南疆棗園風(fēng)沙特征及對(duì)棗樹花粉活力、柱頭可授性的影響

張禮春 劉彤 郝曉冉

摘要：以南疆紅棗主產(chǎn)區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4個(gè)試驗(yàn)區(qū)和田駿棗為材料，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)為墾區(qū)綠洲邊緣防護(hù)林完整的棗園，Ⅳ區(qū)為500 m內(nèi)無防護(hù)林的棗園，對(duì)比分析不同區(qū)域風(fēng)沙特征及對(duì)棗樹花粉活力、柱頭可授性的影響，以探明風(fēng)沙對(duì)果園棗樹授粉受精的危害。結(jié)果表明，園中近防護(hù)林Ⅰ區(qū)風(fēng)速相對(duì)很小，隨著Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)防護(hù)林的遠(yuǎn)離，風(fēng)速逐漸增大，4個(gè)區(qū)的降塵量呈逐漸下降趨勢(shì);強(qiáng)風(fēng)沙脅迫下和田駿棗的花粉活力、柱頭可授性呈現(xiàn)為Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅳ區(qū)，而弱風(fēng)沙脅迫下和田駿棗的花粉活力、柱頭可授性呈現(xiàn)為Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)。因此，在風(fēng)沙區(qū)棗園防護(hù)林建設(shè)中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙氣候特征，以棗樹對(duì)風(fēng)沙最為敏感的授粉受精期為依據(jù)設(shè)置防護(hù)林林帶間距，以提高紅棗的生產(chǎn)效益。

關(guān)鍵詞：風(fēng)沙;棗樹;授粉受精;花粉活力;柱頭可授性;南疆

中圖分類號(hào)： S424;S665.104 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）02-0121-03

花粉活力和柱頭可授性是有性植物授粉受精的前提和保障，極易受到溫度、濕度、光照、風(fēng)和昆蟲等外界環(huán)境因素的干擾[1]。新疆維吾爾自治區(qū)擁有得天獨(dú)厚的光熱資源，近年來特色林果產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，其中南疆棗樹發(fā)展最為迅速，面積達(dá)到46.7萬hm2，成為中國乃至世界重要的優(yōu)質(zhì)紅棗生產(chǎn)基地[2-3]。然而，南疆春、夏季風(fēng)沙災(zāi)害頻繁、突發(fā)性強(qiáng)、成災(zāi)面廣[4]，時(shí)常伴有大風(fēng)和降塵等現(xiàn)象[5]，給當(dāng)?shù)貤棙渖a(chǎn)造成嚴(yán)重影響[6]，尤其在授粉受精期最為敏感。目前，國內(nèi)關(guān)于風(fēng)沙與果樹授粉受精關(guān)系的研究是通過人工模擬或者控制自然因素來展開，主要集中在單因素水平上。陳虹等研究表明，沙塵天氣引起的自然降塵對(duì)南疆核桃的授粉受精可產(chǎn)生負(fù)作用[7];李文慧等通過人工模擬南疆降塵作用于盛花期的杏樹發(fā)現(xiàn)，杏樹減產(chǎn)可達(dá)到26.6%[8];劉孟軍等通過人工模擬自然風(fēng)脅迫花期棗樹，結(jié)果表明，風(fēng)速超過6 m/s對(duì)棗樹授粉受精可產(chǎn)生危害[9]。國外有關(guān)沙塵天氣與果樹授粉受精的研究相對(duì)極少，大多主要圍繞公路灰塵、工業(yè)粉塵、大氣中SO2和NOx排放、重金屬顆粒等人為環(huán)境[10-11]對(duì)果樹授粉受精的影響進(jìn)行研究。

