微喷周期对葡萄叶片SPAD值和叶绿素含量与产量的影响分析

刘洪波，白云岗，张江辉，丁 平

(新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049)

新疆吐哈盆地(即新疆吐鲁番与哈密地区)年平均降水量仅16.5 mm，而年平均蒸发能力高达3 300 mm，属极端干旱区。在葡萄产量形成的关键物候阶段果粒膨大期，即6-7月，最高温度达到45 ℃以上，极端的干旱气候环境，对葡萄产量造成极大的影响。同时，由于葡萄灌溉普遍采用地面沟灌，耗水量增大，造成水资源日益紧张，对此，李淑芹[1]、王永杰[2]在吐哈盆地对葡萄垂直线源灌灌水技术进行了研究。随着灌水技术的发展，微喷灌水技术的应用也越来越多，如徐学欣[3]在小麦拔节期和开花期进行微喷补灌，可使水分利用效率提高2.1～2.9 kg/(hm2·mm)，达21.6～23.2 kg/(hm2·mm)；Trimmer W.L[4]在微喷灌水试验中发现，飘移损失的水量一般占总灌水总量的25%；Man J G[5]的研究认为，当光照和温度较高而湿度较小时，其蒸发飘移损失量则达到整个水量的42%；Wang D[6]通过传统沟灌与喷灌试验对比，认为喷灌和滴灌能有效控制每次灌水定额，提高水分利用效率。在吐鲁番地区，光热资源丰富，而叶绿素在植物进行光合作用的过程中起着重要作用，它能反映出植物的光合能力及生理状况。如冯一峰[7]、昌梦雨[8]采用丙酮法测定植物叶绿素含量值，随着便携式叶绿素测定仪的广泛应用，乔润雨[9]、李志宏[10]、潘义宏[11]和潘静[12]等人对蔬菜、粮食作物、经济作物及果树等进行全面深入的研究，研究结果均认为SPAD值与叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量间呈显著的相关关系，并得到其回归方程，通过SPAD值建立的方程式就可计算出叶绿素的含量，不仅简便易行，且可保留植株的完整性，不损害叶片。如王瑞[13]、李田[14]、宋廷宇[15]等利用便携式叶绿素仪与分光光度法分别对油茶、板栗和菜心的叶片叶绿素含量进行了测定，均证实了以上结论，并得到了SPAD值与叶绿素含量的回归方程。目前，刘会宁[16]、杨莉莉[17]和申海林[18]等人对不同品种葡萄叶片SPAD值与叶绿素含量的影响已进行了相关研究，王凯[19]、Man J G[20]和白云岗[21]等人在葡萄叶片喷施叶面肥的条件下对叶片叶绿素的影响进行了研究，在而极端干旱的吐哈盆地，关于葡萄叶片叶绿素含量的报道较少，尤其在微喷条件下，喷水周期对葡萄叶片SPAD值和叶绿素含量的影响研究尚无报道。笔者对微喷条件下不同周期处理叶片SPAD值和叶绿素含量及产量进行监测，分析叶绿素含量和SPAD值间的相互关系，结合产量确定适宜的微喷灌水周期，为科学采用高效节水技术提供数据支撑，也为葡萄优质生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验条件

试验地点位于新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所中心试验基地(北纬42.91°，东经90.30°，海拔419 m)。年降雨量25.3 mm，年蒸发量2 751 mm，≥10 ℃以上积温为4 522.6～5 548.9 ℃，全年日照时数2 900～3 100 h,平均日较差14.3～15.9 ℃，最大可达17～26.6 ℃，无霜期192～224 d。土壤质地主要为砾石沙壤土。葡萄品种为‘无核白’，1981年定植，树龄28 a，大沟定植，东西走向，沟长54 m，沟宽1.0～1.2 m，沟深0.5 m，株距约1.2～1.5 m，行距3.5 m，栽培方式为小棚架栽培，棚架前端高1.5 m、后端高0.8 m。

