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不同灌水下限对枣树光合特性、产量及品质的影响

2020-03-20马军勇郑国玉周建伟柳智鹏

灌溉排水学报 2020年1期
关键词:净光合利用效率灌水

马军勇,郑国玉,周建伟,柳智鹏

不同灌水下限对枣树光合特性、产量及品质的影响

马军勇1, 2,郑国玉1, 2,周建伟1, 2,柳智鹏3*

(1.新疆农垦科学院 农田水利与土壤肥料研究所,新疆 石河子 832000;2.农业部作物高效用水石河子科学观测实验站,新疆 石河子 832000;3.河海大学 农业工程学院,南京 210098)

【】探究滴灌条件下适合沙漠绿洲区枣树生长发育的灌水下限。采用大田试验,设置4种不同灌水下限T1、T2、T3和T4(分别为田间持水率的40%、55%、70%和85%),分析其对枣树不同生育阶段的光合特性、产量及品质的影响。灌水下限的降低使得净光合速率、蒸腾速率、气孔导度降低,但是会提高枣树的叶片水分利用效率。总体来说,T3处理的净光合速率值最高,且T2处理的叶片水分利用效率在枣树各生育阶段均较高。随着灌水下限的降低,提高了果实的总糖、可溶性固形物、糖酸比等品质指标;当灌水下限为田间持水率的55%时,枣树的单果质量和产量相对较高,分别为4.43 g和6 832.9 kg/hm2。综合考虑枣树的光合特性、产量及品质,建议灌水下限设置为田间持水率的55%,枣树的叶片水分利用效率显著提高,同时获得较好的红枣产量和品质。

净光合速率;气孔导度;蒸腾速率;糖酸比;田间持水率

0 引言

新疆地处欧亚大陆腹地,远离海洋、降雨稀少,年降水150 mm,昼夜温差大、蒸发强烈,年蒸发 1 500~3 000 mm[1],干旱指数高达10~15,气候干旱、生态脆弱,是中国典型的灌溉农业区[2]。灌溉对该地区农业稳产、增产发挥着举足轻重的作用,2018年新疆用水总量为552.33亿m³,其中第一产业用水量高达514.36亿m³,占用水总量的93.13%[3]。因此,提高灌溉水利用率,实现农业生产的节水、提质、增效,对干旱区农业发展具有重要意义[4]。

灌水下限决定着灌水时间和作物生育期内灌溉定额[5-7]。国内外学者对甜瓜[8-9]、冬小麦[10-11]、黄瓜[12]、棉花[5, 13-14]等作物灌水下限进行了大量研究。赵青松等[12]研究了不同灌水下限处理对黄瓜穴盘苗干物质积累、根系活力、光合能力及叶绿素荧光参数的影响,结果表明:以相对含水率55%作为灌水下限的黄瓜穴盘苗干物质积累量、主根长、根系活力,光合能力均显著高于其他处理。袁宇霞等[15]指出适当上调灌水下限可以显著增加番茄株高、叶面积和干物质量,但过高的灌水下限不利于番茄的生长、光合速率和产量的提高,还发现番茄的产量与干物质量和叶片的净光合速率均呈显著的线性相关。王京伟等[9]研究了不同灌水下限对甜瓜的植株生长、光合效率、生物量、产量和水分利用效率的影响,发现灌水下限是影响甜瓜生长和产量的重要因素,与田间持水率的60%和80%相比,灌水下限为田间持水率的70%时,植株平衡生长,产量比60%时和80%时分别提高了22.58%和2.42%。申孝军等[5]在新疆石河子研究了不同灌水控制下限对棉花耗水量、品质以及水分利用率的影响,研究发现,蕾期和花铃期灌水控制下限分别为田间持水率的60%和75%,灌水定额为30 mm处理在节约灌溉水的同时提高了籽棉产量并改善了棉纤维品质。

