降塵對棉花光合作用及氮素含量的影響

殷彩云+王家強+柳維揚+牛建龍

摘要：通過大田對照試驗，借助Li-6400光合儀、葉綠素儀，研究降塵對棉花光合參數、SPAD值和氮素含量的影響。結果表明，在苗期降塵對棉花光合特性的影響非常明顯，其凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）的差異均達到了極顯著水平，而對葉綠素含量的影響在苗期也非常顯著，SPAD值的差異在苗期也達到了顯著水平，對葉片含氮量的影響在苗期也較為明顯，因此降塵對棉花苗期生長影響最大。

關鍵詞：降塵；棉花；光合作用；氮素

中圖分類號： S429；S562.04 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0116-03

降塵是極端干旱區沙塵或浮塵等災害性天氣現象的產物，在大氣中依靠重力自然沉降下來的固體顆粒物，大氣降塵的粒徑多小于100 μm，可以長時間懸浮于大氣中，并且在風力的作用下長距離、大范圍傳輸，對人類的生活和植物的生長都造成了一定的不良影響。棉花是我國最重要的經濟作物之一，在我國農業生產及國民經濟建設中發揮著重要作用。隨著大氣環境的不斷惡化，沙塵和浮塵天氣不斷增多，直接導致降塵量的增加和空氣質量的下降。目前，棉花生產的側重點主要還是集中在品種和施肥量上，卻忽略了環境條件尤其是降塵對棉花的影響。國外很早就有學者注意到空氣中的顆粒物對植物存在影響，煤煙降塵能夠堵塞植物氣孔，阻礙植物CO2的交換并影響葉片葉綠素含量，影響多種作物光合強度，使得作物品質、干物質量下降[1-4]。國內的研究發現灰塵顆粒物在植物表面積累，降低其光合速率，使其葉溫升高，加劇高溫對葉組織的脅迫并使植物對干旱的敏感性增加[5]。自然降塵影響棉花葉片細胞的內含物[6]。本研究以塔里木盆地北緣阿拉爾綠洲墾區為研究區，該區在研究降塵對棉花生長的影響方面具有一定代表性，試驗設置未接受降塵（對照）和接受降塵（處理）2組處理3個重復，測定棉花不同生育期的光合參數、SPAD值和全氮含量，探討降塵對棉花光合作用及氮含量的影響，從而為研究降塵對棉花生長發育的影響提供理論基礎，為干旱區棉花栽培技術的改革以及進一步的應用推廣提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2012年在位于塔克拉瑪干沙漠西北緣和塔里木河上游西南進行，研究區是典型極端干旱荒漠綠洲過渡帶。地理位置為80°30′～81°58′E、40°22′～40°57′N，海拔在（1 000.0±20） m，受塔克拉瑪干沙漠的影響，年平均太陽總輻射量為544.115～590.156 kJ/cm2，年日照時數為2 920.7～3 158.3 h，無霜期205～219 d。年平均氣溫為10.7～11.4 ℃，年有效積溫為4 113.7 ℃，生長季平均氣溫16.7～19.8 ℃，≥10 ℃的年平均持續日數為201 d，極端最高溫度為39.4[KG*3]℃，極端最低溫度為-25.0[KG*3]℃，年水分蒸發量為1 880.0 mm，年降水量僅約50 mm，蒸降比為38 ∶1。風沙災害頻繁，每年3—6月風沙頻繁發生，是該地區降塵危害發生集中季節。光照充足、熱量豐富，屬典型的大陸性極端干旱荒漠氣候類型。試驗區為典型的綠洲棉田，土壤類型為極端干旱荒漠鹽堿土。

1.2 材料與試驗設計

供試材料為陸地棉（Gossypium hirsutum）中棉49。試驗于新疆生產建設兵團農一師十團試驗站大田進行。試驗設置2個處理3個重復。對照組采用定期淋洗葉面的方式使棉花不受降塵影響，處理組則是在自然環境下使棉花受到降塵的影響。供試棉花于2012年4月9日播種，膜下滴灌，行株距為60 cm×10 cm，種植密度為21萬株/hm2，小區面積30 m2。

1.3 方法

1.3.1 光合特性的測定 測棉花功能葉片的光合參數，以Li-6400 光合儀，在棉花苗期到吐絮期選晴天12：00—14：00之間，測定功能葉片的光合參數；每次測定各處理棉花功能葉片5～10張，取平均值用于統計分析。為減少因環境條件變化引起的測定誤差，每次測定在30 min內完成。

1.3.2 SPAD值的測定 用SPAD葉綠素儀測定棉花功能葉片的SPAD值；每株棉花在功能葉片上（打頂前倒四葉，打頂后頂葉）選擇3個點進行測量，每次測定20張葉片的SPAD值，取平均值得到功能葉片的SPAD值。

1.3.3 植株氮含量的測定 在每個處理中，采集棉花功能葉片，殺青、烘干后，測定植株的氮含量。測定采用硫酸-過氧化氫消煮，堿化蒸餾定氮法，測定重復3次。

2 結果與分析

2.1 降塵對棉花光合特性的影響

試驗中棉花光合參數的測定主要在苗期進行。光合參數凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）作為棉花光合特性的主要參數，能較好地反映棉花光合特性，對其進行測定分析。

