灌溉方式和施氮量对葡萄光合特性和荧光参数的影响

陈丽楠，刘秀春，荣传胜，张 成

（辽宁省果树科学研究所，辽宁熊岳115009）

辽宁省是我国鲜食葡萄生产的主要产区和优势产区之一。生产中果农为追求高产，过量施用氮肥的现象突出，灌水以传统大水漫灌为主，水肥浪费严重，且易造成葡萄营养生长和生殖生长失调，影响产量的提升。根区交替滴灌是依据根系干旱信号传递与气孔最优调节理论而提出的一种新的节水技术[1]，已有研究表明交替滴灌条件能够维持果树产量，或产量降低不显著，提高果实品质[2～5]。植物对养分的吸收、利用与其光合系统密切相关，相关研究表明，根区交替滴灌在保持光合速率不下降或少下降的前提下，降低蒸腾速率，水分利用率大幅提高[6～9]。叶绿素荧光技术是研究植物光合生理与环境因子关系的探针，可以反映植物光合效率的高低[10]。相关研究表明，氮素可在一定程度上减轻过多的激发能对光合机构造成的破坏，对过剩光能的传递和耗散起重要作用，使PS II的最大光化学效率保持在较高的水平上[11]。目前，关于根区交替滴灌与施氮量耦合对果树光合功能影响的研究很少，特别是在有关叶绿素荧光特性方面鲜见报道。鉴于此，本试验通过研究不同灌溉方式和施氮量耦合对葡萄叶片光合特性、叶绿素荧光动力学参数的影响，探索根区交替滴灌下水氮耦合对葡萄产量影响的光合生理机制，为葡萄节水和减量施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2018年在辽宁省果树科学研究所进行。选用当地主栽葡萄品种‘辽峰’为试材，树龄4年生，株行距0.5 m×5.0 m，树形单株双蔓。在新梢生长期每株两侧蔓各留9 个枝条，每侧蔓留6 串果，以确保枝量和挂果量一致性。果园病虫害防治、修剪等管理统一进行。

1.2 试验设计

试验设2 个灌溉方式：（1）常规灌溉。采用浇灌模式在树盘内进行充分灌溉，每次灌溉量为40L/株；（2）交替根区滴灌。在距葡萄树基部10cm 处的南北两侧铺设2条滴灌管，每次灌水时打开一侧滴灌管，另一侧关闭，两侧滴灌管轮流交替灌水，灌水量为常规灌溉的1/2，每20 d灌溉1次。灌溉量采用安装的水表计量。每个灌溉方式下设3个施氮水平：（1）不施氮肥；（2）推荐施氮量（100 kg/hm2纯氮）；（3）习惯施氮量（200 kg/hm2纯氮）。各处理施纯磷75 kg/hm2、纯钾150 kg/hm2。肥料分别于葡萄花后和果实膨大期各施入50%，氮肥为尿素（N 46%），磷肥为过磷酸钙（P2O518%），钾肥为硫酸钾（K2O 50%）。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 光合参数的测定

于晴朗无云天气9:30—11:00 选取葡萄上部结果枝新梢节间第5 片健康叶片（标记），使用Li-6400 便携式光合仪测定叶片净光合速率(Pn，μmol·m-2·s-1)、蒸腾速率(Tr，μmol·m-2·s-1)、气孔导度(Gs，mmol·m-2·s-1)等光合参数，并通过计算得到瞬时水分利用效率(iWUE，μmol·mmol-1)：iWUE=Pn/Tr。

1.3.2 叶绿素荧光参数的测定

于晴朗天气9:30—11:00，选取葡萄上部结果枝新梢节间第5 片健康叶片（标记），使用便携式叶绿素荧光仪（PAM-2500,Walz,Germany）进行测定，每个处理测定5 株。先暗适应30 min，测定暗适应下的初始荧光(Fo)，随后给叶片施加2 800 μmol·m-2·s-1饱和脉冲光测定最大荧光(Fm)，计算PS II 的最大量子产量，Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，PS II 的实际量子产量Y(II)=(Fm'-Fs)/Fm'=ΔF/Fm'；光化学淬灭系数qP=（Fm'-Ft）/（Fm'-Fo）；非光化学淬灭系数NPQ=（Fm-Fm'）/Fm'=Fm/Fm'-1。

