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Effects of drip irrigation methods on the regulation between root and crown function of ‘Cabernet Sauvignon’ seedlings.

滴灌方式对‘赤霞珠’葡萄幼苗根冠功能的调控效应


研究地下穴贮滴灌(自主设计)、膜下滴灌、地表滴灌3种滴灌方式对酿酒葡萄品种‘赤霞珠’幼苗根冠功能的影响.结果表明: 膜下滴灌和地下穴贮滴灌较地表滴灌更促进植株生长,其中地下穴贮滴灌主要促进根系的生长,膜下滴灌主要促进地上部的生长;在20~60 cm土层,地下穴贮滴灌处理根表面积、根体积、根系活力和超氧化物歧化酶活性均高于地表滴灌和膜下滴灌处理,表明地下穴贮滴灌可有效促进根系下扎,提高土壤深层根系的生理活性;同一灌水周期后期地表滴灌处理较早受到干旱胁迫的影响,地下穴贮滴灌和膜下滴灌处理叶片净光合速率(Pn)和气孔导度(gs)均高于地表滴灌处理,灌水7 d后膜下滴灌处理12:00—14:00实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)低于地下穴贮滴灌处理,表明叶片荧光日进程中膜下滴灌受到的光抑制程度大于地下穴贮滴灌;对植株根冠功能的相关分析表明,有效增加20~40 cm土层根系的根量指标,保持根系生理活性在较高水平,可促进整体植株地上部生物量的增加和总生物量的积累.综合分析表明,地下穴贮滴灌较膜下滴灌、地表滴灌对植株根冠生长及功能调控有一定优势,可作为果树节水灌溉技术的潜在替代技术.

The objective of this experiment was to study the effects of three irrigation methods, i.e., subsurface drip irrigation with a tank system (SDI), plastic film mulcheddrip irrigation (MDI), and conventional drip irrigation (DI) on the regulation between root and crown function of Vitis vinifera ‘Cabernet Sauvignon’ seedlings. The results showed that both the SDI and MDI systems promoted the growth of the grape seedlings compared with DI, with the SDI system promoting the root growth, and MDI system promoting the aboveground growth. Root area, root volume, and root activity and SOD enzyme activity in the SDI treatment were greater than those of MDI or DI treatment in the 20-60 cm soil layer. SDI treatment increased root penetration and physiological activity. Symptoms of drought stress appeared earlier in DI treatment than in either MDI or SDI treatment in the same watering schedule. Net photosynthetic rate (Pn) and stomatal conductance (gs) of leaves were higher in SDI and MDI treatments than in DI treatment. ΦPSⅡ and qP at 12:00-14:00 were lower in the MDI treatment than in SDI treatment at 7 d after irrigation, suggesting that the degree of photoinhibition in the fluorescence process in MDI treatment was more than that in SDI treatment. The high biomass and physiological activity of roots in the 20-40 cm depth could increase both of total plant biomass and aboveground biomass. The regulation between root and crown function was better in SDI treatment than in MDI and DI treatments. Therefore, SDI could be used as an alternative technique of watersaving irrigation practices.


全 文 :滴灌方式对‘赤霞珠’葡萄幼苗根冠功能的调控效应∗
于  坤  郁松林∗∗  刘怀锋  赵宝龙  王文静
(石河子大学农学院新疆兵团绿洲生态农业重点实验室, 新疆石河子 832003)
摘  要  研究地下穴贮滴灌(自主设计)、膜下滴灌、地表滴灌 3 种滴灌方式对酿酒葡萄品种
‘赤霞珠’幼苗根冠功能的影响.结果表明: 膜下滴灌和地下穴贮滴灌较地表滴灌更促进植株
生长,其中地下穴贮滴灌主要促进根系的生长,膜下滴灌主要促进地上部的生长;在 20 ~ 60
cm土层,地下穴贮滴灌处理根表面积、根体积、根系活力和超氧化物歧化酶活性均高于地表
滴灌和膜下滴灌处理,表明地下穴贮滴灌可有效促进根系下扎,提高土壤深层根系的生理活
性;同一灌水周期后期地表滴灌处理较早受到干旱胁迫的影响,地下穴贮滴灌和膜下滴灌处
理叶片净光合速率(Pn)和气孔导度(gs)均高于地表滴灌处理,灌水 7 d 后膜下滴灌处理
12:00—14:00实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)低于地下穴贮滴灌处理,表明叶
片荧光日进程中膜下滴灌受到的光抑制程度大于地下穴贮滴灌;对植株根冠功能的相关分析
表明,有效增加 20~40 cm土层根系的根量指标,保持根系生理活性在较高水平,可促进整体
植株地上部生物量的增加和总生物量的积累.综合分析表明,地下穴贮滴灌较膜下滴灌、地表
滴灌对植株根冠生长及功能调控有一定优势,可作为果树节水灌溉技术的潜在替代技术.
