加气灌溉对葡萄氮素代谢及光合同化物积累分配的影响

发布时间：2020-04-21 02:38

【摘要】：新疆是我国重要的林果产业基地,截止到2016年,新疆特色林果面积已突破133万公顷,成为新疆社会经济发展的重要支柱产业之一。由于新疆农业属于绿洲农业,干旱缺水是制约其可持续发展的最大限制性因子,因此开展干旱区林果高效节水技术研究具有重要的理论价值和实践意义。本研究在前期果树地下穴贮滴灌技术开发的基础上,创造性的设计完成了果树穴贮滴灌光伏注气设备,并通过试验验证该技术的可靠性及相关技术原理,以为地下穴贮滴灌“水肥气”一体化技术的应用推广提供一定的理论依据。现将本研究内容总结如下:1.研制出地下穴贮滴灌“水肥气”一体化设备,研究了地下穴贮滴灌条件下加气灌溉对葡萄生长发育的影响。研究结果表明注气处理的根重、枝重、叶重、总生物量分别比未注气高11.20%、13.59%、22.95%、14.43%,差异显著(P0.05),提高了同一灌水周期内葡萄的叶绿素含量、叶片净光合速率、灌水后期叶片的荧光能力,减缓干旱胁迫,但对叶片瞬时水分利用效率有负面影响,未表现出单叶水平上的节水效应。对葡萄根系的测定结果表明注气处理明显促进了土层深度20~40 cm处根系的生长,有效提高了此处根系的营养吸收能力和更替能力,提高葡萄生长后期根系活力,保持根系SOD、POD、CAT酶活性在一个较高的水平,减轻与延缓膜脂过氧化进程。2.通过碳同位素示踪标记技术研究了加气灌溉对葡萄光合同化物分配、根际二氧化碳呼吸及土壤关键酶活性的影响。研究结果中细根、新枝、粗根注气处理分别比未注气处理高118.04%、163.38%、54.23%,细根、新枝差异极显著(p0.01),粗根差异显著(p0.05),表明加气灌溉促进光合碳同化产物向细根、新枝、粗根的分配,暗示通过注气可以促进光合产物向根系积累。在同一灌水周期,加气灌溉可有效影响葡萄根际的土壤氧含量及二氧化碳含量。在葡萄的整个生长周期,葡萄的呼吸强度呈先升高后降低的趋势,注气处理的呼吸强度均高于未注气处理。通过加气灌溉可以提高在土层深度20~30、40~50 cm处土壤脲酶、过氧化氢酶的活性。3.研究了加气灌溉对干旱区葡萄根际土壤化学性质、细菌多样性及群落结构影响,结果表明:加气灌溉可有效提高土壤pH值,显著增加土壤速效磷(40~50 cm除外)和速效钾含量,促进土层深度20~30 cm土壤有机质分解;对氮磷钾相关菌属的分析表明,加气灌溉可促进与硝化作用相关的亚硝化螺菌属,磷钾代谢相关的假单胞菌属、芽孢杆菌属,抑制与反硝化相关的罗尔斯通菌属,表明加气灌溉能促进植株对氮磷钾的吸收与能提高硝化作用、解磷解钾相关菌群数量有关。Chao1、Shannon指数分析表明地下穴贮滴灌加气灌溉可有效改变细菌群落丰度,但对细菌群落多样性影响较小;对于细菌门,注气处理增加了放线菌门和硝化螺旋菌门的丰度,其中在40~50 cm土层注气处理放线菌门和硝化螺旋菌门分别比未注气高16.7%与22.7%,达到极显著水平;CCA及相关分析表明,地下穴贮滴灌注气条件下土壤pH值、速效磷和硝酸盐含量是影响细菌群落结构的重要指标。4.通过氮同位素示踪技术研究了加气灌溉对葡萄幼苗生长及硝态氮、铵态氮吸收代谢的影响,结果表明:加气灌溉可促进葡萄新梢增长,茎粗增加,显著提高葡萄新梢、细根等植株干物质量的积累。在同一灌水周期内,地下穴贮滴灌加气灌溉可提高叶片叶绿素、净光合速率,延缓植株胁迫。