蔣正文,岳宏偉,陳 嬌,劉 晗

(寧夏回族自治區(qū)灌溉排水服務(wù)中心,寧夏銀川 750016)

淡水資源時(shí)空分配不均是影響我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的嚴(yán)重障礙[1],同時(shí)水資源的不合理利用加劇了干旱的發(fā)生[2-3]。在干旱、半干旱地區(qū)實(shí)施合理灌溉是促進(jìn)植物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量的重要措施之一[4]。因此,在當(dāng)前寧夏社會(huì)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)發(fā)展中開展高效節(jié)水的研究是急需解決的一個(gè)關(guān)鍵問題,合理確定作物的最佳灌溉量是解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)體系問題和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)模式研究的必要前提[5]。研究表明,分蘗期適度控水在復(fù)水后能夠顯著提高水稻葉片凈光合速率等光合特性,同時(shí)減少無效分蘗數(shù)、提高產(chǎn)量[6]?？厮喔扔行Т龠M(jìn)了藍(lán)莓植株生長(zhǎng)、冠幅增加以及枝條伸長(zhǎng)、增粗[4]。適當(dāng)?shù)目厮喔纫部梢燥@著提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率[7]。

寧夏枸杞(LyciumbarbarumL.)為茄科枸杞屬多年生灌木,具有耐鹽堿、耐干旱等優(yōu)點(diǎn),是寧夏、甘肅、青海、內(nèi)蒙古、新疆等地區(qū)脫貧的重要經(jīng)濟(jì)林品種[8]。實(shí)踐表明,合理的灌溉栽培措施有利于枸杞增產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)水分利用最大化。侯建安等[9]研究灌水頻率和定額對(duì)枸杞園土壤水熱分布及產(chǎn)量的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)最佳灌水下限宜控制在田間最大持水量的85%,此條件下產(chǎn)量、單果質(zhì)量、果實(shí)縱橫徑、2 cm以上等級(jí)率均優(yōu)于其他處理。徐利崗等[10]認(rèn)為當(dāng)灌水量為3 750 m3/hm2時(shí)枸杞鮮果產(chǎn)量、干果產(chǎn)量、百粒重、粒度及多糖含量均最高,水分利用效率最高且品質(zhì)相對(duì)較好。前人的相關(guān)研究多側(cè)重于單一生育期控水對(duì)枸杞產(chǎn)量、光合、品質(zhì)及水分利用效率的影響,而關(guān)于不同生育期控水的研究鮮有報(bào)道。筆者以寧杞7號(hào)為試驗(yàn)材料,分別在春梢期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和盛花期、盛果期、秋果期進(jìn)行不同控水處理研究,測(cè)定了生長(zhǎng)指標(biāo)、光合參數(shù)、產(chǎn)量、品質(zhì)、耗水量和水分利用效率等指標(biāo),通過隸屬函數(shù)值法對(duì)上述各指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),篩選出最佳控水組合,旨在為寧夏枸杞的水分合理調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)利用寧夏水利科學(xué)研究院灌溉試驗(yàn)站已建的測(cè)坑和蒸滲儀,以3年齡枸杞為研究對(duì)象,試驗(yàn)品種為寧杞7號(hào)。測(cè)定土壤類型為砂壤土,最大田間持水量為22.5%;分別在春梢期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和盛花期、盛果期、秋果期進(jìn)行不同的控制水分供給研究。其中,春梢期控制灌溉枸杞根區(qū)土壤含水量為土壤最大持水量(θf)的50%(50%θf);營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和盛花期控制灌溉枸杞根區(qū)土壤含水量為50%θf、65%θf和75%θf,盛果期控制灌溉枸杞根區(qū)土壤含水量為65%θf和75%θf,秋果期控制灌溉枸杞根區(qū)土壤含水量為55%θf。此外,4月中下旬春灌及10月下旬冬灌水量分別為450和675 m3/hm2。設(shè)置6個(gè)處理,3次重復(fù),共18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。全生育期施肥8次,每次90 kg/hm2,各個(gè)生育期灌水量如表1所示。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定。利用游標(biāo)卡尺及鋼卷尺測(cè)定植株地徑、株高、東西冠幅、南北冠幅、每個(gè)枝條的條長(zhǎng)及莖粗。在東、西、南、北各選1條枝條進(jìn)行標(biāo)記,然后每個(gè)生育期后期進(jìn)行觀測(cè),落葉期后進(jìn)行最后一次觀測(cè)。

