葡光互补对吐鲁番葡萄叶片光合及叶绿素荧光特性的影响

作者:未知

  摘要:本研究以新疆吐鲁番地区主栽品种‘无核白’为研究对象,通过测定葡萄园小气候及叶片光合日变化、叶绿素荧光参数的变化,探讨不同光伏板铺设密度对葡萄叶片光合及叶绿素荧光特性的影响,以期为葡萄园铺设光伏板时选择合适密度提供理论依据。设置6种试验处理,分别为铺设光伏板间隔为0.5m(C1)、1.0m(C2)、1.5m(C3),始终处于板下阴影处(Cy),不铺设光伏板(CK)以及传统小棚架(NEA)。结果表明,C2的温度和光合有效辐射均显著高于Cy,温度显著低于CK和NEA,而光合有效辐射与CK和NEA差异不显著;各处理Pn下降的同时Ci升高,说明‘无核白’光合作用的限制因子主要是非气孔限制。综合来看,在本试验条件下光伏板间隔1.0m为最适铺设密度。
  关键词:葡萄;光伏板;吐鲁番;小气候;光合特性;叶绿素荧光
  中图分类号:S663.104+.6文献标识号:A文章编号:1001-4942(2019)05-0047-05
  光照是影响植物生长发育的重要因素之一,直接影响着植物的光合作用[1]。而光合作用是果树生长发育的基础,通过改变树体有机营养状况影响果实品质,是产量和品质构成的决定性因素[2,3]。新疆吐鲁番地区是全国著名的葡萄产区,最暖月平均气温28~34℃,7—8月日最高温多在40℃以上,活动积温高达5400℃以上,日较差大。年降水量不足20mm,空气相对湿度低,为30%~40%[4]。吐鲁番的光能充足,但当植物吸收的光能超过光合作用所需要时,就会出现过剩的光能,反而会对植物产生潜在的风险[5]。葡萄栽培是为了获得更为高产优质的浆果,在提高果实产量的同时也要改良品质,这就要求叶幕取得最大的光合生产效率[6]。光伏农业包括农光互补、林光互补、渔光互补等模式,而通过在葡萄园上架设光伏板形成全新的葡光互补模式,可实现高效种植,为绿色农业生产提供新的途径[7]。
  近年来,研究人员已对架式栽培葡萄光合特性及荧光参数的变化进行了许多探讨。赵海亮等[8]研究表明不同架式栽培巨峰葡萄叶片Fv/Fm、Fv/Fo日变化呈“V”字型变化,在午间明显下降;立体棚架Fo日变化幅度低于平棚架和篱架。赵妮等[9]研究表明,日光温室中棚架栽培葡萄各时期的全天Pn值及叶片叶绿素含量都高于篱架栽培;从果实膨大期、转色期到成熟期,两种架式栽培葡萄的Pn日变化峰值和均值逐渐降低;Pn与其他光合因素显著相关。单守明等[10]研究了不同架式对设施葡萄光合特性及果实品质的影响,结果表明在果实迅速发育时期,“L”形整形方式显著提高了叶绿素含量及叶片质膜ATPase和叶绿体膜ATPase活性,从而提高了叶片的光合速率。满丽婷等[11]对不同架式晚红葡萄浆果膨大期光合特性的研究表明,3种架式不同部位晚红葡萄叶片的净光合速率日变化相似,都表现出双峰曲线,发生了光合午休现象;立体棚架的净光合速率和叶绿素均高于篱架和平棚架。可以看出,以往的研究多集中在不同架式对葡萄叶片光合及叶绿素荧光特性的影响上,而有关葡光互补型栽培模式对葡萄光合和叶绿素荧光特性的影响尚未见报道。本试验以‘无核白’葡萄为试验材料,通过铺设不同密度的光伏板,探讨葡光互补栽培模式下葡萄叶片光合及叶绿素荧光特性的变化,以期为新型栽培模式的推广应用提供理论依据。
  1材料与方法
  1.1试验材料
  试验于2018年7月在新疆吐鲁番农业科技示范园区(灌耕土)进行,试材为8年生‘无核白’葡萄,树势中庸,株行距4m×5m,南北行向。设3种光伏板铺设密度:板间间隔分别为0.5、1.0、1.5m。基于此,设置6种试验处理,即板间间隔0.5m(C1)、1.0m(C2)、1.5m(C3),始终处于板下阴影处(Cy),不铺光伏板(CK)以及传统小棚架(NEA)。
  1.2测定方法
