不同灌水量對赤霞珠葡萄光合作用的影響

鐘海霞，張付春，潘明啟，張 雯，韓守安，謝 輝，王 敏，周曉明，艾爾買克·才卡斯木，伍新宇

(新疆農業科學院園藝作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】干旱缺水制約著社會可持續發展[1]。我國水資源供需矛盾面臨的不確定性問題還在逐漸增多，水資源可持續利用面臨的危機也在增大[2]。我國農業用水占社會總耗水量的61.9%以上，但有效利用率不高，僅30%～40%，與世界發達國家的70%～80%相比還有差距。。新疆是典型灌溉農業”，長期沿用傳統的灌溉制度與灌溉方法和落后的灌溉技術，水資源浪費較為嚴重[3]。水分是植物進行光合作用的最重要原料之一，水分的供給量會直接影響到植物光合作用的進行[4]。水分過量供應不但不利于植株生長，反而會抑制根系呼吸，打破生殖生長和營養生長的平衡，適量的滴灌量既可以保證葡萄光合作用的需要，也會節約一些不必要的水分散失和浪費[5]。研究不同灌水量對葡萄的光合作用的影響，節水對葡萄光合影響，篩選出適宜赤霞珠葡萄生長的灌溉量，使其水分得到高效利用，有利于葡萄樹體營養生長和生殖生長達到平衡，為赤霞珠葡萄生產上栽培應用提供理論指導，對提高葡萄園水分利用效率，指導葡萄園科學灌水有實際意義。【前人研究進展】薛德慶[6]研究得出滴灌葡萄灌溉定額212 m3， 溝灌葡萄灌溉定額 350 m3，滴灌葡萄比溝灌葡萄節約用水 138 m3，實際滴灌比溝灌少支出水費11.10元。葡萄在不同發育時期所產生的耗水會根據灌水的實際定額發生改變[7]。在葡萄生育期內，實際耗水量大小為膨大期間用水量>葡萄抽蔓期間用水量>葡萄成熟期用水量>葡萄開花期間的用水量[8]。滴灌條件下，合理的水分管理有利于釀酒葡萄新梢生長及品質的改善，灌水量過多或者過少都會造成釀酒葡萄品質下降；基于試驗條件下馬瑟蘭生長，灌水量3 600 m3/hm2時，能促進釀酒葡萄新梢生長、果實品質優、果皮酚類物質含量高、產量高，是較適宜灌水量[9]。杜太生等[10]對傳統的滴灌方式改進實現根系分區交替灌溉，控水條件下葡萄葉片氣孔導度下降，而光合作用降低不明顯，而蒸騰速率降低，水分利用效率提高，表明根系分區交替滴灌可以達到調控葡萄營養生長與生殖生長，減少生長，提高水分利用效率。車彩麗[11]研究得出，當應用3 000 m3/hm2的灌水定額時，水分會對葡萄產生脅迫的作用，全天都會產生較低的葉片氣孔導度，此時不會形成明顯的蒸騰速率日變化。新梢生長期-開花坐果期重度水分虧缺，漿果膨大期充分供水，著色成熟期輕度水分虧缺對釀酒葡萄葉片胞間 CO2濃度的調控具有重要意義。【本研究切入點】適宜的灌水量對葡萄生長至關重要，但關于不同滴灌灌水量對新疆北疆產區釀酒葡萄生理尤其是葉片光合作用的影響報道不多。研究不同灌水量對新疆赤霞珠葡萄光合作用的影響。【擬解決的關鍵問題】以常規常規灌水量作對照，研究3種不同灌水量條件下，赤霞珠葡萄葉片光合作用差異，篩選出最適宜的灌水量，為新疆赤霞珠葡萄的節水灌溉提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年4～10月在新疆兵團第六師101團葡萄園六連5支6斗地內進行。試驗區屬于典型的內陸性荒漠氣候區，氣候干旱，晝夜溫差大，多年平均降水量180 mm，多年平均蒸發量2 300 mm，無霜期150 d左右，果園土壤為粘壤土。供試葡萄品種為3年生赤霞珠葡萄。株行距0.5 m×3.0 m，南北行向、單臂籬架式栽培。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