表1 各時(shí)期控制灌溉枸杞根區(qū)土壤含水量 Table 1 Soil water content in the root zone of L.barbarum under controlled irrigation in different periods

1.2.2光合參數(shù)的測(cè)定。使用CI-340 便攜式光合測(cè)定儀 (美國(guó)CID公司) 測(cè)定,測(cè)定葉片氣孔導(dǎo)度 (Gs)、凈光合速率 (Pn) 、蒸騰速率 (Tr)和胞間CO2濃度 (Ci) 。每個(gè)處理測(cè)定3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)待穩(wěn)定后讀取10個(gè)數(shù)據(jù)。

1.2.3產(chǎn)量、品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。夏果和秋果成熟后全部采摘(成熟1批,采摘1批),經(jīng)處理后晾曬稱量干果重。多糖含量采用苯酚-硫酸法比色測(cè)定[11];參照劉根紅等[12]的方法測(cè)定甜菜堿含量;采用索氏抽提法[13]測(cè)定粗脂肪含量;氨基酸含量參照朱楠等[14]的方法測(cè)定。

1.2.4耗水量和水分利用效率的測(cè)定。降雨量的測(cè)定:生育期間降雨量采用雨量器測(cè)定。

耗水量的計(jì)算公式如下:

ET=WO-Wt+I+M+K-D-R

(1)

式中:ET為耗水量;WO和Wt分別為初始時(shí)段和t時(shí)段測(cè)坑水量;I為灌水量;M為降雨量;K為地下水補(bǔ)給量;D為深層滲漏量;R為地表徑流量。

由于測(cè)坑是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立空間,與外部水分隔絕,沒有水分交換,故深層滲漏量(D)、地下水補(bǔ)給量(K)和地表徑流量(R)忽略不計(jì),因此耗水量公式可簡(jiǎn)化如下:

ET=WO-Wt+I+M

(2)

水分利用效率(WUE)的計(jì)算公式如下:

WUE=0.1×產(chǎn)量/ET

(3)

式中:WUE為作物水分利用效率,單位kg/m3;產(chǎn)量為枸杞干果重,單位kg/hm2;ET為耗水量。

1.3 數(shù)據(jù)處理采用Excel 2013軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì),使用SPSS 24.0軟件進(jìn)行方差分析,不同處理間差異顯著性檢驗(yàn)采用Duncan法。采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)值法對(duì)生長(zhǎng)指標(biāo)和生理指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。

當(dāng)指標(biāo)性狀間呈正相關(guān)時(shí),隸屬函數(shù)公式:

U(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(4)

當(dāng)指標(biāo)性狀間呈負(fù)相關(guān)時(shí),隸屬函數(shù)公式:

U(Xj)=1-(Xmax-Xj)/(Xmax-Xmin)

(5)

其中:U(Xj)表示隸屬函數(shù)值;Xj表示某指標(biāo)的測(cè)定值;Xmin和Xmax表示參試水平系中某一指標(biāo)內(nèi)的最小值和最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同控水處理對(duì)枸杞生長(zhǎng)指標(biāo)的影響從圖1A可以看出,不同控水處理之間枸杞地徑均存在差異,其中T5和T6處理的枸杞地徑均顯著高于其他處理(P<0.05),分別為5.25和5.30 mm,T5處理的枸杞地徑分別為T1、T2、T3、T4處理的1.12、1.06、1.09和1.24倍,T6處理的枸杞地徑分別為T1、T2、T3、T4處理的1.13、1.07、1.10和1.25倍。由此可見,T5和T6處理能有效提高枸杞的地徑。

從圖1B可以看出,不同控水處理間枸杞株高均存在差異,其中T6處理的枸杞株高顯著低于其他處理(P<0.05),僅為20.43 cm;T2和T5處理的枸杞株高顯著高于其他處理(P<0.05),T2處理的枸杞株高分別為T1、T3、T4、T6處理的1.06、1.09、1.18和2.05倍,T5處理的枸杞株高分別為T1、T3、T4、T6處理的1.03、1.06、1.15和2.00倍。

