不同土壤水勢對克瑞森葡萄光合生理及果實品質的影響

楊 湘，蘇學德，李鵬程，郭紹杰，李 銘

(新疆農墾科學院林園研究所，新疆 石河子 832000)

【研究意義】水資源短缺、供水不足是21世紀人類面臨的全球性問題之一[1]，新疆地處亞歐大陸腹地，氣候干旱，水資源受季節因素影響，時空分布極不均衡，地表水蒸發量大[2]，是全國最嚴重的干旱區之一，干旱缺水歷來是限制新疆農業發展的制約因素，發展節水農業，降低農業耗水量，提高農業產業用水效率，是新疆農業發展的必由之路。土壤水分變化是影響植物生理及形態指標變化的關鍵因素，在描述土壤干旱程度方面，土壤水勢比土壤水分更具代表性，因為土壤水勢能夠反映土壤水分的動態變化[3]，是土壤水分和土壤質地共同作用的函數[4]。在不同土壤條件下果樹維持正常生命所需要的土壤水勢是相同的[5-6]，同時利用土壤水勢確定灌溉制度具有準確的反應土壤水分信息，易于操作易于實現自動化的優點[7-8]。【前人研究進展】在葡萄上已有一些利用土壤水勢對植物生長和果實品質的影響，確定灌溉制度的研究：陳毓瑾等[10]和謝強[11]在巨峰葡萄上，通過時間序列分析模型，根據新梢直徑收縮量和生長量研究果實發育時期土壤水勢閾值；Lou等[12]利用攝影測量漿果大小日變化和13C同位素標記，研究巨峰葡萄漿果生長的時間序列模型，更精確地研究了漿果不同發育時期的最佳灌溉閾值；在赤霞珠葡萄上，武慧芳等[13]研究了不同灌水定額對不同生育期灌溉前后不同土層土壤水勢變化規律的影響，提出適宜的灌溉制度，沈甜等[14]研究了不同灌水定額時不同生育期土壤水勢的變化，以及對枝條莖流量和果實品質的影響；李洪艷等[15]研究了根域限制栽培時，“峰后”葡萄果實成熟期不同土壤水勢對果實糖卸載日變化的影響；梁鵬[16]研究了設施條件下和不同灌溉水潤體積對部分根域干燥下“藤稔”葡萄兩側根域土壤水勢變化及樹體生長和過是發育的影響，以及不同灌水下限對部分根域干燥葡萄兩側根域土壤水勢變化的影響；齊建波等[17]在無核白雞心葡萄上，以40 cm處土壤水勢設置不同程度水分脅迫，研究土壤水勢與葉片水勢的關系，以及灌溉的臨界指標。在克瑞森葡萄上關于土壤水勢條件的研究基本沒有。【本研究切入點】克瑞森葡萄是新疆葡萄瓜果開發研究中心于1998年從美國直接引入的，目前已經有很好的發展市場前景[9]。克瑞森無核葡萄是一個極晚熟的無核品種，具有果實色澤艷麗，口感好，品質優等特點，越來越受到消費者的青睞。因此，本研究設置不同土壤水勢進行灌溉，研究不同土壤水勢對克瑞森葡萄坐果后光合性能、果實性狀、產量和品質的影響。【擬解決的關鍵問題】確定坐果后克瑞森葡萄適宜的土壤水勢范圍，為生產中克瑞森葡萄的科學灌溉提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料培養

試驗在新疆石河子新疆農墾科學院葡萄試驗基地(44.27°N，85.94°E)進行，屬典型的溫帶大陸性氣候，氣候特點是冬冷夏熱，溫差大，光熱資源充足，降水稀少，蒸發強烈，多年平均降雨量 200 mm，平均蒸發量1600 mm，土壤質地為砂壤土，土壤容重為1.417 g/cm3，田間持水量約為25.4 %(20～40 cm處)。試驗材料為3年生克瑞森(VitisviniferaL.Crimson Seedless)葡萄，株行距為2 m×3.5 m，栽培方式為傾斜主干水平龍干樹形和水平連棚架，東西行向，新梢呈魚刺狀向南北方向分列。

