無壓地下灌溉對櫻桃光合特性及產量和品質的影響

李蕊，張寬地，陳俊英

（1．楊凌職業技術學院，陜西楊凌712100；2．西北農林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌712100）

無壓地下灌溉對櫻桃光合特性及產量和品質的影響

李蕊1，張寬地2，陳俊英2

（1．楊凌職業技術學院，陜西楊凌712100；2．西北農林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌712100）

為探討無壓地下灌溉對櫻桃光合特性、產量和品質的影響，設計4個灌水處理，即地面常規灌溉（CK），地下灌溉壓力水頭6cm（T1）、3cm（T2）、0cm（T3）。結果表明：光合特性與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下Pn分別下降2．2%、5．5%和8．4%，Tr分別下降2．9%、8．2%和12．6%，Gs分別下降0．6%、5．3%和10．6%，但葉片水分利用效率（LWUE）卻分別增加3．0%、12．1%和19．4%；產量和灌溉水利用效率（IWUE）與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下產量分別減少1．4%、3．8%和6．2%，灌水量分別減少24%、29．8%和34．4%，IWUE增加29．9%、37%和43．1%；品質與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下VC分別增加17．9%、8．5%和6．6%，可溶性固形物分別增加8．1%、14%和19．1%，可溶性糖分別增加9．2%、18．1%和19．5%，可滴定酸分別增加3．4%、4．6%和6．9%，糖酸比分別增加5．6%、13．9%和11．9%，硬度分別增加4．1%、2．7%和2．1%；櫻桃樹IWUE與產量間呈較好的開口向下二次曲線關系，其決定系數R2＝0．645 1，產量和IWUE最佳結合點為產量17 000kg左右，IWUE在6．5kg／m3，IWUE與灌水量間呈很好的直線線性關系，其決定系數R2＝0．979 6。

櫻桃；無壓地下灌溉；產量；品質；光合特性

水果是我國重要的經濟作物，目前水果已成為繼糧食、蔬菜之后的第三大農作物，水果產業在國民經濟中具有重要地位［1］。果業不僅是我國農村經濟的一大支柱產業，而且還是我國干旱或半干旱地區農民增加收入的重要渠道［2］。與傳統灌溉技術不同，無壓地下灌溉技術是利用作物的蒸騰拉力和根區土壤吸力，在輸水管首端無壓、小水頭壓力或小的負壓狀態下，通過毛管上的出水孔使水分進入根系層來滿足作物的正常需水量，此技術是適時地將水肥送入到作物根區以此來滿足作物正常生長的需要，減少了作物棵間蒸發損失和土壤濕潤面及深層滲漏，提高了作物對水肥的利用效率［3］。目前國內對根區無壓地下灌溉技術的研究較少，即使有研究也主要集中在設施大棚蔬菜上［3－6］，而無壓地下灌溉對果樹生長生理及產量和品質的研究還很少。筆者以果農地面常規灌溉為對比，旨在探討無壓地下灌溉對經濟價值較高的櫻桃光合特性及產量和品質的影響，以期為果樹根區局部無壓地下灌溉的研究提供一定的理論基礎，對節水灌溉條件下果農櫻桃樹的種植提供一定的實踐指導。

1材料與方法

1．1研究區概況

試驗于2014年3—6月在西北農林科技大學節水示范櫻桃園中進行。試驗站地處34°20′N、108°24′E，海拔518m，屬半干旱半濕潤氣候，多年平均氣溫12．5℃，平均降雨量550～600mm，蒸發量1 400mm。櫻桃園內土壤為沙壤土，土壤容重為1．48g／cm3，pH 7．55，有機質11．85g／kg，堿解氮68．9mg／kg，速效磷56．6mg／kg，速效鉀138．72mg／kg，田間持水量（θF）19．4%。2014年櫻桃生育期內降雨量和5年（2010—2014）平均降雨量分布見圖1。

圖1 2014年櫻桃生育期降雨量和2010—2014年平均降雨量Fig．1 Precipitation in 2014and average precipitation from 2010to 2014during cherry growth period

