張付春, 潘明啟**, 麥麥提阿卜拉·麥麥提圖爾蓀, 張 雯, 鐘海霞, 李團(tuán)結(jié), 高達(dá)輝, 伍新宇**

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浮塵天氣對(duì)墨玉河流域葡萄葉片光合及水勢(shì)的影響*

張付春1, 潘明啟1**, 麥麥提阿卜拉·麥麥提圖爾蓀2, 張 雯1, 鐘海霞1, 李團(tuán)結(jié)3, 高達(dá)輝3, 伍新宇1**

(1. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所/農(nóng)業(yè)部新疆地區(qū)果樹(shù)科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站 烏魯木齊 830091; 2. 新疆和田墨玉縣喀瓦克鄉(xiāng)中學(xué) 墨玉 848100; 3. 新疆和田墨玉縣喀瓦克鄉(xiāng)政府 墨玉 848100)

新疆墨玉河流域春、夏季浮塵天氣頻發(fā), 加之春季葡萄供水短缺, 對(duì)葡萄生產(chǎn)影響較大, 為了解浮塵天氣對(duì)墨玉河流域葡萄光合作用和葉片水勢(shì)的影響以及不同品種對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)性, 本文分析了2011—2017年墨玉縣浮塵天氣發(fā)生情況, 并以‘和田紅’、‘木納格’、‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’等葡萄品種為試驗(yàn)材料, 研究春季浮塵天氣和塵土自然覆蓋對(duì)葡萄葉片光合與水勢(shì)的影響。結(jié)果表明: 2011—2017年的4—5月, 新疆墨玉縣揚(yáng)沙、浮塵多達(dá)23.7 d, 占同期總天數(shù)的38.9%; 浮塵天氣研究區(qū)10:00—20:00期間平均光合有效輻射強(qiáng)度下降71.8%, 幾個(gè)品種葡萄葉片凈光合速率明顯下降, 除‘木納格’葡萄外, 其他品種葉片凈光合速率午間均下降; 晴朗天氣, 葡萄葉片水勢(shì)日變化先上升后下降, 浮塵天氣葉片水勢(shì)日變化不明顯, 總體低于晴朗天氣, 蒸騰速率變化趨勢(shì)總體相似, 略有滯后; 持續(xù)的浮塵天氣使葡萄葉面被塵土覆蓋, ‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’單位面積葉幕滯塵量分別為8.64 g×m-2和10.93 g×m-2; 塵土覆蓋顯著降低了‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’葡萄葉片凈光合速率, 明顯增加了葉片胞間CO2濃度, 提高了飽和光強(qiáng)、光補(bǔ)償點(diǎn)、內(nèi)稟量子效率、表觀量子產(chǎn)額和暗呼吸速率。本研究表明浮塵天氣降低了光合有效輻射強(qiáng)度, 使葡萄葉片受到塵土覆蓋, 進(jìn)一步降低了葉片凈光合速率, 同時(shí)顯著增大了暗呼吸速率。本研究認(rèn)為, 清除葡萄葉面滯塵, 可有效改善葡萄葉片光合作用。浮塵天氣條件下, 葡萄葉片蒸騰速率下降, 葉片水勢(shì)得到了保持, 從這一角度講, 墨玉河流域浮塵天氣延緩了葡萄春季水分虧缺、緩解了該地區(qū)用水矛盾。

墨玉河流域; 葡萄; 浮塵; 光合有效輻射; 光合特性; 葉片水勢(shì); 滯塵量

和田墨玉縣地處塔克拉瑪干沙漠腹地, 墨玉河流經(jīng)墨玉縣城, 為河岸兩側(cè)1~3 km范圍內(nèi)的林果提供水源, 同時(shí)林果業(yè)對(duì)墨玉河流域水土保持起到了重要作用。葡萄(L.)是墨玉縣主要的林果樹(shù)種, 是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入的主要來(lái)源, 葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入有重要影響。光合產(chǎn)物積累是植物產(chǎn)量構(gòu)成的重要因素之一。春、夏季是葡萄萌芽、開(kāi)花和果實(shí)發(fā)育關(guān)鍵期, 是新梢生長(zhǎng)和葉片光合產(chǎn)物積累的旺盛時(shí)期, 而塔克拉瑪干沙漠腹地春、夏季易發(fā)生揚(yáng)沙、浮塵天氣[1-2], 此時(shí)期浮塵天氣占全年沙塵天氣的88.3%[3]。

