不同灌溉定額對(duì)枸杞光合特性的影響

史泉王璐吳榮周祥

(1.中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002； 2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；3.中寧縣氣象局，寧夏 中寧 755100)

枸杞是一種名貴中藥材，具有提高機(jī)體免疫力，抗衰老、抗癌、益智、滋補(bǔ)等功效[1]，具有耐旱、耐鹽等生物學(xué)特性，兼具生態(tài)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2]。寧夏屬溫帶大陸性半干旱氣侯，常年干旱少雨、風(fēng)大沙多、日照充足、蒸發(fā)強(qiáng)烈[3]。寧夏深居大陸腹地，位于我國(guó)西北東部，處于黃土高原、蒙古高原和青藏高原的交匯地帶，水資源嚴(yán)重短缺，全區(qū)90%的水用于農(nóng)業(yè)灌溉。枸杞在有灌溉條件下才能保證一定的產(chǎn)量和品質(zhì)，用水主要依靠黃河水[4]。Quan qi Li等研究認(rèn)為，在其設(shè)計(jì)的寬精度種植模式下，采用合理的節(jié)水灌溉可以節(jié)約水資源，并且大幅度提高農(nóng)田的水分利用效率，同時(shí)提升作物的產(chǎn)量[5]。因此探索出不影響枸杞品質(zhì)和產(chǎn)量的節(jié)水灌溉量至關(guān)重要，以期為科學(xué)指導(dǎo)灌溉提供理論依據(jù)。

水分在作物生長(zhǎng)中起著至關(guān)重要的作用。水分管理對(duì)于作物的光合作用同樣會(huì)產(chǎn)生巨大的影響，進(jìn)而影響作物的生命活動(dòng)。過多或過少的灌溉都會(huì)改變植物根的透氣性和細(xì)胞結(jié)構(gòu)，降低植物細(xì)胞酶的活性[6]，不利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育。趙琴等研究發(fā)現(xiàn)，在中度和重度干旱處理下枸杞的凈光合速率比正常供水分別下降17.5%、48.9%，氣孔導(dǎo)度平均下降了3.9%，水分利用效率僅為正常環(huán)境溫度下的57.8%[7]。土壤水分脅迫對(duì)枸杞葉片的光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率、水分利用率等都有影響，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。本文將分析不同灌溉定額下關(guān)鍵發(fā)育期的枸杞光合特性，旨在揭示光和特性對(duì)土壤水分的響應(yīng)機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于中寧縣紅柳溝產(chǎn)區(qū)小鹽池灘璽贊枸杞莊園，設(shè)有節(jié)水灌溉試驗(yàn)場(chǎng)及滑軌式遮雨棚，土壤以砂土與紅黏土混合土質(zhì)為主，土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)為pH 8.2，全鹽1.98g·kg-1，有機(jī)質(zhì)3.15g·kg-1，全氮0.44g·kg-1，速效氮120mg·kg-1，速效磷27.5mg·kg-1，速效鉀135mg·kg-1。試驗(yàn)枸杞品種為“寧杞7號(hào)”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)定5種不同定額灌溉，每種水分處理設(shè)置3次重復(fù)，其中,CK：7000m3·hm-2；A1：5763m3·hm-2；A2：4526m3·hm-2；A3：3288m3·hm-2；A4：2051m3·hm-2。在春梢生長(zhǎng)、夏果形成期、葉變色期、秋梢生長(zhǎng)、秋果形成期進(jìn)行定額灌溉。

1.3 試驗(yàn)方法

從春梢生長(zhǎng)期開始，于09∶00—12∶00，采用CIRAS-3便攜式光合熒光測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定各處理的凈光合速率Pn、蒸騰速率E、胞間CO2濃度Ci、水分利用效率WUE等生理參數(shù)。葉綠素含量采用SPAD-502 PLUS葉綠素計(jì)(Konica Minolta)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016 和 SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉量對(duì)枸杞光合速率的影響

植物通過光合作用利用無機(jī)物生產(chǎn)有機(jī)物并且貯存能量，是植物賴以生存的基礎(chǔ)。光合作用受溫度、光照強(qiáng)度、水分、CO2濃度、土壤等環(huán)境因子的影響，其中溫度和水分是影響植物光合作用和蒸騰作用的主要生態(tài)因子[8]。

圖1 不同灌溉量對(duì)不同時(shí)期枸杞光合速率的影響(p<0.05)

