棉花花鈴期光合日變化特性研究

棉花花鈴期光合日變化特性研究

0棉花鈴期的光合特性,對(duì)于棉光合作用是培育棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量的基礎(chǔ)。本文深入了解棉花葉片的光度特征，對(duì)闡明棉花的發(fā)育規(guī)律、棉花的生產(chǎn)具有重要意義。花鈴期是棉花一生中生長發(fā)育最旺盛的時(shí)期,也是各種矛盾表現(xiàn)最集中、最激烈的時(shí)期。棉花本身生長發(fā)育的幾個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),即由營養(yǎng)生長占優(yōu)勢(shì),轉(zhuǎn)入營養(yǎng)生長與生殖生長同時(shí)并進(jìn),再轉(zhuǎn)入以生殖生長占優(yōu)勢(shì),都集中在這段時(shí)間內(nèi);棉株的狂長和早衰,蕾鈴的脫落,氣候上的早澇變化,也多發(fā)生在這段時(shí)間內(nèi)。棉花花鈴期成為奪取棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的最關(guān)鍵時(shí)期。因此,進(jìn)一步研究棉花花鈴期的光合作用特性,對(duì)于全面了解棉花的基礎(chǔ)生理特性有很大價(jià)值。近年來,國內(nèi)外已開展了對(duì)棉花不同品種和不同葉位葉片光合特性的研究;進(jìn)行了不同營養(yǎng)元素如氮素(控釋氮肥)、鉀肥對(duì)棉花光合特性的影響研究;外界環(huán)境因子如控光、滴灌、遮蔭、干旱、種植密度等對(duì)棉花光合特性的影響;光合指標(biāo)性狀的遺傳特性等方面的研究。在棉花光合日變化方面的研究較少,到目前還沒有掌握棉花在全天各時(shí)段的光合生理規(guī)律。了解棉花光合日變化,對(duì)于進(jìn)行具有時(shí)間影響的農(nóng)作措施有一定的指導(dǎo)價(jià)值。如:選擇何時(shí)噴施內(nèi)吸式農(nóng)藥和葉面肥、何時(shí)使用抑制蒸騰藥劑、如何抑制午休提高干物質(zhì)積累時(shí)間等方面均有很大的參考價(jià)值。因此,筆者通過進(jìn)行棉花花鈴期凈光合速率等生理參數(shù)的測(cè)定和分析,以期探明花鈴盛期棉花相關(guān)光合生理參數(shù)的日變化規(guī)律,也可為充分挖掘棉花光合和生產(chǎn)潛力提供理論基礎(chǔ),為進(jìn)行高產(chǎn)高效栽培和科學(xué)的田間管理提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1砂土壤理化性質(zhì)試驗(yàn)在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花試驗(yàn)田(晉中市榆次區(qū)東陽鎮(zhèn)試驗(yàn)中心)進(jìn)行。土壤為砂壤土,pH8.0左右,有機(jī)質(zhì)含量12.66g/kg,全氮0.92g/kg,堿解氮59.74mg/kg,速效磷9.42mg/kg,速效鉀129.83mg/kg。供試品種為優(yōu)質(zhì)棉花品種‘晉棉45號(hào)’。1.2測(cè)定方法運(yùn)用采用CB-1102型光合蒸騰作用測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行光合參數(shù)測(cè)量,采用25mm×25mm葉室,于晴朗微風(fēng)天氣在大田條件下進(jìn)行,測(cè)定時(shí)間在2010年8月20日8:00—18:00時(shí),每隔1h測(cè)定1輪,每輪重復(fù)3次,每次測(cè)定2min左右,均采用手動(dòng)開路測(cè)量方式。