关键词  葡萄; 滴灌; 根冠; 调控
文章编号  1001-9332(2015)05-1335-08  中图分类号  S275.6, S562  文献标识码  A
Effects of drip irrigation methods on the regulation between root and crown function of
‘Cabernet Sauvignon’ seedlings. YU Kun, YU Song⁃lin, LIU Huai⁃feng, ZHAO Bao⁃long,
WANG Wen⁃jing (Key Laboratory of Oasis Ecological Agriculture, Xinjiang Construction Crops,
College of Agronomy, Shihezi University, Shihezi 832003, Xinjiang, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol.,
2015, 26(5): 1335-1342.
Abstract: The objective of this experiment was to study the effects of three irrigation methods, i.e.,
subsurface drip irrigation with a tank system (SDI), plastic film mulched⁃drip irrigation (MDI),
and conventional drip irrigation (DI) on the regulation between root and crown function of Vitis
vinifera ‘Cabernet Sauvignon’ seedlings. The results showed that both the SDI and MDI systems
promoted the growth of the grape seedlings compared with DI, with the SDI system promoting the
root growth, and MDI system promoting the aboveground growth. Root area, root volume, and root
activity and SOD enzyme activity in the SDI treatment were greater than those of MDI or DI treat⁃
ment in the 20-60 cm soil layer. SDI treatment increased root penetration and physiological activity.
Symptoms of drought stress appeared earlier in DI treatment than in either MDI or SDI treatment in
the same watering schedule. Net photosynthetic rate (Pn) and stomatal conductance (gs) of leaves
were higher in SDI and MDI treatments than in DI treatment. ΦPSⅡ and qP at 12:00-14:00 were
lower in the MDI treatment than in SDI treatment at 7 d after irrigation, suggesting that the degree
of photoinhibition in the fluorescence process in MDI treatment was more than that in SDI treatment.
The high biomass and physiological activity of roots in the 20-40 cm depth could increase both of
total plant biomass and aboveground biomass. The regulation between root and crown function was
better in SDI treatment than in MDI and DI treatments. Therefore, SDI could be used as an alterna⁃
tive technique of water⁃saving irrigation practices.
Key words: grape; drip irrigation; root⁃shoot; regulation.
∗国家自然科学基金项目(31360464)、新疆生产建设兵团资助项目(2013BA003)和新疆研究生创新项目(XJGR12013061)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: songlin8900@ sina.com
2014⁃05⁃08收稿,2015⁃02⁃28接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 5月  第 26卷  第 5期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2015, 26(5): 1335-1342
    水分是植物生长发育的必要条件之一[1],滴灌
与传统灌溉方式的本质区别是改变了水的供给方
式,使灌溉由向“土壤供水”转为向“植株供水”,通
过滴灌可精准的根据植物的生长确定适宜的水分供
给,以最高效的方式获得经济产量[2] .地表滴灌、
地下滴灌(渗灌)作为目前滴灌节水方式的主要方
法[3],其滴灌方式的改变不仅改变了灌溉植物根系
的分布、构型,而且改变了植物根系对水分的吸收和
利用效率[4],不同空间和时间内土壤含水量和根系
分布的不同必然引起植株地上部产生相应的变
化[5-6] .
果树滴灌节水研究已进行了多年,但多集中于
地表滴灌[7-9]或灌溉模式[10-11]研究,目前国内关于
地下滴灌(渗灌)对果树方面的应用研究较少.果树
作为多年生作物,地下滴灌一次铺设多年使用的特
点保证了其在果树生产中应用的广阔前景[2] .国外
研究表明,地下滴灌较地表滴灌具有更加节水[12]、
提高水分利用效率[2]、增产[13]、提高品质[4]的特点,
在美国[14]、西班牙[15]等已进入大面积推广阶段.在
我国由于地下滴灌(渗灌)系统造价较高、易堵塞、
管理维护难度大、出水孔间距固定或较均匀无法根
据果树株距进行适应性调整等因素而没有大面积推
广[16] .目前,我国西北干旱半干旱区推广的果树节
水方法主要以地表滴灌、涌泉灌等为主[17],生产中
发现地表滴灌较传统漫灌节水效率大幅度提高,但
由于灌水量减少,根系分布范围变浅,对干旱、低温
逆境的抵御能力降低.我国西北地区冬季冻土层较
厚,根系上浮导致果树冻害严重,造成果实品质下降
和产量降低,影响果树产业的可持续发展[16,18] .