现有的灌水下限研究主要集中于棉花等1年生作物,而有关红枣等多年生作物的灌水下限研究较少。光合作用强度作为作物重要的生理指标,能直接反应作物受干旱胁迫程度[16]。因此,本文拟通过研究不同灌水下限其对干旱区灰枣树光合特性、产量及品质的影响,进一步探讨灌水下限对多年生枣树的影响,为干旱区枣树灌溉制度优化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年3—10月在新疆建设兵团农二师38团(83°25′—87°30′ E,35°40′—40°10′ N)进行。该试验点位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州且末县西部,降水量少,年降水量18.1 mm,气候干燥,年蒸发量2 824 mm,昼夜温差大,光照时间长,年平均气温11.0 ℃,全年活动积温4 320 ℃左右,全年有效积温为2 250 ℃左右。试验区灰枣树在2010年播种,2012年嫁接,行距3 m、株距1 m,树势均匀,长势较旺。枣树灌溉方式为滴灌,滴灌带布设方式为1行2管,滴灌带与枣树间距为20 cm,滴头流量3.2 L/h,滴头间距30 cm。灰枣园土壤质地为壤质砂土,0~100 cm土壤平均干体积质量及田间持水率(质量含水率,田)分别为1.53 g/cm3和17.10%,地下水埋深2.2 m左右。

1.2 试验设计

试验采用单因素随机完全区组设计,试验小区根据田块随机排列,当土壤含水率低于灌水下限时进行灌溉,灌水下限分别为田的40%(T1),55%(T2),70%(T3)和85%(T4),每个处理设4个重复,共16个小区,每个小区均有3行枣树。为防止小区间互相干扰,各小区间隔1行非试验枣树,且各组处理施肥、修剪、除虫、除草等农艺措施相同。各小区灌水定额通过旋翼式水表进行控制。灌水定额计算依据公式:

=10××××(max-min), (1)

式中:为灌水定额(mm);为计划湿润层厚度(m),本试验取0.8 m;为土壤体积质量(g/cm3),该地块为1.53 g/cm3;为润湿比,即湿润面积与土体面积的比值,本试验中枣树行距较大,取0.5;max为灌水上限(%),本试验max=田=17.10%;min为灌水下限(%)。

1.3 试验测定项目与方法

1.3.1 光合作用相关参数的测定

在晴天观测日上午的11:00—12:30,使用Li-6400XT光合仪进行测定不同处理下枣树不同生育期的光合作用参数——净光合速率(n)、蒸腾速率(r)和气孔导度(s)每个小区选取1棵枣树,在其东西南北4个方向选择4片同一高度健康、无遮挡的叶片,在6400-02b LED光源的1 500 μmol/(m2·s)光强度下,对每片叶重复测量3次取平均值。枣树的叶片水分利用效率(L)计算式为:

L=n/r。 (2)

1.3.2 果实产量和品质的测定

在2017年10月30日,各小区选取有代表性的枣树3棵并手工采收,并使用电子秤称质量。每个重复随机抽取100颗健康无病虫害的红枣,测量单个红枣的质量,然后对红枣的品质进行了测定。其中,总糖采用酸水解-莱因-埃农氏法测定;总酸采用酸碱滴定法测定;VC采用二氯靛酚滴定法测定;可溶性固形物通过阿贝折射仪测定。

1.4 数据处理与分析

试验数据的记录和整理使用Microsoft Excel软件进行,采用SPSS 22.0软件进行数据分析(其中,显著性检验选择Duncan法,显著性水平=0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同灌水下限对枣树净光合速率的影响

