邊雅茹，田軍倉(cāng),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(dòng)人民為克服干旱少雨的惡劣環(huán)境，通過(guò)多年的實(shí)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(dú)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(yù)全國(guó)的“壓砂瓜”。一直以來(lái)，壓砂瓜的種植為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但隨著壓砂年限的增加，壓砂地的生產(chǎn)力開(kāi)始下降，許強(qiáng)等(2009年)[1]對(duì)寧夏香山地區(qū)種植1～17 a砂田及撂荒砂田進(jìn)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(lái)，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(wèn)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(cāng)[2](2012年)針對(duì)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(wèn)題，從補(bǔ)水定額、施肥水平和補(bǔ)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(duì)壓砂瓜產(chǎn)量影響最顯著的是補(bǔ)水定額，而施肥水平和補(bǔ)水次數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響較小。所以水分仍是影響作物生長(zhǎng)的重要因素，如果能引入適宜的抗旱經(jīng)濟(jì)作物，在水分較低的情況下作物仍可以很好地生長(zhǎng)，同樣也可以緩解老壓砂地重茬種植、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。故而本試驗(yàn)引入了由山西農(nóng)大培育出來(lái)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(shù)種，具有發(fā)達(dá)的根系，適應(yīng)能力極強(qiáng)。根據(jù)全國(guó)歐李的種植情況，從生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)價(jià)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(shù)種。其果實(shí)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(gè)不同水分脅迫處理對(duì)歐李新梢加長(zhǎng)生長(zhǎng)、莖粗生長(zhǎng)和果實(shí)發(fā)育等的影響，結(jié)果表明，當(dāng)土壤相對(duì)含水量為田間最大持水量的55±3%以上時(shí)，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(shí)品質(zhì)提高，而土壤土壤含水率持續(xù)下降則會(huì)產(chǎn)生抑制作用。白潤(rùn)娥等[5](2008年)也做了相關(guān)研究，結(jié)果表明，歐李果實(shí)生長(zhǎng)、單果鮮重和品質(zhì)等都會(huì)隨水分脅迫增加而降低。目前，我國(guó)對(duì)歐李生長(zhǎng)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(zhǎng)情況研究較少，而在灌水量對(duì)壓砂地歐李光合作用和產(chǎn)量方面的研究還未曾見(jiàn)到。為此，以壓砂地歐李為研究對(duì)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(kāi)試驗(yàn)，以分析不同補(bǔ)灌定額對(duì)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(bǔ)灌提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

試驗(yàn)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(dá)2 100～2 400 mm。

該試驗(yàn)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(jī)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(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷)均處于低水平狀態(tài)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用對(duì)比方法，設(shè)置了多水、少水和不灌水3個(gè)不同灌水量處理，3次重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)。各個(gè)處理在田間順序排列，每個(gè)處理對(duì)應(yīng)1個(gè)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(duì)照，目的在于確定壓砂地歐李適宜的灌溉定額。

1.3 試驗(yàn)實(shí)施

試驗(yàn)于2015年4-9月進(jìn)行，試驗(yàn)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(hào)，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(shí)域反射儀)所觀測(cè)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(bǔ)灌。試驗(yàn)灌水日期和灌水量見(jiàn)表1。

表1 灌水日期及灌水量 m3/hm2

1.4 指標(biāo)測(cè)定

光合作用：選取生長(zhǎng)狀況良好、長(zhǎng)勢(shì)一致的健康歐李植株，每處理測(cè)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(cè)定不同灌水量條件下歐李光合日變化曲線，時(shí)間從8∶00-18∶00，每隔2 h測(cè)定一次。測(cè)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(lái)表示。

單枝長(zhǎng)度：在果實(shí)采摘前用刻度尺測(cè)量。

莖粗：果實(shí)采摘前用游標(biāo)卡尺測(cè)出。

單株個(gè)數(shù)：果實(shí)采摘時(shí)，統(tǒng)計(jì)各個(gè)處理所選取的3株歐李植株上，每個(gè)枝條的歐李個(gè)數(shù)，之后取平均值。

