径的影响较显著。不同的灌水定额对结果初期(08-04)，盛果期(08-24)及秋果采收期(09-12)的枸杞新梢长度及地径影响与开花初期基本一致。由图6、图7看出，在6月20日到7月11日之间，新梢生长速率与地径生长速率最大，处理1的日均生长量达到了0.476和0.013 cm，比处理2的日均生长量增加了24.93%和44.44% ，从7月11日开始新梢生长及地径生长量逐渐下降。说明灌水定额为135 m3/hm2，较适合当地的枸杞生长。

表3 土壤水分对枸杞生长特性的影响

图6 不同时期枸杞的新梢生长速率变化

图7 不同时期枸杞的地径生长速率变化

3 结 语

(1)不同灌水量对枸杞叶绿素有一定的影响，当灌水定额为135、67.5 m3/hm2时，整个生育期的枸杞叶绿素平均值分别为57.71、56.20 mg/dm2，与不灌水相比分别增加了15%和12%，说明水分胁迫的增加使得枸杞叶绿素下降幅度也在增大。

(2)不同灌水量对枸杞叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度及胞间CO2浓度有显著的影响。当灌水定额分别为135、67.5 m3/hm2时，与不灌水相比，其光合速率的增幅分别达到了52.95%及24.60%，也就是说枸杞受到水分胁迫后，光合作用会下降；枸杞的胞间CO2浓度的日变化与光合速率的变化刚好相反，呈先下降再上升的趋势，随着灌水量的减少，胞间CO2浓度呈增加趋势；气孔导度、蒸腾速率的日变化与光合速率变化的趋势相同，随着灌水定额的增加，灌水定额为135 m3/hm2时与不灌水相比，气孔导度的增幅为108.86%，蒸腾速率的增幅为78.72%。

(3)当灌水定额为135、67.5 m3/hm2的新梢生长速率及地径生长速率均高于不灌水处理；在整个生育阶段内，在6月20日到7月11日之间，新梢生长速率与地径生长速率最大，灌水定额为135 m3/hm2的日均生长量达到了0.476和0.013 cm，比灌水定额为67.5 m3/hm2的日均生长量增加了24.93%和44.44%，说明灌水定额为135 m3/hm2，较适合当地的枸杞生长。

[1] 李 钰，何文寿，等. 枸杞土壤肥力与合理施肥技术研究进展[J].农业科学研究，27(2)：62-66.

[2] 朱金霞，张源沛，郑国保，等.不同灌水量对枸杞光合特性和产量的影响[J].节水灌溉，2012,(1): 28-30.

[3] 武 蕾. 不同土壤肥力下氮磷钾配施对枸杞生长、产量及品质的影响[D]. 兰州：兰州大学，2010.

[4] 周 乾. 不同水氮耦合和地膜覆盖对枸杞生长、产量及养分吸收的影响的研究[D]. 陕西杨凌：西北农林科技大学，2014.

[5] 曾晓春. 灌溉和覆盖对枸杞生长及水分利用效率的影响研究[D]. 兰州：甘肃农业大学，2013.

[6] 贺春燕，王有科，齐广平，等. 氮磷钾配施对景电灌区枸杞生长及产量的影响[J]. 甘肃农业大学学报，45(2):100-104.

[7] 徐利岗，杜 历，等. 干旱区枸杞滴灌灌溉制度试验研究[J]. 节水灌溉，2016,(4):1-6.

[8] 姚春霞，张岁岐，燕晓娟，等.干旱及复水对玉米叶片光合特性的影响[J].水土保持研究,2012,19(3):278-282.