從圖1C可以看出,不同控水處理間枸杞東西冠幅均存在差異,T5處理的東西冠幅顯著高于其他處理(P<0.05),分別為T1、T2、T3、T4、T6處理的1.36、1.19、1.21、1.30和1.49倍。

從圖1D可以看出,T1處理的枸杞南北冠幅顯著低于其他處理(P<0.05),僅為25.33 cm;T2和T4處理的枸杞南北冠幅顯著高于T1、T5、T6處理(P<0.05),其中T2處理的枸杞南北冠幅分別為T1、T5、T6處理的1.65、1.11和1.18倍,T4處理的枸杞南北冠幅分別為T1、T5、T6處理的1.71、1.15和1.22倍。

從圖1E可以看出,T2和T3處理的枸杞枝條莖粗顯著低于其他處理(P<0.05),分別為1.74和1.79 mm;T4和T5處理的枸杞枝條莖粗顯著高于T1、T2、T3處理(P<0.05),其中T4處理的枸杞枝條莖粗分別為T1、T2、T3處理的1.16、1.45、1.41倍,T5處理的枸杞枝條莖粗分別為T1、T2、T3處理的1.22、1.52和1.48倍。

從圖1F可以看出,不同控水處理間枸杞枝條長(zhǎng)度均存在差異,T1處理的枸杞枝條長(zhǎng)度顯著低于其他處理(P<0.05),僅為34.68 cm;T4處理的枸杞枝條長(zhǎng)度顯著高于T1、T2、T5、T6處理(P<0.05),T4處理的枸杞枝條長(zhǎng)度分別為T1、T2、T5、T6處理的1.32、1.13、1.05和1.12倍。

2.2 不同控水處理對(duì)枸杞光合參數(shù)的影響分析不同控水處理枸杞的氣孔導(dǎo)度(圖2A)發(fā)現(xiàn),T1處理的氣孔導(dǎo)度為118.25 mmol/(m2·s),顯著低于T2、T3、T5、T6處理(P<0.05);T5處理的枸杞氣孔導(dǎo)度顯著高于其他處理(P<0.05),T5處理的枸杞氣孔導(dǎo)度分別為T1、T2、T3、T4、T6處理的2.50、1.29、2.09、2.28和1.36倍。

注:同一圖片中不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different small letters in the same picture indicated significant differences among different treatments (P<0.05).圖1 不同控水處理對(duì)枸杞生長(zhǎng)指標(biāo)的影響 Fig.1 Effects of different water control treatments on the growth indices of L.barbarum

通過分析不同控水處理下枸杞的凈光合速率(圖2B)發(fā)現(xiàn),不同控水處理間枸杞凈光合速率均存在差異,T4處理的凈光合速率僅18.39 mmol/(m2·s),顯著低于T2、T3、T5、T6處理(P<0.05);T5處理枸杞的凈光合速率顯著高于其他處理(P<0.05),T5處理下枸杞凈光合速率分別為T1、T2、T3、T4、T6處理的1.59、1.25、1.41、1.74和1.29倍。

注:同一圖片中不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different small letters in the same picture indicated significant differences among different treatments (P<0.05).圖2 不同控水處理對(duì)枸杞光合參數(shù)的影響 Fig.2 Effects of different water control treatments on the photosynthetic parameters of L.barbarum

通過分析不同控水處理下的枸杞蒸騰速率(圖2C)發(fā)現(xiàn),T4處理的枸杞蒸騰速率為2.00 mmol/(m2·s),顯著低于其他處理(P<0.05);T5處理的枸杞蒸騰速率顯著高于其他處理(P<0.05),T5處理的枸杞蒸騰速率分別為T1、T2、T3、T4、T6處理的1.98、1.28、1.69、3.20和1.22倍。

通過分析不同控水處理下枸杞的胞間CO2濃度(圖2D)發(fā)現(xiàn),不同控水處理枸杞胞間CO2濃度均存在差異,T4和T5處理的枸杞胞間CO2濃度分別為213.41和198.81 μL/L,顯著低于其他處理(P<0.05);T1處理枸杞的胞間CO2濃度顯著高于其他處理(P<0.05)。

