不同灌水量對干旱區(qū)枸杞水分利用效率及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

鄭國保，張彥紅，張源沛，李苗，魏彥宏

(1.寧夏農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)生物技術研究中心，寧夏銀川 750002；2.新疆農(nóng)業(yè)科學院拜城農(nóng)業(yè)試驗站，新疆拜城 842300)

0 引 言

【研究意義】水分管理在枸杞生產(chǎn)管理中占據(jù)重要地位，許多枸杞種植區(qū)仍然沿用傳統(tǒng)的灌水方式漫灌[1]，依靠大量水、肥投入來追求高產(chǎn)，造成了大量水分深層滲漏和肥料流失，水資源嚴重浪費、水分生產(chǎn)效益低和品質(zhì)差，甚至造成地下水的污染[2]。【前人研究進展】許多國內(nèi)外學者研究表明，適度的干旱有時還可提高產(chǎn)量和質(zhì)量[3]。徐青等[4]研究表明，適度的水分虧缺可以提高枸杞果實藥用成分(枸杞多糖、甜菜堿和β-胡蘿卜素)的含量；馬福生等[5-6]的研究表明，果實成熟期進行重度調(diào)虧，改善了棗的品質(zhì)，明顯提高了水分利用效率，確定果實成熟期為實施調(diào)虧灌溉的最佳階段； 晏清洪等[7]研究表明，充分灌溉條件下，采用不同灌溉方式(地表滴灌、地下滴灌與微噴灌)，生育期內(nèi)灌水量較漫灌大幅度減少，不同灌溉方式均不同程度抑制了枝條的生長，在一定程度上改善了果實品質(zhì)；劉賢趙等[8]研究表明，以蘋果為研究材料，采用根系分區(qū)灌溉，可以提高水分利用效率和果實品質(zhì)；杜太生等[9]研究表明，隔溝交替灌溉可提高葉片瞬時水分利用效率；劉明池等[10]研究表明，采用調(diào)虧灌溉，可降低草莓果實含水率，提高水果硬度、可溶性固形物(TSS)含量、維生素C含量以及糖酸比，改善草莓口感； 鄭國琦等[11-12]研究了灌水量對枸杞葉片結構、光合生理參數(shù)、根莖次生木質(zhì)部結構和組成、果實糖積累和蔗糖代謝相關酶活性，確定900 m3/hm2的灌水量是枸杞較適合的月灌溉定額。【本研究切入點】目前研究中，不同灌溉技術對果樹的生長和品質(zhì)方面取得了大量研究成果，但仍然缺少對枸杞節(jié)水灌溉方面的研究，尤其在果實發(fā)育的不同階段，水分對枸杞的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)等鮮見報道。以成齡枸杞為研究對象開展田間試驗，研究不同灌水量對枸杞產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)的影響，為干旱區(qū)枸杞節(jié)水灌溉提供理論依據(jù)。【擬解決的關鍵問題】利用非稱重式蒸滲儀，設置不同灌水量處理開展田間試驗，分析不同灌水量對枸杞產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)的影響，篩選出利于干旱區(qū)枸杞生長的最佳灌水量。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 枸杞

選用寧夏主栽品種寧杞1號，樹齡5年，該品種耐旱、耐鹽堿。

試驗于2016～2017年在寧夏水利科學研究院灌溉試驗站進行，試驗站地處銀川平原引黃灌區(qū)中部，地理位置為N38°30′06″、E106°07′44″，海拔1 114 m，屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫8.3～8.6℃，平均降水量193～203 mm，年日照時數(shù)2 898～3 040 h，無霜期160 d，冬無嚴寒，夏無酷暑。試驗地土壤類型為壤土，最大田間持水量為22.1%，有機質(zhì)含量為1.28%，堿解氮34.34 mg/kg，速效鉀100.87 mg/kg，速效磷22.68 mg/kg，土壤全鹽0.34 g/kg。

1.1.2 儀器

研究使用儀器為德國生產(chǎn)的TRIME-FM型時域反射儀(TDR)，國產(chǎn)721型分光光度計。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗共設4個處理，以習慣灌水量為對照，其他處理灌水量為對照的2/3、1/2、1/4， 分別記為 L1、L2、L3、L4，重復3次。各處理灌水時間一致，在萌芽期進行春灌，在營養(yǎng)生長與花芽分化期進行試驗處理，于10月下旬進行冬灌。灌水量用水表控制，其他管理措施同大田。表1