國(guó)內(nèi)對(duì)園林植物葉面滯塵能力及其滯塵機(jī)理方面進(jìn)行了研究[4-6], 但大氣顆粒物, 尤其是沙塵覆蓋對(duì)果樹(shù)生理代謝方面的影響研究并未深入。浮塵天氣常伴隨氣溫和光照強(qiáng)度的下降, 氣溫下降會(huì)導(dǎo)致葡萄葉片氣孔關(guān)閉、蒸騰速率下降, 進(jìn)而減弱葉片光合作用、降低根系吸收水分能力等連鎖反應(yīng)[1,7], 對(duì)葡萄生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。李巧云等[1]研究發(fā)現(xiàn), 浮塵使拔節(jié)期和盛花期冬小麥(L.)的凈光合速率分別下降52.0%和43.9%; 浮塵還使拔節(jié)期葉片的氣孔導(dǎo)度下降到對(duì)照的26.9%, 同時(shí)葉面溫度升高。帕提古力·麥麥提等[7]研究發(fā)現(xiàn), 阿月渾子(L.)葉片短時(shí)間沙塵處理后沙塵覆蓋量在2~18 mg?cm-2時(shí), 葉片凈光合率一直呈下降趨勢(shì), 氣孔導(dǎo)度隨滯塵量的增加呈下降趨勢(shì), 蒸騰速率的變化趨勢(shì)與氣孔導(dǎo)度類(lèi)似。因此, 本文開(kāi)展了浮塵天氣葡萄葉片光合作用情況的研究, 同時(shí), 由于和田墨玉縣受春季小麥等糧食作物優(yōu)先灌水的影響, 部分葡萄園到開(kāi)花期都無(wú)水灌溉(出土至開(kāi)花期間不灌), 多數(shù)學(xué)者認(rèn)為浮塵天氣使植物根系吸收水分能力下降, 葉片蒸騰速率下降[1,7]。但蒸騰速率的變化是否會(huì)引起葉片水勢(shì)發(fā)生變化, 目前少見(jiàn)研究報(bào)道。

墨玉河流域春、夏季受塔克拉瑪干沙漠沙塵天氣頻發(fā)的影響, 農(nóng)業(yè)生態(tài)脆弱, 本研究以浮塵天氣條件下葡萄葉片光合作用和葉片水勢(shì)的變化為切入點(diǎn), 研究分析浮塵天氣對(duì)和田地區(qū)墨玉河流域葡萄葉片光合作用和葉片水勢(shì)的影響, 了解葡萄對(duì)和田地區(qū)浮塵天氣的適應(yīng)機(jī)制, 為應(yīng)對(duì)持續(xù)的浮塵天氣、指導(dǎo)科學(xué)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

研究區(qū)和田地區(qū)墨玉縣喀瓦克鄉(xiāng)地屬墨玉河流域, 為典型的溫帶內(nèi)陸荒漠氣候, 全年日照時(shí)數(shù)2 655 h, 無(wú)霜期190 d左右, 年均氣溫11.6 ℃, 年均降水41 mm。墨玉縣屬典型的灌溉型農(nóng)區(qū), 年均從喀拉喀什河引水9~10億m3。試驗(yàn)葡萄園在喀瓦克鄉(xiāng), 距離墨玉河約1 km, 沙性土壤, 該鄉(xiāng)葡萄面積850 hm2, 年產(chǎn)量5 114 t。本文所研究的葡萄園均為4月初萌芽, 5月20日首次灌水。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 研究區(qū)浮塵天氣發(fā)生情況

統(tǒng)計(jì)2011—2017年4月1日—5月31日(葡萄萌芽、開(kāi)花期)和田墨玉縣浮塵天氣發(fā)生情況, 分析晴天、多云、陰雨和揚(yáng)沙、浮塵天氣發(fā)生頻次, 氣象數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象局網(wǎng)站。

1.2.2 浮塵天氣條件下葡萄葉片光合作用

試驗(yàn)材料為盛果期的‘和田紅’、‘木納格’、‘無(wú)核白’葡萄。于浮塵天(2015年5月24日和2016年5月21日)和晴天(2015年5月21日和2016年5月23日), 采用PP-System TPS-2便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定葉片光合作用。選擇健康葡萄樹(shù)3株, 每株確定1個(gè)結(jié)果枝, 以“庫(kù)源關(guān)系”中扮演“源”角色的果穗同側(cè)上部葉片作為測(cè)定對(duì)象標(biāo)記。光合日變化測(cè)定時(shí)間為10:00—20:00, 每隔1.5 h測(cè)定1次(以實(shí)際測(cè)定時(shí)刻為準(zhǔn)), 光響應(yīng)參數(shù)測(cè)定在上午10:30—12:00進(jìn)行, 葉片溫度(28±0.5) ℃, 葉室內(nèi)CO2濃度(360±10) μmol·mol-1, 測(cè)定方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[8]。結(jié)果采用2次測(cè)定的平均值。