1．2試驗材料

以櫻桃園內13年成齡櫻桃樹（品種為紅燈，基砧為野櫻桃）為試驗材料，櫻桃樹行距3m×4m，樹高3．5m左右，樹體健壯，長勢基本一致。

1．3試驗設計

試驗壓力水頭（毛管入口相對于毛管埋深的高度）共設6cm（T1）、3cm（T2）、0cm（T3）3個供水處理和一個常規地面灌溉的對照處理（CK），共4個處理，每個處理5次重復。

在櫻桃園選取20棵櫻桃樹（5×4棵）為監測樣樹，在各棵樣間埋入2m深的雙層防側滲塑料膜，防止樣樹之間水分側滲。

在相同重復處理的樣樹（5棵櫻桃樹）兩側50cm處各布設一條毛管（Φ16的PE管），出水孔徑為6mm，孔口用2mm厚的無紡布包裹（防止土壤堵塞孔口），孔口間距40cm，埋深20cm。

為確保供水壓力恒定，依據馬氏瓶原理，水箱頂部設置可啟閉密封蓋的進水口，底部有出水口（出水口與輸水毛管連接）、進氣口（與出水口在同一高度）和玻璃水位計。供水前為了使無壓灌溉系統正常工作，先將輸水管中充滿水排除輸水毛管中的空氣，然后關閉進水口，打開進氣口進行灌水。全生育期各處理土壤水分下限均為65%θF，其灌水時間和灌水量不定。

1．4測定項目和方法

1．4．1光合特性和土壤含水量的測定 選擇櫻桃果實膨大期晴天（2014年4月30日、5月7日、5月8日），采用美國Li－Cor公司生產的Li－6400光合測定系統，每天08：00—18：00，每2h測定1次櫻桃樹中上部健康、成齡葉片（每棵樹選擇5片葉，每個葉片每次連續采集3個穩定數據）的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs），3d監測取平均值。

葉片水分利用效率（LWUE，μmol／mmol）的計算公式：

采用取土烘干法測定櫻桃樹土壤含水率，每隔10cm取土樣1次，土壤表層以下0～1．5m分層測定。

1．4．2果實產量和品質的測定 櫻桃成熟期連續多天不間斷地采摘監測樣樹，測其產量。每個處理隨機選擇30個櫻桃，用游標卡尺測量果實的縱徑和橫徑，計算果形指數（果實縱徑與橫徑的比值）［7］。用意大利FT327硬度計測定果實硬度。每棵櫻桃樹共選取100個果實（冠層東、西、南、北部各選取代表性果實25個），選取的果實稱重后計算其平均單果質量。用RHBO－90型號手持折射儀測定可溶性固形物，采用鉬藍比色法測定果實維生素C含量，酸堿滴定法測定果實酸度，可溶性糖采用蒽酮比色法測定［8］。

1．4．3灌溉水利用效率的計算 灌溉水利用效率（Irrigation water use efficiency，IWUE，kg／m3）計算公式［9］：

式中，Y為產量，I為灌水量。

1．5數據統計

應用SPSS Statistics 18．0對數據進行分析和處理，對不同處理間進行方差分析，若差異顯著，再用Duncan多重比較進行分析。

2結果與分析

2．1櫻桃樹的光合特性

2．1．1凈光合速率 由圖2看出，櫻桃樹葉片凈光合速率（Pn）具明顯的雙峰曲線特征，出現了典型的“午休”現象。從早晨Pn隨太陽輻射的增強開始上升，說明太陽輻射對櫻桃光合作用起主導作用。到10：00左右Pn上升到第一個全天最大峰值，T1、T2、T3和CK最大值分別為17．99μmol／（m2·s）、17．15μmol／（m2·s）、16．03μmol／（m2·s）和18．62μmol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降3．3%、7．8%和13．8%。Pn在12：00有所下降，出現了“午休”現象，這是由于中午的高溫和低濕使葉片暫時過干、過熱導致葉片水分代謝失調。在14：00左右達到全天第二個峰值，之后由于太陽輻射有所減弱Pn趨于緩慢下降的態勢。在16：00之后Pn隨著溫度和太陽輻射的迅速下降，也開始迅速下降。全天T1、T2、T3和CK處理的Pn平均值分別為15．30μmol／（m2·s）、14．97μmol／（m2·s）、14．46μmol／（m2·s）和14．02μmol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降2．2%、5．5%和8．4%。