地下穴贮滴灌技术[19]是为解决果树根系上浮
问题和将地下滴灌技术实际应用于我国干旱半干旱
区果树生产而自主研发的新型果树节水灌溉技术,
在生产中表现出一定的应用推广前景.但目前关于
地下穴贮滴灌技术与现有的地表滴灌、膜下滴灌技
术的比较,尤其是不同滴灌方式对葡萄根冠功能的
调控效应研究尚未见报道.本研究在管栽试验条件
下以酿酒葡萄品种‘赤霞珠’为试材,研究地下穴贮
滴灌、膜下滴灌、地表滴灌 3种滴灌方式对植株生长
和根冠功能的影响,以期为生产中筛选出适合果树
生产的滴灌节水技术提供科学支持.
1  材料与方法
1􀆰 1  试验设计
试验于 2013 年 4—10 月在石河子大学农学院
实验站进行(45°19′ N,86°03′ E),本区多年平均气
温为 6.5~7.2 ℃,无霜期为 168~171 d,年日照时数
为 2721~2818 h.防雨栽培,供试材料为 1 年生扦插
酿酒葡萄品种 ‘赤霞珠’ ( Vitis vinifera ‘ Cabernet
Sauvignon’),设地表滴灌、膜下滴灌、地下穴贮滴灌
3种处理.试验采用管栽法,根管为直径 30 cm、管壁
厚 1 cm、长 40 cm的硬质 PVC 管,每两管纵向连接
成一个总长为 80 cm 的整体管(图 1),连接处用防
水胶带密封.定植前 PVC 管置于深为 80 cm 的土坑
中,土坑底部铺设黑色防水布,每柱间距 15 cm,试
验土壤质地为灰漠土,土壤有机质含量 17􀆰 9
g·kg-1,全氮含量 1. 2 g·kg-1,碱解氮含量 53􀆰 7
mg·kg-1,速效磷含量 18.9 mg·kg-1,速效钾含量
199 mg·kg-1,土壤容重 1.40 g·cm-3 .
地下穴贮滴灌处理参照文献[19],主要由贮水
容器、进水支管、稳流器组成(图 2),其中,贮水容器
由进水孔、透水小桶、贮水底盘组成,使用过程中按
照种植要求,贮水容器、进水支管和稳流器均埋入地
下 25 cm 处.稳流器接入输水主管后与进水支管相
接,进水支管通过进水孔深入透水小桶,贮水底盘置
于透水小桶底部.透水小桶为圆柱型容器,上面和四
周密闭,内部中空,下部无底,周围开有微孔,上部微
孔较少,直径为 0.3 cm,下部微孔较多,直径为 0.5
cm.贮水底盘为一次性纸袋,内部装有牛粪、秸秆或
其他腐化物制成的有机肥和抗蒸腾剂.其中,稳流器
的作用为稳定水流,使各进水支管的进水压力和水
量一致,贮水底盘的作用为贮存部分水分,起到缓释
的目的.
    地下穴贮滴灌采用新疆惠利节水工程公司生产
的 Ф20 mm PE 管做主管、Ф4 / 7 毛管做进水支管,
毛管与进水支管连接稳流器(压力补偿式滴头,
图 1  不同滴灌方式示意图
Fig.1  Schematic diagram of different drip irrigations.
1) 植株 Plant; 2) 进水支管Water inlet; 3) 穴贮容器 Container of re⁃
serving fertilizer and water; 4) 水势探头 Measurement of water potential
probe. SDI:地下穴贮滴灌 Subsurface drip irrigation with a tank system;
MDI:膜下滴灌 Plastic film mulched⁃drip irrigation; DI:地表滴灌 Con⁃
ventional drip irrigation. 下同 The same below.
