不同微灌方式下水分調(diào)控對獼猴桃光合特性及產(chǎn)量的影響

甘雨康，施浩然，崔寧博，康佳輝

（1.西華大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，成都 610039；2.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610065；3.南方丘陵山區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610066）

0 引 言

中國是獼猴桃種植面積最大的國家，種植面積為14.8萬hm2，年產(chǎn)量105.8 萬t[1]。中國已形成4大獼猴桃產(chǎn)區(qū)，四川龍門山一帶則被證實(shí)為獼猴桃的最佳產(chǎn)區(qū)，且尤以蒲江最為典型，形成了以綠色生態(tài)為優(yōu)勢的“佳沃”獼猴桃種植基地。但不科學(xué)的灌水方式，不僅浪費(fèi)水資源而且導(dǎo)致果樹產(chǎn)量與果實(shí)品質(zhì)的下滑，嚴(yán)重制約了獼猴桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，尋找合適的灌溉模式提高獼猴桃品質(zhì)與產(chǎn)量變得尤為重要。研究表明[2]微灌是果樹較適宜的灌溉方式，具有顯著的提質(zhì)增效的效果。任玉忠等[3]研究，結(jié)果表明，滴灌和微灌較地面灌節(jié)水49%，同時(shí)也顯著的提高了果樹的產(chǎn)量與品質(zhì)。

調(diào)虧灌溉主要是根據(jù)作物的遺傳、生理生態(tài)及需水特征，在不影響作物正常生長情況下，人為主動(dòng)對作物施加適量水分虧缺，從而達(dá)到增產(chǎn)與節(jié)水的目的[4]。楊文新等[5]的研究表明在保證水稻高產(chǎn)的同時(shí)控制灌水量，提高灌溉水分利用效率。譚娟等[6]的研究得出，灌溉能有效提高甘蔗葉片凈光合速率。馬守臣等[7]的研究結(jié)果表明時(shí)空虧缺灌溉模式均顯著提高了小麥灌溉水利用效率和水分利用效率。向東等[8]的研究結(jié)果表明地下滴灌的節(jié)水效果顯著高于溝灌和滴灌，而在地下滴灌試驗(yàn)的比較中，當(dāng)每次注射水量0.75 L時(shí)，西紅柿的產(chǎn)量最高。馮澤洋等[9]認(rèn)為適度的水分虧缺會(huì)對植株的生長有促進(jìn)作用，但重度水分虧缺處理對植株的生長有抑制作用。李光永等[10]研究發(fā)現(xiàn)與充分灌溉相比，調(diào)虧灌溉對產(chǎn)量沒有顯著影響，但灌水量減少了32%，并有效的抑制了枝條的生長。

雖然國內(nèi)外學(xué)者對不同的微灌方式和不同的水量虧缺均有研究，但是對不同的微灌方式及不同的虧缺形式研究較少，所以本文針對獼猴桃在不同微灌方式及不同水量虧缺下獼猴桃葉片的光合特性和產(chǎn)量，揭示不同的灌溉方式下不同的水量虧缺獼猴桃葉片光合特性的影響機(jī)制，為成都蒲江地區(qū)獼猴桃種植提供一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在四川省成都市蒲江縣復(fù)興鄉(xiāng)聯(lián)想控股佳沃農(nóng)業(yè)集團(tuán)戰(zhàn)略合作基地開展，試驗(yàn)園區(qū)土壤類型主要為紅壤土和黃壤土，平均土壤體積質(zhì)量為1.27 g/cm3，田間持水率約為23.18%，飽和持水率為40.53%，有效持水率為 18.75%。試驗(yàn)區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫16.3 ℃，年平均降雨量1 196.8 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以翠玉獼猴桃為研究材料，生育期為每年3月下旬—10月上旬，根據(jù)其主要生育特征，將其劃分為4個(gè)生育期，萌芽期（3月下旬—4月上旬），花期坐果期（4月上旬—5月上旬），果實(shí)膨大期（5月上旬—6月下旬），成熟期（6月上旬—10月上旬）。試驗(yàn)區(qū)果樹等間距布置，株距為 4.4~4.5 m，列距為4.9~5.2 m，株高180~478 cm，株徑6~10 cm；果樹沿列分2枝桿生長，一般為2.9~3.0 m，列間方向伸展為3.3~3.5 m。

