不同灌溉水溫對(duì)駿棗光合特性及果實(shí)品質(zhì)的影響

趙航，梁智，吳翠云，周正立

(1 塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300；3 新疆農(nóng)科院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，新疆 烏魯木齊 830091；4 南疆特色果樹(shù)高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300)

紅棗是人們最喜愛(ài)的水果之一，其在新疆南疆的種植面積廣且產(chǎn)量高，紅棗產(chǎn)業(yè)已成為南疆人民農(nóng)業(yè)增收的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源之一[1]，截至2017年底，南疆地區(qū)(南疆四地州及兵團(tuán)4個(gè)師)紅棗面積及產(chǎn)量分別占全疆的83.2%、92.4%，占全國(guó)的12.2%、37.6%[2-3]，但新疆的地理環(huán)境特殊，干旱少雨、水資源相對(duì)匱乏，特別是在春秋季灌溉水溫相對(duì)較低且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量較大，水資源的使用較為緊張。為了滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水，多采用井水或井水加渠水的灌溉方式，但用低溫井水灌溉會(huì)抑制棗樹(shù)的生長(zhǎng)與發(fā)育，并直接影響南疆地區(qū)棗農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收益。研究表明，灌溉水溫對(duì)植物的影響是多方面的，能夠顯著影響油麥菜、黃瓜的產(chǎn)量及光合作用[4-6]，對(duì)棉花、番茄、花生等植物的生長(zhǎng)發(fā)育也會(huì)產(chǎn)生影響[7-12]，另外，根區(qū)的低溫還影響植株的物質(zhì)代謝積累[13-16]、抗氧化性及抗逆性[17-19]、葉片氣孔導(dǎo)度[20]等。前人研究的多是蔬菜、棉花等淺根系作物，對(duì)紅棗等深根系果樹(shù)的研究較少，因此，開(kāi)展南疆地區(qū)增溫水灌溉的試驗(yàn)就顯得十分必要。本研究立足于新疆南疆紅棗栽培的生產(chǎn)實(shí)際，通過(guò)調(diào)查探究最適合紅棗栽培的灌溉水溫，從而為新疆南疆棗產(chǎn)業(yè)中的優(yōu)質(zhì)紅棗栽培提供技術(shù)指導(dǎo)，并為其保護(hù)性耕作及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)可行方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究區(qū)位于新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站(40°32′27″N，81°17′56″E)，屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，極端高溫35 ℃，極端低溫-28 ℃，太陽(yáng)輻射15.33～16.78 MJ/(m2·d)，年日照2 556.3～2 991.8 h，海拔高度1013 m，年降水量40.1～82.5 mm，年蒸發(fā)量1 876.6～2 558.9 mm。

1.2 供試材料

試材為5 a生密植駿棗，株行距0.5 m×2 m，長(zhǎng)勢(shì)基本一致。

1.3 試驗(yàn)方法

采用單因素多水平完全隨機(jī)試驗(yàn)，設(shè)定4個(gè)灌溉水溫(10、20、30、40 ℃)處理梯度；試驗(yàn)為露天栽培，以單行為小區(qū)，每行10株棗樹(shù)，各小區(qū)采用槽式隔離栽培，各處理均采用“一行雙管”的布置模式，即在一行果樹(shù)的兩側(cè)各布置一根內(nèi)鑲式滴灌管，在行內(nèi)覆膜并在膜下布設(shè)滴管帶，管帶距樹(shù)30 cm，每30 cm一個(gè)滴頭；每個(gè)處理均使用一只500 L的塑料大桶，先將水注入塑料桶，利用增溫及降溫設(shè)備(圖1)，將水處理到指定水溫后再使用潛水泵實(shí)施滴灌，各處理在全生育期內(nèi)均按指定水溫灌水。于棗樹(shù)萌芽前開(kāi)始灌水，直到果實(shí)收獲，全生育期灌水13次，灌溉定額4 500 m3·hm-2。除滴灌的水溫不同外，各處理其他的管理措施均相同。