在赤霞珠葡萄樹體兩側(東西方向)各鋪1條滴灌帶，滴灌帶間距為40 cm，滴孔間距30 cm，出水速度3 m3/h。試驗設置3個不同灌水量，即處理1：220 m3/667 m2、處理2：260 m3/667 m2、處理3：280 m3/667 m2，以常規滴灌即灌水量(330 m3/667 m2)為對照(處理4)，每個處理2行葡萄，每行50株，3次重復。

1.2.2 測定指標

第5次灌水后10 d，正值葡萄果實膨大期(7月19日)選擇晴朗微風天氣，用便攜式光合測定系統TPS-2開展各處理葡萄葉片光合日變化測定，測定內容包括光合速率、蒸騰速率、水分利用率等。測定時間段為08:00～20:00，每隔2 h測定1次。

注：a. 凈光合速率日變化；b. 凈光合速率日均值

Note: a. Daily change in net photosynthetic rate; b. Daily average photosynthetic rate

圖1 葡萄葉片凈光合速率日變化及凈光合速率日均值

Fig.1 Diurnal variation of net photosynthetic rate and daily mean photosynthetic rate of grape leaves

2 結果與分析

2.1 凈光合速率日變化

研究表明,在同1 d的不同時間點，不同處理下的葡萄葉片的凈光合速率表現出很大的差異，但變化趨勢基本相同。由于08:00光照強度比較弱，葉片凈光合速率在此時比較低；隨著光照強度增大，溫度上升，各處理的葡萄葉片凈光合速率都開始逐漸增大，在 10:00 左右出現第1次峰值；此時處理1的葉片凈光合速率最大，為19.30 μmol/(m2·s)，處理間的差異較小。在 16:00 左右，處理2和處理4明顯出現第2次峰值，處理3第2次峰值不明顯，處理1無第2次峰值，此時不同處理的葡萄葉片凈光合速率差異較大，其中處理4最大，為14.20 μmol/(m2·s)。從葡萄葉片凈光合速率日均值方面來看，最大是處理3，為13.68 μmol/(m2·s)，其次是處理1和處理2，3者間無顯著性差異，最小的是處理4，為12.92 μmol/(m2·s)，顯著低于處理1～3，分別較處理1～3低1.45%、3.22%、5.56%。圖1

2.2 蒸騰速率日變化

研究表明,在同1 d的不同時間點，不同處理下的葡萄葉片的蒸騰速率的變化趨勢，4個處理葉片蒸騰速率日變化曲線均呈雙峰曲線，雙峰分別出現在上午12:00和下午16:00，下午峰高于上午峰。其中處理2和處理4雙峰較明顯，在12:00左右，葉片蒸騰速率范圍在5.8～6.6 mmol/(m2·s)，處理間差異不大；在16:00左右，葉片蒸騰速率最大的是處理2和處理4，為7.4 mmol/(m2·s)，其次是處理3，為6.5 mmol/(m2·s)，最小的是處理1，為5.5 mmol/(m2·s)。從葡萄葉片蒸騰速率日均值方面來看，最大是處理2和處理3，為5.03 mmol/(m2·s)，最小的是處理1，為4.48 mmol/(m2·s)，較處理2和處理3小10.93%，處理2～3與處理1存在顯著差異。圖2

注：a. 蒸騰速率日變化；b. 蒸騰速率日均值

Note: a. Diurnal variation of transpiration rate; b. daily mean value of transpiration rate

圖2 葡萄葉片蒸騰速率日變化及蒸騰速率日均值

Fig. 2 Diurnal variation of transpiration rate and daily mean value of transpiration rate of grape leaves

