降尘对棉花光合作用及氮素含量的影响

殷彩云+王家强+柳维扬+牛建龙

摘要：通过大田对照试验，借助Li-6400光合仪、叶绿素仪，研究降尘对棉花光合参数、SPAD值和氮素含量的影响。结果表明，在苗期降尘对棉花光合特性的影响非常明显，其净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）的差异均达到了极显著水平，而对叶绿素含量的影响在苗期也非常显著，SPAD值的差异在苗期也达到了显著水平，对叶片含氮量的影响在苗期也较为明显，因此降尘对棉花苗期生长影响最大。

关键词：降尘；棉花；光合作用；氮素

中图分类号： S429；S562.04 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）09-0116-03

降尘是极端干旱区沙尘或浮尘等灾害性天气现象的产物，在大气中依靠重力自然沉降下来的固体颗粒物，大气降尘的粒径多小于100 μm，可以长时间悬浮于大气中，并且在风力的作用下长距离、大范围传输，对人类的生活和植物的生长都造成了一定的不良影响。棉花是我国最重要的经济作物之一，在我国农业生产及国民经济建设中发挥着重要作用。随着大气环境的不断恶化，沙尘和浮尘天气不断增多，直接导致降尘量的增加和空气质量的下降。目前，棉花生产的侧重点主要还是集中在品种和施肥量上，却忽略了环境条件尤其是降尘对棉花的影响。国外很早就有学者注意到空气中的颗粒物对植物存在影响，煤烟降尘能够堵塞植物气孔，阻碍植物CO2的交换并影响叶片叶绿素含量，影响多种作物光合强度，使得作物品质、干物质量下降[1-4]。国内的研究发现灰尘颗粒物在植物表面积累，降低其光合速率，使其叶温升高，加剧高温对叶组织的胁迫并使植物对干旱的敏感性增加[5]。自然降尘影响棉花叶片细胞的内含物[6]。本研究以塔里木盆地北缘阿拉尔绿洲垦区为研究区，该区在研究降尘对棉花生长的影响方面具有一定代表性，试验设置未接受降尘（对照）和接受降尘（处理）2组处理3个重复，测定棉花不同生育期的光合参数、SPAD值和全氮含量，探讨降尘对棉花光合作用及氮含量的影响，从而为研究降尘对棉花生长发育的影响提供理论基础，为干旱区棉花栽培技术的改革以及进一步的应用推广提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2012年在位于塔克拉玛干沙漠西北缘和塔里木河上游西南进行，研究区是典型极端干旱荒漠绿洲过渡带。地理位置为80°30′～81°58′E、40°22′～40°57′N，海拔在（1 000.0±20） m，受塔克拉玛干沙漠的影响，年平均太阳总辐射量为544.115～590.156 kJ/cm2，年日照时数为2 920.7～3 158.3 h，无霜期205～219 d。年平均气温为10.7～11.4 ℃，年有效积温为4 113.7 ℃，生长季平均气温16.7～19.8 ℃，≥10 ℃的年平均持续日数为201 d，极端最高温度为39.4[KG*3]℃，极端最低温度为-25.0[KG*3]℃，年水分蒸发量为1 880.0 mm，年降水量仅约50 mm，蒸降比为38 ∶1。风沙灾害频繁，每年3—6月风沙频繁发生，是该地区降尘危害发生集中季节。光照充足、热量丰富，属典型的大陆性极端干旱荒漠气候类型。试验区为典型的绿洲棉田，土壤类型为极端干旱荒漠盐碱土。

1.2 材料与试验设计

供试材料为陆地棉（Gossypium hirsutum）中棉49。试验于新疆生产建设兵团农一师十团试验站大田进行。试验设置2个处理3个重复。对照组采用定期淋洗叶面的方式使棉花不受降尘影响，处理组则是在自然环境下使棉花受到降尘的影响。供试棉花于2012年4月9日播种，膜下滴灌，行株距为60 cm×10 cm，种植密度为21万株/hm2，小区面积30 m2。

1.3 方法

1.3.1 光合特性的测定 测棉花功能叶片的光合参数，以Li-6400 光合仪，在棉花苗期到吐絮期选晴天12：00—14：00之间，测定功能叶片的光合参数；每次测定各处理棉花功能叶片5～10张，取平均值用于统计分析。为减少因环境条件变化引起的测定误差，每次测定在30 min内完成。

1.3.2 SPAD值的测定 用SPAD叶绿素仪测定棉花功能叶片的SPAD值；每株棉花在功能叶片上（打顶前倒四叶，打顶后顶叶）选择3个点进行测量，每次测定20张叶片的SPAD值，取平均值得到功能叶片的SPAD值。

1.3.3 植株氮含量的测定 在每个处理中，采集棉花功能叶片，杀青、烘干后，测定植株的氮含量。测定采用硫酸-过氧化氢消煮，碱化蒸馏定氮法，测定重复3次。

2 结果与分析

2.1 降尘对棉花光合特性的影响

试验中棉花光合参数的测定主要在苗期进行。光合参数净光合速率（Pn）、气孔导度（Cond）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）作为棉花光合特性的主要参数，能较好地反映棉花光合特性，对其进行测定分析。