1—水源；2—進(jìn)水閥；3—儲(chǔ)水罐；4—潛水泵；5—制冷機(jī)；6—瞬時(shí)溫度計(jì)；7—增溫設(shè)備；8—溫控開(kāi)關(guān)；9—調(diào)壓閥；10—潛水泵；11—控水閥；12—水表；13—支管；14—毛管。圖1 試驗(yàn)增溫及降溫裝置圖

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 溫度的測(cè)定

各處理按照棗樹(shù)行向機(jī)械排布3個(gè)等距溫度測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)均采用地埋式電子溫度計(jì)(帶探頭)測(cè)定距離地表5、10、15、20、25 cm的垂直土層溫度。本研究于2018年4—10月共計(jì)灌水13次，每次灌水后第2天9:00—21:00每隔2 h按土層垂直深度0～5、5～10、10～15、15～20、20～25 cm測(cè)定土壤溫度，按各處理、各土層，將相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的土壤溫度取平均值。

1.4.2 光合參數(shù)的測(cè)定

于2018年8月中旬選擇晴朗無(wú)風(fēng)天氣，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的處理單株(每處理3株)上層同一平面的棗吊中部葉片，測(cè)定棗吊的連續(xù)3片葉(從棗吊基部數(shù)第5～7片葉)進(jìn)行活體測(cè)定(使用LI-6400光合儀)，連續(xù)測(cè)定3 d，測(cè)定時(shí)間為每日13:00，取3 d均值；再分別測(cè)定葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)，并計(jì)算氣孔限制值(Ls)，葉片水分利用效率(WUE,為Pn與Tr之比)。

1.4.3 果實(shí)品質(zhì)的測(cè)定

于果實(shí)脆熟期，每個(gè)處理隨機(jī)選擇樹(shù)冠上部同一平面外圍東西南北4個(gè)方位的紅棗果實(shí)30個(gè)，使用游標(biāo)卡尺測(cè)定果實(shí)的縱徑和橫徑，使用電子天平稱量果實(shí)單果重，并計(jì)算果形指數(shù)。將摘取的不同方位的棗果混合后，每處理隨機(jī)選取5或6個(gè)棗果，去皮后取適量果肉混合并研磨，測(cè)定維生素C(Vc)含量、有機(jī)酸含量、可溶性糖含量，Vc含量的測(cè)定采用紫外可見(jiàn)分光光度法，可滴定酸含量的測(cè)定采用酸堿中和滴定法，可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法。果實(shí)成熟后每處理選擇3株棗樹(shù)，單株重復(fù)，收集整株紅棗果實(shí)，計(jì)數(shù)、稱量并計(jì)算產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析方法

采用DPS 7.05軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)分析，并用Excel 2007軟件繪圖和數(shù)據(jù)處理；圖表中不同小寫(xiě)字母表示處理間差異在P<0.05水平顯著，不同大寫(xiě)字母表示處理間在P<0.01水平極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉水溫對(duì)棗樹(shù)土壤溫度的影響

植株根系對(duì)土壤溫度極其敏感，適宜的根溫能夠促進(jìn)植株地上部分的生長(zhǎng)，不同的灌溉水溫環(huán)境會(huì)對(duì)植株根溫產(chǎn)生直接的影響。從不同處理各土層土壤溫度日變化圖(圖2)可知:

(1)隨時(shí)間變化各處理不同層次的土壤溫度表現(xiàn)為：0～5、5～10 cm層次的土壤溫度總體表現(xiàn)出先升后降趨勢(shì)，高峰值分別出現(xiàn)在17：00和19：00，而10～15、15～20、20～25 cm土層的土壤溫度表現(xiàn)為先降后升趨勢(shì)，并在11：00或13：00之后逐漸升高。

圖2 不同灌溉水溫對(duì)日地溫的影響

(2)從各處理土壤溫度隨土層深度的變化來(lái)看，總體上表現(xiàn)為13：00前，各層次土壤溫度表現(xiàn)為15～20、20～25 cm的土壤溫度較高，10～15、5～10 cm次之，0～5 cm最低；在13：00之后，0～5、5～10 cm的土壤溫度較高，10～15、15～20 cm次之，20～25 cm最低。這主要與空氣溫度的變化有關(guān)，上層土壤接受氣溫變化較為敏感，溫差變化較大，符合熱傳導(dǎo)的普遍規(guī)律。

