不同灌溉量对甘蓝光合特性、水分利用效率和产量的影响

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  摘要:研究了不同灌溉量对甘蓝光合特性、水分利用效率和产量的影响。结果表明,甘蓝苗期处理4的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均高于对照,但差别不明显;莲座期处理4的叶绿素a含量较对照高18.08%,类胡萝卜素含量较对照高23.35%;结球期处理4的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的含量均高于其他处理,光合速率也高于其他处理,经济产量较对照高8.8%;在灌溉等量水的情况下,结球中后期处理2的叶绿素含量降低,光合作用减弱,经济产量低于对照;处理5由于未浇水,其叶绿素合成受阻,结球期光合速率和蒸腾速率最低,产量也最低。地膜覆盖条件下,浇3次水(处理2)和不浇水(处理5)都不利于产量形成,也达不到节水和高产的目标;而只在甘蓝结球前期浇1次水(处理4),有利于结球期叶片叶绿素的合成和光合速率的提高,并能保持适宜的蒸腾速率和较高的水分利用效率,从而形成最高的经济产量。
  关键词:甘蓝;灌溉量;光合速率;水分利用效率;产量
  中图分类号: S635.07 文献标志码: A 文章编号:1002-1302(2014)07-0155-03
  收稿日期:2014-03-07
  基金项目:河北省科技支撑计划(编号:11220701D);河北北方学院创新人才培育基金(编号:CXRC1309);河北北方学院优秀学术创新团队建设项目(编号:CXTD1307)。
  作者简介:罗永华(1975—),男,内蒙古赤峰人,硕士,讲师,从事蔬菜品质及营养检测等方面的研究。E-mail:[email protected]。冀西北坝上地区属于高寒半干旱区,该区水资源匮乏,人均水资源、地下水资源分别为我国平均值的20%、5%,在作物生长季节5—9月份,该地的降水量占全年的88.1%,而且降水与作物的耗水基本上同步[1]。此外,严酷的自然环境、脆弱的生态经济条件、日益下降的土地生产能力已经限制了该区经济的可持续发展[2]。近些年来,由于蔬菜产业的快速发展,人们以经济效益最大化作为产业优化的目标,而置社会和生态环境效益于不顾,其结果是水资源利用取得了一时一地的经济效益[3],但却最终造成了区域生态环境的日益恶化[4]。因此,提高水资源的利用效率,发展节水灌溉农业,从而促进经济建设的发展,使水资源环境得以可持续发展势在必行。目前,有关不同水分条件对作物光合特性的研究已有大量报道[5-10],但有关对冀西北坝上地区甘蓝(Brassica oleracea L.)进行不同灌溉量处理后光合特性变化的研究还未见报道。因此,本试验通过对甘蓝进行不同灌溉量处理,研究其光合特性和产量的变化,以期为冀西北坝上地区水资源的合理开发和高效利用提供理论依据。
  1材料与方法
  1.1试验材料
  试验选用冀西北坝上地区主栽甘蓝品种中甘11,由张北县农业局提供。
  1.2试验设计
  试验于2013年6—9月在河北省张北县馒头营乡科技园区进行,试验地土壤为草甸栗钙土,0~20 cm土层含有机质26.9 g/kg、全氮1.09 g/kg、碱解氮109 mg/kg、速效磷(P2O5)9.49 mg/kg、速效钾(K2O)121 mg/kg,pH值7.6。甘蓝于6月19日进行露地播种育苗,7月19日定植,9月19日收获;高畦栽培,处理覆盖地膜,对照不覆膜,畦高12 cm,畦面宽 60 cm。每畦定植2行幼苗,株距33 cm,行距45 cm。小区面积84 m2,随机区组排列,设3次重复。定植前每小区施等量的底肥。为防沟渠渗漏,以后每次均使用水龙带浇水。
