控水灌溉對藍(lán)莓園土壤養(yǎng)分和植株生長與 葉綠素?zé)晒饧肮麑?shí)品質(zhì)的影響

張悅，張會(huì)慧，周琳,，魏殿文

(1.黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，黑龍江 哈爾濱 150040；2.濕地與生態(tài)保育國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150040；3.林下經(jīng)濟(jì)資源研發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江 哈爾濱 150040；4.黑龍江省特色動(dòng)植物利用工程技術(shù)研究中心，黑龍江 哈爾濱 150040；5.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

水分是影響植物生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的重要限制因素，合理灌溉是促進(jìn)干旱、半干旱地區(qū)植物生長和提高產(chǎn)量的重要措施之一，但灌溉量的不同又會(huì)對植物產(chǎn)生不同的影響。有研究表明，充足的水分可以促進(jìn)小麥形成深根系，提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率，適當(dāng)?shù)奶澣惫喔纫部梢燥@著提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率[1]，有利于構(gòu)建適宜株型結(jié)構(gòu)[2]，提高葉片活力和凈光合速率[3]，水分含量過高時(shí)，會(huì)限制植物的光合作用[4]。

藍(lán)莓為杜鵑花科(Ericaceae)、越橘屬(Vaccinium spp.)落葉灌木，果實(shí)中富含花色素苷和維生素等，具有較高的營養(yǎng)和保健價(jià)值[5]。藍(lán)莓的生長對環(huán)境的要求較為苛刻，要求土壤pH值較低、適宜的土壤養(yǎng)分、溫度和有機(jī)質(zhì)等，并且藍(lán)莓屬淺根性植物，根系不發(fā)達(dá)，主根不明顯，無根毛，根系主要分布在0～20 cm的土壤中，對水分特別是深層的土壤水分吸收較為困難[7–8]，因此，水分也是影響藍(lán)莓生長發(fā)育及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的重要限制因素[9–10]?！赖恰?Blomidon)為近年來從加拿大引入的矮叢藍(lán)莓品種，是目前最適宜中國北方高寒地區(qū)人工種植的品種，但目前關(guān)于“美登”對水分的需求特征方面的研究較少。為此，筆者開展了不同灌溉條件對‘美登’生長、葉綠素?zé)晒馓匦砸约肮麑?shí)品質(zhì)方面的影響研究，旨在為藍(lán)莓‘美登’的科學(xué)灌溉和制定節(jié)水高效的栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

大興安嶺地區(qū)阿木爾林業(yè)局中心苗圃藍(lán)莓人工栽培試驗(yàn)示范區(qū)(E52°15′、N122°38′)，年均降水455 mm。試驗(yàn)地土壤堿解氮含量305.96mg/kg、速效磷含量 19.59mg/kg、速效鉀含量 149.83mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量21.7mg/kg，pH 5.06。

2 材料與方法

2.1 材料

供試品種為矮叢類藍(lán)莓品種‘美登’，為3年生苗(2011年移栽)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2011—2014年進(jìn)行。設(shè)3個(gè)土壤相對含水量處理，分別為30%～45%(TR1)、＞45%～60% (TR2)和，＞60%(TR3)，以無灌溉措施為對照(CK)，共4個(gè)處理。采用壟作方式。每個(gè)處理2壟，壟長160 m，壟寬1.3 m。種植株距0.6 m，即每壟種植236 株。試驗(yàn)區(qū)無防雨棚，當(dāng)發(fā)生自然降雨時(shí)，各處理均停止灌溉處理；當(dāng)干旱發(fā)生時(shí)，隨時(shí)監(jiān)控土壤 0～20 cm深度的相對含水率，并且隨時(shí)采用試驗(yàn)地的噴灌裝置進(jìn)行人工控水。試驗(yàn)過程中不進(jìn)行施肥處理，其他農(nóng)藝措施按常規(guī)進(jìn)行。

2.3 測定項(xiàng)目和方法

移栽后第4年(2014年)，藍(lán)莓進(jìn)入盛果期，進(jìn)行各指標(biāo)的測定。

土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量的測定：于7月10日、8月6日和9月6日共計(jì)3次采集不同處理藍(lán)莓的根際土，烘干，測定土壤的堿解氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量[11]。

植株生長指標(biāo)測定：于2014年8月6日調(diào)查不同處理下藍(lán)莓植株的株高(cm)、冠幅(cm)、枝條長度(cm)及粗度(mm)，其中冠幅以南北和東西方向冠幅的平均值為標(biāo)準(zhǔn)，延生枝長和枝條粗度均以當(dāng)年生最長枝條為測定對象，各指標(biāo)測定20次重復(fù)，結(jié)果取平均值。

葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定：于2014年8月6日，利用暗適應(yīng)夾對藍(lán)莓新生枝條上的中上部完全展開葉片進(jìn)行0.5 h的暗適應(yīng)，采用便攜式脈沖調(diào)制熒光儀FMS–2(Hansatch公司，英國)測定不同處理藍(lán)莓葉片的PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、電子傳遞速率(RET)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)和非光化學(xué)淬滅(QNP)等，3次重復(fù)[12]。

