降塵對塔里木盆地香梨葉片光合特性及葉綠素含量的影響

摘要：試驗對塔里木盆地生長的不同樹齡香梨（Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Fragrant pear）樹的葉片在受降塵及不受降塵影響下的光合特性及葉綠素含量進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，香梨葉片受降塵影響后在各個生育期的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度均降低。除新梢生長期外，各樹齡的香梨葉片受降塵影響后蒸騰速率均下降。40年生的香梨樹葉片受降塵影響后，各個生育期的葉綠素含量SPAD值均顯著降低；而10年生及20年生的香梨樹葉片受降塵影響后，各個生育期的葉綠素含量SPAD值均升高。

關(guān)鍵詞：香梨（Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Fragrant pear）；降塵；葉片；光合特性；葉綠素含量；塔里木盆地

中圖分類號：S661.2；P425.5+5；Q945.11（245） 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）16-3845-04

塔里木盆地土地資源豐富，光熱資源充足，是國家級的棉花生產(chǎn)基地、新疆維吾爾自治區(qū)（以下簡稱新疆）重要的糧食和名優(yōu)果品生產(chǎn)基地；而且石油天然氣資源豐富，是中國21世紀(jì)能源戰(zhàn)略接替區(qū)和重要的石油化工基地[1]；因此塔里木盆地在新疆的發(fā)展戰(zhàn)略中處于十分重要的地位。但是塔里木盆地由于地處歐亞大陸腹地，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，植被稀疏，地貌以荒漠為主，綠洲面積很??；下墊面中央主體部分又為塔克拉瑪干大沙漠，且沙漠面積有33.76萬km2，在世界上沙塵源區(qū)中屬中亞區(qū)的一部分，所以是世界范圍內(nèi)浮塵天氣最集中的地區(qū)之一[2]。由于塔里木盆地頻繁的沙塵天氣及干燥的地表環(huán)境，使得降塵極為嚴(yán)重，給許多農(nóng)作物的生長帶來了不良影響。探討解決這一問題的途徑已經(jīng)是干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，為此試驗通過研究降塵對塔里木盆地生長的香梨（Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Fragrant pear）葉片光合特性及葉綠素含量SPAD值的影響，試圖揭示降塵這一自然天氣現(xiàn)象對多年生木本作物香梨生長特性的長期影響，從而為穩(wěn)定當(dāng)?shù)叵憷娴漠a(chǎn)量、提高品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

試驗地點在塔里木大學(xué)教學(xué)實驗基地香梨果園，選擇不同樹齡（10年生、20年生、40年生）的香梨結(jié)果園作為樣地；在同一樣地中，選擇自然狀態(tài)下接受降塵影響（視為降塵處理）的樣樹3株和沒有降塵影響（每周用純凈水沖洗葉片，視為非降塵處理）的樣樹3株；在同一株樣樹上選擇3個不同高度（1.5、2.5、3.5 m），在同一高度處選擇不同的采樣部位（內(nèi)部、中部、外部），在同一部位選擇東、南、西、北4個方位分別進(jìn)行定點調(diào)查。分別在新梢生長期、幼果期、果實膨大期和果實成熟期于定點部位測定3片成熟葉片的光合特性有關(guān)指標(biāo)及葉綠素含量。

1.2 測定方法

采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)檢測香梨樹樣株成熟葉片的凈光合速率[Net photosynthetic rate，Pn；μmol/（m2·s）]、蒸騰速率[Transpiration rate，Tr；mol/（m2·s）]、氣孔導(dǎo)度[Stomatal conductance，Gs；mmol/（m2·s）]、胞間CO2濃度（Intercellular CO2 concentration，Ci；μmol/mol）[3]。利用SPAD（Soil and Plant Analyzer Development）葉綠素儀測定葉片的葉綠素含量SPAD值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗得到的所有數(shù)據(jù)均通過Microsoft Office Excel 2003軟件進(jìn)行整理，統(tǒng)計分析處理均采用DPS統(tǒng)計分析軟件完成。數(shù)據(jù)表述為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。

