不同增氧方式對花鈴期棉花葉片光合特性及產(chǎn)量的影響

饒曉娟，付彥博，竇曉靜，孟阿靜，馮耀祖，王治國

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，新疆昌吉 831100)

不同增氧方式對花鈴期棉花葉片光合特性及產(chǎn)量的影響

饒曉娟1，2，付彥博1，竇曉靜1，孟阿靜1，馮耀祖1，王治國1

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，新疆昌吉 831100)

【目的】研究不同增氧方式對棉花生長發(fā)育的機理?！痉椒ā糠治霾煌鲅醴绞较?CK，CO和PO分別表示常規(guī)滴灌、化學增氧和物理增氧)棉花光合特性及產(chǎn)量變化?！窘Y(jié)果】PO、CO處理下棉花的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率分別較對照增加了35.42%和31.60%、172.19%和155.61%、21.27%和16.86%、49.54%和47.52%，棉花的Pn積分值排序依次為PO(93.17)>CO(87.03)>CK(56.09)。CO、PO處理下的根鮮重、根干重分別較CK增加了20.7%和40.76%、9.5%和37.7%，莖鮮重、莖干重、葉鮮重、葉干重、蕾鮮重、蕾干重分別較CK增加了37.9%和90.1%、30.4%和96.3%、50.3%和103.1%、58.8%和102.9%、-38.8%和92.9%、29.5%和106.9%。CO和PO處理下的棉花單株結(jié)鈴數(shù)較CK分別顯著增加了29.5%和53.3%，棉花單鈴的重量、纖維重、棉籽重及衣分分別顯著增加了19.3%和26.7%、13.4%和22.0%、23.0%和29.8%及-4.5%和-3.3%，單產(chǎn)分別增加了54.0%和93.1%。【結(jié)論】物理增氧滴灌有利于安寧渠棉花進行光合作用以及產(chǎn)量增加，化學增氧有利于棉花地上、地下生物量的積累。

棉花；光合特性；增氧滴灌；生物量；產(chǎn)量

0 引 言

【研究意義】棉花(Gossypiumspp.)是新疆最主要的經(jīng)濟作物之一，全疆約有50%的農(nóng)戶從事棉花生產(chǎn)，其收入占農(nóng)民純收入的38%以上[1]。新陸早41號是北疆棉區(qū)主栽品種表現(xiàn)出良好的豐產(chǎn)性和早熟性[2]，也是低氧敏感作物[3]。滴灌、降雨、排水不利等會造成土壤缺氧，從而抑制根系有氧呼吸，最終影響作物的生長發(fā)育[4, 5]。增氧滴灌(通過物理、化學的方式在滴灌水中加氧)能夠?qū)崿F(xiàn)根域氧氣環(huán)境的優(yōu)化，促進作物生長，是高效、節(jié)水、節(jié)能與環(huán)境友好型的最新滴灌技術(shù)，最終達到農(nóng)作物增產(chǎn)、增收[6, 7]。光合作用是綠色植物吸收光能同化二氧化碳和水，制造有機物并釋放氧氣的過程[8]，可從微觀角度直接反映植物的生長狀況(光合特性)。不同增氧滴灌方式會影響作物(棉花)凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度等光合特征，以光合為手段，探尋高效、節(jié)能、有效增加棉花光合的增氧滴灌方式，可對新疆棉花科學、高效種植提供理論依據(jù)和現(xiàn)實應用價值?！厩叭搜芯窟M展】關(guān)于增氧對作物生長影響的研究，已有部分文獻。Surya P等[9]發(fā)現(xiàn)通過增氧滴灌可明顯改善作物的根系分布。黃曉波等[6]采用盆栽試驗，模擬增氧對水稻分蘗期生長特性(株高、根系、光合)的影響，發(fā)現(xiàn)氣泵增氧增加水稻根際土壤的含氧量均有利于水稻分蘗的提早發(fā)生、光合作用(凈光合速率)及根系活力增強。朱練峰等[10]采用大田試驗，發(fā)現(xiàn)增氧灌溉(超微氣泡)使得秀水09和兩優(yōu)培九的葉片凈光合速率分別提高了4.13%和3.78%，氣孔導度也有較大的增加。饒曉娟等[7]通過水培試驗，研究增氧(持續(xù)性增氧、間歇性增氧和化學增氧)對棉花生長的影響，發(fā)現(xiàn)不同增氧方式均可促進棉花生長，其中持續(xù)性增氧效果尤為突出(生物量的積累)。溫改娟、肖衛(wèi)華等均得出增氧灌溉有利于番茄[11]、水稻[12-13]和馬鈴薯[14]等產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善產(chǎn)量增加?！颈狙芯壳腥朦c】增氧能顯著提高作物產(chǎn)量，然而不同增氧方式對棉花的影響尚不明確?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過田間實驗，設(shè)置不同增氧滴灌處理(物理增氧、化學增氧)，測定棉花(新陸早41號)的光合、生長特性、灌水量對不同處理的響應差異，尋找有利于棉花光合作用的增氧滴灌方式。