6331 应  用  生  态  学  报                                      26卷
4 L·h-1)以稳定水流.地下穴贮滴灌透水小桶为直
径 5 cm、高 10 cm的 PVC 管,PVC 管上部密封只有
进水孔,管上均匀分布直径 0.3 cm 的微孔,贮水底
盘为长 4 cm、宽 4 cm的一次性纸袋,内部装有 10 g
的牛粪、秸秆腐化物制成的有机肥,0.6 g 的抗蒸腾
剂(聚丙烯酰胺,山东东营),透水小桶与植株距离 5
cm,埋深 25 cm;膜下滴灌与地表滴灌所用主管和滴
头与地下穴贮滴灌一致,每株一个滴头,滴头与植株
距离 5 cm,用别针固定.一次灌水量根据前期研究确
定为每株 21 mm(约 3 mm·d-1),各处理灌水量一
致,电阻式水分张力感应器实时测定值作为灌水参
考.为防止水分下渗过快采用间隔灌水,为灌水当日
的 10:00、18:00分别滴水 15、6 mm·plant-1,灌水量
通过水表和球阀控制.滴水频次为:5月 6日—7月 1
日每 9 d一次;7月 2日—9月 1日每 7 d 一次;从 9
月 2日开始每 9 d一次,直到 9月 10日取根为止.于
5月 6日定植预培养的 1 年生‘赤霞珠’葡萄扦插
苗,栽培前每株施入硝酸铵 3.5 g,硫酸钾 0.84 g,过
磷酸钙 2.28 g,与过 2 mm 网筛的土壤混匀后施入,
做基肥,生长过程中不施肥,田间管理同当地栽培模
式一致,每次处理 15株,3次重复,共 45个土柱.
1􀆰 2  测定项目与方法
1􀆰 2􀆰 1根量指标的测定   落叶前(9 月 10 日)每处
理选取 3根土柱,分次取出茎、叶,自来水冲洗除去
杂质后放于冰盒中带回实验室,80 ℃下烘干至恒量
后称量获得各部分质量.以土柱 10 cm 为一层(0 ~
10、10~20、20~30、30~40、40~50、50~60 cm),分层
图 2  地下穴贮滴灌组件示意图
Fig.2   Schematic diagram of subsurface drip irrigation with a
tank system.
1) 贮水容器 Container of reserving fertilizer and water; 2) 进水支管
Water inlet; 3) 主管 Main pipe; 4) 稳流器 Stabilizer; 5) 进水小孔
Ostium; 6) 透水小桶 Permeable keg; 7) 贮水底盘 Saved water chas⁃
sis.
挖出每层全部土体土,迅速收集、捡出根系、洗净.用
根系扫描仪扫描根系,利用图像分析软件(WinRHI⁃
ZO,Canada)对扫描根系图像进行分析,获得根系有
效根表面积(cm2)、有效根体积(cm3),扫描后根系
于 80 ℃下烘干至恒量后称根系质量和地上部质量.
1􀆰 2􀆰 2根系活性的测定   于 9 月 7 日选取 3 根土
柱,每 20 cm 为一层,分层取出直径 0<d(直径) <5
mm根系,用自来水冲洗后迅速放入冰盒带回实验
室,液氮速冻后放入超低温冰箱-70 ℃保存,参照林
植芳等[20]的方法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性;
取根当日鲜样,采用 TTC法测定根系活力.
1􀆰 2􀆰 3同一灌水周期内叶片光合指标的测定  8 月
15日至 8月 23日,即灌水后 1、3、5、7、9 d测定同一
灌水周期内不同滴灌方式处理的叶片光合参数,每
处理分别选取长势一致的功能叶片,叶片取样为植
株新梢向下第 3~8片叶上中下取 5 片,每处理选取
生长一致的植株 5株(重复 5 次),叶片光合性能的
测定采用 Li⁃6400 光合测定系统,在 10:00—12:00
测定气体交换参数,借助人工光源,光强稳定在
(1500±50) μmol·m-2·s-1每处理选取生长一致的
植株 5株(重复 5 次),测定叶片净光合速率(Pn)、
气孔导度(gs)等,取平均值.
1􀆰 2􀆰 4叶片叶绿素荧光参数日进程的测定  于灌水
后 1、7 d测定植株 8:00—20:00 叶片荧光参数,采
用 PAM2100 荧光仪和 2030⁃B 光适应叶夹(Walz,
Germany)测定叶片的叶绿素荧光参数,与气体交换
参数同时进行测定(同一标记叶片).每处理采用气
体交换参数测量的叶片,在凌晨太阳未升起前测量
叶片初始荧光(Fo)和最大荧光(Fm),然后打开光化
光,强度为 1800 μmol·m-2·s-1左右,待荧光信号
达到稳态后打开饱和脉冲光,每间隔 2 h 测定叶片
实际荧光产量 (F1 )和光适应下的最大荧光产量
(Fm′),计算实际光化学效率(ФPSⅡ)、光化学猝灭系
数(qP)、叶绿素荧光参数,叶片取样与光合参数测
定叶片一致,取平均值.
