基于咸淡水轮灌模式下枸杞品质的研究

2020-10-19苏瑞东杨树青唐秀楠刘瑞敏

节水灌溉 2020年10期

苏瑞东，杨树青，唐秀楠，刘瑞敏

(1.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010018；2.山西省水利水电科学研究院，太原 030000；3.山西省水旱灾害防御中心，太原 030000)

枸杞是茄科，枸杞属植物，不仅可日常食用，还可作为药用。商品品质由果长和鲜果百粒重组成，药用品质由多糖、总糖和氨基酸组成[1]。

咸水灌溉作物时，若方法不当可能会引起作物“生理干旱”而死亡[1]，这是因为咸水含盐量高会引起水分胁迫所致。但大量生产实践表明，如果灌溉得当，在对作物产量影响不大的前提下，咸水灌溉不仅可节约淡水，还可对作物的品质有直接影响，目前国内外关于咸水灌溉对蜜瓜、甜瓜及棉花等作物的品质影响进行了大量研究[2-10]，而咸水灌溉对枸杞品质的影响鲜见，本文将对其影响机理进行阐述。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验以宁杞1号为研究对象，在内蒙古河套灌区红卫试验厂开展研究。试验地年平均蒸发量、降雨量及气温分别为2 383 mm、270 mm和7.9 ℃，属大陆性多风干旱气候，地下水位为0.5～3.0 m。试验地为中度盐碱地，土壤盐分较高，其组成如表1所示。

1.2 试验设计

试验以当地灌溉(CK)为对照，设咸咸淡(T1)、咸淡咸(T2)、淡咸咸(T3)和咸咸咸(T4)4个处理，每个处理3次重复。试验采用微咸水和黄河水(淡水)轮灌，具体试验方案见表2。

表1 土壤盐分组成Tab.1 Soil salinity composition

表2 试验方案Tab.2 The testing program

1.3 测定项目

土壤含水率和盐分每隔10 d测定一次，灌水前加测，采用电导率仪和烘干法测定0～20、20～40、40～60、60～80、80～100和100～120 cm不同土层的土壤电导率和含水率。

各小区取四棵植株均匀一致的枸杞树进行枸杞子取样。

鲜果百粒重测定：采用四分法取百粒鲜果称重，重复3次，取其平均值。

果长测定：采用四分法取10粒鲜果，用游标卡尺测量果长，取其平均值。

多糖、总糖测定：采用紫外可见分光光度计、超声波清洗器及分析天平测定。

氨基酸测定：采用日立L-8900型全自动氨基酸分析仪测定。

2 结果与分析

2.1 土壤水分运移规律

从图1可以看出，不同处理在生育期内土壤含水率呈波浪状的波动趋势，且变化规律基本一致。一水前土壤平均含水率均较低，这是由于土壤水分经过冬季的持续蒸发所致。一水后土壤平均含水率明显上升，在二水前达到生育期内最大值，轮灌模式中全部采用咸水灌溉的T4处理最低，2013年为27.20%，2014年为25.29%，而二水采用淡水灌溉的T3比T4在2014年高出3.99%，这表明灌水时间一致时，灌溉水矿化度越高，灌水后土壤含水率越小。三水前T3处理土壤水分较高，有利于枸杞成熟，因为这段时期是枸杞盛果期，需要的水分较多，具体表现为：CK>T3>T2>T1>T4。

图1 不同处理0～120 cm土层平均含水率变化Fig.1 Changes of 0～120 cm soil moisture content on average of different treatments

2.2 土壤盐分运移规律

图2给出了不同处理0～120 cm土层平均含盐量变化，土壤盐分随时间均呈现波动性变化。每次灌水前，土壤盐分均出现了表聚现象，这是由于土壤盐分随着水分的蒸发在土壤表层聚集，灌水后水分又对土壤盐分进行了淋洗，从而其土壤盐分降低。由于全部采用咸水灌溉带入土体中的盐分较多，故全部采用咸水灌溉的T4处理土壤盐分明显高于T1、T2和T3处理，而全部采用黄河水灌溉(淡水)的CK土壤盐分明显较低。在枸杞盛果期(三水前)，T3处理土壤电导率比其他处理明显要低，这是因为T3处理第二水为淡水，充分淋洗了土壤中的盐分。具体表现为：T4>T1>T2>T3>CK。

图2 不同处理0～120 cm土层平均含盐量变化Fig.2 Changes of 0～120 cm soil electrical conductivity on average of different treatments