1 材料與方法

1.1 材 料

新疆農(nóng)業(yè)科學院安寧渠綜合試驗場(87°30′6.52″E，43°58′48.71″N)位于新疆烏魯木齊市以北22 km，海拔680～920 m。屬干旱半干旱荒漠氣候，年均氣溫5～7℃，年降水量180～250 mm，年蒸發(fā)量1 600～2 200 mm。土壤為新疆北部典型土類(灰漠土)，有機質(zhì)含量13.5 g/kg、速效氮51.6 mg/kg、速效磷22.2 mg/kg和速效鉀435 mg/kg。

2015年7月9日，以新陸早41號(花蕾期)為供試品種，種植模式為一膜四行，株行距配制為(20 cm+40 cm+20 cm+60 cm)×9 cm，4月21日播種，5月6日放苗，5月8日補種。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

2015年6月4日、6月17日、6月24日、7月1日、7月9日、7月16日、7月23日、7月30日和8月6日，共灌水9次，化控2次，其他管理相同；試驗以常規(guī)滴灌栽培模式為對照(CK)溶解氧濃度為6.2 mg/L，設(shè)兩種增氧處理：物理增氧(PO，溶解氧濃度為8.21 mg/L)和化學增氧(CO)溶解氧濃度為7.04 mg/L，每個處理設(shè)置三次重復，每小區(qū)三膜，共9個小區(qū)(S=33 m2)。PO采用“B&W微/納米氣泡發(fā)生裝置”(北京新技術(shù)推廣有限公司)制備微納米氣泡水[15]，壓力為0.15 MPa，進氣速率為1.5 L/min；CO采用過氧化尿素[16](上虞潔華化工有限公司)溶解于施肥罐，含N 30%，活性氧16.5%；PO、CK氮肥用量與CO所施過氧化尿素用量相當?shù)哪蛩?N 46%)。

1.2.2 氣體交換參數(shù)日變化測定

增氧處理3 d后(7月12日)測定各處理棉花光合特征參數(shù)。自然光照下，用CI-340超輕型便攜式光合測定系統(tǒng)(CID，China)測定光合生理參數(shù)，每個處理選取株高、地徑一致的3株生長良好的棉花中部外圍的成熟功能葉片進行測定，自10:00～20:00，每2 h測定一次，每葉測定3次，分析數(shù)據(jù)并取算數(shù)平均值。同步測定光響應曲線，選取與光合特性日變化相同植株進行，流量設(shè)定為500 μmol/s，通過CO2注入系統(tǒng)將CO2濃度保持在400 μmol/mol，光合有效輻射值(PAR)依次設(shè)定為2 000、1 500、1 000、800、600、400、200和0 μmol/(m2·s)8個梯度，每一處理重復測定3次。