1.2.3 浮塵天氣條件下葡萄葉片水勢(shì)

試驗(yàn)材料為盛果期‘無(wú)核白’、‘木納格’、‘和田紅’、‘無(wú)核白雞心’葡萄。于浮塵天和晴天(同1.2.2)采用Pump-Up無(wú)氣瓶壓力室測(cè)定葉片水勢(shì), 測(cè)定對(duì)象的選擇同1.2.2。葉片水勢(shì)測(cè)定時(shí)間為9:00—19:00, 每隔2 h測(cè)定1次, 以實(shí)際測(cè)定時(shí)刻為準(zhǔn)。

1.2.4 塵土覆蓋條件下葡萄葉片光合作用

試驗(yàn)材料為盛果期‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’葡萄。于持續(xù)多日浮塵天氣后(2015年5月21日), 每品種選擇3株健康葡萄樹(shù), 每株選擇上部、中部和下部各1枚平整、塵土自然均勻覆蓋的葡萄葉片, 用軟毛刷收集并稱(chēng)取葉表面覆蓋的塵土重量, 采用CID-Ci-202(德國(guó))便攜式葉面積儀測(cè)定對(duì)應(yīng)葉片的葉面積, 計(jì)算出葉面滯塵量。

‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’各選擇3株健康葡萄樹(shù), 每株選擇3枚平整、塵土自然均勻覆蓋的葉片作為重復(fù), 用軟毛刷清除主葉脈一側(cè)葉面塵土, 減少對(duì)葉片的震動(dòng)使另一側(cè)葉面塵土保留(圖1)。于持續(xù)多日浮塵天氣后的晴天(2015年5月21日和2016年5月23日)測(cè)定主脈兩側(cè)(“塵土覆蓋”和“清除塵土”)葉片光合作用(圖1)。

圖1 塵土覆蓋條件下光合作用測(cè)定示意圖

左: 塵土覆蓋; 右: 清除塵土; 圓圈為測(cè)定位置。Left: dust cover; right: dust removed. Circles show the positions of measurement.

1.3 分析方法

光合數(shù)據(jù)采用直角雙曲線修正模型[9-10]擬合, 使用DPS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行分析, 顯著性檢驗(yàn)采用Duncan新復(fù)極差法, 圖表繪制使用Origin 9.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)天氣構(gòu)成及造成葡萄葉面滯塵的情況

統(tǒng)計(jì)了2011—2017年4月1日—5月31日墨玉河流域的天氣情況, 結(jié)果如圖2所示。研究期間年均19.9 d晴天, 占32.6%; 多云8.9 d, 占14.5%; 陰雨8.6 d, 占14.1%; 揚(yáng)沙、浮塵多達(dá)23.7 d, 占38.9%; 多云、陰雨和揚(yáng)沙、浮塵天氣合計(jì)41.2 d, 占67.5%。沙塵高發(fā)時(shí)段為12:00—0:00(圖2)。

2.2 浮塵天葡萄葉片凈光合速率日變化

晴朗天氣研究區(qū)的光合有效輻射強(qiáng)度最高達(dá)2 500 μmol·m-2·s-1, 10:00—20:00期間光合有效輻射強(qiáng)度平均1 611 μmol·m-2·s-1; 浮塵天氣條件下, 光合有效輻射強(qiáng)度最大僅為724.4 μmol·m-2·s-1, 10:00—20:00期間平均值為453.6 μmol·m-2·s-1, 顯著低于晴朗天氣。說(shuō)明浮塵對(duì)光合有效輻射強(qiáng)度的影響作用十分顯著。

