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部分根区滴灌和环境因素对苹果幼树水分传输机制的影响

杨启良  
【摘要】:当前面临着水资源危机和环境恶化的突出矛盾,通过减少灌溉用水和提高植物适应环境胁迫能力来维持干旱半干旱地区生态系统平衡是众多学者十分关注的重要问题。近年来,有关植物水分传导、水流阻力和其它生理要素对各种环境因素的响应特征及规律的研究一直是许多学者十分关注的热点研究领域,特别是近些年出现的“控制性根系分区交替灌溉”技术的广泛研究和应用,确实对改善植物生长的土壤水分状况,提高灌溉水分利用效率起到了重要的作用。在果树分布较多的干旱半干旱地区,农田水分和养分与盐分胁迫并存,对果树的生长产生很大的影响,研究控制性分根交替灌溉和环境因素对苹果幼树水分传输的影响对于丰富果树水分传输理论以及节水调控机制具有重要的理论和实际意义。论文以红富士苹果幼树为材料,通过盆栽和田间小区实验相结合的方法,系统地研究和分析了部分根区滴灌和环境因素对苹果幼树水分传输机制的影响,取得了以下重要结论: 1.根区滴灌模式和水分处理对苹果幼树生长和根系水分传导的影响表明:根系水分传导与根干重和叶水势均呈正相关关系。交替灌溉反复刺激根系较快生长是根系水分传导提高的重要原因。同时采用交替滴灌模式有利于优化干物质向各个器官均衡分配,使其茎粗/株高和根冠比增大,使得壮苗指数大大提高。从而增强了植物根源水力信号的传输效率和调控植物水分平衡的能力。 根系生长和根系水分传导随着土壤水分含量的增加而增大,当灌水定额由20 mm增大到30 mm时,交替滴灌处理的根系水分传导增幅最大,表现为:ADI(17.34%)FDI(12.27%)CDI(3.36%)。在平均节水达33%时,交替滴灌处理的平均侧根干重和根系水分传导分别较常规滴灌仅降低了19.1%和5.81%,而茎粗/株高、根冠比和壮苗指数分别提高了0.27%、19.46%和11.74%。交替滴灌处理的生长状况和根系水分传导均高于固定滴灌。 2.根区滴灌方式和水分处理对苹果幼树水流阻力有显著影响。相关性分析表明,叶水流阻力与气孔导度呈负相关关系,而与叶面积呈正相关关系。交替滴灌提高了叶水流阻力是降低蒸腾失水的重要因素,加之降低了根系阻力和(侧枝+主杆)阻力,从而提高了苹果幼树贮水和渗透调节能力及抗干旱胁迫能力。因此,交替滴灌提高了对环境的适应能力。 苹果幼树根系阻力、冠层阻力、(侧枝+主杆)阻力和单株阻力随着灌水量的增大而减少,而(叶+柄)阻力随着灌水量的增大而增大。在20 mm和30 mm灌水定额下,交替滴灌的(叶+柄)阻力分别比常规滴灌提高17.89%和24.58%。在平均节水达33%的前提下,交替滴灌和固定滴灌的平均(叶+柄)阻力分别比常规滴灌提高了19.65%和24.34%,但交替滴灌和固定滴灌的平均(侧枝+主杆)阻力分别降低了4.61%和13.02%。部分根区滴灌方式通过减小苹果气孔导度和叶面积,提高(叶+柄)阻力,从而减少了叶片的蒸腾失水,提高了苹果幼树的水分利用效率。 通过研究不同器官水流阻力及占全株的比例发现,根系阻力占全株水流阻力的比例最大,达62.28%,其次为冠层阻力,占37.72%,(叶+柄)阻力及(侧枝+主杆)阻力分别占19.9%和17.82%。可见,根系是阻碍水分传输的主要器官,叶片是阻碍冠层水分散失的主要器官。 3.部分根区滴灌方式和水分处理对苹果幼树生理特性和水分利用效率的影响表明:在节水达33.3%时,交替滴灌和固定滴灌处理的平均根系水分传导仅降低了5.81%和14.7%,但总水分利用效率、灌溉水利用效率分别高出了常规滴灌处理达16.31%和14.48%、40.52%和27.65%,说明部分根区滴灌方式处理后根系水分传导的提高是引起水分利用效率提高的一个重要方面。 4.部分根区滴灌下苹果幼树茎液流和水分传导日季节变化及其与环境因素的关系表现为: (1)苹果幼树各器官水分传导均存在明显的季节变化,随着生长季节的推移,根系水分传导、冠层水分传导、(主杆+侧枝)水分传导和(叶+柄)水分传导的变化趋势均为先增加后减小;而主杆水分传导和侧枝水分传导随着生长季节的推移逐渐增大。 (2)根系水分传导日变化过程曲线拟合结果为二次抛物线方程,各滴灌处理均在12:00左右时取得最大值,且常规滴灌处理的值最高;在18:00左右取得最小值,且固定滴灌处理的值最小;各处理在16:00左右时其值又恢复到8:00左右的水平。三种滴灌方式下,(叶+柄)水分传导的日变化过程均表现为双峰型,分别在12:00和16:00取得峰值,(叶+柄)水分传导最大值在12:00时取得,(叶+柄)水分传导最小值在14:00取得。三种滴灌方式在两次峰值的大小顺序均表现为,CDI ADI FDI。 (3)冠层各器官水分传导与它对应的干物质呈线性正相关关系。