不同灌水量对菊芋光合生态特征的影响

1不同灌水量对菊芋光合生态特征的影响杨斌（甘肃农业大学工学院甘肃兰州730070）摘要：不同灌水量对菊芋株高、叶面积指数、干物质积累和干物质积累速率的影响研究结果表明，在不同灌水处理下菊芋株高、叶面积指数、干物质积累和干物质积累速率在枝繁叶茂期和现蕾期差异显著，且具有较高的群体光合生态指标值，茎叶的生长主要在枝繁叶茂期，而干物质积累和干物质积累速率的最大值出现在现蕾期。关键词：株高；叶面积指数；干物质积累；菊芋目前，全球的土地沙漠化一直呈发展趋势，而我国已成受沙漠化危害最为严重国家之一[1]。水土流失是我国乃至全世界最重要的环境问题之一，严重的水土流失不但影响水资源的有效利用，还会导致生态环境恶化及其它自然灾害的发生，给农业生产和生活带来严重威胁[2,3,4]。保护耕地、生态恢复、防止土地沙漠化和水土流失已成为专家和学者们必须面对的严峻课题。孙铁军等研究表明禾本科牧草中的草地雀麦抗旱、耐寒、耐贫瘠,根系发达，覆盖能力强，水土保持效果相对较好[5]，而菊芋也具有抗旱、抗寒、耐贫瘠，根系发达、繁殖能力强等特点，是治理土地沙漠化、生态恢复和水土流失的先锋植物[6,7]。本试验通过研究不同灌水量对菊芋株高、叶面积指数和干物质积累等光合生态特征的影响，探索菊芋光合生态特征在不同生育期对水分的胁迫程度，为高效栽培技术打好基础，以便为生态恢复、沙漠化防治和水土流失提供可靠的数据支撑。1材料与方法试验于2009年3月-10月在张掖市灌溉试验中心进行，位于张掖市甘州区平原堡镇，东经100°26′，北纬38°56′，海拔1482.7m。该地区气候干燥，水源不足，属大陆性干旱气候。试验区土壤为中壤土，田间持水量22.5﹪，土壤容重为1.5g/cm3，地下水位低，无盐碱化影响。供试菊芋品种为青芋2号，于2009年3月28日播种，10月28日收获。试验灌水方式为小畦灌，水表严格控制灌水量。试验采用单因素随机区组设计，3次重复，小区面积3.5m×10m，株距60×60cm。本试验共设7个处理(表1)表2-1灌水方案m3·ha-1处理灌水总量灌水次数灌水时期苗期枝繁叶茂期现蕾期开花期J16001600———J212002600600——J312002600—600—J418003600300900—J518003600900300—J624004600600300900Ck00————12结果与分析基金项目：国家自然科学基金项目（40801044）作者简介：张恒嘉(1974-)，曾用名张步翀，男，博士，副教授，研究方向为农业水土工程、节水农业及农业生态。E-MAIL：[e-mail]22.1不同水分处理对菊芋株高的影响从图1可以看出，从苗期到枝繁叶茂期，菊芋株高不但快速增长，而且表现出差异性，处理J1、J2、J3、J4、J5、J6和CK株高分别增长了134.1cm、155.8cm、133.9cm、144.6cm、167.7cm、155.7cm和122cm，说明此阶段不同灌水量对菊芋株高表现出不同的差异；从枝繁叶茂期到现蕾期，处理J1、J2、J3、J4、J5、J6和CK株高分别增长了36.5cm、43.2cm、70.0cm、64.0cm、61.0cm和47.1cm，其增长速度明显低于苗期到枝繁叶茂期，但高于苗期株高的增长速度，说明菊芋在枝繁叶茂期对水分胁迫比现蕾期和苗期更为敏感；现蕾期到开花期，菊芋株高增长缓慢甚至停止生长，且表现出一致性，说明菊芋株高在开花期对水分胁迫不敏感，增加灌水量对菊芋株高没有明显影响，因为开花期是菊芋地下块茎增大和成熟期，土壤水分主要用于地下块茎的生长。因此，在枝繁叶茂期和现蕾期增加灌水量可以增加菊芋株高，在苗期减小灌水量对菊芋株高影响不大。