風沙災害對棉花的影響范文

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《環境科學與技術雜志》2014年第S1期

1材料與方法

1.1研究區概況本研究區位于塔克拉瑪干沙漠邊緣的阿拉爾地區，位于東經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，地表蒸發強烈，因此導致該地區常年受風沙影響，降塵量大。

1.2試驗設置與材料供試材料為陸地棉(ssypiumhirsutumL)中棉49。試驗于農一師十二團11連大田進行，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，常規大田管理。試驗設置2個處理3個重復，即不受風沙影響的棉花（處理）和受風沙影響的棉花（對照）；不受風沙影響的棉花即空白設置，為試驗點設立3m×6m×1m的鋼架塑料膜試驗大棚3個，每個選取4膜棉花作為試驗對象，非沙塵天氣期間不覆蓋塑料棚膜，保證試驗大棚處于露天自然環境中；沙塵暴、揚沙天氣發生時覆蓋棚膜，屏蔽外界沙塵和大風，保護棚內棉花；浮塵天氣時只覆蓋棚頂薄膜，大棚四周采用250~300目紗網遮擋），開展棉花不受風沙危害的觀測試驗；樣本處理則是在自然環境下不做遮蓋，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光合測定系統，測定棉花功能葉片（打頂前倒四葉，打頂后頂葉）的光合參數，分析受風沙危害的情況下不同生育期棉花葉片光合參數的差異；選取被風沙打傷的功能葉片進行光合參數的測定，對比受傷葉片與正常葉片在光合參數方面的差異；同時收集棉花功能葉片上的自然降塵，然后以Li-6400光合測定系統測定棉花功能葉片的光合參數，分析光合參數隨降塵量的變化規律。

1.3研究方法

1.3.1光合參數的測定在棉花不同生育期，選晴天12:00-14:00之間，以Li-6400光合儀，測定棉花功能葉片的光合參數；每次測定各處理棉花功能葉片5~10片,取平均值用于統計分析。為減少因環境條件變化引起的測定誤差,每次測定爭取在30min內完成。

1.3.2降塵量的測定用洗瓶將棉花功能葉片上的降塵完全沖洗至預先洗凈、烘干、稱重的500mL大燒杯中，然后再次進行烘干、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結果與分析

2.1不同生育期風沙對棉花光合特性的影響試驗設置2個處理3個重復，處理是當風沙來之前采用紗網遮蓋，即定義為不受風沙影響的棉花；對照是在大田中布設，沒有遮蓋措施，在自然環境下使棉花受到風沙的影響，即受風沙影響的棉花。本研究利用Li-6400光合測定系統，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）測定棉花功能葉片的光合參數。本研究光合參數主要分析凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cs）、細胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）；由于光合作用與這4個因素密切相關，因此，選擇其作為棉花光合特性的主要參數。見表1。在苗期不受風沙影響的棉花樣本（處理）其凈光合速率、氣孔導度、細胞間CO2濃度、蒸騰速率均高于于不受降塵影響的棉花樣本（對照）。見表2。由表2可知，不受風沙危害的處理與受風沙危害的對照相比，處理的凈光合速率、氣孔導度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率均大于對照的；而凈光合速率和胞間二氧化碳濃度樣本對的差異顯著性指標P均小于0.05，故二者差異達到了顯著水平；而氣孔導度與蒸騰速率的差異不顯著；即受風沙影響的棉花與不受風沙影響的棉花在苗期其凈光合速率、細胞間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差異顯著性指標P大于0.05，說明處理的Cs和Tr與對照的Cs和Tr相比，差異性不顯著；即受風沙影響的棉花與不受風沙影響的棉花在苗期其氣孔導度和蒸騰速率上差異不顯著。同理，蕾期進行防風沙處理的棉花（處理）的各項光合指標比不做風沙處理的棉花（對照）要高，且達到極顯著水平；而花鈴期不受風沙危害的處理與受風沙危害的對照相比各項光合參數的差異不顯著。因此，說明棉花受風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：風沙主要出現在每年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，也影響了葉片對二氧化碳的吸收，同時也降低葉片上水分的蒸騰速率，因此，受風沙影響的棉花比不受風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。而氣孔導度表示的是氣孔張開的程度，影響光合作用，呼吸作用及蒸騰作用；尤其對蒸騰有直接的影響，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，氣孔導度也應該大。

