秸秆覆盖保水剂对夏玉米花后穗位叶光合荧光特性的影响

  前人研究表明秸秆覆盖既能够减少水分损失又能够增加土壤有机质含量,进而影响作物地上部的生长;保水剂是一种具有超高吸水、保水能力的高分子聚合物,它对高干旱地区土壤持水性、改良土壤结构、减少水分的深层渗漏和土壤养分流失都具有很好的效果,能够调节作物地上和地下根系的生长,从而影响作物地上部的生长发育1-3。叶绿素荧光动力学的研究在强光4,5、遮阴6,7、干旱8,9等逆境生理研究中得到广泛应用。因此研究秸秆覆盖保水剂对夏玉米花后穗位叶光合荧光特性的影响具有重意义。 
  河南省是农业大省,同时又是水资源缺乏的省份。以商丘为代表的豫东地区,是河南玉米生产的主产区。前人对面覆盖和保水剂相结合的研究主集中在豫西旱地,而在季节性干旱经常发生,尤其是玉米从播种到拔节降雨偏少的豫东地区研究较少。因此,通过研究秸秆覆盖保水剂对夏玉米光合荧光特性的影响,探讨秸秆覆盖保水剂措施下该地区的应用效果和玉米子粒产量的形成,为豫东旱地夏玉米栽培供理论依据。 
  1 材料与方法 
  1.1 试验地概况 
  试验于213年在商丘市农林科学院试验示范中心(34°31′N,115°42′E)进行。试验区常年平均日照2 2~2 4 h,气温14 ℃,降雨量68 mm左右,玉米生长的6~9月降水占全年降水总量的65%左右。试验田土壤为黄潮土,质地中壤,耕层(~2 cm)土壤含有机质11.8 g/kg、碱解氮79 mg/kg、速效磷1.21 mg/kg、速效钾128 mg/kg。前茬小麦产量6 2 kg/hm2。 
  1.2 试验设计 
  试验采用两因素随机区组设计,两因素即为秸秆覆盖和施用保水剂,两水平分别为秸秆覆盖和不覆盖,施用保水剂(6 kg/hm2)和不施用保水剂共4个处理,即对照(CK,即不施用保水剂且不覆盖)、秸秆覆盖(秸秆覆盖不施用保水剂)、保水剂(不覆盖秸秆施用保水剂)、秸秆覆盖+施用保水剂。供试玉米品种为郑单958。213年6月9日播种,种植密度6万株/hm2,8行小区,小区长7 m,完全随机区组设计,重复3次。1月5日收获。整个生育期不灌水。施尿素(含N46%)53 kg/hm2、磷酸二铵(含N18%,含P2O5 46%)25 kg/hm2、硫酸钾54 kg/hm2,磷钾全部底施,氮肥4%底施,6%追施。其他管理同一般大田。整个生育期不灌水。 
  1.3 测定项目与方法 
  在玉米开花期(FS)、花后15 d(15-AF)、花后3 d(3-AF)、花后45 d(45-AF)晴天11左右分别选取生长一致且受光方向相同的穗位叶,采用光合测定系统,测定玉米穗位叶的光合速率。每个处理重复5次。在测定穗位叶光合特性的同时用FM S2 脉冲调制式荧光仪(英国,Han satech)测定旗叶叶绿素荧光参数。选取生长一致且受光方向相同的穗位叶,测定光适应下最大荧光(Fm′)、光适应下的稳态荧光(Fs)和暗适应3 min后的最大荧光(Fm)、初始荧光(Fo)等荧光参数。光系统Ⅱ的最大光化学效率Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm、光系统Ⅱ的实际光化学效率ΦPSⅡ=(Fm′-Fs)/Fm′、qP=(Fm′-Fs)/(Fm′-Fo)、NPQ=1/Fm′。 
  2 结果与分析 
  2.1 对光合速率的影响 
  由图1可知,不同处理下光合速率的变化,在开花期为最大值,以后逐渐降低,均大于对照。秸秆覆盖+保水剂处理下始终大于其他处理。在开花期各处理间差异较小,以后逐渐加大;在花后45 d,秸秆覆盖+保水剂、保水剂、秸秆覆盖光合速率分别比对照高55.63%、39.7%、27.33%。 
  2.2 对最大光化学效率和实际光化学效率的影响 
  由图2可知,不同处理穗位叶最大光化学效率和实际光化学效率开花期最大,随着生育期的推移而逐渐降低,不同处理均高于对照。秸秆覆盖+保水剂处理始终保持着最高的最大光化学效率和实际光化学效率。不同处理之间表现为秸秆覆盖+保水剂>保水剂>秸秆覆盖>对照。在花后3 d,各处理之间差异加大。说明秸秆覆盖+保水剂相对其他处理PSⅡ有较高的潜在光化学效率和实际光化学效率。 
  2.3 对光化学猝灭和非光化学猝灭的影响 
  由图3可知,各处理条件下光化学猝灭在开花期最高,以后逐渐下降,不同处理均高于对照,以秸秆覆盖+保水剂处理最高,不同处理之间表现为秸秆覆盖+保水剂>保水剂>秸秆覆盖>对照,说明秸秆覆盖+保水剂处理有利于玉米穗位叶PSⅡ在生育后期维持较高的开放程度;而非光化学猝灭随着生育期的推移而逐渐升高,不同处理均小于对照,秸秆覆盖+保水剂最低,不同处理之间表现为对照>秸秆覆盖>保水剂>覆盖+保水剂,说明秸秆覆盖+保水剂下玉米穗位叶用于光合电子传递而以热能的形式耗散掉的光能部分较少。 
  2.4 对产量及其构成因素的影响 
  由表1可知,与对照相比,不同处理穗行数增加.6~.42行,行粒数增加2.58~4.18粒,千粒重增加5.53~12.27 g,产量高11.2%~23.34%,均以秸秆覆盖+保水剂处理最好,保水剂处理次之穗行数除外。各处理之间产量表现为秸秆覆盖+保水剂>保水剂>秸秆覆盖>对照。
  3 小结与讨论 
  本试验研究表明,相比于对照,秸秆覆盖和保水剂相结合能明显高玉米的光合速率、最大光化学效率、实际光化学效率和光化学猝灭,降低非光化学猝灭。这与陈宝玉等1研究表明保水剂能高杨苗的光合性能,杨永辉等11研究表明保水剂能够高小麦旗叶的光合效率,郭书亚等12研究表明连续3年秸秆覆盖能够高花后3 d和花后45 d的玉米穗位叶的光合速率、最大光化学效率、实际光化学效率和光化学猝灭,降低非光化学猝灭的结果一致。主原因如下一是秸秆还田能够增加土壤速效养分和有机质的含量13,14,保证夏玉米生长后期养分充足,从而高玉米光合荧光性能。二是保水剂能显著增加土壤含水量,保证了夏玉米生长后期的水分供应量15,16。 
  前人研究表明,秸秆覆盖与保水剂相结合能够显著增加马铃薯产量17,使小麦增产2.1%18,效果最佳。本试验研究表明秸秆覆盖+保水剂增产效果最好,较对照增加23.34%,保水剂次之,与前人研究结果基本一致。综上所述,在旱作条件下,秸秆覆盖和保水剂相结合发挥了二者的综合优势,既保证营养又保证水分供应,是一种实用的栽培措施,易于推广。 
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