  试验设5个处理:处理1(对照)、处理2,分别于苗期、结球前期和结球中期各浇1次水,共浇3次;处理3,分别在甘蓝结球前期、结球中期各浇1次水,共浇2次;处理4,只在甘蓝结球前期浇1次水;处理5,在甘蓝浇定植水后不浇水。所有处理在定植时的浇水量相同,甘蓝每个处理每个生长时期每次浇水量均为191 m3/hm2,以利于幼苗成活。
  1.3测定内容与方法
  采用美国CID公司生产的CI301-PS光合仪测定甘蓝叶片的光合速率和蒸腾速率;参照张宪政的方法[11]测定甘蓝叶片的叶绿素含量。以上测定内容所取叶样均为不同时期完全展开的相同叶位的叶片,光合速率测定时间为晴天上午 10:00—11:00。采用烘干法测定定植前和收获时0~60 cm土层的含水量。收獲时统计小区产量。
  2结果与分析
  2.1不同时期甘蓝叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及叶绿素a+叶绿素b的变化
  由图1可知,在甘蓝的整个生长期内,每个处理叶绿素a、叶绿素b的变化趋势是一致的,呈先升高后下降的趋势,并且于结球前期达到了最高值;类胡萝卜素在甘蓝整个生长期虽然也呈现出先升高后下降的趋势,但其达到最高值的时期是在莲座期,这就有利于保护叶绿素a和叶绿素b免受光能的伤害[12]。
  由图1还可以看出,在苗期,处理1(对照)的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均不高于其他处理,但各处理之间差别不明显;莲座期处理1的叶绿素a、类胡萝卜素含量明显低于其他处理,其中处理2、处理3、处理4、处理5的叶绿素a含量分别比对照高1196%、20.58%、18.08%、18.36%,处理2、处理3、处理4、处理5的类胡萝卜素含量分别比对照高2454%、24.62%、23.35%、23.75%;处理2的叶绿素a含量低于处理3、处理4、处理5,这可能是由于处理2在苗期已经浇过1次水,再加上自然降水,使其土壤含水量过高所造成的;此外,处理2、处理3、处理4、处理5之间的叶绿素b、类胡萝卜素含量没有明显的差别。
  进入结球期后,由于处理5仍然没有进行灌水,自然降水已经不能满足甘蓝快速生长对水分的需要,土壤含水量在一定程度上限制了甘蓝叶球的迅速生长,也抑制了叶片中叶绿素的生物合成,因此由图1可以看出,处理5的叶绿素a含量明显低于其他处理;处理4的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量在结球期的各个阶段都是最高的,这是由于处理4只在结球前期灌1次水,从而为甘蓝的后期生长提供了适宜的土壤水分,也有利于叶绿素的合成;处理2、处理3在结球中期、结球后期的叶绿素b、类胡萝卜素含量低于对照和处理4,这与处理2、处理3在接受自然降水的同时,在结球期灌了2次水,外加处理2苗期的1次灌水,造成了土壤含水量过高,从而降低了植株根系的活力,使得叶绿素的合成受到一定程度的影响有关。   2.2不同时期甘蓝叶片光合速率的变化
  图2表明,甘蓝定植后的整个生长期内各处理的光合速率均呈单峰曲线:随着生长时期的推进,光合速率逐渐升高,在结球前期、结球中期出现峰值,结球后期随着植株的衰老和外界温度的降低,光合速率又逐渐下降。
  由圖2还可以看出,在苗期,覆膜处理的光合速率都高于处理1(对照),其中处理2最高,较对照高出28.67%,这可能是由于覆盖地膜使甘蓝定植后的缓苗时间缩短,提前进入正常的生长;在莲座期,各处理间的光合速率差别不明显,处理1和处理2在苗期结束时灌了1次水,处理1的光合速率有所提高,而处理2的光合速率虽有所提高,但是与处理3、处理4、处理5差别不明显,可见在苗期结束时的灌水对处理2是不必要的。
