劉洪波,白云崗,張江輝,丁 平
(新疆水利水電科學(xué)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(qū))年平均降水量?jī)H16.5 mm,而年平均蒸發(fā)能力高達(dá)3 300 mm,屬極端干旱區(qū)。在葡萄產(chǎn)量形成的關(guān)鍵物候階段果粒膨大期,即6-7月,最高溫度達(dá)到45 ℃以上,極端的干旱氣候環(huán)境,對(duì)葡萄產(chǎn)量造成極大的影響。同時(shí),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(duì)此,李淑芹[1]、王永杰[2]在吐哈盆地對(duì)葡萄垂直線源灌灌水技術(shù)進(jìn)行了研究。隨著灌水技術(shù)的發(fā)展,微噴灌水技術(shù)的應(yīng)用也越來越多,如徐學(xué)欣[3]在小麥拔節(jié)期和開花期進(jìn)行微噴補(bǔ)灌,可使水分利用效率提高2.1~2.9 kg/(hm2·mm),達(dá)21.6~23.2 kg/(hm2·mm);Trimmer W.L[4]在微噴灌水試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),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(rèn)為,當(dāng)光照和溫度較高而濕度較小時(shí),其蒸發(fā)飄移損失量則達(dá)到整個(gè)水量的42%;Wang D[6]通過傳統(tǒng)溝灌與噴灌試驗(yàn)對(duì)比,認(rèn)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(qū),光熱資源豐富,而葉綠素在植物進(jìn)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(mèng)雨[8]采用丙酮法測(cè)定植物葉綠素含量值,隨著便攜式葉綠素測(cè)定儀的廣泛應(yīng)用,喬潤(rùn)雨[9]、李志宏[10]、潘義宏[11]和潘靜[12]等人對(duì)蔬菜、糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物及果樹等進(jìn)行全面深入的研究,研究結(jié)果均認(rèn)為SPAD值與葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量間呈顯著的相關(guān)關(guān)系,并得到其回歸方程,通過SPAD值建立的方程式就可計(jì)算出葉綠素的含量,不僅簡(jiǎn)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(duì)油茶、板栗和菜心的葉片葉綠素含量進(jìn)行了測(cè)定,均證實(shí)了以上結(jié)論,并得到了SPAD值與葉綠素含量的回歸方程。目前,劉會(huì)寧[16]、楊莉莉[17]和申海林[18]等人對(duì)不同品種葡萄葉片SPAD值與葉綠素含量的影響已進(jìn)行了相關(guān)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(duì)葉片葉綠素的影響進(jìn)行了研究,在而極端干旱的吐哈盆地,關(guān)于葡萄葉片葉綠素含量的報(bào)道較少,尤其在微噴條件下,噴水周期對(duì)葡萄葉片SPAD值和葉綠素含量的影響研究尚無報(bào)道。筆者對(duì)微噴條件下不同周期處理葉片SPAD值和葉綠素含量及產(chǎn)量進(jìn)行監(jiān)測(cè),分析葉綠素含量和SPAD值間的相互關(guān)系,結(jié)合產(chǎn)量確定適宜的微噴灌水周期,為科學(xué)采用高效節(jié)水技術(shù)提供數(shù)據(jù)支撐,也為葡萄優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)地點(diǎn)位于新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所中心試驗(yàn)基地(北緯42.91°,東經(jīng)90.30°,海拔419 m)。年降雨量25.3 mm,年蒸發(fā)量2 751 mm,≥10 ℃以上積溫為4 522.6~5 548.9 ℃,全年日照時(shí)數(shù)2 900~3 100 h,平均日較差14.3~15.9 ℃,最大可達(dá)17~26.6 ℃,無霜期192~224 d。土壤質(zhì)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(zhǎng)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。
試驗(yàn)于2017年進(jìn)行,共設(shè)3個(gè)微噴周期調(diào)控處理,各微噴處理均是在常規(guī)滴灌的基礎(chǔ)上通過與微噴疊加,組成微噴彌霧調(diào)控灌水技術(shù)處理。3個(gè)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(duì)照處理(CK)采用常規(guī)滴灌,不噴水,共計(jì)4個(gè)處理。每個(gè)處理重復(fù)2次,每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)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(shí)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)SPAD值測(cè)定。采用日本Minolta公司生產(chǎn)的美能達(dá)牌SPAD-502手持便攜式葉綠素儀進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定時(shí),每處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)一致的葡萄蔓,在每個(gè)蔓上按上、中、下不同部位選取1個(gè)枝條,在每個(gè)枝條上按上、中、下不同部分選取3片長(zhǎng)勢(shì)均一的葉片,共27片葉子,并將所有葉片做上標(biāo)記,每次測(cè)定同一片葉子。用葉綠素儀測(cè)定葉片讀數(shù),在葉緣和葉脈中間部位測(cè)定,同時(shí)注意避開有損傷的葉片。同時(shí),在測(cè)定部位上用打孔器進(jìn)行取材,并將打孔圓片及時(shí)冷藏,進(jìn)行葉綠素含量測(cè)定。
(2)葉綠素含量測(cè)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(chǎn)的UV-2550紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。葉綠素計(jì)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(zhǎng)下的光密度;V為定容體積,mL;W為稱樣量,g。
(3)統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化或歸一化處理,經(jīng)過Excel對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以后,用SPSS 22.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和方差分析。