圖2 2011—2017年4—5月研究區(qū)天氣類(lèi)型構(gòu)成

晴天和浮塵天氣下3個(gè)葡萄品種凈光合速率峰值均出現(xiàn)在14:00以前。晴天, ‘和田紅’、‘木納格’和‘無(wú)核白’的凈光合速率高峰分別是11.3 μmol·m-2·s-1、15.4 μmol·m-2·s-1和12.2 μmol·m-2·s-1, 而浮塵天氣分別是9.6 μmol·m-2·s-1、11.5 μmol·m-2·s-1和8.6 μmol·m-2·s-1, 均有明顯下降。晴天和浮塵天氣, ‘和田紅’和‘無(wú)核白’葡萄凈光合速率日變化均有明顯的午休現(xiàn)象, 午休均出現(xiàn)在16:00之前, 晴天午間凈光合速率分別降低至4.9 μmol·m-2·s-1和4.5 μmol·m-2·s-1, 而浮塵天二者降低至0 μmol·m-2·s-1以下。晴天‘和田紅’和‘無(wú)核白’葡萄凈光合速率次峰出現(xiàn)在18:00左右, 分別是8.0 μmol·m-2·s-1和8.2 μmol·m-2·s-1, 而浮塵天二者降至6.4 μmol·m-2·s-1和4.3 μmol·m-2·s-1。從凈光合速率日均值來(lái)看, 晴天3個(gè)品種分別為7.5 μmol·m-2·s-1、10.5 μmol·m-2·s-1和7.5 μmol·m-2·s-1, 浮塵天則為4.3 μmol·m-2·s-1、6.9 μmol·m-2·s-1和3.3 μmol·m-2·s-1?！炯{格’葉片凈光合速率日變化沒(méi)有明顯的午休, 說(shuō)明其對(duì)當(dāng)?shù)貧夂驐l件有較好的適應(yīng)性(圖3)。

圖3 晴天和浮塵天氣條件下3個(gè)葡萄品種葉片凈光合速率與光合有效輻射強(qiáng)度日變化

A: 晴天凈光合速率日變化; B: 浮塵天凈光合速率日變化; C: 光合有效輻射強(qiáng)度日變化。A: diurnal variations of photosynthetic rate in sunny day; B: diurnal variations of net photosynthetic rate in dust day; C: diurnal variations of photosynthetic active radiation (PAR).

2.3 浮塵天氣對(duì)葉水勢(shì)和蒸騰速率的影響

由圖4可知, 晴朗天氣, 早晨9:00葡萄葉片水勢(shì)最低, 隨著時(shí)間推移勻速上升, 至15:00開(kāi)始上升速度減緩, 17:00達(dá)到最高, 之后開(kāi)始下降。浮塵天氣葉片水勢(shì)日變化不明顯, 早晨9:00葉片水勢(shì)最低, 之后略有升高并于15:00達(dá)到最高, 之后緩慢下降; 浮塵天氣葉片水勢(shì)總體低于晴朗天氣。‘和田紅’葉片蒸騰速率日變化趨勢(shì)與葉水勢(shì)相比有所滯后, 總體相似, 葉水勢(shì)在15:00逐漸開(kāi)始下降, 而蒸騰速率則滯后至17:00左右開(kāi)始下降, 蒸騰速率晴天高于浮塵天, 均在17:00達(dá)到最高; 晴天, ‘木納格’葉片蒸騰速率午間(15:00)顯著高于其他時(shí)間, ‘無(wú)核白’葉片蒸騰速率在15:00最高; 浮塵天‘木納格’、‘無(wú)核白’葉片蒸騰速率變化不大, 午間略高于早晚。‘和田紅’、‘木納格’、‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’等品種表現(xiàn)出浮塵天氣葉片水勢(shì)低于晴朗天氣, 說(shuō)明浮塵天氣對(duì)葉片水勢(shì)產(chǎn)生了降低作用(圖4)。

2.4 塵土覆蓋對(duì)葡萄葉片光合作用的影響

2.4.1 葉幕塵土覆蓋情況

持續(xù)的浮塵天氣使葡萄葉面被塵土覆蓋, ‘無(wú)核白’葡萄單葉滯塵量低于‘無(wú)核白雞心’, 由于‘無(wú)核白’單葉葉面積小于‘無(wú)核白雞心’, 因此‘無(wú)核白’單位面積葉片滯塵量較‘無(wú)核白雞心’高8.5%, 但僅此不能說(shuō)明‘無(wú)核白’滯塵能力較‘無(wú)核白雞心’強(qiáng), 經(jīng)測(cè)量, ‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’2個(gè)品種葉幕投影面積均為3.5 m2, 枝條量分別為25根和26根, ‘無(wú)核白’平均9片功能葉/枝, ‘無(wú)核白雞心’平均10片功能葉/枝, 計(jì)算單位面積葉幕滯塵量后發(fā)現(xiàn), ‘無(wú)核白雞心’較‘無(wú)核白’增加了26.5%, 顯著高于‘無(wú)核白’(表1)。

圖4 浮塵天氣和晴朗天氣不同葡萄品種的葉片水勢(shì)與蒸騰速率的比較

表1 持續(xù)浮塵天氣下不同葡萄品種葉面滯塵量

同列數(shù)據(jù)后不同大寫(xiě)字母表示組間差異極顯著(<0.01)。Different capital letters in the same column indicate significant differences between treatments at 0.01 level.