各處理全生育期土層溫差變化情況(表1)表明：不同水溫灌溉對(duì)各土層溫度有顯著影響。全生育期內(nèi)各處理土壤平均溫度隨灌溉水溫的升高表現(xiàn)出先升后降的單峰變化趨勢(shì)，各處理土壤平均溫度變化由大至小依次為30、40、20、10 ℃處理，且20、30、40 ℃水溫處理分別較10 ℃處理土壤溫度提高0.066、0.624、0.254 ℃，全生育階段0～25 cm土層內(nèi)30 ℃處理較10 ℃處理地溫各土層分別提高0.58、0.54、0.49、0.76、0.77 ℃。40 ℃水溫較30 ℃水溫處理的土壤溫度提升小，這可能與溫度越高其散熱也越快有關(guān)。

經(jīng)方差分析及顯著性檢驗(yàn)(表1)表明：在各土層深度中，除10 cm土層深度30、40 ℃處理的土壤溫度無(wú)差異外，30 ℃處理在各土層溫度均顯著的高于10、20、40 ℃，其中30 ℃處理各土層深度均極顯著的高于10、20 ℃水溫處理。40 ℃處理在5、15、20 cm土層深度與10、20 ℃處理無(wú)差異，但在10、25 ℃處理均顯著甚至極顯著的高于10、20 ℃處理。說(shuō)明30、40 ℃水溫處理能夠顯著的提高土壤溫度并促進(jìn)棗樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育，且以30 ℃處理效果最佳。

2.2 不同灌溉水溫對(duì)棗樹(shù)光合參數(shù)的影響

植物的Pn、Ci、Pn、Tr等參數(shù)是反映植株光合作用強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，通過(guò)光合參數(shù)的變化能夠探究植株光合作用的具體作用機(jī)理。從圖3可以看出:

(1)增溫較高的30、40 ℃處理?xiàng)棙?shù)的Pn極顯著的高于10、20 ℃處理，其中，30 ℃處理極顯著的高于10、20、40 ℃處理，分別較10、20、40 ℃處理提高24.84%、24.77%、10.76%。

(2)Gs及WUE隨水溫的升高而表現(xiàn)出一定的差異，但各處理間均無(wú)顯著性差異。

(3)Tr隨水溫的增加表現(xiàn)出一定的波動(dòng)性，其中以30 ℃處理的Tr最大，該處理與10 ℃處理間無(wú)差異，但與20、40 ℃處理達(dá)極顯著水平，而10、20、40 ℃處理間無(wú)差異。

(4)葉片的Ci濃度隨灌溉水溫的升高出現(xiàn)先降低后逐漸升高的變化趨勢(shì)，其中30 ℃達(dá)到最小值，與10 ℃相比，20、10 ℃處理間顯著差異，但與30、40 ℃均表現(xiàn)出極顯著差異。駿棗葉片的Ls與Ci濃度的表現(xiàn)相反，即隨著灌溉水溫的升高，葉片的Ls表現(xiàn)出先升后降的變化趨勢(shì)，并在30 ℃達(dá)到峰值，之后逐漸降低。經(jīng)顯著性檢驗(yàn)表明，30、40 ℃處理間無(wú)差異，但與10、20 ℃處理表現(xiàn)出顯著性差異甚至極顯著性差異。

上述結(jié)果表明：30 ℃水溫處理有助于提高駿棗葉片的Pn、Tr和Gs，但不同灌溉水溫處理對(duì)葉片的Gs和WUE等參數(shù)無(wú)顯著的影響。