1.2.3 生長量測定

2015年5月28日、6月7日、6月18日、6月26日、7月7日和8月3日，隨機選取不同處理下(CK、CO和PO)條件下30株棉花，測定地上生物量、地下生物量、結(jié)鈴數(shù)、單鈴參數(shù)及產(chǎn)量等生長特性參數(shù)，取算數(shù)平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2007(Microsoft公司，美國)進行預處理，Origin 8.0(OriginLab公司，美國)制圖，SPSS17.0(IBM公司，美國)進行單因素方差分析(One-way ANOVA)和相關(guān)性分析，Mathematica 5.2(Wolfram Research Inc.公司，美國)進行數(shù)值積分。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同增氧滴灌方式下棉花光合特性

高職院校圖書館信息服務涉獵的專業(yè)學科十分廣泛，因此需要對大量的信息資源進行采集、篩選、分類等方面工作，這就需要管理人員具備較高的專業(yè)技術(shù)水平。但當前很多高職院校圖書館館內(nèi)管理人員專業(yè)水平有待進一步提高，加強對信息技術(shù)服務專業(yè)知識和技能的學習，整體提升高職院校圖書館信息服務質(zhì)量。此外，高職院校圖書館還要重視對專業(yè)化人才的引進，為以后圖書館信息化服務儲備更多的優(yōu)秀人才。

研究表明，在增氧滴灌處理下，棉花葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度、蒸騰速率(Tr)均有較大程度的提高，綜合表現(xiàn)為PO>CO>CK；12:00時，物理、化學處理下棉花的凈光合速率較對照分別增加了35.42%和31.60%，氣孔導度增加了172.19%和155.61%，胞間CO2濃度增加了21.27%和16.86%，蒸騰速率增加了49.54%和47.52%。較高的光合速率和胞間CO2濃度說明其葉片具有較高的同化CO2進行光合產(chǎn)物合成的能力，較高的氣孔導度和蒸騰速率則表明其根系活力較強，說明增氧滴灌更有利于棉花進行光合作用。表1

單因素方差分析結(jié)果表明，08:00～20:00時段，CK、CO和PO的棉花凈光合速率(Pn)的平均值差異極顯著(P=0.000<0.01，F(xiàn)=20.22)，說明各處理對棉花的影響差異極顯著，相應的存在最有利于棉花光合的處理。

在Excel中對不同處理下棉花的Pn值添加多項式趨勢線，并保持R2=1，形成各處理的回歸方程。按照Pn值對PAR積分可得，各處理的Pn積分值排序依次為：93.17(PO)>87.03(CO)>56.09(CK)，說明物理增氧(PO)較其他處理有利于棉花進行光合作用。圖1，表2

注：不同字母表示差異顯著，大寫字母表示差異極顯著(P=0.01)，小寫字母表示性差異顯著(P=0.05)

Note: Different letters indicates the difference is significant, capital letter indicates the difference is significant at the 0.01 level and lowercase letter indicates the difference is significant at the 0.05 level

圖1 增氧滴灌下棉花凈光合速率(Pn)日變化

表2 增氧滴灌下棉花凈光合速率(Pn)回歸方程

注： 變量Y代表Pn，X代表PAR

Note: The letterYrepresents Pn, and theXrepresents PAR

2.2 不同增氧滴灌方式下棉花光合-光響應曲線

光強是影響植物生長的重要環(huán)境因子之一，光合-光響應曲線反映了植物凈光合速率隨光強增減的變化規(guī)律。研究表明，CO和PO處理下棉花的光合-光響應曲線水平均高于CK。光合有效輻射(PAR)為200 μmol/(m2·s)時，各處理下棉花Pn值開始迅速上升。CO和PO處理下，PAR為2 000 μmol/(m2·s)時，Pn值均最大(分別為16.5和26.1 μmol/(m2·s))；CK處理下，PAR為600 μmol/(m2·s)時，Pn值最大(12.68 μmol/(m2·s))。圖2

