不同微灌方式下水分调控对猕猴桃光合特性及产量的影响

甘雨康，施浩然，崔宁博，康佳辉

（1.西华大学 能源与动力工程学院，成都 610039；2.四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，成都 610065；3.南方丘陵山区节水农业研究四川省重点实验室，成都 610066）

0 引 言

中国是猕猴桃种植面积最大的国家，种植面积为14.8万hm2，年产量105.8 万t[1]。中国已形成4大猕猴桃产区，四川龙门山一带则被证实为猕猴桃的最佳产区，且尤以蒲江最为典型，形成了以绿色生态为优势的“佳沃”猕猴桃种植基地。但不科学的灌水方式，不仅浪费水资源而且导致果树产量与果实品质的下滑，严重制约了猕猴桃产业的发展。因此，寻找合适的灌溉模式提高猕猴桃品质与产量变得尤为重要。研究表明[2]微灌是果树较适宜的灌溉方式，具有显著的提质增效的效果。任玉忠等[3]研究，结果表明，滴灌和微灌较地面灌节水49%，同时也显著的提高了果树的产量与品质。

调亏灌溉主要是根据作物的遗传、生理生态及需水特征，在不影响作物正常生长情况下，人为主动对作物施加适量水分亏缺，从而达到增产与节水的目的[4]。杨文新等[5]的研究表明在保证水稻高产的同时控制灌水量，提高灌溉水分利用效率。谭娟等[6]的研究得出，灌溉能有效提高甘蔗叶片净光合速率。马守臣等[7]的研究结果表明时空亏缺灌溉模式均显著提高了小麦灌溉水利用效率和水分利用效率。向东等[8]的研究结果表明地下滴灌的节水效果显著高于沟灌和滴灌，而在地下滴灌试验的比较中，当每次注射水量0.75 L时，西红柿的产量最高。冯泽洋等[9]认为适度的水分亏缺会对植株的生长有促进作用，但重度水分亏缺处理对植株的生长有抑制作用。李光永等[10]研究发现与充分灌溉相比，调亏灌溉对产量没有显著影响，但灌水量减少了32%，并有效的抑制了枝条的生长。

虽然国内外学者对不同的微灌方式和不同的水量亏缺均有研究，但是对不同的微灌方式及不同的亏缺形式研究较少，所以本文针对猕猴桃在不同微灌方式及不同水量亏缺下猕猴桃叶片的光合特性和产量，揭示不同的灌溉方式下不同的水量亏缺猕猴桃叶片光合特性的影响机制，为成都蒲江地区猕猴桃种植提供一定理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在四川省成都市蒲江县复兴乡联想控股佳沃农业集团战略合作基地开展，试验园区土壤类型主要为红壤土和黄壤土，平均土壤体积质量为1.27 g/cm3，田间持水率约为23.18%，饱和持水率为40.53%，有效持水率为 18.75%。试验区属亚热带湿润季风气候区，年平均气温16.3 ℃，年平均降雨量1 196.8 mm。

1.2 试验设计

试验以翠玉猕猴桃为研究材料，生育期为每年3月下旬—10月上旬，根据其主要生育特征，将其划分为4个生育期，萌芽期（3月下旬—4月上旬），花期坐果期（4月上旬—5月上旬），果实膨大期（5月上旬—6月下旬），成熟期（6月上旬—10月上旬）。试验区果树等间距布置，株距为 4.4~4.5 m，列距为4.9~5.2 m，株高180~478 cm，株径6~10 cm；果树沿列分2枝杆生长，一般为2.9~3.0 m，列间方向伸展为3.3~3.5 m。

本试验采用3种微灌方式（小管出流、滴灌、微喷灌）4种亏水处理（85%灌水的轻度亏水（LD）、70%灌水的中度亏（MD1）、55%灌水的偏重度亏水（MD2）和40%灌水的重度亏水（SD））及100%灌水的对照组（CK），灌水施肥采用水肥一体化且每个处理施肥量相同。试验中的猕猴桃施肥量均按安杰农业有限公司的水溶肥配方，每次施肥均在干管进口采用水肥一体化设备施加。灌水时在各株树间使用精确水量表进行调控。耗水量采用水量平衡法计算：

