微噴周期對葡萄葉片SPAD值和葉綠素含量與產量的影響分析

劉洪波，白云崗，張江輝，丁 平

(新疆水利水電科學研究院，烏魯木齊 830049)

新疆吐哈盆地(即新疆吐魯番與哈密地區)年平均降水量僅16.5 mm，而年平均蒸發能力高達3 300 mm，屬極端干旱區。在葡萄產量形成的關鍵物候階段果粒膨大期，即6-7月，最高溫度達到45 ℃以上，極端的干旱氣候環境，對葡萄產量造成極大的影響。同時，由于葡萄灌溉普遍采用地面溝灌，耗水量增大，造成水資源日益緊張，對此，李淑芹[1]、王永杰[2]在吐哈盆地對葡萄垂直線源灌灌水技術進行了研究。隨著灌水技術的發展，微噴灌水技術的應用也越來越多，如徐學欣[3]在小麥拔節期和開花期進行微噴補灌，可使水分利用效率提高2.1～2.9 kg/(hm2·mm)，達21.6～23.2 kg/(hm2·mm)；Trimmer W.L[4]在微噴灌水試驗中發現，飄移損失的水量一般占總灌水總量的25%；Man J G[5]的研究認為，當光照和溫度較高而濕度較小時，其蒸發飄移損失量則達到整個水量的42%；Wang D[6]通過傳統溝灌與噴灌試驗對比，認為噴灌和滴灌能有效控制每次灌水定額，提高水分利用效率。在吐魯番地區，光熱資源豐富，而葉綠素在植物進行光合作用的過程中起著重要作用，它能反映出植物的光合能力及生理狀況。如馮一峰[7]、昌夢雨[8]采用丙酮法測定植物葉綠素含量值，隨著便攜式葉綠素測定儀的廣泛應用，喬潤雨[9]、李志宏[10]、潘義宏[11]和潘靜[12]等人對蔬菜、糧食作物、經濟作物及果樹等進行全面深入的研究，研究結果均認為SPAD值與葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量間呈顯著的相關關系，并得到其回歸方程，通過SPAD值建立的方程式就可計算出葉綠素的含量，不僅簡便易行，且可保留植株的完整性，不損害葉片。如王瑞[13]、李田[14]、宋廷宇[15]等利用便攜式葉綠素儀與分光光度法分別對油茶、板栗和菜心的葉片葉綠素含量進行了測定，均證實了以上結論，并得到了SPAD值與葉綠素含量的回歸方程。目前，劉會寧[16]、楊莉莉[17]和申海林[18]等人對不同品種葡萄葉片SPAD值與葉綠素含量的影響已進行了相關研究，王凱[19]、Man J G[20]和白云崗[21]等人在葡萄葉片噴施葉面肥的條件下對葉片葉綠素的影響進行了研究，在而極端干旱的吐哈盆地，關于葡萄葉片葉綠素含量的報道較少，尤其在微噴條件下，噴水周期對葡萄葉片SPAD值和葉綠素含量的影響研究尚無報道。筆者對微噴條件下不同周期處理葉片SPAD值和葉綠素含量及產量進行監測，分析葉綠素含量和SPAD值間的相互關系，結合產量確定適宜的微噴灌水周期，為科學采用高效節水技術提供數據支撐，也為葡萄優質生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗條件

試驗地點位于新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所中心試驗基地(北緯42.91°，東經90.30°，海拔419 m)。年降雨量25.3 mm，年蒸發量2 751 mm，≥10 ℃以上積溫為4 522.6～5 548.9 ℃，全年日照時數2 900～3 100 h,平均日較差14.3～15.9 ℃，最大可達17～26.6 ℃，無霜期192～224 d。土壤質地主要為礫石沙壤土。葡萄品種為‘無核白’，1981年定植，樹齡28 a，大溝定植，東西走向，溝長54 m，溝寬1.0～1.2 m，溝深0.5 m，株距約1.2～1.5 m，行距3.5 m，栽培方式為小棚架栽培，棚架前端高1.5 m、后端高0.8 m。