圖2 櫻桃樹凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度的日變化Fig．2 Diurnal variation of net photosynthetic rate（Pn），transpiration rate（Tr）and stomatal conductance （Gs）of cherry trees

2．1．2蒸騰速率 由圖2看出，櫻桃樹蒸騰速率（Tr）呈典型的單峰曲線日變化趨勢。不同處理T1、T2、T3和CK的Tr最大值出現在12：00左右，分別為4．91mmol／（m2·s）、4．73mmol／（m2·s）、4．40mmol／（m2·s）和4．10mmol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降3．6%、10．5%和16．5%。之后由于太陽輻射和氣溫等氣象因素的變化以及櫻桃樹氣孔的逐漸關閉，櫻桃蒸騰速率趨于減弱，呈緩慢下降趨勢，各處理間的差異也越來越小。全天T1、T2、T3和CK處理的Tr平均值分別為4．12mmol／（m2·s）、4．00mmol／（m2·s）、3．78mmol／（m2·s）和3．60mmol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降2．9%、8．2%和12．6%。

2．1．3氣孔導度 從圖2還看出，櫻桃樹氣孔導度（Gs）也呈典型的單峰曲線日變化趨勢，上午8：00時，Gs在一個較高的水平開始上升，10：00時不同處理下櫻桃樹Gs均達到全天最大值，T1、T2、T3和CK的Gs最大值分別為0．272mol／（m2·s）、0．241mol／（m2·s）、0．222mol／（m2·s）和0．266mol／（m2·s），與CK相比，T1增加2．2%，T2和T3分別下降9．5%和16．5%。之后開始緩慢下降，各處理間的差異也越來越小。全天T1、T2、T3和CK處理的Gs平均值分別為0．188mol／（m2· s）、0．179mol／（m2·s）、0．169mol／（m2·s）和0．190mol／（m2·s），與CK相比，T1、T2、T3分別下降0．6%、5．3%和10．6%。

2．2櫻桃樹葉片的水分利用效率

從圖3看出，櫻桃樹葉片水分利用效率（LWUE）全天最大值出現在10：00左右，不同處理T1、T2、T3和CK的最大值分別為4．30μmol／mmol、4．35μmol／mmol、4．45μmol／mmol和4．22μmol／mmol，與CK相比，T1、T2、T3分別增加1．9%、3．2%和5．5%。LWUE在12：00左右達到全天監測最小值，14：00左右有所回升，之后又開始緩慢下降。全天T1、T2、T3和CK處理的LWUE平均值分別為3．71μmol／mmol、3．74μmo l／mmol、3．83μmol／mmol和3．90μmol／mmol，與CK相比，T1、T2、T3分別增加3．0%、12．1%和19．4%，說明T3處理的水分利用效率達到最佳狀態，雖然CK處理櫻桃樹有最高的Pn，但是其Tr也是最高的，致使其LWUE最低。全天水分利用效率表現為上午時段明顯高于下午時段，說明櫻桃樹上午時段水分利用效率較好。

圖3 櫻桃樹葉片水分利用效率的日變化Fig．3 Diurnal variation of leaf water use efficiency of cherry trees

2．3櫻桃產量與灌溉水利用效率

由表1看出，不同處理對櫻桃產量、灌水量和灌溉水利用效率產生了極顯著的影響（P＜0．01），對櫻桃單果質量影響不顯著。與CK相比，T1、T2、T3產量分別減少1．4%、3．8%和6．2%（T3＜T2＜T1＜CK），灌水量分別減少24%、29．8%和34．4%（T3＜T2＜T1＜CK），灌溉水利用效率分別增加29．9%、37%和43．1%（T3＞T2＞T1＞CK）。

