降尘对塔里木盆地香梨叶片光合特性及叶绿素含量的影响

   试验对塔里木盆地生长的不同树龄香梨(Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Fragrant pear)树的叶片在受降尘及不受降尘影响下的光合特性及叶绿素含量进行了比较分析。结果表明,香梨叶片受降尘影响后在各个生育期的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度均降低。除新梢生长期外,各树龄的香梨叶片受降尘影响后蒸腾速率均下降。40年生的香梨树叶片受降尘影响后,各个生育期的叶绿素含量SPAD值均显著降低;而10年生及20年生的香梨树叶片受降尘影响后,各个生育期的叶绿素含量SPAD值均升高。 
  关键词香梨(Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Fragrant pear);降尘;叶片;光合特性;叶绿素含量;塔里木盆地 
  中图分类号S661.2;P425.5+5;Q945.11(245) 文献标识码A 文章编号0439-8114(2013)16-3845-04 
  塔里木盆地土地资源丰富,光热资源充足,是国家级的棉花生产基地、新疆维吾尔自治区(以下简称新疆)重的粮食和名优果品生产基地;而且石油天然气资源丰富,是中国21世纪能源战略接替区和重的石油化工基地1;因此塔里木盆地在新疆的发展战略中处于十分重的地位。但是塔里木盆地由于地处欧亚大陆腹地,降水稀少,蒸发强烈,植被稀疏,地貌以荒漠为主,绿洲面积很小;下垫面中央主体部分又为塔克拉玛干大沙漠,且沙漠面积有33.76万km2,在世界上沙尘源区中属中亚区的一部分,所以是世界范围内浮尘天气最集中的地区之一2。由于塔里木盆地频繁的沙尘天气及干燥的地表环境,使得降尘极为严重,给许多农作物的生长带来了不良影响。探讨解决这一问题的途径已经是干旱地区农业发展的当务之急,为此试验通过研究降尘对塔里木盆地生长的香梨(Pyrus bretschneideri Rehd. cv. Fragrant pear)叶片光合特性及叶绿素含量SPAD值的影响,试图揭示降尘这一自然天气现象对多年生木本作物香梨生长特性的长期影响,从而为稳定当地香梨的产量、提高品质提供理论依据。 
  1 材料与方法 
  1.1 材料与处理 
  试验地点在塔里木大学教学实验基地香梨果园,选择不同树龄(10年生、20年生、40年生)的香梨结果园作为样地;在同一样地中,选择自然状态下接受降尘影响(视为降尘处理)的样树3株和没有降尘影响(每周用纯净水冲洗叶片,视为非降尘处理)的样树3株;在同一株样树上选择3个不同高度(1.5、2.5、3.5 m),在同一高度处选择不同的采样部位(内部、中部、外部),在同一部位选择东、南、西、北4个方位分别进行定点调查。分别在新梢生长期、幼果期、果实膨大期和果实成熟期于定点部位测定3片成熟叶片的光合特性有关指标及叶绿素含量。 
  1.2 测定方法 
  采用美国LI-COR公司生产的LI-6400便携式光合作用测定系统检测香梨树样株成熟叶片的净光合速率Net photosynthetic rate,Pn;μmol/(m2·s)、蒸腾速率Transpiration rate,Tr;mol/(m2·s)、气孔导度Stomatal conductance,Gs;mmol/(m2·s)、胞间CO2浓度(Intercellular CO2 concentration,Ci;μmol/mol)3。利用SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)叶绿素仪测定叶片的叶绿素含量SPAD值。 
  1.3 数据处理 
  试验得到的所有数据均通过Microsoft Office Excel 2003软件进行整理,统计分析处理均采用DPS统计分析软件完成。数据表述为“平均值±标准误”。 
  2 结果与分析 
  2.1 降尘对香梨叶片净光合速率的影响 