主杆水分传导与其干重具有较高的相关系数,说明用主杆干重能较好的衡量它的导水能力,其方程式为:kmr= 0.5406Wmr + 0.9721,R2 = 0.6377。根系水分传导与根区土壤含水量和土壤温度均呈线性正相关关系,部分根区滴灌方式提高了根区土壤温度也是引起根系水分传导提高的一个重要因素。在不同测定时期,根系水分传导与根区土壤含水量的决定系数大小关系为:R2(8月)(0.6949)R2(10月)(0.5391)R2(6月)(0.1551)R2(12月)(0.0428),分别在8月和12月取得最大值和最小值。说明根系水分传导与根区土壤含水量的关系与季节变化密切相关。 (4)在不同的天气状况下,常规滴灌处理的茎液流量均显著的大于交替和固定滴灌处理;不同滴灌方式下,苹果幼树茎液流季节变化趋势与大气温度的变化相关。无论是晴天,还是雨天,各处理的茎液流昼夜变化均表现为单峰曲线,当天气为多云时,茎液流昼夜变化起落较大表现为多峰曲线;部分根区滴灌下苹果幼树茎杆水分传导与日茎液流量呈线性正相关关系,相关系数大小关系表现为,CDI(0.9806)ADI(0.9275)FDI(0.8173)。 5.部分根区滴灌和施肥处理对苹果幼树导水特性的影响表明:在交替滴灌和固定滴灌处理较常规滴灌处理节水达50%的条件下,与无肥处理相比,交替滴灌处理促进根系生长的幅度较常规滴灌处理大,但叶干重的降幅较大。这样交替滴灌处理的植株保持较低的每单位吸收面积的蒸腾速率。交替滴灌根系水分传导的提高是引起水肥利用效率提高的重要原因,不仅提高了节水调控能力,而且也提高了水肥传输能力。虽然常规滴灌处理的平均根系水分传导均高于交替滴灌和固定滴灌处理,但与无肥处理相比,平均增幅大小顺序为,ADI(5.14倍)CDI(4.74倍)FDI(4.04倍),说明施肥后对交替滴灌处理的根系水分传导的影响最大。交替滴灌和固定滴灌的蒸腾量和蒸散量分别较常规滴灌处理降低了34.4%和71.27%。交替滴灌处理的生长状况和根系水分传导均高于固定滴灌。 苹果幼树生长和壮苗指数及根系水分传导均随着施肥量的增大而提高。与无肥处理相比,在三种滴灌方式处理下,平均根系水分传导增长倍数的大小顺序依次为:N2P2(7.37倍)N1P1(6.7倍)P2(4.82倍)P1(3.72倍)N2(2.98倍)N1(2.11倍);氮磷配施促进幼树较快生长,根系水分传导大大提高,使得干物质向各个器官均衡分配,提高了壮苗指数。从单施肥的效果来看,施氮促进冠层较快生长,施磷促进根系较快生长,使得根系水分传导较施氮显著提高,虽然施磷减小了总干物质量,但因施磷对根冠比和粗高比的提高幅度较大,因此,施磷也提高了壮苗指数。可见,将交替滴灌与施肥处理相结合,其有利作用可以得到更好地发挥。 6.盐分处理对部分根区滴灌的苹果幼树生长和水分传导有显著影响。交替和固定滴灌处理干燥侧根系阻碍了对盐分离子的吸收,从而减小了盐分离子对根系的伤害。交替和固定滴灌处理在减少50%灌水量条件下,与常规滴灌相比,在高盐分S2和S3处理下交替滴灌处理的叶水分传导分别较常规滴灌降低了33.56%和44.26%,但交替滴灌处理的根系水分传导反而提高了1.13%和10.91%。交替滴灌处理的苹果幼树生长和水分传导均高于固定滴灌处理。可见,采用交替滴灌处理后不仅提高了苹果幼树根源水力信号的传输效率和调控水分平衡的能力,而且也提高了抗盐分胁迫能力。 随着盐分浓度的增大,虽然幼树生长受阻,光合速率,气孔导度和蒸腾速率大大降低,水分传导明显减小,但对交替滴灌处理的影响较小。当盐分浓度由S1增大到S2再到S3时,与对照处理相比,三种滴灌方式处理下的根系水分传导和叶水分传导平均降幅顺序为,CDI(48.06%和38.18%)ADI(40.57%和29.65%)FDI(32.82%和21.22%)。可见,盐分胁迫对常规滴灌处理的导水能力影响最大。幼树各器官水分传导与其干物质的关系表明,根系水分传导与侧根干重间均呈对数关系,而其它各器官水分传导与其干重间均呈线性正相关关系,但叶片水分传导与叶干重和气孔导度间呈乘幂关系。 从以上分析可以得知,植物的水分传导与植物的生长环境密切相关,在果树节水灌溉中,采用根系分区交替灌溉方式,不但有利于调节果树根系和冠层的生长,优化干物质向各个器官均衡分配,使其茎粗/株高和根冠比增大,使得壮苗指数明显提高,而且对果树水肥的吸收和传输产生较大的影响。交替灌溉引起根系水分传导提高的重要原因是反复刺激根系较快生长,同时交替滴灌处理的植株保持较低的每单位吸收面积的蒸腾速率,从而对水肥利用效率的提高和调控冠层部分的水分消耗起重要的作用。可见,采用根系分区交替灌溉方式有利于提高对环境的适应能力及节水调控能力,不仅在干旱半干旱地区,而且在盐碱地区也有广阔的应用前景。


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