滴灌方式和水氮处理对酿酒葡萄幼苗生理特性和根系形态的影响

摘要

水是制约我国干旱和半干旱地区农业发展的关键因素，发展节水农业是我国农业现代化的必由之路。新疆地区是我国重要的特色林果产业基地，在林果业推广节水灌溉技术，研制和探索出适合我国林果业生产实际需求的节水技术和灌溉模式对于新疆地区乃至我国干旱、半干旱地区林果业可持续发展均具有重要的理论价值和实践意义。膜下滴灌和地下滴灌是林果业最有推广前景的两项节水技术，本文以滴灌技术在果树上的应用为切入点，以酿酒葡萄主栽品种赤霞珠（Vitis vinifera L.‘Cabernet Sauvignon’）为研究试材，从膜下滴灌条件下不同水氮施用时间、地下滴灌系统的设计（地下穴贮滴灌系统，自主设计）、滴灌方式和不同滴灌方式条件下根区交替灌溉对葡萄幼苗生理特性和根系形态的影响方面入手，通过近四年的思考和研究期望探索出适合我国林果业发展的滴灌节水技术和灌溉模式。本研究主要内容包括：
　　⑴研究了膜下滴灌条件下不同水氮处理对赤霞珠葡萄幼苗氮素利用、根系形态和根系生理活性和氮代谢关键酶的影响，结果表明：适宜的水分处理（田间持水量60％-90%）和三次施氮可以提高植株根系的总氮、铵态氮、硝态氮含量，保持生长后期酿酒葡萄幼苗根系硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）关键酶的活性，提高氮素利用率；在对植株根系的研究中表明适宜的水分处理（田间持水量60%-90%）和三次施氮可以提高根系有效根表面积和体积，增加根尖数，促进根系发育和更新，保持生长后期根系抗氧化保护酶系（SOD、POD与CAT）活性在较高水平，延缓植株根系衰老。
　　⑵研究了膜下滴灌条件下不同水氮处理对赤霞珠葡萄幼苗叶片生理特性的影响，结果表明：适宜的水分处理（田间持水量60%-90%和）三次施氮可以提高植株叶片生长后期酿酒葡萄幼苗叶片NR、GS关键酶的活性，使生长后期叶片SOD、POD、CAT保护酶活性在较高水平，延缓地上部衰老；在对植株叶片光合性能的研究中表明适宜的水分处理（田间持水量60%-90%）和三次施氮可以提高植株生长后期的叶绿素含量，叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、光化学猝灭系数（qp）和实际光化学效率（ΦPSII）亦保持在较高水平。
　　⑶研制出拥有自主知识产权的防堵塞地下滴灌系统和地下穴贮滴灌系统，通过对地下穴贮滴灌系统灌水均匀度的田间试验结果表明：自主设计的地下穴贮滴灌系统较目前国内外应用的地下渗灌系统相比具有成本低、对水质要求不高、耐堵塞的优势，符合我国干旱半干旱地区林果业生产的实际情况和需求，具有一定应用推广价值。在本田间试验条件下，一次灌水量201.9m3/hm2、穴贮容器间距为0.25m或0.5m、灌水压强高于15kPa时，地下穴贮滴灌系统灌水均匀度大于85%，符合中国农田水利标准规定的标准。
　　⑷研究了管栽条件下膜下滴灌、地下穴贮滴灌（自主设计）和地表滴灌3种滴灌方式对赤霞珠葡萄幼苗植株发育、根系形态和生理特性的影响。研究结果表明SDI（地下穴贮滴灌）、MDI（膜下滴灌）较DI（地表滴灌）均能显著促进葡萄幼苗的生长，其中SDI主要促进地下部的生长，MDI主要促进地上部的生长，且SDI处理植株根冠比显著高于MDI。SDI处理可以诱导根系分根垂直根系增多，而 MDI分根类型多为水平延伸根系，土柱试验结果表明20~60cm土层深度SDI处理的根表面积指数(RAI)、根体积密度(RVD)均高于MDI和DI，表明SDI处理明显提高了土层深度20cm以下根系的营养吸收能力和吸收范围，促进根系下扎。本试验设计的SDI处理较MDI和DI，能使根系获得比较适宜的水分供给环境，维持深层根系活力和保护酶活性在一个较高的水平，减轻与延缓膜脂过氧化进程。
　　⑸研究了膜下滴灌（MDI）、地下穴贮滴灌（SDI，自主设计）和地表滴灌（DI）三种滴灌方式对管栽赤霞珠葡萄幼苗株高、节间平均长度、同一灌水周期内叶片光合和荧光性能的影响。研究结果表明在整个生长期内，SDI处理在处理早期能对外界环境产生适应性调整，起到“蹲苗”的作用，同一灌水周期后期SDI与MDI处理的光合和荧光特性高于DI处理。
　　⑹研究了袋控小区试验条件下SDI-DI、SDI-SDI、DI-SDI和DI-DI四种根区交替滴灌模式对赤霞珠葡萄幼苗根系分布、不同根区根系垂直方向生理特性和同一灌水周期内根系活性的影响，研究结果表明DI-SDI与SDI-DI处理能促进根系在水平和垂直方向上的均衡分布，使根系在整个生长空间内分布的更加合理，SDI-SDI较DI-DI处理能有效促进根系下扎。对根系生理特性的研究结果表明在灌水侧为右侧时DI-SDI与SDI-SDI能使根系活力在灌水侧保持较高水平，SDI-SDI与SDI-DI使根系活力在未灌水侧保持较高水平。在同一灌水周期内灌水侧为右侧时，DI-DI与SDI-DI处理右侧根系较SDI-SDI、DI-SDI更早的感受到干旱胁迫，在未灌水一侧（左侧），DI-DI与DI-SDI处理左侧根系较SDI-DI与SDI-SDI受到的胁迫程度更加剧烈，根系保护酶活性变化幅度大。
　　⑺研究了四种根区交替滴灌模式对赤霞珠葡萄幼苗株高、节间平均长度、同一灌水周期和复水后叶片光合和荧光性能的影响，结果表明不同滴灌方式的分根交替滴灌可以有效抑制地上部的生长，降低节间平均长度，增加根冠比。SDI-DI和DI-SDI处理对植株生长的影响优于DI-DI处理，在整个灌水周期内，SDI-DI、DI-SDI和SDI-SDI处理较DI-DI处理能保持植物光合性能（Pn）和荧光特性（qp、ΦPSII）在更好水平。