表1为不同灌水下限条件下枣树不同生育阶段光合指标的变化情况。由表1可知,枣树的n随时间增长,且不同处理条件下枣树的净光合速率均在果实膨大期达到最大值。萌芽展叶期,T2、T3和T4处理的n分别较T1处理提高了18.18%、23.61%和19.50%,其中T1与T3处理之间差异显著;枣树开花坐果期,T3处理的n最高为12.70 μmol/(m2·s),且T1处理与T2、T3、T4处理差异显著,其余各处理间没有显著性差异;在果实膨大期,枣树的n达到最大值,其中T1、T2、T3和T4处理的净光合速率较开花坐果期变化不大,仅分别提高了2.21%、4.63%、3.39%和4.12%,T1处理的净光合速率最小为10.64 μmol/(m2·s),且与T2、T3、T4处理之间差异显著。

如表1所示,r随枣树生长而增长,在果实膨大期取得极大值,其变化规律与n基本一致。萌芽展叶期,T4处理的蒸腾速率最大,为3.79 mmol/(m2·s),与T2和T1处理差异显著;枣树开花坐果期各处理的r较萌芽展叶期均有较大幅度的增长,分别提高了33.93%、39.74%、39.77%和29.82%,T1处理的蒸腾速率最低为3.71 mmol/(m2·s),且与T3和T4处理差异显著;r在果实膨大期达到最大值,T1、T2、T3和T4处理的蒸腾速率分别为4.15、4.69、4.93、5.23 mmol/(m2·s),相较开花坐果期的r增长幅度较小,其中,T1与T2、T4处理差异显著。

不同灌水下限条件下枣树不同生育阶段气孔导度均随灌水下限的降低而减小,且s变化趋势基本与n、r一致。萌芽展叶期T1处理的s最小,为0.16 mol/(m2·s),且T1与T2、T3、T4处理均差异显著,其余各处理间并没有显著性差异;在枣树开花坐果期,T4处理的气孔导度最大,相较T1、T2和T3处理分别增加了22.22%、11.11%、3.70%,其中T1与T4处理差异显著;果实膨大期,T4处理的气孔导度最大,为0.22 mol/(m2·s),而T1、T2和T3处理分别为0.28、0.29、0.31 mol/(m2·s),且T3和T4处理均与T1处理差异显著。

表1 不同灌水下限枣树不同生育阶段净光合指标

注 同一列数据后不同小写字母表明不同灌水下限处理下差异显著(<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 不同灌水下限对枣树产量及品质的影响

不同灌水下限对枣树叶片水分利用效率影响显著,不同灌水下限条件下枣树不同生育阶段L变化情况如表1所示。各处理下叶片水分利用效率均为:开花坐果期>果实膨大期>萌芽展叶期;且不同处理下各生育期内枣树的L都表现为T2处理最高,说明不同灌水下限对枣树L的影响更大。在萌芽展叶期,T2处理的L最高,较T4处理显著提高了0.47 μmol/mmol,并且T2与T4处理差异显著;开花坐果期的叶片水分利用效率最高,T1、T2、T3和T4处理的L分别较萌芽展叶期提高了13.82%、9.54%、8.13%、19.07%,T1和T2处理均与T4处理有显著性差异;果实膨大期,T2处理的叶片水分利用效率最高,为2.75 μmol/mmol,且与T1、T4处理差异显著,其余各处理的L分别为2.57、2.66、2.51 μmol/mmol。

2.2 不同灌水下限对枣树产量及品质的影响

不同灌水下限对枣树产量及品质的影响由表2所示。灌水下限的降低有利于提高果实中的总糖并降低其总酸量,T1、T2和T3处理的总糖量较T4处理分别提高了9.13%、7.51%和1.85%,总酸量降低了0.12%、0.09%、0.03%,且T1和T2处理均与T4处理差异显著。因此,T1和T2处理的糖酸比较T4处理显著提高了44.19%和32.75%,且T1、T2处理与T3、T4处理差异显著。与此同时,随灌水下限的提高,VC呈先提高后降低的变化趋势,但各处理间均无显著性差异。可溶性固形物的变化规律与总糖相似,T1处理量最高为38.07%,且与T3、T4处理差异显著。单果质量和产量的变化趋势基本一致,随灌水下限的提高均先增加后减少,其中T2处理的单果质量和产量最高分别为4.43 g和6 832.9 kg/hm2,且其单果重与T4处理差异显著、其产量与其他各处理均差异显著。