風(fēng)沙天氣是一個(gè)風(fēng)沙交互作用的過程，其發(fā)生方式、范圍、強(qiáng)度、頻率、尺度等具有多樣性和復(fù)雜性，風(fēng)沙活動(dòng)的頻繁可對(duì)棗樹授粉受精產(chǎn)生一定危害，不利于棗樹產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)棗樹栽培技術(shù)的精細(xì)化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化要求更高[12]，深入研究風(fēng)沙對(duì)果園棗樹花粉活力、柱頭可授性的影響，可為南疆紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展及防護(hù)林建設(shè)提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于昆侖山北麓和塔克拉瑪干沙漠之間，海拔介于1 304～1 397 m之間，屬典型的內(nèi)陸極端干旱暖溫帶大陸性氣候，風(fēng)沙天氣頻繁。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站2007—2016年近10年氣象數(shù)據(jù)資料顯示，研究區(qū)年平均風(fēng)速為3.1 m/s，最大瞬時(shí)風(fēng)速為23.5 m/s，年平均浮塵天氣為189 d，揚(yáng)沙天氣為65 d，沙塵暴為11 d。

1.2 試驗(yàn)樣區(qū)選擇

試驗(yàn)區(qū)選在新疆維吾爾族自治區(qū)墾區(qū)西邊的棗園，基于現(xiàn)有建園體系，選擇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)4個(gè)試驗(yàn)區(qū)（圖1），其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)設(shè)在墾區(qū)綠洲邊緣防護(hù)林完整的棗園，Ⅳ區(qū)設(shè)在500 m內(nèi)無防護(hù)林的棗園，試驗(yàn)區(qū)的棗樹統(tǒng)一化管理。綠洲邊緣沙漠曠野區(qū)及每個(gè)試驗(yàn)區(qū)分別設(shè)有自動(dòng)氣象記錄儀和積塵器。

1.3 試驗(yàn)材料與儀器設(shè)備

供試材料為7年生、矮化密植的和田駿棗（Ziziphus jujuba cv. Junzao），株、行距為1.2 m×4 m，樹高平均為2 m，平均冠幅為1.8 m×1.5 m，平均基徑為9.0 cm。主要儀器設(shè)備有自動(dòng)風(fēng)速風(fēng)向記錄儀、濕法積塵器、便攜式顯微鏡、解剖鏡等。

1.4 試驗(yàn)方法

棗樹進(jìn)入盛花期，在2016年5月13日晴天無風(fēng)沙天氣及2016年5月14日22：00（編號(hào)為No.1）、5月17日02：00（編號(hào)為No.2）開始的2次不同強(qiáng)度風(fēng)沙時(shí)期，以風(fēng)沙發(fā)生前套紙袋的花朵作為對(duì)照，分別于2016年5月14、15、17日測(cè)定4個(gè)區(qū)及對(duì)照處理的棗樹花粉活力和柱頭可授性。

1.5 測(cè)定內(nèi)容和方法

1.5.1 花粉活力 采用2，3，5-三苯基氯化四氮唑（TTC）法[13]測(cè)定花粉活力：上午10：00—12：00，每個(gè)區(qū)采集迎風(fēng)面樹冠外圍萼片展平期、活力相對(duì)最強(qiáng)的花[14]15～25朵; 分別取少許花粉置于載玻片上，加1～2滴0.5% TTC蔗糖溶液，蓋上蓋玻片，置于野外便攜式恒溫箱中15～25 min;野外在便攜式顯微鏡下觀察，花粉粒呈無色或淡紅色表示無活力，紅色的即表示有活力，觀察15～25張玻片，每張玻片取5個(gè)視野調(diào)查100粒花粉粒;計(jì)算花粉活力，公式為：

花粉活力=視野中被染紅色花粉粒數(shù)/視野總花粉粒 數(shù)×100%。

1.5.2 柱頭可授性 采用聯(lián)苯胺-過氧化氫法[13]測(cè)定柱頭可授性：于12：00—15：00，每個(gè)區(qū)采集迎風(fēng)面樹冠外圍花瓣展平期、可授性相對(duì)最高的花[14]15～25朵;將1%聯(lián)苯胺 ∶ 3%過氧化氫 ∶ 水按體積比4 ∶ 11 ∶ 22配制成的反應(yīng)液滴入凹載玻片上的凹陷處，取棗花柱頭浸入其中，若柱頭無氣泡生成或極少量氣泡生成即認(rèn)為柱頭沒有可授性，有大量氣泡生成且變藍(lán)則認(rèn)為柱頭有可授性;統(tǒng)計(jì)柱頭可授性百分率，計(jì)算公式為：

