水氮耦合對(duì)蘋果光合特性和果實(shí)品質(zhì)的影響

孫霞,柴仲平,蔣平安,方 雷

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊830052)

作物產(chǎn)量的高低首先取決于光合作用系統(tǒng)中的光合葉面積和光合效率,而水、肥是影響光合作用不可缺少的因素,二者相互促進(jìn)和相互制約。土壤水分和養(yǎng)分是果樹生長(zhǎng)發(fā)育所必須的物質(zhì)基礎(chǔ),二者融為一體儲(chǔ)存于土壤中,對(duì)果樹生長(zhǎng)發(fā)育和光合產(chǎn)物的形成存在著既相互促進(jìn),又相互制約的關(guān)系[1]。光合作用是果樹生長(zhǎng)和結(jié)果的基礎(chǔ),研究果樹的光合特性,有利于了解果樹的生長(zhǎng)特性,指導(dǎo)果樹生產(chǎn)。蘋果光合作用的研究在我國(guó)多始于20世紀(jì)80年代末90年代初,主要是山西、山東等產(chǎn)區(qū)在紅星、金冠等品種上,采用傳統(tǒng)的半葉法進(jìn)行研究,誤差較大[2]。近年來(lái)隨著便攜式光合儀的普及應(yīng)用,蘋果光合特性的研究開始增多,目前果樹光合作用的影響主要集中在水分脅迫的研究上[3-5],但針對(duì)新疆產(chǎn)區(qū)未見報(bào)道。

新疆具有得天獨(dú)厚生態(tài)環(huán)境,是葡萄、蘋果、香梨等果樹的天然樂園。阿克蘇地區(qū)是新疆特色果樹的主要產(chǎn)區(qū),盛產(chǎn)蘋果、核桃等。2000年以來(lái),新疆果樹生產(chǎn)發(fā)展迅速,已成為新疆一大支柱產(chǎn)業(yè),成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和農(nóng)民增收的主要源泉。由于缺乏合理的施肥、灌水技術(shù)和量化指標(biāo),果樹營(yíng)養(yǎng)失調(diào),致使該區(qū)蘋果初果期晚,大小年嚴(yán)重,果樹生產(chǎn)潛力未能充分發(fā)揮。本研究以新疆南部阿克蘇地區(qū)紅富士蘋果為材料,研究水、肥對(duì)蘋果光合特性及品質(zhì)的影響,提高果樹水分、養(yǎng)分利用效率,指導(dǎo)果樹生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師9團(tuán)十三連 (40°34′00″N,81°17′15″E),屬暖溫帶干旱荒漠地區(qū),氣候干燥。平均年降水量42.4 mm,年蒸發(fā)量2 110.5 mm。無(wú)霜期205～219 d。年均氣溫10.7℃。試驗(yàn)區(qū)土壤為棕漠土,土壤有機(jī)質(zhì)含量11.91 g/kg,速效氮22.6 mg/kg,速效磷17.78 mg/kg,速效鉀104 mg/kg,p H為8.2。

1.2 供試樹種

供試樹種為喬化紅富士,海棠砧木,樹體生長(zhǎng)健壯,樹高4.4～6.0 m,冠幅 4.1～7.2 m,葉面積指數(shù)1.42～5.07,樹勢(shì)中庸,樹齡15 a,株行距4 m ×6 m。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

滴灌施P2O5(225 kg/hm2)與K2O(37.5 kg/hm2)為固定值,以滴灌水量與施N量為決策變量采用二因子五水平正交組合設(shè)計(jì),共設(shè)9個(gè)處理,每處理9株樹,3次重復(fù)。具體試驗(yàn)方案見表1。試驗(yàn)用氮肥為尿素(N含量46%),磷肥選用磷酸一銨(P2O5含量64%),鉀肥選用硫酸鉀(K2O含量50%)。全生育期共滴灌水7次,每次灌水量相同。萌芽-開花期滴灌水4次,分別在萌芽前、萌芽后、新梢生長(zhǎng)期、開花前隨水施入70%的氮肥,40%的磷肥,30%的鉀肥。果實(shí)生長(zhǎng)期滴灌水3次,分別在坐果、果實(shí)膨大、果實(shí)成熟期,隨水施入30%的氮肥、60%的磷肥,70%的鉀肥。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 葉片光合指標(biāo)及測(cè)定 光合特性測(cè)定于2009年7月中旬選擇晴朗、無(wú)浮云的天氣進(jìn)行,采用英國(guó)PP-systems公司生產(chǎn)的便攜式光合TPS-2測(cè)定系統(tǒng),采用開放式氣路。測(cè)試時(shí)采用樹冠中上部、向陽(yáng)面生長(zhǎng)健壯、葉齡相對(duì)一致的健康成熟5片營(yíng)養(yǎng)枝葉片作供試材料,并保證該葉片全天處于自然光照的條件下,于9：00-20：00每2 h觀測(cè)光合日變化指標(biāo)1次。每次測(cè)定讀取3個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值,取平均值。測(cè)試指標(biāo)包括：凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、空氣CO2濃度(Ca)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、光強(qiáng)(PAR)。利用 Excel處理制作圖表,進(jìn)行比較分析。

