无压地下灌溉对樱桃光合特性及产量和品质的影响

李蕊，张宽地，陈俊英

（1．杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100；2．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100）

无压地下灌溉对樱桃光合特性及产量和品质的影响

李蕊1，张宽地2，陈俊英2

（1．杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100；2．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100）

为探讨无压地下灌溉对樱桃光合特性、产量和品质的影响，设计4个灌水处理，即地面常规灌溉（CK），地下灌溉压力水头6cm（T1）、3cm（T2）、0cm（T3）。结果表明：光合特性与CK相比，樱桃树在T1、T2、T3处理下Pn分别下降2．2%、5．5%和8．4%，Tr分别下降2．9%、8．2%和12．6%，Gs分别下降0．6%、5．3%和10．6%，但叶片水分利用效率（LWUE）却分别增加3．0%、12．1%和19．4%；产量和灌溉水利用效率（IWUE）与CK相比，樱桃树在T1、T2、T3处理下产量分别减少1．4%、3．8%和6．2%，灌水量分别减少24%、29．8%和34．4%，IWUE增加29．9%、37%和43．1%；品质与CK相比，樱桃树在T1、T2、T3处理下VC分别增加17．9%、8．5%和6．6%，可溶性固形物分别增加8．1%、14%和19．1%，可溶性糖分别增加9．2%、18．1%和19．5%，可滴定酸分别增加3．4%、4．6%和6．9%，糖酸比分别增加5．6%、13．9%和11．9%，硬度分别增加4．1%、2．7%和2．1%；樱桃树IWUE与产量间呈较好的开口向下二次曲线关系，其决定系数R2＝0．645 1，产量和IWUE最佳结合点为产量17 000kg左右，IWUE在6．5kg／m3，IWUE与灌水量间呈很好的直线线性关系，其决定系数R2＝0．979 6。

樱桃；无压地下灌溉；产量；品质；光合特性

水果是我国重要的经济作物，目前水果已成为继粮食、蔬菜之后的第三大农作物，水果产业在国民经济中具有重要地位［1］。果业不仅是我国农村经济的一大支柱产业，而且还是我国干旱或半干旱地区农民增加收入的重要渠道［2］。与传统灌溉技术不同，无压地下灌溉技术是利用作物的蒸腾拉力和根区土壤吸力，在输水管首端无压、小水头压力或小的负压状态下，通过毛管上的出水孔使水分进入根系层来满足作物的正常需水量，此技术是适时地将水肥送入到作物根区以此来满足作物正常生长的需要，减少了作物棵间蒸发损失和土壤湿润面及深层渗漏，提高了作物对水肥的利用效率［3］。目前国内对根区无压地下灌溉技术的研究较少，即使有研究也主要集中在设施大棚蔬菜上［3－6］，而无压地下灌溉对果树生长生理及产量和品质的研究还很少。笔者以果农地面常规灌溉为对比，旨在探讨无压地下灌溉对经济价值较高的樱桃光合特性及产量和品质的影响，以期为果树根区局部无压地下灌溉的研究提供一定的理论基础，对节水灌溉条件下果农樱桃树的种植提供一定的实践指导。

1材料与方法

1．1研究区概况

试验于2014年3—6月在西北农林科技大学节水示范樱桃园中进行。试验站地处34°20′N、108°24′E，海拔518m，属半干旱半湿润气候，多年平均气温12．5℃，平均降雨量550～600mm，蒸发量1 400mm。樱桃园内土壤为沙壤土，土壤容重为1．48g／cm3，pH 7．55，有机质11．85g／kg，碱解氮68．9mg／kg，速效磷56．6mg／kg，速效钾138．72mg／kg，田间持水量（θF）19．4%。2014年樱桃生育期内降雨量和5年（2010—2014）平均降雨量分布见图1。

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

1．2试验材料

以樱桃园内13年成龄樱桃树（品种为红灯，基砧为野樱桃）为试验材料，樱桃树行距3m×4m，树高3．5m左右，树体健壮，长势基本一致。

1．3试验设计

试验压力水头（毛管入口相对于毛管埋深的高度）共设6cm（T1）、3cm（T2）、0cm（T3）3个供水处理和一个常规地面灌溉的对照处理（CK），共4个处理，每个处理5次重复。