2 結(jié)果與分析

2.1 降塵對香梨葉片凈光合速率的影響

香梨受降塵處理后，在不同的生育期測定的葉片凈光合速率結(jié)果見表1。從表1可見，10年生香梨樹葉片在各個生育期，非降塵處理的葉片凈光合速率顯著高于降塵處理的葉片凈光合速率（P<0.05）。20年生香梨樹葉片在新梢生長期、幼果期和果實膨大期，非降塵處理的葉片凈光合速率顯著高于降塵處理的葉片凈光合速率（P<0.05）；而在果實成熟期，雖然非降塵處理的葉片其凈光合速率也高于降塵處理的葉片凈光合速率，但2個處理之間沒有顯著差異存在（P>0.05）。40年生香梨樹葉片在新梢生長期、幼果期和果實成熟期，非降塵處理的葉片凈光合速率顯著高于降塵處理的葉片凈光合速率（P<0.05）；而在果實膨大期，雖然非降塵處理的葉片凈光合速率也高于降塵處理的葉片，但2個處理之間沒有顯著差異存在（P>0.05）。以上結(jié)果說明降塵會造成香梨樹葉片的凈光合速率下降，尤其是在新梢生長期、幼果期表現(xiàn)突出，這是因為葉片上的氣孔被小顆粒的降塵堵塞、使葉溫增加和葉表面的pH發(fā)生改變而導(dǎo)致的[4]。

2.2 降塵對香梨葉片氣孔導(dǎo)度的影響

香梨受降塵處理后，在不同的生育期測定的葉片氣孔導(dǎo)度結(jié)果見圖1。從圖1可見，10年生香梨樹葉片在各個生育期都是非降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度大于降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度，除果實膨大期外，其他時期非降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度顯著高于降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度（P<0.05）。20年生香梨樹葉片在各個生育期也是非降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度大于降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度，除果實成熟期外，其他時期非降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度顯著高于降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度（P<0.05）。40年生香梨葉片在各個生育期同樣是非降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度大于降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度，除幼果期外，其他時期非降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度顯著高于降塵處理的葉片氣孔導(dǎo)度（P<0.05）。由此表明降塵造成了香梨葉片氣孔導(dǎo)度出現(xiàn)了不同程度的下降，說明葉片氣孔被降塵堵塞后引起了葉片結(jié)構(gòu)變化。

2.3 降塵對香梨葉片胞間CO2濃度的影響

香梨受降塵處理后，在不同的生育期測定的葉片胞間CO2濃度結(jié)果見圖2。由圖2可見，10年生香梨樹葉片在各個生育期都是非降塵處理的葉片胞間CO2濃度大于降塵處理的葉片胞間CO2濃度，除果實膨大期外，其他時期非降塵處理的葉片胞間CO2濃度顯著高于降塵處理的葉片胞間CO2濃度（P<0.05）。20年生及40年生香梨樹葉片在各個生育期都是非降塵處理的葉片胞間CO2濃度大于降塵處理的葉片胞間CO2濃度，并且2個處理之間差異顯著（P<0.05）。上述結(jié)果表明降塵造成了香梨葉片胞間CO2濃度的下降，結(jié)合“2.1”葉片凈光合速率因降塵而下降的結(jié)果，說明降塵引起的葉片凈光合速率下降帶動了葉片可固定的CO2量減少，產(chǎn)生了累加效應(yīng)。

2.4 降塵對香梨葉片蒸騰速率的影響

香梨受降塵處理后，在不同的生育期測定的葉片蒸騰速率結(jié)果見表2。從表2可見，10年生香梨樹葉片在新梢生長期，降塵處理的葉片蒸騰速率顯著高于非降塵處理的葉片蒸騰速率（P<0.05）；而在幼果期和果實成熟期，非降塵處理的葉片蒸騰速率顯著高于降塵處理的葉片蒸騰速率（P<0.05）；但在果實膨大期，非降塵處理的葉片蒸騰速率雖然也高于降塵處理的葉片蒸騰速率，但2個處理之間差異不顯著（P>0.05）。20年生香梨樹葉片在新梢生長期，降塵處理的葉片蒸騰速率顯著高于非降塵處理的葉片蒸騰速率（P<0.05）；而在幼果期、果實膨大期和果實成熟期，非降塵處理的葉片蒸騰速率顯著高于降塵處理的葉片蒸騰速率（P<0.05）。40年生香梨樹葉片在新梢生長期，降塵處理的葉片蒸騰速率顯著高于非降塵處理的葉片蒸騰速率（P<0.05）；而在幼果期和果實成熟期，非降塵處理的葉片蒸騰速率顯著高于降塵處理的葉片蒸騰速率（P<0.05）；但在果實膨大期，非降塵處理的葉片蒸騰速率雖然也高于降塵處理的葉片蒸騰速率，但2個處理之間的差異不顯著（P>0.05）。上述結(jié)果表明，不同樹齡的香梨樹葉片在新梢生長期，降塵處理的葉片蒸騰速率都在增加，其原因可能是葉溫升高及香梨葉片對逆境的生理調(diào)節(jié)適應(yīng)性所造成[5]；而在在幼果期、果實膨大期和果實成熟期，降塵處理的葉片蒸騰速率都在降低，可能的原因是降塵堵塞了葉片氣孔，使氣孔的擴(kuò)散阻力增大，水汽散發(fā)受阻，從而導(dǎo)致蒸騰速率降低[6]。

