灌水量對壓砂地歐李光合作用及產(chǎn)量的影響

邊雅茹，田軍倉,2

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川 750021)

壓砂地是勞動人民為克服干旱少雨的惡劣環(huán)境，通過多年的實踐嘗試，因地制宜，創(chuàng)造的一種具有蓄水保墑、增加地溫和防止土壤鹽堿化等作用的獨特耕作方式。寧夏地處干旱少雨的西北地區(qū)，結(jié)合壓砂種植，產(chǎn)出了享譽全國的“壓砂瓜”。一直以來，壓砂瓜的種植為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來了巨大的經(jīng)濟效益，但隨著壓砂年限的增加，壓砂地的生產(chǎn)力開始下降，許強等(2009年)[1]對寧夏香山地區(qū)種植1～17 a砂田及撂荒砂田進行研究，發(fā)現(xiàn)土壤含水量和部分土壤養(yǎng)分含量隨壓砂年限的增加而不斷降低。近年來，壓砂地老化和連作導(dǎo)致壓砂瓜出現(xiàn)死苗、低產(chǎn)及品質(zhì)差等問題，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入。提高老壓砂瓜的產(chǎn)量與品質(zhì)，學(xué)者們也在不斷努力，馬波，田軍倉[2](2012年)針對寧夏中部干旱帶壓砂地隨著壓砂年限的增加生產(chǎn)力下降問題，從補水定額、施肥水平和補水次數(shù)方面入手，探索影響老壓砂地生產(chǎn)力的主要因素，結(jié)果表明：對壓砂瓜產(chǎn)量影響最顯著的是補水定額，而施肥水平和補水次數(shù)對產(chǎn)量的影響較小。所以水分仍是影響作物生長的重要因素，如果能引入適宜的抗旱經(jīng)濟作物，在水分較低的情況下作物仍可以很好地生長，同樣也可以緩解老壓砂地重茬種植、生產(chǎn)效率低等問題。故而本試驗引入了由山西農(nóng)大培育出來的新品種----歐李，它是一種耐干旱、耐寒冷、耐貧瘠、耐鹽堿的灌木樹種，具有發(fā)達的根系，適應(yīng)能力極強。根據(jù)全國歐李的種植情況，從生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟價值等方面考慮，歐李已經(jīng)成為西北干旱、半干旱地區(qū)優(yōu)先考慮的樹種。其果實含鈣高量極高，故又名“鈣果”，且含有豐富的糖、維生素和微量元素。尹賾鵬等[3](2011年)在干旱脅迫下研究歐李葉片光合特性及水分利用效率，研究結(jié)果表明，歐李葉片的Pn、Gs、Tr及WUE均隨干旱脅迫程度的增加而顯著下降，但Ci值升高。溫鵬飛等[4](2006年)研究4個不同水分脅迫處理對歐李新梢加長生長、莖粗生長和果實發(fā)育等的影響，結(jié)果表明，當(dāng)土壤相對含水量為田間最大持水量的55±3%以上時，歐李各生理指標(biāo)和產(chǎn)量基本不受抑制或其差異不顯著，而且有利于果實品質(zhì)提高，而土壤土壤含水率持續(xù)下降則會產(chǎn)生抑制作用。白潤娥等[5](2008年)也做了相關(guān)研究，結(jié)果表明，歐李果實生長、單果鮮重和品質(zhì)等都會隨水分脅迫增加而降低。目前，我國對歐李生長性狀及產(chǎn)量等方面的研究較多，但關(guān)于寧夏地區(qū)壓砂地歐李的生長情況研究較少，而在灌水量對壓砂地歐李光合作用和產(chǎn)量方面的研究還未曾見到。為此，以壓砂地歐李為研究對象，結(jié)合寧夏中衛(wèi)地區(qū)水資源短缺、灌溉難和歐李抗旱的特性，在寧夏中衛(wèi)市興仁鎮(zhèn)拓寨村老壓砂地展開試驗，以分析不同補灌定額對歐李光合作用日變化特性和產(chǎn)量的差異，為該地區(qū)的歐李補灌提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)基本情況