在樱桃园选取20棵樱桃树（5×4棵）为监测样树，在各棵样间埋入2m深的双层防侧渗塑料膜，防止样树之间水分侧渗。

在相同重复处理的样树（5棵樱桃树）两侧50cm处各布设一条毛管（Φ16的PE管），出水孔径为6mm，孔口用2mm厚的无纺布包裹（防止土壤堵塞孔口），孔口间距40cm，埋深20cm。

为确保供水压力恒定，依据马氏瓶原理，水箱顶部设置可启闭密封盖的进水口，底部有出水口（出水口与输水毛管连接）、进气口（与出水口在同一高度）和玻璃水位计。供水前为了使无压灌溉系统正常工作，先将输水管中充满水排除输水毛管中的空气，然后关闭进水口，打开进气口进行灌水。全生育期各处理土壤水分下限均为65%θF，其灌水时间和灌水量不定。

1．4测定项目和方法

1．4．1光合特性和土壤含水量的测定 选择樱桃果实膨大期晴天（2014年4月30日、5月7日、5月8日），采用美国Li－Cor公司生产的Li－6400光合测定系统，每天08：00—18：00，每2h测定1次樱桃树中上部健康、成龄叶片（每棵树选择5片叶，每个叶片每次连续采集3个稳定数据）的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs），3d监测取平均值。

叶片水分利用效率（LWUE，μmol／mmol）的计算公式：

采用取土烘干法测定樱桃树土壤含水率，每隔10cm取土样1次，土壤表层以下0～1．5m分层测定。

1．4．2果实产量和品质的测定 樱桃成熟期连续多天不间断地采摘监测样树，测其产量。每个处理随机选择30个樱桃，用游标卡尺测量果实的纵径和横径，计算果形指数（果实纵径与横径的比值）［7］。用意大利FT327硬度计测定果实硬度。每棵樱桃树共选取100个果实（冠层东、西、南、北部各选取代表性果实25个），选取的果实称重后计算其平均单果质量。用RHBO－90型号手持折射仪测定可溶性固形物，采用钼蓝比色法测定果实维生素C含量，酸碱滴定法测定果实酸度，可溶性糖采用蒽酮比色法测定［8］。

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

式中，Y为产量，I为灌水量。

1．5数据统计

应用SPSS Statistics 18．0对数据进行分析和处理，对不同处理间进行方差分析，若差异显著，再用Duncan多重比较进行分析。

2结果与分析

2．1樱桃树的光合特性

2．1．1净光合速率 由图2看出，樱桃树叶片净光合速率（Pn）具明显的双峰曲线特征，出现了典型的“午休”现象。从早晨Pn随太阳辐射的增强开始上升，说明太阳辐射对樱桃光合作用起主导作用。到10：00左右Pn上升到第一个全天最大峰值，T1、T2、T3和CK最大值分别为17．99μmol／（m2·s）、17．15μmol／（m2·s）、16．03μmol／（m2·s）和18．62μmol／（m2·s），与CK相比，T1、T2、T3分别下降3．3%、7．8%和13．8%。Pn在12：00有所下降，出现了“午休”现象，这是由于中午的高温和低湿使叶片暂时过干、过热导致叶片水分代谢失调。在14：00左右达到全天第二个峰值，之后由于太阳辐射有所减弱Pn趋于缓慢下降的态势。在16：00之后Pn随着温度和太阳辐射的迅速下降，也开始迅速下降。全天T1、T2、T3和CK处理的Pn平均值分别为15．30μmol／（m2·s）、14．97μmol／（m2·s）、14．46μmol／（m2·s）和14．02μmol／（m2·s），与CK相比，T1、T2、T3分别下降2．2%、5．5%和8．4%。

图2 樱桃树净光合速率、蒸腾速率、气孔导度的日变化Fig．2 Diurnal variation of net photosynthetic rate（Pn），transpiration rate（Tr）and stomatal conductance （Gs）of cherry trees

2．1．2蒸腾速率 由图2看出，樱桃树蒸腾速率（Tr）呈典型的单峰曲线日变化趋势。不同处理T1、T2、T3和CK的Tr最大值出现在12：00左右，分别为4．91mmol／（m2·s）、4．73mmol／（m2·s）、4．40mmol／（m2·s）和4．10mmol／（m2·s），与CK相比，T1、T2、T3分别下降3．6%、10．5%和16．5%。之后由于太阳辐射和气温等气象因素的变化以及樱桃树气孔的逐渐关闭，樱桃蒸腾速率趋于减弱，呈缓慢下降趋势，各处理间的差异也越来越小。全天T1、T2、T3和CK处理的Tr平均值分别为4．12mmol／（m2·s）、4．00mmol／（m2·s）、3．78mmol／（m2·s）和3．60mmol／（m2·s），与CK相比，T1、T2、T3分别下降2．9%、8．2%和12．6%。