1.2 試驗處理和測定方法

1.2.1 土壤水勢處理 本試驗設置4個土壤水勢處理，分別為CK處理[-160～ 220 kPa(試驗初控制土壤水勢在-160 kPa，之后一直不灌水)、T1處理(-120～-150 kPa)、T2處理(-80～-110 kPa)和T3處理(-40～-70 kPa)]。土壤水勢采用德國Ecomatic公司生產的EQ15土壤水勢儀進行監測，測定40 cm處土壤水勢的變化過程，數據采集采用DL2e數據采集器，每1 min測定1次，每隔2 h記錄1次。

1.2.2 葉片葉綠素SPAD和光合參數測定 坐果后10、40、70和100 d，即6月3日、7月3日、8月3日和9月3日(選擇晴朗、無風天氣的早上10：00-12：00測定)選擇從果穗以上第4個葉位，測定葉綠素含量和光合參數；其中，采用便攜式SPAD儀測定葉綠素含量，采用CI-340便攜式光合儀(美國，CID公司)測定克瑞森葡萄葉片生理指標。測定指標為凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)和細胞間CO2濃度(Ci)，水分利用效率WUE=Pn/Tr。光合參數測定時凈光合有效輻射(PAR)控制在1300 μmol/(m2/s)左右。

1.2.3 果實性狀產量和品質測定 果實成熟期按處理隨機選擇6株葡萄分別掛牌標記，在每株葡萄上中下部各取1粒漿果，各取1穗葡萄進行稱重，統計單粒重、單穗重和每株穗數，并計算單株產量，并根據每公頃株數計算產量。同時，采用游標卡尺測量果實縱、橫徑。每株上中下各取2粒果，利用果實硬度用GY-1型果實硬度計測定，利用WYI型手持糖量計測定可溶性固形物；不同處理各取90粒漿果迅速帶回實驗室，稱重之后，烘干再稱重，計算干物質重。葡萄果實干物質重( %)=烘干樣品重/樣品重×100。

1.3 數據處理與分析

試驗數據用Excel2003和DPS7.05軟件進行統計分析，采用SigmaPlot 12.5作圖。

2 結果與分析

2.1 不同土壤水勢對葡萄葉片葉綠素SPAD值的影響

隨時間變化，葉片SPAD值呈先上升后下降趨勢，各處理SPAD值在坐果后40 d時均達到最高，分別達33.3、36.2、39.1和42.1，T1、T2和T3處理分別比CK處理高8.71 %、17.42 %和26.43 %，均顯著高于CK處理(P<0.01)，坐果后40～100 d，各處理SPAD值下降，到100 d時，T1、T2和T3處理差異不大，顯著高于CK處理(圖1)。表明土壤水勢增加，葉片SPAD值亦顯著增加。

圖1 不同土壤水勢對SPAD值的影響Fig.1 Effects of different soil water potential on SPAD value

2.2 不同土壤水勢對葡萄葉片光合參數的影響

2.2.1 不同土壤水勢對凈光合速率(Pn)的影響 各處理Pn隨時間呈顯著下降趨勢(P<0.01)，坐果后10～40 d，CK-T3處理分別下降了40.16 %、24.80 %、21.67 %和18.72 %，40 d后，CK、T2和T3處理下降減緩，T1處理則下降較快，到100 d時下降了72.27 %，坐果后10～100 d，各處理分別下降了84.75 %、74.86 %、46.78 %和39.52 %。坐果后10 d時，T1、T2和T3處理葉片Pn分別比CK處理高71.36 %、105.82 %、118.86 %，坐果后100 d時，分別高1.82、6.18和7.68倍，均顯著高于CK處理(P<0.01，圖2)。表明土壤水勢增加，葡萄葉片凈光合速率增加，且減緩光合速率隨時間的下降。

