控制性分根区交替滴灌对苹果幼苗形态特征与根系水分传导的影响

控制性分根区交替滴灌对苹果幼苗形态特征与根系水分传导的影响

根系水的传记（根系水的传染率）是指单位压力梯度下通过该单位面积的根系传递的水分量。这是根系吸收和输送水分的重要指标。近年来，环境因素对植物根系水的传播效应是国内外的热点领域。在干旱半干旱地区的有限灌溉条件下，植物根系的生长调节和根系高的水分传递能力，对植物的适应环境的威胁重要。根系水的传播量与根区土壤水分、养分、养分和温度有关。根区环境因素的制约可以降低根系的水传播量，导致叶片水分损失、叶片水的阻力增加、空气开关量和植株生长抑制。在干旱环境中，通过调整植物根系的水分传导和开口量来控制植物根系的水分流失，对维持植物体内的水分平衡起到了重要作用。分根区交替灌溉技术是近年来众多学者推崇的一种节水灌溉技术,采用该技术使根区两侧根系始终处于干湿反复交替的非均一环境中,对根系的生长和分布产生较大影响,提高了作物的水肥利用效率和品质.而且,根系两侧土壤会出现明显的水势梯度,这影响根系的水分传导,并最终影响水分在植物体内的传输.在根区不同的滴灌模式下对根系生长、形态特征和水分传导的研究,可以揭示该环境下植物根系的水分传导机制.目前,在局部根区湿润模式下对大田作物的根系水分传导研究较多,对于果树研究主要集中在水分生理、生长、产量与品质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额对苹果幼树根区土壤水分分布、根冠比、壮苗指数和根系水分传导的影响进行了研究,探讨控制性分根区交替滴灌对苹果幼树形态特征与根系水分传导的影响,为控制性分根区交替灌溉在果树栽培中的应用提供理论依据.1研究领域和方法1.1土壤、土壤条件大田苹果幼树滴灌试验于2006年11月—2008年9月在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室的移动式防雨棚中进行.该区气候属于半干旱、半湿润气候,年均温11~13℃,年降水量535mm.供试土壤为土垫旱耕人为土,0~0.6m土层内田间持水率24%,土壤容重1.4g·cm-3,有机质8.5mg·kg-1,速效磷13.1mg·kg-1,速效钾116mg·kg-1,全氮0.9g·kg-1,速效氮31.7mg·kg-1.1.2铺设灌草管供试树种为2年生矮化红富士苹果(MaluspumilaMill,Fuji)幼树,于2006年11月15日移栽,移栽后统一浇水保证根系与土壤充分接触.2007年4月5日发芽期,统一定株高为70cm,4月22日开始水分处理(表1).试验设3种滴灌模式:1)控制性分根区交替滴灌(ADI,简称交替滴灌),距幼树基部20cm处的东西两侧铺设2条滴灌毛管,每次灌水时仅打开一侧滴灌毛管,另一侧关闭,两侧滴灌毛管轮流交替灌水;2)固定滴灌(FDI),距幼树基部20cm处的西侧铺设1条滴灌毛管进行灌水;3)常规滴灌(CDI),紧贴幼树基部铺设1条滴灌管进行灌水.每种滴灌模式设3个灌水定额,其中,ADI和FDI处理的灌水定额均为10、20和30mm,CDI处理为20、30和40mm.2007和2008年,3种滴灌模式的灌水周期分别为15(5月和10月为30d)和20d.试验共9个处理,以一行24棵幼树为1个处理,每次测定3棵作为3个重复.为了消除边界影响,在边界处布置行距为1m的保护行,其他行距为1.2m,株距为0.4m.滴灌毛管铺设与幼树行方向一致,系统首部组成包括压力表、闸阀、水表、球阀、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装球阀,灌水量由感量为0.0001m3的水表控制.灌水采用外径1.6cm的压力补偿式滴灌管,滴头间距40cm,流量1.3L·h-1.