控制性分根區(qū)交替滴灌對(duì)蘋(píng)果幼苗形態(tài)特征與根系水分傳導(dǎo)的影響

控制性分根區(qū)交替滴灌對(duì)蘋(píng)果幼苗形態(tài)特征與根系水分傳導(dǎo)的影響

根系水的傳記（根系水的傳染率）是指單位壓力梯度下通過(guò)該單位面積的根系傳遞的水分量。這是根系吸收和輸送水分的重要指標(biāo)。近年來(lái)，環(huán)境因素對(duì)植物根系水的傳播效應(yīng)是國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)領(lǐng)域。在干旱半干旱地區(qū)的有限灌溉條件下，植物根系的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)和根系高的水分傳遞能力，對(duì)植物的適應(yīng)環(huán)境的威脅重要。根系水的傳播量與根區(qū)土壤水分、養(yǎng)分、養(yǎng)分和溫度有關(guān)。根區(qū)環(huán)境因素的制約可以降低根系的水傳播量，導(dǎo)致葉片水分損失、葉片水的阻力增加、空氣開(kāi)關(guān)量和植株生長(zhǎng)抑制。在干旱環(huán)境中，通過(guò)調(diào)整植物根系的水分傳導(dǎo)和開(kāi)口量來(lái)控制植物根系的水分流失，對(duì)維持植物體內(nèi)的水分平衡起到了重要作用。分根區(qū)交替灌溉技術(shù)是近年來(lái)眾多學(xué)者推崇的一種節(jié)水灌溉技術(shù),采用該技術(shù)使根區(qū)兩側(cè)根系始終處于干濕反復(fù)交替的非均一環(huán)境中,對(duì)根系的生長(zhǎng)和分布產(chǎn)生較大影響,提高了作物的水肥利用效率和品質(zhì).而且,根系兩側(cè)土壤會(huì)出現(xiàn)明顯的水勢(shì)梯度,這影響根系的水分傳導(dǎo),并最終影響水分在植物體內(nèi)的傳輸.在根區(qū)不同的滴灌模式下對(duì)根系生長(zhǎng)、形態(tài)特征和水分傳導(dǎo)的研究,可以揭示該環(huán)境下植物根系的水分傳導(dǎo)機(jī)制.目前,在局部根區(qū)濕潤(rùn)模式下對(duì)大田作物的根系水分傳導(dǎo)研究較多,對(duì)于果樹(shù)研究主要集中在水分生理、生長(zhǎng)、產(chǎn)量與品質(zhì)以及水分利用效率等方面.本文采用不同滴灌模式和灌水定額對(duì)蘋(píng)果幼樹(shù)根區(qū)土壤水分分布、根冠比、壯苗指數(shù)和根系水分傳導(dǎo)的影響進(jìn)行了研究,探討控制性分根區(qū)交替滴灌對(duì)蘋(píng)果幼樹(shù)形態(tài)特征與根系水分傳導(dǎo)的影響,為控制性分根區(qū)交替灌溉在果樹(shù)栽培中的應(yīng)用提供理論依據(jù).1研究領(lǐng)域和方法1.1土壤、土壤條件大田蘋(píng)果幼樹(shù)滴灌試驗(yàn)于2006年11月—2008年9月在西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的移動(dòng)式防雨棚中進(jìn)行.該區(qū)氣候?qū)儆诎敫珊?、半濕?rùn)氣候,年均溫11~13℃,年降水量535mm.供試土壤為土墊旱耕人為土,0~0.6m土層內(nèi)田間持水率24%,土壤容重1.4g·cm-3,有機(jī)質(zhì)8.5mg·kg-1,速效磷13.1mg·kg-1,速效鉀116mg·kg-1,全氮0.9g·kg-1,速效氮31.7mg·kg-1.1.2鋪設(shè)灌草管供試樹(shù)種為2年生矮化紅富士蘋(píng)果(MaluspumilaMill,Fuji)幼樹(shù),于2006年11月15日移栽,移栽后統(tǒng)一澆水保證根系與土壤充分接觸.2007年4月5日發(fā)芽期,統(tǒng)一定株高為70cm,4月22日開(kāi)始水分處理(表1).