050100150200250300苗期枝繁叶茂期现蕾期开花期生育期株高/cmJ1J2J3J4J5J6CK012345678910苗期枝繁叶茂期现蕾期开花期生育期（d）叶面积指数J1J2J3J4J5J6CK图1不同灌水处理对菊芋株高的影响图2不同灌水处理对菊芋叶面积指数（LAI）的影响表1不同灌水处理下菊芋叶面积指数（LAI）差异处理苗期枝繁叶茂期现蕾期开花期J11.12aA4.44dD5.69fF1.53bcBJ21.12aA6.54bB7.39cC1.51cBJ31.11aA4.43dD6.47eE1.53bcBJ41.11aA5.69cC7.17dD1.52bcBJ51.1aA7.67aA8.72aA1.55bBJ61.1aA6.55bB7.54bB1.95aACK0.88bB2.43eE2.73gG0.72dC2.2不同水分处理对菊芋叶面积指数（LAI）的影响叶片是作物进行光合、呼吸、蒸腾的重要器官，也是作物对环境条件反应最敏感的部分，叶面积大小和空间分布随生育期推进而改变，其变化特征除受遗传特性决定外，还受栽培措施影响，叶面积指数大小及动态变化也是群体结构的一项重要参数[8,9,10]。从图2可以看出，不同灌水处理生育阶段LAI变化都呈单峰曲线，LAI高峰值和处理间差异最大均出现在现蕾期，之后叶片开始衰退、叶面积指数开始下降，处理间叶面积指数差异减小。不同灌水处理下菊芋叶面积指数分析见表1，结果表明，在苗期，除未灌水处理CK外，其他处理间叶面积指数差异不显著；在枝繁叶茂期，不同灌水条件下叶面积指数以J5最大，为7.67，CK最小，为2.43，灌水量相同处理间叶面积指数差异不显著，其他处理间差异显著；在现蕾期，J5处理具有最大的叶面积指数，为8.72，而CK叶面积指数最小，为2.73，且与其他处理之间均存在显著差异；在开花期虽表现出差异，但其差异性相对较小。说明不同灌水量对菊芋枝繁叶茂期和现蕾期叶面积指数有很大影响，在枝繁叶茂期和现蕾期，叶面积指数随灌水量的增加而增大。从同一水分处理的不同生育期来看（J2和J3、J4和J5），苗期到枝繁叶茂期，菊芋叶面积指数的增3加明显大于枝繁叶茂期到现蕾期，从而可以说明在枝繁叶茂期增加灌水量有利于植株生长旺盛，提高叶面积指数，增加光合作用。2.3不同水分处理对菊芋干物质积累(地上干物质)的影响单株干物质积累的动态变化常用来体现作物营养生长的状况。由图3可知，从菊芋各处理灌水来看，在苗期，除没有灌水CK的干物质积累最小外，其他处理干物质积累基本相同；在枝繁叶茂期，J5具有最大的干物质积累，为553.3g/株，分别比J1、J2、J3、J4、J6和CK增加39.6%、7.9%、39.6%、22.8%、7.9%和243.1%，这充分说明在枝繁叶茂期菊芋干物质积累对水分胁迫更敏感，灌水量大的处理干物质积累大，灌水量相同的处理干物质积累相同；现蕾期是菊芋地下块茎生长期，各处理干物质积累差异较大，增长速度缓慢；开花期是菊芋块茎膨大期，地上茎叶停止生长，土壤养分及水分被用于地下块茎生长，故此生育期菊芋干物质积累有停止增长趋势。从整体来看，不同水分处理对菊芋单株干物质积累影响较大，各处理单株干物质重从苗期到开花期呈直线增长趋势，但现蕾期到开花期增长缓慢，甚至停止增长，说明菊芋干物质积累主要在枝繁叶茂期和现蕾期。0100200300400500600700800900苗期枝繁叶茂期现蕾期开花期生育时期（d）干物质积累（g/株）J1J2J3J4J5J6CK02468101273141165200播后天数（d）干物质积累率（g/株）J1J2J3J4J5J6CK图3不同灌水处理对菊芋干物质积累的影响图4不同灌水处理对菊芋干物质积累速率变化2.4不同水分处理对菊芋干物质积累速率的影响由图4可见，从全生育期看，不同灌水处理单株干物质累积速率动态变化规律呈抛物线型。