1􀆰 3  数据处理
采用 Excel 2003 和 SPSS 13.0 软件进行数据统
计分析.通过单因素方差分析( one⁃way ANOVA)和
LSD法进行差异显著性检验(α= 0.05).
2  结果与分析
2􀆰 1  滴灌方式对葡萄幼苗生物量和根冠比的影响
由图 3可以看出,同一灌水条件下,不同灌溉方
式葡萄根干质量表现为:地表滴灌<膜下滴灌<地下
73315期                        于  坤等: 滴灌方式对‘赤霞珠’葡萄幼苗根冠功能的调控效应             
图 3  滴灌方式对葡萄幼苗生物量和根冠比的影响
Fig.3  Effects of different drip irrigation methods on the plant
biomass and root / top ratio of Vitis vinifera seedlings.
Ⅰ: 地上部 Shoot; Ⅱ: 根 Root.
穴贮滴灌,其中,地下穴贮滴灌处理根干质量比膜下
滴灌、地表滴灌处理分别高 8.8%和 20.0%;地上部
干质量表现为:地表滴灌<地下穴贮滴灌<膜下滴
灌,膜下滴灌处理地上部干质量与地下穴贮滴灌、地
表滴灌差异均显著.
不同滴灌方式下根冠比表现为地表滴灌最高,
地下穴贮滴灌次之,膜下滴灌最低,各处理间差异均
显著.
2􀆰 2  滴灌方式对葡萄幼苗根系分布和生理特性的
影响
在根系垂直分布上,地下穴贮滴灌处理赤霞珠
葡萄幼苗根表面积(RA)、根体积(RV)在 20~40 cm
土层最高,分别约占总根表面积和根体积的 44􀆰 1%
和 47􀆰 5%;膜下滴灌处理根表面积、根体积在 0 ~ 20
cm土层最高,分别约占总根表面积和根体积的
52􀆰 0%和 55.3%.在 0 ~ 20 cm 土层,根表面积、根体
积在地下穴贮滴灌处理最小,地表滴灌处理次之,膜
下滴灌处理最高;在 20~40 cm土层,不同滴灌处理
表现为地表滴灌<膜下滴灌<地下穴贮滴灌,地下穴
贮滴灌与膜下滴灌及地表滴灌均呈显著差异;在
40~60 cm土层,不同滴灌处理表现为膜下滴灌<地
表滴灌<地下穴贮滴灌.地下穴贮滴灌处理在 20~60
cm土层根系活力和 SOD酶活性均高于地表滴灌和
膜下滴灌处理;在 0 ~ 20 cm 土层,地下穴贮滴灌处
理根系活力和 SOD 酶活性则显著低于地表滴灌和
膜下滴灌处理(表 1).
2􀆰 3  滴灌方式对葡萄幼苗光合特性的影响
同一滴灌周期内各处理叶片净光合速率(Pn)
在灌水初期较低,灌水后 3 d达到最大值,而后逐渐
降低,呈单峰曲线(图 4).灌水后 1 d,地下穴贮滴
灌、地表滴灌处理叶片净光合速率高于膜下滴灌;灌
水后 3 d,膜下滴灌处理叶片净光合速率升高幅度最
大;灌水后 7、9 d 膜下滴灌与地下穴贮滴灌处理叶
片净光合速率均显著高于地表滴灌处理,膜下滴灌
与地下穴贮滴灌处理间无显著差异.