通过氮同位素示踪标记表明,地下穴贮滴灌条件下无论是否注气,葡萄新生器官对硝态氮的征调能力、吸收利用效率均显著高于铵态氮;与不注气相比,注气处理可显著促进新生器官对硝态氮的吸收,抑制铵态氮的吸收利用。加气灌溉可促进葡萄的生长,提高叶片光合效率,~(15)N示踪表明加气灌溉并未影响葡萄根系对硝态氮的偏好,在地下穴贮滴灌注气条件下氮素形态宜选择硝态氮作为氮肥来源。5.研究了加气灌溉对葡萄幼苗根系生长和葡萄根际土壤氮素转化、关键酶活性的影响,结果表明注气后10 d注气处理土壤NH_4-N比不注气增加28.95%,随着注气时间的延长,注气土壤NH_4-N含量显著下降;注气后20d土壤硝化强度显著高于未注气处理,而注气处理NO_3-N含量始终低于未注气处理。注气后20 d土壤脱氢酶活性显著提高,未注气处理变化趋势滞后于注气处理。对注气处理土壤氮素含量和土壤酶活性进行相关分析,土壤过氧化氢酶和土壤NO_3-N含量呈极显著正相关(r=0.969),土壤脱氢酶与土壤硝化强度也呈显著正相关(r=0.907)。加气灌溉能促进土壤氮素转化,增加根系对土壤NO_3-N的吸收,提高土壤脱氢酶的活性,延缓生长后期根系活力下降。6.通过氮同位素示踪技术研究了地下穴贮滴灌条件下加气灌溉对葡萄幼苗生长及酰胺态氮吸收代谢的影响。研究结果表明在施用尿素条件下加气灌溉显著降低了葡萄幼苗各器官部位的Ndff(%)值、影响了植株各器官部位的~(15)N分配率,降低了植株~(15)N的利用率。表明加气灌溉促进了尿素的挥发(铵态氮的挥发),抑制了葡萄幼苗植株根系对尿素吸收,降低了尿素的利用率。表明加气灌溉对植物尿素吸收存在负面作用,暗示在葡萄生长早期施用尿素作为主要氮源时,不宜进行加气灌溉。7.通过对加气灌溉及不同氮素浓度对植株生长的耦合研究发现,在同一施氮条件下,注气处理较未注气处理提高了葡萄叶片叶绿素含量、PSⅡ的实际光化学效率、光化学猝灭系数(qP),保持SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性在较高水平。在注气条件下对葡萄叶片的分析表明,N2浓度更能增加葡萄叶片的净光合速率,SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性优于N1、N3处理;对注气条件下根系的分析表明,葡萄的根系结构(表面积、根体积、根长、根尖数)、叶片根系氮含量(总氮、铵态氮、硝态氮)、氮关键酶活性均为N2处理最高,表明在注气条件下,N2浓度适宜于葡萄的生长。对于不注气处理,N3浓度优于N1、N2处理。以上结果可表明在注气条件下,促进植株生长的氮素浓度并不是越多越好,而是需要选择一个适宜的范围。针对本研究的最佳注气及氮素浓度处理为AN2处理。8.通过2016、2017年的田间试验结果表明,加气灌溉可以促进葡萄新梢、茎粗增加,提高叶片的叶绿素含量,可显著增加葡萄的果粒重、果穗重、葡萄产量及果实的横径。但对葡萄的果实着色、可溶性固形物、硬度、糖酸比并没有明显改善,甚至加气灌溉延缓了葡萄果实的着色。以上研究结果表明,加气灌溉作为一项新的技术,在促进葡萄生长方面具有积极的作用。但由于葡萄作为多年生作物,生理代谢机制复杂,要想发挥加气灌溉技术在促进果实品质改良方面的作用,需要针对加气时间、加气频率等进行更进一步的研究,以明确相关机理,促进这一技术的实际应用与推广。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S663.1

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