無壓地下灌溉對櫻桃光合特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

李蕊，張寬地，陳俊英

（1．楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌712100；2．西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西楊凌712100）

無壓地下灌溉對櫻桃光合特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

李蕊1，張寬地2，陳俊英2

（1．楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌712100；2．西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西楊凌712100）

為探討無壓地下灌溉對櫻桃光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，設(shè)計(jì)4個(gè)灌水處理，即地面常規(guī)灌溉（CK），地下灌溉壓力水頭6cm（T1）、3cm（T2）、0cm（T3）。結(jié)果表明：光合特性與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下Pn分別下降2．2%、5．5%和8．4%，Tr分別下降2．9%、8．2%和12．6%，Gs分別下降0．6%、5．3%和10．6%，但葉片水分利用效率（LWUE）卻分別增加3．0%、12．1%和19．4%；產(chǎn)量和灌溉水利用效率（IWUE）與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下產(chǎn)量分別減少1．4%、3．8%和6．2%，灌水量分別減少24%、29．8%和34．4%，IWUE增加29．9%、37%和43．1%；品質(zhì)與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下VC分別增加17．9%、8．5%和6．6%，可溶性固形物分別增加8．1%、14%和19．1%，可溶性糖分別增加9．2%、18．1%和19．5%，可滴定酸分別增加3．4%、4．6%和6．9%，糖酸比分別增加5．6%、13．9%和11．9%，硬度分別增加4．1%、2．7%和2．1%；櫻桃樹IWUE與產(chǎn)量間呈較好的開口向下二次曲線關(guān)系，其決定系數(shù)R2＝0．645 1，產(chǎn)量和IWUE最佳結(jié)合點(diǎn)為產(chǎn)量17 000kg左右，IWUE在6．5kg／m3，IWUE與灌水量間呈很好的直線線性關(guān)系，其決定系數(shù)R2＝0．979 6。

櫻桃；無壓地下灌溉；產(chǎn)量；品質(zhì)；光合特性

水果是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，目前水果已成為繼糧食、蔬菜之后的第三大農(nóng)作物，水果產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要地位［1］。果業(yè)不僅是我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的一大支柱產(chǎn)業(yè)，而且還是我國干旱或半干旱地區(qū)農(nóng)民增加收入的重要渠道［2］。與傳統(tǒng)灌溉技術(shù)不同，無壓地下灌溉技術(shù)是利用作物的蒸騰拉力和根區(qū)土壤吸力，在輸水管首端無壓、小水頭壓力或小的負(fù)壓狀態(tài)下，通過毛管上的出水孔使水分進(jìn)入根系層來滿足作物的正常需水量，此技術(shù)是適時(shí)地將水肥送入到作物根區(qū)以此來滿足作物正常生長的需要，減少了作物棵間蒸發(fā)損失和土壤濕潤面及深層滲漏，提高了作物對水肥的利用效率［3］。目前國內(nèi)對根區(qū)無壓地下灌溉技術(shù)的研究較少，即使有研究也主要集中在設(shè)施大棚蔬菜上［3－6］，而無壓地下灌溉對果樹生長生理及產(chǎn)量和品質(zhì)的研究還很少。筆者以果農(nóng)地面常規(guī)灌溉為對比，旨在探討無壓地下灌溉對經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的櫻桃光合特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為果樹根區(qū)局部無壓地下灌溉的研究提供一定的理論基礎(chǔ)，對節(jié)水灌溉條件下果農(nóng)櫻桃樹的種植提供一定的實(shí)踐指導(dǎo)。

1材料與方法

1．1研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2014年3—6月在西北農(nóng)林科技大學(xué)節(jié)水示范櫻桃園中進(jìn)行。試驗(yàn)站地處34°20′N、108°24′E，海拔518m，屬半干旱半濕潤氣候，多年平均氣溫12．5℃，平均降雨量550～600mm，蒸發(fā)量1 400mm。櫻桃園內(nèi)土壤為沙壤土，土壤容重為1．48g／cm3，pH 7．55，有機(jī)質(zhì)11．85g／kg，堿解氮68．9mg／kg，速效磷56．6mg／kg，速效鉀138．72mg／kg，田間持水量（θF）19．4%。2014年櫻桃生育期內(nèi)降雨量和5年（2010—2014）平均降雨量分布見圖1。

圖1 2014年櫻桃生育期降雨量和2010—2014年平均降雨量Fig．1 Precipitation in 2014and average precipitation from 2010to 2014during cherry growth period

