不同灌水量對(duì)赤霞珠葡萄光合作用的影響

鐘海霞，張付春，潘明啟，張 雯，韓守安，謝 輝，王 敏，周曉明，艾爾買克·才卡斯木，伍新宇

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】干旱缺水制約著社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[1]。我國(guó)水資源供需矛盾面臨的不確定性問題還在逐漸增多，水資源可持續(xù)利用面臨的危機(jī)也在增大[2]。我國(guó)農(nóng)業(yè)用水占社會(huì)總耗水量的61.9%以上，但有效利用率不高，僅30%～40%，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的70%～80%相比還有差距。。新疆是典型灌溉農(nóng)業(yè)”，長(zhǎng)期沿用傳統(tǒng)的灌溉制度與灌溉方法和落后的灌溉技術(shù)，水資源浪費(fèi)較為嚴(yán)重[3]。水分是植物進(jìn)行光合作用的最重要原料之一，水分的供給量會(huì)直接影響到植物光合作用的進(jìn)行[4]。水分過量供應(yīng)不但不利于植株生長(zhǎng)，反而會(huì)抑制根系呼吸，打破生殖生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的平衡，適量的滴灌量既可以保證葡萄光合作用的需要，也會(huì)節(jié)約一些不必要的水分散失和浪費(fèi)[5]。研究不同灌水量對(duì)葡萄的光合作用的影響，節(jié)水對(duì)葡萄光合影響，篩選出適宜赤霞珠葡萄生長(zhǎng)的灌溉量，使其水分得到高效利用，有利于葡萄樹體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)達(dá)到平衡，為赤霞珠葡萄生產(chǎn)上栽培應(yīng)用提供理論指導(dǎo)，對(duì)提高葡萄園水分利用效率，指導(dǎo)葡萄園科學(xué)灌水有實(shí)際意義。【前人研究進(jìn)展】薛德慶[6]研究得出滴灌葡萄灌溉定額212 m3， 溝灌葡萄灌溉定額 350 m3，滴灌葡萄比溝灌葡萄節(jié)約用水 138 m3，實(shí)際滴灌比溝灌少支出水費(fèi)11.10元。葡萄在不同發(fā)育時(shí)期所產(chǎn)生的耗水會(huì)根據(jù)灌水的實(shí)際定額發(fā)生改變[7]。在葡萄生育期內(nèi)，實(shí)際耗水量大小為膨大期間用水量>葡萄抽蔓期間用水量>葡萄成熟期用水量>葡萄開花期間的用水量[8]。滴灌條件下，合理的水分管理有利于釀酒葡萄新梢生長(zhǎng)及品質(zhì)的改善，灌水量過多或者過少都會(huì)造成釀酒葡萄品質(zhì)下降；基于試驗(yàn)條件下馬瑟蘭生長(zhǎng)，灌水量3 600 m3/hm2時(shí)，能促進(jìn)釀酒葡萄新梢生長(zhǎng)、果實(shí)品質(zhì)優(yōu)、果皮酚類物質(zhì)含量高、產(chǎn)量高，是較適宜灌水量[9]。杜太生等[10]對(duì)傳統(tǒng)的滴灌方式改進(jìn)實(shí)現(xiàn)根系分區(qū)交替灌溉，控水條件下葡萄葉片氣孔導(dǎo)度下降，而光合作用降低不明顯，而蒸騰速率降低，水分利用效率提高，表明根系分區(qū)交替滴灌可以達(dá)到調(diào)控葡萄營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)，減少生長(zhǎng)，提高水分利用效率。車彩麗[11]研究得出，當(dāng)應(yīng)用3 000 m3/hm2的灌水定額時(shí)，水分會(huì)對(duì)葡萄產(chǎn)生脅迫的作用，全天都會(huì)產(chǎn)生較低的葉片氣孔導(dǎo)度，此時(shí)不會(huì)形成明顯的蒸騰速率日變化。新梢生長(zhǎng)期-開花坐果期重度水分虧缺，漿果膨大期充分供水，著色成熟期輕度水分虧缺對(duì)釀酒葡萄葉片胞間 CO2濃度的調(diào)控具有重要意義。【本研究切入點(diǎn)】適宜的灌水量對(duì)葡萄生長(zhǎng)至關(guān)重要，但關(guān)于不同滴灌灌水量對(duì)新疆北疆產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄生理尤其是葉片光合作用的影響報(bào)道不多。研究不同灌水量對(duì)新疆赤霞珠葡萄光合作用的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】以常規(guī)常規(guī)灌水量作對(duì)照，研究3種不同灌水量條件下，赤霞珠葡萄葉片光合作用差異，篩選出最適宜的灌水量，為新疆赤霞珠葡萄的節(jié)水灌溉提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2018年4～10月在新疆兵團(tuán)第六師101團(tuán)葡萄園六連5支6斗地內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬于典型的內(nèi)陸性荒漠氣候區(qū)，氣候干旱，晝夜溫差大，多年平均降水量180 mm，多年平均蒸發(fā)量2 300 mm，無霜期150 d左右，果園土壤為粘壤土。供試葡萄品種為3年生赤霞珠葡萄。株行距0.5 m×3.0 m，南北行向、單臂籬架式栽培。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在赤霞珠葡萄樹體兩側(cè)(東西方向)各鋪1條滴灌帶，滴灌帶間距為40 cm，滴孔間距30 cm，出水速度3 m3/h。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)不同灌水量，即處理1：220 m3/667 m2、處理2：260 m3/667 m2、處理3：280 m3/667 m2，以常規(guī)滴灌即灌水量(330 m3/667 m2)為對(duì)照(處理4)，每個(gè)處理2行葡萄，每行50株，3次重復(fù)。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