1.4.2 果實(shí)品質(zhì)指標(biāo) 可溶性固形物用WYT-32手持折光儀測(cè)定;可滴定酸用NaOH中和滴定法測(cè)定;果實(shí)硬度用HP-30型果實(shí)硬度計(jì)測(cè)定,每個(gè)果實(shí)測(cè)定對(duì)應(yīng)的兩面,每處理測(cè)定10個(gè)果實(shí),取平均值;果形指數(shù)用游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)縱橫徑,用縱橫徑之比表示。

表1 試驗(yàn)方案

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮條件對(duì)紅富士蘋果光合特性的影響

2.1.1 蘋果光合速率的變化 由圖1可以看出,在果實(shí)生長(zhǎng)階段紅富士蘋果的光合速率的日變化中,各處理凈光合速率在9：00-11：00時(shí)均隨著光強(qiáng)的增加和溫度的升高而迅速上升,于11：00左右出現(xiàn)第一次高峰,處理9的光合速率的最高,為23.4 mol/(m2?s);之后各處理隨著光強(qiáng)的繼續(xù)增加和溫度的升高而開始下降,處理 5在15：00出現(xiàn)最低值,為 10.4 mol/(m2?s),說明其光合作用存在明顯的“午休”現(xiàn)象。“午休”現(xiàn)象是由于中午溫度過高,蒸騰速率過盛,大氣相對(duì)濕度較低,導(dǎo)致氣孔關(guān)閉而引起的[6]。

從圖1中還可以看出,雖然處理1為高水高肥,但其光合速率并未顯著高于其他處理,表明灌水量為7 905 m3/hm2,施氮量為510 kg/hm2的水肥處理對(duì)蘋果光合速率的提高作用不明顯。從17：00-19：00時(shí)段里除了處理8和處理9之外,其他處理的光合速率的變化相似,為下降趨勢(shì),但下降幅度不大,仍保持較高的光合速率。說明中水高肥和高水高肥的肥水組合對(duì)光合速率的保持有一定的作用。

圖1 不同水氮處理蘋果光合速率的變化

2.1.2 氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化 氣孔導(dǎo)度是植物氣孔傳導(dǎo)CO2和水汽的能力,植物通過改變氣孔的開度等方式來(lái)控制與外界的CO2和水汽交換,從而調(diào)節(jié)光合速率和蒸騰速率。由圖2可知,紅富士蘋果一天中氣孔導(dǎo)度的變化是先升高然后再降低,最后趨于平緩。在9：00-11：00時(shí),氣孔導(dǎo)度緩慢上升,11：00-15：00上升速度迅速,除處理6外,各處理的氣孔導(dǎo)度在15：00達(dá)到當(dāng)日最高值。低水分條件下的各肥料處理的氣孔導(dǎo)度顯著低于中水分各肥料處理和高水分條件的各肥料處理的氣孔導(dǎo)度。低水低肥處理的氣孔導(dǎo)度最低。一天中的氣孔導(dǎo)度的最低值多出現(xiàn)在9：00左右,而氣孔導(dǎo)度的最高值多出現(xiàn)在15：00左右的處理9中,表明中肥中水的處理對(duì)增加氣孔導(dǎo)度的作用很明顯。高水中肥處理的氣孔導(dǎo)度顯著高于低水中肥處理,表明在中度水分條件下,施用較多的氮肥可以提高氣孔導(dǎo)度利于光合的進(jìn)行。

