不同灌溉水温对骏枣光合特性及果实品质的影响

赵航，梁智，吴翠云，周正立

(1 塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300；2 新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆 阿拉尔 843300；3 新疆农科院土壤肥料与农业节水研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；4 南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆 阿拉尔 843300)

红枣是人们最喜爱的水果之一，其在新疆南疆的种植面积广且产量高，红枣产业已成为南疆人民农业增收的主要经济来源之一[1]，截至2017年底，南疆地区(南疆四地州及兵团4个师)红枣面积及产量分别占全疆的83.2%、92.4%，占全国的12.2%、37.6%[2-3]，但新疆的地理环境特殊，干旱少雨、水资源相对匮乏，特别是在春秋季灌溉水温相对较低且农业生产用水量较大，水资源的使用较为紧张。为了满足农业生产用水，多采用井水或井水加渠水的灌溉方式，但用低温井水灌溉会抑制枣树的生长与发育，并直接影响南疆地区枣农的经济收益。研究表明，灌溉水温对植物的影响是多方面的，能够显著影响油麦菜、黄瓜的产量及光合作用[4-6]，对棉花、番茄、花生等植物的生长发育也会产生影响[7-12]，另外，根区的低温还影响植株的物质代谢积累[13-16]、抗氧化性及抗逆性[17-19]、叶片气孔导度[20]等。前人研究的多是蔬菜、棉花等浅根系作物，对红枣等深根系果树的研究较少，因此，开展南疆地区增温水灌溉的试验就显得十分必要。本研究立足于新疆南疆红枣栽培的生产实际，通过调查探究最适合红枣栽培的灌溉水温，从而为新疆南疆枣产业中的优质红枣栽培提供技术指导，并为其保护性耕作及农业的可持续发展贡献可行方案。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究区位于新疆阿拉尔市塔里木大学园艺试验站(40°32′27″N，81°17′56″E)，属暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，极端高温35 ℃，极端低温-28 ℃，太阳辐射15.33～16.78 MJ/(m2·d)，年日照2 556.3～2 991.8 h，海拔高度1013 m，年降水量40.1～82.5 mm，年蒸发量1 876.6～2 558.9 mm。

1.2 供试材料

试材为5 a生密植骏枣，株行距0.5 m×2 m，长势基本一致。

1.3 试验方法

采用单因素多水平完全随机试验，设定4个灌溉水温(10、20、30、40 ℃)处理梯度；试验为露天栽培，以单行为小区，每行10株枣树，各小区采用槽式隔离栽培，各处理均采用“一行双管”的布置模式，即在一行果树的两侧各布置一根内镶式滴灌管，在行内覆膜并在膜下布设滴管带，管带距树30 cm，每30 cm一个滴头；每个处理均使用一只500 L的塑料大桶，先将水注入塑料桶，利用增温及降温设备(图1)，将水处理到指定水温后再使用潜水泵实施滴灌，各处理在全生育期内均按指定水温灌水。于枣树萌芽前开始灌水，直到果实收获，全生育期灌水13次，灌溉定额4 500 m3·hm-2。除滴灌的水温不同外，各处理其他的管理措施均相同。

1—水源；2—进水阀；3—储水罐；4—潜水泵；5—制冷机；6—瞬时温度计；7—增温设备；8—温控开关；9—调压阀；10—潜水泵；11—控水阀；12—水表；13—支管；14—毛管。图1 试验增温及降温装置图

1.4 测定项目及方法

1.4.1 温度的测定

各处理按照枣树行向机械排布3个等距温度测试点，每个测试点均采用地埋式电子温度计(带探头)测定距离地表5、10、15、20、25 cm的垂直土层温度。本研究于2018年4—10月共计灌水13次，每次灌水后第2天9:00—21:00每隔2 h按土层垂直深度0～5、5～10、10～15、15～20、20～25 cm测定土壤温度，按各处理、各土层，将相应时间点的土壤温度取平均值。

1.4.2 光合参数的测定

于2018年8月中旬选择晴朗无风天气，选择长势一致的处理单株(每处理3株)上层同一平面的枣吊中部叶片，测定枣吊的连续3片叶(从枣吊基部数第5～7片叶)进行活体测定(使用LI-6400光合仪)，连续测定3 d，测定时间为每日13:00，取3 d均值；再分别测定叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)，并计算气孔限制值(Ls)，叶片水分利用效率(WUE,为Pn与Tr之比)。

1.4.3 果实品质的测定

于果实脆熟期，每个处理随机选择树冠上部同一平面外围东西南北4个方位的红枣果实30个，使用游标卡尺测定果实的纵径和横径，使用电子天平称量果实单果重，并计算果形指数。将摘取的不同方位的枣果混合后，每处理随机选取5或6个枣果，去皮后取适量果肉混合并研磨，测定维生素C(Vc)含量、有机酸含量、可溶性糖含量，Vc含量的测定采用紫外可见分光光度法，可滴定酸含量的测定采用酸碱中和滴定法，可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法。果实成熟后每处理选择3株枣树，单株重复，收集整株红枣果实，计数、称量并计算产量。