圖3 不同灌溉水溫對(duì)駿棗葉片光和參數(shù)的影響

2.3 不同灌溉水溫對(duì)棗樹(shù)果實(shí)品質(zhì)的影響

2.3.1 不同灌溉水溫對(duì)棗樹(shù)果實(shí)外觀品質(zhì)的影響

果實(shí)的外觀品質(zhì)主要表現(xiàn)在單果重、果形、果色、產(chǎn)量、果表潔凈度及整齊度、損傷及病蟲(chóng)害等方面，駿棗最直觀的外觀品質(zhì)表現(xiàn)為其果色、果實(shí)數(shù)量、單果重、產(chǎn)量、果形等指標(biāo)。從表2可以看出：

(1)駿棗的果實(shí)數(shù)量及產(chǎn)量均隨著灌溉水溫的升高，呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)，其中以30 ℃處理較好，由高到低依次為30、40、20、10 ℃。與10 ℃水溫處理相比，20、30、40 ℃處理的產(chǎn)量分別提高21.5%、69.2%、33.8%。經(jīng)方差分析及顯著性檢驗(yàn)分析(表2)表明，30 ℃處理的產(chǎn)量顯著的高于10、20、40 ℃處理，且與10、20 ℃水溫處理表現(xiàn)出極顯著水平。這說(shuō)明低水溫灌溉會(huì)明顯影響駿棗果實(shí)產(chǎn)量，并對(duì)果實(shí)數(shù)量有較大影響。

(2)經(jīng)不同水溫處理，駿棗的單果重表現(xiàn)由高到低為30、10、40、20 ℃，其縱徑則由高到低表現(xiàn)為10、30、40、20 ℃，通過(guò)方差分析及顯著性檢驗(yàn)分析表明，駿棗棗果的單果重及縱徑均表現(xiàn)為10 ℃與30、40 ℃之間無(wú)差異，但與20 ℃處理表現(xiàn)出顯著性差異，各處理的橫徑及果型指數(shù)方面均未達(dá)到顯著性差異水平。說(shuō)明不同水溫處理對(duì)駿棗的單果重及縱徑影響較大，但對(duì)橫徑及果型指數(shù)作用不明顯。

表2 各水溫處理果實(shí)的外觀品質(zhì)情況

2.3.1 不同灌溉水溫對(duì)棗樹(shù)果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)的影響

果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)主要表現(xiàn)在果實(shí)的風(fēng)味、可溶性固形物含量、果肉的疏松度、營(yíng)養(yǎng)成分、果汁含量等方面等。駿棗果實(shí)中Vc含量、糖酸等方面對(duì)駿棗的內(nèi)在品質(zhì)影響較大。從圖4可知：

(1)棗果的Vc和有機(jī)酸含量均隨著灌溉水溫遞增而先增加后降低，并在30 ℃處理達(dá)到最大值，由高到低為30、40、20、10 ℃，而棗果中可溶性糖的含量隨著灌溉水溫的升高表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。經(jīng)方差分析及顯著性檢驗(yàn)表明，20、30、40 ℃處理的果實(shí)中Vc含量處理間無(wú)差異，但10、30 ℃處理表現(xiàn)出顯著性差異，且30 ℃處理的Vc含量明顯優(yōu)于10、40 ℃處理，說(shuō)明灌溉水溫過(guò)高或者過(guò)低均會(huì)影響果實(shí)中Vc含量的積累，但10 ℃的低溫會(huì)顯著的影響棗果Vc含量的積累。

(2)有機(jī)酸含量因灌溉水溫不同表現(xiàn)出一定差異，但各處理間均未達(dá)到顯著性差異水平。10、20、30 ℃處理的可溶性糖含量無(wú)差異，但40 ℃處理與其他處理均達(dá)到顯著水平，說(shuō)明低水溫灌溉有利于糖含量的積累，而水溫過(guò)高會(huì)顯著降低果實(shí)中可溶性糖含量的積累。

