水氮耦合對蘋果光合特性和果實(shí)品質(zhì)的影響

孫霞,柴仲平,蔣平安,方 雷

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊830052)

作物產(chǎn)量的高低首先取決于光合作用系統(tǒng)中的光合葉面積和光合效率,而水、肥是影響光合作用不可缺少的因素,二者相互促進(jìn)和相互制約。土壤水分和養(yǎng)分是果樹生長發(fā)育所必須的物質(zhì)基礎(chǔ),二者融為一體儲(chǔ)存于土壤中,對果樹生長發(fā)育和光合產(chǎn)物的形成存在著既相互促進(jìn),又相互制約的關(guān)系[1]。光合作用是果樹生長和結(jié)果的基礎(chǔ),研究果樹的光合特性,有利于了解果樹的生長特性,指導(dǎo)果樹生產(chǎn)。蘋果光合作用的研究在我國多始于20世紀(jì)80年代末90年代初,主要是山西、山東等產(chǎn)區(qū)在紅星、金冠等品種上,采用傳統(tǒng)的半葉法進(jìn)行研究,誤差較大[2]。近年來隨著便攜式光合儀的普及應(yīng)用,蘋果光合特性的研究開始增多,目前果樹光合作用的影響主要集中在水分脅迫的研究上[3-5],但針對新疆產(chǎn)區(qū)未見報(bào)道。

新疆具有得天獨(dú)厚生態(tài)環(huán)境,是葡萄、蘋果、香梨等果樹的天然樂園。阿克蘇地區(qū)是新疆特色果樹的主要產(chǎn)區(qū),盛產(chǎn)蘋果、核桃等。2000年以來,新疆果樹生產(chǎn)發(fā)展迅速,已成為新疆一大支柱產(chǎn)業(yè),成為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)和農(nóng)民增收的主要源泉。由于缺乏合理的施肥、灌水技術(shù)和量化指標(biāo),果樹營養(yǎng)失調(diào),致使該區(qū)蘋果初果期晚,大小年嚴(yán)重,果樹生產(chǎn)潛力未能充分發(fā)揮。本研究以新疆南部阿克蘇地區(qū)紅富士蘋果為材料,研究水、肥對蘋果光合特性及品質(zhì)的影響,提高果樹水分、養(yǎng)分利用效率,指導(dǎo)果樹生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師9團(tuán)十三連 (40°34′00″N,81°17′15″E),屬暖溫帶干旱荒漠地區(qū),氣候干燥。平均年降水量42.4 mm,年蒸發(fā)量2 110.5 mm。無霜期205～219 d。年均氣溫10.7℃。試驗(yàn)區(qū)土壤為棕漠土,土壤有機(jī)質(zhì)含量11.91 g/kg,速效氮22.6 mg/kg,速效磷17.78 mg/kg,速效鉀104 mg/kg,p H為8.2。

1.2 供試樹種

供試樹種為喬化紅富士,海棠砧木,樹體生長健壯,樹高4.4～6.0 m,冠幅 4.1～7.2 m,葉面積指數(shù)1.42～5.07,樹勢中庸,樹齡15 a,株行距4 m ×6 m。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

滴灌施P2O5(225 kg/hm2)與K2O(37.5 kg/hm2)為固定值,以滴灌水量與施N量為決策變量采用二因子五水平正交組合設(shè)計(jì),共設(shè)9個(gè)處理,每處理9株樹,3次重復(fù)。具體試驗(yàn)方案見表1。試驗(yàn)用氮肥為尿素(N含量46%),磷肥選用磷酸一銨(P2O5含量64%),鉀肥選用硫酸鉀(K2O含量50%)。全生育期共滴灌水7次,每次灌水量相同。萌芽-開花期滴灌水4次,分別在萌芽前、萌芽后、新梢生長期、開花前隨水施入70%的氮肥,40%的磷肥,30%的鉀肥。果實(shí)生長期滴灌水3次,分別在坐果、果實(shí)膨大、果實(shí)成熟期,隨水施入30%的氮肥、60%的磷肥,70%的鉀肥。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 葉片光合指標(biāo)及測定 光合特性測定于2009年7月中旬選擇晴朗、無浮云的天氣進(jìn)行,采用英國PP-systems公司生產(chǎn)的便攜式光合TPS-2測定系統(tǒng),采用開放式氣路。測試時(shí)采用樹冠中上部、向陽面生長健壯、葉齡相對一致的健康成熟5片營養(yǎng)枝葉片作供試材料,并保證該葉片全天處于自然光照的條件下,于9：00-20：00每2 h觀測光合日變化指標(biāo)1次。每次測定讀取3個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值,取平均值。測試指標(biāo)包括：凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、空氣CO2濃度(Ca)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、光強(qiáng)(PAR)。利用 Excel處理制作圖表,進(jìn)行比較分析。