  香梨受降尘处理后,在不同的生育期测定的叶片净光合速率结果见表1。从表1可见,10年生香梨树叶片在各个生育期,非降尘处理的叶片净光合速率显著高于降尘处理的叶片净光合速率(P<0.05)。20年生香梨树叶片在新梢生长期、幼果期和果实膨大期,非降尘处理的叶片净光合速率显著高于降尘处理的叶片净光合速率(P<0.05);而在果实成熟期,虽然非降尘处理的叶片其净光合速率也高于降尘处理的叶片净光合速率,但2个处理之间没有显著差异存在(P>0.05)。40年生香梨树叶片在新梢生长期、幼果期和果实成熟期,非降尘处理的叶片净光合速率显著高于降尘处理的叶片净光合速率(P<0.05);而在果实膨大期,虽然非降尘处理的叶片净光合速率也高于降尘处理的叶片,但2个处理之间没有显著差异存在(P>0.05)。以上结果说明降尘会造成香梨树叶片的净光合速率下降,尤其是在新梢生长期、幼果期表现突出,这是因为叶片上的气孔被小颗粒的降尘堵塞、使叶温增加和叶表面的pH发生改变而导致的4。 
  2.2 降尘对香梨叶片气孔导度的影响 
  香梨受降尘处理后,在不同的生育期测定的叶片气孔导度结果见图1。从图1可见,10年生香梨树叶片在各个生育期都是非降尘处理的叶片气孔导度大于降尘处理的叶片气孔导度,除果实膨大期外,其他时期非降尘处理的叶片气孔导度显著高于降尘处理的叶片气孔导度(P<0.05)。20年生香梨树叶片在各个生育期也是非降尘处理的叶片气孔导度大于降尘处理的叶片气孔导度,除果实成熟期外,其他时期非降尘处理的叶片气孔导度显著高于降尘处理的叶片气孔导度(P<0.05)。40年生香梨叶片在各个生育期同样是非降尘处理的叶片气孔导度大于降尘处理的叶片气孔导度,除幼果期外,其他时期非降尘处理的叶片气孔导度显著高于降尘处理的叶片气孔导度(P<0.05)。由此表明降尘造成了香梨叶片气孔导度出现了不同程度的下降,说明叶片气孔被降尘堵塞后引起了叶片结构变化。   2.3 降尘对香梨叶片胞间CO2浓度的影响    香梨受降尘处理后,在不同的生育期测定的叶片胞间CO2浓度结果见图2。由图2可见,10年生香梨树叶片在各个生育期都是非降尘处理的叶片胞间CO2浓度大于降尘处理的叶片胞间CO2浓度,除果实膨大期外,其他时期非降尘处理的叶片胞间CO2浓度显著高于降尘处理的叶片胞间CO2浓度(P<0.05)。20年生及40年生香梨树叶片在各个生育期都是非降尘处理的叶片胞间CO2浓度大于降尘处理的叶片胞间CO2浓度,并且2个处理之间差异显著(P<0.05)。上述结果表明降尘造成了香梨叶片胞间CO2浓度的下降,结合“2.1”叶片净光合速率因降尘而下降的结果,说明降尘引起的叶片净光合速率下降带动了叶片可固定的CO2量减少,产生了累加效应。    2.4 降尘对香梨叶片蒸腾速率的影响    香梨受降尘处理后,在不同的生育期测定的叶片蒸腾速率结果见表2。从表2可见,10年生香梨树叶片在新梢生长期,降尘处理的叶片蒸腾速率显著高于非降尘处理的叶片蒸腾速率(P<0.05);而在幼果期和果实成熟期,非降尘处理的叶片蒸腾速率显著高于降尘处理的叶片蒸腾速率(P<0.05);但在果实膨大期,非降尘处理的叶片蒸腾速率虽然也高于降尘处理的叶片蒸腾速率,但2个处理之间差异不显著(P>0.05)。20年生香梨树叶片在新梢生长期,降尘处理的叶片蒸腾速率显著高于非降尘处理的叶片蒸腾速率(P<0.05);而在幼果期、果实膨大期和果实成熟期,非降尘处理的叶片蒸腾速率显著高于降尘处理的叶片蒸腾速率(P<0.05)。40年生香梨树叶片在新梢生长期,降尘处理的叶片蒸腾速率显著高于非降尘处理的叶片蒸腾速率(P<0.05);而在幼果期和果实成熟期,非降尘处理的叶片蒸腾速率显著高于降尘处理的叶片蒸腾速率(P<0.05);但在果实膨大期,非降尘处理的叶片蒸腾速率虽然也高于降尘处理的叶片蒸腾速率,但2个处理之间的差异不显著(P>0.05)。上述结果表明,不同树龄的香梨树叶片在新梢生长期,降尘处理的叶片蒸腾速率都在增加,其原因可能是叶温升高及香梨叶片对逆境的生理调节适应性所造成5;而在在幼果期、果实膨大期和果实成熟期,降尘处理的叶片蒸腾速率都在降低,可能的原因是降尘堵塞了叶片气孔,使气孔的扩散阻力增大,水汽散发受阻,从而导致蒸腾速率降低6。 
  2.5 降尘对香梨叶片叶绿素含量SPAD值的影响 