1．2試驗(yàn)材料

以櫻桃園內(nèi)13年成齡櫻桃樹（品種為紅燈，基砧為野櫻桃）為試驗(yàn)材料，櫻桃樹行距3m×4m，樹高3．5m左右，樹體健壯，長勢基本一致。

1．3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)壓力水頭（毛管入口相對于毛管埋深的高度）共設(shè)6cm（T1）、3cm（T2）、0cm（T3）3個(gè)供水處理和一個(gè)常規(guī)地面灌溉的對照處理（CK），共4個(gè)處理，每個(gè)處理5次重復(fù)。

在櫻桃園選取20棵櫻桃樹（5×4棵）為監(jiān)測樣樹，在各棵樣間埋入2m深的雙層防側(cè)滲塑料膜，防止樣樹之間水分側(cè)滲。

在相同重復(fù)處理的樣樹（5棵櫻桃樹）兩側(cè)50cm處各布設(shè)一條毛管（Φ16的PE管），出水孔徑為6mm，孔口用2mm厚的無紡布包裹（防止土壤堵塞孔口），孔口間距40cm，埋深20cm。

為確保供水壓力恒定，依據(jù)馬氏瓶原理，水箱頂部設(shè)置可啟閉密封蓋的進(jìn)水口，底部有出水口（出水口與輸水毛管連接）、進(jìn)氣口（與出水口在同一高度）和玻璃水位計(jì)。供水前為了使無壓灌溉系統(tǒng)正常工作，先將輸水管中充滿水排除輸水毛管中的空氣，然后關(guān)閉進(jìn)水口，打開進(jìn)氣口進(jìn)行灌水。全生育期各處理土壤水分下限均為65%θF，其灌水時(shí)間和灌水量不定。

1．4測定項(xiàng)目和方法

1．4．1光合特性和土壤含水量的測定 選擇櫻桃果實(shí)膨大期晴天（2014年4月30日、5月7日、5月8日），采用美國Li－Cor公司生產(chǎn)的Li－6400光合測定系統(tǒng)，每天08：00—18：00，每2h測定1次櫻桃樹中上部健康、成齡葉片（每棵樹選擇5片葉，每個(gè)葉片每次連續(xù)采集3個(gè)穩(wěn)定數(shù)據(jù)）的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs），3d監(jiān)測取平均值。

葉片水分利用效率（LWUE，μmol／mmol）的計(jì)算公式：

采用取土烘干法測定櫻桃樹土壤含水率，每隔10cm取土樣1次，土壤表層以下0～1．5m分層測定。

1．4．2果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的測定 櫻桃成熟期連續(xù)多天不間斷地采摘監(jiān)測樣樹，測其產(chǎn)量。每個(gè)處理隨機(jī)選擇30個(gè)櫻桃，用游標(biāo)卡尺測量果實(shí)的縱徑和橫徑，計(jì)算果形指數(shù)（果實(shí)縱徑與橫徑的比值）［7］。用意大利FT327硬度計(jì)測定果實(shí)硬度。每棵櫻桃樹共選取100個(gè)果實(shí)（冠層?xùn)|、西、南、北部各選取代表性果實(shí)25個(gè)），選取的果實(shí)稱重后計(jì)算其平均單果質(zhì)量。用RHBO－90型號手持折射儀測定可溶性固形物，采用鉬藍(lán)比色法測定果實(shí)維生素C含量，酸堿滴定法測定果實(shí)酸度，可溶性糖采用蒽酮比色法測定［8］。

1．4．3灌溉水利用效率的計(jì)算 灌溉水利用效率（Irrigation water use efficiency，IWUE，kg／m3）計(jì)算公式［9］：

式中，Y為產(chǎn)量，I為灌水量。

1．5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

應(yīng)用SPSS Statistics 18．0對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，對不同處理間進(jìn)行方差分析，若差異顯著，再用Duncan多重比較進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2．1櫻桃樹的光合特性

2．1．1凈光合速率 由圖2看出，櫻桃樹葉片凈光合速率（Pn）具明顯的雙峰曲線特征，出現(xiàn)了典型的“午休”現(xiàn)象。從早晨Pn隨太陽輻射的增強(qiáng)開始上升，說明太陽輻射對櫻桃光合作用起主導(dǎo)作用。到10：00左右Pn上升到第一個(gè)全天最大峰值，T1、T2、T3和CK最大值分別為17．99μmol／（m2·s）、17．15μmol／（m2·s）、16．03μmol／（m2·s）和18．62μmol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降3．3%、7．8%和13．8%。Pn在12：00有所下降，出現(xiàn)了“午休”現(xiàn)象，這是由于中午的高溫和低濕使葉片暫時(shí)過干、過熱導(dǎo)致葉片水分代謝失調(diào)。在14：00左右達(dá)到全天第二個(gè)峰值，之后由于太陽輻射有所減弱Pn趨于緩慢下降的態(tài)勢。在16：00之后Pn隨著溫度和太陽輻射的迅速下降，也開始迅速下降。全天T1、T2、T3和CK處理的Pn平均值分別為15．30μmol／（m2·s）、14．97μmol／（m2·s）、14．46μmol／（m2·s）和14．02μmol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降2．2%、5．5%和8．4%。