1.3氣孔導(dǎo)度的測(cè)定每小時(shí)測(cè)定1輪,3次重復(fù),每次重復(fù)包括一組基本數(shù)據(jù)?；緮?shù)據(jù)參數(shù)包括空氣溫度、葉溫、流量、進(jìn)氣口的相對(duì)濕度、出氣口的相對(duì)濕度、進(jìn)氣口CO2濃度、出氣口CO2濃度、大氣壓力、光合有效輻射強(qiáng)度、凈光合速率、蒸騰速率、葉片氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間隙CO2濃度。通過測(cè)量流經(jīng)葉室前后的CO2濃度的變化和濕度變化來計(jì)算植物的凈光合速率和蒸騰速率,并計(jì)算出氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度。2結(jié)果與分析2.1輻射日變化特征mol/mss由棉花花鈴盛期光合有效輻射的日變化曲線(圖1)可以看出,花鈴盛期(8月20日左右)的光合有效輻射日變化趨勢(shì)呈現(xiàn)拋物線型,在13:00時(shí)出現(xiàn)頂峰,達(dá)到1635μmol/(m2·s)。2.2凈光合速率的季節(jié)動(dòng)態(tài)本試驗(yàn)測(cè)定時(shí)間內(nèi)棉花正處于花鈴盛期,以地上部生長為主,蕾、花、鈴的生長開始超過莖葉,生育中心逐漸由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長,是棉花一生中營養(yǎng)吸收和生長量最大的時(shí)期,也是棉花凈光合速率的高峰期。從凈光合速率日變化的結(jié)果看(圖2),其為曲線型的光合日變化模式之一雙峰型。光合速率的第一峰值出現(xiàn)在10:00時(shí)前后,從9:00—11:00為棉花光合速率高峰期;12:00—14:00光合速率稍有降幅;13:00時(shí)出現(xiàn)一個(gè)低谷,此時(shí)出現(xiàn)午休現(xiàn)象;15:00時(shí)出現(xiàn)第二峰值,以后,葉片凈光合速率逐漸降低,雙峰型變化趨勢(shì)很明顯。2.3騰速率的測(cè)定蒸騰作用可以保證作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收,亦可調(diào)節(jié)作物能量狀況和氣孔開度。要保證一定量物質(zhì)的積累,就必須有一定量的水分來維持,這些均依賴于作物的實(shí)際蒸騰量,而蒸騰速率是衡量作物干物質(zhì)積累和水分利用效率的重要指標(biāo)。通過蒸騰速率日變化趨勢(shì)圖(圖3)可以看出:棉花蒸騰速率的日變化規(guī)律呈雙峰型,峰值出現(xiàn)在11:00和15:00時(shí)左右,第一峰值在時(shí)間上比凈光合速率的峰值晚1h,第二峰值與光合速率第二峰值時(shí)間相近。11:00—15:00為高峰期,16:00時(shí)之后降幅最明顯。光合作用與氣孔導(dǎo)度具有相關(guān)性,兩者可以相互影響。如果氣孔導(dǎo)度發(fā)生變化,可以直接影響葉片與空氣間的飽和水汽壓差,從而影響蒸騰。因此,光合作用與蒸騰作用具有很強(qiáng)的耦合性。2.4氣孔導(dǎo)度與凈光合速率、co濃度的關(guān)系氣孔是水分和CO2氣體交換的重要通道。通過氣孔,空氣中的CO2擴(kuò)散進(jìn)入葉片光合組織的細(xì)胞間隙,并溶解于液相中,在光能的作用下發(fā)生光合作用;同時(shí),大量的水分也通過氣孔經(jīng)蒸騰作用而擴(kuò)散于大氣中,因此氣孔導(dǎo)度在影響經(jīng)光合速率的同時(shí)也會(huì)連帶影響蒸騰速率和作物的水分利用效率。所以,人們?cè)谘芯繗饪组_閉的過程中發(fā)現(xiàn),氣孔導(dǎo)度與凈光合速率和CO2濃度都有關(guān)。