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《河北农业大学》 2011年
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灌溉方式对红富士苹果根系水分生理特性影响的研究

杨素苗  
【摘要】:苹果是世界上栽培面积最广的四大水果之一,我国苹果的栽培面积和产量均居世界第一,但苹果生产区主要分布在我国的干旱半干旱地区,干旱缺水是影响苹果高产优质的重要因素。根系是植物吸收水分、养分的主要器官,当受到土壤水分胁迫时,根系首先感受到并发生生理生化反应,以及传递信号到地上部,使整个植株对水分胁迫做出反应,以适应环境的变化。根系的生长、代谢和活力变化直接影响地上部的生长发育。为此,于2007-2010年以8a生长富2号苹果为试材,通过3/4、1/2、1/4交替灌溉、1/2固定灌溉、常规畦灌和全根系干旱6个处理,对不同灌溉方式下红富士苹果的根系水分生理特性等进行了研究。主要研究结果如下: 1.不同灌溉方式中,常规畦灌的土壤体积含水量在各时期最高,全年平均为23.20%,与1/2固定灌溉的灌溉区无显著差异,显著高于其他处理;3/4、1/2、1/4根系体积交替灌溉全年平均值分别为19.66%、19.80%、19.98%,三者之间差异不显著,且显著低于常规畦灌和1/2根系体积固定灌溉的灌溉区;1/2根系体积固定灌溉的未灌溉区和全根系干旱处理的年平均土壤体积含水量分别为15.58%和15.83%,极显著低于其他处理。 2.红富士苹果7月份和8月份的日平均液流速率分别为6.82 cm·h~(-1)、6.12 cm·h~(-1),显著高于其它月份。常规畦灌的树干单位面积液流通量最大,为7.907 kg·cm~(-2)·d~(-1),与3/4交替灌溉无显著差异;同时,3/4交替灌溉的液流通量与1/2交替灌溉和1/2固定灌溉差异不显著;全根系干旱的液流通量最小,为4.857 kg·cm~(-2)·d~(-1),与1/4交替灌溉无显著差异。液流速率与根系土壤体积含水量呈正相关。 3.不同灌溉方式中,在0~20cm、20cm~40cm、40cm~60cm、60cm~80cm土层中每网格内(20cm×20cm)各类型根系总量分别以1/2交替灌溉、3/4交替灌溉、3/4交替灌溉、全根系干旱最多。全根系干旱各类型根系总量在0~20cm、20cm~40cm、40cm~60cm的均最少,分别为47.3条、94.2条、67.8条,3/4交替灌溉在60cm~80cm土层最少,为25.5条。各处理在4个土层中每网格内(20cm×20cm)根系均以直径2mm的最多,直径5mm的最少。不同灌溉方式中,在0~20cm土层,1/2交替灌溉的直径2mm的根系最多,为127.7条;1/2固定灌溉的灌溉区直径2mm~5mm的根系最多,为19.3条,1/4交替灌溉的直径5mm根系最多,为0.8条。在20cm~40cm土层中,3/4交替灌溉的直径2mm的根系最多,为123.1条;3/4交替灌溉的直径2mm~5mm的根系最多,为20.2条;常规畦灌直径5mm根系最多,为12.5条。在40cm-60cm土层中,1/2交替灌溉的直径2mm的根系最多,为76.8条;3/4交替灌溉的直径2mm~5mm的根系最多,为10.4条;常规畦灌直径5mm根系最多;为8.7条。在60~80cm土层中,1/2固定灌溉的未灌溉区的直径2mm的根系最多,为40.6条;全根系干旱的直径2mm~5mm的根系最多,为6.8条;1/2固定灌溉的未灌溉区5mm根系最多,为4.6条。不同灌溉方式中,3/4交替灌溉的各类型根系干重总量最大,为57.3 mg·cm~(-3),为常规畦灌的1.34倍,全根系干旱的根系干重总量最小,为24.8 mg·cm~(-3)。