光強(qiáng)對(duì)花生光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及生長(zhǎng)模型研究.pdf

1、本研究于2007年和2008年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。針對(duì)花生與玉米、小麥等作物間作、套種造成遮光問題，選用大花生品種豐花1號(hào)和小花生品種豐花2號(hào)做為供試材料，在花生苗期、結(jié)莢期和飽果期分別用不同透光率的遮陽(yáng)網(wǎng)進(jìn)行遮光處理模擬弱光條件，設(shè)置自然光(CK)、遮光27％、遮光43％和遮光77％四種光強(qiáng)水平，研究了光強(qiáng)處理對(duì)花生光合特性、光系統(tǒng)II光能分配、RuBPCase活性、植株形態(tài)建成、物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響，明確了不同時(shí)期

2、干物質(zhì)積累及光能利用率與光合有效輻射的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)采用2種方法建立了花生干物質(zhì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)模型和花生產(chǎn)量形成模擬模型，并對(duì)各模型的模擬精度進(jìn)行了比較。主要研究結(jié)果如下： 1、光強(qiáng)對(duì)花生葉片光合熒光特性的影響 苗期遮光處理，隨處理光強(qiáng)的減弱葉綠素(Chl(a+b))含量顯著增加，PS II的實(shí)際光化學(xué)效率(φPSII)和最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)升高：葉綠素a(Chla)與葉綠素b(Chlb)的比值(Chla/b)、凈光

3、合速率(Pn)降低。遮光處理結(jié)束，各處理均在高光強(qiáng)1200μmol·m2·s-1下測(cè)定時(shí)，Pn、氣孔導(dǎo)度(Gs)隨處理光強(qiáng)的減弱而下降，細(xì)胞間隙CO2濃度(Ci)升高：在低光強(qiáng)2761μmol·m2·s-1下測(cè)定時(shí)，遮光處理的Pn顯著高于自然光下生長(zhǎng)的，Gs和Ci下降；低光強(qiáng)與高光強(qiáng)下測(cè)定的Pn的比值隨處理光強(qiáng)的減弱顯著升高。遮光處理結(jié)束后均恢復(fù)到自然光強(qiáng)下，Pn、φPSII和Fv/Fm先迅速下降，3-5d后逐漸回升：恢復(fù)15d時(shí)，僅遮

4、光27％處理的各參數(shù)能恢復(fù)到對(duì)照水平。豐花1號(hào)各處理葉綠素含量、Pn、φPSII均比豐花2號(hào)相同處理的高。結(jié)莢期遮光處理花生葉的Pn變化規(guī)律與苗期的類似。飽果期遮光處理的在處理光強(qiáng)下和低光強(qiáng)276gmol·m-2·s-1光強(qiáng)下測(cè)定時(shí)Pn變化規(guī)律與苗期處理的相似，均在高光強(qiáng)1200μmol·m2·s-1下測(cè)定時(shí)Pn隨處理光強(qiáng)的減弱而升高。遮光處理降低了花生的光合能力，提高了其利用弱光的能力，降低了其利用強(qiáng)光的能力：并且花生對(duì)弱光有一定有適

5、應(yīng)性，輕度遮光處理的在自然光下生長(zhǎng)一段時(shí)間可以較快的恢復(fù)。 2、光強(qiáng)對(duì)光合日變化及光合曲線參數(shù)的影響 花生葉片Pn的日變化都呈單峰曲線，遮光處理對(duì)Pn日變化的趨勢(shì)沒有影響，但降低了Pn的峰值，提高了花生下午弱光時(shí)的光合速率。苗期在遮光條件下生長(zhǎng)的植株光合作用光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)比自然光強(qiáng)下生長(zhǎng)的植株顯著降低，表觀量子效率顯著升高，光強(qiáng)越弱變幅越大。遮光27％處理的光飽和點(diǎn)與自然光強(qiáng)下的差異不顯著，遮光43％和77％處理的光