表1 田間試驗灌水時間和灌水量
Table 1 Irrigation time and irrigation amount of test

時期Period灌水時間Date(M/D)灌水量 Irrigation(m3/667 m2)L1(CK)L2(2/3CK)L3(1/2CK)L4(1/4CK)萌芽期 Germination stage4/2580.0080.0080.0080.00營養(yǎng)生長期 Vegetative period5/1580.0053.3040.0020.00盛花期 Full-bloom stage6/1580.0053.3040.0020.00盛果期 Full fruit period7/0580.0053.3040.0020.007/2080.0053.3040.0020.00秋果生長期 Autumn fruit growth period8/2060.0040.0030.0015.00秋果采收期 Autumn fruit harvesting time9/1060.0040.0030.0015.00冬灌 Winter irrigation10/2580.0080.0080.0080.00

1.2.2 調(diào)查內(nèi)容和方法

1.2.2.1 耗水量

由農(nóng)田土壤水量平衡方程計算[14-15]得出：

Etc=ET=I+P-△W-R-S.

式中：ET-農(nóng)田蒸散量(mm)；I-灌水量(mm)；P-降雨量(mm)；△W-土壤貯水量的變化(%)；R-徑流量(mm)；S-土體下邊界凈通量(向下為正，向上為負)，所以變量的單位為mm計。

1.2.2.2 產(chǎn)量

在果實采收期，對每個處理采摘的鮮果經(jīng)晾曬后制成干果，使用電子天平(精度為0.1 g)進行稱重并計量，計算出整個生育期內(nèi)枸杞干果總重量(g)。

1.2.2.3 百粒重

在果實采收期，分別對每個處理每次采摘后制干的果實用電子天平(精度為0.1 g)稱量一百粒枸杞干果的重量，每個處理重復3次。

1.2.2.4 粒度

在果實采收期，分別對每個處理每次采摘后制干的果實用電子天平(精度為0.1 g)稱量50 g枸杞干果，并記錄50 g枸杞干果的粒數(shù)，每個處理重復3次。

1.2.2.5 果形指數(shù)

在果實采收期，在每個處理每次采摘后的鮮果中選擇代表性的果實15粒，用數(shù)顯型電子游標卡尺測量果實的縱徑和橫徑，并計算果實縱徑和橫徑的比值，每個處理重復3次。

1.2.2.6 枸杞總糖

采用GB/T 18672-2002中所述的菲林還原糖法進行測定。

1.2.2.7 枸杞總黃酮

采用紫外分光光度法進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理、制圖采用Microsoft Excel 2000進行預處理，DPS14.50系統(tǒng)進行單因素方差分析、最小顯著法(LSD)多重比較。

2 結果與分析

2.1不同灌水量對枸杞產(chǎn)量和水分利用效率的影響

研究表明，水分對枸杞生長和產(chǎn)量的影響較大，隨著灌水量的降低，虧缺程度加劇，田間蒸騰蒸發(fā)量逐漸降低，產(chǎn)量呈減少的趨勢，且各處理間產(chǎn)量存在顯著差異。經(jīng)方差分析，與對照相比，各處理均減產(chǎn)，產(chǎn)量減少15.38 (L2)、58.59 (L3)和62.15 kg/667 m2(L4)， 降幅分別11.31%(L2)、43.07%(L3)和45.69%(L4)；在枸杞生長過程中，如果植株受到干旱脅迫，將抑制營養(yǎng)生長和生殖生長。L4處理灌水量僅為對照灌水量的1/4，水分利用效率達0.56 kg/m3，較對照增加75.00%，但產(chǎn)量遠低于其他處理(減產(chǎn)45.69%)，經(jīng)濟效益極低，在實際生產(chǎn)中毫無意義；L2處理灌水量僅為對照的2/3，水分利用效率達0.40 kg/m3，較對照增加25.00%，減產(chǎn)幅度僅為11.31%，基本滿足枸杞生長對水分的需求，提高了水分利用效率。在生產(chǎn)中，既要保證枸杞植株的正常生長、達到高產(chǎn)，又要發(fā)揮水分生產(chǎn)潛力、實現(xiàn)節(jié)水，453.30 m3/667 m2的灌水量是試驗較適宜的灌水量。圖1