圖4 不同灌溉水溫對(duì)駿棗果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)的影響

3 討論

(1)新疆紅棗種植面積大且產(chǎn)量高，對(duì)本地農(nóng)民增產(chǎn)增收有重要意義，而優(yōu)質(zhì)紅棗的栽培技術(shù)更能為果農(nóng)增產(chǎn)增收提供保障。不同的灌溉水溫會(huì)對(duì)棗樹(shù)的光合特性產(chǎn)生一定影響。研究[10-11]表明，灌溉水溫的高低會(huì)影響植物根系的活動(dòng)，低水溫或者高水溫的灌溉環(huán)境會(huì)抑制植株對(duì)養(yǎng)分的吸收積累，因灌溉水溫的不同而使植株的光合特性表現(xiàn)出一定的差異。張瑞彎等[4]研究不同灌溉水溫對(duì)油麥菜光合作用的影響表明，20、25、30、35 ℃處理的葉片Pn、Gs和Tr均高于12 ℃水溫處理；馮玉龍等[21-22]研究表明，根區(qū)溫度升高，葉片的氣孔阻力會(huì)迅速升高，光和強(qiáng)度減弱。本研究表明30、40 ℃水溫處理葉片的Pn和Gs明顯高于10、20 ℃處理，該結(jié)果與前人研究結(jié)果相似，但本研究的30、40 ℃處理的Ci較低，Ls較高，但其Pn卻相對(duì)較高，出現(xiàn)這種反差，可能與中午時(shí)分光合午休，葉片氣孔關(guān)閉有關(guān)。說(shuō)明較高水溫的灌溉處理能夠明顯的影響棗樹(shù)葉片的光合特性，30、40 ℃灌溉水溫處理對(duì)凈光合速率積累有益。

(2)果實(shí)的品質(zhì)關(guān)乎農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收益，優(yōu)質(zhì)的果實(shí)會(huì)給農(nóng)民帶來(lái)增產(chǎn)增收，但本研究表明，灌溉水溫的不同使果實(shí)養(yǎng)分的積累表現(xiàn)出一定的差異性。有研究發(fā)現(xiàn)灌溉增溫處理不僅會(huì)降低果實(shí)的酸度和糖酸比[23-24]，還能顯著增加紅棗果實(shí)的橫縱徑、單果重、果核重、Vc等指標(biāo)[25]。增溫處理對(duì)葡萄品質(zhì)影響的研究[26]表明，增溫處理后葡萄的Vc含量增加、可滴定酸含量降低、果實(shí)品質(zhì)得到改善。本研究表明30 ℃水溫會(huì)明顯提高果實(shí)的Vc含量，但對(duì)有機(jī)酸含量的影響不顯著，40 ℃水溫處理會(huì)明顯降低果實(shí)的可溶性糖含量，說(shuō)明30 ℃灌溉水溫較好，當(dāng)水溫達(dá)到40 ℃會(huì)明顯影響果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)。10、30 ℃處理的單果重均較大，但10 ℃處理果實(shí)數(shù)量和產(chǎn)量均較低，這可能與棗果數(shù)量少而養(yǎng)分積累較多有關(guān)。

雖然本研究在不同灌溉水溫處理下棗樹(shù)的光合特性及果實(shí)品質(zhì)方面表現(xiàn)差異明顯，但生理學(xué)測(cè)定有時(shí)存在觸發(fā)因素與測(cè)量指標(biāo)生物過(guò)程距離過(guò)遠(yuǎn)的問(wèn)題，因此，有待一步思考和設(shè)計(jì)試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

4 結(jié)論

(1)不同的灌溉水溫會(huì)明顯影響土壤溫度。30 ℃水溫處理會(huì)明顯提高棗樹(shù)全生育期土壤的溫度，且在0～25 cm范圍內(nèi)，30 ℃處理較10 ℃處理地溫每5 cm垂直土層深度分別提高0.58、0.54、0.49、0.76、0.77 ℃。

(2)不同的灌溉水溫會(huì)顯著影響棗樹(shù)葉片的光合特性。30 ℃水溫處理能夠明顯提高棗樹(shù)葉片的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔限制值。

(3)不同的灌溉水溫會(huì)顯著影響棗果的外觀品質(zhì)及內(nèi)在品質(zhì)。不同處理下棗樹(shù)果實(shí)的數(shù)量及產(chǎn)量、維生素C含量及有機(jī)酸含量由高到低依次為30、40、20、10 ℃處理。