调亏灌溉下滴灌甜菜补偿效应研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:dqqwa
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[目的]在干旱区气候条件下,开展滴灌甜菜不同生育阶段调亏灌溉试验,分析调亏灌溉下甜菜干物质积累、叶片光合生理特性、叶片形态结构特征以及产量品质性状,明确干旱区滴灌甜菜不同生育阶段的调亏灌溉模式,揭示甜菜叶丛快速生长期水分亏缺复水后的同化物分配机制以及光合作用响应机制,提出调亏灌溉下滴灌甜菜生长和生理补偿效应,旨在为北疆滴灌甜菜高产高效水分管理提供支持。[方法]试验以Beta356(Beta vulgaris L.)为供试材料,于2014和2015年在滴灌甜菜叶丛快速生长期、块根膨大期和糖分积累期分别设置水分下限为70%田间持水量(70%FC)、50%田间持水量(50%FC)和30%田间持水量(30%FC)的田间控制试验,以明确滴灌甜菜不同生育阶段的调亏灌溉模式。于2017和2018年在甜菜水分敏感期(甜菜叶丛快速生长期)设置调亏下限为70%FC,50%FC和30%FC的桶栽试验,结合13C同位素示踪技术和植物细胞学,明确调亏灌溉下滴灌甜菜叶丛快速生长期同化物分配机制以及光合生理机制。[结果](1)调亏灌溉降低叶丛快速生长期和块根膨大期叶面积指数(LAI),缩短该时期干物质最大相对生长速率累积时间(Tm)的同时提高最大相对生长速率(Vm),甜菜产量未受影响。与70%FC相比,2014年和2015年甜菜产量、含糖率、产糖量以及灌溉水分利用效率(IWUE)在叶丛快速生长期50%FC处理下分别提高了1-52%、7-11%、9-57%以及21-29%;在块根膨大期30%FC处理下分别提高了24-90%、-1-(-3)%、20-88%以及96-134%;在糖分积累期30%FC处理下分别提高了46-52%、1-9%、53-58%以及86-122%,表明不同生育阶段进行适宜的调亏灌溉均能使干旱区滴灌甜菜实现节水增产的目的。(2)调亏灌溉显著影响甜菜叶片的光合能力、渗透调节能力、膜系统以及保护性酶活性。与70%FC相比,叶片净光合速率在50%FC处理显著升高,在30%FC处理显著降低。调亏灌溉条件下叶片膜透性(丙二醛和相对电导率)、抗氧化性酶活性(过氧化物酶和过氧化氢酶)以及渗透调节物质(脯氨酸和可溶性糖)变化显著,其中以丙二醛含量、过氧化氢酶活性以及脯氨酸含量变化最为灵敏,表明叶片膜透性、抗氧化酶活性以及渗透调节物质共同调控甜菜适应调亏灌溉。(3)与70%FC相比,叶丛快速生长期灌水前50%FC处理13C总固定量增加,而30%FC处理13C总固定量降低,同时两处理均表现为块根13C含量增加而叶片13C含量降低;叶丛快速生长期灌水后,50%FC和30%FC处理13C总固定量均降低,其中50%FC和30%处理的干物质分配均以块根为主(分别为63.26%和53.39%),但30%FC处理下叶片和块根13C固定比例较灌水前分别增加(63%和-32%),表明甜菜叶丛快速生长期应对各调亏灌溉处理时的同化物分配策略不同,其中70%FC调亏灌溉处理增源扩库,50%FC调亏灌溉处理保源扩库,30%FC调亏灌溉处理保源减库。此外,相关性分析表明,叶片Δ13C可以有效指示甜菜WUEy。(4)与70%FC相比,叶丛快速生长期灌水前50%FC处理甜菜叶片光合速率无显著变化,而30%FC处理甜菜叶片光合速率下降显著;灌水后处理间的叶片光合速率无显著差异。光合速率限制因素分析结果表明,灌水前,叶丛快速生长期70%FC和50%FC处理甜菜叶片光合速率主要受叶肉限制,而30%FC处理叶片光合速率主要受气孔限制;灌水后各处理甜菜叶片光合速率的主要限制因素均为叶肉限制,表明甜菜叶片通过调节气孔导度适应中度缺水环境,甜菜叶片通过改变叶片结构(增加叶片和叶肉厚度)适应重度缺水环境。(5)调亏灌溉下滴灌甜菜的生长和生理指标均产生一定程度的补偿效应,同时该补偿效应在不同生育时期表现各异。生长补偿效应主要发生在叶丛快速生长期,此时除50%FC处理的LAI和30%FC处理的根冠比未产生补偿效应外,其它指标均产生补偿效应。生理补偿效应在叶丛快速生长期表现为叶片丙二醛、相对电导率、过氧化物酶产生补偿效应,块根相对电导率、过氧化氢酶产生补偿效应;在块根膨大期表现为叶片可溶性糖产生补偿效应,块根脯氨酸产生补偿效应,表明调亏灌溉对滴灌甜菜生育前期(叶丛快速生长期)生长和生理指标的补偿速度快,同时调亏灌溉下叶片生理指标的补偿程度大于块根,而块根生理指标的补偿速度优于叶片。[结论]干旱胁迫下甜菜膜系统的生理活性首先受到伤害,此时重度干旱胁迫下叶片受害程度显著高于中度干旱胁迫,甜菜通过增强叶片保护性酶活性、渗透调节作用以及光合作用来适应伤害,复水后同化物的形成以及分配均产生变化,具体表现为中度调亏灌溉处理不降低同化物的基础上提高其向块根的分配量,重度调亏灌溉处理降低同化物的基础上提高其向叶片的分配量以适应缺水带来的伤害,最终实现了不同调亏灌溉程度下甜菜产量发生补偿效应。因此,在保证非调亏时期土壤含水量不低于70%FC的前提下,干旱区滴灌甜菜叶丛快速生长期、块根膨大期和糖分积累期当土壤含水量分别下降至50%FC、30%FC和30%FC时进行补充灌溉,可减少灌水量的同时提高产量,达到节水高产优质的目的。
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