圖1 不同灌水量下枸杞產(chǎn)量和水分利用效率變化
Fig.1 Effect of irrigation amount on water use efficiency

2.2 灌水量對枸杞果實品質(zhì)的影響

2.2.1 灌水量對果形指數(shù)的影響

研究表明，隨著灌水量的降低，虧缺程度的加劇，果實橫徑和縱徑均呈下降的趨勢，果形指數(shù)呈先升高后降低的趨勢，處理間橫徑差異顯著(P>0.05)，果實縱徑差異不顯著(P<0.05)，果形指數(shù)的差異不顯著。減少灌水量降低了枸杞果實的橫徑，而對枸杞果實的縱徑?jīng)]有明顯的影響。表2

表2 不同灌水量下果形指數(shù)變化
Table 2 Effect of irrigation amount on fruit shape index

時期Period處理Treatment橫徑Transverse diameter (mm)縱徑Vertical diameter (mm)果形指數(shù)Fruit shape index夏果Summer fruitL19.04±0.06aA17.90±1.50aA1.98±0.17aAL28.83±0.18aAB17.14±1.00aA2.05±0.07aAL38.20±0.39bAB16.26±0.61aA1.99±0.10aAL47.96±0.06bB17.32±0.77aA2.18±0.11aA秋果Autumn fruitL19.09±0.50aA17.97±2.20aA1.97±0.14aAL28.93±0.14aA18.14±0.36aA2.03±0.06aAL38.54±0.63abA16.73±0.47aA1.97±0.15aAL47.88±0.14bA15.47±0.93aA1.96±0.12aA

2.2.2 灌水量對果實百粒重的影響

研究表明，隨著灌水量的減少，虧缺程度的加重，夏果期果實百粒重呈降低的趨勢，秋果期果實百粒重呈增加的趨勢。生育期內(nèi)，果實百粒重呈先增加后降低的趨勢，采收初期(7月5日)，各處理間果實百粒重差異顯著，L1處理果實百粒重最大(12.98 g)，較其它處理增加13.96%(L2)、36.67%(L3)和61.04%(L4)；盛果期(7月5日至7月30日)，各處理間果實百粒重差異顯著，各處理果實百粒重隨著枸杞生長階段的推進呈先增加后降低的趨勢；秋果生長期(8月5日至8月19日)，L1處理果實百粒重達到最大(14.72 g)，各處理間果實百粒重差異不顯著；秋果采收期(9月1日至10月7日)，各處理隨著枸杞生長階段的推進呈降低的趨勢，灌水量為對照的1/2(L3)和1/3(L4)時。圖2

圖2 不同灌水量下果實百粒重變化
Fig.2 Effect of irrigation amount on 100-grain weight of fruit

2.2.3 灌水量對粒度的影響

研究表明，隨著灌水量的減少，虧缺程度的加重，夏果期果實粒度隨著灌水量增加呈降低的趨勢，秋果期果實粒度隨著灌水量的增加呈先增加后降低的趨勢。在采收初期(7月5日)，L1處理枸杞果實粒度最小(385粒)，較L2減少58粒，降幅達13.77%；較L3減少143粒，降幅達37.14%；較L4減少236粒，增幅達61.29%，各處理間果實粒度差異顯著；在盛果期(7月5日至7月30日)，對照果實粒度隨著枸杞生長階段的推進呈下降的趨勢，其他處理果實粒度隨著枸杞生長階段的推進呈先降低后增加的趨勢，各處理間果實粒度差異顯著；在秋果生長期(8月5日至8月19日)，L1果實粒度達到最小(338粒)，與其它處理間果實粒度差異不顯著；秋果采收期(9月1日至10月7日)，各處理隨著枸杞生長階段的推進呈增加的趨勢，灌水量為對照處理的1/2(L3)和1/3(L4)時。圖3

圖3 不同灌水量下粒度變化
Fig.3 Effect of irrigation amount on particle size

2.2.4 灌水量對枸杞多糖含量的影響

研究表明，水分對枸杞果實中多糖含量的影響較大，隨著灌水量的減少，虧缺程度加劇，枸杞多糖含量呈遞增的趨勢，不論夏果還是秋果，L4處理枸杞多糖含量最高。這是由于隨著枸杞生階段的推進，水分脅迫越來越嚴重，各處理間枸杞果實中糖分積累差異越來越明顯。可見，灌水量降低，水分脅迫的程度加重，糖分解受抑制，糖分積累增多。表3