試驗區(qū)設(shè)位于寧夏中衛(wèi)市興仁鎮(zhèn)拓寨村，北緯36°59′，東經(jīng)105°15′，平均海拔1 723 m，屬于寧夏中部干旱帶的核心地區(qū)。日照充足，干旱少雨，年均降水量180 mm，而年均蒸發(fā)量高達2 100～2 400 mm。

該試驗田為22年壓砂地，土壤為沙壤土，沙石覆蓋厚度15～25 cm，土壤干密度為1.38 g/cm3，田間持水率為23.7%(占干土重%)。0～20 cm土層基本理化性狀為：有機質(zhì)8.23 g/kg，堿解氮15.2 g/kg，速效磷6.2 g/kg，速效鉀128 g/kg，全鹽量0.25 g/kg，pH值為8.83，土壤養(yǎng)分含量除速效鉀含量較高外，其他養(yǎng)分(有機質(zhì)、堿解氮、速效磷)均處于低水平狀態(tài)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用對比方法，設(shè)置了多水、少水和不灌水3個不同灌水量處理，3次重復(fù)，共9個小區(qū)。各個處理在田間順序排列，每個處理對應(yīng)1個小區(qū)，其中不灌水處理與當(dāng)?shù)貧W李的栽培方式一致，將其作為對照，目的在于確定壓砂地歐李適宜的灌溉定額。

1.3 試驗實施

試驗于2015年4-9月進行，試驗材料為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)培育的歐李苗木農(nóng)大系列 5號，歐李株距0.8 m，行距1.5 m，種植密度556 株/hm2。根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤炅考癟DR(時域反射儀)所觀測的土壤含水率情況，確定灌水日期及灌水量。灌溉水源為黃河水，灌水方式為補灌。試驗灌水日期和灌水量見表1。

表1 灌水日期及灌水量 m3/hm2

1.4 指標(biāo)測定

光合作用：選取生長狀況良好、長勢一致的健康歐李植株，每處理測3株，每株選定當(dāng)年生成熟葉片3片，利用Li-6400光合分析儀，與2015年7月25日測定不同灌水量條件下歐李光合日變化曲線，時間從8∶00-18∶00，每隔2 h測定一次。測定指標(biāo)為：凈光合速率Pn、蒸騰速率Tr、氣孔導(dǎo)度Cond和胞間CO2濃度Ci和水分利用效率WUE用Pn/Tr來表示。

單枝長度：在果實采摘前用刻度尺測量。

莖粗：果實采摘前用游標(biāo)卡尺測出。

單株個數(shù)：果實采摘時，統(tǒng)計各個處理所選取的3株歐李植株上，每個枝條的歐李個數(shù)，之后取平均值。

單枝果重測定: 果實成熟期測定每株單個結(jié)果枝上所有的果實重量，加權(quán)平均得到每個處理的平均單枝果重。

單株果重：每個處理選取3棵歐李植株，匯總每棵樹每枝的歐李產(chǎn)量，最后取平均值。

平均單果重: 各處理的單株果重平均值與單株結(jié)果數(shù)的商。

產(chǎn)量：單株果重乘以株數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量對壓砂地歐李光合作用日變化的影響

