棉花花铃期光合日变化特性研究

棉花花铃期光合日变化特性研究

0棉花铃期的光合特性,对于棉光合作用是培育棉花生长发育和产量的基础。本文深入了解棉花叶片的光度特征，对阐明棉花的发育规律、棉花的生产具有重要意义。花铃期是棉花一生中生长发育最旺盛的时期,也是各种矛盾表现最集中、最激烈的时期。棉花本身生长发育的几个转折点,即由营养生长占优势,转入营养生长与生殖生长同时并进,再转入以生殖生长占优势,都集中在这段时间内;棉株的狂长和早衰,蕾铃的脱落,气候上的早涝变化,也多发生在这段时间内。棉花花铃期成为夺取棉花优质高产的最关键时期。因此,进一步研究棉花花铃期的光合作用特性,对于全面了解棉花的基础生理特性有很大价值。近年来,国内外已开展了对棉花不同品种和不同叶位叶片光合特性的研究;进行了不同营养元素如氮素(控释氮肥)、钾肥对棉花光合特性的影响研究;外界环境因子如控光、滴灌、遮荫、干旱、种植密度等对棉花光合特性的影响;光合指标性状的遗传特性等方面的研究。在棉花光合日变化方面的研究较少,到目前还没有掌握棉花在全天各时段的光合生理规律。了解棉花光合日变化,对于进行具有时间影响的农作措施有一定的指导价值。如:选择何时喷施内吸式农药和叶面肥、何时使用抑制蒸腾药剂、如何抑制午休提高干物质积累时间等方面均有很大的参考价值。因此,笔者通过进行棉花花铃期净光合速率等生理参数的测定和分析,以期探明花铃盛期棉花相关光合生理参数的日变化规律,也可为充分挖掘棉花光合和生产潜力提供理论基础,为进行高产高效栽培和科学的田间管理提供理论依据。1材料和方法1.1砂土壤理化性质试验在山西省农业科学院棉花试验田(晋中市榆次区东阳镇试验中心)进行。土壤为砂壤土,pH8.0左右,有机质含量12.66g/kg,全氮0.92g/kg,碱解氮59.74mg/kg,速效磷9.42mg/kg,速效钾129.83mg/kg。供试品种为优质棉花品种‘晋棉45号’。1.2测定方法运用采用CB-1102型光合蒸腾作用测定系统进行光合参数测量,采用25mm×25mm叶室,于晴朗微风天气在大田条件下进行,测定时间在2010年8月20日8:00—18:00时,每隔1h测定1轮,每轮重复3次,每次测定2min左右,均采用手动开路测量方式。1.3气孔导度的测定每小时测定1轮,3次重复,每次重复包括一组基本数据。基本数据参数包括空气温度、叶温、流量、进气口的相对湿度、出气口的相对湿度、进气口CO2浓度、出气口CO2浓度、大气压力、光合有效辐射强度、净光合速率、蒸腾速率、叶片气孔导度、细胞间隙CO2浓度。通过测量流经叶室前后的CO2浓度的变化和湿度变化来计算植物的净光合速率和蒸腾速率,并计算出气孔导度和胞间CO2浓度。2结果与分析2.1辐射日变化特征mol/mss由棉花花铃盛期光合有效辐射的日变化曲线(图1)可以看出,花铃盛期(8月20日左右)的光合有效辐射日变化趋势呈现抛物线型,在13:00时出现顶峰,达到1635μmol/(m2·s)。2.2净光合速率的季节动态本试验测定时间内棉花正处于花铃盛期,以地上部生长为主,蕾、花、铃的生长开始超过茎叶,生育中心逐渐由营养生长转向生殖生长,是棉花一生中营养吸收和生长量最大的时期,也是棉花净光合速率的高峰期。从净光合速率日变化的结果看(图2),其为曲线型的光合日变化模式之一双峰型。光合速率的第一峰值出现在10:00时前后,从9:00—11:00为棉花光合速率高峰期;12:00—14:00光合速率稍有降幅;13:00时出现一个低谷,此时出现午休现象;15:00时出现第二峰值,以后,叶片净光合速率逐渐降低,双峰型变化趋势很明显。2.3腾速率的测定蒸腾作用可以保证作物对水分和养分的吸收,亦可调节作物能量状况和气孔开度。