1.3.3 产量的测定

于果实成熟期，每个处理将全株果实取下称重。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2017 进行数据处理，DPS V 7.65 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水氮耦合对葡萄叶片光合特性的影响

从表1可知，同一灌溉方式下，习惯施氮和推荐施氮处理的叶片净光合速率显著高于不施氮处理。与传统灌溉模式相比，根区交替滴灌处理的净光合速率最高，习惯施氮的高7.42%，推荐施氮的高3.23%。与常规灌溉相比，根区交替滴灌蒸腾速率和气孔导度表现较大降幅，其中蒸腾速率，不施氮的降低3.97%，习惯施氮的降低12.02%，推荐施氮的降低5.34%，平均降低7.11%；气孔导度依次降低12.50%、20.93%、22.64%，平均降低18.69%（P＜0.05）。叶片瞬时水分利用效率表现为根区交替滴灌+推荐施氮处理的最高，分别比常规灌溉的推荐施氮和习惯施氮处理提高17.6%和33.9%（P＜0.05）。结果表明，根区交替滴灌条件下叶片气孔导度适度下降，有利于减少蒸腾速率，提高水分利用效率，并且与推荐施氮互作，葡萄叶片光合能力显著提高。

表1 不同灌溉方式与施氮量耦合对葡萄果实膨大期叶片光合特性的影响

2.2 水氮耦合对葡萄叶片叶绿素荧光特性的影响

由图1-A可知，相同灌溉方式下，不施氮处理实际量子产量较低，推荐施氮处理实际量子产量最高，高于习惯施氮处理；相同施氮量下，最大量子产量表现为根区交替滴灌处理的高于常规灌溉方式。根区交替滴灌+推荐施氮处理的实际量子产量最高，为0.566；其次是根区交替滴灌+习惯施氮处理的，为0.523。分别比常规灌溉+推荐施氮和习惯施氮处理的提高4.19%和3.17%。灌溉方式一定时，最大量子产量值（图1-B）的高低顺序为推荐施氮、习惯施氮、不施氮。表观电子传递速率（图1-C）表现为随着施氮量的增加先升高后降低的趋势；从灌溉方式来看，相同施氮量下，根区交替滴灌处理的表观电子传递速率显著高于常规灌溉处理的（P＜0.05）。从图1-D可以看出，不施氮处理的光化学淬灭系数最低，高施氮的光化学淬灭系数低于推荐施氮量，各水氮处理以根区交替滴灌+推荐施氮的光化学淬灭系数最高。结果表明，根区交替滴灌能够提高葡萄叶片光合电子传递速率，但高施氮量下叶片光合电子传递速率降低，根区交替滴灌+推荐施氮对叶片光能利用率增加有显著正效应。

图1 不同灌溉方式与施氮量耦合对葡萄叶片叶绿素荧光参数的影响

2.3 水氮耦合对葡萄产量的影响

如图2所示，相同灌溉方式下，葡萄产量均表现为推荐施氮量最高，其次是习惯施氮处理，二者显著高于不施氮处理，以根区交替滴灌+推荐施氮处理产量最高，为4.41 kg/株，分别比常规灌溉的推荐施氮和习惯施氮处理提高6.6%和8.6%。

图2 不同灌溉方式与施氮量耦合对葡萄产量的影响

3 结论

根区交替滴灌和适宜施氮量能够保持较高的叶片净光合速率，提高叶片的瞬时水分利用效率，对葡萄叶片PSⅡ反应中心开放程度有促进作用，有助于葡萄保持较高的同化物合成能力，有利于产量的形成。