第5次灌水后10 d，正值葡萄果實(shí)膨大期(7月19日)選擇晴朗微風(fēng)天氣，用便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)TPS-2開展各處理葡萄葉片光合日變化測(cè)定，測(cè)定內(nèi)容包括光合速率、蒸騰速率、水分利用率等。測(cè)定時(shí)間段為08:00～20:00，每隔2 h測(cè)定1次。

注：a. 凈光合速率日變化；b. 凈光合速率日均值

Note: a. Daily change in net photosynthetic rate; b. Daily average photosynthetic rate

圖1 葡萄葉片凈光合速率日變化及凈光合速率日均值

Fig.1 Diurnal variation of net photosynthetic rate and daily mean photosynthetic rate of grape leaves

2 結(jié)果與分析

2.1 凈光合速率日變化

研究表明,在同1 d的不同時(shí)間點(diǎn)，不同處理下的葡萄葉片的凈光合速率表現(xiàn)出很大的差異，但變化趨勢(shì)基本相同。由于08:00光照強(qiáng)度比較弱，葉片凈光合速率在此時(shí)比較低；隨著光照強(qiáng)度增大，溫度上升，各處理的葡萄葉片凈光合速率都開始逐漸增大，在 10:00 左右出現(xiàn)第1次峰值；此時(shí)處理1的葉片凈光合速率最大，為19.30 μmol/(m2·s)，處理間的差異較小。在 16:00 左右，處理2和處理4明顯出現(xiàn)第2次峰值，處理3第2次峰值不明顯，處理1無第2次峰值，此時(shí)不同處理的葡萄葉片凈光合速率差異較大，其中處理4最大，為14.20 μmol/(m2·s)。從葡萄葉片凈光合速率日均值方面來看，最大是處理3，為13.68 μmol/(m2·s)，其次是處理1和處理2，3者間無顯著性差異，最小的是處理4，為12.92 μmol/(m2·s)，顯著低于處理1～3，分別較處理1～3低1.45%、3.22%、5.56%。圖1

2.2 蒸騰速率日變化

研究表明,在同1 d的不同時(shí)間點(diǎn)，不同處理下的葡萄葉片的蒸騰速率的變化趨勢(shì)，4個(gè)處理葉片蒸騰速率日變化曲線均呈雙峰曲線，雙峰分別出現(xiàn)在上午12:00和下午16:00，下午峰高于上午峰。其中處理2和處理4雙峰較明顯，在12:00左右，葉片蒸騰速率范圍在5.8～6.6 mmol/(m2·s)，處理間差異不大；在16:00左右，葉片蒸騰速率最大的是處理2和處理4，為7.4 mmol/(m2·s)，其次是處理3，為6.5 mmol/(m2·s)，最小的是處理1，為5.5 mmol/(m2·s)。從葡萄葉片蒸騰速率日均值方面來看，最大是處理2和處理3，為5.03 mmol/(m2·s)，最小的是處理1，為4.48 mmol/(m2·s)，較處理2和處理3小10.93%，處理2～3與處理1存在顯著差異。圖2

