夏玉米田间控制性分根交替滴灌供水效果研究

夏玉米田间控制性分根交替滴灌供水效果研究

康先生（1997）提出了一种新的、不同于传统灌溉的节水灌溉概念，并根据植物的光合作用、蒸发损失和叶片通风量的关系，以及根系对提高水分利用率的功能提出了一些新的、不同于传统灌溉的节水农业调节概念。其主要理论依据是:1)光合与蒸腾对气孔开度的反映不同(作物蒸腾速率下降快而光合作用下降很慢);2)局部干燥区域的根信号能帮助改变作物的气孔开度从而调节水分消耗。始终控制一部分根系干燥,使作物的水分胁迫防卫系统在所有的时间都被触发,根源ABA作为水分胁迫的一种根信号连续地供给到作物的叶片,以减小气孔开度来最优调节气孔状况,使作物不发生奢侈的气孔张开和蒸腾失水;3)交替控制使部分根系经受一定程度的水分胁迫,能刺激根系的补偿功能,提高根系传导能力。利用植物普遍存在的补偿生长和根系生长的向水性来促进根系的生长,增强根的吸收功能,最终达到以不牺牲作物的光合产物积累提高作物水分利用效率。试验证明,CAI比全面积均匀灌水节水效应明显[3～5]。然而,目前关于交替滴灌供水方式的研究尚不多见。为此,作者以盆栽玉米为试材,模拟田间控制性分根交替滴灌(ControlledRoot-dividedalternativeDripIrrigation,简称CRDADI)这种供水方式对夏玉米单叶的净光合速率、气孔导度及蒸腾效率等方面的影响,探讨交替滴灌供水方式下作物的节水效应,为使这种新型供水方式能应用于田间以及丰富和发展控制性分根交替灌溉理论提供更可靠的基础依据。1材料和方法1.1塑料盆内试验于2004年6月至8月进行。选取夏玉米(掖单302)为试验材料,种植在直径18cm、高21cm的塑料盆中。使用校园外长期耕作的中壤质土(表1)加1/3容积腐熟的厩肥过筛、装盆,每盆播催芽后的玉米种子3粒,待苗长至3叶时,每盆选留长势相似、大小一致的健壮苗1株,至6叶时开始进行交替控水处理,各处理施肥和其他病虫害管理等完全相同。1.2灌溉方式对土壤的影响设对照(CK)、1/2区域交替滴灌(AlternativeDripIrrigation,简称ADI)和1/2区域固定滴灌(FixedDripIrrigation,简称FDI)3种灌溉方式,其中ADI和FDI又分别设两种灌水处理(即对照灌水量为M,ADI1和FDI1灌水量均为75%×M,ADI2和FDI2灌水量均为50%×M,M值为从65%田间持水量增加至95%的田间持水量时的耗水量),每处理3个重复。对照(CK)盆内的土壤不分区,每次灌水时采用常规滴灌,其余处理用塑料板纵向均匀隔成A、B两部分(塑料板上部正中央有一半径为2.5cm的半圆形小孔,用以玉米分根),以阻止两侧水分交换。ADI处理,每次在不同1/2区域交替供水(即如果上次灌A区域,下次则灌B区域),FDI处理,每次灌水始终让A区域湿润而B区域始终干燥。1.3测量项目1.3.1k地下灌排系统每天用时域反射仪(TDR)检测土壤含水量,当CK土壤含水量低于65%田间持水量时,用自制滴灌系统加水至95%田间持水量,其他处理同时灌水,并记录每次灌水量,由水量平衡方程计算各时期的耗水量。1.3.2土壤中根的测定用精度为1mm的米尺测定株高、根长及叶长和叶宽,用感量为0.0001g的电子天平测定茎、叶及根干质量(试验结束后,进行毁坏性采样,用水洗法将根从土壤中分离,然后将地上、地下部分分别放在烘箱(105℃)烘10min后,在65℃下烘干至恒重),并计算根冠比。1.3.3光合速率、蒸腾速率和气孔导度用Li-6400型光合测定仪测定叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(C)。蒸腾效率用Pn/Tr表示,水分利用效率(WUE)用生物量/耗水量表示。2结果与分析2.1不同水势梯度下的根系生长由表2可知,ADI1的株高、叶面积和地上生物量与CK相比差异较小,但与其他处理相比存在明显差异。以地上生物量为例,ADI1与CK相差甚小,仅为1.37g,而与FDI2处理相比,差值高达4.21g。ADI1处理根的总数和根干质量均高于其他处理,就平均根长而言,所有处理均高于CK;在同一灌水量下,ADI的根干质量和根总数均高于FDI,但根冠比变化较小,这充分表明交替供水比固定供水更有利于根系生长;由根区根数可以看出,ADI1不仅可以促进根系的生长,而且可以使根系的分布趋向均匀,ADI2虽然也可以促进根系生长且使根系分布均匀,但由于其受水分胁迫比较严重,生物量、根干质量均明显小于ADI1,二者分别比ADI1下降了40.7%和54.9%。可见,ADI1通过对根系的干、湿交替锻炼,不仅对玉米根系生长具有促进作用,同时能够使根系在土壤中分布均匀,根冠比增加明显。2.2灌江过水对ai生长和气孔开放的影响水分胁迫导致净光合速率和蒸腾速率下降的主要原因是水分胁迫在一定程度上使气孔关闭。由表3可以看出,常规滴灌(CK)的气孔导度和其他处理之间存在显著差异,差值范围在27.2～46.5mmol⋅s-1⋅m-2之间,在同一灌水量下,ADI大于FDI,这证明ADI有利于保持气孔开放,从而有利于CO2进入叶片而保证光合作用的正常进行。差异显著性检验表明,ADI1净光合速率显著增加,增幅为20.70%～35.32%,而其他处理之间差异不明显;从蒸腾速率看,各处理均明显小于CK,ADI1的蒸腾速率比CK下降了23.2%,但蒸腾效率比CK增加了36.5%(表4),蒸腾效率明显提高,其他处理的蒸腾效率也有相似的变化规律。2.3fdi2水分利用效率由表5可以看出,除FDI1外,各处理的水分利用效率均高于CK,且ADI高于FDI,其中以ADI1处理最高,达3.48g⋅kg-1。FDI2水分利用效率虽然也高于CK(为CK的1.20倍),但是其生物量明显下降(仅为CK的60.1%,AI1的66.0%),严重影响了玉米的正常生长;ADI1不但水分利用效率高于CK(为CK的1.22倍),且生物量差异也不大,生物量仅下降9%而耗水量减少25%,节水效果明显。3不同供水方式对作物根系生长的影响大量试验表明,当作物根系处于水分胁迫时,根尖合成ABA增加,引起气孔关闭。当土壤逐渐变干时植物能够感知和传递土壤水分胁迫信号,因此,ABA具有控制气孔、感知土壤中可利用水量,实现最优化调节的作用。本试验证明控制性交替滴灌对玉米是适宜的。ADI1供水方式的根干质量及生物量和CK相差不大,但根冠比明显增加,气孔导度和蒸腾速率显著下降(分别下降了18.0%和23.3%);生物量仅下降9%而耗水量减少25%,水分利用效率明显增加(为CK的1.2倍),节水效果明显。这主要由于ADI1减少了棵间蒸发的土面,另一方面气孔导度下降使蒸腾速率明显下降,而净光合速