圖2 櫻桃樹凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度的日變化Fig．2 Diurnal variation of net photosynthetic rate（Pn），transpiration rate（Tr）and stomatal conductance （Gs）of cherry trees

2．1．2蒸騰速率 由圖2看出，櫻桃樹蒸騰速率（Tr）呈典型的單峰曲線日變化趨勢。不同處理T1、T2、T3和CK的Tr最大值出現(xiàn)在12：00左右，分別為4．91mmol／（m2·s）、4．73mmol／（m2·s）、4．40mmol／（m2·s）和4．10mmol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降3．6%、10．5%和16．5%。之后由于太陽輻射和氣溫等氣象因素的變化以及櫻桃樹氣孔的逐漸關(guān)閉，櫻桃蒸騰速率趨于減弱，呈緩慢下降趨勢，各處理間的差異也越來越小。全天T1、T2、T3和CK處理的Tr平均值分別為4．12mmol／（m2·s）、4．00mmol／（m2·s）、3．78mmol／（m2·s）和3．60mmol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降2．9%、8．2%和12．6%。

2．1．3氣孔導(dǎo)度 從圖2還看出，櫻桃樹氣孔導(dǎo)度（Gs）也呈典型的單峰曲線日變化趨勢，上午8：00時(shí)，Gs在一個(gè)較高的水平開始上升，10：00時(shí)不同處理下櫻桃樹Gs均達(dá)到全天最大值，T1、T2、T3和CK的Gs最大值分別為0．272mol／（m2·s）、0．241mol／（m2·s）、0．222mol／（m2·s）和0．266mol／（m2·s），與CK相比，T1增加2．2%，T2和T3分別下降9．5%和16．5%。之后開始緩慢下降，各處理間的差異也越來越小。全天T1、T2、T3和CK處理的Gs平均值分別為0．188mol／（m2· s）、0．179mol／（m2·s）、0．169mol／（m2·s）和0．190mol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降0．6%、5．3%和10．6%。

2．2櫻桃樹葉片的水分利用效率

從圖3看出，櫻桃樹葉片水分利用效率（LWUE）全天最大值出現(xiàn)在10：00左右，不同處理T1、T2、T3和CK的最大值分別為4．30μmol／mmol、4．35μmol／mmol、4．45μmol／mmol和4．22μmol／mmol，與CK相比，T1、T2、T3分別增加1．9%、3．2%和5．5%。LWUE在12：00左右達(dá)到全天監(jiān)測最小值，14：00左右有所回升，之后又開始緩慢下降。全天T1、T2、T3和CK處理的LWUE平均值分別為3．71μmol／mmol、3．74μmo l／mmol、3．83μmol／mmol和3．90μmol／mmol，與CK相比，T1、T2、T3分別增加3．0%、12．1%和19．4%，說明T3處理的水分利用效率達(dá)到最佳狀態(tài)，雖然CK處理櫻桃樹有最高的Pn，但是其Tr也是最高的，致使其LWUE最低。全天水分利用效率表現(xiàn)為上午時(shí)段明顯高于下午時(shí)段，說明櫻桃樹上午時(shí)段水分利用效率較好。

圖3 櫻桃樹葉片水分利用效率的日變化Fig．3 Diurnal variation of leaf water use efficiency of cherry trees

2．3櫻桃產(chǎn)量與灌溉水利用效率

由表1看出，不同處理對櫻桃產(chǎn)量、灌水量和灌溉水利用效率產(chǎn)生了極顯著的影響（P＜0．01），對櫻桃單果質(zhì)量影響不顯著。與CK相比，T1、T2、T3產(chǎn)量分別減少1．4%、3．8%和6．2%（T3＜T2＜T1＜CK），灌水量分別減少24%、29．8%和34．4%（T3＜T2＜T1＜CK），灌溉水利用效率分別增加29．9%、37%和43．1%（T3＞T2＞T1＞CK）。

表1 不同處理櫻桃的產(chǎn)量和灌溉水利用效率Table 1 Effects of different irrigation treatment on yield and water use efficiency of cherry trees

2．4櫻桃品質(zhì)