1.5 数据统计及分析方法

采用DPS 7.05软件对试验数据进行方差分析和差异显著性检验分析，并用Excel 2007软件绘图和数据处理；图表中不同小写字母表示处理间差异在P<0.05水平显著，不同大写字母表示处理间在P<0.01水平极显著。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉水温对枣树土壤温度的影响

植株根系对土壤温度极其敏感，适宜的根温能够促进植株地上部分的生长，不同的灌溉水温环境会对植株根温产生直接的影响。从不同处理各土层土壤温度日变化图(图2)可知:

(1)随时间变化各处理不同层次的土壤温度表现为：0～5、5～10 cm层次的土壤温度总体表现出先升后降趋势，高峰值分别出现在17：00和19：00，而10～15、15～20、20～25 cm土层的土壤温度表现为先降后升趋势，并在11：00或13：00之后逐渐升高。

图2 不同灌溉水温对日地温的影响

(2)从各处理土壤温度随土层深度的变化来看，总体上表现为13：00前，各层次土壤温度表现为15～20、20～25 cm的土壤温度较高，10～15、5～10 cm次之，0～5 cm最低；在13：00之后，0～5、5～10 cm的土壤温度较高，10～15、15～20 cm次之，20～25 cm最低。这主要与空气温度的变化有关，上层土壤接受气温变化较为敏感，温差变化较大，符合热传导的普遍规律。

各处理全生育期土层温差变化情况(表1)表明：不同水温灌溉对各土层温度有显著影响。全生育期内各处理土壤平均温度随灌溉水温的升高表现出先升后降的单峰变化趋势，各处理土壤平均温度变化由大至小依次为30、40、20、10 ℃处理，且20、30、40 ℃水温处理分别较10 ℃处理土壤温度提高0.066、0.624、0.254 ℃，全生育阶段0～25 cm土层内30 ℃处理较10 ℃处理地温各土层分别提高0.58、0.54、0.49、0.76、0.77 ℃。40 ℃水温较30 ℃水温处理的土壤温度提升小，这可能与温度越高其散热也越快有关。

经方差分析及显著性检验(表1)表明：在各土层深度中，除10 cm土层深度30、40 ℃处理的土壤温度无差异外，30 ℃处理在各土层温度均显著的高于10、20、40 ℃，其中30 ℃处理各土层深度均极显著的高于10、20 ℃水温处理。40 ℃处理在5、15、20 cm土层深度与10、20 ℃处理无差异，但在10、25 ℃处理均显著甚至极显著的高于10、20 ℃处理。说明30、40 ℃水温处理能够显著的提高土壤温度并促进枣树的生长发育，且以30 ℃处理效果最佳。

2.2 不同灌溉水温对枣树光合参数的影响

植物的Pn、Ci、Pn、Tr等参数是反映植株光合作用强弱的重要指标，通过光合参数的变化能够探究植株光合作用的具体作用机理。从图3可以看出:

(1)增温较高的30、40 ℃处理枣树的Pn极显著的高于10、20 ℃处理，其中，30 ℃处理极显著的高于10、20、40 ℃处理，分别较10、20、40 ℃处理提高24.84%、24.77%、10.76%。

(2)Gs及WUE随水温的升高而表现出一定的差异，但各处理间均无显著性差异。

(3)Tr随水温的增加表现出一定的波动性，其中以30 ℃处理的Tr最大，该处理与10 ℃处理间无差异，但与20、40 ℃处理达极显著水平，而10、20、40 ℃处理间无差异。

(4)叶片的Ci浓度随灌溉水温的升高出现先降低后逐渐升高的变化趋势，其中30 ℃达到最小值，与10 ℃相比，20、10 ℃处理间显著差异，但与30、40 ℃均表现出极显著差异。骏枣叶片的Ls与Ci浓度的表现相反，即随着灌溉水温的升高，叶片的Ls表现出先升后降的变化趋势，并在30 ℃达到峰值，之后逐渐降低。经显著性检验表明，30、40 ℃处理间无差异，但与10、20 ℃处理表现出显著性差异甚至极显著性差异。

上述结果表明：30 ℃水温处理有助于提高骏枣叶片的Pn、Tr和Gs，但不同灌溉水温处理对叶片的Gs和WUE等参数无显著的影响。

图3 不同灌溉水温对骏枣叶片光和参数的影响

2.3 不同灌溉水温对枣树果实品质的影响

2.3.1 不同灌溉水温对枣树果实外观品质的影响

果实的外观品质主要表现在单果重、果形、果色、产量、果表洁净度及整齐度、损伤及病虫害等方面，骏枣最直观的外观品质表现为其果色、果实数量、单果重、产量、果形等指标。从表2可以看出：

(1)骏枣的果实数量及产量均随着灌溉水温的升高，呈现先升后降的变化趋势，其中以30 ℃处理较好，由高到低依次为30、40、20、10 ℃。与10 ℃水温处理相比，20、30、40 ℃处理的产量分别提高21.5%、69.2%、33.8%。经方差分析及显著性检验分析(表2)表明，30 ℃处理的产量显著的高于10、20、40 ℃处理，且与10、20 ℃水温处理表现出极显著水平。这说明低水温灌溉会明显影响骏枣果实产量，并对果实数量有较大影响。