6、飽和點(diǎn)分別比自然光強(qiáng)下的降低14％、29％，差異顯著。自然光、遮光27％、43％和77％處理的光合作用光補(bǔ)償點(diǎn)分別為：52.7、45.9、21.3、9.6μmol·m-2·s-1，表觀量子效率為：0.0269、0.0317、0.0337、0.0317μmol·mol-1。弱光處理后，葉片CO2補(bǔ)償點(diǎn)、CO2飽和點(diǎn)降低，遮光43％和77％處理的與自然光下生長(zhǎng)的差異顯著。 3、光強(qiáng)對(duì)光合酶及抗氧化酶活性的影響 苗期遮光處理的

7、花生葉片RuBPCase活性都顯著地低于自然光下生長(zhǎng)的，且隨處理光強(qiáng)的減弱而顯著降低，遮光27％、43％和77％處理分別比對(duì)照降低21.7％、45.9％和81.9％。苗期遮光處理結(jié)束，均在自然光下生長(zhǎng)1d，消除了即時(shí)光強(qiáng)的刺激，遮光處理的 RUBPCase有所升高，但仍隨處理光強(qiáng)的減弱而顯著降低，表現(xiàn)出RUBPCase的潛力差異，苗期遮光可能損害了葉片的RuBPCase功能。PEPCase活性變化規(guī)律與RUBPCase活性基本一致，遮光

8、處理的都顯著地低于自然光下生長(zhǎng)的，且隨處理光強(qiáng)的減弱而降低，但降低的幅度比RUBPCase活性的小。說明即時(shí)光強(qiáng)和較長(zhǎng)時(shí)間的遮光處理均會(huì)顯著影響RuBPCase和PEPCase的活性。 苗期遮光處理，隨處理光強(qiáng)的減弱，花生葉片的SOD、POD活性顯著升高，CAT活性顯著降低：處理結(jié)束后在自然光下生長(zhǎng)15d時(shí)，SOD、POD活性仍隨處理光強(qiáng)的減弱而升高，但與對(duì)照差異減小，CAT活性仍比自然光下生長(zhǎng)的低。結(jié)莢期和飽果期遮光處理的SO

9、D活性隨處理光強(qiáng)的減弱而下降，POD和CAT活性上升。結(jié)莢期遮光處理結(jié)束在自然光下生長(zhǎng)15d時(shí)，各處理SOD活性均明顯低于對(duì)照，POD和CAT活性高于對(duì)照，但處理間差異不顯著。 4、光強(qiáng)對(duì)花生植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)的影響 苗期遮光處理對(duì)花生植株性狀影響最大，結(jié)莢期處理的次之，飽果期處理的影響最小。苗期遮光處理促進(jìn)了花生主莖和側(cè)枝的伸長(zhǎng)，但明顯減少了花生植株的分枝數(shù)。3個(gè)時(shí)期遮光處理對(duì)葉面積系數(shù)均有很大影響，其中苗期遮光43％和77

10、％處理主要是降低了葉面積的增長(zhǎng)速度，從而降低了最大葉面積系數(shù)；結(jié)莢期遮光處理則是減緩或是阻止了花生生長(zhǎng)后期葉面積系數(shù)的提高，從而使最大葉面積系數(shù)變小，出現(xiàn)的時(shí)間比自然光下生長(zhǎng)的早，同時(shí)減緩葉面積系數(shù)下降的速度；飽果期遮光處理則是加快了葉面積系數(shù)下降的速度。3個(gè)時(shí)期遮光處理植株生物產(chǎn)量均隨處理光強(qiáng)的減弱顯著降低，其中以結(jié)莢期遮光處理的降幅最大，飽果期遮光處理的次之，苗期遮光處理的影響最小。 5、光強(qiáng)對(duì)莢果產(chǎn)量和籽仁品質(zhì)的影響