2.1.1 不同灌水量對壓砂地歐李氣孔導(dǎo)度Gs日變化的影響

由圖1可知，不同灌水處理歐李氣孔導(dǎo)度的日變化呈現(xiàn)出典型的雙峰曲線，存在明顯的“午休”現(xiàn)象。這與劉端等[6](2012年)歐李幼苗的氣孔導(dǎo)度日變化規(guī)律相似。8∶00左右，歐李的Gs值還較低，隨著溫度上升，光照強度增加，氣孔也隨著張開，氣孔導(dǎo)度緩慢增大，在10∶00左右出現(xiàn)第1次峰值，Gs值由大到小依次為：處理1[0.233 2 mol/(m2·s)]>處理2[0.223 8 mol/(m2·s)]>對照[0.219 5 mol/(m2·s)]，且處理1和處理2比對照分別增加6.24%和1.96%。但隨溫度不斷升高，氣孔導(dǎo)度呈逐漸降低的趨勢，在14∶00 左右出現(xiàn)谷值，原因是1 d內(nèi)的光合有效輻射的增強、大氣中的相對濕度降低和強烈的蒸騰失水[7]，引起植株體內(nèi)過分過少，所以需要通過降低氣孔的開度來保證植株正常生長。此時處理1和處理2的谷值仍高于對照。之后隨著光照強度的降低，氣孔導(dǎo)度有所回升，并在16∶00時出現(xiàn)次高峰，處理1、處理2和對照的Gs值分別為0.117 9、0.113 2和0.109 0 mol/(m2·s)，且處理1和處理2比對照分別增加8.17%和3.85%。各處理的氣孔導(dǎo)度在相同時間段均呈現(xiàn)出隨灌水量增加而增加的趨勢，表明水分供應(yīng)不足會降低氣孔開度，影響氣孔導(dǎo)度的變化。周磊，田軍倉[8](2014年)對內(nèi)蒙古阿拉善左旗沙漠綠洲玉米進行研究時也曾發(fā)現(xiàn)在水分脅迫的作用下，植物會通過關(guān)閉氣孔來減少體內(nèi)的水分蒸發(fā)。

圖1 歐李氣孔導(dǎo)度日變化

2.1.2不同灌水量對壓砂地歐李蒸騰速率Tr日變化日變化的影響

蒸騰作用是植物對水分的吸收和運輸?shù)囊粋€主要動力，同時可以能降低葉片的溫度，它不僅受外界環(huán)境條件的影響，而且還受植物本身的調(diào)節(jié)和控制，是植物生長過程中非常重要的生理過程。由圖2可知，不同灌水處理歐李蒸騰速率日變化也呈雙峰形曲線。Tr的第1次峰值出現(xiàn)在12∶00左右，Tr值由大到小依次為：處理1[9.12 mmol/(m2·s)]>處理2[8.69 mmol/(m2·s)]>處理3[8.46 mmol/(m2·s)]，且處理1和處理2的Tr值比對照分別增加7.80%和2.72%。這是因為從早晨到12∶00氣溫不斷上升，歐李葉片需要通過主動增加葉片的氣孔開度和蒸騰速率來減少高溫對其傷害[9]。在14∶00出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，達到低谷，這與歐李葉片你的導(dǎo)度降低和光合速率變化有關(guān)。隨后Tr值開始回升，16∶00左右達到次高峰，Tr值從大到小依次為：處理1[7.38 mmol/(m2·s)]>處理2[7.16 mmol/(m2·s)]>處理3[6.98 mmol/(m2·s)]，處理1和處理2的日蒸騰速率峰值分別比對照增加5.73%和2.58%。18∶00左右時，處理1、處理2和對照的Tr值分別降至4.94、4.31和3.62 mmol/(m2·s)。分析可知，試驗條件下，歐李的蒸騰速率日變化隨灌水量的增加而升高，原因在于灌水量增加引起土壤水分增加，而蒸騰速率會隨土壤水分的增多而升高[10]。