3 讨论

光合作用是作物物质积累的重要方式,也是作物产量形成的基础,其对环境胁迫的变化较为敏感,可有效地评价作物对环境胁迫的反应[17]。在枣树的相同生育阶段,s随着灌水下限的降低而逐渐降低,r逐渐下降,n也随之下降,与s变化趋势基本一致,且不同处理下各生育期内T1处理(灌水下限为田的40%)的n、r、s均最低,主要是因为枣树受到土壤水分胁迫时叶片水分散失,降低作物的气孔导度(即气孔开度减小、气孔阻力增加)是作物的一种正常生理反应,可有效减少作物在蒸腾过程中水分的流失,使得r也随之降低[18]。与此同时,s的降低还会导致n的降低,主要是因为气孔关闭降低了枣树的,限制了其光合作用能力,该现象主要是因为部分气孔开度减小导致了CO2的流入减少,降低了胞间二氧化碳质量浓度(i)使得n降低[19]。虽然在枣树的不同生育期T1和T2处理的n、r、s均较T4处理有所降低,但是叶片水分利用效率却高于T4处理,且部分差异显著,说明气孔导度降低对r的抑制作用大于n,所以随着水分亏缺的增加n、r虽有所降低,但却提高了L。不同灌水下限处理在枣树开花坐果期的水分利用效率高于萌芽展叶期和果实膨大期,这可能与开花坐果期是枣树营养生长和生殖生长并进的时期,且此时气温升高、蒸发量也较大有关。不同灌水下限对枣树不同生育阶段光合特性的影响研究表明,各生育期内T3处理(田的70%)的n均最高,说明灌水下限为田的70%有利于提高枣树的光合作用,随着灌水下限的降低净光合速率也随之下降,但是L在灌水下限为田的55%时达到最大值。

枣树是新疆地区特色林果业的第一大果种,具有较高的药用和营养价值,所以果实的产量和品质是评价灌溉制度最重要的指标。随着灌水下限的降低,红枣的总糖量、可溶性固形物量、糖酸比等品质指标明显提高,说明降低灌水下限有利于提高果实的品质[20]。T1和T4处理的单果质量和产量均无显著差异,说明适当地降低灌水下限对荒漠条件下灰枣生产没有不利影响[21]。但是T2处理(灌水下限为田的55%)下枣树的单果质量和产量明显高于其他处理,说明适宜的灌水下限能提高枣树的产量和品质,这可能是由于水分胁迫所带来的补偿效益,降低灌水下限使叶片和枝干中的光合产物和营养物质转移到果实器官,抑制了枣树营养生长、促进了枣树的生殖生长。

4 结论

1)当灌水下限低于田的70%时,枣树的净光合速率下降,叶片水分利用效率提高。随着灌水下限的降低,s、r、n均有所下降,但n下降幅度比r小,导致L提高,且灌水下限为田的55%时L达到最大值;灌水下限为田的70%时,在枣树不同生育期的n均较高。

2)适宜的灌水下限可以提高枣树的产量和果实品质。灌水下限的一定程度上降低可提高红枣的品质,当灌水下限为田的55%左右时枣树的单果重和产量最高,较CK分别提高了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

马军勇, 郑国玉, 周建伟, 等. 不同灌水下限对枣树光合特性、产量及品质的影响[J]. 灌溉排水学报, 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”国家重点研发计划项目(2016YFC0400208)

马军勇(1979-),男。助理研究员,主要从事节水灌溉方面研究。E-mail:maymajy@163.com

柳智鹏(1992-),男。博士研究生,主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail:170402060005@hhu.edu.cn

责任编辑:陆红飞

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