1.4.2 果實(shí)品質(zhì)指標(biāo) 可溶性固形物用WYT-32手持折光儀測定;可滴定酸用NaOH中和滴定法測定;果實(shí)硬度用HP-30型果實(shí)硬度計(jì)測定,每個(gè)果實(shí)測定對應(yīng)的兩面,每處理測定10個(gè)果實(shí),取平均值;果形指數(shù)用游標(biāo)卡尺測量果實(shí)縱橫徑,用縱橫徑之比表示。

表1 試驗(yàn)方案

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮條件對紅富士蘋果光合特性的影響

2.1.1 蘋果光合速率的變化 由圖1可以看出,在果實(shí)生長階段紅富士蘋果的光合速率的日變化中,各處理凈光合速率在9：00-11：00時(shí)均隨著光強(qiáng)的增加和溫度的升高而迅速上升,于11：00左右出現(xiàn)第一次高峰,處理9的光合速率的最高,為23.4 mol/(m2?s);之后各處理隨著光強(qiáng)的繼續(xù)增加和溫度的升高而開始下降,處理 5在15：00出現(xiàn)最低值,為 10.4 mol/(m2?s),說明其光合作用存在明顯的“午休”現(xiàn)象。“午休”現(xiàn)象是由于中午溫度過高,蒸騰速率過盛,大氣相對濕度較低,導(dǎo)致氣孔關(guān)閉而引起的[6]。

從圖1中還可以看出,雖然處理1為高水高肥,但其光合速率并未顯著高于其他處理,表明灌水量為7 905 m3/hm2,施氮量為510 kg/hm2的水肥處理對蘋果光合速率的提高作用不明顯。從17：00-19：00時(shí)段里除了處理8和處理9之外,其他處理的光合速率的變化相似,為下降趨勢,但下降幅度不大,仍保持較高的光合速率。說明中水高肥和高水高肥的肥水組合對光合速率的保持有一定的作用。

圖1 不同水氮處理蘋果光合速率的變化

2.1.2 氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化 氣孔導(dǎo)度是植物氣孔傳導(dǎo)CO2和水汽的能力,植物通過改變氣孔的開度等方式來控制與外界的CO2和水汽交換,從而調(diào)節(jié)光合速率和蒸騰速率。由圖2可知,紅富士蘋果一天中氣孔導(dǎo)度的變化是先升高然后再降低,最后趨于平緩。在9：00-11：00時(shí),氣孔導(dǎo)度緩慢上升,11：00-15：00上升速度迅速,除處理6外,各處理的氣孔導(dǎo)度在15：00達(dá)到當(dāng)日最高值。低水分條件下的各肥料處理的氣孔導(dǎo)度顯著低于中水分各肥料處理和高水分條件的各肥料處理的氣孔導(dǎo)度。低水低肥處理的氣孔導(dǎo)度最低。一天中的氣孔導(dǎo)度的最低值多出現(xiàn)在9：00左右,而氣孔導(dǎo)度的最高值多出現(xiàn)在15：00左右的處理9中,表明中肥中水的處理對增加氣孔導(dǎo)度的作用很明顯。高水中肥處理的氣孔導(dǎo)度顯著高于低水中肥處理,表明在中度水分條件下,施用較多的氮肥可以提高氣孔導(dǎo)度利于光合的進(jìn)行。

圖3反映了不同水氮處理蘋果蒸騰速率的變化,各處理的蒸騰速率變化基本一致,在13：00時(shí)出現(xiàn)第一次高峰,之后變化迅速,15：00時(shí)之前,隨光強(qiáng)的增加和氣溫的升高呈現(xiàn)上升趨勢,15：00時(shí)各處理均達(dá)到當(dāng)日最高值,蒸騰速率的最大值出現(xiàn)在處理1中,峰值為8.19 mmol/(m2?s)。最小值則出現(xiàn)在低水低肥處理和低水中肥處理中,15：00時(shí)后開始下降,是由于光照逐漸減弱,植物體內(nèi)水分減少,氣孔逐漸關(guān)閉的原因所致。17：00時(shí)之后蒸騰速率下降較快。低水中肥的肥水組合的蒸騰速率最低,保水效果最好。

