不同灌溉量對甘藍光合特性、水分利用效率和產量的影響

摘要：研究了不同灌溉量對甘藍光合特性、水分利用效率和產量的影響。結果表明，甘藍苗期處理4的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量均高于對照，但差別不明顯；蓮座期處理4的葉綠素a含量較對照高18.08%，類胡蘿卜素含量較對照高23.35%；結球期處理4的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的含量均高于其他處理，光合速率也高于其他處理，經濟產量較對照高8.8%；在灌溉等量水的情況下，結球中后期處理2的葉綠素含量降低，光合作用減弱，經濟產量低于對照；處理5由于未澆水，其葉綠素合成受阻，結球期光合速率和蒸騰速率最低，產量也最低。地膜覆蓋條件下，澆3次水（處理2）和不澆水（處理5）都不利于產量形成，也達不到節水和高產的目標；而只在甘藍結球前期澆1次水（處理4），有利于結球期葉片葉綠素的合成和光合速率的提高，并能保持適宜的蒸騰速率和較高的水分利用效率，從而形成最高的經濟產量。

關鍵詞：甘藍；灌溉量；光合速率；水分利用效率；產量

中圖分類號： S635.07 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0155-03

收稿日期：2014-03-07

基金項目：河北省科技支撐計劃（編號：11220701D）；河北北方學院創新人才培育基金（編號：CXRC1309）；河北北方學院優秀學術創新團隊建設項目（編號：CXTD1307）。

作者簡介：羅永華（1975—），男，內蒙古赤峰人，碩士，講師，從事蔬菜品質及營養檢測等方面的研究。E-mail：nlkjxyyy@163.com。冀西北壩上地區屬于高寒半干旱區，該區水資源匱乏，人均水資源、地下水資源分別為我國平均值的20%、5%，在作物生長季節5—9月份，該地的降水量占全年的88.1%，而且降水與作物的耗水基本上同步[1]。此外，嚴酷的自然環境、脆弱的生態經濟條件、日益下降的土地生產能力已經限制了該區經濟的可持續發展[2]。近些年來，由于蔬菜產業的快速發展，人們以經濟效益最大化作為產業優化的目標，而置社會和生態環境效益于不顧，其結果是水資源利用取得了一時一地的經濟效益[3]，但卻最終造成了區域生態環境的日益惡化[4]。因此，提高水資源的利用效率，發展節水灌溉農業，從而促進經濟建設的發展，使水資源環境得以可持續發展勢在必行。目前，有關不同水分條件對作物光合特性的研究已有大量報道[5-10]，但有關對冀西北壩上地區甘藍（Brassica oleracea L.）進行不同灌溉量處理后光合特性變化的研究還未見報道。因此，本試驗通過對甘藍進行不同灌溉量處理，研究其光合特性和產量的變化，以期為冀西北壩上地區水資源的合理開發和高效利用提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗選用冀西北壩上地區主栽甘藍品種中甘11，由張北縣農業局提供。

1.2試驗設計

試驗于2013年6—9月在河北省張北縣饅頭營鄉科技園區進行，試驗地土壤為草甸栗鈣土，0～20 cm土層含有機質26.9 g/kg、全氮1.09 g/kg、堿解氮109 mg/kg、速效磷（P2O5）9.49 mg/kg、速效鉀（K2O）121 mg/kg，pH值7.6。甘藍于6月19日進行露地播種育苗，7月19日定植，9月19日收獲；高畦栽培，處理覆蓋地膜，對照不覆膜，畦高12 cm，畦面寬 60 cm。每畦定植2行幼苗，株距33 cm，行距45 cm。小區面積84 m2，隨機區組排列，設3次重復。定植前每小區施等量的底肥。為防溝渠滲漏，以后每次均使用水龍帶澆水。

試驗設5個處理：處理1（對照）、處理2，分別于苗期、結球前期和結球中期各澆1次水，共澆3次；處理3，分別在甘藍結球前期、結球中期各澆1次水，共澆2次；處理4，只在甘藍結球前期澆1次水；處理5，在甘藍澆定植水后不澆水。所有處理在定植時的澆水量相同，甘藍每個處理每個生長時期每次澆水量均為191 m3/hm2，以利于幼苗成活。

