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土壤水势与桃树生命互作过程试验研究

贺军奇  
【摘要】: 本文在分析大量国内外有关土壤水分与果树生长研究成果的基础上,发现在直接指导灌溉控制指标的研究方面相对薄弱。目前有很多科学家试图通过研究植物自身指标对水分的响应来回答这一问题,取得了一定研究成果。通常情况下,反映植物是否缺水的指标主要有两类:一类是植物水分指标,主要为植物形态及植物生理指标;另一类是土壤水分指标,主要包括土壤含水率和土壤水势。土壤含水率受土壤质地变化影响较大,在描述土壤干旱程度方面代表性较差,土壤水势从能量的角度更能有效描述土壤干旱程度,而且不受土壤质地的直接影响,具有很强的代表性和普遍性。 基于上述思想,本文以桃树为研究对象,来研究土壤水势对桃树生命过程的影响,以确定桃树生长周期内适宜土壤水势为主要目标。分别通过小区和盆栽试验开展相关研究,小区试验分别将土壤水势控制在A(-110~-130Kpa)、B(自然条件下)、C (-10~-20Kpa)和D(-40~-60Kpa)共4个处理;盆栽试验主要来确定桃树生命过程中几个关键土壤水势阈值。初步取得如下研究进展: (1)分析了土壤水势对桃树生理生长指标变化的影响 结果表明,当土壤水势维持在-40~-60Kpa之间时,桃树光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率、气孔导度等生理指标均维持在较高水平,有利于桃树生长。桃树茎干最大日收缩量季节性变化差异较大,在冬季最大日收缩量变化波动幅度较大,大约在0~1000μm之间,春季变化范围比冬季小,但春季空气温度突变会引起茎干最大日收缩量的剧烈反应,因此初步判断气温变化对茎干最大日收缩量变化影响较大。夏季桃树茎干最大日收缩量正常波动范围在50~500μm之间,秋季最大日收缩量变化范围比夏季低,大约在50~300μm之间。同时分析表明,对于大田桃树而言,当土壤水势低于-100Kpa时,桃树茎干最大日收缩量明显增大,土壤水势在-100Kpa之内变化时对茎干最大日收缩量影响较小。 方差分析表明,各个小区桃树在整个生长周期内茎干生长量存在显著差异,整个生长周期内生长量由大到小顺序为DCAB。试验结果表明,土壤水势维持在-10~-20Kpa之间不利于桃树生长,土壤水势在-40Kpa~-60Kpa之间较为适宜。 (2)建立了生态因子与桃树生长之间的多元回归数学模型 建立了各月份桃树茎干日变化与30cm土壤水势(WPs),5cm土壤温度(Ts5),15cm土壤温度(Ts15),30cm土壤温度(Ts30),空气温度(Ta),空气相对湿度(RH),太阳净辐射Qn,风速(V)之间的相关数学模型,复相关系数均在0.9以上。结果表明,不同月份影响桃树茎干日变化的主要因素不尽相同。 分析了桃树茎干平均日变化(ATDV)与30cm日平均土壤温度(ATs30)、日平均温度(ATa)、日平均相对湿度(ARH)、日平均太阳净辐射(AQn)、日平均风速(AV)之间的关系,建立了多元回归模型,复相关系数均在0.8-0.9之间。 建立了桃树生长周期内茎干日变化与生态因子之间的多元回归方程,复相关系数R=0.799;确立了不同土壤水势条件下桃树生长周期内茎干平均日变化与生态因子之间的多元回归方程,复相关系数R=0.85;明确了不同水势条件下桃树生长周期内茎干日最大收缩量与生态因子之间的关系,复相关系数R在0.5~0.7之间;同时分析了桃树生长周期内茎干日生长量与生态因子之间的关系,建立了相关回归模型。 建立了果实不同月份日生长变化与生态因子之间的多元回归方程,复相关系数在0.6-0.9之间。确立了果实生长期内平均日变化与多生态因子之间的多元回归模型,复相关系数为R=0.792; 研究表明,不同时段内影响桃树生长的主要因素存在差异,在进一步明确桃树生长与生态因子相关程度的基础上,实际中可以通过不同措施来调控微环境的变化,来进一步提高桃树生产潜力。 (3)分析了不同土壤水势下各生长期内土壤温度时空变化特征 结果表明,不同处理各生长期内5cm与15cm土壤温度日变化均符合多项式变化规律,30cm土壤温度日变化符合二次函数变化规律;停长期内各层土壤温度日变化均呈直线下降趋势。各处理之间温度日平均值、极值出现时间存在一定差异。分析了不同土壤水势下土壤温度季节性变化特征,结果表明,不同季节内土壤温度空间变化规律有差异,土壤水分对土壤温度变化具有明显影响。各层土壤温度年变化规律均符合二次函数变化规律,5cm日平均土壤温度最高值出现在年内第140天左右,15cm和30cm年内最高温度出现在第200天左右。明确不同时段内土壤温度变化规律,为生产实践中土壤温度调控提供依据。 (4)明确了不同土壤水势条件下桃树茎干及果实日变化规律 分析表明,各生长期内桃树茎干日变化过程均符合多项式变化规律。不同生长期内茎干日变化过程分别为:休眠期变化过程是收缩-快速膨胀-微收缩;后三个生长期内茎干日变化过程都是膨胀-收缩-膨胀。果实日变化也符合多项式变化规律,可以依据拟合方程来预测果实生长趋势,由此可以判断果实生长是否正常。 (5)初步确定了桃树生命过程中几个关键水势阈值 依据桃树生命变化规律,将桃树生命过程化分为死亡状态,亚健康状态,健康状态三个生命状态。同时将生命状态划分的土壤水势区域分别定义为死亡水势,亚健康水势,适宜水势和奢侈水势。死亡水势是指当土壤水势达到或小于某一值的时候,植物在复水情况下不能再次恢复生命现象,称复水前最低土壤水势为植物的死亡水势。适宜水势是指当土壤水势到达某一个值或某个水势范围内,能够保证植物正常生长,并使各项生理指标均处于健康状态时的土壤水势。亚健康水势是指桃树在某一土壤水势范围内,因水分胁迫而影响桃树正常生长时的土壤水势。奢侈水势是指当土壤水势在达到或高于某一值时,植物对水分的利用效率不再因土壤水势的升高而提高甚至降低时的土壤水势。 通过拍摄和记录控水过程中桃树生长状态的变化,以及分析桃树死亡过程中茎干生长变化特征,来确定出桃树当土壤水势维持在-957.2Kpa~-2428.1Kpa之间时都有可能发生死亡。在分析不同土壤水势对应生命状态的基础上,进一步分析桃树果实日最大收缩量以及果实日生长量与土壤水势变化之间的关系,确定出桃树适宜水势的上限值在-30~-10Kpa之间,下限值在-60~-40Kpa之间。在确定死亡水势和适宜水势的基础上,依据亚健康水势与奢侈水势定义,确定出亚健康水势在-957.2Kpa~(-60~-40Kpa)之间;奢侈水势在(-30~-10Kpa)~0Kpa之间。


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