分根交替灌溉對烤煙抗旱性的影響

彭 靜，王惠群

（湖南農(nóng)業(yè)大學，植物激素與生長發(fā)育湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128）

煙草是我國重要的經(jīng)濟作物之一，不論是種植總面積還是總產(chǎn)量，都居世界首位[1]，土壤水分是煙草生長的基礎(chǔ)，只有土壤水分適宜，煙株才能正常生長發(fā)育，從而獲得最佳的產(chǎn)量和品質(zhì)，土壤水分過多或過少都會影響煙草的生長發(fā)育和煙葉產(chǎn)量品質(zhì)的形成[2]。分根交替灌溉（PRD）是作物在生長期內(nèi)其根區(qū)兩側(cè)交替灌溉，以刺激植物根系吸水功能和改變根區(qū)剖面土壤濕潤方式為核心，調(diào)節(jié)氣孔開度，減少植株“奢侈”蒸騰，提高水分利用效率，從而達到節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的[3]。交替灌溉可促進作物根系生長、提高根冠比[4-5]增加根密度[6-7]一部分根處在濕土中，則處在接近或達到永久萎蔫濕度土壤中的另一部分根仍能生長，通常在供水良好時，根長密度隨下扎深度而呈指數(shù)式下降，若停止供水，上層變干，處于較深較濕部位的根生長旺盛，灌溉則促進淺層根的生長，交替灌溉可通過影響根系活力而影響作物水分利用效率[8-9]。試驗研究分根交替灌溉、虧缺灌溉和充分灌溉對烤煙產(chǎn)量、化學品質(zhì)和水分利用效率的影響，以期為烤煙節(jié)水灌溉及提高南方烤煙品質(zhì)等生產(chǎn)實踐提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

烤煙品種K326（湖南農(nóng)業(yè)大學生科院煙草基地提供）。試驗土壤采用湖南農(nóng)業(yè)大學植物激素與生長發(fā)育湖南省重點實驗室基地的水稻土，施肥后風干供試驗用。土壤理化性狀：有機質(zhì)15.60 g/kg，全氮 15.06 g/kg，全磷 15.23 g/kg，全鉀 20.11 g/kg，堿解氮53.55 mg/kg，有效磷53.55 mg/kg，有效鉀74.60 mg/kg，pH 值 7.03。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 烤煙盆栽試驗在湖南農(nóng)業(yè)大學植物激素與生長發(fā)育湖南省重點實驗室網(wǎng)室遮雨棚中進行。2011年4月19日，將6葉一心的9株煙苗分別移栽于9個裝有18 kg風干的水稻土的聚乙烯塑料盆（30 cm×20 cm×25 cm）中。每盆施三元復合肥（15%N∶15%P2O5∶15%K2O）40 g 作基肥，土肥混勻。每個盆中間用隔板隔開，每盆植1株煙苗，煙苗放在盆子的隔板缺口正中央。共設(shè)分根交替灌溉（PRD）、虧缺灌溉（DI）和充分灌溉（FI）3個處理，3個重復。于5月17日對煙苗進行第一次處理，每隔10 d交替處理一次，在8月10日進行取樣測定。每天17∶00用土壤水分測定儀對兩邊盆中的土壤進行水分含量測定，并補充前24 h由于植物蒸騰和土壤蒸發(fā)的失水量，使充分灌溉盆內(nèi)土壤持水量維持在58.9%的最大田間持水量；分根交替灌溉盆內(nèi)1/2土壤持水量維持在58.9%，另1/2土壤干旱，10 d后兩邊交替進行處理；而虧缺灌溉（DI）每天與PRD的澆水量相等，均勻地澆到盆中。

1.2.2 產(chǎn)量測定 將采集的樣品分根、莖、葉分別稱重，105℃殺青30 min，70℃烘至恒重，取從上至下的第5片完全展開葉，再對各個部分烘干稱量。

1.2.3 葉綠素含量的測定 取從上至下的第5片完全展開葉，避開主脈，稱0.1 g，加入裝有25 mL 80%丙酮的容量瓶中，暗處放置24 h，于T6新悅-可見分光光度計上測定A645，A663和A470。用下列公式計算：

葉綠素的含量（mg/g）=（色素的濃度×提取液體積×稀釋倍數(shù)）/鮮樣品質(zhì)量。

1.2.4 根系活力的測定 取根尖（0～2 cm）0.5 g，放入10 mL具塞刻度試管中，管中含有5 mL 0.4%氯化三苯基四氮唑（TTC）和5 mL 0.1 mol/L磷酸緩沖液（pH 7.5)，37℃暗處保溫 1 h，加 2 mL 1mol/L H2SO4終止反應。取出根，吸干，用乙酸乙酯研磨，將紅色物質(zhì)迅速轉(zhuǎn)入另一支10 mL試管。殘渣用乙酸乙酯洗3次，一并合并濾液，定容10 mL。在可見分光光度計上測定A485。以每小時每克鮮重根還原TTC的量計算根系活力。

1.2.5 相對電導率的測定 取從上至下的第5片完全展開葉，用打孔器避開主脈打取頂3葉小圓片40片，放入裝有20 mL的雙蒸餾水的小燒杯中，20℃保溫1 h后，測初電導率κ1，倒入大試管中（對應），沸水浴10 min，補足蒸發(fā)水分，20℃放置平衡20 min（倒回原燒杯），測終電導率κ2。計算相對電導率：L（%）=κ1/κ2×100%。