1.3測定內容與方法

采用美國CID公司生產的CI301-PS光合儀測定甘藍葉片的光合速率和蒸騰速率；參照張憲政的方法[11]測定甘藍葉片的葉綠素含量。以上測定內容所取葉樣均為不同時期完全展開的相同葉位的葉片，光合速率測定時間為晴天上午 10：00—11：00。采用烘干法測定定植前和收獲時0～60 cm土層的含水量。收獲時統計小區產量。

2結果與分析

2.1不同時期甘藍葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素及葉綠素a+葉綠素b的變化

由圖1可知，在甘藍的整個生長期內，每個處理葉綠素a、葉綠素b的變化趨勢是一致的，呈先升高后下降的趨勢，并且于結球前期達到了最高值；類胡蘿卜素在甘藍整個生長期雖然也呈現出先升高后下降的趨勢，但其達到最高值的時期是在蓮座期，這就有利于保護葉綠素a和葉綠素b免受光能的傷害[12]。

由圖1還可以看出，在苗期，處理1（對照）的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量均不高于其他處理，但各處理之間差別不明顯；蓮座期處理1的葉綠素a、類胡蘿卜素含量明顯低于其他處理，其中處理2、處理3、處理4、處理5的葉綠素a含量分別比對照高1196%、20.58%、18.08%、18.36%，處理2、處理3、處理4、處理5的類胡蘿卜素含量分別比對照高2454%、24.62%、23.35%、23.75%；處理2的葉綠素a含量低于處理3、處理4、處理5，這可能是由于處理2在苗期已經澆過1次水，再加上自然降水，使其土壤含水量過高所造成的；此外，處理2、處理3、處理4、處理5之間的葉綠素b、類胡蘿卜素含量沒有明顯的差別。

進入結球期后，由于處理5仍然沒有進行灌水，自然降水已經不能滿足甘藍快速生長對水分的需要，土壤含水量在一定程度上限制了甘藍葉球的迅速生長，也抑制了葉片中葉綠素的生物合成，因此由圖1可以看出，處理5的葉綠素a含量明顯低于其他處理；處理4的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量在結球期的各個階段都是最高的，這是由于處理4只在結球前期灌1次水，從而為甘藍的后期生長提供了適宜的土壤水分，也有利于葉綠素的合成；處理2、處理3在結球中期、結球后期的葉綠素b、類胡蘿卜素含量低于對照和處理4，這與處理2、處理3在接受自然降水的同時，在結球期灌了2次水，外加處理2苗期的1次灌水，造成了土壤含水量過高，從而降低了植株根系的活力，使得葉綠素的合成受到一定程度的影響有關。

2.2不同時期甘藍葉片光合速率的變化

圖2表明，甘藍定植后的整個生長期內各處理的光合速率均呈單峰曲線：隨著生長時期的推進，光合速率逐漸升高，在結球前期、結球中期出現峰值，結球后期隨著植株的衰老和外界溫度的降低，光合速率又逐漸下降。

由圖2還可以看出，在苗期，覆膜處理的光合速率都高于處理1（對照），其中處理2最高，較對照高出28.67%，這可能是由于覆蓋地膜使甘藍定植后的緩苗時間縮短，提前進入正常的生長；在蓮座期，各處理間的光合速率差別不明顯，處理1和處理2在苗期結束時灌了1次水，處理1的光合速率有所提高，而處理2的光合速率雖有所提高，但是與處理3、處理4、處理5差別不明顯，可見在苗期結束時的灌水對處理2是不必要的。

