楊 湘，蘇學(xué)德，李鵬程，郭紹杰，李 銘

(新疆農(nóng)墾科學(xué)院林園研究所，新疆 石河子 832000)

【研究意義】水資源短缺、供水不足是21世紀(jì)人類(lèi)面臨的全球性問(wèn)題之一[1]，新疆地處亞歐大陸腹地，氣候干旱，水資源受季節(jié)因素影響，時(shí)空分布極不均衡，地表水蒸發(fā)量大[2]，是全國(guó)最嚴(yán)重的干旱區(qū)之一，干旱缺水歷來(lái)是限制新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約因素，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，降低農(nóng)業(yè)耗水量，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)用水效率，是新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路。土壤水分變化是影響植物生理及形態(tài)指標(biāo)變化的關(guān)鍵因素，在描述土壤干旱程度方面，土壤水勢(shì)比土壤水分更具代表性，因?yàn)橥寥浪畡?shì)能夠反映土壤水分的動(dòng)態(tài)變化[3]，是土壤水分和土壤質(zhì)地共同作用的函數(shù)[4]。在不同土壤條件下果樹(shù)維持正常生命所需要的土壤水勢(shì)是相同的[5-6]，同時(shí)利用土壤水勢(shì)確定灌溉制度具有準(zhǔn)確的反應(yīng)土壤水分信息，易于操作易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)[7-8]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在葡萄上已有一些利用土壤水勢(shì)對(duì)植物生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的影響，確定灌溉制度的研究：陳毓瑾等[10]和謝強(qiáng)[11]在巨峰葡萄上，通過(guò)時(shí)間序列分析模型，根據(jù)新梢直徑收縮量和生長(zhǎng)量研究果實(shí)發(fā)育時(shí)期土壤水勢(shì)閾值；Lou等[12]利用攝影測(cè)量漿果大小日變化和13C同位素標(biāo)記，研究巨峰葡萄漿果生長(zhǎng)的時(shí)間序列模型，更精確地研究了漿果不同發(fā)育時(shí)期的最佳灌溉閾值；在赤霞珠葡萄上，武慧芳等[13]研究了不同灌水定額對(duì)不同生育期灌溉前后不同土層土壤水勢(shì)變化規(guī)律的影響，提出適宜的灌溉制度，沈甜等[14]研究了不同灌水定額時(shí)不同生育期土壤水勢(shì)的變化，以及對(duì)枝條莖流量和果實(shí)品質(zhì)的影響；李洪艷等[15]研究了根域限制栽培時(shí)，“峰后”葡萄果實(shí)成熟期不同土壤水勢(shì)對(duì)果實(shí)糖卸載日變化的影響；梁鵬[16]研究了設(shè)施條件下和不同灌溉水潤(rùn)體積對(duì)部分根域干燥下“藤稔”葡萄兩側(cè)根域土壤水勢(shì)變化及樹(shù)體生長(zhǎng)和過(guò)是發(fā)育的影響，以及不同灌水下限對(duì)部分根域干燥葡萄兩側(cè)根域土壤水勢(shì)變化的影響；齊建波等[17]在無(wú)核白雞心葡萄上，以40 cm處土壤水勢(shì)設(shè)置不同程度水分脅迫，研究土壤水勢(shì)與葉片水勢(shì)的關(guān)系，以及灌溉的臨界指標(biāo)。在克瑞森葡萄上關(guān)于土壤水勢(shì)條件的研究基本沒(méi)有?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】克瑞森葡萄是新疆葡萄瓜果開(kāi)發(fā)研究中心于1998年從美國(guó)直接引入的，目前已經(jīng)有很好的發(fā)展市場(chǎng)前景[9]?？巳鹕瓱o(wú)核葡萄是一個(gè)極晚熟的無(wú)核品種，具有果實(shí)色澤艷麗，口感好，品質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn)，越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞。因此，本研究設(shè)置不同土壤水勢(shì)進(jìn)行灌溉，研究不同土壤水勢(shì)對(duì)克瑞森葡萄坐果后光合性能、果實(shí)性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】確定坐果后克瑞森葡萄適宜的土壤水勢(shì)范圍，為生產(chǎn)中克瑞森葡萄的科學(xué)灌溉提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料培養(yǎng)