本試驗(yàn)采用3種微灌方式（小管出流、滴灌、微噴灌）4種虧水處理（85%灌水的輕度虧水（LD）、70%灌水的中度虧（MD1）、55%灌水的偏重度虧水（MD2）和40%灌水的重度虧水（SD））及100%灌水的對照組（CK），灌水施肥采用水肥一體化且每個(gè)處理施肥量相同。試驗(yàn)中的獼猴桃施肥量均按安杰農(nóng)業(yè)有限公司的水溶肥配方，每次施肥均在干管進(jìn)口采用水肥一體化設(shè)備施加。灌水時(shí)在各株樹間使用精確水量表進(jìn)行調(diào)控。耗水量采用水量平衡法計(jì)算：

式中：ET為果樹耗水量（mm）；I為灌水量（mm）；Pr為有效降雨量（mm）；U為地下水補(bǔ)給量（mm）；Rf為地表徑流量（mm）；D為深層滲漏量（mm）；W0和Wf分別為初始時(shí)段和最后時(shí)段的土壤儲(chǔ)水量（mm）。試驗(yàn)在避雨棚內(nèi)進(jìn)行，且地下水超過深度4 m所以忽略地下水補(bǔ)給和深層滲漏及試驗(yàn)前后土壤含水率的變化，故Pr=0，Rf=0，U=0，D=0。因此，式（1）可以簡化為：

即灌水量約等于耗水量。獼猴桃灌水量如表1所示。

表1 獼猴桃灌水量Table 1 Lekiwi irrigation amount mm

葉片瞬時(shí)水分利用效率計(jì)算式為：

式中：WUEi為瞬時(shí)水分利用效率（μmol/mmol）；Pn為凈光合速率（μmol/（m2·s））；Tr為蒸騰速率（mmol/（m2·s））。

羧化速率計(jì)算式為：

式中：CE為羧化速率（mol/（m2·s））；Ci為胞間 CO2摩爾分?jǐn)?shù)（μmol/mol）。

1.3 指標(biāo)測定

第4生育期的中期8月25日（天氣晴朗云層很薄，適合測量獼猴桃葉片的光合特性）用全自動(dòng)便攜式光合儀（LCPro-SD，英國 ADC）從 08:00—18:00測定了葉片的光合特性。葉片光合特性測定方法：各處理中選擇具有代表性的6片葉子，每片葉子測量2次。測定光合特性主要包括胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)（Ci）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）及凈光合速率（Pn）。產(chǎn)量測量通過電子天平稱取。采用 IBM SPSS Statistics 19程序比較均值中的單因素變量法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，多重比較采用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌的光合特性

圖1（a）—圖1（f）為滴灌不同水分虧缺處理“翠玉”獼猴桃葉片光合特性日變化圖。如圖1（a）所示，滴灌葉片凈光合速率（Pn）日變化呈雙峰狀，日變化范圍在 1~5 μmol/（m2·s），輕度虧缺（LD）處理的日均凈光合均高于其他處理。滴灌日均量Pn在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為 MD2處理>CK>MD1處理>SD處理>LD處理。如圖2（b）所示，胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)（Ci）日變化呈“V”形，日變化范圍在250~380 μmol/mol，滴灌日均量Gs在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為MD2處理>CK>MD1處理>SD處理>LD處理。由圖1（c）可知，滴灌“翠玉”獼猴桃葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）日均呈“V”曲線變化日變化范圍在0.15~0.33 mmol/（m2·s）。Gs在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為CK>MD2處理>MD1處理>LD處理>SD處理。則適當(dāng)?shù)乃刻澣睍?huì)對Gs有促進(jìn)作用，而隨著水量虧缺的增大會(huì)對葉片的氣孔導(dǎo)度有抑制作用，滴灌日均量Gs在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為 CK>MD2處理>LD處理>MD1處理>SD處理。由圖1（d）可知，葉片蒸騰速率（Tr）日均呈單峰形式，曲線變化日變化范圍在1.3~3.5 mmol/（m2·s）。在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為CK>MD2處理>SD處理>MD1處理>LD處理。由圖1（e）可知，WUEi呈“V”形，曲線變化日變化范圍在 0.5~2.5 μmol/mmol。滴灌日均WUEi在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為 MD1處理>MD2處理>SD處理>LD處理>CK。由圖1（f）可知，滴灌羧化速率（CE）呈“M”形式，曲線變化日變化范圍在 0.002~0.016 mol/（m2·s）。羧化速率先增大，達(dá)到第 1個(gè)小高峰隨后光強(qiáng)和溫度增加導(dǎo)致葉片開度降低羧化反應(yīng)也隨之小幅度降低。滴灌日均CE在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為 MD1處理>MD2處理>SD處理>CK>LD處理。

