南疆棗園風沙特征及對棗樹花粉活力、柱頭可授性的影響

張禮春 劉彤 郝曉冉

摘要：以南疆紅棗主產(chǎn)區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4個試驗區(qū)和田駿棗為材料，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)為墾區(qū)綠洲邊緣防護林完整的棗園，Ⅳ區(qū)為500 m內(nèi)無防護林的棗園，對比分析不同區(qū)域風沙特征及對棗樹花粉活力、柱頭可授性的影響，以探明風沙對果園棗樹授粉受精的危害。結果表明，園中近防護林Ⅰ區(qū)風速相對很小，隨著Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)防護林的遠離，風速逐漸增大，4個區(qū)的降塵量呈逐漸下降趨勢;強風沙脅迫下和田駿棗的花粉活力、柱頭可授性呈現(xiàn)為Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅳ區(qū)，而弱風沙脅迫下和田駿棗的花粉活力、柱頭可授性呈現(xiàn)為Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)。因此，在風沙區(qū)棗園防護林建設中，應根據(jù)當?shù)仫L沙氣候特征，以棗樹對風沙最為敏感的授粉受精期為依據(jù)設置防護林林帶間距，以提高紅棗的生產(chǎn)效益。

關鍵詞：風沙;棗樹;授粉受精;花粉活力;柱頭可授性;南疆

中圖分類號： S424;S665.104 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）02-0121-03

花粉活力和柱頭可授性是有性植物授粉受精的前提和保障，極易受到溫度、濕度、光照、風和昆蟲等外界環(huán)境因素的干擾[1]。新疆維吾爾自治區(qū)擁有得天獨厚的光熱資源，近年來特色林果產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，其中南疆棗樹發(fā)展最為迅速，面積達到46.7萬hm2，成為中國乃至世界重要的優(yōu)質(zhì)紅棗生產(chǎn)基地[2-3]。然而，南疆春、夏季風沙災害頻繁、突發(fā)性強、成災面廣[4]，時常伴有大風和降塵等現(xiàn)象[5]，給當?shù)貤棙渖a(chǎn)造成嚴重影響[6]，尤其在授粉受精期最為敏感。目前，國內(nèi)關于風沙與果樹授粉受精關系的研究是通過人工模擬或者控制自然因素來展開，主要集中在單因素水平上。陳虹等研究表明，沙塵天氣引起的自然降塵對南疆核桃的授粉受精可產(chǎn)生負作用[7];李文慧等通過人工模擬南疆降塵作用于盛花期的杏樹發(fā)現(xiàn)，杏樹減產(chǎn)可達到26.6%[8];劉孟軍等通過人工模擬自然風脅迫花期棗樹，結果表明，風速超過6 m/s對棗樹授粉受精可產(chǎn)生危害[9]。國外有關沙塵天氣與果樹授粉受精的研究相對極少，大多主要圍繞公路灰塵、工業(yè)粉塵、大氣中SO2和NOx排放、重金屬顆粒等人為環(huán)境[10-11]對果樹授粉受精的影響進行研究。

風沙天氣是一個風沙交互作用的過程，其發(fā)生方式、范圍、強度、頻率、尺度等具有多樣性和復雜性，風沙活動的頻繁可對棗樹授粉受精產(chǎn)生一定危害，不利于棗樹產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，對棗樹栽培技術的精細化、集約化、標準化要求更高[12]，深入研究風沙對果園棗樹花粉活力、柱頭可授性的影響，可為南疆紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展及防護林建設提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于昆侖山北麓和塔克拉瑪干沙漠之間，海拔介于1 304～1 397 m之間，屬典型的內(nèi)陸極端干旱暖溫帶大陸性氣候，風沙天氣頻繁。根據(jù)當?shù)貧庀笈_、站2007—2016年近10年氣象數(shù)據(jù)資料顯示，研究區(qū)年平均風速為3.1 m/s，最大瞬時風速為23.5 m/s，年平均浮塵天氣為189 d，揚沙天氣為65 d，沙塵暴為11 d。

1.2 試驗樣區(qū)選擇

試驗區(qū)選在新疆維吾爾族自治區(qū)墾區(qū)西邊的棗園，基于現(xiàn)有建園體系，選擇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)4個試驗區(qū)（圖1），其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)設在墾區(qū)綠洲邊緣防護林完整的棗園，Ⅳ區(qū)設在500 m內(nèi)無防護林的棗園，試驗區(qū)的棗樹統(tǒng)一化管理。綠洲邊緣沙漠曠野區(qū)及每個試驗區(qū)分別設有自動氣象記錄儀和積塵器。