圖2 歐李蒸騰速率日變化

2.1.3不同灌水量對壓砂地歐李胞間CO2濃度Ci日變化的影響

從圖3可以看出，不同灌水處理歐李葉片的胞間CO2濃度日變化呈“凹雙峰曲線”。在8∶00左右，Ci值較大，原因在于此時大氣中CO2含量較高，且凈光合速率較低，固定CO2能力較低，故胞間CO2濃度較高。隨著溫度不斷升高，光照強度上升，氣孔導(dǎo)度增大，凈光合速率升高，胞間CO2被吸收利用，引起Ci值下降，在 10∶00 左右出現(xiàn)第1個谷值，此時處理1、處理2和對照的胞間Ci值分別為128.34、137.67和146.93 μmol/mol。處理1和處理2谷值分別比對照減小14.48%和6.73%。隨后胞間 CO2濃度有所回升，在14∶00 左右出現(xiàn)一個小高峰，之后又開始下降，16∶00左右出現(xiàn)第2個低谷，但由曲線變化情況可以看出，Ci值在10∶00-16∶00的時間段變化幅度不是很大，在18∶00左右又升至較高值。這與歐李葉片的光合速率和氣孔導(dǎo)度的變化規(guī)律相反，說明胞間CO2濃度的降低是細胞光合速率增大的結(jié)果。各處理胞間 CO2濃度表現(xiàn)出隨灌水量增加而降低的趨勢，與灌水量成反比關(guān)系，說明增加灌水量對歐李葉片胞間CO2的利用有較大的促進作用。

圖3 歐李胞間CO2濃度日變化

2.1.4 不同灌水量對壓砂地歐李光合速率Pn日變化的影響

圖4為不同處理歐李的光合速率日變化趨勢圖，圖4中各處理歐李光合速率日變化呈典型的雙峰曲線，伴有的光合“午休”現(xiàn)象。根據(jù)歐李有關(guān)研究可知，歐李光合“午休”是因為高強度的光照引植株體溫起過高或過度失水，使氣孔導(dǎo)度降低甚至關(guān)閉，胞間 CO2濃度降低，導(dǎo)致光合速率下降[11]。王欣玉(2013年)[12]在對內(nèi)蒙歐李光合特性研究中指出歐李的光合“午休”現(xiàn)象既受到了氣孔限制方面的影響，也受到了非氣孔限制方面的影響。從8∶00開始，光照強度逐漸增強，歐李凈光合速率也逐漸上升，在10∶00左右出現(xiàn)第1次峰值，Pn值由大到小依次為：處理1[25.72 μmol/(m2·s)]>處理2[24.25 μmol/(m2·s)]>對照[23.33 μmol/(m2·s)]，處理1和處理2的光合速率峰值比對照分別增加9.77%和3.50%。由于光照太強、溫度過高和氣孔導(dǎo)度降低等原因，在14∶00左右，歐李凈光合速率達到低谷，且對照的谷值最低。隨后光合速率緩慢上升，約 16∶00時Pn出現(xiàn)次高峰，處理1、處理2的Pn比對照分別高9.23%和3.99%，此時各處理的Pn峰值均低于第1次(10∶00)的峰值。歐李Pn隨著歐李葉片Gs的降低而降低，故歐李葉片Gs可能是影響Pn變化的主要因素之一[6]，也有研究表明，對Pn影響最大的環(huán)境因子是光合有效輻射[12]。綜合分析，在試驗范圍內(nèi)，歐李凈光合速率隨灌水量增多而增大。

圖4 歐李凈光合速率日變化

2.1.5不同灌水量對壓砂地歐李葉片水分利用效率WUE日變化的影響

葉片水分利用效率是通過光合速率與蒸騰速率的比值來計算的，是反映植物利用水分能力的重要指標(biāo)，同時也可以用來衡量植物生長適宜程度。周小玲(2008年)[13]在研究不同品系榿木蒸騰特性與水分利用效率時也曾說過，WUE的大小可以作為判斷干旱半干旱地區(qū)植物能否維持正常生長的依據(jù)之一。