圖2 不同土壤水勢對凈光合速率的影響Fig.2 Effects of different soil water potential on Pn

2.2.2 不同土壤水勢對葉片氣孔導度(Gs)的影響 各處理葉片Gs在坐果后10 d時最高，CK-T3處理分別為43.1、110.63、136.62 和147.77 mmol/(m2·s)，總體呈顯著下降趨勢(P<0.01)，各時間CK處理下降均較緩，且各時間均顯著低于其它處理(P<0.01)；T1、T2和T3處理在坐果后10～40 d時迅速下降，分別下降了51.15 %、46.73 %和46.27 %，40 d后，T2和T3處理下降較緩，T1處理在坐果后70 d后又下降較快，下降了48.70 %，T1處理顯著低于T2和T3處理，T2處理亦顯著低于T3處理。坐果后10～100 d ，CK-T3處理分別下降了77.56 %、79.26 %、63.42 %和56.23 %；100 d時，T1、T2和T3處理GS分別比CK處理高1.37、4.17和5.69倍(圖3)。表明土壤水勢增加可以增加葉片氣孔開放程度。

圖3 不同土壤水勢對氣孔導度的影響Fig.3 Effects of different soil water potential on Gs

2.2.3 不同土壤水勢對蒸騰速率(Tr)的影響Tr變化趨勢與Gs基本一致，隨時間呈顯著下降趨勢(P<0.01)，其中CK處理Tr隨時間一直下降，坐果后10～40 d時，T1、T2和T3處理下降較快，分別下降了37.34 %、36.63 %和38.38 %；40 d后T2和T3處理趨于平緩，T1處理則在坐果后40～70 d時趨于平緩，70 d后又快速下降，T1處理總體顯著低于T2和T3處理，T2和T3處理間沒有顯著差異(P<0.01)。坐果后40～100 d，CK和T1處理分別下降了55.17 %和37.6 %，CK處理下降較多，顯著低于T1處理(P<0.01)。坐果后100 d時，T1、T2和T3處理Tr分別比CK處理高50.00 %、69.65 %和70.00 %，顯著高于CK處理(圖4)。表明隨土壤水勢增加，葉片水分的蒸騰亦增加。

圖4 不同土壤水勢對蒸騰速率的影響Fig.4 Effects of different soil water potential on Tr

2.2.4 不同土壤水勢對水分利用率(WUE)的影響 各處理葉片WUE隨時間變化不一致，CK處理一直呈下降趨勢，10～100 d下降了53.91 %，水分利用率顯著低于其它處理(P<0.01)；T1、T2和T3處理則先上升后下降，坐果后40 d時達到最高，分別比10 d時增加了20.06 %、23.63 %和31.92 %，坐果后100 d時分別比40 d下降了46.40 %、25.16 %和14.67 %，T1處理下降較多，顯著低于T2和T3處理，T2和T3處理間沒有明顯差異(P<0.01，圖4)。表明坐果后顯著增加土壤水勢，可以增加水分利用率，且減緩后期水分利用率的下降。

2.3 不同土壤水勢對葡萄果實性狀和產量的影響

果實縱徑、橫徑均隨土壤水勢的增加而顯著增加(P<0.01)，其中縱徑T1、T2和T3處理分別比CK處理高14.98 %、37.57 %和42.35 %，橫徑分別比CK處理高7.93 %、24.43 %和29.04 %。果實單果重、單穗重、株產及產量均隨土壤水勢的增加而顯著增加(P<0.01)，其中T2和T3處理單果重分別比CK處理高了1.00和1.25倍；T1、T2和T3處理單穗重分別比CK處理增加了17.55 %、35.28 %和59.78 %，株產分別比CK處理增加了27.64 %、45.03 %和69.25 %，產量分別比CK處理高了20.60 %、31.71 %和43.02 %(表1)。表明增加土壤水勢可以顯著增加葡萄果實縱橫徑，增大果實單粒重，提高產量。

表1 不同土壤水勢對葡萄果實性狀和產量的影響

圖5 不同土壤水勢對水分利用率的影響Fig.5 Effects of different soil water potential on WUE

2.4 不同土壤水勢對果實品質的影響

隨土壤水勢增加，果實干物質和可溶性固形物所占比例下降，其中T1、T2和T3處理果實干物質所占比例分別下降了3.85 %、10.67 %和14.09 %，各處理差異顯著(P<0.01),T3處理可溶性固形物顯著低于其它處理，比CK處理降低了5.75 %。土壤水勢增加，果實硬度下降，其中T2和T3處理顯著低于CK處理(表2)。說明土壤水勢提高在一定程度上降低了葡萄果實品質。