圖1 滴灌光合特性Fig.1 Photosynthetic characteristics of drip irrigation

2.2 微噴灌光合特性

圖2（a）可知，微噴灌日均Pn不同的水分虧缺下表現(xiàn)為MD1處理>LD處理>MD2處理>CK>SD處理。如圖2（b）所示，微噴灌日均Ci在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為 CK>MD1處理>SD處理>MD1處理>LD處理。由圖2（c）可知，微噴灌日均Gs不同的水分虧缺下表現(xiàn)為 MD1處理>LD處理>MD2處理>CK>SD處理。由圖2（d）可知，微噴灌Tr在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為 MD2處理>CK>MD1處理>LD處理>SD處理。由圖2（e）可知，微噴灌日均瞬時(shí)水分利用效率（WUEi）不同水分虧缺下表現(xiàn)為LD處理>MD2處理>SD處理>MD1處理>CK。由圖2（f）可知，微噴灌羧化速率（CE）日均不同水分虧缺下表現(xiàn)為 MD1處理>LD處理>MD2處理>CK>SD處理。

圖2 微噴灌光合特性Fig.2 Photosynthetic characteristics of micro-sprinkler irrigation

2.3 小管出流光合特性

如圖3（a）可知，小管出流日均Pn不同的水分虧缺下表現(xiàn)為MD1處理>CK>MD2處理>LD處理>SD處理。如圖3（b）所示，小管出流日均Ci在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為MD1處理>LD處理>CK>MD2處理>SD處理。由圖3（c）可知，小管出流日均Gs不同的水分虧缺下表現(xiàn)為 CK>MD1處理>MD2處理>LD處理>SD處理。由圖3（d）可知，小管出流Tr在不同的水分虧缺下表現(xiàn)為CK>MD1處理>LD處理>MD2處理>SD處理。由圖3（e）可知，小管出流日均瞬時(shí)水分利用效率（WUEi）不同水分虧缺下表現(xiàn)為MD2處理>MD1處理>LD處理>CK>SD處理。由圖3（f）可知，小管出流羧化速率（CE）日均不同水分虧缺下表現(xiàn)為MD1處理>CK>MD2處理>LD處理>SD處理。

圖3 小管出流光合特性Fig.3 Characteristics of the discharge discharge of tubules

表2為不同微灌形式不同水分虧缺處理對翠玉獼猴桃光合特性的影響。由表2可知，與 CK相比X-SD處理日均凈光合速率（Pn）、日均氣孔導(dǎo)度（Gs）、日均蒸騰速率（Tr）及羧化速率（CE）分別降低了11.0%、10.0%、10.2%、10.6%。與CK相比P-MD1處理日均Pn、Gs、CE分別提高了 8.9%、5.4%、10.8%。滴灌日均光合特性的各處理與CK均無顯著性差異。

表2 滴灌水分虧缺處理翠玉獼猴桃光合特性Table 2 Effects of water deficit treatment by drip irrigation on photosynthetic characteristics of kiwifruit

2.4 不同灌水方式水分虧缺產(chǎn)量及水分利用效率

由表3、表4可知，不同的水量虧缺對獼猴桃產(chǎn)量影響較大，當(dāng)水分虧缺較嚴(yán)重時(shí)會(huì)使獼猴桃大幅度減產(chǎn)，但隨著虧水度加大獼猴桃水分利用效率會(huì)有一定程度提高。微噴灌輕度缺水（LD）、中度缺水（MD1）、偏中度缺水（MD2）、重度缺水(SD)處理產(chǎn)量比CK分別提高了1.5%、0.73%、5.46%、23.63%，滴灌LD、MD1、MD2、SD處理較CK分別提高了0.1%、-3%、3.8%、15.7%。虧水程度較輕微灌產(chǎn)量差別小，虧水程度較大時(shí)不同微灌下產(chǎn)量相差較大。表明適量水分虧缺對獼猴桃的產(chǎn)量影響較小，過度水分虧缺對獼猴桃的產(chǎn)量有抑制作用。D-MD1處理產(chǎn)量分別較D-LD、D-MD2、D-SD、CK提高了2.4%、11.9%、35.3%、1.3%，X-MD1處理產(chǎn)量分別較X-LD、X-MD2、X-SD、CK提高了-0.4%、8.3%、56%、1.3%，P-MD1處理產(chǎn)量分別較P-LD、P-MD2、P-SD、CK提高了0.4%、4.2%、28.4%、2.8%。在微灌中不同的水分虧缺水分利用效率（WUEET）呈現(xiàn)先增大再較小的趨勢，可見隨著耗水量的增加WUEET更加敏感，先于產(chǎn)量達(dá)到最大值。表4重度虧水與其他虧水處理存在顯著性差異，但是其他處理間無顯著性差異。WUEET中重度虧水與偏中度虧水間無顯著性差異，其他各處理間存在顯著性差異。