試驗(yàn)設(shè)3種滴灌模式:1)控制性分根區(qū)交替滴灌(ADI,簡(jiǎn)稱(chēng)交替滴灌),距幼樹(shù)基部20cm處的東西兩側(cè)鋪設(shè)2條滴灌毛管,每次灌水時(shí)僅打開(kāi)一側(cè)滴灌毛管,另一側(cè)關(guān)閉,兩側(cè)滴灌毛管輪流交替灌水;2)固定滴灌(FDI),距幼樹(shù)基部20cm處的西側(cè)鋪設(shè)1條滴灌毛管進(jìn)行灌水;3)常規(guī)滴灌(CDI),緊貼幼樹(shù)基部鋪設(shè)1條滴灌管進(jìn)行灌水.每種滴灌模式設(shè)3個(gè)灌水定額,其中,ADI和FDI處理的灌水定額均為10、20和30mm,CDI處理為20、30和40mm.2007和2008年,3種滴灌模式的灌水周期分別為15(5月和10月為30d)和20d.試驗(yàn)共9個(gè)處理,以一行24棵幼樹(shù)為1個(gè)處理,每次測(cè)定3棵作為3個(gè)重復(fù).為了消除邊界影響,在邊界處布置行距為1m的保護(hù)行,其他行距為1.2m,株距為0.4m.滴灌毛管鋪設(shè)與幼樹(shù)行方向一致,系統(tǒng)首部組成包括壓力表、閘閥、水表、球閥、滴灌毛管等,滴灌毛管采用分支控制法,即在每一根滴灌毛管前加裝球閥,灌水量由感量為0.0001m3的水表控制.灌水采用外徑1.6cm的壓力補(bǔ)償式滴灌管,滴頭間距40cm,流量1.3L·h-1.各處理的田間管理措施相同.2007年10月8日,每行選擇3株長(zhǎng)勢(shì)均勻、健壯的幼樹(shù)進(jìn)行長(zhǎng)勢(shì)觀測(cè).1.3測(cè)量設(shè)計(jì)和方法1.3.1土壤含水率測(cè)定在灌水前、后2~3d,各處理均在東、西兩側(cè)距幼樹(shù)20cm處隨機(jī)取土樣.土壤含水率采用烘干法測(cè)定,每10cm取一層土樣,測(cè)定0~80cm土層土壤含水率.1.3.2蘋(píng)果生長(zhǎng)曲線(xiàn)的原位測(cè)定根系水分傳導(dǎo)(Kr)采用美國(guó)Dynamax公司生產(chǎn)的高壓液流儀(HighPressureFlow-Meter:HPFM)的瞬時(shí)法進(jìn)行原位測(cè)定,測(cè)定點(diǎn)高度距地面5cm,用刀片將截取部位的切口處削平并與壓力耦合器相接,以3~7kPa·s-1的壓力持續(xù)加壓至500kPa時(shí)結(jié)束,通過(guò)流速與壓力關(guān)系曲線(xiàn)的斜率獲取Kr值,再采用kr=Kr/Wr將其量化.其中,kr為根系水分傳導(dǎo)量化值,Wr為根系干質(zhì)量.蘋(píng)果幼樹(shù)的Kr分別于水分處理后第46、110、169、228、422和482天測(cè)定,每次測(cè)定重復(fù)3次.1.3.3壯苗指數(shù)的測(cè)定采用長(zhǎng)×寬×深為60cm×40cm×60cm的標(biāo)準(zhǔn),距植株20cm處進(jìn)行挖根,標(biāo)明東西側(cè)方位以便獲取側(cè)根.將獲取的根系用清水沖洗干凈后,于105℃烘箱中殺青30min,在80℃下烘干至恒量,用百分之一的天平稱(chēng)質(zhì)量.用螺旋測(cè)微儀測(cè)定基莖粗,用直尺測(cè)量株高.壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量)×全株干質(zhì)量.1.4處理數(shù)據(jù)采用SAS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,利用ANOVA和Duncan法進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)(α=0.05).2結(jié)果與分析2.1種灌注模式對(duì)根區(qū)土壤含水率的影響由圖1可以看出,在整個(gè)生長(zhǎng)期,3種滴灌模式下蘋(píng)果幼樹(shù)根區(qū)0~50cm土壤含水率的變化趨勢(shì)不同.其中,在交替滴灌處理中,根區(qū)土壤含水率在東、西兩側(cè)存在反復(fù)干濕交替過(guò)程;在固定滴灌處理中,根區(qū)土壤含水率在西側(cè)(灌水側(cè))顯著高于東側(cè)(非灌水側(cè));在常規(guī)滴灌處理中,根區(qū)土壤含水率在東、西兩側(cè)未出現(xiàn)顯著差異.