2.3 枸杞品质分析

图3对不同处理的商品品质指标进行了比较，2013年的枸杞鲜果百粒重和果长均比2014年大，这是由于在枸杞盛果期2013年的降雨量大，枸杞可吸收的水分较多，这说明在枸杞盛果期，土壤含水量越大，枸杞的商品品质越高。以2013年为例进行分析，咸淡水轮灌下T3处理的枸杞鲜果百粒重和果长比其他处理要大，鲜果百粒重达到67.51 g，这是由于T3处理第二水采用淡水灌溉，导致在枸杞盛果期土壤含水量较大，有利于枸杞商品品质的提高。CK由于全部采用淡水灌溉，故其同期土壤水分也最大，从而其商品品质也最好，而全部采用咸水灌溉的T4处理土壤水分较低，不利于枸杞商品品质的提高。果长在T1、T2和T3处理之间无显著性差异，但T1、T2、T3处理分别和T4、CK之间存在显著性差异，不同处理的鲜果百粒重存在显著性差异。果长和鲜果百粒重在2013年表现为：CK>T3>T2>T1>T4，2014年和2013年的变化规律基本一致。

图3 不同处理的商品品质指标对比图Fig.3 Comparison chart of quality indicators of different treatments

图4对不同处理的药用品质指标进行了比较，在连续两个年度，枸杞氨基酸含量变化不大，而2014年多糖和总糖含量明显高于2013年，多糖和总糖表现出基本一致的变化规律，这是由于2013年比2014年的降雨量大，对土壤盐分的淋洗较为充分，导致2014年的土壤盐分比2013年的土壤盐分高，从而引起2014年的枸杞药用品质较高。这说明随着土壤盐分增大，枸杞的药用品质提高。

以2013年为例分析，不同处理间多糖和总糖存在显著性差异，氨基酸含量在咸淡水轮灌下无显著性差异，但和全部采用淡水灌溉的CK存在显著性差异。T4处理的土壤盐分最大，相应的其多糖和总糖含量也高，其中多糖和总糖含量分别达到9.556%和47.458%。CK土壤盐分最低，故其多糖和总糖含量也最低，T1、T2和T3处理较CK分别高出24.8%、11.5%和5.4%。咸淡水轮灌模式下T3处理的多糖和总糖含量最低，这是由于T3处理在枸杞盛果期土壤盐分最低，相应的枸杞子吸收的盐分较少所致。轮灌模式中T4处理氨基酸含量最高，为7.722 mg/100 mg，T3处理含量最低，为7.456 mg/100 mg。多糖、总糖和氨基酸含量在2个年度均表现为T4>T1>T2>T3>CK。

图4 不同处理的药用品质指标对比图Fig.4 Comparison of pharmaceutical quality indicators with different treatments

2.4 枸杞品质和土壤盐分相关性分析

将枸杞子果长、鲜果百粒重、多糖、总糖和氨基酸的含量与土壤盐分进行相关性分析(表3)，果长和鲜果百粒重分别与土壤盐分呈显著负相关性，说明随着土塘盐分的增大，枸杞商品品质降低。多糖、总糖和氨基酸含量分别于土壤盐分呈极显著正相关性，说明随着土壤盐分的增大，枸杞药用品质越高。鲜果百粒重和果长呈现极显著正相关性，这是因为果长越长，鲜果百粒重越大，两者表现出一致性。氨基酸、多糖和总糖之间也表现出极显著正相关性。

表3 土壤盐分与枸杞品质指标相关性分析Tab.3 Correlation analysis between soil salinity and quality index of Fructus lycii

2.5 土壤盐分和枸杞品质回归模型

对枸杞品质指标与土壤盐分分析可知，两者之间满足三次多项式，可用式(1)表示：

y=ax3+bx2+cx+d

(1)

式中：y分别为果长(mm)；鲜果百粒重(g)；多糖(%)；总糖(%)；氨基酸(mg/100 mg)；x为土壤电导率，mS/cm；a、b、c、d为系数。

通过式(1)可得枸杞各品质与土壤电导率的回归模型(表4)。分析可知，枸杞果实中多糖、总糖和氨基酸在土壤电导率为1.54 mS/cm时达到最大值，分别为11.800%、67.257%和7.821 mg/100 mg，均随着土壤电导率增大呈递减趋势；枸杞果长和鲜果百粒重在土壤电导率为1.23 mS/cm时均达到最大值，分别为18.90 mm和67.09 g，果长和鲜果百粒重均随土壤电导率增大呈递减趋势。