表2 不同土壤水勢對果實品質的影響

3 討 論

土壤水勢是描述土壤干旱程度及土壤水分對植物有效性的重要指標[18]。土壤水分是重要的土壤因子,其狀況影響根系的生長發育和根系活動。從而影響植物對水分和營養元素的吸收,進而影響地上部分的生長及葉片的光合作用[19]。植物光合作用是植物體生物量形成的基礎[20]，受光照、溫度、水分、CO2濃度、礦質營養等環境因子的影響，但在干旱地區，水分條件是影響該地區植物生長的最大限制因素[21]。本研究結果表明，當土壤水勢增加時，葡萄葉片葉綠素含量增加，凈光合速率增強，在土壤水勢為-80～-110 kPa(T2處理)和-40～-70 kPa(T3處理)時，減緩了試驗后期凈光合速率的下降；氣孔導度和蒸騰速率亦增強，且變化趨勢基本一致。土壤水勢增加，在土壤水勢高時毛細管水所占比例比土壤水勢低時大，植物可利用的水也較充足，氣孔開度增大時，植物可能為最大限度地利用水來維持自身生理活動而提高蒸騰速率，因而蒸騰速率就與氣孔導度顯著相關，氣孔導度大小決定蒸騰速率[22]。

植物葉片瞬時水分利用效率(WUE)作為植物生理活動過程中消耗水分形成有機物質的基本效率，是確定植物體生長發育所需要的最佳水分供應的重要指標之一[18]，其值越大，說明植物對水的利用效率越高。本試驗中土壤水勢升高，葡萄葉片水分利用率增加，這與韓立新等[23]在果實生長期的研究結果相似。在本試驗中，隨土壤水勢增加，增加了葉片凈光合速率和氣孔導度，亦增加了葉片水分蒸騰；10～40 d時，氣孔導度和蒸騰速率顯著下降，凈光合速率降低幅度較小，水分利用率(Pn/Tr)上升，40 d后T2和T3處理凈光合速率和蒸騰速率的下降減緩，水分利用率下降亦減緩，T1處理凈光合速率的下降快于蒸騰速率，水分利用率顯著下降。葉片水分利用效率取決于凈光合速率與蒸騰速率的比值，蒸騰速率受氣孔限制，而Pn除受氣孔限制外，非氣孔因素也起著相當重要的作用[24]。所以在不同土壤水勢條件下，凈光合速率和蒸騰速率隨時間下降的趨勢并不完全一致，因而水分利用率的變化趨勢與凈光合速率和氣孔導度、蒸騰速率的變化趨勢不同。

光合作用是植物生長發育、產量與品質形成的基礎[25-26]，而土壤水分狀況影響植物的光合作用，從而導致某些生化物質合成能力的變化[20]。本試驗中，隨土壤水勢增加，克瑞森葡萄果粒增大，特別是-80～-110 kPa(T2處理)和-40～-70 kPa(T3處理)時單果重分別比CK處理高了1.00和1.25倍，單穗重增加，株產和產量均有所提高，這可能是由于漿果膨大的早期是決定果實細胞數量的細胞分裂期，此時土壤水勢高有利于果實體積的增加[27-28]。同時隨土壤水勢提升，果實硬度增大，果實干物質和可溶性固性物含量也隨之有所降低，這可能是在施肥條件相同的基礎上，土壤水勢高的樹體由于產量增加，而養分供應不足，從而導致了果實干物質降低，果實品質降低，適當的降低土壤水勢可以有效減少光合產物向莖葉等營養器官的分配，更多的分配到生殖器官即果實中，同時果皮收縮降低果粒體積，從而增加果汁糖分濃度[13,27,29]。

4 結 論

根據試驗結果表明，控制土壤水勢在-40～-110 kPa(T2、T3處理)范圍內，既促進克瑞森葡萄凈光合作用，增加氣孔開放程度和水分利用率，增強葉片水分的蒸騰，且在一定程度上延緩葉片光合能力隨時間的下降；也穩定了產量，提高了果實品質。