2.4.2 塵土覆蓋對(duì)葡萄葉片光合作用參數(shù)的影響

在葡萄葉片主葉脈兩側(cè)覆蓋的塵土分別被保留(有塵, 即塵土覆蓋)和清除(無(wú)塵), 測(cè)定光合參數(shù)。結(jié)果見(jiàn)表2。塵土覆蓋較清除塵土的‘無(wú)核白’葉片蒸騰速率下降36.4%, 氣孔導(dǎo)度下降51.5%, 差異顯著; 凈光合速率受到氣孔導(dǎo)度的影響顯著下降, 塵土覆蓋的葉片較清除塵土低33.0%; 塵土覆蓋使光合速率降低, 進(jìn)而導(dǎo)致胞間CO2濃度升高, 較清除塵土的葉片提高23.7%, 差異顯著; 塵土覆蓋較清除塵土的‘無(wú)核白雞心’葉片凈光合速率下降7.3%, 差異顯著; 胞間CO2濃度提高了18.9%, 與‘無(wú)核白’葉片表現(xiàn)相似(表2)。

表2 塵土覆蓋下不同葡萄品種葉片蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、葉片溫度、凈光合速率和胞間CO2濃度

同列數(shù)據(jù)后同一品種不同大寫(xiě)字母表示組間差異極顯著(<0.01)。Different capital letters in the same column for each variety indicate significant differences between treatments at 0.01 level.

2.4.3 塵土覆蓋對(duì)葡萄葉片光合光響應(yīng)的影響

塵土覆蓋使‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’葡萄葉片光合作用的飽和光強(qiáng)均得到提高, 光補(bǔ)償點(diǎn)也有所提高, 塵土覆蓋同時(shí)提高了葉片光合內(nèi)稟量子效率和表觀量子產(chǎn)額, 暗呼吸速率增大, 降低了葉片最大凈光合速率, 分別下降了14.2%和13.8%(圖5、表3)。在塵土覆蓋對(duì)葡萄光響應(yīng)參數(shù)的影響中, 使‘無(wú)核白’參數(shù)變幅最大的是內(nèi)稟量子效率, 變幅67.6%, 其次是表觀量子效率和暗呼吸速率, 變幅分別為58.4%和48.3%; 塵土覆蓋對(duì)‘無(wú)核白雞心’光響應(yīng)參數(shù)變幅大的也是內(nèi)稟量子效率, 變幅48.1%, 其次是表觀量子效率和暗呼吸速率, 變幅分別為36.6%和17.3%, 與其相比, ‘無(wú)核白’在內(nèi)稟和表觀量子效率、暗呼吸速率方面受塵土覆蓋的影響更大; 而在光補(bǔ)償點(diǎn)和最大凈光合速率方面, ‘無(wú)核白雞心’浮塵覆蓋葉片后變幅分別達(dá)到17.0%和13.8%, 較‘無(wú)核白’影響更大(表3)。

圖5 塵土覆蓋下不同葡萄品種葉片光合速率的光響應(yīng)情況

表3 無(wú)塵和塵土覆蓋不同葡萄品種葉片光響應(yīng)參數(shù)

同行數(shù)據(jù)后同一品種不同小寫(xiě)字母表示組間差異顯著(<0.05)。Different lowercase letters in the same line for each variety indicate significant differences between treatments at 0.05 level.

3 討論

3.1 浮塵天氣對(duì)葡萄葉片光合作用的影響

開(kāi)花期是葡萄葉片光合作用旺盛期, 光合環(huán)境直接影響光合產(chǎn)物的積累, 而此時(shí)和田墨玉地區(qū)可能對(duì)葉片光合作用不利的天氣(多云、陰雨和揚(yáng)沙、浮塵)達(dá)67.5%, 其中4、5月份當(dāng)?shù)刈顬榈湫偷膿P(yáng)沙、浮塵天氣高達(dá)38.9%, 使光照強(qiáng)度大幅降低。前人研究認(rèn)為, 適當(dāng)遮蔭有利于葡萄葉片光合作用[11-12], 但超過(guò)一定范圍則對(duì)葡萄葉片光合作用不利[12]。本研究中浮塵天氣較晴朗天氣光合有效輻射強(qiáng)度顯著降低, ‘和田紅’、‘木納格’、‘無(wú)核白’葡萄葉片凈光合速率與晴天相比下降明顯。但不同品種對(duì)浮塵天氣的適應(yīng)性不同, 其中‘木納格’葡萄光合日變化無(wú)明顯的午休現(xiàn)象, 且光合速率總體較‘無(wú)核白雞心’、‘無(wú)核白’等品種高, 這與新疆克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃荨炯{格’葡萄葉片光合作用測(cè)定結(jié)果相似[13-14], 說(shuō)明該品種光合能力較強(qiáng), 且對(duì)新疆南疆氣候普遍適應(yīng)。