式中：ET为果树耗水量（mm）；I为灌水量（mm）；Pr为有效降雨量（mm）；U为地下水补给量（mm）；Rf为地表径流量（mm）；D为深层渗漏量（mm）；W0和Wf分别为初始时段和最后时段的土壤储水量（mm）。试验在避雨棚内进行，且地下水超过深度4 m所以忽略地下水补给和深层渗漏及试验前后土壤含水率的变化，故Pr=0，Rf=0，U=0，D=0。因此，式（1）可以简化为：

即灌水量约等于耗水量。猕猴桃灌水量如表1所示。

表1 猕猴桃灌水量Table 1 Lekiwi irrigation amount mm

叶片瞬时水分利用效率计算式为：

式中：WUEi为瞬时水分利用效率（μmol/mmol）；Pn为净光合速率（μmol/（m2·s））；Tr为蒸腾速率（mmol/（m2·s））。

羧化速率计算式为：

式中：CE为羧化速率（mol/（m2·s））；Ci为胞间 CO2摩尔分数（μmol/mol）。

1.3 指标测定

第4生育期的中期8月25日（天气晴朗云层很薄，适合测量猕猴桃叶片的光合特性）用全自动便携式光合仪（LCPro-SD，英国 ADC）从 08:00—18:00测定了叶片的光合特性。叶片光合特性测定方法：各处理中选择具有代表性的6片叶子，每片叶子测量2次。测定光合特性主要包括胞间CO2摩尔分数（Ci）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）及净光合速率（Pn）。产量测量通过电子天平称取。采用 IBM SPSS Statistics 19程序比较均值中的单因素变量法进行数据分析，多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 滴灌的光合特性

图1（a）—图1（f）为滴灌不同水分亏缺处理“翠玉”猕猴桃叶片光合特性日变化图。如图1（a）所示，滴灌叶片净光合速率（Pn）日变化呈双峰状，日变化范围在 1~5 μmol/（m2·s），轻度亏缺（LD）处理的日均净光合均高于其他处理。滴灌日均量Pn在不同的水分亏缺下表现为 MD2处理>CK>MD1处理>SD处理>LD处理。如图2（b）所示，胞间CO2摩尔分数（Ci）日变化呈“V”形，日变化范围在250~380 μmol/mol，滴灌日均量Gs在不同的水分亏缺下表现为MD2处理>CK>MD1处理>SD处理>LD处理。由图1（c）可知，滴灌“翠玉”猕猴桃叶片气孔导度（Gs）日均呈“V”曲线变化日变化范围在0.15~0.33 mmol/（m2·s）。Gs在不同的水分亏缺下表现为CK>MD2处理>MD1处理>LD处理>SD处理。则适当的水量亏缺会对Gs有促进作用，而随着水量亏缺的增大会对叶片的气孔导度有抑制作用，滴灌日均量Gs在不同的水分亏缺下表现为 CK>MD2处理>LD处理>MD1处理>SD处理。由图1（d）可知，叶片蒸腾速率（Tr）日均呈单峰形式，曲线变化日变化范围在1.3~3.5 mmol/（m2·s）。在不同的水分亏缺下表现为CK>MD2处理>SD处理>MD1处理>LD处理。由图1（e）可知，WUEi呈“V”形，曲线变化日变化范围在 0.5~2.5 μmol/mmol。滴灌日均WUEi在不同的水分亏缺下表现为 MD1处理>MD2处理>SD处理>LD处理>CK。由图1（f）可知，滴灌羧化速率（CE）呈“M”形式，曲线变化日变化范围在 0.002~0.016 mol/（m2·s）。羧化速率先增大，达到第 1个小高峰随后光强和温度增加导致叶片开度降低羧化反应也随之小幅度降低。滴灌日均CE在不同的水分亏缺下表现为 MD1处理>MD2处理>SD处理>CK>LD处理。