  由图2还可以看出,进入结球期后,各处理在结球前期、结球中期的光合速率差别较明显;在结球后期,随着叶片的衰老及环境温度和光照强度的降低,各处理间的光合速率差别不明显。处理5在整个生长期都没灌水,在一定程度上造成了土壤水分的亏缺,进而影响了地上部叶片的光合速率,致使其光合速率在结球期内最低;处理4在结球期比其他处理的光合速率都高;处理2、处理3在结球期虽然灌了2次水,但是其光合速率也低于处理4,处理2在结球中期的光合速率甚至还低于对照,说明地上部叶片的光合速率与土壤的含水量不是成正比的,只有在土壤含水量适合植株生长时,植株的光合速率才最强。
  2.3不同时期甘蓝叶片蒸腾速率的变化
  图3表明,甘蓝在定植后的整个生长期内,随着植株的生长,各处理的蒸腾速率呈现先上升后下降的趋势,在植株生长的旺盛期,蒸腾速率也达到了最大值;到了结球后期,由于植株的衰老,其蒸腾作用也下降;但是在植株生长的不同时期,不同的土壤水分条件使植株表现出了不同的蒸腾速率。
  由图3还可以看出,处理2在整个生长期的蒸腾速率一直表现为最高,其中莲座期、结球前期、结球中期分别比对照(处理1)高54.39%、33.74%、48.34%;处理2的蒸腾速率高峰比其他处理出现的早,这样处理2的高蒸腾强度就会维持较长时间,从而造成大量的奢侈耗水,这可能是由于处理2在整个生长期的土壤含水量充足,蒸腾所需的水分供应充足,造成叶肉细胞水势与其周围空气水势差增大,导致水分大量散失;处理3在结球中期的蒸腾速率较对照高43.76%;处理4的蒸腾速率在整个生长期基本与对照相当;处理5的蒸腾速率从结球前期开始低于其他处理,在结球中期、结球后期分别比对照低15.32%、24.3%,这是由于在只接受自然降水的情况下,处理5的土壤含水量少,导致土壤水势降低,不能及时补充叶肉细胞因蒸腾所散失掉的水分;在结球后期,对照、处理2、处理3、处理4的蒸腾速率没有明显的差别,这是由于此期间外界环境条件(如温度的降低、光强的减弱和空气湿度的增高等)成为抑制植株蒸腾的主导因子。
  2.4不同处理甘蓝的产量和水分利用效率
  从表1可以看出,处理5的经济产量和生物产量均最低,且其生物产量与其他处理间差异显著(P<0.05),而经济产量虽与处理2差异不显著,但与其他处理间存在显著的差异(P<0.05);处理5的生物产量和经济产量分别比处理1(对照)低7.5%、10.2%;生物产量最高的是处理3,处理4次之,对照与处理2之间生物产量没有明显的差别;虽然处理4的生物产量排第2位,但是其经济产量却最高,且与其他处理间达到显著性差异,处理4的经济产量比对照提高了8.8%。
  试验结果还表明,虽然处理2与处理1灌同样多的水,但在结球中后期,处理2的叶绿素含量降低,使其光合作用减弱,降低了甘蓝生长后期的生产能力,因而其经济产量低于处理1。处理5由于未浇水,其叶绿素合成受阻,使其结球期光合速率和蒸腾速率最低,因而导致产量最低。因此,在冀西北坝上地区采用地膜覆盖种植甘蓝,只在结球前期灌1次水(处理4),能改善甘蓝的光合特性,增加产量,可达到少灌2次水的目的,这与张天年等研究甘薯需水规律的结论[15]是一致的。
  覆盖地膜后,如果在植株生长的盛期仍然大量灌水,会促进叶片的旺长,不利于产品器官的形成,并且随着灌水量的增加,耗水量也增加,土壤水分虽有利于蒸腾,但水分利用效率降低,造成奢侈灌水。因此,适度的水分亏缺不一定会使产量显著降低,反而会使水分利用效率显著提高[16],本研究也支持了这种观点。
  由此可见,土壤水分含量过高或过低都会使甘蓝结球期叶片的叶绿素含量、光合速率和水分利用效率降低,最终导致产量降低,因此只有适时适量的灌溉,才能达到高产和节水的目的。
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