2.5 降塵對香梨葉片葉綠素含量SPAD值的影響

香梨受降塵處理后，在不同的生育期分別測定葉片葉綠素含量SPAD值，結(jié)果見表3。由表3可見，10年生香梨樹葉片在各個生育期，實施降塵處理的葉片葉綠素含量SPAD值都高于非降塵處理的葉片SPAD值，其中在幼果期和果實膨大期，2個處理之間差異顯著（P<0.05）。20年生香梨樹葉片在各個生育期，實施降塵處理的葉片葉綠素含量SPAD值均高于非降塵處理的葉片葉綠素含量SPAD值，其中在幼果期和果實成熟期，2個處理之間差異顯著（P<0.05）。40年生香梨樹葉片在各個生育期，非降塵處理的葉片SPAD值均顯著高于降塵處理的葉片葉綠素含量SPAD值（P<0.05）。

3 小結(jié)與討論

光合作用是綠色植物吸收陽光的能量、同化CO2和H2O、制造有機(jī)物質(zhì)并釋放氧的過程[3]，香梨樹也遵循這一綠色植物的普遍規(guī)律；但是在受到降塵的影響后，不同樹齡的香梨樹葉片其凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度均下降。這個試驗結(jié)果與國內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果相一致[4-7]。

蒸騰作用是水分以氣體狀態(tài)通過植物葉片從體內(nèi)散失到體外的過程，蒸騰作用對植物根系吸收水分與礦物質(zhì)營養(yǎng)元素有著重要的促進(jìn)作用，同時能降低葉溫。氣孔在葉面上所占的面積一般為葉面積的1%～2%，但氣孔的蒸騰量卻相當(dāng)于所在葉片面積蒸騰量的10%～50%，甚至可達(dá)到100%[3]。試驗結(jié)果表明，在新梢生長期，受降塵影響后的香梨葉片蒸騰速率增加，而在幼果期、果實膨大期和果實成熟期受降塵影響后的香梨葉片蒸騰速率下降。由此說明在香梨生育的初期（新梢生長期）葉片的抗逆性較強(qiáng)，降塵覆蓋在葉片表面后造成葉溫增高，從而導(dǎo)致蒸騰速率增加；而在香梨生育的中后期（幼果期、果實膨大期、果實成熟期），由于生殖生長的加快，相當(dāng)部分的營養(yǎng)物質(zhì)被果實截流，供應(yīng)葉片的營養(yǎng)物質(zhì)與前期相比大大減少，從而使葉片的抗逆性減弱，再加上葉片上所覆蓋的降塵量日益增多，導(dǎo)致氣孔堵塞嚴(yán)重，進(jìn)而加劇蒸騰速率下降。

葉綠素是葉綠體的重要組成部分，是植物葉片進(jìn)行光合作用的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，在一定范圍內(nèi)葉綠素含量的高低直接影響著葉片的光合作用能力，同時葉綠素含量的高低也是葉片功能持續(xù)期長短的重要標(biāo)志[8]。試驗結(jié)果表明，40年生的香梨樹葉片受降塵影響后各個生育期的葉綠素含量SPAD值均顯著降低，這與國外學(xué)者的研究結(jié)果相近[9-11]；而10年生及20年生的香梨樹葉片受降塵影響后各個生育期的葉綠素含量SPAD值卻在升高，讓人覺著不可思議；對于這個現(xiàn)象下一步要認(rèn)真分析，并通過完善試驗方案尋求合理解釋。

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