試驗(yàn)在新疆石河子新疆農(nóng)墾科學(xué)院葡萄試驗(yàn)基地(44.27°N，85.94°E)進(jìn)行，屬典型的溫帶大陸性氣候，氣候特點(diǎn)是冬冷夏熱，溫差大，光熱資源充足，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，多年平均降雨量 200 mm，平均蒸發(fā)量1600 mm，土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤容重為1.417 g/cm3，田間持水量約為25.4 %(20～40 cm處)。試驗(yàn)材料為3年生克瑞森(VitisviniferaL.Crimson Seedless)葡萄，株行距為2 m×3.5 m，栽培方式為傾斜主干水平龍干樹(shù)形和水平連棚架，東西行向，新梢呈魚(yú)刺狀向南北方向分列。

1.2 試驗(yàn)處理和測(cè)定方法

1.2.1 土壤水勢(shì)處理 本試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)土壤水勢(shì)處理，分別為CK處理[-160～ 220 kPa(試驗(yàn)初控制土壤水勢(shì)在-160 kPa，之后一直不灌水)、T1處理(-120～-150 kPa)、T2處理(-80～-110 kPa)和T3處理(-40～-70 kPa)]。土壤水勢(shì)采用德國(guó)Ecomatic公司生產(chǎn)的EQ15土壤水勢(shì)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)定40 cm處土壤水勢(shì)的變化過(guò)程，數(shù)據(jù)采集采用DL2e數(shù)據(jù)采集器，每1 min測(cè)定1次，每隔2 h記錄1次。

1.2.2 葉片葉綠素SPAD和光合參數(shù)測(cè)定 坐果后10、40、70和100 d，即6月3日、7月3日、8月3日和9月3日(選擇晴朗、無(wú)風(fēng)天氣的早上10：00-12：00測(cè)定)選擇從果穗以上第4個(gè)葉位，測(cè)定葉綠素含量和光合參數(shù)；其中，采用便攜式SPAD儀測(cè)定葉綠素含量，采用CI-340便攜式光合儀(美國(guó)，CID公司)測(cè)定克瑞森葡萄葉片生理指標(biāo)。測(cè)定指標(biāo)為凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和細(xì)胞間CO2濃度(Ci)，水分利用效率WUE=Pn/Tr。光合參數(shù)測(cè)定時(shí)凈光合有效輻射(PAR)控制在1300 μmol/(m2/s)左右。

1.2.3 果實(shí)性狀產(chǎn)量和品質(zhì)測(cè)定 果實(shí)成熟期按處理隨機(jī)選擇6株葡萄分別掛牌標(biāo)記，在每株葡萄上中下部各取1粒漿果，各取1穗葡萄進(jìn)行稱(chēng)重，統(tǒng)計(jì)單粒重、單穗重和每株穗數(shù)，并計(jì)算單株產(chǎn)量，并根據(jù)每公頃株數(shù)計(jì)算產(chǎn)量。同時(shí)，采用游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)縱、橫徑。每株上中下各取2粒果，利用果實(shí)硬度用GY-1型果實(shí)硬度計(jì)測(cè)定，利用WYI型手持糖量計(jì)測(cè)定可溶性固形物；不同處理各取90粒漿果迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，稱(chēng)重之后，烘干再稱(chēng)重，計(jì)算干物質(zhì)重。葡萄果實(shí)干物質(zhì)重( %)=烘干樣品重/樣品重×100。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel2003和DPS7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用SigmaPlot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤水勢(shì)對(duì)葡萄葉片葉綠素SPAD值的影響