果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的測定：9月6日，采不同處理的成熟果實(shí)，冰盒冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室，存放于–20℃冰箱中，于東北林業(yè)大學(xué)植物生理實(shí)驗(yàn)室測定果實(shí)的花色素苷、維生素C、總糖和總酸含量等品質(zhì)指標(biāo)?；ㄉ剀蘸康臏y定參照文獻(xiàn)[13]方法；維生素C含量的測定采用苯酚比色法[14]；總糖含量的測定采用蒽酮比色法[15]；總酸含量的測定采用NaOH滴定法，滴定時(shí)以滴定液中紅色石蕊試紙變藍(lán)為滴定終點(diǎn)[16]。

2.4 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)方法

運(yùn)用Excel和DPS軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析(One–way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較不同組間的差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 控水灌溉對藍(lán)莓園土壤主要養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量的影響

由表1可以看出，與CK相比，各控水處理土壤中速效鉀含量的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；TR3處理的土壤堿解氮含量與CK相比存在顯著差異，而TR1處理的土壤堿解氮含量和有機(jī)質(zhì)含量與對照相比均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。土壤中速效磷的含量隨著土壤含水量的增加而增加，且各處理與對照間存在顯著或極顯著差異。

表1 各控水處理下土壤的主要養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量 Table 1 Major nutrients and organic matter content under water-controlled irrigation

3.2 控水灌溉對藍(lán)莓植株生長的影響

由表2可以看出，不同控水處理均促進(jìn)了藍(lán)莓植株的生長，其株高和冠幅的表現(xiàn)規(guī)律相似，從高到低的處理順序依次為TR1、TR2、TR3、CK，且TR1處理的株高和冠幅與CK相比存在極顯著差異。不同控水處理均明顯促進(jìn)了藍(lán)莓枝條增粗，差異均達(dá)極顯著水平，但不同控水處理間枝長粗度的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。各控水處理均可促進(jìn)藍(lán)莓枝條的伸長，與CK相比，均存在極顯著差異，其中以TR2處理對藍(lán)莓延生枝長的促進(jìn)作用最為明顯(比對照高31.15%)，且與TR1和TR3處理存在極顯著差異。

表2 各控水處理下藍(lán)莓植株的農(nóng)藝性狀表現(xiàn) Table 2 Agronomic traits of blueberry under under water-controlled irrigation

3.3 控水灌溉對藍(lán)莓葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表3可以看出， 3個(gè)控水處理的藍(lán)莓葉片的Fv/Fm值與CK間的差異均達(dá)極顯著水平。各控水處理的藍(lán)莓葉片的RET和qP與CK相比有不同程度的增加，特別是TR1和TR2處理的增加幅度明顯大于TR3處理。另外，TR1和TR2處理藍(lán)莓葉片的QNP較CK有小幅度的降低，而TR3處理的QNP較CK增加了27.52 %(P＞0.05)。

表3 各控水處理下藍(lán)莓葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù) Table 3 Cchlorophyll fluorescence characteristics in leaves of blueberry under water-controlled irrigation

3.4 控水灌溉對藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)的影響

由表4可以看出，與對照相比，各控水處理藍(lán)莓花色素苷含量、總糖含量和總酸度的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但不同控水處理下的藍(lán)莓花色素苷含量均比對照低，總糖含量均比對照高。不同控水處理下藍(lán)莓的維生素C含量較CK均有不同程度的降低，其中以TR2處理降幅最大，TR1和TR3與CK無顯著差異。而不同控水處理下果實(shí)中的總糖含量均高于對照，但差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。不同控水處理對藍(lán)莓果實(shí)的總酸度沒有明顯影響。

表4 各控水處理下藍(lán)莓果實(shí)營養(yǎng)成分含量 Table 4 Nutrient content in fruit of blueberry under water-controlled irrigation

4 結(jié)論與討論

土壤含水量在一定程度上影響土壤中的養(yǎng)分含量。本試驗(yàn)中，TR2處理藍(lán)莓根際的土壤堿解氮含量最高，而TR3處理最低，即＞45%～60%的土壤相對含水量有利于土壤中堿解氮的釋放，但土壤相對含水量大于60%時(shí)，藍(lán)莓根際土壤中的堿解氮含量卻明顯降低。有研究[17]表明，土壤中的氮，特別是硝態(tài)氮不容易被土壤膠體吸附，當(dāng)土壤含水量過高時(shí)會(huì)隨著土壤水分的淋溶而損失。本試驗(yàn)中，土壤相對含水量大于60%時(shí)，藍(lán)莓根際土壤堿解氮含量較低，可能是因?yàn)樗{(lán)莓屬淺性植物，氮隨著土壤水分揮發(fā)淋溶。隨著土壤相對含水量的增加，藍(lán)莓根際土壤的速效磷含量明顯增加，而速效鉀含量則沒有發(fā)生明顯變化，這與吳漩等[18]的研究結(jié)果相似。土壤中有機(jī)質(zhì)含量受有機(jī)質(zhì)輸入和分解的影響，在沒有有機(jī)質(zhì)輸入或輸入可以忽略時(shí)，有機(jī)質(zhì)的分解是土壤中有機(jī)質(zhì)含量的主要來源，而有機(jī)質(zhì)的分解主要受土壤微生物活性的影響[19]。本試驗(yàn)中，TR2處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，而TR3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量則明顯降低，可能是過高的土壤含水量使土壤通氣受到限制，微生物數(shù)量和活性降低[20]，而有機(jī)質(zhì)含量的降低又會(huì)反過來影響土壤通氣狀況和微生物的活性等。