棉花氣孔導(dǎo)度的日變化規(guī)律與經(jīng)光合速率和蒸騰速率類似,也呈雙峰型曲線。從7:00時(shí)開始上升至10:00出現(xiàn)一個(gè)小峰值,此后氣孔導(dǎo)度持續(xù)下降,12:00出現(xiàn)一個(gè)低谷,之后又加速上升,至15:00時(shí)出現(xiàn)最大峰值(圖4)。氣孔導(dǎo)度的日變化與葉片凈光合速率的日變化出現(xiàn)峰值的時(shí)間一致,大小峰值出現(xiàn)的時(shí)間剛好相反。2.5時(shí)胞間胞間co濃度的日變化圖5顯示,棉花葉片細(xì)胞間隙CO2濃度呈現(xiàn)斜“V”字型的變化規(guī)律。8:00—12:00呈快速下降趨勢(shì),12:00時(shí)出現(xiàn)全天最低值,12:00之后平穩(wěn)回升,之后變化趨勢(shì)不明顯。12:00時(shí)胞間胞間CO2濃度為17.7μmol/mol,為全天中最低值。在對(duì)光合速率日變化資料進(jìn)行相關(guān)分析時(shí),如果把棉花凈光合速率和細(xì)胞間隙CO2濃度全天的資料放在一起分析,會(huì)得到凈光合速率與細(xì)胞間隙CO2濃度之間基本上無相關(guān)性的結(jié)果;如果把一天分成上午、中午和下午3個(gè)不同時(shí)段來分析,可以得到上午、中午兩者呈負(fù)相關(guān)而下午兩者卻無相關(guān)的結(jié)果。上午的負(fù)相關(guān)可能說明,細(xì)胞間隙CO2濃度的降低主要是在光合作用的光誘導(dǎo)過程中葉肉細(xì)胞的光合活性隨光強(qiáng)增高而增高的結(jié)果;中午的負(fù)相關(guān)可能說明,細(xì)胞間隙CO2濃度的增高主要是某種原因引起的葉肉細(xì)胞光合活性降低的結(jié)果。3花鈴期織物光催化期日變化通過利用CB-1102型光合蒸騰系統(tǒng)對(duì)花鈴盛期棉花的光合生理參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性分析,筆者初步探明花鈴期棉花光合日變化特性?；ㄢ徠诿藁▋艄夂纤俾实娜兆兓€為光合日變化模式之一的雙峰型,光合速率的峰值分別出現(xiàn)在10:00時(shí)和15:00時(shí),13:00左右出現(xiàn)午休現(xiàn)象。蒸騰速率的日變化規(guī)律呈雙峰型,峰值出現(xiàn)在11:00時(shí)和15:00時(shí)左右。氣孔導(dǎo)度的日變化規(guī)律也呈雙峰型曲線,峰值出現(xiàn)在10:00時(shí)(小峰值)和15:00時(shí)左右(大峰值)。胞間CO2濃度呈現(xiàn)斜“V”字型的日變化規(guī)律,12:00時(shí)為全天最低值。4光能耗在棉田對(duì)日變化的影響通過進(jìn)行花鈴期棉花光合日變化特性研究,可以初步摸清產(chǎn)量形成期棉花一天中各時(shí)段的光合生理特性、干物質(zhì)積累特性、水分蒸騰耗散特性。對(duì)于深度研究棉花午休機(jī)理和原由、克服光合干物質(zhì)積累限制的外因和內(nèi)因提供基礎(chǔ)理論,也可以為進(jìn)一步挖掘棉花高產(chǎn)潛力提供切入點(diǎn)。在本項(xiàng)研究中,凈光合速率日變化為曲線型的光合日變化模式之一雙峰型,13:00左右時(shí)出現(xiàn)午休現(xiàn)象。張小彩等指出棉花盛花期光合速率日變化在晴天呈單峰曲線。鄭有飛研究棉花光能利用后指出,一天中,正午時(shí)的光合作用最大,且無午休現(xiàn)象。李少昆等認(rèn)為棉花晴天光合日變化呈雙峰和單峰曲線2種。不同曲線類型的出現(xiàn)是否與生態(tài)氣候條件、品種類別有關(guān)系,還需要進(jìn)一步探索。通過對(duì)花鈴盛期棉花光