3.2 浮塵天氣對(duì)葉片水勢(shì)和蒸騰速率的影響

‘和田紅’、‘木納格’、‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’葡萄在浮塵天氣條件下均表現(xiàn)出蒸騰速率降低的現(xiàn)象, 這與Sharifi等[17]的研究結(jié)果一致。同時(shí), 葉片水勢(shì)也有相應(yīng)降低, 蒸騰速率和葉片水勢(shì)的日變化趨勢(shì)有一定的相似性, 蒸騰速率的變化較葉片水勢(shì)的變化更顯著, 說(shuō)明葉片水勢(shì)的變化可能是蒸騰速率的變化引起的, 晴朗天氣, 葉片蒸騰速率增加使水分加速耗散, 拉動(dòng)根系吸收水分, 促使葉水勢(shì)隨之變化, 浮塵天氣反之。

葡萄在水分虧缺狀態(tài)下, 葉水勢(shì)顯著下降[18]。本試驗(yàn)中葡萄園出土后未及時(shí)灌萌芽水和花前水, 葉片水勢(shì)仍有一定的保持[18], 一方面是由于試驗(yàn)區(qū)距離墨玉河僅1 km, 受墨玉河地下水供應(yīng), 葡萄根域土壤水分得到一定程度的保持; 另一方面, 持續(xù)的浮塵天氣使樹(shù)體蒸騰水分耗散減少, 對(duì)土壤水分的消耗減少, 表觀上雖然顯示葉水勢(shì)下降, 但蒸騰作用帶走的水分減少,葉片水勢(shì)得到了維持。

3.3 塵土覆蓋對(duì)葡萄葉片光合作用的影響

3.3.1 葉幕塵土覆蓋

持續(xù)的浮塵天氣使葡萄葉片表面滯留了大量塵土。滯塵量作為樹(shù)木降低空氣顆粒物進(jìn)而改善生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo), 被相關(guān)科研工作者廣泛使用[19-21]。不同葡萄品種(‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’)葉面滯塵量有所差異, 這種差異可能是由葉表面平整度、絨毛密度和長(zhǎng)短等差異引起, 也受病蟲(chóng)害發(fā)生情況的影響。本研究排除了病蟲(chóng)害的影響, 二者同屬歐亞種葡萄, 葉片表面均無(wú)絨毛, ‘無(wú)核白雞心’葡萄葉片較‘無(wú)核白’葡萄更平整、光滑, 故滯塵量略低, 然而由于‘無(wú)核白雞心’枝條量較‘無(wú)核白’大, 生長(zhǎng)勢(shì)旺盛, 功能葉數(shù)量較多, 經(jīng)過(guò)對(duì)葉幕滯塵量的計(jì)算發(fā)現(xiàn), ‘無(wú)核白雞心’單位面積葉幕滯塵量大于‘無(wú)核白’葡萄, 從改善生態(tài)環(huán)境角度講, ‘無(wú)核白雞心’對(duì)改善生態(tài)環(huán)境的作用更明顯。

3.3.2 塵土覆蓋對(duì)葡萄葉片光合作用的影響

葉面被塵土覆蓋對(duì)光合作用產(chǎn)生了不利影響。李恩寶等[22]研究認(rèn)為植物的凈光合速率與其滯塵量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。本研究中‘無(wú)核白’葡萄葉片滯塵量大于‘無(wú)核白雞心’葡萄, 光合作用研究結(jié)果也顯示葉面塵土覆蓋對(duì)‘無(wú)核白’葡萄葉片凈光合速率的降低幅度大于‘無(wú)核白雞心’。塵土覆蓋降低了‘無(wú)核白’葡萄葉片的蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度, 這與李巧云等[1]在小麥上的研究以及帕提古力·麥麥提[7]等在阿月渾子上的研究結(jié)果一致, 但塵土覆蓋影響蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的作用機(jī)理未進(jìn)行研究, 可能與顆粒物和葉片氣孔大小有關(guān)。塵土覆蓋提高了葉片溫度, 一方面是因?yàn)閴m土覆蓋降低了蒸騰速率, 減少了蒸騰作用的散熱過(guò)程, 使葉片溫度得到保持; 另一方面是因?yàn)閴m土覆蓋阻隔了葉表面空氣與葉面的溫度交換, 影響葉表面散熱。胞間CO2濃度的升高可能是因?yàn)閮艄夂纤俾式档偷那闆r下, 呼吸作用釋放并累積在胞間的CO2不能及時(shí)被光合作用同化而繼續(xù)滯留在胞間。