表3 不同的微灌方式產(chǎn)量及水分利用效率Table 3 Yield and water use efficiency of different micro-irrigation methods

表4 不同水量虧缺處理產(chǎn)量與水分利用效率Table 4 Yield and WUEET under different water deficit

3 討 論

3.1 不同微灌溉方式下不同的水量虧缺復(fù)水前后獼猴桃光合特性的影響

通過試驗(yàn)分析了微噴灌、小管出流和滴灌Ci均有顯著性差異（P<0.05）。小管出流與微噴灌在日均Ci相對于滴灌有不同程度提高。滴灌、小管出流和微噴灌日均Ci隨著水分虧缺程度的加大而不斷的降低。凈光合作用是植物進(jìn)行物質(zhì)儲(chǔ)存的唯一通道，凈光合作用的大小直接關(guān)系到植物果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)[27]。氣孔是植物葉片與外界氣體進(jìn)行交換的主要通道，通過氣孔開閉可以達(dá)到控制光合作用過程中 CO2吸收和蒸騰作用中水分的散失，所以氣孔導(dǎo)度的大小對果樹產(chǎn)量與品質(zhì)有直接關(guān)系[28]。在小管出流、滴灌和微噴灌中日均氣孔導(dǎo)度（Gs）中MD1處理的值均大于其他處理，則適當(dāng)?shù)乃刻澣睍?huì)對Gs有促進(jìn)作用，而隨著水量虧缺的增大會(huì)對葉片的氣孔導(dǎo)度有抑制作用。蒸騰速率是表征植物水分散失的主要參數(shù)，而水是參與光合作用的必要條件，所以蒸騰速率將直接影響光合強(qiáng)度從而影響有機(jī)物的積累。本試驗(yàn)通過在不同的微灌溉模式及不同的水量虧缺程度對比試驗(yàn)得出微噴灌較小管出流及滴灌分別有不同程度的提高。MD1處理在小管出流和微噴灌中都對蒸騰作用有促進(jìn)作用使蒸騰速率增大。植物葉片羧化速率通常指植物單位時(shí)間內(nèi)單位面積葉片能夠固定的CO2摩爾分?jǐn)?shù)，它決定了植物的最大凈光合速率，隨外界環(huán)境條件變化而變化[29-30]。試驗(yàn)結(jié)果表明，微灌MD1羧化速率在微灌中均高于其他虧水處理。WUEi是光合速率Pn與蒸騰速率Tr的比值，則WUEi的增大表示植物的水分利用效率的提高。

3.2 不同的灌水方式下不同的水量虧缺對獼猴桃產(chǎn)量及水分利用效率的影響

本試驗(yàn)研究表明當(dāng)在水分虧缺程度較低時(shí)灌溉方式對獼猴桃的產(chǎn)量影響較小，但過量的水分虧缺下（SD）處理小管出流較微噴灌及滴灌分別降低了23.6%、15.7%。不同的水分虧缺中，MD1處理產(chǎn)量較高，WUEET也處于各處理的前列。

武陽等[31]對香梨進(jìn)行研究表明實(shí)施適時(shí)、適量調(diào)虧灌溉可以增產(chǎn)，提高灌溉水利用效率。這和本研究所得出的結(jié)論相似（在微噴灌以及在小管出流中 LD處理的產(chǎn)量以及品質(zhì)均高于CK以及LD處理。在水分虧缺中輕度缺水及中度缺水明顯高于偏中度缺水以及重度缺水，且和CK相差較小。則當(dāng)水分虧缺程度適量的時(shí)候水量的虧缺對獼猴桃的產(chǎn)量影響較小，但是WUEET較CK有較大的提高。

4 結(jié) 論

1）滴灌下瞬時(shí)水分利用效率（WUEi）及羧化速率（CE）MD1處理均大于其他處理，則在滴灌下適量的水分虧缺對水分利用效率及羧化速率提高。

2）微噴灌下凈光合速率與羧化速率下MD1處理在各處理上均是最大的，則在微噴灌下適量的水分對凈光合速率及羧化速率有提高。

3）小管出流 MD1處理在胞間 CO2摩爾分?jǐn)?shù)、凈光合速率及羧化速率均大于其他處理，則小管出流MD1處理對Ci、Pn及CE有較大提高。

4）在產(chǎn)量與水分利用效率下，產(chǎn)量最高的是微噴灌輕度虧水，水分利用效率最高的是微噴灌重度虧水處理。