柱頭可授性=變藍(lán)色且有氣泡產(chǎn)生的柱頭數(shù)/觀察的柱頭總數(shù)×100%。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 13.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用Origin 8.5軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)2次風(fēng)沙的風(fēng)速與降塵特征

由圖2可知，墾區(qū)綠洲西邊沙漠曠野2 m高處2次風(fēng)沙10 min內(nèi)的平均風(fēng)速均超過5 m/s，起沙風(fēng)速的風(fēng)向主要以西風(fēng)（W）、西南偏西（WSW）、西南風(fēng)（WS）為主，占比分別為75%、14%、7%，多為塔克拉瑪干沙漠南緣起沙。由圖3可知，風(fēng)速、降塵受到防護(hù)林和棗樹等下墊面的影響明顯;除Ⅰ區(qū)外，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)的No.1風(fēng)沙日平均風(fēng)速明顯大于No.2，No.1相對(duì)為強(qiáng)風(fēng)沙天氣、No.2為弱風(fēng)沙天氣;風(fēng)沙從沙漠曠野區(qū)經(jīng)防護(hù)林后到棗園，降塵量高低依次為曠野區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)，降塵量持續(xù)降低，主風(fēng)向西風(fēng)由于受到防護(hù)林的阻擋，棗園Ⅰ區(qū)的風(fēng)速降到很低，出現(xiàn)的極大風(fēng)速僅為1.9 m/s，平均風(fēng)速為0.09 m/s;隨防護(hù)林的遠(yuǎn)離，棗園試驗(yàn)區(qū)的風(fēng)速逐漸增大，即風(fēng)速大小依次為Ⅳ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅰ區(qū)。

2.2 風(fēng)沙對(duì)花粉活力的影響

由表1可知，晴天，各試驗(yàn)區(qū)的花粉活力在37.4%～42.4% 之間，套袋的棗樹花粉活力略大于未套袋的，但相互間差異不顯著（P>0.05）;No.1、No.2風(fēng)沙下，各試驗(yàn)區(qū)套袋處理（對(duì)照）的棗樹花粉活力相互間差異不顯著;No.1風(fēng)沙下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋（自然）的花粉活力分別為8.3%、13.2%、11.1%、5.2%，即花粉活力高低為Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅳ區(qū)，均極顯著低于套袋的棗樹花粉活力（P<0.01），其中，Ⅳ區(qū)未套袋的花粉活力極顯著低于Ⅱ區(qū)的，顯著低于Ⅰ、Ⅲ區(qū)的（P<0.05）;No.2風(fēng)沙下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋的花粉活力分別為28.5%、27.3%、25.1%、24.3%，即花粉活力高低為Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)，其中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋的花粉活力極顯著低于套袋的，Ⅰ區(qū)未套袋的花粉活力顯著低于套袋的，與Ⅱ、Ⅲ區(qū)自然條件下的差異不顯著。