3.3.3 塵土覆蓋對(duì)葉片光響應(yīng)參數(shù)的影響

‘無(wú)核白’和‘無(wú)核白雞心’葡萄葉片與前人研究的葡萄品種比具有較高的光合飽和光強(qiáng)[15], 與其長(zhǎng)期在高光照條件下生長(zhǎng)的適應(yīng)性有關(guān)[8]。塵土覆蓋提高了葡萄葉片光合作用的飽和光強(qiáng)和光補(bǔ)償點(diǎn), 是因?yàn)閴m土覆蓋對(duì)照射在葉表面的光照強(qiáng)度有所遮擋[7], 而葉面和葉綠體實(shí)際受光強(qiáng)度并沒(méi)有增加, 還可能下降; 同時(shí), 灰塵減輕了強(qiáng)光對(duì)葉綠體的損傷, 在一定程度上保護(hù)了葉綠體, 提高了葉綠體光能電子傳遞速率, 量子效率得到提高, 最終表現(xiàn)出塵土覆蓋情況下光合作用的飽和光強(qiáng)提高。

量子效率和產(chǎn)額是通過(guò)葉片弱光條件下的光合表現(xiàn)計(jì)算得到, 它們?cè)谝欢ǔ潭壬现苯臃从橙~綠體光能利用率。有研究表明, 赤霞珠葡萄葉片光合作用時(shí)的光能利用率在光合有效輻射(PAR)為0~400 μmol·m-2·s-1時(shí)呈上升趨勢(shì), PAR繼續(xù)增大后光能利用率開(kāi)始下降, 弱光脅迫能在一定程度上提高葉片光能利用率[16]。本研究中塵土覆蓋提高了葉片光合內(nèi)稟量子效率和表觀量子產(chǎn)額, 恰恰證明了葉片在塵土覆蓋后在弱光條件下受到脅迫, 誘導(dǎo)光合酶活性增加, 促使量子效率的提高。

暗呼吸速率的增加, 一方面是由于塵土覆蓋導(dǎo)致氣孔受阻、蒸騰不暢等光合條件受到影響; 一方面是由于葉片在塵土覆蓋后在弱光條件下受到脅迫, 誘導(dǎo)光合酶活性增加, 啟動(dòng)了消耗光合產(chǎn)物的生理過(guò)程, 暗呼吸速率增加。

4 結(jié)論

和田地區(qū)墨玉河流域春季長(zhǎng)期遭受揚(yáng)沙、浮塵等天氣影響, 光合有效輻射強(qiáng)度大幅降低, 通過(guò)對(duì)比浮塵天與晴天、塵土覆蓋和清除塵土葡萄葉片的光合作用情況, 認(rèn)為浮塵天氣使葡萄葉片光合能力下降, 光合產(chǎn)物積累減少, 當(dāng)?shù)仄咸焉a(chǎn)受到影響, 作為當(dāng)?shù)刂髟云贩N之一的‘木納格’葡萄在浮塵天氣條件下, 其葉片仍具有較好的光合性能, 對(duì)墨玉河流域氣候條件具有良好的適應(yīng)性。

持續(xù)的浮塵天氣使葡萄葉片受到塵土覆蓋, 進(jìn)一步降低了葉片凈光合速率, 同時(shí)顯著增大了暗呼吸速率, 本研究認(rèn)為, 清除葡萄葉面滯塵, 可有效改善葡萄葉片光合作用, 因此, 通過(guò)人為掃除或風(fēng)機(jī)吹落葉面滯塵, 理論上將有助于改善群體光合作用, 提高葡萄樹(shù)體產(chǎn)物積累, 進(jìn)而增加產(chǎn)量和促進(jìn)果實(shí)品質(zhì)提升。

浮塵天氣條件下,葡萄葉面蒸騰速率下降,蒸騰作用帶走的水分減少,葉片水勢(shì)得到了維持,從這一角度講, 和田地區(qū)浮塵天氣延緩了春季葡萄水分虧缺、緩解了該地區(qū)用水矛盾。

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Effect of floating dust weather on leaf photosynthesis and water potential of grapes in Karakash River Basin*

ZHANG Fuchun1, PAN Mingqi1**, MEMETABLA·Memettursun2, ZHANG Wen1, ZHONG Haixia1, LI Tuanjie3, GAO Dahui3, WU Xinyu1**