從表1可知，除了氣孔導度（Cond）處理略高于對照外，受降塵影響的棉花其凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）都低于不受降塵影響的棉花，說明降塵對棉花光合作用有明顯的影響。降塵長期在棉花葉面積累，引起棉花光合速率的降低，影響棉花干物質的形成、細胞間CO2的傳導和葉面水分的傳遞，最終影響棉花產量。

由表2可知，樣本對Pn、Ci、Tr的差異顯著性指標均小于0.01，說明受降塵影響的棉花與不受降塵影響的棉花在其凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）上差異極顯著；而樣本對Cond差異顯著性指標大于0.05，說明受降塵影響的棉花與不受降塵影響的棉花在其氣孔導度（Cond）上差異不顯著。由于影響光合作用的因素主要是光照、二氧化碳濃度、溫度、礦質元素、水分，降塵附著在棉花葉片上影響了葉片接受光照的效率，也影響了葉片對二氧化碳的吸收，同時也降低了葉片上水分的蒸騰速率，因此，受降塵影響棉花比不受降塵影響棉花的光合速率、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率要低。而氣孔導度表示的是氣孔張開的程度，影響光合作用、呼吸作用及蒸騰作用，尤其對蒸騰有直接的影響，與蒸騰作用成正比，理論上光合速率、胞間二氧化碳濃度和蒸騰作用大，氣孔導度也應該大，但本研究結果顯示不受降塵影響的棉花比受降塵影響的棉花的氣孔導度（Cond）小0.165 mol/（m2·s）。

2.2 降塵對棉花葉綠素含量的影響

一定范圍內葉綠素含量的高低直接影響葉片的光合能力。土壤水分變化對膜下滴灌植株的葉片光合作用及根系生理單位葉面積葉綠素含量與SPAD值的回歸分析，二者呈顯著的線性相關，y=0.014 5x-0.308 7（r=0.785 6）[7]。結果顯示受降塵影響的棉花（處理）比不受降塵影響的棉花（對照）在苗期、蕾期和鈴期功能葉片的SPAD值要略高一些，即葉綠素含量要略高一些，而吐絮期則低一些。

由表3可以得出：樣本對蕾期、鈴期、吐絮期SPAD值的差異顯著性指標均大于0.05，說明受降塵影響的棉花（處理）與不受降塵影響的棉花（對照）在蕾期、鈴期和吐絮期功能葉片的SPAD值差異不顯著；而樣本對苗期SPAD值的差異顯著性指標略小于0.05，說明受降塵影響的棉花（處理）與不受降塵影響的棉花（對照）在苗期功能葉片的SPAD值差異顯著。說明降塵在苗期時對棉花葉綠素含量的影響比較明顯，而對苗期過后的蕾期、花期、鈴期和吐絮期的影響都不明顯。因此，棉花在苗期受降塵影響后，其光合特性在此期間也會受到明顯影響。

2.3 降塵對棉花氮素含量的影響

作物產量的高低，不但取決于光合產物的生產總量，而且與光合產物在產品器官與非產品器官間的分配密切相關，在作物生長發育過程中，同化物在各器官不斷進行轉化與分配，因此，光合速率的快慢直接決定了光合產物的多少，從而決定了營養器官中貯藏物質的水平[8]。本研究在棉花苗期、蕾期、花期、鈴期和吐絮期分別取棉花的功能葉片，測定其氮含量。

在棉花苗期，對照功能葉片的氮素含量比處理的要明顯高很多（表4），即不受降塵影響的棉花（對照）苗期功能葉片的氮素含量比受降塵影響的棉花（處理）要高，而其他生育期變化不是很明顯。

由圖1可知，在棉花生長的苗期、蕾期、花期和鈴期4個生育期中，處理組的SPAD值均高于對照組的SPAD值；降塵對棉花含氮量影響的主要階段是在苗期，在其他生育階段的影響沒有苗期明顯。

4 討論與結論

本研究通過設置不受降塵（對照）和接受降塵（處理）2個處理3個重復的方式，分析了棉花在2個不同處理間的光合特性、SPAD值和氮素含量的差異，揭示了降塵對棉花光合作用及氮素含量的影響，結果表明：在苗期降塵對棉花光合特性的影響非常明顯；其凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）差異達到了極顯著水平；降塵對棉花葉綠素含量的影響在苗期也顯著，其SPAD值的差異在苗期也達到了顯著水平；降塵對棉花全生育期葉片含氮量均有影響，但對棉花苗期葉片含氮量影響最大。

總之，通過研究棉花在2個不同處理間的光合特性、SPAD和氮素含量的差異，可知降塵對棉花光合作用及氮素含量影響主要在苗期，對其他生育時期影響不大或影響低于苗期。由于影響棉花光合作用和氮素含量的因素很多，如二氧化碳濃度、光照、水分、礦質元素、溫度等，因此如何能排除土壤肥力差異，同時排除試驗對照設置時水分的影響，從而獲得更為可靠的數據，來說明降塵這一單因素對棉花光合作用的影響效果，有待進一步研究。

參考文獻：

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