  1.2.1葡萄园小气候观测方法在每个处理的棚架下沿着植株行间中线每隔5m选取1个观测点,共选取5个观测点,于果实膨大期,采用定点定位观测的方法,使用TNHY-9手持式农业环境检测仪测定空气温度(℃)、相对湿度(%)、CO2浓度(μmol·mol-1),记录时间为10—12时;每个处理放置一个HOBO温光度计,于冬芽膨大期,每隔1h记录一次光照强度及温度相关数据。
  1.2.2光合参数测定方法每个观测点选5株長势中庸、无病虫害且长势一致的植株,每株从架上选5个结果枝,选取3~4节位功能叶,于果实膨大期的8—16时,采用美国产LI-6400便携式光合仪,每隔2h测定一次叶片光合特性。测定参数包括净光合速率(Pn)、光合有效辐射(PAR)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、叶片温度等。
  1.2.3荧光参数测定方法测定光合参数同时测定荧光参数,于13—15时采用FMS-2便携脉冲调制式荧光仪进行测定。叶片的选择同上,让叶片经过充分自然光适应,再用暗适应夹夹好,测定叶片自然光下叶绿素荧光参数的变化。在暗适应30min后,测定叶片的初始荧光值(Fo)、最大荧光值(Fm)、PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)等荧光参数,并计算其非光化学碎灭系数(NPQ)。
  非光化学碎灭系数(NPQ)=(Fm-Fm′)/Fm′
  1.3数据处理
  用MicrosoftExcel软件进行数据处理和表格制作,用SPSS19.0软件进行单因素方差分析(One-wayANOVA)。
  2结果与分析
  2.1不同光伏板密度对葡萄园小气候的影响
  由表1可知,是否铺设光伏板与不同光伏板密度对葡萄园田间温度、相对湿度、CO2浓度、光合有效辐射及光照强度影响显著。C2的田间温度显著高于Cy、C1,但均显著低于C3、CK和NEA。Cy、C1和C2的相对湿度差异不显著,均显著高于C3和CK,显著低于NEA。Cy、C1的CO2浓度最高,显著高于C3、CK和NEA;C2的CO2浓度略低于Cy和C1,但明显高于其它处理。C2的光合有效辐射与CK和NEA差异不显著,但显著低于C3,显著高于Cy和C1。随着光伏板铺设密度的增加,光照强度逐渐降低,NEA光照强度最高,为124919.33lx,分别是C2和Cy光照强度的3.68倍和8.77倍。   由表2可知,所有处理的叶温均在16时达到最高值;各时刻Cy、C1和C2的叶温均显著低于C3、CK和NEA,而C2的叶温显著高于Cy和C1。
  2.2不同光伏板密度对葡萄叶片光合参数日变化的影响
  由图1A可知,各处理葡萄Pn的日变化均呈单峰曲线。其中,Cy和C3的Pn在14时达到峰值,C1、C2、CK及NEA在16时达到峰值。Cy与C1的Pn在14时前相当,显著低于其它处理;14时后,C1的Pn继续上升,至16时最大,之后下降,而Cy的Pn快速下降,显著低于其它处理。
  气孔是植物与外界进行气体交换的器官,气孔导度(Gs)与光合作用的强弱有着密不可分的关系。由图1B可知,Cy的Gs在14时后下降,C1和C2在16时后开始下降;而C3、CK和NEA则是在12时开始下降,说明在这时发生了不同程度的气孔关闭现象。C2的Gs在12时前均显著高于Cy和C1;在12时后与C3、CK和NEA无显著差异。
  CO2是植物进行光合作用的底物,胞间CO2浓度(Ci)影响着其光合作用,进而调控其生长发育。由图1C可知,各处理的Ci日变化呈先下降后有所回升的变化趋势,在8—14时各处理的Ci均随着光合作用增强而降低,之后,Cy和CK持续降低,至16时达到最低值后又略有回升。结合Pn的日变化与表1可以看出,光伏板密度越大,光强越低,葡萄叶片Ci值随之降低,且不同处理Ci最低值的出现时间并无明显规律。
  由图1D可知,葡萄Tr的日变化呈单峰曲线,Cy在14时达到峰值,其余处理均在16时达到峰值,且C2的Tr在16时前显著低于CK与NEA。随着铺设光伏板密度的增加,Tr会相应降低。