11、 遮光處理均造成減產(chǎn)，苗期遮光27％和43％處理的減產(chǎn)幅度較小與對(duì)照差異不顯著：結(jié)莢期和飽果期遮光處理的減產(chǎn)嚴(yán)重差異顯著，減產(chǎn)原因是降低了單株結(jié)果數(shù)和莢果的成熟飽滿度。苗期遮光處理對(duì)花生產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，結(jié)莢期和飽果期遮光處理影響較大，出口果和仁出成率均降低，籽仁含油量分別降低0.4～2.0、0.6～3.2、1.6～6.0個(gè)百分點(diǎn)，蛋白質(zhì)和可溶性糖含量小幅增加。籽仁典型樣品(成熟飽滿的花生籽仁)含油量比隨機(jī)樣品(具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的籽仁，包

12、括成熟飽滿的和秕的)分別高0.7～2.6、0.7～3.4、0.7～4.9個(gè)百分點(diǎn)。籽仁營(yíng)養(yǎng)成分含量和成熟飽滿度極顯著相關(guān)，說明通過栽培措施提高成熟飽滿度的途徑改善花生產(chǎn)品質(zhì)量有很大潛力。 6、干物質(zhì)積累、光能利用率與光合有效輻射的關(guān)系 系統(tǒng)研究了不同生育時(shí)期光能利用率、干物質(zhì)積累與光合有效輻射的關(guān)系。苗期單株干物質(zhì)增長(zhǎng)速率相應(yīng)與光合有效輻射量的變化符合雙曲線，結(jié)莢期的符合指數(shù)曲線，飽果期的符合S形曲線，3個(gè)時(shí)期的相對(duì)增長(zhǎng)

13、速率相應(yīng)與光合有效輻射量的變化均符合指數(shù)曲線；結(jié)莢期和飽果期莢果干物質(zhì)增長(zhǎng)速率和相對(duì)增長(zhǎng)速率與光合有效輻射均符合指數(shù)曲線。為建立以光合有效輻射為驅(qū)動(dòng)變量的干物質(zhì)積累模型提供了基礎(chǔ)。以光合有效輻射為基數(shù)計(jì)算了花生的光能利用率，全生育期平均為5.19％，苗期平均為2.33％，花針期平均為7.33％，結(jié)莢期平均為8.87％，飽果期平均為7.72％。苗期光能利用率與光合有效輻射負(fù)相關(guān)，結(jié)莢期和飽果期是正相關(guān)；光能利用率與葉面積系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。

14、 7、花生干物質(zhì)生產(chǎn)與產(chǎn)量形成模擬模型 在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，建立了花生干物質(zhì)生產(chǎn)模型，然后以此為基礎(chǔ)建立花生產(chǎn)量形成模擬模型，并進(jìn)行了比較。第一種方法是根據(jù)“物質(zhì)-能量轉(zhuǎn)化-能量平衡”理論及作物生理學(xué)的基本原理，建立了花生群體干物質(zhì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)模型。模型考慮了群體葉面積動(dòng)態(tài)、冠層光能分布及光合作用等主要生理過程。該模型的群體干物質(zhì)積累實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的決定系數(shù)為0.9505，均方差根為16.76％，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行的產(chǎn)量預(yù)測(cè)檢驗(yàn)

15、結(jié)果為：R=0.9236，RMSE=17.58％。二是以光合有效輻射Q與葉面積系數(shù)L作為驅(qū)動(dòng)變量，借鑒CERES中的干物質(zhì)生產(chǎn)模型Wi=a*Qi*(1-e-k*Li)，按出苗-結(jié)莢期，結(jié)莢期-成熟收獲兩個(gè)階段進(jìn)行模擬，干物質(zhì)積累實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的決定系數(shù)為0.9967，均方差根為7.18％，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行的產(chǎn)量預(yù)測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果為：R=0.9758，RMSE=9.88％。兩種模型相比，第一種方法建立的模型機(jī)理性較強(qiáng)，CERES模型有更好的模擬精