從圖1可以看出，不同定額灌溉下不同生長(zhǎng)階段寧夏枸杞葉片的凈光合速率(Pn)有顯著差異(P<0.05)。在老眼枝果實(shí)成熟期(6月18日)和秋果成熟期(10月10日),枸杞的光合作用相對(duì)較高，而在夏果成熟期(7月15日)和秋梢開花期(9月3日),枸杞的光合作用相對(duì)較低，這是由于夏季高溫對(duì)光合作用有一定的影響，溫度超過一定的閾值，光合作用會(huì)受到一定的抑制。在老眼枝果實(shí)成熟階段(6月18日)，不同水分處理有顯著性差異。隨著干旱脅迫程度的加劇，枸杞的光合作用在下降，A4處理較CK處理下降30%。在夏果成熟期(7月15日)，CK、A1與其它3組有顯著性差異，此階段正直炎熱的夏季，蒸騰量較大，充足的水分可以提高枸杞的光合速率，而受到干旱脅迫的處理光合速率值較低。在秋梢開花期(9月3日)，CK和其它處理有顯著性差異。在前期土壤水分消耗較多，此時(shí)充足的水分利于枸杞的秋梢生長(zhǎng)開花。在秋果成熟期(10月10日)，A3、A4處理光合速率相對(duì)較低，與其它3組有顯著性差異。

2.2 不同灌溉量對(duì)枸杞胞間CO2濃度的影響

由圖2可以看出，在秋季枸杞胞間CO2濃度相對(duì)較低，其中，秋梢開花期的胞間CO2濃度最低，A4處理與其它處理有顯著性差異。在秋果成熟期(10月10日)，各組處理之間無顯著性差異，此時(shí)溫度相對(duì)較低，植物生長(zhǎng)緩慢，水分的差異對(duì)枸杞胞間CO2濃度影響不大。在老眼枝果實(shí)成熟期(6月18日)，此時(shí)正值枸杞生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵階段，不同處理間有顯著性差異。灌溉額度越大，枸杞葉片的胞間CO2濃度越高，越利于枸杞的生長(zhǎng)。在夏果成熟期(7月15日)，A1處理的胞間CO2濃度最高，A4處理的胞間CO2濃度最低。在秋梢開花期(9月3日)，A1、A2處理之間無顯著性差異，A3、A4處理之間無顯著性差異，胞間CO2濃度最低。

圖2 不同灌溉量對(duì)不同時(shí)期枸杞胞間CO2濃度的影響(p<0.05)

2.3 不同灌溉量對(duì)枸杞蒸騰速率的影響

蒸騰作用能夠通過蒸騰拉力引起根系吸收水分和礦物質(zhì)，蒸騰速率大小反映出植物耗水情況。由圖3可以看出，夏季枸杞的蒸騰速率相對(duì)較高，耗水相對(duì)較多。隨著氣溫的降低，秋季的枸杞的蒸騰速率有所下降，需水量減少。在秋果成熟期(10月10日)，不同處理的蒸騰速率無顯著性差異，深秋氣溫下降，以多云天氣為主，光合作用下降，蒸騰速率也隨之降低，枸杞生長(zhǎng)周期拉長(zhǎng)。在夏果成熟期(7月15日)，A4處理與其它各組處理之間有顯著差異，A4處理的灌溉量最少，蒸騰速率最低。老眼枝果實(shí)成熟期(6月18日)，CK、A1處理之間無顯著性差異，A2、A3處理之間無顯著性差異，A4處理蒸騰速率最低。在秋梢開花期(9月3日)，CK處理蒸騰速率最高，A1、A2處理無顯著性差異，A3、A4處理蒸騰速率最低。

圖3 不同灌溉量對(duì)不同時(shí)期枸杞蒸騰速率的影響(p<0.05)

2.4 不同灌溉量對(duì)枸杞水分利用率的影響

水分利用效率(WUE)指植物消耗單位水分所形成的干物質(zhì)重量，是植物光合、蒸騰特性的綜合表現(xiàn)[9]。由圖4可以看出，在夏季不同土壤水分處理間，枸杞葉片的水分利用效率(WUE)差異顯著，灌溉量越高，土壤水分利用率相對(duì)越高。在老眼枝果實(shí)成熟期(6月18日)，A1、A2、A3處理無顯著差異，CK處理水分利用率最高，A4處理水分利用率最低。隨著干旱脅迫程度的加劇，水分利用效率明顯下降。在夏果成熟期(7月15日)，A2、A4處理無顯著差異，CK處理水分利用率最高，A3處理水分利用率最低。在秋梢開花期(9月3日)和秋果成熟期(10月10日)，各處理之間無顯著性差異。