图1 滴灌光合特性Fig.1 Photosynthetic characteristics of drip irrigation

2.2 微喷灌光合特性

图2（a）可知，微喷灌日均Pn不同的水分亏缺下表现为MD1处理>LD处理>MD2处理>CK>SD处理。如图2（b）所示，微喷灌日均Ci在不同的水分亏缺下表现为 CK>MD1处理>SD处理>MD1处理>LD处理。由图2（c）可知，微喷灌日均Gs不同的水分亏缺下表现为 MD1处理>LD处理>MD2处理>CK>SD处理。由图2（d）可知，微喷灌Tr在不同的水分亏缺下表现为 MD2处理>CK>MD1处理>LD处理>SD处理。由图2（e）可知，微喷灌日均瞬时水分利用效率（WUEi）不同水分亏缺下表现为LD处理>MD2处理>SD处理>MD1处理>CK。由图2（f）可知，微喷灌羧化速率（CE）日均不同水分亏缺下表现为 MD1处理>LD处理>MD2处理>CK>SD处理。

图2 微喷灌光合特性Fig.2 Photosynthetic characteristics of micro-sprinkler irrigation

2.3 小管出流光合特性

如图3（a）可知，小管出流日均Pn不同的水分亏缺下表现为MD1处理>CK>MD2处理>LD处理>SD处理。如图3（b）所示，小管出流日均Ci在不同的水分亏缺下表现为MD1处理>LD处理>CK>MD2处理>SD处理。由图3（c）可知，小管出流日均Gs不同的水分亏缺下表现为 CK>MD1处理>MD2处理>LD处理>SD处理。由图3（d）可知，小管出流Tr在不同的水分亏缺下表现为CK>MD1处理>LD处理>MD2处理>SD处理。由图3（e）可知，小管出流日均瞬时水分利用效率（WUEi）不同水分亏缺下表现为MD2处理>MD1处理>LD处理>CK>SD处理。由图3（f）可知，小管出流羧化速率（CE）日均不同水分亏缺下表现为MD1处理>CK>MD2处理>LD处理>SD处理。

图3 小管出流光合特性Fig.3 Characteristics of the discharge discharge of tubules

表2为不同微灌形式不同水分亏缺处理对翠玉猕猴桃光合特性的影响。由表2可知，与 CK相比X-SD处理日均净光合速率（Pn）、日均气孔导度（Gs）、日均蒸腾速率（Tr）及羧化速率（CE）分别降低了11.0%、10.0%、10.2%、10.6%。与CK相比P-MD1处理日均Pn、Gs、CE分别提高了 8.9%、5.4%、10.8%。滴灌日均光合特性的各处理与CK均无显著性差异。

表2 滴灌水分亏缺处理翠玉猕猴桃光合特性Table 2 Effects of water deficit treatment by drip irrigation on photosynthetic characteristics of kiwifruit

2.4 不同灌水方式水分亏缺产量及水分利用效率

由表3、表4可知，不同的水量亏缺对猕猴桃产量影响较大，当水分亏缺较严重时会使猕猴桃大幅度减产，但随着亏水度加大猕猴桃水分利用效率会有一定程度提高。微喷灌轻度缺水（LD）、中度缺水（MD1）、偏中度缺水（MD2）、重度缺水(SD)处理产量比CK分别提高了1.5%、0.73%、5.46%、23.63%，滴灌LD、MD1、MD2、SD处理较CK分别提高了0.1%、-3%、3.8%、15.7%。亏水程度较轻微灌产量差别小，亏水程度较大时不同微灌下产量相差较大。表明适量水分亏缺对猕猴桃的产量影响较小，过度水分亏缺对猕猴桃的产量有抑制作用。D-MD1处理产量分别较D-LD、D-MD2、D-SD、CK提高了2.4%、11.9%、35.3%、1.3%，X-MD1处理产量分别较X-LD、X-MD2、X-SD、CK提高了-0.4%、8.3%、56%、1.3%，P-MD1处理产量分别较P-LD、P-MD2、P-SD、CK提高了0.4%、4.2%、28.4%、2.8%。在微灌中不同的水分亏缺水分利用效率（WUEET）呈现先增大再较小的趋势，可见随着耗水量的增加WUEET更加敏感，先于产量达到最大值。表4重度亏水与其他亏水处理存在显著性差异，但是其他处理间无显著性差异。WUEET中重度亏水与偏中度亏水间无显著性差异，其他各处理间存在显著性差异。