由表2看出，不同處理對櫻桃維生素C、可溶性糖和可滴定酸都產(chǎn)生了極顯著的影響（P＜0．01），對櫻桃硬度、糖酸比以及可溶性固形物產(chǎn)生了顯著的影響（P＜0．05），對櫻桃果形指數(shù)影響不顯著。與CK相比，T1、T2、T3處理維生素C分別增加17．9%、8．5%和6．6%（T1＞T2＞T3＞CK），可溶性固形物分別增加8．1%、14%和19．1%（T3＞T2＞T1＞CK），可溶性糖分別增加9．2%、18．1%和19．5%（T3＞T2＞T1＞CK），可滴定酸分別增加3．4%、4．6%和6．9%（T3＞T2＞T1＞CK），糖酸比分別增加5．6%、13．9%和11．9%（T2＞T3＞T1＞CK），硬度分別增加4．1%、2．7%和2．1% （T1＞T2＞T3＞CK）。

表2 不同處理櫻桃的品質(zhì)表現(xiàn)Table 2 Effect of different irrigation on quality of cherry

圖4 櫻桃樹灌溉水利用效率與產(chǎn)量和灌水量間的相關(guān)關(guān)系Fig．4 Correlations between irrigation water use efficiency （IWUE），cherry yield and irrigation amount

2．5灌溉水利用效率與產(chǎn)量和灌水量間的相關(guān)性

從圖4看出，不同處理櫻桃樹灌溉水利用效率（IWUE）與產(chǎn)量和灌水量間的相關(guān)關(guān)系。分析得出，櫻桃樹IWUE與產(chǎn)量間呈較好的開口向下二次曲線關(guān)系，其決定系數(shù)R2＝0．645 1，圖中二次曲線頂點(diǎn)位置即為櫻桃產(chǎn)量和IWUE最佳結(jié)合點(diǎn)，此時(shí)產(chǎn)量在17 000kg左右，IWUE在6．5kg／m3。IWUE與灌水量間呈很好的直線線性關(guān)系，其決定系數(shù)R2＝0．979 6，說明在本試驗(yàn)條件下，櫻桃灌水量越大獲得的IWUE則越小。

3討論

光合作用是植物將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能并釋放出氧氣的過程，植物沿著有利于光合作用的方向發(fā)展以此來適應(yīng)環(huán)境的變化［10－11］。本研究表明，櫻桃樹葉片凈光合速率具有明顯的日變化規(guī)律，表現(xiàn)為雙峰曲線變化，出現(xiàn)了典型的“午休”現(xiàn)象，這與楊江山等［12］研究認(rèn)為櫻桃葉片凈光合速率呈單峰變化趨勢的結(jié)論不一致。櫻桃樹蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度也有著明顯的日變化規(guī)律，表現(xiàn)為典型的單峰曲線變化特征，這與周罕覓等［8］在桃樹上的研究結(jié)果基本一致。不同處理間的差異總體都表現(xiàn)為CK≈T1＞T2＞T3，說明控制相同土壤含水率下限，不考慮灌水量時(shí)，櫻桃樹常規(guī)地面灌溉和6cm小壓力水頭地下灌溉能夠獲得更好的光合作用。

在同樣干旱環(huán)境下，植物有越大的水分利用效率，就可以表明其耐旱能力高，節(jié)水能力強(qiáng)，具有較好的環(huán)境適應(yīng)能力［13］。本研究表明，櫻桃葉片水分利用效率（LWUE）和灌溉水利用效率（IWUE）總體表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，說明根區(qū)無壓地下灌溉均提高了櫻桃樹的水分利用效率，根區(qū)局部控水在0cm水頭時(shí)獲得了最佳的LWUE和IWUE。

土壤干旱條件下氮肥可以顯著影響作物的營養(yǎng)吸收和干物質(zhì)積累，從而改變作物產(chǎn)量和品質(zhì)［14－15］。滴灌施肥條件下，增大施氮量降低了黃瓜的品質(zhì)及氮素利用效率，但增加灌水量卻提高了黃瓜產(chǎn)量和氮肥利用效率［16］；增加灌水或施肥量均可以促進(jìn)西瓜的生長、提高其光合效率，從而最終增加西瓜產(chǎn)量和改善西瓜品質(zhì)［17－19］。本研究表明，無壓地下灌溉櫻桃樹產(chǎn)量基本不減少或者減少很小情況下，櫻桃樹灌水量節(jié)約24%～34．4%，灌溉水利用效率增加29．9%～43．1%；根區(qū)無壓地下灌溉均提高櫻桃維生素C、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比和果實(shí)硬度，這說明相對于地面常規(guī)灌溉，根區(qū)無壓地下灌溉均提高了櫻桃品質(zhì)。這與陳新明等［3］對溫室大棚番茄和黃瓜的研究中認(rèn)為，無壓灌溉與溝灌相比并不降低作物產(chǎn)量，且能夠提高作物水分利用率和水分生產(chǎn)率，使黃瓜、番茄的維生素C、可溶性糖、總糖和無機(jī)磷含量明顯提高的結(jié)論基本一致。