  香梨受降尘处理后,在不同的生育期分别测定叶片叶绿素含量SPAD值,结果见表3。由表3可见,10年生香梨树叶片在各个生育期,实施降尘处理的叶片叶绿素含量SPAD值都高于非降尘处理的叶片SPAD值,其中在幼果期和果实膨大期,2个处理之间差异显著(P<0.05)。20年生香梨树叶片在各个生育期,实施降尘处理的叶片叶绿素含量SPAD值均高于非降尘处理的叶片叶绿素含量SPAD值,其中在幼果期和果实成熟期,2个处理之间差异显著(P<0.05)。40年生香梨树叶片在各个生育期,非降尘处理的叶片SPAD值均显著高于降尘处理的叶片叶绿素含量SPAD值(P<0.05)。    3 小结与讨论    光合作用是绿色植物吸收阳光的能量、同化CO2和H2O、制造有机物质并释放氧的过程3,香梨树也遵循这一绿色植物的普遍规律;但是在受到降尘的影响后,不同树龄的香梨树叶片其净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度均下降。这个试验结果与国内外学者的研究结果相一致4-7。    蒸腾作用是水分以气体状态通过植物叶片从体内散失到体外的过程,蒸腾作用对植物根系吸收水分与矿物质营养元素有着重的促进作用,同时能降低叶温。气孔在叶面上所占的面积一般为叶面积的1%~2%,但气孔的蒸腾量却相当于所在叶片面积蒸腾量的10%~50%,甚至可达到100%3。试验结果表明,在新梢生长期,受降尘影响后的香梨叶片蒸腾速率增加,而在幼果期、果实膨大期和果实成熟期受降尘影响后的香梨叶片蒸腾速率下降。由此说明在香梨生育的初期(新梢生长期)叶片的抗逆性较强,降尘覆盖在叶片表面后造成叶温增高,从而导致蒸腾速率增加;而在香梨生育的中后期(幼果期、果实膨大期、果实成熟期),由于生殖生长的加快,相当部分的营养物质被果实截流,供应叶片的营养物质与前期相比大大减少,从而使叶片的抗逆性减弱,再加上叶片上所覆盖的降尘量日益增多,导致气孔堵塞严重,进而加剧蒸腾速率下降。    叶绿素是叶绿体的重组成部分,是植物叶片进行光合作用的主物质基础,在一定范围内叶绿素含量的高低直接影响着叶片的光合作用能力,同时叶绿素含量的高低也是叶片功能持续期长短的重标志8。试验结果表明,40年生的香梨树叶片受降尘影响后各个生育期的叶绿素含量SPAD值均显著降低,这与国外学者的研究结果相近9-11;而10年生及20年生的香梨树叶片受降尘影响后各个生育期的叶绿素含量SPAD值却在升高,让人觉着不可思议;对于这个现象下一步认真分析,并通过完善试验方案寻求合理解释。    参考文献    1 宋郁东,樊自立,雷志栋,等.中国塔里木河水资源与生态问题研究M.乌鲁木齐新疆人民出版社,2000.    2 何 清,赵景峰.塔里木盆地浮尘时空分布及对环境影响的研究J.中国沙漠,1997,17(2)119-126.    3 潘瑞炽,董愚得.植物生理学M.第三版.北京高等教育出版社,1995.    4 陈雄文. 植物叶片对沙尘的短时间生理生态反应J.植物学报,2001,43(10)1058-1064.    5 HIRANO T, KIYOTA M, AIGA I. Physical effects of dust on leaf physiology of cucumber and kidney bean plantsJ. Environmental Pollution,1995,89(3)255-261.    6 杨茂生,姜在民,梅秀英,等.粉尘污染对黄帝陵侧柏一些生理指标及生长的影响J.干早地区农业研究,1994,12(4)99-104.    7 温达志,陆耀东,旷远文,等.39种木本植物对大气污染的生理生态反应与敏感性J.热带亚热带植物学报,2003,11(4)341-347.    8 郝乃斌.高光效大豆光合特性的研究J. 大豆科学,1998(3)283-286.    9 PANDEY D D, SINHA C S. Effect of coal dust pollution on biomass chlorophyll and grain characteristics of maize J. Environment and Ecology,1991,9(3)617-620.    10 SHUKLA J, PANDEY V, SINGH S N, et al. Effect of cement dust on growth and yield of Brassica campestrisJ. Environmental Pollution,1990,66(1)81-88.    11 PANDEY D. Impact of cement dust pollution on biomass, chlorophyll, nutrients and grain characteristic of wheatJ. Enviroment and Ecology,1996,14(4)872-875.