2.3 不同控水處理對(duì)枸杞品質(zhì)的影響通過分析不同控水處理下枸杞的甜菜堿含量(圖3A)發(fā)現(xiàn),T1處理的枸杞甜菜堿含量為0.50%,顯著低于其他處理(P<0.05);T5處理的枸杞甜菜堿含量高于其他處理,T5處理的枸杞甜菜堿含量分別為T1、T2、T3、T4、T6處理的1.99、1.47、1.29、1.09、1.17倍。

通過分析不同控水處理下枸杞的多糖含量(圖3B)發(fā)現(xiàn),不同控水處理間枸杞的多糖含量均存在差異,T1處理的多糖含量顯著低于其他處理(P<0.05);T5處理的枸杞多糖含量顯著高于其他處理(P<0.05),T5處理的枸杞多糖含量分別為T1、T2、T3、T4、T6處理的1.55、1.43、1.27、1.05、1.19倍。

通過分析不同控水處理的枸杞粗脂肪含量(圖3C)發(fā)現(xiàn),T1處理的枸杞粗脂肪含量顯著低于其他處理(P<0.05);T5處理的枸杞粗脂肪含量顯著高于其他處理(P<0.05),T5處理的枸杞粗脂肪含量分別為T1、T2、T3、T4、T6處理的1.67、1.45、1.31、1.13、1.22倍。

通過分析不同控水處理枸杞氨基酸含量(圖3D)發(fā)現(xiàn),不同控水處理間枸杞氨基酸含量均存在差異,T1處理的枸杞氨基酸含量顯著低于其他處理(P<0.05);T5處理的枸杞氨基酸含量顯著高于其他處理(P<0.05),T5處理的枸杞氨基酸含量分別為T1、T2、T3、T4、T6處理的1.47、1.36、1.24、1.06和1.16倍。

注:同一圖片中不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different small letters in the same picture indicated significant differences among different treatments (P<0.05).圖3 不同控水處理對(duì)枸杞品質(zhì)的影響 Fig.3 Effects of different water control treatments on the quality of L.barbarum

2.4 不同控水處理下枸杞耗水量的變化通過分析不同控水處理下枸杞各生育期耗水量(表2)發(fā)現(xiàn),夏果期耗水量最大,秋果期次之,盛花期耗水量最小。全生育期耗水量在不同控水處理下由高到低依次為T6>T5>T4>T3>T2>T1,T6處理的枸杞全生育期耗水量分別為T1、T2、T3、T4、T5處理的1.22、1.19、1.18、1.09和1.06倍。

2.5 不同控水處理下枸杞產(chǎn)量和水分利用效率的變化通過分析不同控水處理的枸杞產(chǎn)量(圖4A)發(fā)現(xiàn),T4和T6處理的枸杞產(chǎn)量顯著高于其他處理(P<0.05),T4處理的枸杞產(chǎn)量分別為T1、T2、T3、T5處理的1.28、1.31、1.25和1.07倍。

通過分析不同控水處理下枸杞的水分利用效率(圖4B)發(fā)現(xiàn),不同控水處理間枸杞的水分利用效率均存在差異,T4處理的枸杞水分利用效率顯著高于其他處理(P<0.05),T4處理的枸杞水分利用效率分別為T1、T2、T3、T5和T6處理的1.14、1.20、1.16、1.10和1.11倍。

2.6 不同控水處理下枸杞各指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)值法對(duì)地徑、株高、東西冠幅、南北冠幅、枝條莖粗、枝條長(zhǎng)度、氣孔導(dǎo)度、凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、甜菜堿、多糖、粗脂肪、氨基酸、耗水量、產(chǎn)量、水分利用效率17個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析,分別得到各指標(biāo)隸屬函數(shù)值和平均值。如表3所示,各處理下各指標(biāo)隸屬函數(shù)值平均值分別為0.16、0.40、0.43、0.62、0.89和0.57,控水效果由高到低依次為T5>T4>T6>T3>T2>T1。因此,最理想的控水處理為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和盛花期控制灌溉枸杞根區(qū)土壤含水量為75%θf,盛果期控制灌溉枸杞根區(qū)土壤含水量為65%θf。