1.3 試驗材料與儀器設備

供試材料為7年生、矮化密植的和田駿棗（Ziziphus jujuba cv. Junzao），株、行距為1.2 m×4 m，樹高平均為2 m，平均冠幅為1.8 m×1.5 m，平均基徑為9.0 cm。主要儀器設備有自動風速風向記錄儀、濕法積塵器、便攜式顯微鏡、解剖鏡等。

1.4 試驗方法

棗樹進入盛花期，在2016年5月13日晴天無風沙天氣及2016年5月14日22：00（編號為No.1）、5月17日02：00（編號為No.2）開始的2次不同強度風沙時期，以風沙發(fā)生前套紙袋的花朵作為對照，分別于2016年5月14、15、17日測定4個區(qū)及對照處理的棗樹花粉活力和柱頭可授性。

1.5 測定內(nèi)容和方法

1.5.1 花粉活力 采用2，3，5-三苯基氯化四氮唑（TTC）法[13]測定花粉活力：上午10：00—12：00，每個區(qū)采集迎風面樹冠外圍萼片展平期、活力相對最強的花[14]15～25朵; 分別取少許花粉置于載玻片上，加1～2滴0.5% TTC蔗糖溶液，蓋上蓋玻片，置于野外便攜式恒溫箱中15～25 min;野外在便攜式顯微鏡下觀察，花粉粒呈無色或淡紅色表示無活力，紅色的即表示有活力，觀察15～25張玻片，每張玻片取5個視野調(diào)查100粒花粉粒;計算花粉活力，公式為：

花粉活力=視野中被染紅色花粉粒數(shù)/視野總花粉粒 數(shù)×100%。

1.5.2 柱頭可授性 采用聯(lián)苯胺-過氧化氫法[13]測定柱頭可授性：于12：00—15：00，每個區(qū)采集迎風面樹冠外圍花瓣展平期、可授性相對最高的花[14]15～25朵;將1%聯(lián)苯胺 ∶ 3%過氧化氫 ∶ 水按體積比4 ∶ 11 ∶ 22配制成的反應液滴入凹載玻片上的凹陷處，取棗花柱頭浸入其中，若柱頭無氣泡生成或極少量氣泡生成即認為柱頭沒有可授性，有大量氣泡生成且變藍則認為柱頭有可授性;統(tǒng)計柱頭可授性百分率，計算公式為：

柱頭可授性=變藍色且有氣泡產(chǎn)生的柱頭數(shù)/觀察的柱頭總數(shù)×100%。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 13.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理統(tǒng)計，采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析，采用Origin 8.5軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 研究區(qū)2次風沙的風速與降塵特征

由圖2可知，墾區(qū)綠洲西邊沙漠曠野2 m高處2次風沙10 min內(nèi)的平均風速均超過5 m/s，起沙風速的風向主要以西風（W）、西南偏西（WSW）、西南風（WS）為主，占比分別為75%、14%、7%，多為塔克拉瑪干沙漠南緣起沙。由圖3可知，風速、降塵受到防護林和棗樹等下墊面的影響明顯;除Ⅰ區(qū)外，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)的No.1風沙日平均風速明顯大于No.2，No.1相對為強風沙天氣、No.2為弱風沙天氣;風沙從沙漠曠野區(qū)經(jīng)防護林后到棗園，降塵量高低依次為曠野區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)，降塵量持續(xù)降低，主風向西風由于受到防護林的阻擋，棗園Ⅰ區(qū)的風速降到很低，出現(xiàn)的極大風速僅為1.9 m/s，平均風速為0.09 m/s;隨防護林的遠離，棗園試驗區(qū)的風速逐漸增大，即風速大小依次為Ⅳ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅰ區(qū)。

2.2 風沙對花粉活力的影響

由表1可知，晴天，各試驗區(qū)的花粉活力在37.4%～42.4% 之間，套袋的棗樹花粉活力略大于未套袋的，但相互間差異不顯著（P>0.05）;No.1、No.2風沙下，各試驗區(qū)套袋處理（對照）的棗樹花粉活力相互間差異不顯著;No.1風沙下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋（自然）的花粉活力分別為8.3%、13.2%、11.1%、5.2%，即花粉活力高低為Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅳ區(qū)，均極顯著低于套袋的棗樹花粉活力（P<0.01），其中，Ⅳ區(qū)未套袋的花粉活力極顯著低于Ⅱ區(qū)的，顯著低于Ⅰ、Ⅲ區(qū)的（P<0.05）;No.2風沙下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋的花粉活力分別為28.5%、27.3%、25.1%、24.3%，即花粉活力高低為Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)，其中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋的花粉活力極顯著低于套袋的，Ⅰ區(qū)未套袋的花粉活力顯著低于套袋的，與Ⅱ、Ⅲ區(qū)自然條件下的差異不顯著。