2．1．3气孔导度 从图2还看出，樱桃树气孔导度（Gs）也呈典型的单峰曲线日变化趋势，上午8：00时，Gs在一个较高的水平开始上升，10：00时不同处理下樱桃树Gs均达到全天最大值，T1、T2、T3和CK的Gs最大值分别为0．272mol／（m2·s）、0．241mol／（m2·s）、0．222mol／（m2·s）和0．266mol／（m2·s），与CK相比，T1增加2．2%，T2和T3分别下降9．5%和16．5%。之后开始缓慢下降，各处理间的差异也越来越小。全天T1、T2、T3和CK处理的Gs平均值分别为0．188mol／（m2· s）、0．179mol／（m2·s）、0．169mol／（m2·s）和0．190mol／（m2·s），与CK相比，T1、T2、T3分别下降0．6%、5．3%和10．6%。

2．2樱桃树叶片的水分利用效率

从图3看出，樱桃树叶片水分利用效率（LWUE）全天最大值出现在10：00左右，不同处理T1、T2、T3和CK的最大值分别为4．30μmol／mmol、4．35μmol／mmol、4．45μmol／mmol和4．22μmol／mmol，与CK相比，T1、T2、T3分别增加1．9%、3．2%和5．5%。LWUE在12：00左右达到全天监测最小值，14：00左右有所回升，之后又开始缓慢下降。全天T1、T2、T3和CK处理的LWUE平均值分别为3．71μmol／mmol、3．74μmo l／mmol、3．83μmol／mmol和3．90μmol／mmol，与CK相比，T1、T2、T3分别增加3．0%、12．1%和19．4%，说明T3处理的水分利用效率达到最佳状态，虽然CK处理樱桃树有最高的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现为上午时段明显高于下午时段，说明樱桃树上午时段水分利用效率较好。

图3 樱桃树叶片水分利用效率的日变化Fig．3 Diurnal variation of leaf water use efficiency of cherry trees

2．3樱桃产量与灌溉水利用效率

由表1看出，不同处理对樱桃产量、灌水量和灌溉水利用效率产生了极显著的影响（P＜0．01），对樱桃单果质量影响不显著。与CK相比，T1、T2、T3产量分别减少1．4%、3．8%和6．2%（T3＜T2＜T1＜CK），灌水量分别减少24%、29．8%和34．4%（T3＜T2＜T1＜CK），灌溉水利用效率分别增加29．9%、37%和43．1%（T3＞T2＞T1＞CK）。

表1 不同处理樱桃的产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樱桃品质

由表2看出，不同处理对樱桃维生素C、可溶性糖和可滴定酸都产生了极显著的影响（P＜0．01），对樱桃硬度、糖酸比以及可溶性固形物产生了显著的影响（P＜0．05），对樱桃果形指数影响不显著。与CK相比，T1、T2、T3处理维生素C分别增加17．9%、8．5%和6．6%（T1＞T2＞T3＞CK），可溶性固形物分别增加8．1%、14%和19．1%（T3＞T2＞T1＞CK），可溶性糖分别增加9．2%、18．1%和19．5%（T3＞T2＞T1＞CK），可滴定酸分别增加3．4%、4．6%和6．9%（T3＞T2＞T1＞CK），糖酸比分别增加5．6%、13．9%和11．9%（T2＞T3＞T1＞CK），硬度分别增加4．1%、2．7%和2．1% （T1＞T2＞T3＞CK）。

表2 不同处理樱桃的品质表现Table 2 Effect of different irrigation on quality of cherry

图4 樱桃树灌溉水利用效率与产量和灌水量间的相关关系Fig．4 Correlations between irrigation water use efficiency （IWUE），cherry yield and irrigation amount