非直角模型進行擬合分析可知，CK、CO和PO處理下棉花葉片的最大光合速率(Pmax)分別為13.00、17.18和26.76 μmol CO2/(m2·s)，其中PO處理下棉花的Pmax值最大，同此處理下凈光合速率定積分值，進一步推測物理增氧滴灌更有利于棉花進行光合作用。CK、CO和PO處理下棉花的φ值排序依次為：0.063(CK)>0.061(CO)>0.049(PO)，Rd值排序依次是：1.82(CK)>1.75(PO)>0.4(CO)。CK、CO和PO處理下棉花的光飽和點分別為496、904和1 640 μmol/(m2·s)，光補償點分別為28、8和36 μmol/(m2·s)。表3

研究表明，在地下生物量的指標中，CO、PO處理下的根鮮重分別較CK增加了20.7%和40.76，根干重分別較CK增加了9.5%和37.7%。地上生物量指標可知，CO、PO處理下的莖鮮重、莖干重、葉鮮重、葉干重、蕾鮮重、蕾干重分別較CK增加了37.9%和90.1%、30.4%和96.3%、50.3%和103.1%、58.8%和102.9%、-38.8%和92.9%、29.5%和106.9%。增氧(CO、PO)均)處理均有利于棉花地上、地下生物量積累，其中化學增氧效果為更優(yōu)。表4

圖2 增氧滴灌下棉花的光合-光響應曲線

處理Treatments最大光合率Pmax(μmolCO2/(m2·s))表觀量子效率φ(μmolCO2/(m2·s))暗呼吸速率Rd(μmolCO2/(m2·s))光飽和點LSP(μmol/(m-2·s))光補償點LCP(μmol/(m-2·s))CK13.000.0631.8249628CO17.180.0610.49048PO26.760.0491.75164036

表4 不同增氧滴灌方式下棉花生長特性

2.4 不同增氧滴灌方式下棉花產(chǎn)量

研究表明，與CK比較，CO和PO處理下，除衣分顯著下降外(P<0.05)，其他參數(shù)均顯著增加(P<0.05)。CO和PO處理下的棉花單株結(jié)鈴數(shù)較CK分別顯著增加了29.5%和53.3%，棉花單鈴的重量、纖維重、棉籽重及衣分分別顯著增加了19.3%和26.7%、13.4%和22.0%、23.0%和29.8%及-4.5%和-3.3%，單位產(chǎn)量分別增加了54.0%和93.1%。說明增氧(CO、PO)處理均有利于棉花產(chǎn)量積累，其中物理增氧效果為更優(yōu)。表5

表5 不同增氧滴灌方式下棉花生長特性

注：不同字母表示差異顯著，大寫字母表示差異極顯著(P=0.01)，小寫字母表示性差異顯著(P=0.05)

Note: Different letters indicates the difference is significant, capital letter indicates the difference is significant at the 0.01 level and lowercase letter indicates the difference is significant at the 0.05 level

3 討 論

12:00時，物理、化學處理下棉花的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率分別較對照增加了35.42%和31.60%、172.19%和155.61%、21.27%和16.86%、49.54%和47.52%，說明增氧處理(化學、物理)均較對照有利于棉花進行光合作用，這與黃曉波等[6]探究增氧對水稻分蘗期生長特性研究中得出的結(jié)論相似，以生長特性(株高)手段說明觀點，這是之后實驗可以借鑒的方法。進一步分析，可基本得出物理增氧滴灌較其他處理(常規(guī)滴灌、化學增氧滴灌)更有利于棉花進行光合作用，這一結(jié)論與黃曉波等[6]探究增氧對水稻分蘗期生長特性研究中的實驗目標、思路類似。朱練峰[10]利用光合手段，在大田試驗中得出增氧滴灌(超微氣泡)對秀水09和兩優(yōu)培九葉片凈光合速率等分別提高了4.13%和3.78%，較該試驗結(jié)論(35.42%和31.60%)小。