2.3 水分利用率日變化

研究表明,在同1 d的不同時間點，不同處理下的葡萄葉片的水分利用率變化趨勢基本相同。各處理08:00水分利用率最高，之后緩慢下降，到18:00處理1、處理2和處理4開始有緩慢上升，處理3呈下降趨勢。在08:00左右，水分利用率最高的是處理1，為5.67 μmoL/mmoL，處理2最小，為4.03 μmoL/mmoL；在下午18:00左右，各處理水分利用率差異不大，在1.92-2.11 μmoL/mmoL；在下午20:00左右，水分利用率最高的是處理2，為3.05 μmoL/mmoL，處理3最小，為1.85 μmoL/mmoL。從葡萄葉片水分利用率日均值方面來看，最大是處理1，為3.07 μmoL/mmoL，顯著高于其他處理；最小的是處理3，為2.78 μmoL/mmoL，與之無顯著差異為處理2和處理4，分別較處理1小9.45%、8.47%、8.14%。圖3

注：a. 水分利用率日變化；b. 水分利用率日均值

Note: a. Daily change in water use efficiency; b. Daily average value of water use efficiency

圖3 葡萄葉片水分利用率日變化及水分利用率日均值

Fig.3 Diurnal variation of water use efficiency and daily mean value of water use efficiency of grape leaves

3 討 論

在葡萄葉片凈光合速率方面，10:00之后逐漸降低是由于溫度升高，植物缺水，氣孔逐漸關閉，葉片凈光合速率急劇下降；16:00之后逐漸降低是由于光照強度逐漸降低，凈光合速率逐漸降低，其中處理1降低速度較為緩慢；從凈光合速率日均值來看，最高的是處理3，為13.68 μmol/(m2·s)，顯著高于處理1、處理2和處理4，處理4最低，且顯著低于處理1～3，較處理3低5.56%。植物葉片通過控制氣孔開閉來控制氣孔導度，進而控制蒸騰速率[12]，葡萄葉片的氣孔導度與蒸騰速率呈正相關關系[13]。在葡萄葉片蒸騰速率方面，4個處理下均表現雙峰曲線，其中處理2和處理4雙峰較為明顯，處理1和處理3較不明顯，在下午16:00之后，4個處理下葡萄葉片蒸騰速率均急劇下降，處理1降低速度較為緩慢；從蒸騰速率日均值來看，最大的是處理2和處理3，處理4與之無顯著差異，最小的是處理1，為4.48 μmol/(m2·s)，顯著低于處理2～4，較處理2～4低10.0%左右。

葉片的水分利用效率是指利用單位重量的水分，植物所能同化的，是凈光合速率和蒸騰速率的比值，它是提高大田水分利用效率的生理基礎[14]。在葡萄水分利用效率方面，處理1、處理2和處理4的表現均可分為2個階段，處理1、處理2和處理4在08:00～16:00時間段，水分利用效率逐漸降低，其中8:00～10:00時間段的降低速度最快，在16:00之后呈緩慢上升趨勢；處理3在08:00～16:00時間段水分利用效率逐漸降低后，16:00～18:00時間段有輕微上升趨勢，18:00～20:00又呈下降走勢；從水分利用效率日均值來看，最大的是處理1，為3.07 μmoL/mmoL，顯著高于處理2～4，較處理2～4高9.00%左右，處理2～4無顯著差異。

4 結 論

在新疆北疆產區壤土條件下，赤霞珠葡萄采用地下滴灌220 m3/667 m2的灌水量時，葉片光合速率日均值為13.11 μmol/(m2·s)，顯著高于對照組，蒸騰速率日均值為4.48 μmol/(m2·s)，顯著低于其他灌溉處理，水分利用率為3.07 μmoL/mmoL，高于其他灌溉處理，水分得到了高效利用，更有利于樹體營養生長和生殖生長的平衡。