交替灌溉下二氧化碳浓度升高对番茄的节水调质效应与气孔导度模拟研究

发布时间：2020-06-12 11:33

【摘要】：为了进一步阐明根系分区交替灌溉及其在大气二氧化碳浓度升高环境下的节水调质机理,本研究引入稳定性碳同位素对水分利用效率的指示特性,以经济作物番茄为研究对象,采用田间小区试验与人工气候室盆栽试验相结合的方法探讨作物番茄的水分与氮素利用效率、气孔导度模型和果实品质对根系分区交替灌溉与升高的二氧化碳浓度调控的机理响应研究,从而为水资源更加短缺和未来二氧化碳浓度更加富集环境下的节水优质高效灌溉提供一定的理论依据与支撑。取得的主要成果如下:(1)番茄果实田间鲜重水平的产量和水分利用效率完全可以代表干重水平的产量和水分利用效率。相比常规灌溉,交替灌溉田间水平的水分利用效率可以提高19.6%,产量维持相当水平,而节约灌水量达到33.3%。交替灌溉,尤其是交替滴灌是调节叶片光合作用过程的一种更有效的灌溉方式,可以调控气孔开度到最优,维持光合同化过程,将Ci/Ca值下降,从而降低了叶片和果实的碳同位素分辨率(Δ13C)值,提高了从叶片到田间尺度的水分利用效率。因此果实成熟期番茄植株的Δ13C值在一定程度上可以为优化水分利用效率提供一个合适与快速的表征途径。(2)二氧化碳浓度升高环境下充足的氮肥供应能够显著地增强番茄植株的光合能力,极大地降低叶片的气孔导度和蒸腾速率,从而明显地提高叶片水平的水分利用效率。特别是升高的二氧化碳浓度环境与交替灌溉能够协同地减少叶片的气孔导度和蒸腾速率,而保持了叶片的活力和光合速率,进而促使了番茄叶片水平水分利用效率的明显提升。交替灌溉方式下,升高的二氧化碳浓度环境与充分的施氮量相结合能够显著地增多植株的干物质重、碳的累积和氮的吸收。而番茄仅在亏缺氮肥条件下具有较高的植株水平的水分和氮素利用效率。(3)升高的二氧化碳浓度环境明显提高了 Ball-Berry气孔导度模型的斜率值,表明番茄叶片光合与气孔导度的耦合关系是独立适应于两个二氧化碳浓度环境的。采用整个根系的土壤基质势对Ball-Berry气孔导度模型进行修正后可以明显提高对不同灌溉方式和二氧化碳浓度环境下番茄叶片尺度的气孔导度和水分利用效率的预测与模拟精度,且相同的二氧化碳浓度环境下交替灌溉植株具有相对更高的水分利用效率。(4)交替灌溉方式下的水分调控能够明显地提高成熟期田间番茄果实的硬度、可溶性固形物、维生素C、有机酸和可溶性糖的品质属性。不同灌溉方式,尤其是节约三分之一灌溉定额的交替灌溉下果实单一品质指标对水分亏缺响应最为敏感的时期均是在果实的转色期,说明交替灌溉能更有效地调节果实生长关键时期的品质形成、积累与分配的过程。(5)不论哪个灌溉方式和二氧化碳浓度环境,亏缺的氮肥供应虽然减少了番茄果实的数量和产量,但可以提高果实的硬度、总糖和总酸的品质属性。升高的二氧化碳浓度环境下生长的植株可以减轻交替灌溉对果实产量的亏缺影响。在充足的氮肥施用量条件下,升高的二氧化碳浓度环境与亏水灌溉,特别是与交替灌溉方式相结合可以明显地促进光合产物向果实的累积与转化,从而提高了番茄果实矿物质营养和风味属性的综合品质。
【图文】：

技术路线图,研究方法,碳氮浓度,溶质势

第二章研究方法与试验方案逡逑本研宄主要探讨了根系分区交替灌溉方式下番茄植株不同组织的稳定碳同位素分辨率、光合逡逑速率、气孔导度、蒸腾速率，果实中的可溶性固形物、有机酸、维生素Ｃ和可溶性糖等含量变化逡逑过程的影响，以及考虑在未来大气二氧化碳浓度升高环境下番茄叶片活力、不同组织的碳氮浓度逡逑与含量、不同尺度的水分利用效率、植株水平的氮素利用效率、果实产量、果汁中矿物质营养（阴逡逑阳离子浓度）和风味品质指标的响应变化，将数值分析与数值模拟相结合，构建综合品质评价方逡逑法，重点围绕根系分区交替灌溉与二氧化碳升高环境下番茄的节水调质效应与气孔导度模拟展开逡逑研宄，本章对论文采用的研究方法、技术路线、试验设计、观测指标、测定方法与数据处理方法逡逑等进行详细的说明。逡逑２．１研究方法与技术路线逡逑本研究选择经济作物番茄为研究对象，利用田间试验与室内盆栽试验相结合的方法，通过便逡逑携式自动气象站、土壤水分廓线仪、便携式ＬＩ－６４００光合作用测定系统、ＭＡＴ２５３稳定性同位素逡逑质谱仪、溶质势仪、离子色谱仪、ＡＮＣＡ－ＳＬ元素分析仪和２０－２０质量光谱仪等先进设备仪器，逡逑Ｉ逦１邋「一逦逦逦逦１逡逑Ｊ邋ｒ逦Ｊ邋［逦逦邋｜逡逑

布置图,田间试验,小区,布置图

第二章试验材料与技术方案逡逑方法相类似，沿着每个垄的两侧边缘均匀移植番茄幼苗，行间距为０．５０邋ｍ，株距为０．３５邋ｍ。将０．５逡逑ｍ宽的沟作为缓冲区以避免两个相邻小区之间的水分侧渗。交替沟灌试验的布局如图２－２邋（ａ）所逡逑示。在每个小区中对中间两垄的番茄植株进行采样。每个沟的管道末端用水表记录灌水量（水表逡逑精度为０．１邋Ｌ）。２０１１年隔沟交替灌溉有１１次灌溉，常规沟灌有７次灌溉，整个处理期间两种灌逡逑溉方式的灌溉水量相同。２０１２年两种灌溉方式均灌溉７次。逡逑在２０１３和２０１４年，两种滴灌方式，即交替滴灌（ＡＤＩ，每行作物的两侧交替灌溉）和常规逡逑滴灌（ＣＤＩ，每行作物的两侧均灌溉），，三个灌溉水平（每次灌水２４．０，邋１８．０和１２．０邋＿，用ＡＤＩ逡逑和ＣＤＩ分别编号１，邋２和３）。田间试验按照随机区组设计，共有１８个小区，每个处理三个重复。逡逑每个小区的面积为１２．２５邋ｍ２邋（２．５邋ｍ邋ｘ邋４．９邋ｍ），两个相邻小区有０．５邋ｍ的间距作为缓冲区，以消除逡逑侧向土壤水分运动的影响。布设了沿行在植株两侧的滴灌带，流量为２邋Ｌｈ－１，滴头间距为０．３邋ｍ，逡逑滴灌带行距为０．５邋ｍ，每两个植株之间总有一个滴头。两行滴灌带中间为番茄幼苗，其在滴头中逡逑心附近移植
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S641.2;S275

【参考文献】