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《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)雜志》2014年第S1期

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況本研究區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠邊緣的阿拉爾地區(qū)，位于東經(jīng)80°30′~81°58′，北緯40°22′~40°57′，屬于典型的溫帶極端大陸性干旱沙漠氣候，干燥少雨，年終降水量少（不足50mm），植被覆蓋度低，多大風(fēng)，地表蒸發(fā)強(qiáng)烈，因此導(dǎo)致該地區(qū)常年受風(fēng)沙影響，降塵量大。

1.2試驗(yàn)設(shè)置與材料供試材料為陸地棉(ssypiumhirsutumL)中棉49。試驗(yàn)于農(nóng)一師十二團(tuán)11連大田進(jìn)行，供試棉花于2012年4月9日播種，膜下滴管，行距60cm×10cm，種植密度2.1×105株/hm2，常規(guī)大田管理。試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，即不受風(fēng)沙影響的棉花（處理）和受風(fēng)沙影響的棉花（對(duì)照）；不受風(fēng)沙影響的棉花即空白設(shè)置，為試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)立3m×6m×1m的鋼架塑料膜試驗(yàn)大棚3個(gè)，每個(gè)選取4膜棉花作為試驗(yàn)對(duì)象，非沙塵天氣期間不覆蓋塑料棚膜，保證試驗(yàn)大棚處于露天自然環(huán)境中；沙塵暴、揚(yáng)沙天氣發(fā)生時(shí)覆蓋棚膜，屏蔽外界沙塵和大風(fēng)，保護(hù)棚內(nèi)棉花；浮塵天氣時(shí)只覆蓋棚頂薄膜，大棚四周采用250~300目紗網(wǎng)遮擋），開(kāi)展棉花不受風(fēng)沙危害的觀測(cè)試驗(yàn)；樣本處理則是在自然環(huán)境下不做遮蓋，使棉花受到降塵的影響。在棉花苗期到吐絮期的不同生育期選晴天12:00-14:00之間，以Li-6400光合測(cè)定系統(tǒng)，測(cè)定棉花功能葉片（打頂前倒四葉，打頂后頂葉）的光合參數(shù)，分析受風(fēng)沙危害的情況下不同生育期棉花葉片光合參數(shù)的差異；選取被風(fēng)沙打傷的功能葉片進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定，對(duì)比受傷葉片與正常葉片在光合參數(shù)方面的差異；同時(shí)收集棉花功能葉片上的自然降塵，然后以Li-6400光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定棉花功能葉片的光合參數(shù)，分析光合參數(shù)隨降塵量的變化規(guī)律。

1.3研究方法

1.3.1光合參數(shù)的測(cè)定在棉花不同生育期，選晴天12:00-14:00之間，以Li-6400光合儀，測(cè)定棉花功能葉片的光合參數(shù)；每次測(cè)定各處理棉花功能葉片5~10片,取平均值用于統(tǒng)計(jì)分析。為減少因環(huán)境條件變化引起的測(cè)定誤差,每次測(cè)定爭(zhēng)取在30min內(nèi)完成。

1.3.2降塵量的測(cè)定用洗瓶將棉花功能葉片上的降塵完全沖洗至預(yù)先洗凈、烘干、稱重的500mL大燒杯中，然后再次進(jìn)行烘干、稱重，大燒杯2次的重量差，即降落在棉花葉片上的降塵量。

2結(jié)果與分析

2.1不同生育期風(fēng)沙對(duì)棉花光合特性的影響試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，處理是當(dāng)風(fēng)沙來(lái)之前采用紗網(wǎng)遮蓋，即定義為不受風(fēng)沙影響的棉花；對(duì)照是在大田中布設(shè)，沒(méi)有遮蓋措施，在自然環(huán)境下使棉花受到風(fēng)沙的影響，即受風(fēng)沙影響的棉花。本研究利用Li-6400光合測(cè)定系統(tǒng)，分別在2012年5月13日（苗期）、2012年6月12日（蕾期）、2012年7月5日（花期）測(cè)定棉花功能葉片的光合參數(shù)。本研究光合參數(shù)主要分析凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Cs）、細(xì)胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）；由于光合作用與這4個(gè)因素密切相關(guān)，因此，選擇其作為棉花光合特性的主要參數(shù)。見(jiàn)表1。在苗期不受風(fēng)沙影響的棉花樣本（處理）其凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間CO2濃度、蒸騰速率均高于于不受降塵影響的棉花樣本（對(duì)照）。見(jiàn)表2。由表2可知，不受風(fēng)沙危害的處理與受風(fēng)沙危害的對(duì)照相比，處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率均大于對(duì)照的；而凈光合速率和胞間二氧化碳濃度樣本對(duì)的差異顯著性指標(biāo)P均小于0.05，故二者差異達(dá)到了顯著水平；而氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率的差異不顯著；即受風(fēng)沙影響的棉花與不受風(fēng)沙影響的棉花在苗期其凈光合速率、細(xì)胞間CO2濃度上差異顯著；而胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率的樣本對(duì)差異顯著性指標(biāo)P大于0.05，說(shuō)明處理的Cs和Tr與對(duì)照的Cs和Tr相比，差異性不顯著；即受風(fēng)沙影響的棉花與不受風(fēng)沙影響的棉花在苗期其氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率上差異不顯著。同理，蕾期進(jìn)行防風(fēng)沙處理的棉花（處理）的各項(xiàng)光合指標(biāo)比不做風(fēng)沙處理的棉花（對(duì)照）要高，且達(dá)到極顯著水平；而花鈴期不受風(fēng)沙危害的處理與受風(fēng)沙危害的對(duì)照相比各項(xiàng)光合參數(shù)的差異不顯著。因此，說(shuō)明棉花受風(fēng)沙影響的階段主要在苗期和蕾期，而在花鈴期影響不大。其原因在于：風(fēng)沙主要出現(xiàn)在每年4-6月期間，而影響光合作用的因素是光照、二氧化碳濃度、溫度、礦質(zhì)元素、水分[18]；降塵附著在棉花葉片上影響了葉片接受光照的效率，也影響了葉片對(duì)二氧化碳的吸收，同時(shí)也降低葉片上水分的蒸騰速率，因此，受風(fēng)沙影響的棉花比不受風(fēng)沙影響的棉花的光合速率、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率要低。而氣孔導(dǎo)度表示的是氣孔張開(kāi)的程度，影響光合作用，呼吸作用及蒸騰作用；尤其對(duì)蒸騰有直接的影響，其與蒸騰作用成正比；理論上光合速率、胞間二氧化碳濃度和蒸騰作用大，氣孔導(dǎo)度也應(yīng)該大。