由圖5可知，歐李各處理上午的葉片水分利用效率高于下午，第一次峰值出現(xiàn)在10∶00左右，這時歐李葉片的光合速率達到峰值，氣孔開度大，胞間CO2濃度的利用率較高，再加上此時空氣濕度較大，蒸騰速率較小，所以水分利用效率高。WUE平均峰值由大到小依次為：處理1(3.01 μmol/mmol)>處理2(2.92 μmol/mmol)>對照(2.86 μmol/mmol)，處理1和處理2比對照分別增加5.28%和2.13%，顯然可以看出，處理1的葉片水分利用效率最高。隨著光照強度繼續(xù)增加，氣溫也在上升，空氣相對濕度明顯下降，氣孔導(dǎo)度下降，導(dǎo)致進入氣孔內(nèi)的CO2量減少，凈光合速率也開始下降，而蒸騰損速率仍處于較高水平，所以WUE在14∶00左右降至低谷，各處理谷值分別為處理1(1.34 μmol/mmol)>處理2(1.24 μmol/mmol)>對照(1.18μmol/mmol)。16∶00又有所回升，處理1、處理2和對照的WUE分別上升至2.08、2.03和2.00 μmol/mmol，之后逐步下降?？傮w而言，歐李水分生產(chǎn)效率在處理1的情況下最高，這說明灌水量的增加可以提高歐李葉片的水分利用效率。

圖5 歐李葉片水分利用效率

結(jié)合以上分析可以看出，歐李各處理光合作用日變化隨灌水量的增加呈現(xiàn)出增強的趨勢，但因各處理間灌水量的差距較小，故各處理光合作用日變化曲線變幅不是很大。

2.2 不同灌水量對壓砂地歐李生長指標(biāo)和產(chǎn)量的影響

不同處理歐李生長指標(biāo)及產(chǎn)量見表2。

表2 不同處理歐李生長指標(biāo)及產(chǎn)量

注：產(chǎn)值=產(chǎn)量×6元/kg。

由表2可以看出，歐李的各項生長指標(biāo)及產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加。處理1的枝條長度比處理2和對照分別增加5.21%和9.57%，處理2比對照增加4.15%；處理1的莖粗比處理2和對照分別增加2.87%和4.88%，處理2比對照增加1.95%。歐李植株株高和莖粗隨灌水量增加而呈上升趨勢，其原因在于充足的土壤水分有利于礦質(zhì)元素的吸收，促進植株的新陳代謝，促進光合作用和其他生理生化過程，從而使?fàn)I養(yǎng)生長加快[6]。比較各處理的單株個數(shù)可知，處理1比處理2和對照分別增加5.55%和9.06%，處理2比對照增加3.32%；處理1的單果重量比處理2和對照分別增加6.82%和10.89%，處理2比對照增加3.35%；處理1單株產(chǎn)量比處理2和對照分別增加12.01%和20.39%，處理2比對照增加6.80%。從表2中可知，處理1、處理2和對照的總產(chǎn)量分別為10 335、9 225和8 625 kg/hm2，處理1比處理2和對照分別增加12.03%和19.83%，處理2比對照增加6.96%，最后計算其產(chǎn)值可得，處理1可比處理2和對照分別增加6 660和10 260 元/hm2，處理2比對照增加3 600 元/hm2。

采用SPSS對不同灌溉定額處理的產(chǎn)量進行LSD(Least-significant difference)即顯著性多重比較[16]，比較不同灌灌溉定額處理對歐李產(chǎn)量的顯著性影響，多重比較結(jié)果見表3。

表3 不同處理顯著性多重比較

注：*為均值差的顯著性水平為 0.05。

由表3可知，多水處理與對照相比時，其顯著性為0.034<0.05，說明多水處理對產(chǎn)量的影響顯著。而少水處理與多水處理和對照比較時，其顯著性均大于0.05，對產(chǎn)量的影響不顯著。

3 結(jié) 語

(1)大田試驗條件下，歐李光合作用日變化規(guī)律表現(xiàn)為：各處理歐李的氣孔導(dǎo)度、光合速率、蒸騰速率及葉片水分利用效率日變化均呈典型的“雙峰曲線”，除蒸騰速率的峰值出現(xiàn)在12∶00和16∶00左右外，其他各指標(biāo)的峰值都出現(xiàn)在10∶00和16∶00左右，谷值均出現(xiàn)在14∶00左右。而胞間CO2濃度日變化趨勢與凈光合速率日變化正好相反，呈“凹雙峰曲線”變化。同時可以看出歐李光合作用隨灌水量的增加而增加，且處理1和處理2的Tr峰值分別比對照高出9.77%和3.50%。