注：a. 蒸騰速率日變化；b. 蒸騰速率日均值

Note: a. Diurnal variation of transpiration rate; b. daily mean value of transpiration rate

圖2 葡萄葉片蒸騰速率日變化及蒸騰速率日均值

Fig. 2 Diurnal variation of transpiration rate and daily mean value of transpiration rate of grape leaves

2.3 水分利用率日變化

研究表明,在同1 d的不同時(shí)間點(diǎn)，不同處理下的葡萄葉片的水分利用率變化趨勢(shì)基本相同。各處理08:00水分利用率最高，之后緩慢下降，到18:00處理1、處理2和處理4開始有緩慢上升，處理3呈下降趨勢(shì)。在08:00左右，水分利用率最高的是處理1，為5.67 μmoL/mmoL，處理2最小，為4.03 μmoL/mmoL；在下午18:00左右，各處理水分利用率差異不大，在1.92-2.11 μmoL/mmoL；在下午20:00左右，水分利用率最高的是處理2，為3.05 μmoL/mmoL，處理3最小，為1.85 μmoL/mmoL。從葡萄葉片水分利用率日均值方面來看，最大是處理1，為3.07 μmoL/mmoL，顯著高于其他處理；最小的是處理3，為2.78 μmoL/mmoL，與之無顯著差異為處理2和處理4，分別較處理1小9.45%、8.47%、8.14%。圖3

注：a. 水分利用率日變化；b. 水分利用率日均值

Note: a. Daily change in water use efficiency; b. Daily average value of water use efficiency

圖3 葡萄葉片水分利用率日變化及水分利用率日均值

Fig.3 Diurnal variation of water use efficiency and daily mean value of water use efficiency of grape leaves

3 討 論

在葡萄葉片凈光合速率方面，10:00之后逐漸降低是由于溫度升高，植物缺水，氣孔逐漸關(guān)閉，葉片凈光合速率急劇下降；16:00之后逐漸降低是由于光照強(qiáng)度逐漸降低，凈光合速率逐漸降低，其中處理1降低速度較為緩慢；從凈光合速率日均值來看，最高的是處理3，為13.68 μmol/(m2·s)，顯著高于處理1、處理2和處理4，處理4最低，且顯著低于處理1～3，較處理3低5.56%。植物葉片通過控制氣孔開閉來控制氣孔導(dǎo)度，進(jìn)而控制蒸騰速率[12]，葡萄葉片的氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率呈正相關(guān)關(guān)系[13]。在葡萄葉片蒸騰速率方面，4個(gè)處理下均表現(xiàn)雙峰曲線，其中處理2和處理4雙峰較為明顯，處理1和處理3較不明顯，在下午16:00之后，4個(gè)處理下葡萄葉片蒸騰速率均急劇下降，處理1降低速度較為緩慢；從蒸騰速率日均值來看，最大的是處理2和處理3，處理4與之無顯著差異，最小的是處理1，為4.48 μmol/(m2·s)，顯著低于處理2～4，較處理2～4低10.0%左右。

葉片的水分利用效率是指利用單位重量的水分，植物所能同化的，是凈光合速率和蒸騰速率的比值，它是提高大田水分利用效率的生理基礎(chǔ)[14]。在葡萄水分利用效率方面，處理1、處理2和處理4的表現(xiàn)均可分為2個(gè)階段，處理1、處理2和處理4在08:00～16:00時(shí)間段，水分利用效率逐漸降低，其中8:00～10:00時(shí)間段的降低速度最快，在16:00之后呈緩慢上升趨勢(shì)；處理3在08:00～16:00時(shí)間段水分利用效率逐漸降低后，16:00～18:00時(shí)間段有輕微上升趨勢(shì)，18:00～20:00又呈下降走勢(shì)；從水分利用效率日均值來看，最大的是處理1，為3.07 μmoL/mmoL，顯著高于處理2～4，較處理2～4高9.00%左右，處理2～4無顯著差異。

4 結(jié) 論

在新疆北疆產(chǎn)區(qū)壤土條件下，赤霞珠葡萄采用地下滴灌220 m3/667 m2的灌水量時(shí)，葉片光合速率日均值為13.11 μmol/(m2·s)，顯著高于對(duì)照組，蒸騰速率日均值為4.48 μmol/(m2·s)，顯著低于其他灌溉處理，水分利用率為3.07 μmoL/mmoL，高于其他灌溉處理，水分得到了高效利用，更有利于樹體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的平衡。