圖3反映了不同水氮處理蘋果蒸騰速率的變化,各處理的蒸騰速率變化基本一致,在13：00時(shí)出現(xiàn)第一次高峰,之后變化迅速,15：00時(shí)之前,隨光強(qiáng)的增加和氣溫的升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì),15：00時(shí)各處理均達(dá)到當(dāng)日最高值,蒸騰速率的最大值出現(xiàn)在處理1中,峰值為8.19 mmol/(m2?s)。最小值則出現(xiàn)在低水低肥處理和低水中肥處理中,15：00時(shí)后開始下降,是由于光照逐漸減弱,植物體內(nèi)水分減少,氣孔逐漸關(guān)閉的原因所致。17：00時(shí)之后蒸騰速率下降較快。低水中肥的肥水組合的蒸騰速率最低,保水效果最好。

圖2 不同水氮處理蘋果氣孔導(dǎo)度的變化

圖3 不同水氮處理蘋果蒸騰速率的變化

2.1.3 胞間CO2濃度的變化 圖4反映出一天中蘋果胞間CO2濃度值的變化情況。各處理間CO2濃度變化趨勢(shì)基本一致,變化幅度不大。在9：00達(dá)到當(dāng)日最大值后迅速下降,11：00之后緩慢上升,15：00出現(xiàn)第2次低谷,之后CO2濃度又有所上升。在水分一定的情況下,中肥的CO2濃度最高。相同氮肥供應(yīng)條件下,高水處理比低水處理的胞間CO2濃度高。低水低肥處理的胞間CO2濃度值最低。

圖4 不同水氮處理胞間 CO2濃度變化

2.2 水氮對(duì)紅富士蘋果品質(zhì)的影響

不同處理的果實(shí)在采收時(shí)可溶性固形物的含量各不相同,以處理5的果實(shí)可溶性固形物含量最高,處理2最低(表2)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在水分供應(yīng)相同的情況下,隨著氮肥供應(yīng)的增多,可溶性固形物的含量在逐漸下降,表明高氮不利于果實(shí)內(nèi)含物的積累,影響果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)。在氮肥供應(yīng)相同的條件下,高水處理比低水和中水處理的可溶性固形物高。水分一定的條件下,氮肥供應(yīng)越多,果實(shí)可滴定酸含量越高。施氮量相同時(shí),水分供應(yīng)越多,果實(shí)可滴定酸含量也有提高。生產(chǎn)中為降低果實(shí)酸度應(yīng)控制氮肥的施用量和減少水分供應(yīng)。但各氮素水平果園可滴定酸的變異較大,說明可滴定酸受其它因子影響較大。在水分一定的條件下,減少氮肥供應(yīng)可提高果實(shí)的果形指數(shù)。

表2 不同水氮處理蘋果品質(zhì)的變化

果實(shí)硬度是果實(shí)品質(zhì)高低,耐貯耐運(yùn)的標(biāo)志[7]。研究結(jié)果表明,在水分一定的條件下,氮肥供應(yīng)越多果實(shí)硬度越強(qiáng);在氮肥供應(yīng)一定的條件下,中度的水分供應(yīng)比高水和低水供應(yīng)表現(xiàn)出來(lái)的果實(shí)硬度更高。高氮處理與低氮處理果實(shí)硬度顯著低于中高氮處理與中低氮處理,表明氮素過高或過低都不利于提高果實(shí)硬度。

3 結(jié)論

在本研究中,蘋果葉片的凈光合速率日變化過程中呈雙峰曲線,光合作用存在明顯的“午休”現(xiàn)象。高水高肥處理對(duì)提高光合作用效果不明顯。中肥中水處理對(duì)顯著增加氣孔導(dǎo)度。高水中肥處理的氣孔導(dǎo)度顯著高于低水中肥處理。低水中肥的肥水組合的蒸騰速率最低,保水效果最好。

水氮耦合對(duì)蘋果品質(zhì)影響較大,對(duì)改善果實(shí)形狀、硬度和大小也有一定的積極作用。高氮不利于果實(shí)內(nèi)含物的積累,影響果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)。水分一定的條件下,氮肥供應(yīng)越多,果實(shí)可滴定酸含量越高。施氮量相同時(shí),水分供應(yīng)越多,果實(shí)可滴定酸含量也有提高。生產(chǎn)中為降低果實(shí)酸度應(yīng)控制氮肥的施用量和減少水分供應(yīng)。在水分一定的條件下,減少氮肥供應(yīng)可提高果實(shí)的果形指數(shù)。綜合不同水氮處理對(duì)蘋果果實(shí)品質(zhì)的影響進(jìn)行評(píng)價(jià),肥水管理以灌溉量5 250 m3/hm2、氮肥施用量600 kg/hm2方案能獲得較高的品質(zhì)效益。

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