要保证一定量物质的积累,就必须有一定量的水分来维持,这些均依赖于作物的实际蒸腾量,而蒸腾速率是衡量作物干物质积累和水分利用效率的重要指标。通过蒸腾速率日变化趋势图(图3)可以看出:棉花蒸腾速率的日变化规律呈双峰型,峰值出现在11:00和15:00时左右,第一峰值在时间上比净光合速率的峰值晚1h,第二峰值与光合速率第二峰值时间相近。11:00—15:00为高峰期,16:00时之后降幅最明显。光合作用与气孔导度具有相关性,两者可以相互影响。如果气孔导度发生变化,可以直接影响叶片与空气间的饱和水汽压差,从而影响蒸腾。因此,光合作用与蒸腾作用具有很强的耦合性。2.4气孔导度与净光合速率、co浓度的关系气孔是水分和CO2气体交换的重要通道。通过气孔,空气中的CO2扩散进入叶片光合组织的细胞间隙,并溶解于液相中,在光能的作用下发生光合作用;同时,大量的水分也通过气孔经蒸腾作用而扩散于大气中,因此气孔导度在影响经光合速率的同时也会连带影响蒸腾速率和作物的水分利用效率。所以,人们在研究气孔开闭的过程中发现,气孔导度与净光合速率和CO2浓度都有关。棉花气孔导度的日变化规律与经光合速率和蒸腾速率类似,也呈双峰型曲线。从7:00时开始上升至10:00出现一个小峰值,此后气孔导度持续下降,12:00出现一个低谷,之后又加速上升,至15:00时出现最大峰值(图4)。气孔导度的日变化与叶片净光合速率的日变化出现峰值的时间一致,大小峰值出现的时间刚好相反。2.5时胞间胞间co浓度的日变化图5显示,棉花叶片细胞间隙CO2浓度呈现斜“V”字型的变化规律。8:00—12:00呈快速下降趋势,12:00时出现全天最低值,12:00之后平稳回升,之后变化趋势不明显。12:00时胞间胞间CO2浓度为17.7μmol/mol,为全天中最低值。在对光合速率日变化资料进行相关分析时,如果把棉花净光合速率和细胞间隙CO2浓度全天的资料放在一起分析,会得到净光合速率与细胞间隙CO2浓度之间基本上无相关性的结果;如果把一天分成上午、中午和下午3个不同时段来分析,可以得到上午、中午两者呈负相关而下午两者却无相关的结果。上午的负相关可能说明,细胞间隙CO2浓度的降低主要是在光合作用的光诱导过程中叶肉细胞的光合活性随光强增高而增高的结果;中午的负相关可能说明,细胞间隙CO2浓度的增高主要是某种原因引起的叶肉细胞光合活性降低的结果。3花铃期织物光催化期日变化通过利用CB-1102型光合蒸腾系统对花铃盛期棉花的光合生理参数进行测量,并对测量结果进行线性分析,笔者初步探明花铃期棉花光合日变化特性。花铃期棉花净光合速率的日变化曲线为光合日变化模式之一的双峰型,光合速率的峰值分别出现在10:00时和15:00时,13:00左右出现午休现象。蒸腾速率的日变化规律呈双峰型,峰值出现在11:00时和15:00时左右。气孔导度的日变化规律也呈双峰型曲线,峰值出现在10:00时(小峰值)和15:00时左右(大峰值)。胞间CO2浓度呈现斜“V”字型的日变化规律,12:00时为全天最低值。4光能耗在棉田对日变化的影响通过进行花铃期棉花光合日变化特性研究,可以初步摸清产量形成期棉花一天中各时段的光合生理特性、干物质积累特性、水分蒸腾耗散特性。对于深度研究棉花午休机理和原由、克服光合干物质积累限制的外因和内因提供基础理论,也可以为进一步挖掘棉花高产潜力提供切入点。在本项研究中,净光合速率日变化为曲线型的光合日变化模式之一双峰型,13:00左右时出现午休现象。张小彩等指出棉花盛花期光合速率日变化在晴天呈单峰曲线。郑有飞研究棉花光能利用后指出,一天中,正午时的光合作用最大,且无午休现象。李少昆等认为棉花晴天光合日变化呈双峰和单峰曲线2种。不同曲线类型的出现是否与生态气候条件、品种类别有关系,还需要进一步探索。通过对花铃盛期棉花光