各处理的田间管理措施相同.2007年10月8日,每行选择3株长势均匀、健壮的幼树进行长势观测.1.3测量设计和方法1.3.1土壤含水率测定在灌水前、后2~3d,各处理均在东、西两侧距幼树20cm处随机取土样.土壤含水率采用烘干法测定,每10cm取一层土样,测定0~80cm土层土壤含水率.1.3.2苹果生长曲线的原位测定根系水分传导(Kr)采用美国Dynamax公司生产的高压液流仪(HighPressureFlow-Meter:HPFM)的瞬时法进行原位测定,测定点高度距地面5cm,用刀片将截取部位的切口处削平并与压力耦合器相接,以3~7kPa·s-1的压力持续加压至500kPa时结束,通过流速与压力关系曲线的斜率获取Kr值,再采用kr=Kr/Wr将其量化.其中,kr为根系水分传导量化值,Wr为根系干质量.苹果幼树的Kr分别于水分处理后第46、110、169、228、422和482天测定,每次测定重复3次.1.3.3壮苗指数的测定采用长×宽×深为60cm×40cm×60cm的标准,距植株20cm处进行挖根,标明东西侧方位以便获取侧根.将获取的根系用清水冲洗干净后,于105℃烘箱中杀青30min,在80℃下烘干至恒量,用百分之一的天平称质量.用螺旋测微仪测定基茎粗,用直尺测量株高.壮苗指数=(茎粗/株高+根干质量/地上部干质量)×全株干质量.1.4处理数据采用SAS软件对数据进行统计分析,利用ANOVA和Duncan法进行方差分析和显著性检验(α=0.05).2结果与分析2.1种灌注模式对根区土壤含水率的影响由图1可以看出,在整个生长期,3种滴灌模式下苹果幼树根区0~50cm土壤含水率的变化趋势不同.其中,在交替滴灌处理中,根区土壤含水率在东、西两侧存在反复干湿交替过程;在固定滴灌处理中,根区土壤含水率在西侧(灌水侧)显著高于东侧(非灌水侧);在常规滴灌处理中,根区土壤含水率在东、西两侧未出现显著差异.在3种滴灌模式下,根区土壤含水率均随灌水定额的增加而增大.在灌水定额相同时,灌水侧的土壤含水率在3种滴灌模式间没有显著差异,而灌水侧土壤含水率均显著高于非灌水侧.由图2可以看出,在交替滴灌、固定滴灌和常规滴灌处理的灌水定额分别为30、30和40mm条件下,苹果幼树根区土壤含水率在10~20cm土层均显著大于0~10cm土层,之后土壤含水率随着土层的加深逐渐减小.可能是由于地表蒸发量较大,因此无论灌水与否,0~10cm土层土壤含水率均较小.在3种滴灌模式下,50~60、60~70和70~80cm土层根系两侧的土壤含水率无明显变化,表明3种滴灌模式的最大湿润深度均为50cm.在灌水定额不变的情况下,与2007年相比,2008年的灌水周期由15d增加到20d,而且由于树苗长大,所消耗的土壤水分随之增加,因此土壤含水率较2007有所降低.另外,在交替滴灌和固定滴灌处理中,2008年的灌水侧与非灌水侧的土壤含水率之差也略大于2007年.2.2交替灌注对患者根干质量的影响由表2可以看出,滴灌模式对东侧(非灌水侧)根干质量、茎粗/株高、根冠比和壮苗指数的影响均达显著水平,对西侧(灌水侧)根干质量和全株干质量的影响不显著;灌水定额对东侧(非灌水侧)根干质量、全株干质量、根冠比和壮苗指数的影响均达显著水平,对西侧(灌水侧)根干质量和茎粗/株高的影响不显著;滴灌模式和灌水定额的交互作用对东侧(非灌水侧)根干质量的影响达显著水平,对其他指标的影响均不显著.当灌水定额为20mm时,与常规滴灌处理相比,交替滴灌处理的东侧(非灌水侧)根干质量、全株干质量和茎粗/株高分别降低了6.5%、2.3%和0.9%,而西侧(灌水侧)根干质量、根冠比和壮苗指数分别提高了11.3%、57.1%和51.4%;与固定滴灌处理相比,交替滴灌处理的东侧(非灌水侧)根干质量、西侧(灌水侧)根干质量、全株干质量、茎粗/株高、根冠比和壮苗指数分别增加30.2%、12.6%、5.1%、4.7%、57.1%和67.4%.