圖2 不同水氮處理蘋果氣孔導(dǎo)度的變化

圖3 不同水氮處理蘋果蒸騰速率的變化

2.1.3 胞間CO2濃度的變化 圖4反映出一天中蘋果胞間CO2濃度值的變化情況。各處理間CO2濃度變化趨勢基本一致,變化幅度不大。在9：00達(dá)到當(dāng)日最大值后迅速下降,11：00之后緩慢上升,15：00出現(xiàn)第2次低谷,之后CO2濃度又有所上升。在水分一定的情況下,中肥的CO2濃度最高。相同氮肥供應(yīng)條件下,高水處理比低水處理的胞間CO2濃度高。低水低肥處理的胞間CO2濃度值最低。

圖4 不同水氮處理胞間 CO2濃度變化

2.2 水氮對紅富士蘋果品質(zhì)的影響

不同處理的果實(shí)在采收時(shí)可溶性固形物的含量各不相同,以處理5的果實(shí)可溶性固形物含量最高,處理2最低(表2)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在水分供應(yīng)相同的情況下,隨著氮肥供應(yīng)的增多,可溶性固形物的含量在逐漸下降,表明高氮不利于果實(shí)內(nèi)含物的積累,影響果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)。在氮肥供應(yīng)相同的條件下,高水處理比低水和中水處理的可溶性固形物高。水分一定的條件下,氮肥供應(yīng)越多,果實(shí)可滴定酸含量越高。施氮量相同時(shí),水分供應(yīng)越多,果實(shí)可滴定酸含量也有提高。生產(chǎn)中為降低果實(shí)酸度應(yīng)控制氮肥的施用量和減少水分供應(yīng)。但各氮素水平果園可滴定酸的變異較大,說明可滴定酸受其它因子影響較大。在水分一定的條件下,減少氮肥供應(yīng)可提高果實(shí)的果形指數(shù)。

表2 不同水氮處理蘋果品質(zhì)的變化

果實(shí)硬度是果實(shí)品質(zhì)高低,耐貯耐運(yùn)的標(biāo)志[7]。研究結(jié)果表明,在水分一定的條件下,氮肥供應(yīng)越多果實(shí)硬度越強(qiáng);在氮肥供應(yīng)一定的條件下,中度的水分供應(yīng)比高水和低水供應(yīng)表現(xiàn)出來的果實(shí)硬度更高。高氮處理與低氮處理果實(shí)硬度顯著低于中高氮處理與中低氮處理,表明氮素過高或過低都不利于提高果實(shí)硬度。

3 結(jié)論

在本研究中,蘋果葉片的凈光合速率日變化過程中呈雙峰曲線,光合作用存在明顯的“午休”現(xiàn)象。高水高肥處理對提高光合作用效果不明顯。中肥中水處理對顯著增加氣孔導(dǎo)度。高水中肥處理的氣孔導(dǎo)度顯著高于低水中肥處理。低水中肥的肥水組合的蒸騰速率最低,保水效果最好。

水氮耦合對蘋果品質(zhì)影響較大,對改善果實(shí)形狀、硬度和大小也有一定的積極作用。高氮不利于果實(shí)內(nèi)含物的積累,影響果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)。水分一定的條件下,氮肥供應(yīng)越多,果實(shí)可滴定酸含量越高。施氮量相同時(shí),水分供應(yīng)越多,果實(shí)可滴定酸含量也有提高。生產(chǎn)中為降低果實(shí)酸度應(yīng)控制氮肥的施用量和減少水分供應(yīng)。在水分一定的條件下,減少氮肥供應(yīng)可提高果實(shí)的果形指數(shù)。綜合不同水氮處理對蘋果果實(shí)品質(zhì)的影響進(jìn)行評價(jià),肥水管理以灌溉量5 250 m3/hm2、氮肥施用量600 kg/hm2方案能獲得較高的品質(zhì)效益。

[1] 鄭文君,范崇輝,韓明玉.不同天氣對蘋果葉片光合特性的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,16(6)：124-127.

[2] 王繼和,張明,王春榮,等.金冠、毛里斯、新紅星蘋果光合特性的研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2000,20(5)：802-811.

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