隨時(shí)間變化，葉片SPAD值呈先上升后下降趨勢(shì)，各處理SPAD值在坐果后40 d時(shí)均達(dá)到最高，分別達(dá)33.3、36.2、39.1和42.1，T1、T2和T3處理分別比CK處理高8.71 %、17.42 %和26.43 %，均顯著高于CK處理(P<0.01)，坐果后40～100 d，各處理SPAD值下降，到100 d時(shí)，T1、T2和T3處理差異不大，顯著高于CK處理(圖1)。表明土壤水勢(shì)增加，葉片SPAD值亦顯著增加。

圖1 不同土壤水勢(shì)對(duì)SPAD值的影響Fig.1 Effects of different soil water potential on SPAD value

2.2 不同土壤水勢(shì)對(duì)葡萄葉片光合參數(shù)的影響

2.2.1 不同土壤水勢(shì)對(duì)凈光合速率(Pn)的影響 各處理Pn隨時(shí)間呈顯著下降趨勢(shì)(P<0.01)，坐果后10～40 d，CK-T3處理分別下降了40.16 %、24.80 %、21.67 %和18.72 %，40 d后，CK、T2和T3處理下降減緩，T1處理則下降較快，到100 d時(shí)下降了72.27 %，坐果后10～100 d，各處理分別下降了84.75 %、74.86 %、46.78 %和39.52 %。坐果后10 d時(shí)，T1、T2和T3處理葉片Pn分別比CK處理高71.36 %、105.82 %、118.86 %，坐果后100 d時(shí)，分別高1.82、6.18和7.68倍，均顯著高于CK處理(P<0.01，圖2)。表明土壤水勢(shì)增加，葡萄葉片凈光合速率增加，且減緩光合速率隨時(shí)間的下降。

圖2 不同土壤水勢(shì)對(duì)凈光合速率的影響Fig.2 Effects of different soil water potential on Pn

2.2.2 不同土壤水勢(shì)對(duì)葉片氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響 各處理葉片Gs在坐果后10 d時(shí)最高，CK-T3處理分別為43.1、110.63、136.62 和147.77 mmol/(m2·s)，總體呈顯著下降趨勢(shì)(P<0.01)，各時(shí)間CK處理下降均較緩，且各時(shí)間均顯著低于其它處理(P<0.01)；T1、T2和T3處理在坐果后10～40 d時(shí)迅速下降，分別下降了51.15 %、46.73 %和46.27 %，40 d后，T2和T3處理下降較緩，T1處理在坐果后70 d后又下降較快，下降了48.70 %，T1處理顯著低于T2和T3處理，T2處理亦顯著低于T3處理。坐果后10～100 d ，CK-T3處理分別下降了77.56 %、79.26 %、63.42 %和56.23 %；100 d時(shí)，T1、T2和T3處理GS分別比CK處理高1.37、4.17和5.69倍(圖3)。表明土壤水勢(shì)增加可以增加葉片氣孔開(kāi)放程度。

圖3 不同土壤水勢(shì)對(duì)氣孔導(dǎo)度的影響Fig.3 Effects of different soil water potential on Gs

2.2.3 不同土壤水勢(shì)對(duì)蒸騰速率(Tr)的影響Tr變化趨勢(shì)與Gs基本一致，隨時(shí)間呈顯著下降趨勢(shì)(P<0.01)，其中CK處理Tr隨時(shí)間一直下降，坐果后10～40 d時(shí)，T1、T2和T3處理下降較快，分別下降了37.34 %、36.63 %和38.38 %；40 d后T2和T3處理趨于平緩，T1處理則在坐果后40～70 d時(shí)趨于平緩，70 d后又快速下降，T1處理總體顯著低于T2和T3處理，T2和T3處理間沒(méi)有顯著差異(P<0.01)。坐果后40～100 d，CK和T1處理分別下降了55.17 %和37.6 %，CK處理下降較多，顯著低于T1處理(P<0.01)。坐果后100 d時(shí)，T1、T2和T3處理Tr分別比CK處理高50.00 %、69.65 %和70.00 %，顯著高于CK處理(圖4)。表明隨土壤水勢(shì)增加，葉片水分的蒸騰亦增加。