叶片气孔导度(gs)变化趋势与叶片净光合速率
相似,呈单峰曲线.地表滴灌、膜下滴灌与地下穴贮
滴灌处理叶片气孔导度均在灌水后 3 d 达到最大
值.灌水后 1 d,地下穴贮滴灌与地表滴灌处理叶片
气孔导度高于膜下滴灌处理;灌水后 5、7、9 d 地下
穴贮滴灌处理叶片气孔导度高于膜下滴灌与地表滴
灌处理,膜下滴灌、地下穴贮滴灌与地表滴灌处理间
表 1  滴灌方式对葡萄幼苗根系分布和生理特性的影响
Table 1  Effects of different drip irrigation methods on the root distribution and physiological of Vitis vinifera seedlings
处理
Treatment
土层
Soil layer
(cm)
根表面积
Root surface area
(cm2)
根体积
Root volume
(cm3)
根系活力
Root activity
(μg·g-1·h-1)
根系 SOD活性
Root SOD activity
(Unit·mg-1 protein)
地下穴贮滴灌 0~20 216.7±17.4Bc 20.5±3.1Bb 118.9±7.7Bb 6.89±2.53Bb
Subsurface drip irrigation 20~40 309.4±22.3Aa 34.3±5.7Aa 170.9±7.9Aa 22.53±2.91Aa
40~60 175.5±15.0Ca 17.4±2.3Ba 175.1±10.4Aa 23.78±3.02Aa
地表滴灌 0~20 252.3±31.7Ab 23.4±2.0Ab 141.1±11.8Aa 15.83±1.18Ba
Drip irrigation 20~40 203.2±25.8Bb 19.7±2.1Bb 149.6±8.6Ab 17.66±1.51ABa
40~ 60 112.1±12.1Cb 10.3±1.3Cb 156.6±12.4Aa 20.40±1.10Aa
膜下滴灌 0~20 346.4±27.5Aa 40.7±5.4Aa 136.6±8.4Ba 13.86±1.09Ba
Mulched drip irrigation 20~40 221.2±11.4Bc 23.3±1.6Bb 153.3±10.9Ab 18.18±2.31Aa
40~60 98.4±8.7Cb 9.6±0.7Cb 164.1±9.1Aa 21.89±1.78Aa
不同大写字母表示同一处理不同土层间差异显著,不同小写字母表示同一土层不同处理间差异显著(P<0.05)Different capital letters meant sig⁃
nificant difference among different soil layers in the same treatment, and different small letters meant significant difference among different treatments at
the same soil layer at 0.05 level.
8331 应  用  生  态  学  报                                      26卷
图 4  滴灌方式对葡萄幼苗叶片净光合速率和气孔导度的
影响
Fig.4  Effects of different drip irrigation methods on the Pn and
gs of leaves of Vitis vinifera seedlings.
有显著差异,膜下滴灌与地下穴贮滴灌处理差异
较小.
2􀆰 4  滴灌方式对叶片叶绿素荧光参数的影响
2􀆰 4􀆰 1灌水 1 d后 ΦPSⅡ和 qP的日变化  灌水 1 d后
不同滴灌处理 ΦPSⅡ的日变化随光强的增强而降低
(图 5).12:00—14:00 各滴灌处理 ΦPSⅡ降至最低,
随后逐渐恢复,至20:00基本恢复到8:00的初始
值.不同滴灌处理 ΦPSⅡ的日变化存在显著差异.8:00
不同滴灌处理叶片的 ΦPSⅡ基本一致;10:00—12:00
膜下滴灌处理 ΦPSⅡ下降幅度最高,不同滴灌处理间
ΦPSⅡ表现为地表滴灌>地下穴贮滴灌>膜下滴灌,在
10:00各处理间差异不显著,在 12:00地下穴贮滴灌
与膜下滴灌和地表滴灌处理间存在显著差异;
16:00—18:00不同滴灌处理间 ΦPSⅡ表现为地下穴
贮滴灌>膜下滴灌、地下穴贮滴灌>地表滴灌,膜下
滴灌和地表滴灌处理的 ΦPSⅡ变化基本一致.
qP代表叶绿素可变荧光的光化学猝灭系数,反
映 PSⅡ反应中心的开放比例[21-22] .不同滴灌条件
下,qP均随光强的增强而降低,随叶片接受光强的减
弱而升高(图 5),呈“U”型.地下穴贮滴灌与地表滴
灌处理 qP 无显著差异,而膜下滴灌处理 qP 在
10:00—12:00低于地表滴灌和地下穴贮滴灌处理,
在 14:00—20:00,各处理的光化学猝灭系数变化趋
势基本一致.
2􀆰 4􀆰 2灌水 7 d后 ΦPSⅡ和 qP的日变化  不同滴灌处
理灌水 7 d后,ΦPSⅡ随叶片接受光强的增强而降低,
当叶片接受的光强达到峰值时,ΦPSⅡ降至最低,随
后逐渐恢复,至 20:00 地下穴贮滴灌与膜下滴灌处
理基本恢复到 8:00 的初始值,地表滴灌处理 ΦPSⅡ
未恢复到初始值.不同滴灌处理 ΦPSⅡ的日变化存在
明显差异.8:00 不同滴灌处理叶片的 ΦPSⅡ基本一
致; 10:00—18:00 不同滴灌处理间 ΦPSⅡ表现为地
下穴贮滴灌>地表滴灌,地下穴贮滴灌>膜下滴灌.在
图 5  不同滴灌方式下葡萄幼苗叶片 ΦPSⅡ和 qP的日变化
Fig.5  Diurnal change of ΦPSⅡ and qP in leaves of Vitis vinifera seedlings under different drip irrigation methods.