2.2受傷棉花葉片光合參數(shù)的差異顯著性分析

2.2.1受風(fēng)沙危害棉花的葉片凈光合速率的差異顯著性分析受風(fēng)沙影響的棉花葉片會(huì)在風(fēng)沙的作用下，受到傷害，并在葉片上留下傷痕。因此，本研究在風(fēng)沙天氣作用后，對(duì)棉花葉片進(jìn)行劃分傷斑類型，把棉花功能葉片的傷斑分為2類：新傷和舊傷；即新破壞的稱為新傷，新傷愈合后，稱為舊傷。然后利用LI-6400光合測(cè)定系統(tǒng)，對(duì)新傷葉片、舊傷葉片及未受傷的葉片，進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定。結(jié)果見(jiàn)表3。新傷、舊傷和未受傷葉片的光合速率均值分別為17.08、24.06、20.06。由表3可知，對(duì)新受傷、舊傷和未受傷棉花的凈光合速率進(jìn)行方差分析，得到它們之間的相伴概率P均小于0.05;說(shuō)明三者之間差異顯著，即新傷<未受傷<舊傷。進(jìn)而可知，受風(fēng)沙危害而葉片受傷的棉花，在受傷初期，由于傷口未愈合，其凈光合速率受到很大影響；隨時(shí)間推移，當(dāng)傷口愈合后，其凈光合速率會(huì)增大到與未受傷葉片的水平。

2.2.2受風(fēng)沙危害棉花的葉片氣孔導(dǎo)度的差異顯著性分析新傷、舊傷和未受傷葉片的氣孔導(dǎo)度均值分別為0.31、0.41、0.50。由表4可知，對(duì)新受傷、舊傷和未受傷棉花的氣孔導(dǎo)度進(jìn)行方差分析，得到新傷與舊傷、未受傷葉片之間的相伴概率均小于0.05；說(shuō)明新傷葉片的氣孔導(dǎo)度與舊傷、未受傷葉片差異顯著；而舊傷與未受傷葉片的相伴概率大于0.05，說(shuō)明舊傷葉片的氣孔導(dǎo)度與未受傷葉片的差異不顯著；即新傷<未受傷=舊傷。進(jìn)而可知，受風(fēng)沙危害葉片受傷的棉花，在受傷初期，由于傷口未愈合，其氣孔導(dǎo)度受到很大影響；而舊傷葉片與未受傷葉片的氣孔導(dǎo)度沒(méi)有差異。

2.2.3受風(fēng)沙危害棉花的葉片胞間CO2濃度的差異顯著性新傷、舊傷和未受傷葉片的胞間CO2濃度均值分別為230.08、233.53、247.74。由表5可知，對(duì)新受傷、舊傷和未受傷棉花的胞間CO2濃度進(jìn)行方差分析，得到未受傷與舊傷、新傷葉片之間的相伴概率均小于0.05；說(shuō)明未受傷葉片的胞間CO2濃度與舊傷、新傷葉片差異顯著；而舊傷與新傷葉片的相伴概率大于0.05，說(shuō)明舊傷葉片的胞間CO2濃度與新傷葉片的差異不顯著；即未受傷>新傷=舊傷。進(jìn)而可知，未受傷的棉花，其胞間CO2濃度比新傷和舊傷的大；而舊傷葉片與新傷葉片的胞間CO2濃度沒(méi)有差異。可能是由于其受傷后葉片的葉面積縮小所致。