表1 不同處理櫻桃的產量和灌溉水利用效率Table 1 Effects of different irrigation treatment on yield and water use efficiency of cherry trees

2．4櫻桃品質

由表2看出，不同處理對櫻桃維生素C、可溶性糖和可滴定酸都產生了極顯著的影響（P＜0．01），對櫻桃硬度、糖酸比以及可溶性固形物產生了顯著的影響（P＜0．05），對櫻桃果形指數影響不顯著。與CK相比，T1、T2、T3處理維生素C分別增加17．9%、8．5%和6．6%（T1＞T2＞T3＞CK），可溶性固形物分別增加8．1%、14%和19．1%（T3＞T2＞T1＞CK），可溶性糖分別增加9．2%、18．1%和19．5%（T3＞T2＞T1＞CK），可滴定酸分別增加3．4%、4．6%和6．9%（T3＞T2＞T1＞CK），糖酸比分別增加5．6%、13．9%和11．9%（T2＞T3＞T1＞CK），硬度分別增加4．1%、2．7%和2．1% （T1＞T2＞T3＞CK）。

表2 不同處理櫻桃的品質表現Table 2 Effect of different irrigation on quality of cherry

圖4 櫻桃樹灌溉水利用效率與產量和灌水量間的相關關系Fig．4 Correlations between irrigation water use efficiency （IWUE），cherry yield and irrigation amount

2．5灌溉水利用效率與產量和灌水量間的相關性

從圖4看出，不同處理櫻桃樹灌溉水利用效率（IWUE）與產量和灌水量間的相關關系。分析得出，櫻桃樹IWUE與產量間呈較好的開口向下二次曲線關系，其決定系數R2＝0．645 1，圖中二次曲線頂點位置即為櫻桃產量和IWUE最佳結合點，此時產量在17 000kg左右，IWUE在6．5kg／m3。IWUE與灌水量間呈很好的直線線性關系，其決定系數R2＝0．979 6，說明在本試驗條件下，櫻桃灌水量越大獲得的IWUE則越小。

3討論

光合作用是植物將太陽能轉換為化學能并釋放出氧氣的過程，植物沿著有利于光合作用的方向發展以此來適應環境的變化［10－11］。本研究表明，櫻桃樹葉片凈光合速率具有明顯的日變化規律，表現為雙峰曲線變化，出現了典型的“午休”現象，這與楊江山等［12］研究認為櫻桃葉片凈光合速率呈單峰變化趨勢的結論不一致。櫻桃樹蒸騰速率、氣孔導度也有著明顯的日變化規律，表現為典型的單峰曲線變化特征，這與周罕覓等［8］在桃樹上的研究結果基本一致。不同處理間的差異總體都表現為CK≈T1＞T2＞T3，說明控制相同土壤含水率下限，不考慮灌水量時，櫻桃樹常規地面灌溉和6cm小壓力水頭地下灌溉能夠獲得更好的光合作用。

在同樣干旱環境下，植物有越大的水分利用效率，就可以表明其耐旱能力高，節水能力強，具有較好的環境適應能力［13］。本研究表明，櫻桃葉片水分利用效率（LWUE）和灌溉水利用效率（IWUE）總體表現為T3＞T2＞T1＞CK，說明根區無壓地下灌溉均提高了櫻桃樹的水分利用效率，根區局部控水在0cm水頭時獲得了最佳的LWUE和IWUE。

土壤干旱條件下氮肥可以顯著影響作物的營養吸收和干物質積累，從而改變作物產量和品質［14－15］。滴灌施肥條件下，增大施氮量降低了黃瓜的品質及氮素利用效率，但增加灌水量卻提高了黃瓜產量和氮肥利用效率［16］；增加灌水或施肥量均可以促進西瓜的生長、提高其光合效率，從而最終增加西瓜產量和改善西瓜品質［17－19］。本研究表明，無壓地下灌溉櫻桃樹產量基本不減少或者減少很小情況下，櫻桃樹灌水量節約24%～34．4%，灌溉水利用效率增加29．9%～43．1%；根區無壓地下灌溉均提高櫻桃維生素C、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比和果實硬度，這說明相對于地面常規灌溉，根區無壓地下灌溉均提高了櫻桃品質。這與陳新明等［3］對溫室大棚番茄和黃瓜的研究中認為，無壓灌溉與溝灌相比并不降低作物產量，且能夠提高作物水分利用率和水分生產率，使黃瓜、番茄的維生素C、可溶性糖、總糖和無機磷含量明顯提高的結論基本一致。