表3 不同灌水量下枸杞多糖含量變化
Table 3 Effect of irrigation amount on wolfberrypolysaccharide content in different picking time

處理Treatment夏果Summer fruit秋果Autumn fruitL110.37±1.15cB13.76±1.15bBL212.65±0.14bcB14.63±0.56bBL313.81±0.88bB15.80±2.16bBL417.89±1.17aA20.75±1.53aA

2.2.5 灌水量對枸杞子總黃酮含量的影響

研究表明，隨著灌水量的減少，虧缺程度加劇，各處理總黃酮含量夏果期明顯高于秋果期，不同時期總黃酮含量均呈降低的趨勢，夏果期總黃酮含量受灌水量影響不大，各處理間差異不顯著；隨著枸杞生長階段的推進，各處理間秋果期總黃酮含量差異極顯著。表4

表4 不同灌水量下枸杞子總黃酮含量變化
Table 4 Effect of irrigation amounton total flavonoids content in wolfberry

處理Treatment夏果Summer fruit秋果Autumn fruitL16.89±0.34aA4.72±0.38aAL26.24±0.61aA3.52±0.24bBL36.23±0.29aA3.77±0.37bBL46.04±0.41aA2.71±0.07cC

3 討 論

3.1 枸杞生育期內(nèi)的耗水量受土壤水分的影響較大[13]，灌水可有效補給因植株生長而造成的土壤水分虧缺，灌水量越大，土壤越濕潤，植株的耗水量也就越大。減少灌水量可以降低枸杞蒸騰蒸發(fā)量來獲得較高的水分利用率，但過度缺水會嚴重降低枸杞產(chǎn)量[14]，在生產(chǎn)中，應該找到既能既要保證枸杞植株的正常生長、達到高產(chǎn)，又要發(fā)揮水分生產(chǎn)潛力、實現(xiàn)節(jié)水，滿足經(jīng)濟效益最大化的水分利用需求。

3.2 果實是枸杞有效藥用成分的貯藏器官，果實的大小及其主要藥用成分的含量就成為枸杞子質(zhì)量評價的主要指標。目前，在寧夏枸杞果實的形態(tài)發(fā)育規(guī)律、果實結構發(fā)育與果實糖分積累的關系，環(huán)境因子對枸杞產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等方面做了系統(tǒng)研究[15]。枸杞果實品質(zhì)由藥用品質(zhì)和外觀品質(zhì)決定，果實大小與果實發(fā)育期土壤水分關系密切，單粒干果的大小對枸杞外觀品質(zhì)起主導作用。試驗中，隨著灌水量減低，水分虧缺程度加劇，果實大小下降，這是由于果實發(fā)育期間水分虧缺導致果實組織的細胞沒有進行充分的徑向和橫向生長， 從而導致枸杞果實產(chǎn)量降低。 因此，在田間栽培管理中，要確保果實發(fā)育期有充足的土壤水分。

4 結 論

4.1 水分對枸杞生長和產(chǎn)量的影響較大，隨著灌水量的降低，虧缺程度加劇，田間蒸騰蒸發(fā)量逐漸降低，產(chǎn)量呈減少的趨勢，且各處理間產(chǎn)量存在顯著差異。在生產(chǎn)中，既要保證枸杞植株的正常生長、達到高產(chǎn)，又要發(fā)揮水分生產(chǎn)潛力、實現(xiàn)節(jié)水，453.30 m3/667 m2的灌水量是本試驗較適宜的灌水量。

4.2 虧缺灌溉對枸杞果形指數(shù)和枸杞總黃酮含量的影響不顯著，隨著虧缺程度的加劇，果實橫徑、枸杞總黃酮含量和枸杞多糖含量呈下降的趨勢；虧缺灌溉處理的枸杞果實單果鮮重、百粒重和粒度在夏果期隨著虧缺程度的加重呈降低的趨勢，在秋果期隨著虧缺程度的加重呈增加的趨勢，各處理隨著枸杞生長階段的推進，果實單果鮮重、百粒重和粒度呈先增加后降低的趨勢。