(1. Institute of Horticultural Crops, Xinjiang Academy of Agricultural Science / Xinjiang Scientific Observational and Experimental Station of Pomology, Ministry of Agriculture, Urumqi 830091, China; 2. Middle School of Kawak Town, Hotan Karakax County, Karakax 848100, China; 3. Kawak Township Government ofHotan Karakax County, Karakax 848100, China)

Grape provides an important source of income for farmers in Karakash River Basin in Xinjiang. However, floating dust weather conditions are frequent in spring and summer. Thus grape production in the region is greatly influenced by both the floating dust weather and spring water scarcity. In order to determine the effects of floating dust weather conditions on grape photosynthesis and leaf water potential in the Karakash River Basin and on the adaptability of different grapevine varieties to the local climatic conditions, a study was conducted based on the analyses of the occurrence of floating dust weather during 2011–2017 in Karakax County in Karakash River Basin. Using ‘Hotan Red’, ‘Munake’, ‘Thompson’ and ‘Centennial Seedless’ as experimental materials, the effects of spring floating dust weather and natural cover of dust on photosynthesis and water potential of grape leaves were analyzed. The results showed that the floating dust days in Karakax County during the period from April to May were up to 23.7 days, accounting for 38.9% of the whole period. For floating dust days, average photosynthetically active radiation (PAR) in the area declined by 71.8% at 10:00–20:00 local time during day time. Also net photosynthetic rate (n) of grape leaf decreased significantly for all varieties at afternoon (12:00 local time), except for “Munake”. For sunny days, the trend in water potential of grape leaf first increased before decreasing later. Leaf water potential change was non-obviously different during floating dust days and was lower than for sunny days. The change in transpiration rate (r) in floating dust days was similar to that in sunny days, but with a slight delay. Grape leaf was covered by dust during continuous dusty weather. The amount of dust retention per unit area of canopy of ‘Thompson’ and ‘Centennial Seedless’ were respectively 8.64 g×m-2and 10.93 g×m-2. Dust cover dropped significantlynin ‘Thompson’ and ‘Centennial Seedless’, but increased intercellular CO2concentration (i). Dust cover also increased saturation intensity, compensation point, intrinsic quantum efficiency, apparent quantum yield and dark respiration rate of leaves of ‘Thompson’ and ‘Centennial Seedless’. Conclusion therefore, dusty weather conditions reduced photosynthetically active radiation intensity, with grape leaves covered in dust, further reducing leavesn. At the same time, dust cover significantly increased dark breathing rate. The study suggested that cleaning dust on the surface of grape leaves effectively improved photosynthesis. Under floating dust weather conditions, grape leafrdecreased and leaf water potential was maintained. Thus floating dust weather conditions in Karakash River Basin delayed spring water deficit, and alleviated the conflict between supply and use of water in the area.

Karakash River Basin; Grape; Floating dust; Photosynthetically active radiation; Photosynthetic characteristics; Leaf water potential; Dust retention amount

PAN Mingqi, E-mail: panmq3399@sohu.com; WU Xinyu, E-mail: 454691627@qq.com

Aug. 24, 2017;

Oct. 27, 2017

S631.1

A

1671-3990(2018)07-0990-09

10.13930/j.cnki.cjea.170769

* 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專(zhuān)項(xiàng)資金(CARS-29-ZP-8)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(SQ2018YFD020082)和新疆科技成果轉(zhuǎn)化專(zhuān)項(xiàng)(201554131)資助

潘明啟, 研究方向?yàn)槠咸哑焚|(zhì)調(diào)控, E-mail: panmq3399@sohu.com; 伍新宇, 研究方向?yàn)槠咸褍?yōu)質(zhì)栽培與品種選育, E-mail: 454691627@qq.com張付春, 研究方向?yàn)槠咸言耘嗌? E-mail: zfc20@foxmail.com

2017-08-24

2017-10-27

* This study was supported by the Special Funds for the Industrial Technology System Construction of Modern Agriculture of China (CARS-29-ZP-8), the National Key R&D Project of China (SQ2018YFD020082) and the Project of the Commercialization of Research Findings of Xinjiang (201554131).

張付春, 潘明啟, 麥麥提阿卜拉·麥麥提圖爾蓀, 張?chǎng)? 鐘海霞, 李團(tuán)結(jié), 高達(dá)輝, 伍新宇. 浮塵天氣對(duì)墨玉河流域葡萄葉片光合及水勢(shì)的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2018, 26(7): 990-998

ZHANG F C, PAN M Q, MEMETABLA·M, ZHANG W, ZHONG H X, LI T J, GAO D H, WU X Y. Effect of floating dust weather on leaf photosynthesis and water potential of grapes in Karakash River Basin[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(7): 990-998