單枝果重測(cè)定: 果實(shí)成熟期測(cè)定每株單個(gè)結(jié)果枝上所有的果實(shí)重量，加權(quán)平均得到每個(gè)處理的平均單枝果重。

單株果重：每個(gè)處理選取3棵歐李植株，匯總每棵樹(shù)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：?jiǎn)沃旯爻艘灾陻?shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量對(duì)壓砂地歐李光合作用日變化的影響

2.1.1 不同灌水量對(duì)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(qiáng)度增加，氣孔也隨著張開(kāi)，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(duì)照[0.219 5 mol/(m2·s)]，且處理1和處理2比對(duì)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(shì)，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(qiáng)、大氣中的相對(duì)濕度降低和強(qiáng)烈的蒸騰失水[7]，引起植株體內(nèi)過(guò)分過(guò)少，所以需要通過(guò)降低氣孔的開(kāi)度來(lái)保證植株正常生長(zhǎng)。此時(shí)處理1和處理2的谷值仍高于對(duì)照。之后隨著光照強(qiáng)度的降低，氣孔導(dǎo)度有所回升，并在16∶00時(shí)出現(xiàn)次高峰，處理1、處理2和對(duì)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(duì)照分別增加8.17%和3.85%。各處理的氣孔導(dǎo)度在相同時(shí)間段均呈現(xiàn)出隨灌水量增加而增加的趨勢(shì)，表明水分供應(yīng)不足會(huì)降低氣孔開(kāi)度，影響氣孔導(dǎo)度的變化。周磊，田軍倉(cāng)[8](2014年)對(duì)內(nèi)蒙古阿拉善左旗沙漠綠洲玉米進(jìn)行研究時(shí)也曾發(fā)現(xiàn)在水分脅迫的作用下，植物會(huì)通過(guò)關(guān)閉氣孔來(lái)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(duì)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(duì)水分的吸收和運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)主要?jiǎng)恿?，同時(shí)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(zhǎng)過(guò)程中非常重要的生理過(guò)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(duì)照分別增加7.80%和2.72%。這是因?yàn)閺脑绯康?2∶00氣溫不斷上升，歐李葉片需要通過(guò)主動(dòng)增加葉片的氣孔開(kāi)度和蒸騰速率來(lái)減少高溫對(duì)其傷害[9]。在14∶00出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，達(dá)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(kāi)始回升，16∶00左右達(dá)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(duì)照增加5.73%和2.58%。18∶00左右時(shí)，處理1、處理2和對(duì)照的Tr值分別降至4.94、4.31和3.62 mmol/(m2·s)。分析可知，試驗(yàn)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(huì)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(duì)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(shí)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(qiáng)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(gè)谷值，此時(shí)處理1、處理2和對(duì)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(duì)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(gè)小高峰，之后又開(kāi)始下降，16∶00左右出現(xiàn)第2個(gè)低谷，但由曲線變化情況可以看出，Ci值在10∶00-16∶00的時(shí)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(shuō)明胞間CO2濃度的降低是細(xì)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(shì)，與灌水量成反比關(guān)系，說(shuō)明增加灌水量對(duì)歐李葉片胞間CO2的利用有較大的促進(jìn)作用。