1.2 試驗設計

試驗于2017年進行，共設3個微噴周期調控處理，各微噴處理均是在常規滴灌的基礎上通過與微噴疊加，組成微噴彌霧調控灌水技術處理。3個處理分別為每天噴水1 h(WP1)、每隔1 d噴水2 h(WP2)和每隔2 d噴水3 h(WP3)，對照處理(CK)采用常規滴灌，不噴水，共計4個處理。每個處理重復2次，每個試驗小區面積約0.03 hm2。微噴彌霧灌溉裝置采用噴射直徑200 cm、流量40 L/h，噴頭間距2 m，噴頭的高度為離地面50 cm。微噴在葡萄果實膨大初期(6月4日-7月4日)15∶00-17∶00開啟，各處理總灌溉定額均為9 150 m3/hm2，其中WP1、WP2和WP3處理的微噴定額均為1 500 m3/hm2。

1.3 測定指標

(1)SPAD值測定。采用日本Minolta公司生產的美能達牌SPAD-502手持便攜式葉綠素儀進行測定。測定時，每處理選取3株長勢一致的葡萄蔓，在每個蔓上按上、中、下不同部位選取1個枝條，在每個枝條上按上、中、下不同部分選取3片長勢均一的葉片，共27片葉子，并將所有葉片做上標記，每次測定同一片葉子。用葉綠素儀測定葉片讀數，在葉緣和葉脈中間部位測定，同時注意避開有損傷的葉片。同時，在測定部位上用打孔器進行取材，并將打孔圓片及時冷藏，進行葉綠素含量測定。

(2)葉綠素含量測定。采用丙酮法，將葡萄葉片磨碎，用80%的丙酮溶液提取，再過濾定容，然后用日本島津公司生產的UV-2550紫外可見分光光度計進行測定。葉綠素計算如下式：

(1)

(2)

(3)

式中：Ca為葉綠素a的含量，mg/g；Cb為葉綠素b的含量，mg/g；Ct為葉綠素的總量，mg/g；D645和D663為在663、645 nm波長下的光密度；V為定容體積,mL；W為稱樣量，g。

(3)統計分析。對原始數據進行標準化或歸一化處理，經過Excel對基礎數據進行轉換以后，用SPSS 22.0軟件進行相關性分析和方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理葡萄葉綠素的變化特征

不同處理葡萄葉綠素日變化如圖1所示。從圖1中可以看出：各處理呈均一的先減小后升高的變化趨勢，整體上看，各處理的日變化值為38.31～43.8，且均呈先減小后增大的變化趨勢，到晚20∶00達到日變化中的最大值；在各處理中，WP1的值日平均值最高，為42.0，其次是CK和WP2，分別為41.2和40.3，WP3處理最低，為39.3；一天中SPAD值變化最大的是WP1處理，為3.3，其余各處理日變化差值為1.3～2.6。

圖1 不同處理葡萄葉片SPAD值的日變化Fig.1 Diurnal variation of SPAD value of grape leaves under different treatments

不同處理葡萄葉綠素連日變化如圖2所示。從圖2中可以看出，不同處理間葡萄葉綠素表現出一定的規律，但變化范圍較大，總體表現上，在整個監測期內，CK處理的SPAD值最大，WP3次之，其次是WP1處理，而WP2處理最低。

圖2 不同處理葡萄葉綠素連日變化Fig.2 Continuous change of grape chlorophyll under different treatments

2.2 葉片SPAD值與葉綠素含量的相關性分析

試驗采用SPAD 葉綠素儀和分光光度法同步測定了葡萄同一蔓上葉片的SPAD值與葉綠素a、葉綠素b 以及總葉綠素的含量，并對其SPAD值與葉綠素含量進行了相關分析。由表1可以看出，同一葉片間SPAD值與葉綠素a、葉綠素b 以及總葉綠素含量間均存在極顯著相關關系，相關系數為0.94～0.99，均呈極顯著相關關系。

表1 葉片SPAD值與葉綠素含量的相關性分析Tab.1 Correlation analysis between leaf SPAD and chlorophyll content

注：*表示p<0.05，**表示p<0.01。

將葉片的SPAD值分別與相應的葉綠素a、葉綠素b 以及總葉綠素含量進行線性回歸分析，結果如表2所示。從表2中可看出：葡萄葉片葉綠素a、葉綠素b 和總葉綠素含量與SPAD值間呈線性變化規律，均達到極顯著水平，且葉綠素含量隨SPAD值的增加而增加；方程中的系數為SPAD值隨葉綠素含量變化的速率，其中，總葉綠素含量隨SPAD值的變化速率最大，其次為葉綠素a，葉綠素b的變化速率最小。