2.2受傷棉花葉片光合參數的差異顯著性分析

2.2.1受風沙危害棉花的葉片凈光合速率的差異顯著性分析受風沙影響的棉花葉片會在風沙的作用下，受到傷害，并在葉片上留下傷痕。因此，本研究在風沙天氣作用后，對棉花葉片進行劃分傷斑類型，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光合測定系統，對新傷葉片、舊傷葉片及未受傷的葉片，進行光合參數的測定。結果見表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，對新受傷、舊傷和未受傷棉花的凈光合速率進行方差分析，得到它們之間的相伴概率P均小于0.05;說明三者之間差異顯著，即新傷<未受傷<舊傷。進而可知，受風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；隨時間推移，當傷口愈合后，其凈光合速率會增大到與未受傷葉片的水平。

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

2.2.3受風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，對新受傷、舊傷和未受傷棉花的胞間CO2濃度進行方差分析，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，對新受傷、舊傷和未受傷棉花的凈光合速率進行方差分析，得到它們之間的相伴概率均小于0.05；說明三者之間差異顯著，即新傷<舊傷<未受傷。進而可知，受風沙危害而葉片受傷的棉花，由于傷口的存在，葉面積會縮小，其蒸騰速率受到很大影響。從圖1可以明顯地看出，受風沙危害棉花功能葉片的凈光合速率、氣孔導度、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的相關分析風沙過后的降塵會對棉花葉片的光合作用參數有很大的影響，本研究選擇一定區域的棉花，測定棉花功能葉片的光合參數，同時對測定葉片的降塵進行收集，測定其降塵量；分析單位葉面積降塵量與光合參數的相關關系（圖2），找出相伴概率P最小且決定系數最大的模型參數，進行相關性分析，表7即挑選出的擬合效果最好的模型參數。由表7可以看出，單位葉面積降塵量與葉片凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率都表現為相關性顯著，其中與葉片凈光合速率、蒸騰速率逆函數相關性的相伴概率小于0.01，因此可以認為單位葉面積降塵量與葉片凈光合速率、蒸騰速率逆函數相關性達到極顯著水平；而與氣孔導度三次函數、胞間CO2濃度二次函數相關性的相伴概率均小于0.05，大于0.01，可以認為單位葉面積降塵量與氣孔導度、胞間CO2濃度(Ci)相關性達到顯著水平。

3結論與討論

3.1小結本研究通過設置不同處理，即受風沙危害的棉花和不受風沙危害的棉花；分析受風沙危害的情況下不同生育期棉花功能葉片光合參數的差異；并選取被風沙打傷的功能葉片進行光合參數的測定，對比受傷葉片與正常葉片在光合參數方面的差異；同時收集棉花功能葉片上的自然降塵，然后以Li-6400光合測定系統測定其光合參數，分析光合參數隨降塵量的變化規律。（1）在苗期和蕾期風沙對棉花光合參數的影響非常明顯；尤其是凈光合速率（Pn）的差異在兩個生育期均達到了極顯著水平；而在棉花花鈴期的差異不顯著；因此，說明棉花受風沙影響的階段主要在苗期和蕾期，而在花鈴期影響不大。（2）受風沙影響的棉花葉片會在風沙的作用下，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）風沙過后的降塵會對棉花葉片的光合作用參數有很大的影響；單位葉面積降塵量與葉片凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率都表現為顯著性負相關。

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

作者：王家強鄭德明柳維揚趙湛單位：塔里木大學植物科學學院第一師十二團