2．5灌溉水利用效率与产量和灌水量间的相关性

从图4看出，不同处理樱桃树灌溉水利用效率（IWUE）与产量和灌水量间的相关关系。分析得出，樱桃树IWUE与产量间呈较好的开口向下二次曲线关系，其决定系数R2＝0．645 1，图中二次曲线顶点位置即为樱桃产量和IWUE最佳结合点，此时产量在17 000kg左右，IWUE在6．5kg／m3。IWUE与灌水量间呈很好的直线线性关系，其决定系数R2＝0．979 6，说明在本试验条件下，樱桃灌水量越大获得的IWUE则越小。

3讨论

光合作用是植物将太阳能转换为化学能并释放出氧气的过程，植物沿着有利于光合作用的方向发展以此来适应环境的变化［10－11］。本研究表明，樱桃树叶片净光合速率具有明显的日变化规律，表现为双峰曲线变化，出现了典型的“午休”现象，这与杨江山等［12］研究认为樱桃叶片净光合速率呈单峰变化趋势的结论不一致。樱桃树蒸腾速率、气孔导度也有着明显的日变化规律，表现为典型的单峰曲线变化特征，这与周罕觅等［8］在桃树上的研究结果基本一致。不同处理间的差异总体都表现为CK≈T1＞T2＞T3，说明控制相同土壤含水率下限，不考虑灌水量时，樱桃树常规地面灌溉和6cm小压力水头地下灌溉能够获得更好的光合作用。

在同样干旱环境下，植物有越大的水分利用效率，就可以表明其耐旱能力高，节水能力强，具有较好的环境适应能力［13］。本研究表明，樱桃叶片水分利用效率（LWUE）和灌溉水利用效率（IWUE）总体表现为T3＞T2＞T1＞CK，说明根区无压地下灌溉均提高了樱桃树的水分利用效率，根区局部控水在0cm水头时获得了最佳的LWUE和IWUE。

土壤干旱条件下氮肥可以显著影响作物的营养吸收和干物质积累，从而改变作物产量和品质［14－15］。滴灌施肥条件下，增大施氮量降低了黄瓜的品质及氮素利用效率，但增加灌水量却提高了黄瓜产量和氮肥利用效率［16］；增加灌水或施肥量均可以促进西瓜的生长、提高其光合效率，从而最终增加西瓜产量和改善西瓜品质［17－19］。本研究表明，无压地下灌溉樱桃树产量基本不减少或者减少很小情况下，樱桃树灌水量节约24%～34．4%，灌溉水利用效率增加29．9%～43．1%；根区无压地下灌溉均提高樱桃维生素C、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比和果实硬度，这说明相对于地面常规灌溉，根区无压地下灌溉均提高了樱桃品质。这与陈新明等［3］对温室大棚番茄和黄瓜的研究中认为，无压灌溉与沟灌相比并不降低作物产量，且能够提高作物水分利用率和水分生产率，使黄瓜、番茄的维生素C、可溶性糖、总糖和无机磷含量明显提高的结论基本一致。

4结论

1）光合特性与CK相比，樱桃树在T1、T2、T3处理下Pn分别下降2．2%、5．5%和8．4%，Tr分别下降2．9%、8．2%和12．6%，Gs分别下降0．6%、5．3%和10．6%，但LWUE却分别增加3．0%、12．1%和19．4%。

2）产量和灌水量、IWUE与CK相比，樱桃树在T1、T2、T3处理下尽管产量分别减少1．4%、3．8%和6．2%，但灌水量分别减少24%、29．8%和34．4%，灌溉水利用效率增加29．9%、37%和43．1%。

3）品质与CK相比，樱桃树在T1、T2、T3处理下维生素C分别增加17．9%、8．5%和6．6%，可溶性固形物分别增加8．1%、14%和19．1%，可溶性糖分别增加9．2%、18．1%和19．5%，可滴定酸分别增加3．4%、4．6%和6．9%，糖酸比分别增加5．6%、13．9%和11．9%，硬度分别增加4．1%、2．7%和2．1%。

4）樱桃树IWUE与产量间呈较好的开口向下二次曲线关系，其决定系数R2＝0．645 1，产量和IWUE最佳结合点为产量17 000kg左右，IWUE 在6．5kg／m3；IWUE与灌水量间呈很好的直线线性关系，其决定系数R2＝0．979 6。

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（责任编辑：刘 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

国家自然科学基金项目（51409221，51349001）；陕西省科技创新与攻关项目（2013K01－35）

李 蕊（1978－），女，副教授，硕士，从事水力计算方法和节水灌溉新技术研究。E－mail：liruiyvtc＠126．com