1.2.6 煙堿含量的測定 取從上至下的第5片完全展開葉進行烘干后，取粉干后的樣品0.5 g左右，加0.5%醋酸50 mL，振蕩30 min，進流動分析儀測定。

水分利用效率（μg/g）=葉片干重（μg）/總用水量（g）

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft excel 2007和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析軟件（DPS v7.55）對數(shù)據(jù)進行分析。標準誤的計算采用Duncan的多重分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 分根交替灌溉對烤煙根長和葉片數(shù)量的影響

通過對烤煙葉片數(shù)量與烤煙根長的測定發(fā)現(xiàn)，在PRD的處理下，烤煙的根長比FI和DI處理分別長28.6%和37.3%（見圖1），可見，烤煙根長與水分利用有密切的關(guān)系，PRD能有效提高烤煙的根長。

圖1 不同灌溉方式對烤煙根長的影響

通過對烤煙葉片數(shù)量的測定發(fā)現(xiàn)，在PRD的處理下，烤煙葉片數(shù)量比FI多12.6%，比DI多19.5%（見圖2），相比于PRD與FI兩者的情況，PRD對葉片的數(shù)量增加比較明顯，DI和FI沒有顯著差異，但與PRD有顯著差異。

結(jié)果表明，要提高煙的產(chǎn)量，水分是必不可少的因素，但是對于FI的大耗水量而言，PRD的耗水量少很多，而產(chǎn)量略有增加。

2.2 分根交替灌溉對烤煙葉綠素含量的影響

圖2 不同灌溉方式對烤煙葉片數(shù)量的影響

由圖3可知，在PRD下煙葉中葉綠素含量高于DI和FI處理，分別高出55.7%和52.0%。這說明經(jīng)過PRD處理的烤煙植株雖然減少了灌溉用水，但能夠促進光合產(chǎn)物在植株內(nèi)的重新分配，特別是促進煙葉中葉綠素的相對積累。

圖3 不同灌溉方式對烤煙葉綠素色素濃度的影響

2.3 分根交替灌溉對烤煙根系活力的影響

在3種處理中，PRD處理的烤煙根系活力高于DI與FI處理，分別高出55.3%和43.0%，但DI與FI之間的差別不大。這也說明了在水分虧缺的狀態(tài)下，PRD處理的烤煙的根系活力增強能夠提高植株的生命活動及其抗旱性。

圖4 不同灌溉方式對烤煙根系活力的影響

2.4 分根交替灌溉對煙葉電導率的影響

電導率的值越大代表植物所受的傷害越明顯，電導率最高的是DI，其次是FI，最后是PRD，從圖5中可以看出，DI處理中煙葉的受傷害程度是最嚴重的，PRD處理煙葉的受傷害程度最弱，雖然PRD處理的用水量少于另外兩種處理，所以在水分虧缺狀態(tài)下隨著烤煙的生長，其葉片的相對電導率相比于DI和FI有所下降，這也證明了在水分虧缺的狀態(tài)下，PRD處理的烤煙具有更強的抗旱性。

圖5 不同灌溉方式對煙葉電導率的影響

2.5 分根交替灌溉對煙堿含量的影響

由圖6可知，在PRD處理下煙葉中煙堿的含量最高，比DI與FI處理分別高I 2.4%和6.1%。由此可見，PRD處理對烤煙煙葉中煙堿含量的高低有密切的關(guān)聯(lián)，適度的干旱能提高烤煙煙葉中煙堿含量，有利于烤煙煙葉產(chǎn)量的提高。

圖6 不同灌溉方式對烤煙煙堿的影響

2.6 分根交替灌溉對烤煙水分利用效率的影響

由圖7可知，PRD處理比FI的處理少，結(jié)合上述對烤煙煙葉的干重水分消耗數(shù)據(jù)可知，PRD的水分利用率最高，F(xiàn)I的次之，DI的最低。3種處理比較，PRD處理更加有利于烤煙營養(yǎng)物質(zhì)的積累。

圖7 不同灌溉方式對烤煙水分利用效率的影響

3 討 論

隨著烤煙生育進程的延長，不同處理的根長和葉片數(shù)量變化均表現(xiàn)為PRD處理最大，F(xiàn)I其次，DI最低。各處理葉綠素色素含量的變化也佐證了這一現(xiàn)象。由此推測，在分根交替灌溉和固定灌溉條件下產(chǎn)生了一定強度的干旱脅迫，限制了煙株細胞的伸長生長，促進了細胞的橫向生長。脅迫產(chǎn)生的根源信號對氣孔行為進行了有效調(diào)節(jié)，從而使交替灌溉的葉片蒸騰作用大幅度降低，而光合作用維持較高的水平;對于固定灌溉的煙株，由于一部分根系長期處于干燥狀態(tài)，導致根系活力下降，使后期煙株體內(nèi)水分虧缺相對嚴重，非氣孔因素占據(jù)主導地位，其光合速率較低；分根交替灌的非氣孔因素限制作用降低，氣孔對光合速率的調(diào)節(jié)作用增強，煙株的水分狀況相對改善[10-12]。這在大田條件下驗證了Blackman等提出的根冠通訊理論[13]。分根交替灌溉技術(shù)可使煙葉葉片數(shù)量比DI和FI處理提高。與兩邊灌溉相比，分根交替灌溉可省20%的灌水量而不引起產(chǎn)量的下降，使烤煙單葉水分利用效率和總水分利用效率明顯增加，提高烤煙葉片煙堿的含量。表明該技術(shù)在水資源短缺煙區(qū)是適宜的，具有廣泛的應用前景。

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