圖3 歐李胞間CO2濃度日變化

2.1.4 不同灌水量對(duì)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(shì)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?yàn)楦邚?qiáng)度的光照引植株體溫起過(guò)高或過(guò)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(duì)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(kāi)始，光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，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(duì)照[23.33 μmol/(m2·s)]，處理1和處理2的光合速率峰值比對(duì)照分別增加9.77%和3.50%。由于光照太強(qiáng)、溫度過(guò)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(dá)到低谷，且對(duì)照的谷值最低。隨后光合速率緩慢上升，約 16∶00時(shí)Pn出現(xiàn)次高峰，處理1、處理2的Pn比對(duì)照分別高9.23%和3.99%，此時(shí)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(duì)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(yàn)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(duì)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(guò)光合速率與蒸騰速率的比值來(lái)計(jì)算的，是反映植物利用水分能力的重要指標(biāo)，同時(shí)也可以用來(lái)衡量植物生長(zhǎng)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(shí)也曾說(shuō)過(guò)，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(zhǎng)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(shí)歐李葉片的光合速率達(dá)到峰值，氣孔開(kāi)度大，胞間CO2濃度的利用率較高，再加上此時(shí)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(duì)照(2.86 μmol/mmol)，處理1和處理2比對(duì)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(qiáng)度繼續(xù)增加，氣溫也在上升，空氣相對(duì)濕度明顯下降，氣孔導(dǎo)度下降，導(dǎo)致進(jìn)入氣孔內(nèi)的CO2量減少，凈光合速率也開(kāi)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(duì)照(1.18μmol/mmol)。16∶00又有所回升，處理1、處理2和對(duì)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(shuō)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(qiáng)的趨勢(shì)，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(duì)壓砂地歐李生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量的影響

不同處理歐李生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量見(jiàn)表2。

表2 不同處理歐李生長(zhǎng)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(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加。處理1的枝條長(zhǎng)度比處理2和對(duì)照分別增加5.21%和9.57%，處理2比對(duì)照增加4.15%；處理1的莖粗比處理2和對(duì)照分別增加2.87%和4.88%，處理2比對(duì)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(shì)，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(jìn)植株的新陳代謝，促進(jìn)光合作用和其他生理生化過(guò)程，從而使?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)加快[6]。比較各處理的單株個(gè)數(shù)可知，處理1比處理2和對(duì)照分別增加5.55%和9.06%，處理2比對(duì)照增加3.32%；處理1的單果重量比處理2和對(duì)照分別增加6.82%和10.89%，處理2比對(duì)照增加3.35%；處理1單株產(chǎn)量比處理2和對(duì)照分別增加12.01%和20.39%，處理2比對(duì)照增加6.80%。從表2中可知，處理1、處理2和對(duì)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(duì)照分別增加12.03%和19.83%，處理2比對(duì)照增加6.96%，最后計(jì)算其產(chǎn)值可得，處理1可比處理2和對(duì)照分別增加6 660和10 260 元/hm2，處理2比對(duì)照增加3 600 元/hm2。

采用SPSS對(duì)不同灌溉定額處理的產(chǎn)量進(jìn)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(duì)歐李產(chǎn)量的顯著性影響，多重比較結(jié)果見(jiàn)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(duì)照相比時(shí)，其顯著性為0.034<0.05，說(shuō)明多水處理對(duì)產(chǎn)量的影響顯著。而少水處理與多水處理和對(duì)照比較時(shí)，其顯著性均大于0.05，對(duì)產(chǎn)量的影響不顯著。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)大田試驗(yàn)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(shì)與凈光合速率日變化正好相反，呈“凹雙峰曲線”變化。同時(shí)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(duì)照高出9.77%和3.50%。

(2)在不同灌水量條件下，枝條長(zhǎng)度、莖粗、單枝個(gè)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(zhǎng)度分別比對(duì)照增加9.57%和4.15%；處理1和處理2的莖粗分別比對(duì)照增加4.88%和1.95%；處理1和處理2的單株個(gè)數(shù)分別比對(duì)照增加9.06%和3.32%；處理1和處理2的單果重量分別比對(duì)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(duì)照增加20.39%和6.08%；處理1和處理2的總產(chǎn)量比對(duì)照分別增加19.83%和6.96%，并通過(guò)不同灌水量對(duì)歐李產(chǎn)量的多重顯著性發(fā)現(xiàn)，處理1的灌溉定額對(duì)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。

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