2.2.4受風(fēng)沙危害棉花的葉片蒸騰速率的差異顯著性新傷、舊傷和未受傷葉片的蒸騰速率均值分別為5.65、7.74、7.29。由表6可知，對(duì)新受傷、舊傷和未受傷棉花的凈光合速率進(jìn)行方差分析，得到它們之間的相伴概率均小于0.05；說(shuō)明三者之間差異顯著，即新傷<舊傷<未受傷。進(jìn)而可知，受風(fēng)沙危害而葉片受傷的棉花，由于傷口的存在，葉面積會(huì)縮小，其蒸騰速率受到很大影響。從圖1可以明顯地看出，受風(fēng)沙危害棉花功能葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率，新傷要明顯低于舊傷和未受傷的棉花。

2.3降塵量與棉花葉片光合參數(shù)的相關(guān)分析風(fēng)沙過(guò)后的降塵會(huì)對(duì)棉花葉片的光合作用參數(shù)有很大的影響，本研究選擇一定區(qū)域的棉花，測(cè)定棉花功能葉片的光合參數(shù)，同時(shí)對(duì)測(cè)定葉片的降塵進(jìn)行收集，測(cè)定其降塵量；分析單位葉面積降塵量與光合參數(shù)的相關(guān)關(guān)系（圖2），找出相伴概率P最小且決定系數(shù)最大的模型參數(shù)，進(jìn)行相關(guān)性分析，表7即挑選出的擬合效果最好的模型參數(shù)。由表7可以看出，單位葉面積降塵量與葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率都表現(xiàn)為相關(guān)性顯著，其中與葉片凈光合速率、蒸騰速率逆函數(shù)相關(guān)性的相伴概率小于0.01，因此可以認(rèn)為單位葉面積降塵量與葉片凈光合速率、蒸騰速率逆函數(shù)相關(guān)性達(dá)到極顯著水平；而與氣孔導(dǎo)度三次函數(shù)、胞間CO2濃度二次函數(shù)相關(guān)性的相伴概率均小于0.05，大于0.01，可以認(rèn)為單位葉面積降塵量與氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度(Ci)相關(guān)性達(dá)到顯著水平。

3結(jié)論與討論

3.1小結(jié)本研究通過(guò)設(shè)置不同處理，即受風(fēng)沙危害的棉花和不受風(fēng)沙危害的棉花；分析受風(fēng)沙危害的情況下不同生育期棉花功能葉片光合參數(shù)的差異；并選取被風(fēng)沙打傷的功能葉片進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定，對(duì)比受傷葉片與正常葉片在光合參數(shù)方面的差異；同時(shí)收集棉花功能葉片上的自然降塵，然后以Li-6400光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定其光合參數(shù)，分析光合參數(shù)隨降塵量的變化規(guī)律。（1）在苗期和蕾期風(fēng)沙對(duì)棉花光合參數(shù)的影響非常明顯；尤其是凈光合速率（Pn）的差異在兩個(gè)生育期均達(dá)到了極顯著水平；而在棉花花鈴期的差異不顯著；因此，說(shuō)明棉花受風(fēng)沙影響的階段主要在苗期和蕾期，而在花鈴期影響不大。（2）受風(fēng)沙影響的棉花葉片會(huì)在風(fēng)沙的作用下，受到傷害，并在葉片上留下傷痕。新傷棉花功能葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率要明顯低于舊傷和未受傷的棉花。（3）風(fēng)沙過(guò)后的降塵會(huì)對(duì)棉花葉片的光合作用參數(shù)有很大的影響；單位葉面積降塵量與葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率都表現(xiàn)為顯著性負(fù)相關(guān)。

3.2討論光合作用是植物最根本的物質(zhì)代謝和能量代謝，通過(guò)風(fēng)沙對(duì)棉花生理和物質(zhì)代謝影響的綜合研究，找出造成這種影響的一般性機(jī)理，對(duì)棉花栽培生產(chǎn)有很重要的意義。本研究選擇風(fēng)沙天氣比較典型的塔克拉瑪干沙漠邊緣的阿拉爾墾區(qū)作為研究區(qū)，通過(guò)設(shè)置不同處理，研究風(fēng)沙對(duì)棉花光合特性的影響；只能在一定程度上揭示風(fēng)沙對(duì)棉花光合特性影響的機(jī)理，而對(duì)這種變化機(jī)理，還需從個(gè)體微觀水平進(jìn)行探索，如組織水平、細(xì)胞水平、分子水平等；了解風(fēng)沙作用下棉花各生理指標(biāo)的變化過(guò)程及相關(guān)關(guān)系，從而揭示造成這種生理變化的全過(guò)程。此外，由于在不同的生育期，棉花的生理過(guò)程也呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)，因此，不同物候期，棉花對(duì)自然環(huán)境的反應(yīng)和抗性也不同，所以風(fēng)沙對(duì)棉花影響的研究還需充分考慮物候期因素，以探明風(fēng)沙對(duì)棉花不同生育階段影響的異同。

作者：王家強(qiáng)鄭德明柳維揚(yáng)趙湛單位：塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院第一師十二團(tuán)