1.2 试验设计

试验于2017年进行，共设3个微喷周期调控处理，各微喷处理均是在常规滴灌的基础上通过与微喷叠加，组成微喷弥雾调控灌水技术处理。3个处理分别为每天喷水1 h(WP1)、每隔1 d喷水2 h(WP2)和每隔2 d喷水3 h(WP3)，对照处理(CK)采用常规滴灌，不喷水，共计4个处理。每个处理重复2次，每个试验小区面积约0.03 hm2。微喷弥雾灌溉装置采用喷射直径200 cm、流量40 L/h，喷头间距2 m，喷头的高度为离地面50 cm。微喷在葡萄果实膨大初期(6月4日-7月4日)15∶00-17∶00开启，各处理总灌溉定额均为9 150 m3/hm2，其中WP1、WP2和WP3处理的微喷定额均为1 500 m3/hm2。

1.3 测定指标

(1)SPAD值测定。采用日本Minolta公司生产的美能达牌SPAD-502手持便携式叶绿素仪进行测定。测定时，每处理选取3株长势一致的葡萄蔓，在每个蔓上按上、中、下不同部位选取1个枝条，在每个枝条上按上、中、下不同部分选取3片长势均一的叶片，共27片叶子，并将所有叶片做上标记，每次测定同一片叶子。用叶绿素仪测定叶片读数，在叶缘和叶脉中间部位测定，同时注意避开有损伤的叶片。同时，在测定部位上用打孔器进行取材，并将打孔圆片及时冷藏，进行叶绿素含量测定。

(2)叶绿素含量测定。采用丙酮法，将葡萄叶片磨碎，用80%的丙酮溶液提取，再过滤定容，然后用日本岛津公司生产的UV-2550紫外可见分光光度计进行测定。叶绿素计算如下式：

(1)

(2)

(3)

式中：Ca为叶绿素a的含量，mg/g；Cb为叶绿素b的含量，mg/g；Ct为叶绿素的总量，mg/g；D645和D663为在663、645 nm波长下的光密度；V为定容体积,mL；W为称样量，g。

(3)统计分析。对原始数据进行标准化或归一化处理，经过Excel对基础数据进行转换以后，用SPSS 22.0软件进行相关性分析和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理葡萄叶绿素的变化特征

不同处理葡萄叶绿素日变化如图1所示。从图1中可以看出：各处理呈均一的先减小后升高的变化趋势，整体上看，各处理的日变化值为38.31～43.8，且均呈先减小后增大的变化趋势，到晚20∶00达到日变化中的最大值；在各处理中，WP1的值日平均值最高，为42.0，其次是CK和WP2，分别为41.2和40.3，WP3处理最低，为39.3；一天中SPAD值变化最大的是WP1处理，为3.3，其余各处理日变化差值为1.3～2.6。

图1 不同处理葡萄叶片SPAD值的日变化Fig.1 Diurnal variation of SPAD value of grape leaves under different treatments

不同处理葡萄叶绿素连日变化如图2所示。从图2中可以看出，不同处理间葡萄叶绿素表现出一定的规律，但变化范围较大，总体表现上，在整个监测期内，CK处理的SPAD值最大，WP3次之，其次是WP1处理，而WP2处理最低。

图2 不同处理葡萄叶绿素连日变化Fig.2 Continuous change of grape chlorophyll under different treatments

2.2 叶片SPAD值与叶绿素含量的相关性分析

试验采用SPAD 叶绿素仪和分光光度法同步测定了葡萄同一蔓上叶片的SPAD值与叶绿素a、叶绿素b 以及总叶绿素的含量，并对其SPAD值与叶绿素含量进行了相关分析。由表1可以看出，同一叶片间SPAD值与叶绿素a、叶绿素b 以及总叶绿素含量间均存在极显著相关关系，相关系数为0.94～0.99，均呈极显著相关关系。

表1 叶片SPAD值与叶绿素含量的相关性分析Tab.1 Correlation analysis between leaf SPAD and chlorophyll content

注：*表示p<0.05，**表示p<0.01。

将叶片的SPAD值分别与相应的叶绿素a、叶绿素b 以及总叶绿素含量进行线性回归分析，结果如表2所示。从表2中可看出：葡萄叶片叶绿素a、叶绿素b 和总叶绿素含量与SPAD值间呈线性变化规律，均达到极显著水平，且叶绿素含量随SPAD值的增加而增加；方程中的系数为SPAD值随叶绿素含量变化的速率，其中，总叶绿素含量随SPAD值的变化速率最大，其次为叶绿素a，叶绿素b的变化速率最小。

