不同灌溉定额对枸杞光合特性的影响

史泉王璐吴荣周祥

(1.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏 银川 750002； 2.宁夏气象防灾减灾重点实验室，宁夏 银川 750002；3.中宁县气象局，宁夏 中宁 755100)

枸杞是一种名贵中药材，具有提高机体免疫力，抗衰老、抗癌、益智、滋补等功效[1]，具有耐旱、耐盐等生物学特性，兼具生态与经济价值[2]。宁夏属温带大陆性半干旱气侯，常年干旱少雨、风大沙多、日照充足、蒸发强烈[3]。宁夏深居大陆腹地，位于我国西北东部，处于黄土高原、蒙古高原和青藏高原的交汇地带，水资源严重短缺，全区90%的水用于农业灌溉。枸杞在有灌溉条件下才能保证一定的产量和品质，用水主要依靠黄河水[4]。Quan qi Li等研究认为，在其设计的宽精度种植模式下，采用合理的节水灌溉可以节约水资源，并且大幅度提高农田的水分利用效率，同时提升作物的产量[5]。因此探索出不影响枸杞品质和产量的节水灌溉量至关重要，以期为科学指导灌溉提供理论依据。

水分在作物生长中起着至关重要的作用。水分管理对于作物的光合作用同样会产生巨大的影响，进而影响作物的生命活动。过多或过少的灌溉都会改变植物根的透气性和细胞结构，降低植物细胞酶的活性[6]，不利于作物的生长发育。赵琴等研究发现，在中度和重度干旱处理下枸杞的净光合速率比正常供水分别下降17.5%、48.9%，气孔导度平均下降了3.9%，水分利用效率仅为正常环境温度下的57.8%[7]。土壤水分胁迫对枸杞叶片的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率、水分利用率等都有影响，进而影响作物的产量和品质。本文将分析不同灌溉定额下关键发育期的枸杞光合特性，旨在揭示光和特性对土壤水分的响应机制。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于中宁县红柳沟产区小盐池滩玺赞枸杞庄园，设有节水灌溉试验场及滑轨式遮雨棚，土壤以砂土与红黏土混合土质为主，土壤各项理化性质为pH 8.2，全盐1.98g·kg-1，有机质3.15g·kg-1，全氮0.44g·kg-1，速效氮120mg·kg-1，速效磷27.5mg·kg-1，速效钾135mg·kg-1。试验枸杞品种为“宁杞7号”。

1.2 试验设计

试验采用随机区组排列，设定5种不同定额灌溉，每种水分处理设置3次重复，其中,CK：7000m3·hm-2；A1：5763m3·hm-2；A2：4526m3·hm-2；A3：3288m3·hm-2；A4：2051m3·hm-2。在春梢生长、夏果形成期、叶变色期、秋梢生长、秋果形成期进行定额灌溉。

1.3 试验方法

从春梢生长期开始，于09∶00—12∶00，采用CIRAS-3便携式光合荧光测定系统测定各处理的净光合速率Pn、蒸腾速率E、胞间CO2浓度Ci、水分利用效率WUE等生理参数。叶绿素含量采用SPAD-502 PLUS叶绿素计(Konica Minolta)测定。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2016 和 SPSS 17.0软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉量对枸杞光合速率的影响

植物通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量，是植物赖以生存的基础。光合作用受温度、光照强度、水分、CO2浓度、土壤等环境因子的影响，其中温度和水分是影响植物光合作用和蒸腾作用的主要生态因子[8]。

图1 不同灌溉量对不同时期枸杞光合速率的影响(p<0.05)

从图1可以看出，不同定额灌溉下不同生长阶段宁夏枸杞叶片的净光合速率(Pn)有显著差异(P<0.05)。在老眼枝果实成熟期(6月18日)和秋果成熟期(10月10日),枸杞的光合作用相对较高，而在夏果成熟期(7月15日)和秋梢开花期(9月3日),枸杞的光合作用相对较低，这是由于夏季高温对光合作用有一定的影响，温度超过一定的阈值，光合作用会受到一定的抑制。在老眼枝果实成熟阶段(6月18日)，不同水分处理有显著性差异。随着干旱胁迫程度的加剧，枸杞的光合作用在下降，A4处理较CK处理下降30%。在夏果成熟期(7月15日)，CK、A1与其它3组有显著性差异，此阶段正直炎热的夏季，蒸腾量较大，充足的水分可以提高枸杞的光合速率，而受到干旱胁迫的处理光合速率值较低。在秋梢开花期(9月3日)，CK和其它处理有显著性差异。在前期土壤水分消耗较多，此时充足的水分利于枸杞的秋梢生长开花。在秋果成熟期(10月10日)，A3、A4处理光合速率相对较低，与其它3组有显著性差异。

2.2 不同灌溉量对枸杞胞间CO2浓度的影响

由图2可以看出，在秋季枸杞胞间CO2浓度相对较低，其中，秋梢开花期的胞间CO2浓度最低，A4处理与其它处理有显著性差异。在秋果成熟期(10月10日)，各组处理之间无显著性差异，此时温度相对较低，植物生长缓慢，水分的差异对枸杞胞间CO2浓度影响不大。在老眼枝果实成熟期(6月18日)，此时正值枸杞生长发育的关键阶段，不同处理间有显著性差异。灌溉额度越大，枸杞叶片的胞间CO2浓度越高，越利于枸杞的生长。在夏果成熟期(7月15日)，A1处理的胞间CO2浓度最高，A4处理的胞间CO2浓度最低。在秋梢开花期(9月3日)，A1、A2处理之间无显著性差异，A3、A4处理之间无显著性差异，胞间CO2浓度最低。