2.3 風沙對柱頭可授性的影響

由表2可知，晴天，各試驗區(qū)的柱頭可授性在34.2%～37.8% 之間，套袋的棗樹柱頭可授性多略低于未套袋的，而相互間差異不顯著（P>0.05）;No.1、No.2風沙下，各試驗區(qū)套袋處理（對照）的棗樹柱頭可授性相互間差異不顯著;No.1風沙下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋的柱頭可授性分別為5.3%、17.4%、10.4%、2.1%，即柱頭可授性高低依次為Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅳ區(qū)，均極顯著低于套袋的柱頭可授性（P<0.01）;Ⅳ區(qū)未套袋的柱頭可授性相對最低，極顯著低于Ⅱ、Ⅲ區(qū)的，與Ⅰ區(qū)的相互間差異不顯著;No.2風沙下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋的柱頭可授性分別為24.6%、19.8%、13.6%、9.7%，即柱頭可授性高低依次為Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)，均極顯著低于套袋的柱頭可授性，其中，Ⅳ區(qū)未套袋的柱頭可授性極顯著低于Ⅰ區(qū)的，與Ⅱ、Ⅲ區(qū)的差異顯著，Ⅱ、Ⅲ區(qū)未套袋柱頭可授性相互間差異不顯著。

3 結論與討論

風速和降塵的空間變化反映不同下墊面的風沙環(huán)境特征[15]，也反映綠洲邊緣棗園不同下墊面的防風沙效應。通過監(jiān)測新疆維吾爾自治區(qū)墾區(qū)2次風沙發(fā)生過程中的風速和降塵變化，結果發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)主風向為西風，從綠洲西邊沙漠經(jīng)過防護林，到達棗園中的風速相對很小，隨著對防護林的遠離，風速逐漸增大，這與朱樂奎等的研究結論[16-17]相似，說明防護林起到重要的降低風速作用;降塵量從沙漠-防護林-棗園各研究區(qū)依次呈梯度性下降趨勢，說明防護林和園中棗樹增加了地面粗糙度，氣流發(fā)生改變，使空氣中沙塵由于受力改變而發(fā)生沉降，這與毛東雷等的研究結果[18]類似。因此，沙漠邊緣區(qū)農(nóng)田防風固沙體系的建設應考慮風害、沙害2個方面的因素，對棗樹防護林建設要權衡防護林的防護效益和經(jīng)濟效益，根據(jù)當?shù)仫L速適當調(diào)控防護林帶的間距。

植物的花粉和柱頭極易受到環(huán)境干擾[1]。有研究表明，植物授粉受精期遇低溫、高溫、大風、持續(xù)陰雨等天氣條件可嚴重影響花粉的活力、柱頭可授性，進而引起大量落花，導致坐果率降低[19]。通過對比分析不同特征風沙下的棗樹花粉活力、柱頭可授性發(fā)現(xiàn)，棗樹的花粉和柱頭對風沙脅迫極為敏感;在強風沙脅迫下，研究區(qū)未套袋的花粉活力、柱頭可授性高低呈現(xiàn)為Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅳ區(qū)，說明Ⅰ區(qū)可能主要由降塵為害花粉和柱頭，這與陳虹等的研究結果[7-8，10-11]相似;在弱風沙脅迫下，棗樹未套袋的花粉活力、柱頭可授性高低呈現(xiàn)為Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)，說明在弱風沙環(huán)境下，可能是降塵起主要為害作用。

總之，風沙對南疆棗樹授粉受精會產(chǎn)生較為嚴重的負面影響，隨著下墊面（防護林）的不同，棗園受到的為害程度不同，為害方式也不同。在棗園防護林建設中，應根據(jù)當?shù)仫L沙氣候特征，以棗樹對風沙最為敏感的授粉受精期為依據(jù)，同時考慮園中風速、降塵特征來設置防護林林帶的間距，提高紅棗生產(chǎn)效益。

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