表2 叶片SPAD值与叶绿素含量的回归方程Tab.2 Regression equation of leaf SPAD value and chlorophyll content

注：VSPAD为手持便携式叶绿素仪测定的SPAD值。

葡萄叶片SPAD值和叶绿素含量的实测值、预测值如表3所示。由表3可知：葡萄不同处理叶片的叶绿素含量与SPAD值在一定范围内波动；各处理中，WP2处理的各项指标值均最高，而WP1处理最低。

表3 叶片SPAD值与叶绿素含量的实测值与预测值 mg/g

将测得的葡萄不同处理的SPAD值代入表2回归方程，计算出叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量的预测值如表3所示，同时，将采用分光光度法测得的实测值与预测值一起进行统计分析，统计结果如表4所示。

表4 不同处理下叶片叶绿素实测值与预测值方差分析Tab.4 Analysis of variance between measured and predicted chlorophyll values under different treatments

由表4可知，葡萄不同处理下叶片叶绿素a含量、b含量与总叶绿素含量的实测值与预测值的统计检验p值分别为0.048、0.040和0.042，均小于0.05，说明葡萄叶片叶绿素a、b含量与总叶绿素含量的实测值与预测值差异不显著，可以通过SPAD值的回归方程求得叶绿素a含量、b含量与总叶绿素含量。

2.3 不同微喷周期对葡萄品质与产量的影响

葡萄品质指标如表5所示。在葡萄果粒品质指标中，CK处理在可溶性固形物、总酸及固酸比上最大，而在其他各指标上均低于微喷周期处理。综合各指标看，微喷处理明显提高了果粒的VC含量、多酚含量和单宁含量，并使总酸降低，表明采用微喷灌水技术对提高葡萄果粒品质有促进作用。

表5 不同处理下葡萄果粒品质指标对比Tab.5 Comparison of quality indexes of grape fruit grain under different treatments

各处理产量如图3所示。各处理葡萄产量中，WP2最大，其次是CK和WP1处理，WP3处理的产量最低。WP1、WP2、WP3和CK处理的产量分别为13 681.1、14 700.2、12 136.2和12 809.2 kg/hm2。各处理与对照处理相比，最高增产14.7%，微喷平均产量为13 505.8 kg/hm2，比对照处理高5.4%。表明通过微喷调控技术，能够改变棚架下小环境气候，改善了葡萄生长环境，从而对葡萄增产起到了一定的作用。

图3 不同处理下葡萄产量对比Fig.3 Comparison of grape yield under different treatments

3 结 论

对2017年葡萄叶片SPAD值和叶绿素含量及产量的测定分析表明，在不同微喷周期条件下，各处理SPAD日变化值为38.31～43.8，且均呈先减小后增大的变化趋势。其中：每天喷水1 h处理(WP1)的SPAD值日平均值最高(42.0)；其次是对照处理(CK)和每隔1 d喷水2 h处理(WP2)，SPAD值分别为41.2和40.3；每隔2 d喷水3 h处理(WP3)的SPAD值最低，为39.3；SPAD值日差值最大的是WP1处理(3.3)，其余各处理日变化差值为1.3～2.4。葡萄叶片SPAD值与叶绿素含量达到极显著正相关，其回归方程分别为Ca=0.102 8VSPAD-2.226 6、Cb=0.079 6VSPAD-2.374 9、Ct=0.182 4VSPAD-4.460 2，均达到极显著相关关系。3个喷水方式处理WP1、WP2、WP3的实测产量分别为13 681.1、14 700.2和12 136.2 kg/hm2，分别比对照高出6.8%、14.7%、-5.2%。在葡萄品质指标方面，其VC含量、多酚含量和单宁含量等多项品质指标中，微喷处理均优于对照处理。表明利用SPAD值预测叶绿素a含量、b含量与总叶绿素含量是可行的，为快速测定大田葡萄叶片叶绿素含量提供了新的方法。同时，采用合理的微喷灌水周期可促进葡萄生理生长，使产量增加品质提高。由于此试验仅在1 a中对微喷周期方式条件下进行了分析，对于不同灌溉定额和不同喷水方式对叶片叶绿素含量及产量的影响以及光合、叶绿素荧光等指标对葡萄生理的影响等后续仍需作进一步更深入的研究，以期为葡萄高效节水增产技术提供更充足的理论和数据支撑。