圖4 不同灌溉量對(duì)不同時(shí)期枸杞水分利用率的影響(p<0.05)

2.5 不同灌溉量對(duì)枸杞葉綠素的影響

各個(gè)試驗(yàn)區(qū)域在不同生長(zhǎng)期的枸杞葉綠素含量情況如圖5所示。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在夏季的果實(shí)成熟期(7月2日)，試驗(yàn)田內(nèi)的枸杞葉綠素含量總體最高，秋果收獲后的落葉期(11月3日)的葉綠素含量總體最低。在枸杞果實(shí)生長(zhǎng)階段，葉綠素含量相對(duì)較高，而在枸杞枝條生長(zhǎng)階段，葉綠素含量相對(duì)較低。在枸杞春夏的生長(zhǎng)期中，葉綠素含量最高為68.77mg·g-1，最低為63.87mg·g-1，CK和其它處理相比有顯著性差異。在枸杞秋季生長(zhǎng)階段，秋果成熟期內(nèi)葉綠素含量無明顯差異。在秋梢生長(zhǎng)階段，A1和其它處理相比有顯著性差異。對(duì)比同一天內(nèi)各試驗(yàn)區(qū)的枸杞葉綠素含量，發(fā)現(xiàn)每天葉綠素含量大小情況都不一樣，除去進(jìn)入秋季的落葉期，葉綠素含量最高與最低相比相差不到5mg·g-1，所有處理的葉綠素含量都可以滿足自身的生長(zhǎng)發(fā)育，水分條件對(duì)葉綠素的影響不顯著。

圖5 各個(gè)日期不同試驗(yàn)區(qū)域的枸杞葉綠素含量

3 結(jié)論與討論

作物的光合特性普遍受到水分和溫度條件的影響，從夏季和秋季2個(gè)不同時(shí)間尺度來看，夏季溫度相對(duì)較高，枸杞的胞間CO2濃度、蒸騰速率也隨著溫度的升高而增大，秋季溫度逐漸下降，枸杞的胞間CO2濃度、蒸騰速率也隨之下降，枸杞水分利用率升高。而枸杞的凈光合速率隨著溫度的升高呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)溫度超過一定閾值，枸杞的光合速率也隨之下降。枸杞是喜光喜涼的作物，溫度較高，枸杞葉片氣孔導(dǎo)度隨之下降，光合速率也隨之下降，枸杞的生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制。特別是在枸杞夏果采摘結(jié)束后，枸杞進(jìn)入休眠期，此時(shí)溫度較高延緩了枸杞的生長(zhǎng)發(fā)育。

本文選擇了4個(gè)具有代表性的枸杞發(fā)育階段，在不同灌溉方式下，除秋果成熟期之外，其它3個(gè)發(fā)育期各處理之間有明顯的顯著性差異。隨著灌溉定額、土壤水分的減少，凈光合速率Pn、蒸騰速率E、胞間CO2濃度Ci、水分利用效率WUE也隨之下降，其中，A4處理灌溉量最小，其Pn、E、Ci、WUE 4個(gè)參數(shù)值也最小。說明隨著灌溉水分的減少，植物可能會(huì)受到干旱脅迫，各項(xiàng)生理參數(shù)值降低，其生長(zhǎng)受到抑制。而在其它4組處理中，CK處理的各項(xiàng)生理參數(shù)表現(xiàn)最好，而A1處理的也相對(duì)較好。在不影響枸杞的生長(zhǎng)發(fā)育條件下，適量的灌溉既杜絕了水資源浪費(fèi)，也會(huì)讓枸杞的生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)達(dá)到最佳。

在本試驗(yàn)中，由于施肥量一致且充足，在枸杞的正常生長(zhǎng)發(fā)育階段內(nèi)(除休眠期和落葉期)，不同處理之間的枸杞葉綠素含量能夠滿足枸杞的生長(zhǎng)。在枸杞果實(shí)生長(zhǎng)階段，葉綠素含量相對(duì)較高，而在枸杞枝條生長(zhǎng)階段，葉綠素含量相對(duì)較低。在枸杞秋季生長(zhǎng)階段，秋果成熟期內(nèi)葉綠素含量無明顯差異。