由圖2還可以看出，進入結球期后，各處理在結球前期、結球中期的光合速率差別較明顯；在結球后期，隨著葉片的衰老及環境溫度和光照強度的降低，各處理間的光合速率差別不明顯。處理5在整個生長期都沒灌水，在一定程度上造成了土壤水分的虧缺，進而影響了地上部葉片的光合速率，致使其光合速率在結球期內最低；處理4在結球期比其他處理的光合速率都高；處理2、處理3在結球期雖然灌了2次水，但是其光合速率也低于處理4，處理2在結球中期的光合速率甚至還低于對照，說明地上部葉片的光合速率與土壤的含水量不是成正比的，只有在土壤含水量適合植株生長時，植株的光合速率才最強。

2.3不同時期甘藍葉片蒸騰速率的變化

圖3表明，甘藍在定植后的整個生長期內，隨著植株的生長，各處理的蒸騰速率呈現先上升后下降的趨勢，在植株生長的旺盛期，蒸騰速率也達到了最大值；到了結球后期，由于植株的衰老，其蒸騰作用也下降；但是在植株生長的不同時期，不同的土壤水分條件使植株表現出了不同的蒸騰速率。

由圖3還可以看出，處理2在整個生長期的蒸騰速率一直表現為最高，其中蓮座期、結球前期、結球中期分別比對照（處理1）高54.39%、33.74%、48.34%；處理2的蒸騰速率高峰比其他處理出現的早，這樣處理2的高蒸騰強度就會維持較長時間，從而造成大量的奢侈耗水，這可能是由于處理2在整個生長期的土壤含水量充足，蒸騰所需的水分供應充足，造成葉肉細胞水勢與其周圍空氣水勢差增大，導致水分大量散失；處理3在結球中期的蒸騰速率較對照高43.76%；處理4的蒸騰速率在整個生長期基本與對照相當；處理5的蒸騰速率從結球前期開始低于其他處理，在結球中期、結球后期分別比對照低15.32%、24.3%，這是由于在只接受自然降水的情況下，處理5的土壤含水量少，導致土壤水勢降低，不能及時補充葉肉細胞因蒸騰所散失掉的水分；在結球后期，對照、處理2、處理3、處理4的蒸騰速率沒有明顯的差別，這是由于此期間外界環境條件（如溫度的降低、光強的減弱和空氣濕度的增高等）成為抑制植株蒸騰的主導因子。

2.4不同處理甘藍的產量和水分利用效率

從表1可以看出，處理5的經濟產量和生物產量均最低，且其生物產量與其他處理間差異顯著（P<0.05），而經濟產量雖與處理2差異不顯著，但與其他處理間存在顯著的差異（P<0.05）；處理5的生物產量和經濟產量分別比處理1（對照）低7.5%、10.2%；生物產量最高的是處理3，處理4次之，對照與處理2之間生物產量沒有明顯的差別；雖然處理4的生物產量排第2位，但是其經濟產量卻最高，且與其他處理間達到顯著性差異，處理4的經濟產量比對照提高了8.8%。

試驗結果還表明，雖然處理2與處理1灌同樣多的水，但在結球中后期，處理2的葉綠素含量降低，使其光合作用減弱，降低了甘藍生長后期的生產能力，因而其經濟產量低于處理1。處理5由于未澆水，其葉綠素合成受阻，使其結球期光合速率和蒸騰速率最低，因而導致產量最低。因此，在冀西北壩上地區采用地膜覆蓋種植甘藍，只在結球前期灌1次水（處理4），能改善甘藍的光合特性，增加產量，可達到少灌2次水的目的，這與張天年等研究甘薯需水規律的結論[15]是一致的。

覆蓋地膜后，如果在植株生長的盛期仍然大量灌水，會促進葉片的旺長，不利于產品器官的形成，并且隨著灌水量的增加，耗水量也增加，土壤水分雖有利于蒸騰，但水分利用效率降低，造成奢侈灌水。因此，適度的水分虧缺不一定會使產量顯著降低，反而會使水分利用效率顯著提高[16]，本研究也支持了這種觀點。

由此可見，土壤水分含量過高或過低都會使甘藍結球期葉片的葉綠素含量、光合速率和水分利用效率降低，最終導致產量降低，因此只有適時適量的灌溉，才能達到高產和節水的目的。

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