  2.3不同光伏板密度对葡萄叶片叶绿素荧光参数的影响
  由表3可知,各处理间Fo并无显著差异。C2的Fm相较于C3和CK无显著差异,却显著低于Cy和C1;NEA的Fm显著低于其余各处理。Fv/Fm隨着光伏板密度的降低而降低,C2的Fv/Fm相较于Cy和C1无显著差异,但明显高于C3和CK,显著高于NEA。C2的NPQ相较于C1、C3、CK和NEA并无显著差异,比Cy提高了3.92倍。
  3讨论
  3.1不同光伏板密度对葡萄园小气候的影响
  新疆吐鲁番地区是高温强光地区,1996—2015年7—8月‘无核白’葡萄生长期间的平均温度在37.8℃左右[12]。强光与高温、低温、干旱等同时存在,很可能会发生光抑制现象,而有效减弱光照强度可以避免光抑制现象的发生。李勃等[13]研究发现,遮阴后葡萄叶幕的光照强度、昼夜温差显著降低。光合作用的暗反应是有酶催化的化学反应,其反应速率受温度影响,因此,温度也是影响光合速率的重要因素。本试验发现,铺设光伏板处理显著降低了田间温度和光照强度,其中,光伏板间隔为1.0m处理的温度和光合有效辐射均显著高于一直处于板下阴影处与光伏板间隔为0.5m的处理,温度显著低于CK和NEA,而光合有效辐射与CK和NEA差异不显著,说明光伏板间隔为1.0m的处理能在降低葡萄园温度的同时不影响其光合有效辐射。
  3.2不同光伏板密度对葡萄叶片光合参数日变化的影响
  光是植物生长的必需环境因子之一,对植物的生长发育和生理变化起着重要作用。本试验发现,铺设光伏板改变了葡萄植株的光合特征。光伏板间隔为1.0m处理的Pn与Gs显著高于一直处于板下阴影处与光伏板间隔为0.5m的处理,与其余各处理差异不显著;在8—16时,光伏板间隔为1.0m处理的Tr虽显著高于一直处于板下阴影处与光伏板间隔为0.5m的处理,但显著低于其余各处理。Farquhar等[14]研究表明,植物在逆境下,光合作用的限制因子分为气孔限制和非气孔限制,如果Pn下降的同时,Ci与Gs也下降,主要是由气孔限制引起的;如果Pn降低伴随着Ci升高,光合作用的主要限制因素则是非气孔因素。本试验结果表明,各处理Pn下降的同时Ci升高,说明‘无核白’光合作用的限制因子主要是非气孔限制。推测认为在光伏板间隔为1.0m处理下,不会像一直处于板下阴影处与光伏板间隔为0.5m的处理,因过度遮阴使‘无核白’葡萄光合机制损伤,从而使光合速率降低,并使其Tr降低从而降低植物水分的损失。
  3.3不同光伏板密度对葡萄叶片叶绿素荧光参数的影响
  Fv/Fm反映了PSⅡ最大光化学效率,也被称为开放的PSⅡ反应中心的能量捕捉效率[15],是诊断是否产生光抑制的重要指标[16]。Fv/Fm的值一般在0.80~0.83之间,是比较恒定的[17]。刘瑞显等[18]研究表明,Fv/Fm降低是光合作用抑制的显著特征。本试验发现,光伏板间隔为1.5m处理、不铺设光伏板以及传统小棚架的Fv/Fm明显低于其他处理且数值小于0.80,这可能是由于光抑制导致的。
  非光化学猝灭系数(NPQ)反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能否用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分,是植物光合机构的一种自我保护机制[19]。本试验发现,NPQ随着光伏板铺设密度的增加而降低,说明葡萄叶片会根据光照强度及时做出适应调节,保护其自身光合机构。
  4结论
  铺设光伏板对新疆吐鲁番地区‘无核白’葡萄叶片光合及叶绿素荧光特性有明显影响。其中,光伏板密度为1.0m的处理在降低温度的同时也不会影响其光合有效辐射,不会使光合速率降低,而且无光抑制现象发生,故在本试验条件下光伏板间隔1.0m为最适铺设密度。
  参考文献:
  [1]陈小玲,陈清西.植物弱光逆境生理的研究进展[J].北方园艺,2014(6):183-187.