图2 不同灌溉量对不同时期枸杞胞间CO2浓度的影响(p<0.05)

2.3 不同灌溉量对枸杞蒸腾速率的影响

蒸腾作用能够通过蒸腾拉力引起根系吸收水分和矿物质，蒸腾速率大小反映出植物耗水情况。由图3可以看出，夏季枸杞的蒸腾速率相对较高，耗水相对较多。随着气温的降低，秋季的枸杞的蒸腾速率有所下降，需水量减少。在秋果成熟期(10月10日)，不同处理的蒸腾速率无显著性差异，深秋气温下降，以多云天气为主，光合作用下降，蒸腾速率也随之降低，枸杞生长周期拉长。在夏果成熟期(7月15日)，A4处理与其它各组处理之间有显著差异，A4处理的灌溉量最少，蒸腾速率最低。老眼枝果实成熟期(6月18日)，CK、A1处理之间无显著性差异，A2、A3处理之间无显著性差异，A4处理蒸腾速率最低。在秋梢开花期(9月3日)，CK处理蒸腾速率最高，A1、A2处理无显著性差异，A3、A4处理蒸腾速率最低。

图3 不同灌溉量对不同时期枸杞蒸腾速率的影响(p<0.05)

2.4 不同灌溉量对枸杞水分利用率的影响

水分利用效率(WUE)指植物消耗单位水分所形成的干物质重量，是植物光合、蒸腾特性的综合表现[9]。由图4可以看出，在夏季不同土壤水分处理间，枸杞叶片的水分利用效率(WUE)差异显著，灌溉量越高，土壤水分利用率相对越高。在老眼枝果实成熟期(6月18日)，A1、A2、A3处理无显著差异，CK处理水分利用率最高，A4处理水分利用率最低。随着干旱胁迫程度的加剧，水分利用效率明显下降。在夏果成熟期(7月15日)，A2、A4处理无显著差异，CK处理水分利用率最高，A3处理水分利用率最低。在秋梢开花期(9月3日)和秋果成熟期(10月10日)，各处理之间无显著性差异。

图4 不同灌溉量对不同时期枸杞水分利用率的影响(p<0.05)

2.5 不同灌溉量对枸杞叶绿素的影响

各个试验区域在不同生长期的枸杞叶绿素含量情况如图5所示。通过对数据进行分析，在夏季的果实成熟期(7月2日)，试验田内的枸杞叶绿素含量总体最高，秋果收获后的落叶期(11月3日)的叶绿素含量总体最低。在枸杞果实生长阶段，叶绿素含量相对较高，而在枸杞枝条生长阶段，叶绿素含量相对较低。在枸杞春夏的生长期中，叶绿素含量最高为68.77mg·g-1，最低为63.87mg·g-1，CK和其它处理相比有显著性差异。在枸杞秋季生长阶段，秋果成熟期内叶绿素含量无明显差异。在秋梢生长阶段，A1和其它处理相比有显著性差异。对比同一天内各试验区的枸杞叶绿素含量，发现每天叶绿素含量大小情况都不一样，除去进入秋季的落叶期，叶绿素含量最高与最低相比相差不到5mg·g-1，所有处理的叶绿素含量都可以满足自身的生长发育，水分条件对叶绿素的影响不显著。

图5 各个日期不同试验区域的枸杞叶绿素含量

3 结论与讨论

作物的光合特性普遍受到水分和温度条件的影响，从夏季和秋季2个不同时间尺度来看，夏季温度相对较高，枸杞的胞间CO2浓度、蒸腾速率也随着温度的升高而增大，秋季温度逐渐下降，枸杞的胞间CO2浓度、蒸腾速率也随之下降，枸杞水分利用率升高。而枸杞的净光合速率随着温度的升高呈现先升高后下降的趋势，当温度超过一定阈值，枸杞的光合速率也随之下降。枸杞是喜光喜凉的作物，温度较高，枸杞叶片气孔导度随之下降，光合速率也随之下降，枸杞的生长就会受到抑制。特别是在枸杞夏果采摘结束后，枸杞进入休眠期，此时温度较高延缓了枸杞的生长发育。

本文选择了4个具有代表性的枸杞发育阶段，在不同灌溉方式下，除秋果成熟期之外，其它3个发育期各处理之间有明显的显著性差异。随着灌溉定额、土壤水分的减少，净光合速率Pn、蒸腾速率E、胞间CO2浓度Ci、水分利用效率WUE也随之下降，其中，A4处理灌溉量最小，其Pn、E、Ci、WUE 4个参数值也最小。说明随着灌溉水分的减少，植物可能会受到干旱胁迫，各项生理参数值降低，其生长受到抑制。而在其它4组处理中，CK处理的各项生理参数表现最好，而A1处理的也相对较好。在不影响枸杞的生长发育条件下，适量的灌溉既杜绝了水资源浪费，也会让枸杞的生长发育状态达到最佳。

在本试验中，由于施肥量一致且充足，在枸杞的正常生长发育阶段内(除休眠期和落叶期)，不同处理之间的枸杞叶绿素含量能够满足枸杞的生长。在枸杞果实生长阶段，叶绿素含量相对较高，而在枸杞枝条生长阶段，叶绿素含量相对较低。在枸杞秋季生长阶段，秋果成熟期内叶绿素含量无明显差异。