4結(jié)論

1）光合特性與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下Pn分別下降2．2%、5．5%和8．4%，Tr分別下降2．9%、8．2%和12．6%，Gs分別下降0．6%、5．3%和10．6%，但LWUE卻分別增加3．0%、12．1%和19．4%。

2）產(chǎn)量和灌水量、IWUE與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下盡管產(chǎn)量分別減少1．4%、3．8%和6．2%，但灌水量分別減少24%、29．8%和34．4%，灌溉水利用效率增加29．9%、37%和43．1%。

3）品質(zhì)與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下維生素C分別增加17．9%、8．5%和6．6%，可溶性固形物分別增加8．1%、14%和19．1%，可溶性糖分別增加9．2%、18．1%和19．5%，可滴定酸分別增加3．4%、4．6%和6．9%，糖酸比分別增加5．6%、13．9%和11．9%，硬度分別增加4．1%、2．7%和2．1%。

4）櫻桃樹IWUE與產(chǎn)量間呈較好的開口向下二次曲線關(guān)系，其決定系數(shù)R2＝0．645 1，產(chǎn)量和IWUE最佳結(jié)合點(diǎn)為產(chǎn)量17 000kg左右，IWUE 在6．5kg／m3；IWUE與灌水量間呈很好的直線線性關(guān)系，其決定系數(shù)R2＝0．979 6。

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［17］楊小振，張 顯，馬建祥，等．滴灌施肥對大棚西瓜生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30 （7）：109－118．

［18］潘艷花，馬忠明，呂曉東，等．不同供鉀水平對西瓜幼苗生長和根系形態(tài)的影響［J］．中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，20（5）：536－541．

［19］鄭 健，蔡煥杰，王 燕，等．不同供水條件對溫室小型西瓜苗期根區(qū)土壤水分、溫度及生理指標(biāo)的影響［J］．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2011，29（3）：35－41．

（責(zé)任編輯：劉 海）

Effects of Non－pressure Subsurface Irrigation on Photosynthetic Characteristics，Yield and Quality of Cherry

LI Rui1，ZHANG Kuandi2，CHEN Junying2
（1．Yangling Vocational and Technical College，Yangling，Shaanxi 712100；2．College of Water Resources and Architectural Engineering，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

Cherry trees were irrigated by ground conventional irrigation（CK）and three non－pressure subsurface irrigation patterns of 6cm（T1），3cm（T2）and 0cm（T3）pressure head to discuss the effects of non－pressure subsurface irrigation on photosynthetic characteristics，yield and quality of cherry．Results：Pn，，Tr and Gs of T1，T2and T3decreases by 2．2%，5．5%and 8．4%，2．9%，8．2%and 12．6%，and 0．6%，5．3%and 10．6%but the leaf water use efficiency（LWUE）increases by 3．0%，12．1%and 19．4%compared with CK separately．The yield and irrigation amount of T1，T2and T3decreases by 1．4%，3．8%and 6．2%，and 24%，29．8%and 34．4%but the irrigation water use efficiency（IWUE）increases by 29．9%，37%and 43．1%compared with CK respectively．The Vc，soluble solid，soluble sugar，titrable acid，sugar－acid ratio and firmness of T1，T2and T3increase by 17．9%，8．5%and 6．6%，8．1%，14%and 19．1%，9．2%，18．1%and 19．5%，3．4%，4．6%and 6．9%，5．6%，13．9%and 11．9%，and 4．1%，2．7%and 2．1%compared with CK separately．There is a quadratic curve relation between IWUE and yield and the determination coefficient R2is 0．645 1．The optimum combination is 17 000kg of yield and 6．5kg／m3of IWUE．There is a good linear relation between IWUE and irrigation amount and the determination coefficient R2is up to 0．979 6．

cherry；non－pressure subsurface irrigation；yield；quality；photosynthetic characteristics

S275．4；S662．5

A

1001－3601（2016）02－0057－0027－05

2015－05－12；2015－12－30修回

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51409221，51349001）；陜西省科技創(chuàng)新與攻關(guān)項(xiàng)目（2013K01－35）

李 蕊（1978－），女，副教授，碩士，從事水力計(jì)算方法和節(jié)水灌溉新技術(shù)研究。E－mail：liruiyvtc＠126．com