(2)在不同灌水量條件下，枝條長度、莖粗、單枝個數(shù)、單株產(chǎn)量及公頃產(chǎn)量均隨灌水量的增加而增加。處理1和處理2的枝條長度分別比對照增加9.57%和4.15%；處理1和處理2的莖粗分別比對照增加4.88%和1.95%；處理1和處理2的單株個數(shù)分別比對照增加9.06%和3.32%；處理1和處理2的單果重量分別比對照增加10.89%和3.35%；處理1和處理2的單株產(chǎn)量分別比對照增加20.39%和6.08%；處理1和處理2的總產(chǎn)量比對照分別增加19.83%和6.96%，并通過不同灌水量對歐李產(chǎn)量的多重顯著性發(fā)現(xiàn)，處理1的灌溉定額對歐李產(chǎn)量存在顯著性。

故在2015年現(xiàn)有降雨量和給定的灌水條件下，處理1(450 m3/hm2)為壓砂地歐李較佳的灌溉定額。

[1] 許 強,吳宏亮,康建宏,等. 旱區(qū)砂田肥力演變特征研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009,27(1):37-41.

[2] 馬 波,田軍倉. 老壓砂地西瓜水肥效應(yīng)研究[J]. 節(jié)水灌溉,2012,(7):5-9.

[3] 尹賾鵬,劉雪梅,商志偉,等. 不同干旱脅迫下歐李光合及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的響應(yīng)[J]. 植物生理學(xué)報,2011,(5):452-458.

[4] 溫鵬飛,柴 凱,杜俊杰. 水分脅迫對歐李生長發(fā)育的影響[C]∥ 中國園藝學(xué)會第七屆青年學(xué)術(shù)討論會論文集.中國園藝學(xué)會,2006.

[5] 白潤娥,師學(xué)珍. 水分脅迫對歐李果實生長發(fā)育的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(29):12 565,12 574.

[6] 蘇福才,錢國珍. 歐李不同類型枝條生長結(jié)果的差異及豐產(chǎn)形態(tài)指標(biāo)[J].內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報,1991,(1):45-49.

[7] 劉 端，白志強，韓燕梁，等.2 種歐李幼苗光合特性及葉綠素含量的比較[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(2) : 115-117．

[8] 趙玉國，王新忠.高溫脅迫對拔節(jié)期水稻光合作用和蒸騰速率的影響[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012,40(1):41-43.

[9] 周 磊.內(nèi)蒙古阿拉善左旗沙漠綠洲玉米節(jié)水灌溉試驗研究[D]. 銀川：寧夏大學(xué)，2014.

[10] 趙玉國，王新忠.高溫脅迫對拔節(jié)期水稻光合作用和蒸騰速率的影響[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012,40(1):41-43.

[11] 田志蓮，田軍倉.不同土壤水分下限對膜下滴灌水稻光合作用及生理指標(biāo)影響[J].灌溉排水學(xué)報，2013,32(4):107-109.

[12] 許大全．光合作用氣孔限制分析中的一些問題[J].植物生理學(xué)通訊,1997，33(4):241-244.

[13] 王欣玉. 內(nèi)蒙古歐李新品系生物學(xué)特性與生態(tài)適應(yīng)性研究[D]. 呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[14] 周小玲，田大倫，張旭東，等.榿木不同品系蒸騰特性與水分利用效率的研究[J]．中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，28(1) : 1-7.

[15] Saleh M Ismail,Kiyoshi Ozawa, Nur A Khondaker. In-fluence of single and multiple water application timings on yield and water use efficiency in tomato[J]. Agricultural Water Management,2008,95:116-122.

[16] 盧紋岱. Spss統(tǒng)計分析[M]. 4版. 北京：電子工業(yè)出版社,2012:221-233.