在苗期由于菊芋株高、茎粗和叶面积最小，各处理单株干物质累积速率较小，除CK外，其他处理之间差异不显著；以后干物质累积速率随叶面积增大和茎秆伸长，生物量迅速提高，播种后73-141天和141-165天，此时为菊芋枝繁叶茂期和现蕾期，处理间菊芋单株干物质积累速率差异逐渐加大，CK干物质积累速率最小，为2g/株和2.29g/株，J5最大，为6.96g/株和8.46g/株，说明灌水量大的处理干物质积累速率大，灌水量小的处理干物质积累速率小；开花期是菊芋干物质积累速率最小的阶段，处理间单株干物质积累速率差异不显著，说明此阶段增加灌水量对菊芋干物质积累速率没有影响。因此，在整个生育期，菊芋干物质积累速率的大小与本生育期灌水量大小有关，干物质积累速率随灌水量的增加而减小，其主要表现在枝繁叶茂期和现蕾期。3结论与讨论菊芋株高在枝繁叶茂期和现蕾期增长速度最快，苗期增长缓慢，开花期有停止生长的趋势，故菊芋株高主要在枝繁叶茂期和现蕾期。这与钟启文对菊芋的研究结果较为一致[11]，即菊芋从苗期到现蕾期前，4主要是以茎叶的生长为主，茎叶干物质积累增长，为此后光合产物向块茎输送奠定基础；从现蕾期到开花后期，则主要是以块茎的膨大增长为主，此阶段茎叶仍缓慢生长，达到峰值后下降。菊芋不同水分处理生育阶段叶面积指数呈单峰曲线，其峰值出现在现蕾期，且处理间差异显著。菊芋单株干物质积累在枝繁叶茂期、现蕾期和开花期差异显著，苗期除CK外差异不显著；由于枝繁叶茂期和现蕾期菊芋株高和叶面积指数最大，故单株干物质积累和干物质积累速率在此生育阶段最大，J5在枝繁叶茂期具有最大的干物质积累，分别比J1、J2、J3、J4、J6和CK增加39.6%、7.9%、39.6%、22.8%、7.9%和243.1%，说明枝繁叶茂期菊芋干物质积累对水分胁迫更为敏感。由此可知，菊芋株高、叶面积指数、单株干物质积累和干物质积累速率都在枝繁叶茂期表现为最大，且对水分敏感，故此生育期增加灌水量有利于菊芋茎叶生长，增加光合作用。而本试验研究还表明，菊芋在枝繁叶茂期和现蕾期均具有较高的群体光合生态指标值，这与刘克礼等[12]对马铃薯的研究结果较为一致。参考文献[1]代晓华,康建宏等.不同施肥条件下菊芋光合速率测定[J].中国糖料,2009,01:41–42[2]杨正亮,吴普特.西北地区水土流失问题及生态农业建设对策[J].安徽农业科学,2007,35(8):2358-2360.[3]党维勤.水土流失区生态灾害问题的对策及作用[J].陕西农业科学,2008,54(4):1242128.[4]王晓东,袁仁茂等.西部开发中水土流失问题的生态角度透视[J].水土保持研究,2001,8(2):104-106.[5]孙铁军,刘素军等.6种禾草坡地水土保持效果的比较研究[J].水土保持学报,2008,22(3):158-162[6]石建业,任生兰.菊芋的生态适应性及栽培技术[J].现代农业科技,2008,08:33-34[7]古爱莲,陈多方.新疆的气候与甜菜合理布局[J].中国甜菜糖业，1997(3)：39-42.[8]于强,傅抱璞等.水稻叶面积指数的普适增长模型[J].中国农业气象,1995,16(2):6–8[9]王瑞军,李世清等.半干旱农田生态系统春玉米叶面积及叶生物量模拟的比较研究[J].中国生态农业学报,2008,16(1):139–144[10]张俊鹏,孙景生等.不同水分条件和覆盖处理对夏玉米籽粒灌浆特性和产量的影响[J].中国生态农业学报,2010,18(3):501–506[11]钟启文,王怡等.菊芋生长发育动态及光合性能指标变化研究[J].西北植物学报,2007,27(9):1843-1848[12]张宝林,高聚林等.马铃薯群体光合系统参数的研究[J].中国马铃薯,2003,17(3):146-150