当灌水定额为30mm时,与常规滴灌处理相比,交替滴灌处理的东侧(非灌水侧)根干质量、西侧(灌水侧)根干质量、全株干质量、根冠比和壮苗指数分别提高了0.7%、4.5%、3.4%、31.6%和34.2%,而茎粗/株高降低了90.4%;与固定滴灌处理相比,交替滴灌处理的东侧(非灌水侧)根干质量、西侧(灌水侧)根干质量、全株干质量、根冠比和壮苗指数分别增加30.3%、7.2%、6.6%、47.1%和53.6%,而茎粗/株高降低了90.4%.与灌水定额为30mm的常规滴灌相比,灌水定额为20mm的交替滴灌处理可节水33%,其东侧根干质量、西侧根干质量和全株干质量分别降低了25.5%、7.9%和8.1%,而茎粗/株高、根冠比和壮苗指数分别提高了7.7%、15.8%和7.5%.固定滴灌处理的西侧(灌水侧)根干质量均显著高于东侧(非灌水侧);交替滴灌和常规滴灌处理的东、西两侧的根干质量分布均匀,差异不显著.反映出,根系生长具有明显的向水性,干旱抑制根系生长.相同滴灌模式下,东侧(非灌水侧)根干质量、西侧(灌水侧)根干质量、全株干质量、根冠比和壮苗指数均随着灌水定额的增加而增加.2.3控制布局区的交替干扰对苹果幼树根系的水分转移2.3.1交替灌溉处理kr的变化由图3可以看出,2007年各处理的根系水分传导(kr)均存在明显的季节变化,kr呈先增大后减小的趋势,这与Aranda等的研究结果一致.与2007年相比,2008年各处理的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长引起.当灌水定额为20mm时,交替滴灌处理的kr比常规滴灌处理提高了2.6%,比固定滴灌处理提高了6.6%;当灌水定额为30mm时,交替滴灌处理的kr比常规滴灌处理提高了9.0%,比固定滴灌处理提高了11.0%;与灌水定额为30mm的常规滴灌相比,灌水定额为20mm的交替滴灌处理节水33%,其kr仅降低了3.6%.在交替滴灌处理下,灌水定额为30mm时,kr比灌水定额为20和10mm的处理分别提高13.0%和38.4%;在固定滴灌处理下,灌水定额为30mm时,kr比灌水定额为20和10mm的处理分别提高8.6%和34.4%;在常规滴灌处理下,灌水定额为40mm时,kr比灌水定额为30和20mm的处理分别提高5.4%和12.1%.可见,随着灌水定额的增大,交替滴灌和固定滴灌处理的kr增幅均高于常规滴灌处理.2.3.2根系水的传导与根系树干的质量和叶面积之间的关系由图4可以看出,根干质量与根系水分传导、叶面积与根系水分传导均呈显著线性相关,表明根干质量和叶面积均随根系水分传导的增加而增大.3交替灌溉对根冠比及根系水分传导的影响灌水方式和根区土壤水分含量是影响根系水分传导和植物形态特征的主要因素.根系不仅对植物起支撑和固定作用,而且是植物从土壤环境中获取水分和养分的重要器官,根系的分布状况与植物对水肥的吸收利用效率密切相关.有研究表明,交替灌溉具有刺激根系较快生长的作用.本研究中,在相同灌水定额下,与固定滴灌相比,交替滴灌和常规滴灌处理的根系在根区两侧分布比较均匀,固定滴灌处理下灌水侧的根干物质质量显著高于未灌水侧(表2),这与杨启良等的研究结果一致.梁宗锁等研究发现,交替灌溉具有提高根冠比的作用.本研究中,在相同灌水定额下,与常规滴灌和固定滴灌相比,交替滴灌显著增加了苹果幼树的根冠比,而壮苗指数也大幅提高(表2).可以看出,根冠比是引起壮苗指数变化的重要原因,这与眭晓蕾等的研究结果一致.根系水分传导是表征植物吸收根区土壤水分、养分大小的重要指标.有研究表明,交替灌溉灌水侧的根系水分传导均具有补偿效应.本研究中,与常规滴灌和固定滴灌相比,在相同灌水定额下,交替滴灌显著提高了苹果幼树的根系水分传导(图3),其原因可能是多方面的:1)交替滴灌导致根区两侧出现明显的水势梯度,当植物生长在根区土壤水分不均一的环境时会促进根系对水分的吸收,同时交替灌溉每次对干燥侧根系复水会刺激根系较快生长,导致大量新的毛须根产生,新生根的根稍末端具有提高水通道蛋白活