在3種滴灌模式下,根區(qū)土壤含水率均隨灌水定額的增加而增大.在灌水定額相同時(shí),灌水側(cè)的土壤含水率在3種滴灌模式間沒(méi)有顯著差異,而灌水側(cè)土壤含水率均顯著高于非灌水側(cè).由圖2可以看出,在交替滴灌、固定滴灌和常規(guī)滴灌處理的灌水定額分別為30、30和40mm條件下,蘋(píng)果幼樹(shù)根區(qū)土壤含水率在10~20cm土層均顯著大于0~10cm土層,之后土壤含水率隨著土層的加深逐漸減小.可能是由于地表蒸發(fā)量較大,因此無(wú)論灌水與否,0~10cm土層土壤含水率均較小.在3種滴灌模式下,50~60、60~70和70~80cm土層根系兩側(cè)的土壤含水率無(wú)明顯變化,表明3種滴灌模式的最大濕潤(rùn)深度均為50cm.在灌水定額不變的情況下,與2007年相比,2008年的灌水周期由15d增加到20d,而且由于樹(shù)苗長(zhǎng)大,所消耗的土壤水分隨之增加,因此土壤含水率較2007有所降低.另外,在交替滴灌和固定滴灌處理中,2008年的灌水側(cè)與非灌水側(cè)的土壤含水率之差也略大于2007年.2.2交替灌注對(duì)患者根干質(zhì)量的影響由表2可以看出,滴灌模式對(duì)東側(cè)(非灌水側(cè))根干質(zhì)量、莖粗/株高、根冠比和壯苗指數(shù)的影響均達(dá)顯著水平,對(duì)西側(cè)(灌水側(cè))根干質(zhì)量和全株干質(zhì)量的影響不顯著;灌水定額對(duì)東側(cè)(非灌水側(cè))根干質(zhì)量、全株干質(zhì)量、根冠比和壯苗指數(shù)的影響均達(dá)顯著水平,對(duì)西側(cè)(灌水側(cè))根干質(zhì)量和莖粗/株高的影響不顯著;滴灌模式和灌水定額的交互作用對(duì)東側(cè)(非灌水側(cè))根干質(zhì)量的影響達(dá)顯著水平,對(duì)其他指標(biāo)的影響均不顯著.當(dāng)灌水定額為20mm時(shí),與常規(guī)滴灌處理相比,交替滴灌處理的東側(cè)(非灌水側(cè))根干質(zhì)量、全株干質(zhì)量和莖粗/株高分別降低了6.5%、2.3%和0.9%,而西側(cè)(灌水側(cè))根干質(zhì)量、根冠比和壯苗指數(shù)分別提高了11.3%、57.1%和51.4%;與固定滴灌處理相比,交替滴灌處理的東側(cè)(非灌水側(cè))根干質(zhì)量、西側(cè)(灌水側(cè))根干質(zhì)量、全株干質(zhì)量、莖粗/株高、根冠比和壯苗指數(shù)分別增加30.2%、12.6%、5.1%、4.7%、57.1%和67.4%.當(dāng)灌水定額為30mm時(shí),與常規(guī)滴灌處理相比,交替滴灌處理的東側(cè)(非灌水側(cè))根干質(zhì)量、西側(cè)(灌水側(cè))根干質(zhì)量、全株干質(zhì)量、根冠比和壯苗指數(shù)分別提高了0.7%、4.5%、3.4%、31.6%和34.2%,而莖粗/株高降低了90.4%;與固定滴灌處理相比,交替滴灌處理的東側(cè)(非灌水側(cè))根干質(zhì)量、西側(cè)(灌水側(cè))根干質(zhì)量、全株干質(zhì)量、根冠比和壯苗指數(shù)分別增加30.3%、7.2%、6.6%、47.1%和53.6%,而莖粗/株高降低了90.4%.與灌水定額為30mm的常規(guī)滴灌相比,灌水定額為20mm的交替滴灌處理可節(jié)水33%,其東側(cè)根干質(zhì)量、西側(cè)根干質(zhì)量和全株干質(zhì)量分別降低了25.5%、7.9%和8.1%,而莖粗/株高、根冠比和壯苗指數(shù)分別提高了7.7%、15.8%和7.5%.固定滴灌處理的西側(cè)(灌水側(cè))根干質(zhì)量均顯著高于東側(cè)(非灌水側(cè));交替滴灌和常規(guī)滴灌處理的東、西兩側(cè)的根干質(zhì)量分布均勻,差異不顯著.反映出,根系生長(zhǎng)具有明顯的向水性,干旱抑制根系生長(zhǎng).