A: 灌水后第 1天 The first day after irrigation; B: 灌水后第 7天 The seventh day after irrigation.
93315期                        于  坤等: 滴灌方式对‘赤霞珠’葡萄幼苗根冠功能的调控效应             
12:00各滴灌处理间 ΦPSⅡ表现为地下穴贮滴灌>地
表滴灌>膜下滴灌,在14:00—20:00各滴灌处理间
ΦPSⅡ表现为地下穴贮滴灌 >膜下滴灌 >地表滴灌
(图 5).
不同滴灌处理下光化学猝灭系数( qP )均随光
照强度的增强而降低,随光照强度的减弱而升高.不
同滴灌处理对 qP的日变化表现为:8:00—12:00,地
下穴贮滴灌与地表滴灌处理间变化趋势一致,膜下
滴灌处理 qP下降幅度明显;在 12:00 各滴灌处理
qP表现为地下穴贮滴灌>地表滴灌>膜下滴灌;在
14:00—18:00,各滴灌处理间 ΦPSⅡ表现为地下穴贮
滴灌>膜下滴灌>地表滴灌,地下穴贮滴灌与地表滴
灌间差异显著(图 5).
2􀆰 5  不同滴灌方式根系性状生物量的相关分析
由表 2 可以看出,0 ~ 20 cm 土层,根表面积、根
体积与地上部生物量和总生物量呈显著正相关;
40~60 cm 土层,根表面积、根体积与地上部生物量
和总生物量的相关性不显著;40 ~ 60 cm 土层,根系
SOD活性与地上部生物量呈显著正相关;20~40 cm
和 40~60 cm土层,根系活力与地上部生物量和总
生物量均呈显著正相关.
表 2  根系性状与葡萄幼苗地上部性状的相关系数
Table 2  Correlation coefficients between characteristics of
roots and aboveground biomass of Vitis vinifera seedlings
根系性状
Root characteristics
土层
Soil layer
(cm)
地上部生物量
Aboveground
biomass
总生物量
Total
biomass
根表面积 0~20 0.634∗ 0.467∗
Root area index 20~40 0.241∗ 0.430∗
40~60 -0.086 0.115
根体积 0~20 0.778∗ 0.637∗
Root volume density 20~40 0.314∗ 0.498∗
40~60 0.005 0.205
根系 SOD活性 0~20 -0.294 0.476
Root SOD activity 20~40 0.183 0.379
40~60 0.664∗ 0.800
根系活力 0~20 -0.276 -0.463
Root activity 20~40 0.247∗ 0.436∗∗
40~60 0.427∗ 0.599∗
∗P<0.05; ∗∗P<0.01.
3  讨    论
植株生物量是与植株最终产量密切相关的重要
农艺性状[23] .植株光合产物在一定的水分亏缺条件
下会优先向根系分配,同时根系可通过自身对外界
环境的调整在空间和时间上进行调整,从而获得更
多的生长空间.较大的根冠比有利于植物抗旱,但较
多的根系冗余也会对地上部的生长和最终的经济产
量产生影响[24] .因此,通过适宜的水分调控途径培
育理想的根冠比是使作物健壮生长和夺取优质高产
的重要因素之一[25] .本研究中,地下穴贮滴灌处理
根质量高于膜下滴灌和地表滴灌,可能是由于植株
生长早期地下穴贮滴灌处理表层根系受到干旱胁
迫,迫使根系向下拓展生长空间,进而获得较好的生
长环境,促进根系的生长;地表滴灌处理根冠比高于
膜下滴灌及地下穴贮滴灌则是由于地表滴灌在同一
灌水后期,水分散失较快,植株较早受到干旱胁迫,
迫使植株较多的产物优先供给根系;对植株总生物
量的分析表明,膜下滴灌和地下穴贮滴灌较地表滴
灌处理均能显著促进植株的生长,虽然地表滴灌处
理由于受到胁迫影响根冠比较大,但强烈抑制了植
株整体的正常生长.