圖4 不同土壤水勢(shì)對(duì)蒸騰速率的影響Fig.4 Effects of different soil water potential on Tr

2.2.4 不同土壤水勢(shì)對(duì)水分利用率(WUE)的影響 各處理葉片WUE隨時(shí)間變化不一致，CK處理一直呈下降趨勢(shì)，10～100 d下降了53.91 %，水分利用率顯著低于其它處理(P<0.01)；T1、T2和T3處理則先上升后下降，坐果后40 d時(shí)達(dá)到最高，分別比10 d時(shí)增加了20.06 %、23.63 %和31.92 %，坐果后100 d時(shí)分別比40 d下降了46.40 %、25.16 %和14.67 %，T1處理下降較多，顯著低于T2和T3處理，T2和T3處理間沒(méi)有明顯差異(P<0.01，圖4)。表明坐果后顯著增加土壤水勢(shì)，可以增加水分利用率，且減緩后期水分利用率的下降。

2.3 不同土壤水勢(shì)對(duì)葡萄果實(shí)性狀和產(chǎn)量的影響

果實(shí)縱徑、橫徑均隨土壤水勢(shì)的增加而顯著增加(P<0.01)，其中縱徑T1、T2和T3處理分別比CK處理高14.98 %、37.57 %和42.35 %，橫徑分別比CK處理高7.93 %、24.43 %和29.04 %。果實(shí)單果重、單穗重、株產(chǎn)及產(chǎn)量均隨土壤水勢(shì)的增加而顯著增加(P<0.01)，其中T2和T3處理單果重分別比CK處理高了1.00和1.25倍；T1、T2和T3處理單穗重分別比CK處理增加了17.55 %、35.28 %和59.78 %，株產(chǎn)分別比CK處理增加了27.64 %、45.03 %和69.25 %，產(chǎn)量分別比CK處理高了20.60 %、31.71 %和43.02 %(表1)。表明增加土壤水勢(shì)可以顯著增加葡萄果實(shí)縱橫徑，增大果實(shí)單粒重，提高產(chǎn)量。

表1 不同土壤水勢(shì)對(duì)葡萄果實(shí)性狀和產(chǎn)量的影響

圖5 不同土壤水勢(shì)對(duì)水分利用率的影響Fig.5 Effects of different soil water potential on WUE

2.4 不同土壤水勢(shì)對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

隨土壤水勢(shì)增加，果實(shí)干物質(zhì)和可溶性固形物所占比例下降，其中T1、T2和T3處理果實(shí)干物質(zhì)所占比例分別下降了3.85 %、10.67 %和14.09 %，各處理差異顯著(P<0.01),T3處理可溶性固形物顯著低于其它處理，比CK處理降低了5.75 %。土壤水勢(shì)增加，果實(shí)硬度下降，其中T2和T3處理顯著低于CK處理(表2)。說(shuō)明土壤水勢(shì)提高在一定程度上降低了葡萄果實(shí)品質(zhì)。

表2 不同土壤水勢(shì)對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

3 討 論

土壤水勢(shì)是描述土壤干旱程度及土壤水分對(duì)植物有效性的重要指標(biāo)[18]。土壤水分是重要的土壤因子,其狀況影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育和根系活動(dòng)。從而影響植物對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)元素的吸收,進(jìn)而影響地上部分的生長(zhǎng)及葉片的光合作用[19]。植物光合作用是植物體生物量形成的基礎(chǔ)[20]，受光照、溫度、水分、CO2濃度、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)等環(huán)境因子的影響，但在干旱地區(qū)，水分條件是影響該地區(qū)植物生長(zhǎng)的最大限制因素[21]。本研究結(jié)果表明，當(dāng)土壤水勢(shì)增加時(shí)，葡萄葉片葉綠素含量增加，凈光合速率增強(qiáng)，在土壤水勢(shì)為-80～-110 kPa(T2處理)和-40～-70 kPa(T3處理)時(shí)，減緩了試驗(yàn)后期凈光合速率的下降；氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率亦增強(qiáng)，且變化趨勢(shì)基本一致。土壤水勢(shì)增加，在土壤水勢(shì)高時(shí)毛細(xì)管水所占比例比土壤水勢(shì)低時(shí)大，植物可利用的水也較充足，氣孔開(kāi)度增大時(shí)，植物可能為最大限度地利用水來(lái)維持自身生理活動(dòng)而提高蒸騰速率，因而蒸騰速率就與氣孔導(dǎo)度顯著相關(guān)，氣孔導(dǎo)度大小決定蒸騰速率[22]。