表3 不同的微灌方式产量及水分利用效率Table 3 Yield and water use efficiency of different micro-irrigation methods

表4 不同水量亏缺处理产量与水分利用效率Table 4 Yield and WUEET under different water deficit

3 讨 论

3.1 不同微灌溉方式下不同的水量亏缺复水前后猕猴桃光合特性的影响

通过试验分析了微喷灌、小管出流和滴灌Ci均有显著性差异（P<0.05）。小管出流与微喷灌在日均Ci相对于滴灌有不同程度提高。滴灌、小管出流和微喷灌日均Ci随着水分亏缺程度的加大而不断的降低。净光合作用是植物进行物质储存的唯一通道，净光合作用的大小直接关系到植物果实产量与品质[27]。气孔是植物叶片与外界气体进行交换的主要通道，通过气孔开闭可以达到控制光合作用过程中 CO2吸收和蒸腾作用中水分的散失，所以气孔导度的大小对果树产量与品质有直接关系[28]。在小管出流、滴灌和微喷灌中日均气孔导度（Gs）中MD1处理的值均大于其他处理，则适当的水量亏缺会对Gs有促进作用，而随着水量亏缺的增大会对叶片的气孔导度有抑制作用。蒸腾速率是表征植物水分散失的主要参数，而水是参与光合作用的必要条件，所以蒸腾速率将直接影响光合强度从而影响有机物的积累。本试验通过在不同的微灌溉模式及不同的水量亏缺程度对比试验得出微喷灌较小管出流及滴灌分别有不同程度的提高。MD1处理在小管出流和微喷灌中都对蒸腾作用有促进作用使蒸腾速率增大。植物叶片羧化速率通常指植物单位时间内单位面积叶片能够固定的CO2摩尔分数，它决定了植物的最大净光合速率，随外界环境条件变化而变化[29-30]。试验结果表明，微灌MD1羧化速率在微灌中均高于其他亏水处理。WUEi是光合速率Pn与蒸腾速率Tr的比值，则WUEi的增大表示植物的水分利用效率的提高。

3.2 不同的灌水方式下不同的水量亏缺对猕猴桃产量及水分利用效率的影响

本试验研究表明当在水分亏缺程度较低时灌溉方式对猕猴桃的产量影响较小，但过量的水分亏缺下（SD）处理小管出流较微喷灌及滴灌分别降低了23.6%、15.7%。不同的水分亏缺中，MD1处理产量较高，WUEET也处于各处理的前列。

武阳等[31]对香梨进行研究表明实施适时、适量调亏灌溉可以增产，提高灌溉水利用效率。这和本研究所得出的结论相似（在微喷灌以及在小管出流中 LD处理的产量以及品质均高于CK以及LD处理。在水分亏缺中轻度缺水及中度缺水明显高于偏中度缺水以及重度缺水，且和CK相差较小。则当水分亏缺程度适量的时候水量的亏缺对猕猴桃的产量影响较小，但是WUEET较CK有较大的提高。

4 结 论

1）滴灌下瞬时水分利用效率（WUEi）及羧化速率（CE）MD1处理均大于其他处理，则在滴灌下适量的水分亏缺对水分利用效率及羧化速率提高。

2）微喷灌下净光合速率与羧化速率下MD1处理在各处理上均是最大的，则在微喷灌下适量的水分对净光合速率及羧化速率有提高。

3）小管出流 MD1处理在胞间 CO2摩尔分数、净光合速率及羧化速率均大于其他处理，则小管出流MD1处理对Ci、Pn及CE有较大提高。

4）在产量与水分利用效率下，产量最高的是微喷灌轻度亏水，水分利用效率最高的是微喷灌重度亏水处理。