1/2交替灌溉的直径2mm根系最多,为16.1 mg·cm~(-3);1/4交替灌溉的直径2mm~5mm根系最多,为14.3 mg·cm~(-3);3/4交替灌溉的直径5mm根系最多,为28.1 mg·cm~(-3)。不同灌溉方式中,常规畦灌的根毛长度最小,为0.118 mm,与1/2固定灌溉的灌溉区无显著差异;3/4、1/2、1/4交替灌溉各灌溉部位平均根毛长度分别为0.233 mm、0.244 mm、0.290 mm,显著高于1/2固定灌溉、常规畦灌和全根系干旱,其中1/4交替灌溉的根毛长度最大,为常规畦灌的2.50倍。1/2固定灌溉的未灌溉区和全根系干旱的根毛密度分别为159.2条/mm~3、164.3条/mm~3,两者极显著低于其他灌溉部位;3/4、1/2、1/4交替灌溉各灌溉部位平均根毛密度分别为269.2条/mm~3、287.5条/mm~3、249.1条/mm~3,极显著高于其他处理,其中1/2交替灌溉的未灌溉区根毛密度最大,为常规畦灌的1.58倍。适度干旱可促进根系发育。 4.不同灌溉方式中,常规畦灌和1/2固定灌溉的灌溉区均有完整细胞结构,细胞核完整,核膜清晰,核质浓厚、均匀,而1/2固定灌溉的未灌溉区与全根系干旱的细胞结构发生明显变化,细胞整体结构不完整,细胞质浓度降低,细胞内含物严重降解,质壁分离明显,细胞质膜局部发生内陷。在3/4、1/2、1/4交替灌溉中除了1/4交替灌溉的未灌溉区细胞核结构不完整,核膜开始解离外,其他部位的根系细胞均具有较高的完整性。 5.不同灌溉方式中,3/4交替灌溉在各时期的平均根系活力最高,为236.39μg·g~(-1)·h~(-1),与1/2交替灌溉和常规畦灌无显著差异。不同灌溉方式中全根系干旱的根系ABA和IAA含量在各时期均显著高于其他处理,两者的年均值分别为5.977μg·g~(-1)、1.073μg·g~(-1);3/4、1/2、1/4交替灌溉和1/2固定灌溉的根系ABA和IAA含量在各时期的平均值分别为1.97μg·g~(-1)、2.45μg·g~(-1)、2.36μg·g~(-1)、3.41μg·g~(-1)和0.51μg·g~(-1)、0.58μg·g~(-1)、0.69μg·g~(-1)、0.72μg·g~(-1),其中,3/4交替灌溉的根系ABA和IAA含量显著低于其他根系分区处理;根系ABA和IAA含量与土壤相对含水量呈负相关关系。不同灌溉方式中常规畦灌的根系GA_3和ZT含量在各时期均最高,其年均值分别为38.90μg·g~(-1)、0.831μg·g~(-1);3/4、1/2、1/4交替灌溉和1/2固定灌溉的根系GA_3和ZT含量在各时期的平均值分别为34.2μg·g~(-1)、32.5μg·g~(-1)、31.7μg·g~(-1)、28.1μg·g~(-1)和0.64μg·g~(-1)、0.61μg·g~(-1)、0.60μg·g~(-1)、0.52μg·g~(-1),其中,3/4交替灌溉的根系GA_3和ZT含量显著高于其他根系分区处理,1/2和1/4交替灌溉无显著差异;1/2固定灌溉的未灌溉区和全根系干旱的根系GA_3和ZT含量随处理时间的延长逐渐降低;根系GA_3和ZT含量与土壤相对含水量呈正相关关系。不同灌溉方式中全根系干旱的根系脯氨酸和可溶性糖含量在各时期均最高,年均值分别为45.00μg·g~(-1)、879.1μg·g~(-1),1/2固定灌溉的未灌溉区和全根系干旱的脯氨酸和可溶性糖含量随处理时间的延长逐渐增加,均在果实成熟期均达到最高。