表2 不同控水處理下枸杞各生育期耗水量的變化 Table 2 Changes of water consumption in each growth period of L.barbarum under different water control treatments

3 討論與結(jié)論

水分是影響枸杞生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的限制因素之一。適宜的灌水量可以促進(jìn)枸杞的生長(zhǎng),而灌水過量或不足都有可能抑制其生長(zhǎng)[15]。地徑是連接土壤和植株地上部分的重要樞紐,是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中養(yǎng)分和水分吸收能力的關(guān)鍵因素[16]。株高、冠幅、枝條長(zhǎng)度和莖粗是影響枸杞發(fā)育狀況的重要指標(biāo),反映植株生長(zhǎng)狀況以及水肥利用效率和光能利用率[15]。該研究中T5處理的枸杞東西冠幅顯著高于其他處理;T4處理的南北冠幅和枝條長(zhǎng)度優(yōu)于其他處理,說明T4和T5控水處理枸杞的生長(zhǎng)發(fā)育顯著優(yōu)于其他4個(gè)處理。

表3 不同控水處理下枸杞各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià) Table 3 Membership function values and comprehensive evaluation of the indices of L.barbarum under different water control treatments

接下表續(xù)表3

限制葉片光合速率的因素主要有非氣孔和氣孔因素,氣體交換參數(shù)是從氣體的交換量角度來衡量植株的同化能力[17]。水分含量顯著影響植物的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率等光合參數(shù)[18]。該研究在枸杞盛果期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和盛花期進(jìn)行不同控水處理,結(jié)果表明T5處理枸杞的氣孔導(dǎo)度、凈光合速率和蒸騰速率顯著高于其他處理,這與蔡海霞等[18]的研究結(jié)果類似。該研究中T5處理枸杞胞間CO2濃度低于其他處理。劉軍等[19]研究表明適宜的灌溉處理降低了紫花苜蓿(MedicagosativaL.)胞間CO2濃度,與該研究結(jié)果相一致。以上結(jié)果表明適宜的控水處理有利于枸杞氣孔導(dǎo)度、凈光合速率和蒸騰速率的升高,同時(shí)能降低胞間CO2濃度。

枸杞果實(shí)的大小及其品質(zhì)是評(píng)價(jià)枸杞質(zhì)量的重要指標(biāo)[20],同時(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)是衡量作物經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素。研究表明,一定時(shí)間、一定程度的干旱可能會(huì)提高產(chǎn)量和品質(zhì)[21-22]。該研究結(jié)果表明,T5控水處理枸杞的甜菜堿、多糖、粗脂肪和氨基酸含量均優(yōu)于其他處理;T4和T6處理枸杞產(chǎn)量顯著高于其他處理;以上結(jié)果表明適當(dāng)控水處理有利于枸杞品質(zhì)的提高。尹志榮等[23]研究發(fā)現(xiàn)適宜的灌溉條件可以有效減緩?fù)寥浪傩юB(yǎng)分向深層的遷移,進(jìn)而提高根層養(yǎng)分的吸收利用,有利于枸杞產(chǎn)量和品質(zhì)的改善,與該研究結(jié)果相似。由此可見,土壤速效養(yǎng)分向深層遷移可能是枸杞產(chǎn)量和品質(zhì)提升的主要原因。

我國(guó)西北干旱和半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究的主要目標(biāo)是如何提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[24]。尹志榮等[25]研究表明,在水分供應(yīng)充足的情況下枸杞生育期內(nèi)的水分利用效率會(huì)降低在需水關(guān)鍵期進(jìn)行適當(dāng)水量調(diào)控,有利于提高枸杞的產(chǎn)量及水分利用效率。該研究結(jié)果表明T4控水處理枸杞的產(chǎn)量和水分利用效率最高,說明適度的水分虧缺可以達(dá)到提高枸杞產(chǎn)量和水分利用效率的目的。

該研究通過對(duì)枸杞生長(zhǎng)指標(biāo)、光合參數(shù)、品質(zhì)、產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率等17個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)最理想的控水處理為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和盛花期控制灌溉枸杞根區(qū)土壤含水量為75%θf,盛果期控制灌溉枸杞根區(qū)土壤含水量為65%θf。