根系活力和保护酶活性是根系生理特性的显著
指标,代表植物根系新陈代谢的强弱.本研究表明,
根系活力和 SOD酶活性均呈 0~20 cm土层<20~40
cm土层< 40 ~ 60 cm 土层,这与管栽小麦[26]和棉
花[27]的研究结果一致.20 ~ 60 cm 土层地下穴贮滴
灌处理根表面积、根体积、根系活力、SOD 酶活性均
高于膜下滴灌和地表滴灌处理,这与地下穴贮滴灌
能将水分锁定于地下 20 ~ 40 cm 土层,土壤水分含
量相对稳定,使根系获得一个比较适宜的生长环境,
诱导较多新根产生有关.
在农业生产中,表土干旱是一种常见的生理逆
境之一[27] .在灌水量相同的条件下,同一灌水周期
后期(5~9 d),地下穴贮滴灌处理净光合速率、叶绿
素荧光特性均高于地表滴灌处理,这可能是由于地
下穴贮滴灌处理的表土干旱导致浅层根量减少,深
层根量增多, 0~40 cm土层根系由于水分供给的条
件比较适宜,所产生的胁迫信号较少,植物光合作用
没有受到较强的抑制,同时地下穴贮滴灌处理的植
株较地表滴灌处理积累了更多的物质,可对逆境产
生较好的生理补偿效应;地表滴灌处理虽亦受表土
干旱的影响,但由于其土壤表层根量较多,深层根量
有限,对干旱进行适应性调整的空间受到限制,逆境
产生的胁迫信号较强,抑制了叶片的光合作用.膜下
滴灌是将覆膜技术和地表滴灌相结合的灌溉技术,
具有“增温保墒”的作用[28] .本研究发现,虽然地下
穴贮滴灌与膜下滴灌处理在整个灌水周期内叶片净
光合速率无明显差异,但在灌水后期,地下穴贮滴灌
处理叶片气孔导度高于膜下滴灌处理,这可能与膜
下滴灌覆膜阻碍了根系与外界空气交换有关,这需
0431 应  用  生  态  学  报                                      26卷
进一步研究.
不同滴灌方式对葡萄叶片叶绿素荧光参数的影
响不同,但在 20:00均基本恢复,表明在同一灌水额
度和灌水周期内,不同滴灌处理对葡萄叶片未发生
长期光抑制.本研究中,随着日照光强的增加,qP逐
渐降低,在灌水后 1 d,12:00—20:00 地下穴贮滴灌
和地表滴灌处理 qP变化趋势和大小无明显区别,而
在灌水后 7 d,12:00—20:00 地下穴贮滴灌处理 qP
高于地表滴灌处理,表明在同一灌水周期内早期地
表滴灌与地下穴贮滴灌处理对 PSⅡ反应中心开放
比例的影响无较大差别,在灌水后期地表滴灌处理
PSⅡ反应中心开放比例低于地下穴贮滴灌处理.在
灌水后 7 d,膜下滴灌处理在 12:00—14:00 ΦPSⅡ、
qP均低于地下穴贮滴灌、地表滴灌处理,表明膜下滴
灌在 12:00—14:00叶片光合处在过激状态,光化学
效率降低,PSⅡ反应中心的开放比例低于地表滴灌
和地下穴贮滴灌处理,这可能是由于地下穴贮滴灌
处理覆盖塑料薄膜,光反射能力较强,加剧了其光抑
制过程.
植物根冠相互关系决定着植物对水分和营养的
吸收、利用和分配,从而影响作物的产量和植株的生
长,如何有效诱导植株的根冠关系已成为研究热
点[29] .本研究对植株根冠功能相关分析表明,0 ~ 40
cm土层根量指标(根表面积、根体积)与植株地上
部生物量和总生物量呈显著正相关,而 40 ~ 60 cm
土层根表面积、根体积与地上部生物量和总生物量
的相关性不显著,表明较深土层的根系对植株地上
部和总生物量的积累贡献度较低;20~40 cm土层根
系活力与地上部生物量和总生物量呈显著正相关.
综合分析表明,如有效增加 20 ~ 40 cm 土层根系的
根量指标,提高根系活力,保持根系生理活性在较高
水平有利于促进植株地上部生物量的增加和总生物
量的积累.
由于本研究在管栽条件下进行,方便取根,较精
确地对植株根冠功能进行比较分析,但较果树田间
实际生产有一定差距.为使本研究结果能切实地应
用于生产,在大田试验条件下比较不同滴灌方式对
葡萄生长的调控效应是今后的研究重点.
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作者简介  于  坤,男,1985年生,博士. 主要从事果树生理
生态和节水灌溉研究. E⁃mail: yukun409@ 163com
责任编辑  孙  菊
2431 应  用  生  态  学  报                                      26卷