4結論

1）光合特性與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下Pn分別下降2．2%、5．5%和8．4%，Tr分別下降2．9%、8．2%和12．6%，Gs分別下降0．6%、5．3%和10．6%，但LWUE卻分別增加3．0%、12．1%和19．4%。

2）產量和灌水量、IWUE與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下盡管產量分別減少1．4%、3．8%和6．2%，但灌水量分別減少24%、29．8%和34．4%，灌溉水利用效率增加29．9%、37%和43．1%。

3）品質與CK相比，櫻桃樹在T1、T2、T3處理下維生素C分別增加17．9%、8．5%和6．6%，可溶性固形物分別增加8．1%、14%和19．1%，可溶性糖分別增加9．2%、18．1%和19．5%，可滴定酸分別增加3．4%、4．6%和6．9%，糖酸比分別增加5．6%、13．9%和11．9%，硬度分別增加4．1%、2．7%和2．1%。

4）櫻桃樹IWUE與產量間呈較好的開口向下二次曲線關系，其決定系數R2＝0．645 1，產量和IWUE最佳結合點為產量17 000kg左右，IWUE 在6．5kg／m3；IWUE與灌水量間呈很好的直線線性關系，其決定系數R2＝0．979 6。

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（責任編輯：劉 海）

Effects of Non－pressure Subsurface Irrigation on Photosynthetic Characteristics，Yield and Quality of Cherry

LI Rui1，ZHANG Kuandi2，CHEN Junying2
（1．Yangling Vocational and Technical College，Yangling，Shaanxi 712100；2．College of Water Resources and Architectural Engineering，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

Cherry trees were irrigated by ground conventional irrigation（CK）and three non－pressure subsurface irrigation patterns of 6cm（T1），3cm（T2）and 0cm（T3）pressure head to discuss the effects of non－pressure subsurface irrigation on photosynthetic characteristics，yield and quality of cherry．Results：Pn，，Tr and Gs of T1，T2and T3decreases by 2．2%，5．5%and 8．4%，2．9%，8．2%and 12．6%，and 0．6%，5．3%and 10．6%but the leaf water use efficiency（LWUE）increases by 3．0%，12．1%and 19．4%compared with CK separately．The yield and irrigation amount of T1，T2and T3decreases by 1．4%，3．8%and 6．2%，and 24%，29．8%and 34．4%but the irrigation water use efficiency（IWUE）increases by 29．9%，37%and 43．1%compared with CK respectively．The Vc，soluble solid，soluble sugar，titrable acid，sugar－acid ratio and firmness of T1，T2and T3increase by 17．9%，8．5%and 6．6%，8．1%，14%and 19．1%，9．2%，18．1%and 19．5%，3．4%，4．6%and 6．9%，5．6%，13．9%and 11．9%，and 4．1%，2．7%and 2．1%compared with CK separately．There is a quadratic curve relation between IWUE and yield and the determination coefficient R2is 0．645 1．The optimum combination is 17 000kg of yield and 6．5kg／m3of IWUE．There is a good linear relation between IWUE and irrigation amount and the determination coefficient R2is up to 0．979 6．

cherry；non－pressure subsurface irrigation；yield；quality；photosynthetic characteristics

S275．4；S662．5

A

1001－3601（2016）02－0057－0027－05

2015－05－12；2015－12－30修回

國家自然科學基金項目（51409221，51349001）；陜西省科技創新與攻關項目（2013K01－35）

李 蕊（1978－），女，副教授，碩士，從事水力計算方法和節水灌溉新技術研究。E－mail：liruiyvtc＠126．com