(2)经不同水温处理，骏枣的单果重表现由高到低为30、10、40、20 ℃，其纵径则由高到低表现为10、30、40、20 ℃，通过方差分析及显著性检验分析表明，骏枣枣果的单果重及纵径均表现为10 ℃与30、40 ℃之间无差异，但与20 ℃处理表现出显著性差异，各处理的横径及果型指数方面均未达到显著性差异水平。说明不同水温处理对骏枣的单果重及纵径影响较大，但对横径及果型指数作用不明显。

表2 各水温处理果实的外观品质情况

2.3.1 不同灌溉水温对枣树果实内在品质的影响

果实的内在品质主要表现在果实的风味、可溶性固形物含量、果肉的疏松度、营养成分、果汁含量等方面等。骏枣果实中Vc含量、糖酸等方面对骏枣的内在品质影响较大。从图4可知：

(1)枣果的Vc和有机酸含量均随着灌溉水温递增而先增加后降低，并在30 ℃处理达到最大值，由高到低为30、40、20、10 ℃，而枣果中可溶性糖的含量随着灌溉水温的升高表现出逐渐降低的趋势。经方差分析及显著性检验表明，20、30、40 ℃处理的果实中Vc含量处理间无差异，但10、30 ℃处理表现出显著性差异，且30 ℃处理的Vc含量明显优于10、40 ℃处理，说明灌溉水温过高或者过低均会影响果实中Vc含量的积累，但10 ℃的低温会显著的影响枣果Vc含量的积累。

(2)有机酸含量因灌溉水温不同表现出一定差异，但各处理间均未达到显著性差异水平。10、20、30 ℃处理的可溶性糖含量无差异，但40 ℃处理与其他处理均达到显著水平，说明低水温灌溉有利于糖含量的积累，而水温过高会显著降低果实中可溶性糖含量的积累。

图4 不同灌溉水温对骏枣果实内在品质的影响

3 讨论

(1)新疆红枣种植面积大且产量高，对本地农民增产增收有重要意义，而优质红枣的栽培技术更能为果农增产增收提供保障。不同的灌溉水温会对枣树的光合特性产生一定影响。研究[10-11]表明，灌溉水温的高低会影响植物根系的活动，低水温或者高水温的灌溉环境会抑制植株对养分的吸收积累，因灌溉水温的不同而使植株的光合特性表现出一定的差异。张瑞弯等[4]研究不同灌溉水温对油麦菜光合作用的影响表明，20、25、30、35 ℃处理的叶片Pn、Gs和Tr均高于12 ℃水温处理；冯玉龙等[21-22]研究表明，根区温度升高，叶片的气孔阻力会迅速升高，光和强度减弱。本研究表明30、40 ℃水温处理叶片的Pn和Gs明显高于10、20 ℃处理，该结果与前人研究结果相似，但本研究的30、40 ℃处理的Ci较低，Ls较高，但其Pn却相对较高，出现这种反差，可能与中午时分光合午休，叶片气孔关闭有关。说明较高水温的灌溉处理能够明显的影响枣树叶片的光合特性，30、40 ℃灌溉水温处理对净光合速率积累有益。

(2)果实的品质关乎农民的经济收益，优质的果实会给农民带来增产增收，但本研究表明，灌溉水温的不同使果实养分的积累表现出一定的差异性。有研究发现灌溉增温处理不仅会降低果实的酸度和糖酸比[23-24]，还能显著增加红枣果实的横纵径、单果重、果核重、Vc等指标[25]。增温处理对葡萄品质影响的研究[26]表明，增温处理后葡萄的Vc含量增加、可滴定酸含量降低、果实品质得到改善。本研究表明30 ℃水温会明显提高果实的Vc含量，但对有机酸含量的影响不显著，40 ℃水温处理会明显降低果实的可溶性糖含量，说明30 ℃灌溉水温较好，当水温达到40 ℃会明显影响果实的内在品质。10、30 ℃处理的单果重均较大，但10 ℃处理果实数量和产量均较低，这可能与枣果数量少而养分积累较多有关。

虽然本研究在不同灌溉水温处理下枣树的光合特性及果实品质方面表现差异明显，但生理学测定有时存在触发因素与测量指标生物过程距离过远的问题，因此，有待一步思考和设计试验加以验证。

4 结论

(1)不同的灌溉水温会明显影响土壤温度。30 ℃水温处理会明显提高枣树全生育期土壤的温度，且在0～25 cm范围内，30 ℃处理较10 ℃处理地温每5 cm垂直土层深度分别提高0.58、0.54、0.49、0.76、0.77 ℃。

(2)不同的灌溉水温会显著影响枣树叶片的光合特性。30 ℃水温处理能够明显提高枣树叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔限制值。

(3)不同的灌溉水温会显著影响枣果的外观品质及内在品质。不同处理下枣树果实的数量及产量、维生素C含量及有机酸含量由高到低依次为30、40、20、10 ℃处理。