2.3 風(fēng)沙對(duì)柱頭可授性的影響

由表2可知，晴天，各試驗(yàn)區(qū)的柱頭可授性在34.2%～37.8% 之間，套袋的棗樹柱頭可授性多略低于未套袋的，而相互間差異不顯著（P>0.05）;No.1、No.2風(fēng)沙下，各試驗(yàn)區(qū)套袋處理（對(duì)照）的棗樹柱頭可授性相互間差異不顯著;No.1風(fēng)沙下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋的柱頭可授性分別為5.3%、17.4%、10.4%、2.1%，即柱頭可授性高低依次為Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅳ區(qū)，均極顯著低于套袋的柱頭可授性（P<0.01）;Ⅳ區(qū)未套袋的柱頭可授性相對(duì)最低，極顯著低于Ⅱ、Ⅲ區(qū)的，與Ⅰ區(qū)的相互間差異不顯著;No.2風(fēng)沙下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)未套袋的柱頭可授性分別為24.6%、19.8%、13.6%、9.7%，即柱頭可授性高低依次為Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)，均極顯著低于套袋的柱頭可授性，其中，Ⅳ區(qū)未套袋的柱頭可授性極顯著低于Ⅰ區(qū)的，與Ⅱ、Ⅲ區(qū)的差異顯著，Ⅱ、Ⅲ區(qū)未套袋柱頭可授性相互間差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

風(fēng)速和降塵的空間變化反映不同下墊面的風(fēng)沙環(huán)境特征[15]，也反映綠洲邊緣棗園不同下墊面的防風(fēng)沙效應(yīng)。通過監(jiān)測(cè)新疆維吾爾自治區(qū)墾區(qū)2次風(fēng)沙發(fā)生過程中的風(fēng)速和降塵變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)主風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)，從綠洲西邊沙漠經(jīng)過防護(hù)林，到達(dá)棗園中的風(fēng)速相對(duì)很小，隨著對(duì)防護(hù)林的遠(yuǎn)離，風(fēng)速逐漸增大，這與朱樂奎等的研究結(jié)論[16-17]相似，說明防護(hù)林起到重要的降低風(fēng)速作用;降塵量從沙漠-防護(hù)林-棗園各研究區(qū)依次呈梯度性下降趨勢(shì)，說明防護(hù)林和園中棗樹增加了地面粗糙度，氣流發(fā)生改變，使空氣中沙塵由于受力改變而發(fā)生沉降，這與毛東雷等的研究結(jié)果[18]類似。因此，沙漠邊緣區(qū)農(nóng)田防風(fēng)固沙體系的建設(shè)應(yīng)考慮風(fēng)害、沙害2個(gè)方面的因素，對(duì)棗樹防護(hù)林建設(shè)要權(quán)衡防護(hù)林的防護(hù)效益和經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)速適當(dāng)調(diào)控防護(hù)林帶的間距。

植物的花粉和柱頭極易受到環(huán)境干擾[1]。有研究表明，植物授粉受精期遇低溫、高溫、大風(fēng)、持續(xù)陰雨等天氣條件可嚴(yán)重影響花粉的活力、柱頭可授性，進(jìn)而引起大量落花，導(dǎo)致坐果率降低[19]。通過對(duì)比分析不同特征風(fēng)沙下的棗樹花粉活力、柱頭可授性發(fā)現(xiàn)，棗樹的花粉和柱頭對(duì)風(fēng)沙脅迫極為敏感;在強(qiáng)風(fēng)沙脅迫下，研究區(qū)未套袋的花粉活力、柱頭可授性高低呈現(xiàn)為Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅰ區(qū)>Ⅳ區(qū)，說明Ⅰ區(qū)可能主要由降塵為害花粉和柱頭，這與陳虹等的研究結(jié)果[7-8，10-11]相似;在弱風(fēng)沙脅迫下，棗樹未套袋的花粉活力、柱頭可授性高低呈現(xiàn)為Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)>Ⅳ區(qū)，說明在弱風(fēng)沙環(huán)境下，可能是降塵起主要為害作用。

總之，風(fēng)沙對(duì)南疆棗樹授粉受精會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的負(fù)面影響，隨著下墊面（防護(hù)林）的不同，棗園受到的為害程度不同，為害方式也不同。在棗園防護(hù)林建設(shè)中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙氣候特征，以棗樹對(duì)風(fēng)沙最為敏感的授粉受精期為依據(jù)，同時(shí)考慮園中風(fēng)速、降塵特征來設(shè)置防護(hù)林林帶的間距，提高紅棗生產(chǎn)效益。

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