相同滴灌模式下,東側(cè)(非灌水側(cè))根干質(zhì)量、西側(cè)(灌水側(cè))根干質(zhì)量、全株干質(zhì)量、根冠比和壯苗指數(shù)均隨著灌水定額的增加而增加.2.3控制布局區(qū)的交替干擾對(duì)蘋(píng)果幼樹(shù)根系的水分轉(zhuǎn)移2.3.1交替灌溉處理kr的變化由圖3可以看出,2007年各處理的根系水分傳導(dǎo)(kr)均存在明顯的季節(jié)變化,kr呈先增大后減小的趨勢(shì),這與Aranda等的研究結(jié)果一致.與2007年相比,2008年各處理的kr有所降低,其原因可能是由根系增大所消耗的土壤水分增加以及灌水周期增長(zhǎng)引起.當(dāng)灌水定額為20mm時(shí),交替滴灌處理的kr比常規(guī)滴灌處理提高了2.6%,比固定滴灌處理提高了6.6%;當(dāng)灌水定額為30mm時(shí),交替滴灌處理的kr比常規(guī)滴灌處理提高了9.0%,比固定滴灌處理提高了11.0%;與灌水定額為30mm的常規(guī)滴灌相比,灌水定額為20mm的交替滴灌處理節(jié)水33%,其kr僅降低了3.6%.在交替滴灌處理下,灌水定額為30mm時(shí),kr比灌水定額為20和10mm的處理分別提高13.0%和38.4%;在固定滴灌處理下,灌水定額為30mm時(shí),kr比灌水定額為20和10mm的處理分別提高8.6%和34.4%;在常規(guī)滴灌處理下,灌水定額為40mm時(shí),kr比灌水定額為30和20mm的處理分別提高5.4%和12.1%.可見(jiàn),隨著灌水定額的增大,交替滴灌和固定滴灌處理的kr增幅均高于常規(guī)滴灌處理.2.3.2根系水的傳導(dǎo)與根系樹(shù)干的質(zhì)量和葉面積之間的關(guān)系由圖4可以看出,根干質(zhì)量與根系水分傳導(dǎo)、葉面積與根系水分傳導(dǎo)均呈顯著線(xiàn)性相關(guān),表明根干質(zhì)量和葉面積均隨根系水分傳導(dǎo)的增加而增大.3交替灌溉對(duì)根冠比及根系水分傳導(dǎo)的影響灌水方式和根區(qū)土壤水分含量是影響根系水分傳導(dǎo)和植物形態(tài)特征的主要因素.根系不僅對(duì)植物起支撐和固定作用,而且是植物從土壤環(huán)境中獲取水分和養(yǎng)分的重要器官,根系的分布狀況與植物對(duì)水肥的吸收利用效率密切相關(guān).有研究表明,交替灌溉具有刺激根系較快生長(zhǎng)的作用.本研究中,在相同灌水定額下,與固定滴灌相比,交替滴灌和常規(guī)滴灌處理的根系在根區(qū)兩側(cè)分布比較均勻,固定滴灌處理下灌水側(cè)的根干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于未灌水側(cè)(表2),這與楊啟良等的研究結(jié)果一致.梁宗鎖等研究發(fā)現(xiàn),交替灌溉具有提高根冠比的作用.本研究中,在相同灌水定額下,與常規(guī)滴灌和固定滴灌相比,交替滴灌顯著增加了蘋(píng)果幼樹(shù)的根冠比,而壯苗指數(shù)也大幅提高(表2).可以看出,根冠比是引起壯苗指數(shù)變化的重要原因,這與眭曉蕾等的研究結(jié)果一致.根系水分傳導(dǎo)是表征植物吸收根區(qū)土壤水分、養(yǎng)分大小的重要指標(biāo).有研究表明,交替灌溉灌水側(cè)的根系水分傳導(dǎo)均具有補(bǔ)償效應(yīng).本研究中,與常規(guī)滴灌和固定滴灌相比,在相同灌水定額下,交替滴灌顯著提高了蘋(píng)果幼樹(shù)的根系水分傳導(dǎo)(圖3),其原因可能是多方面的:1)交替滴灌導(dǎo)致根區(qū)兩側(cè)出現(xiàn)明顯的水勢(shì)梯度,當(dāng)植物生長(zhǎng)在根區(qū)土壤水分不均一的環(huán)境時(shí)會(huì)促進(jìn)根系對(duì)水分的吸收,同時(shí)交替灌溉每次對(duì)干燥側(cè)根系復(fù)水會(huì)刺激根系較快生長(zhǎng),導(dǎo)致大量新的毛須根產(chǎn)生,新生根的根稍末端具有提高水通道蛋白活