不同灌溉方式中常规畦灌的根系SOD、POD、CAT活性在各时期均较低,其年均值分别为21.99 OD·g~(-1)、45.25 OD·g~(-1)、8.48 mg·g~(-1),3/4、1/2、1/4交替灌溉的根系SOD、POD、CAT活性均随灌溉体积的减少逐渐增强;1/2固定灌溉的未灌溉区和全根系干旱的SOD、POD、CAT活性显著高于其他灌溉部位,并且随处理时间的延长活性逐渐增强,SOD活性在果实膨大期达到最大值,分别为95.75OD·g~(-1)、108.29 OD·g~(-1),POD、CAT活性在果实成熟期达到最大值,分别为130.13 OD·g~(-1)、134.62 OD·g~(-1)和30.72 mg·g~(-1)、29.37 mg·g~(-1)。不同灌溉方式中全根系干旱的根系MDA含量和相对电导率在各时期均最高,年均值分别为8.9 nmol·g~(-1)、39.9%,其与1/2固定灌溉的未灌溉区随处理时间的延长而升高;3/4、1/2、1/4交替灌溉和1/2固定灌溉的根系MDA含量和相对电导率在各时期的平均值分别为5.22 nmol·g~(-1)、5.27 nmol·g~(-1)、6.51nmol·g~(-1)、6.39nmol·g~(-1)和18.43%、20.69%、19.39%、23.15%,其中1/2与3/4交替灌溉的根系MDA含量无显著差异,1/4、1/2、3/4交替灌溉的相对电导率之间无显著差异。不同灌溉方式中常规畦灌的根系可溶性蛋白质含量在除果实膨大期外的其他时期均最低,其在果实膨大期达到最大值,为1.437 mg·g~(-1);3/4、1/2、1/4交替灌溉和1/2固定灌溉的根系可溶性蛋白质含量在各时期的平均值分别为1.74 mg·g~(-1)、1.69 mg·g~(-1)、1.82 mg·g~(-1)、1.79 mg·g~(-1),3/4和1/2交替灌溉差异不显著。在苹果的根系组织中,分生区和伸长区的细胞中ABA含量最高,干旱胁迫可以导致根细胞中ABA含量明显上升,其中分生区和伸长区细胞最为敏感,而且细胞中的ABA由细胞核和细胞质中逐渐转移到细胞壁、质膜和核膜上;另外,导管细胞的细胞质中也有大量的ABA存在。 6.不同灌溉方式中,3/4交替灌溉的新梢长度与常规畦灌在整个生长期均无显著差异,两者在6月底以后显著高于其他处理;常规畦灌、3/4、1/2、1/4交替灌溉、1/2固定灌溉、全根系干旱6个处理的新梢长度到9月17日分别为:58.35 cm、56.53 cm、47.13 cm、39.15 cm、45.31 cm、35.60 cm,常规畦灌新梢长度最大,与3/4交替灌溉无显著差异,1/2交替灌溉与1/2固定灌溉差异不显著。到9月25日常规畦灌、3/4、1/2、1/4交替灌溉、1/2根系体积固定灌溉、全根系干旱6个处理的果实体积分别为:258.4 cm~3、244.2 cm~3、240.4 cm~3、209.5 cm~3、215.8 cm~3、169.6 cm~3,3/4交替灌溉和1/2交替灌溉差异不显著,两者的果实体积显著高于1/4交替灌溉、1/2固定灌溉和全根系干旱。 7.不同灌溉方式中,常规畦灌的果实单株产量最高,为80.12 kg/株,与3/4根系体积交替灌溉无显著差异;1/2交替灌溉的单株产量比常规畦灌低7.10%,但与3/4交替灌溉无显著差异;1/4交替灌溉的单株产量比常规畦灌低18.41%。1/4交替灌溉的可溶性糖含量最高,为13.84%,与1/2交替灌溉无显著差异。可滴定酸含量以常规畦灌最高,为0.3268%,极显著高于1/2交替灌溉和1/2固定灌溉,其中,1/2交替灌溉的可滴定酸含量最低。1/2交替灌溉的糖酸比最高,为44.56,与1/4交替灌溉无显著差异。
【学位授予单位】:河北农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S661.1

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