  [2]姬东升.桃光合特性的研究[J].吉林农业:下半月,2009(9):74-75.
  [3]王志强,何方,牛良,等.设施栽培油桃光合特性研究[J].园艺学报,2000,27(4):245-250.   [4]孔庆山.中国葡萄志[M].北京:中国农业科学技术出版社,2004.
  [5]郭连旺,沈允钢.高等植物光合机构避免强光破坏的保护机制[J].植物生理学通讯,1996,32(1):1-8.
  [6]张大鹏.叶幕PAR光能截留和分配对葡萄群体光合同化物源库关系的调控[J].植物生态学报,1995,19(4):302-310.
  [7]张晓安.我国太阳能光伏利用的现状、存在问题及其对策[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2009,23(6):18-23.
  [8]赵海亮,赵文东,孙凌俊,等.不同架式巨峰葡萄光合特性与叶绿素荧光参数研究[J].西南农业学报,2015,28(6):2691-2695.
  [9]赵妮,郁松林,赵宝龙,等.日光温室中不同架式对葡萄光合特性及果实品质的影响[J].新疆农业科学,2016,53(11):2023-2032.
  [10]单守明,平吉成,王振平,等.不同架式对设施葡萄光合特性及果实品质的影响[J].山地农业生物学报,2010,29(2):107-111.
  [11]滿丽婷,赵文东,郭修武,等.不同架式晚红葡萄浆果膨大期光合特性研究[J].河南农业科学,2009(3):82-85.
  [12]曹燕,余华,杨红艳,等.浅析无核白葡萄生长关键期的气候条件对产量的影响[J].南方农业,2018,12(21):136-138.
  [13]李勃,李晨,李秀杰,等.遮阴对‘夏黑’葡萄叶幕微环境、叶片质量及果实品质的影响[J].中国果树,2017(5):45-48.
  [14]FarquharGD,SharkeyTD.Stomatalconductanceandphotosynthesis[J].AnnualReviewofPhysiology,1982,33:317-345.
  [15]Bolhar-NoedenkampfHR,quistG.Chlorophyllfluorescenceasatoolinphotosynthesisresearch[M]//HallDO,ScuelockMO,Bolhar-NordenkampfHR,etal.Photosynthesisandproductioninachangingenvironment:afieldandlaboratoymanual.London:Chapman&Hall,1993:193-206.
  [16]徐大全.光合作用效率[M].上海:上海科学技术出版社,2002.
  [17]BjrkmanO,DemmingB.PhotonyieldofO2evolutionandchlorophyllfluorescencecharacteristicsat77Kamongvascularplantsofdiverseorigins[J].Planta,1987,170:489-504.
  [18]刘瑞显,王友军,陈其林,等.花铃期干旱胁迫下氮素水平对棉花光合作用与叶绿素荧光特性的影响[J].作物学报,2008,34(4):675-683.
  [19]侯丽丽,邱毅,孙惠敏,等.除草剂草甘膦对葡萄光合作用及叶绿素荧光特性的影响[J].北方园艺,2018(13):57-62.
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