表2 葉片SPAD值與葉綠素含量的回歸方程Tab.2 Regression equation of leaf SPAD value and chlorophyll content

注：VSPAD為手持便攜式葉綠素儀測定的SPAD值。

葡萄葉片SPAD值和葉綠素含量的實測值、預測值如表3所示。由表3可知：葡萄不同處理葉片的葉綠素含量與SPAD值在一定范圍內波動；各處理中，WP2處理的各項指標值均最高，而WP1處理最低。

表3 葉片SPAD值與葉綠素含量的實測值與預測值 mg/g

將測得的葡萄不同處理的SPAD值代入表2回歸方程，計算出葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量的預測值如表3所示，同時，將采用分光光度法測得的實測值與預測值一起進行統計分析，統計結果如表4所示。

表4 不同處理下葉片葉綠素實測值與預測值方差分析Tab.4 Analysis of variance between measured and predicted chlorophyll values under different treatments

由表4可知，葡萄不同處理下葉片葉綠素a含量、b含量與總葉綠素含量的實測值與預測值的統計檢驗p值分別為0.048、0.040和0.042，均小于0.05，說明葡萄葉片葉綠素a、b含量與總葉綠素含量的實測值與預測值差異不顯著，可以通過SPAD值的回歸方程求得葉綠素a含量、b含量與總葉綠素含量。

2.3 不同微噴周期對葡萄品質與產量的影響

葡萄品質指標如表5所示。在葡萄果粒品質指標中，CK處理在可溶性固形物、總酸及固酸比上最大，而在其他各指標上均低于微噴周期處理。綜合各指標看，微噴處理明顯提高了果粒的VC含量、多酚含量和單寧含量，并使總酸降低，表明采用微噴灌水技術對提高葡萄果粒品質有促進作用。

表5 不同處理下葡萄果粒品質指標對比Tab.5 Comparison of quality indexes of grape fruit grain under different treatments

各處理產量如圖3所示。各處理葡萄產量中，WP2最大，其次是CK和WP1處理，WP3處理的產量最低。WP1、WP2、WP3和CK處理的產量分別為13 681.1、14 700.2、12 136.2和12 809.2 kg/hm2。各處理與對照處理相比，最高增產14.7%，微噴平均產量為13 505.8 kg/hm2，比對照處理高5.4%。表明通過微噴調控技術，能夠改變棚架下小環境氣候，改善了葡萄生長環境，從而對葡萄增產起到了一定的作用。

圖3 不同處理下葡萄產量對比Fig.3 Comparison of grape yield under different treatments

3 結 論

對2017年葡萄葉片SPAD值和葉綠素含量及產量的測定分析表明，在不同微噴周期條件下，各處理SPAD日變化值為38.31～43.8，且均呈先減小后增大的變化趨勢。其中：每天噴水1 h處理(WP1)的SPAD值日平均值最高(42.0)；其次是對照處理(CK)和每隔1 d噴水2 h處理(WP2)，SPAD值分別為41.2和40.3；每隔2 d噴水3 h處理(WP3)的SPAD值最低，為39.3；SPAD值日差值最大的是WP1處理(3.3)，其余各處理日變化差值為1.3～2.4。葡萄葉片SPAD值與葉綠素含量達到極顯著正相關，其回歸方程分別為Ca=0.102 8VSPAD-2.226 6、Cb=0.079 6VSPAD-2.374 9、Ct=0.182 4VSPAD-4.460 2，均達到極顯著相關關系。3個噴水方式處理WP1、WP2、WP3的實測產量分別為13 681.1、14 700.2和12 136.2 kg/hm2，分別比對照高出6.8%、14.7%、-5.2%。在葡萄品質指標方面，其VC含量、多酚含量和單寧含量等多項品質指標中，微噴處理均優于對照處理。表明利用SPAD值預測葉綠素a含量、b含量與總葉綠素含量是可行的，為快速測定大田葡萄葉片葉綠素含量提供了新的方法。同時，采用合理的微噴灌水周期可促進葡萄生理生長，使產量增加品質提高。由于此試驗僅在1 a中對微噴周期方式條件下進行了分析，對于不同灌溉定額和不同噴水方式對葉片葉綠素含量及產量的影響以及光合、葉綠素熒光等指標對葡萄生理的影響等后續仍需作進一步更深入的研究，以期為葡萄高效節水增產技術提供更充足的理論和數據支撐。