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(shì),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(shì),到晚20∶00達(dá)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(xiàn)出一定的規(guī)律,但變化范圍較大,總體表現(xiàn)上,在整個(gè)監(jiān)測(cè)期內(nèi),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
試驗(yàn)采用SPAD 葉綠素儀和分光光度法同步測(cè)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?cè)~綠素的含量,并對(duì)其SPAD值與葉綠素含量進(jìn)行了相關(guān)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?cè)~綠素含量間均存在極顯著相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.94~0.99,均呈極顯著相關(guān)關(guān)系。
表1 葉片SPAD值與葉綠素含量的相關(guān)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(yīng)的葉綠素a、葉綠素b 以及總?cè)~綠素含量進(jìn)行線性回歸分析,結(jié)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?cè)~綠素含量與SPAD值間呈線性變化規(guī)律,均達(dá)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(shù)為SPAD值隨葉綠素含量變化的速率,其中,總?cè)~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(cè)定的SPAD值。
葡萄葉片SPAD值和葉綠素含量的實(shí)測(cè)值、預(yù)測(cè)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(nèi)波動(dòng);各處理中,WP2處理的各項(xiàng)指標(biāo)值均最高,而WP1處理最低。
表3 葉片SPAD值與葉綠素含量的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值 mg/g
將測(cè)得的葡萄不同處理的SPAD值代入表2回歸方程,計(jì)算出葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量的預(yù)測(cè)值如表3所示,同時(shí),將采用分光光度法測(cè)得的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值一起進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。
表4 不同處理下葉片葉綠素實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)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?cè)~綠素含量的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)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?cè)~綠素含量的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)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?cè)~綠素含量。
葡萄品質(zhì)指標(biāo)如表5所示。在葡萄果粒品質(zhì)指標(biāo)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(biāo)上均低于微噴周期處理。綜合各指標(biāo)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(shù)對(duì)提高葡萄果粒品質(zhì)有促進(jìn)作用。
表5 不同處理下葡萄果粒品質(zhì)指標(biāo)對(duì)比Tab.5 Comparison of quality indexes of grape fruit grain under different treatments
各處理產(chǎn)量如圖3所示。各處理葡萄產(chǎn)量中,WP2最大,其次是CK和WP1處理,WP3處理的產(chǎn)量最低。WP1、WP2、WP3和CK處理的產(chǎn)量分別為13 681.1、14 700.2、12 136.2和12 809.2 kg/hm2。各處理與對(duì)照處理相比,最高增產(chǎn)14.7%,微噴平均產(chǎn)量為13 505.8 kg/hm2,比對(duì)照處理高5.4%。表明通過微噴調(diào)控技術(shù),能夠改變棚架下小環(huán)境氣候,改善了葡萄生長(zhǎng)環(huán)境,從而對(duì)葡萄增產(chǎn)起到了一定的作用。
圖3 不同處理下葡萄產(chǎn)量對(duì)比Fig.3 Comparison of grape yield under different treatments
對(duì)2017年葡萄葉片SPAD值和葉綠素含量及產(chǎn)量的測(cè)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(shì)。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(duì)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(dá)到極顯著正相關(guān),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(dá)到極顯著相關(guān)關(guān)系。3個(gè)噴水方式處理WP1、WP2、WP3的實(shí)測(cè)產(chǎn)量分別為13 681.1、14 700.2和12 136.2 kg/hm2,分別比對(duì)照高出6.8%、14.7%、-5.2%。在葡萄品質(zhì)指標(biāo)方面,其VC含量、多酚含量和單寧含量等多項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)中,微噴處理均優(yōu)于對(duì)照處理。表明利用SPAD值預(yù)測(cè)葉綠素a含量、b含量與總?cè)~綠素含量是可行的,為快速測(cè)定大田葡萄葉片葉綠素含量提供了新的方法。同時(shí),采用合理的微噴灌水周期可促進(jìn)葡萄生理生長(zhǎng),使產(chǎn)量增加品質(zhì)提高。由于此試驗(yàn)僅在1 a中對(duì)微噴周期方式條件下進(jìn)行了分析,對(duì)于不同灌溉定額和不同噴水方式對(duì)葉片葉綠素含量及產(chǎn)量的影響以及光合、葉綠素?zé)晒獾戎笜?biāo)對(duì)葡萄生理的影響等后續(xù)仍需作進(jìn)一步更深入的研究,以期為葡萄高效節(jié)水增產(chǎn)技術(shù)提供更充足的理論和數(shù)據(jù)支撐。