从表1可知，除了气孔导度（Cond）处理略高于对照外，受降尘影响的棉花其净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）都低于不受降尘影响的棉花，说明降尘对棉花光合作用有明显的影响。降尘长期在棉花叶面积累，引起棉花光合速率的降低，影响棉花干物质的形成、细胞间CO2的传导和叶面水分的传递，最终影响棉花产量。

由表2可知，样本对Pn、Ci、Tr的差异显著性指标均小于0.01，说明受降尘影响的棉花与不受降尘影响的棉花在其净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）上差异极显著；而样本对Cond差异显著性指标大于0.05，说明受降尘影响的棉花与不受降尘影响的棉花在其气孔导度（Cond）上差异不显著。由于影响光合作用的因素主要是光照、二氧化碳浓度、温度、矿质元素、水分，降尘附着在棉花叶片上影响了叶片接受光照的效率，也影响了叶片对二氧化碳的吸收，同时也降低了叶片上水分的蒸腾速率，因此，受降尘影响棉花比不受降尘影响棉花的光合速率、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率要低。而气孔导度表示的是气孔张开的程度，影响光合作用、呼吸作用及蒸腾作用，尤其对蒸腾有直接的影响，与蒸腾作用成正比，理论上光合速率、胞间二氧化碳浓度和蒸腾作用大，气孔导度也应该大，但本研究结果显示不受降尘影响的棉花比受降尘影响的棉花的气孔导度（Cond）小0.165 mol/（m2·s）。

2.2 降尘对棉花叶绿素含量的影响

一定范围内叶绿素含量的高低直接影响叶片的光合能力。土壤水分变化对膜下滴灌植株的叶片光合作用及根系生理单位叶面积叶绿素含量与SPAD值的回归分析，二者呈显著的线性相关，y=0.014 5x-0.308 7（r=0.785 6）[7]。结果显示受降尘影响的棉花（处理）比不受降尘影响的棉花（对照）在苗期、蕾期和铃期功能叶片的SPAD值要略高一些，即叶绿素含量要略高一些，而吐絮期则低一些。

由表3可以得出：样本对蕾期、铃期、吐絮期SPAD值的差异显著性指标均大于0.05，说明受降尘影响的棉花（处理）与不受降尘影响的棉花（对照）在蕾期、铃期和吐絮期功能叶片的SPAD值差异不显著；而样本对苗期SPAD值的差异显著性指标略小于0.05，说明受降尘影响的棉花（处理）与不受降尘影响的棉花（对照）在苗期功能叶片的SPAD值差异显著。说明降尘在苗期时对棉花叶绿素含量的影响比较明显，而对苗期过后的蕾期、花期、铃期和吐絮期的影响都不明显。因此，棉花在苗期受降尘影响后，其光合特性在此期间也会受到明显影响。

2.3 降尘对棉花氮素含量的影响

作物产量的高低，不但取决于光合产物的生产总量，而且与光合产物在产品器官与非产品器官间的分配密切相关，在作物生长发育过程中，同化物在各器官不断进行转化与分配，因此，光合速率的快慢直接决定了光合产物的多少，从而决定了营养器官中贮藏物质的水平[8]。本研究在棉花苗期、蕾期、花期、铃期和吐絮期分别取棉花的功能叶片，测定其氮含量。

在棉花苗期，对照功能叶片的氮素含量比处理的要明显高很多（表4），即不受降尘影响的棉花（对照）苗期功能叶片的氮素含量比受降尘影响的棉花（处理）要高，而其他生育期变化不是很明显。

由图1可知，在棉花生长的苗期、蕾期、花期和铃期4个生育期中，处理组的SPAD值均高于对照组的SPAD值；降尘对棉花含氮量影响的主要阶段是在苗期，在其他生育阶段的影响没有苗期明显。

4 讨论与结论

本研究通过设置不受降尘（对照）和接受降尘（处理）2个处理3个重复的方式，分析了棉花在2个不同处理间的光合特性、SPAD值和氮素含量的差异，揭示了降尘对棉花光合作用及氮素含量的影响，结果表明：在苗期降尘对棉花光合特性的影响非常明显；其净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）差异达到了极显著水平；降尘对棉花叶绿素含量的影响在苗期也显著，其SPAD值的差异在苗期也达到了显著水平；降尘对棉花全生育期叶片含氮量均有影响，但对棉花苗期叶片含氮量影响最大。

总之，通过研究棉花在2个不同处理间的光合特性、SPAD和氮素含量的差异，可知降尘对棉花光合作用及氮素含量影响主要在苗期，对其他生育时期影响不大或影响低于苗期。由于影响棉花光合作用和氮素含量的因素很多，如二氧化碳浓度、光照、水分、矿质元素、温度等，因此如何能排除土壤肥力差异，同时排除试验对照设置时水分的影响，从而获得更为可靠的数据，来说明降尘这一单因素对棉花光合作用的影响效果，有待进一步研究。

参考文献：

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[7]罗宏海. 土壤水分变化对膜下滴灌棉花叶片光合作用及根系生理的影响[D]. 石河子：石河子大学，2008.

[8]潘瑞炽，王小青，李娘辉. 植物生理学[M]. 6版. 北京：高等教育出版社，2008.