在一定自然條件下，植物葉片的最大光合速率(Pmax)表示了葉片的最大光合能力[17]。實驗得出，物理增氧滴灌下棉花的最大凈光合速率值最大(26.76 μmol CO2/(m2·s))，說明棉花在此處理下葉片的最大光合能力最強。表觀量子效率(φ，通常值在0.03～0.07)，反映弱光條件下，植物吸收轉(zhuǎn)換和利用光的能力，值越大說明植物葉片具有越高光能轉(zhuǎn)化效率。實驗得出，增氧滴灌下棉花的表觀量子效率值排序依次為：0.063(CK)>0.061(CO)>0.049(PO)，說明增氧滴灌使得棉花通過降低弱光光能轉(zhuǎn)化效率，維持較高的凈光合速率值。暗呼吸速率(Rd)是植物在無光條件下的呼吸速率，反應植物的生理活性[18, 19]。增氧滴灌下棉花的暗呼吸速率值排序依次是：1.82(CK)>1.75(PO)>0.4(CO)，說明增氧滴灌使得棉花在無光條件下的生理活性降低。光飽和點反映了植物利用強光能力大小，光補償點反映了植物利用弱光能力大小。光補償點低、光飽和點高的植物對強光環(huán)境的適應性較強，反之則較弱[20, 21]。常規(guī)滴灌水、化學增氧滴灌和物理增氧滴灌下的棉花葉片光飽和點分別為496、904和1 640 μmol/(m2·s)，光補償點分別為28、8和36 μmol/(m2·s)。物理增氧滴灌下棉花葉片光補償點最高，光飽和點低(<50)，說明此處理下棉花對強光環(huán)境的適應性最強。

增氧(CO、PO)處理均有利于棉花生長及地上、地下生物量積累，其中化學增氧效果為更優(yōu)。根系是植株汲取土壤養(yǎng)分和水分的重要器官，采用增氧滴灌灌溉方式，能有效促進植株生長，增加植株地下、地上生物量。饒曉娟等[7]通過水培試驗，發(fā)現(xiàn)增氧(持續(xù)性增氧、間歇性增氧和化學增氧)均可促進棉花生長，其中持續(xù)性增氧滴灌更有利于棉花生物量的積累，這與實驗結(jié)論相似，也是實驗設(shè)定增氧處理的基礎(chǔ)和依據(jù)；綜上綜合宏觀(生長特性、生物量等)微觀(光合特性、葉綠素)參數(shù)闡述增氧滴灌對棉花生長的影響是研究亮點，水培方法將是今后研究側(cè)重的實驗手段之一，探究不同增氧方式(持續(xù)性增氧、間歇性增氧和化學增氧)對作物生長的影響是未來研究的難點突破要點。

增氧(CO、PO)處理下，除衣分顯著下降外(P<0.05)，其他參數(shù)均顯著增加(P<0.05)，達到了優(yōu)質(zhì)增產(chǎn)的效果。其中，化學增氧、物理增氧的單位產(chǎn)量分別增加了54.0%和93.1%，物理增氧效果為更優(yōu)。

4 結(jié) 論

4.1 化學增氧、物理增氧處理下，安寧渠棉花的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率分別較對照增加了35.42%和31.60%、172.19%和155.61%、21.27%和16.86%、49.54%和47.52%；棉花的Pn積分值排序依次為PO(93.17)>CO(87.03)>CK(56.09)，物理增氧滴灌下的最大凈光合速率值最大(26.76 μmol CO2/(m2·s))。說明物理增氧滴灌有利于棉花進行光合作用。

4.2 地下生物量指標，化學增氧、物理增氧下安寧渠棉花根鮮重分別較對照增加了20.7%和40.76，根干重分別較對照增加了9.5%和37.7%。說明化學增氧滴灌有利于棉花地下生物量的積累。

4.3 地上生物量指標可知，化學增氧、物理增氧下安寧渠棉花莖鮮重、莖干重、葉鮮重、葉干重、蕾鮮重、蕾干重分別較對照增加了37.9%和90.1%、30.4%和96.3%、50.3%和103.1%、58.8%和102.9%、-38.8%和92.9%、29.5%和106.9%。說明化學增氧滴灌也有利于棉花地上生物量的積累。