水分是植物生長發(fā)育的重要因素。藍(lán)莓由于根系在土壤中的分布較淺，主根不發(fā)達(dá)，無根毛，導(dǎo)致對水分的吸收較為困難，特別是對深層土壤中的水分吸收更為困難[21]。本試驗(yàn)中，不同控水處理藍(lán)莓的株高、冠幅以及枝條粗度和枝條升序等在不同程度上高于CK，表明適當(dāng)增加土壤相對含水量可以促進(jìn)藍(lán)莓株高的生長。但當(dāng)土壤相對含水率超過60%時(shí)，抑制了藍(lán)莓植株的生長，這可能與過高的土壤相對含水率限制了藍(lán)莓根系的呼吸作用有關(guān)[22]。

研究[23]表明，當(dāng)土壤水分較低時(shí)會(huì)明顯抑制植物的光合作用，一方面表現(xiàn)為光合電子傳遞速率的降低，光合電子傳遞鏈上產(chǎn)生過剩電子；另一方面，碳同化能力即凈光合速率的降低反而會(huì)導(dǎo)致同化力的積累。電子的過剩和同化力積累的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致活性氧ROS的爆發(fā)，從而進(jìn)一步影響植物的光合作用正常進(jìn)行。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同控水處理下藍(lán)莓葉片的Fv/Fm均維持在0.80以上，說明即使未經(jīng)灌溉處理(CK)也沒有導(dǎo)致藍(lán)莓葉片光抑制的發(fā)生，這可能與測定時(shí)土壤沒有明顯干旱有關(guān)。但灌溉處理下藍(lán)莓葉片的Fv/Fm、RET和qP均較CK有不同程度的增加，說明灌溉處理可以提高藍(lán)莓葉片的PSⅡ光化學(xué)效率和開放比例，促進(jìn)光合電子傳遞鏈上的電子傳遞，以生成足夠的同化力，保證暗反應(yīng)的能量供應(yīng)。TR3處理下藍(lán)莓葉片的Fv/Fm、RET和qP均較TR1和TR2有所降低，表明當(dāng)土壤水分含量超過60%時(shí)，反而對植物的PSⅡ功能產(chǎn)生了不利的影響[24–25]。造成此現(xiàn)象的原因可能與TR3處理的QNP增加有關(guān)，過高的熱耗散與光化學(xué)反應(yīng)競爭能量[26]，相對降低了葉片吸收光能用于電子傳遞的能量比例。

本試驗(yàn)中，不同土壤含水量處理下藍(lán)莓果實(shí)中的維生素C和花色素苷含量均有不同程度的降低，可能因?yàn)樗{(lán)莓果實(shí)中的花色素苷主要存在于果皮中，而增加水分灌溉量使果實(shí)體積相對增加，造成單位質(zhì)量果實(shí)中果皮的表面積降低。試驗(yàn)結(jié)果顯示TR3處理果實(shí)中的維生素C含量較TR1和TR2有所增加，原因可能是過多的土壤相對含水量使根系呼吸作用以及葉片光合作用受到限制(表3)，而抗氧化和清除自由基以及光保護(hù)作用的主要物質(zhì)維生素C合成增加，并在果實(shí)中積累有關(guān)[27]。糖和酸作為影響果實(shí)風(fēng)味的重要指標(biāo)，其含量和比值直接影響果實(shí)的可食性。本試驗(yàn)中，不同灌溉處理下藍(lán)莓果實(shí)的總酸度雖然沒有明顯變化，但其總糖含量卻較CK有不同程度的增加，并且以TR2處理的增加幅度最大，即＞45%～60%的土壤相對含水量不但可以促進(jìn)藍(lán)莓植株的生長，增強(qiáng)葉片的光合能力，還可以改善果實(shí)的風(fēng)味。

藍(lán)莓的生長對水分比較敏感，合理增加灌溉可以有效促進(jìn)土壤養(yǎng)分的釋放，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)藍(lán)莓植株的生長，增加藍(lán)莓葉片PSⅡ光化學(xué)活性，改善藍(lán)莓的風(fēng)味。綜合整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果，藍(lán)莓較適宜的土壤相對含水量為＞45%～60%。

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