植物葉片瞬時(shí)水分利用效率(WUE)作為植物生理活動(dòng)過(guò)程中消耗水分形成有機(jī)物質(zhì)的基本效率，是確定植物體生長(zhǎng)發(fā)育所需要的最佳水分供應(yīng)的重要指標(biāo)之一[18]，其值越大，說(shuō)明植物對(duì)水的利用效率越高。本試驗(yàn)中土壤水勢(shì)升高，葡萄葉片水分利用率增加，這與韓立新等[23]在果實(shí)生長(zhǎng)期的研究結(jié)果相似。在本試驗(yàn)中，隨土壤水勢(shì)增加，增加了葉片凈光合速率和氣孔導(dǎo)度，亦增加了葉片水分蒸騰；10～40 d時(shí)，氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率顯著下降，凈光合速率降低幅度較小，水分利用率(Pn/Tr)上升，40 d后T2和T3處理凈光合速率和蒸騰速率的下降減緩，水分利用率下降亦減緩，T1處理凈光合速率的下降快于蒸騰速率，水分利用率顯著下降。葉片水分利用效率取決于凈光合速率與蒸騰速率的比值，蒸騰速率受氣孔限制，而Pn除受氣孔限制外，非氣孔因素也起著相當(dāng)重要的作用[24]。所以在不同土壤水勢(shì)條件下，凈光合速率和蒸騰速率隨時(shí)間下降的趨勢(shì)并不完全一致，因而水分利用率的變化趨勢(shì)與凈光合速率和氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率的變化趨勢(shì)不同。

光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量與品質(zhì)形成的基礎(chǔ)[25-26]，而土壤水分狀況影響植物的光合作用，從而導(dǎo)致某些生化物質(zhì)合成能力的變化[20]。本試驗(yàn)中，隨土壤水勢(shì)增加，克瑞森葡萄果粒增大，特別是-80～-110 kPa(T2處理)和-40～-70 kPa(T3處理)時(shí)單果重分別比CK處理高了1.00和1.25倍，單穗重增加，株產(chǎn)和產(chǎn)量均有所提高，這可能是由于漿果膨大的早期是決定果實(shí)細(xì)胞數(shù)量的細(xì)胞分裂期，此時(shí)土壤水勢(shì)高有利于果實(shí)體積的增加[27-28]。同時(shí)隨土壤水勢(shì)提升，果實(shí)硬度增大，果實(shí)干物質(zhì)和可溶性固性物含量也隨之有所降低，這可能是在施肥條件相同的基礎(chǔ)上，土壤水勢(shì)高的樹(shù)體由于產(chǎn)量增加，而養(yǎng)分供應(yīng)不足，從而導(dǎo)致了果實(shí)干物質(zhì)降低，果實(shí)品質(zhì)降低，適當(dāng)?shù)慕档屯寥浪畡?shì)可以有效減少光合產(chǎn)物向莖葉等營(yíng)養(yǎng)器官的分配，更多的分配到生殖器官即果實(shí)中，同時(shí)果皮收縮降低果粒體積，從而增加果汁糖分濃度[13,27,29]。

4 結(jié) 論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果表明，控制土壤水勢(shì)在-40～-110 kPa(T2、T3處理)范圍內(nèi)，既促進(jìn)克瑞森葡萄凈光合作用，增加氣孔開(kāi)放程度和水分利用率，增強(qiáng)葉片水分的蒸騰，且在一定程度上延緩葉片光合能力隨時(shí)間的下降；也穩(wěn)定了產(chǎn)量，提高了果實(shí)品質(zhì)。