4.4 與對照比較，化學增氧、物理增氧下棉花單株結(jié)鈴數(shù)分別顯著增加了29.5%和53.3%，棉花單鈴的重量、纖維重、棉籽重及衣分分別顯著增加了19.3%和26.7%、13.4%和22.0%、23.0%和29.8%及-4.5%和-3.3%，單位面積(667 m2)產(chǎn)量分別增加了54.0%和93.1%。其中物理增氧有利于棉花產(chǎn)量的增加。

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Effect of Different Aeration Methods on Photosynthetic Characteristics and Yield of Cotton Leaves at Flowering Stage

RAO Xiao-juan1,2, FU Yan-bo1, DOU Xiao-jing1, MENG A-jing1, FENG Yao-zu1, WANG Zhi-guo1

(Research Institute of Soil, Fertilizer and Agricultural Water Conservation, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China; 2. Xinjiang Vocational College of Agriculture, ChangjiXinjiang 831100, China)

【Objective】 To research the mechanism of cotton growth and development with different aeration methods.【Method】The effects of different aeration methods on photosynthetic characteristics and yield of cotton were analyzed. (CK, CO and Po represent conventional drip irrigation, chemical aeration and physical aeration, respectively.)【Result】The results showed that the net photosynthetic rate, stomatal conductance, intercellular CO2concentration and transpiration rate of cotton increased by 35.42%, 31.60%, 172.19% and 155.61%, 21.27% , 16.86%, 49.54% and 47.52%, respectively under PO and CO treatments. The order of PN integral value of cotton was PO (93.17) > CO (87.03) > CK (56.09). The root fresh weight and root dry weight under CO and PO treatments increased by 20.7%, 40.76%, 9.5% and 37.7%, respectively, compared with CK. Stem fresh weight, stem dry weight, leaf fresh weight, leaf dry weight, bud fresh weight and bud dry weight were increased by 37.9%, 90.1% 30.4%, 96.3%, 50.3% and 103.1% compared with CK under CO treatment, 58.8%, 102.9%, -38.8%, 92.9%, 29.5% and, 106.9%, respectively compared with CK under PO treatment. The number of cotton boll was significantly increased by 29.5% and 53.3% respectively under CK and PO treatment compared with CK. Cotton boll weight, fiber weight, seed weight and lint percentage were increased by 19.3% ,26.7%, 13.4% and 22%, 23%, 29.8%, -4.5% and -3.3%, and the yield were increased by 54% and 93.1% under CO and PO treatments.【Conclusion】In summary, physical oxygen enrichment and drip irrigation are beneficial for photosynthesis and yield increase ofGossypiumspp. and chemical oxygen enrichment is beneficial to the accumulation of aboveground biomass and underground biomass in Anningqu.

Gossypiumspp.; photosynthetic characteristics; aerated irrigation; biomass; yield

WANG Zhi-guo(1980-)，Associate Professor，(E-mail)：wangzhiguo214@126.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.07.004

2017-02-15

國家自然科學基金項目“膜下加氧滴灌對棉田土壤環(huán)境及棉花生長的影響”(41261076)；“滴灌灌溉水溫對新疆灰漠土環(huán)境及棉花生長的影響機制研究”(51169025)；新疆水利科技項目專項(2015Y04)

饒曉娟(1979-)，女，副教授，博士，研究方向為土壤生態(tài)，(E-mail)raoxiaojuan@qq.com

王治國(1980-)，男，副研究員，研究方向為土壤生態(tài)與農(nóng)業(yè)節(jié)水，(E-mail)wangzhiguo214@126.com

S562

A

1001-4330(2017)07-1200-08

Supported by: the National Natural Science Foundation of China "Effect of Mulched Drip Oxidation on Soil Environment and Growth of Cotton in Xinjiang" (41261076) and "Effects of Drip Irrigation Water Temperature on Xinjiang Gray Desert Soil and Cotton Growth" (51169025); Special Projects of Water Conservancy of Xinjiang, (2015Y04)