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缩略词表

引言

第一章 文献综述

1 不同水氮处理对葡萄生长和发育的影响

2 滴灌节水技术研究进展

第二章 膜下滴灌不同水氮处理对酿酒葡萄生理特性和根系形态发育的影响

第一节 膜下滴灌不同水氮处理对酿酒葡萄氮素代谢和根系生理特性的影响

第二节膜下滴灌不同水氮处理对酿酒葡萄叶片生理特性的影响

第三章 新型地下滴灌系统的设计和不同滴灌方式对酿酒葡萄生理特性和根系形态发育的影响

第一节 防堵塞地下滴灌系统的设计

第二节 地下穴贮滴灌系统的设计

第三节 滴灌方式对酿酒葡萄根系形态、分布和生理特性的影响

第四节 滴灌方式对酿酒葡萄植株生长和叶片生理特性的影响

第四章 不同滴灌方式根区交替灌溉对酿酒葡萄生理特性和根系形态发育的影响

第一节 根区交替滴灌对酿酒葡萄根系形态和生理特性的影响

第二节 根区交替滴灌对植株生长和叶片生理特性的影响

第三节 根区交替滴灌对酿酒葡萄根冠特性的影响

第五章 研究结论、创新点与展望

5.1 研究结论

5.2 创新点

5.3研究展望

参考文献

附1 不同滴灌方式优缺点分析

致谢

作者简介

石河子大学博士研究生学位论文导师评阅表