地膜覆蓋對土壤水分和夏薯苗期根系建成的影響

解備濤等

摘要：基于覆膜和無膜處理對夏薯土壤相對含水量動態(tài)變化影響的研究，通過營養(yǎng)液水培和PEG-6000模擬干旱等方式研究6個甘薯品種在正常供水（模擬覆膜）和梯度干旱（模擬無膜）處理條件下的根系生物學性狀。結(jié)果表明：覆膜使土壤相對含水量的降低緩慢而避開干旱脅迫的影響，而無膜處理的土壤相對含水量降低迅速。在澆足窩水的情況下，即使20天內(nèi)無水分補充，覆膜土壤的相對含水量仍能保持在60%以上；而在無膜條件下，栽后6天為夏薯發(fā)生干旱脅迫的臨界時間，且從輕度干旱脅迫到重度干旱脅迫的過程短，僅2天。不僅如此，與覆膜處理相比，干旱情況下無膜處理的甘薯根長、根投影面積、根表面積、根平均直徑、根體積、根鮮重和根干重等指標均顯著降低。而品種間比較發(fā)現(xiàn)，覆膜情況下色素提取型甘薯根系生長快、根量多，遭遇干旱脅迫后，色素提取型甘薯根系生物學性狀降低幅度最大，對水分變化表現(xiàn)更敏感。6個甘薯品種根長、根表面積和根體積主要集中在平均直徑大于0.45 mm的不定根上?？傊?，地膜覆蓋有利于減緩土壤水分損耗，促進夏薯早發(fā)根、多發(fā)根，降低干旱脅迫對根系建成的不利影響。

關鍵詞：地膜覆蓋；水分；夏薯；根系

中圖分類號：S531.05文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）02-0041-06

甘薯（ Ipomoea batatas L. ） 高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性強、適應性廣，不僅是我國第四大糧食作物，而且還是重要的工業(yè)原料、飼料、新型能源及減災作物，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%以上[1]。隨社會的進步、生活水平的改善和甘薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，甘薯因其投入少、產(chǎn)出多、風險低的優(yōu)勢，在保健食品和淀粉加工領域中的地位日益凸顯。

干旱造成的農(nóng)作物損失在所有的非生物脅迫中占首位[2]。在我國北方薯區(qū)，麥收結(jié)束后夏薯開始栽插，土壤失墑快，常常遭遇干旱脅迫，而中后期正遇雨季，基本不存在田間土壤水分虧缺的情況。而薯苗是幼嫩組織，栽插后對土壤水分狀況非常敏感，遭受干旱脅迫后地上部易枯萎，地下部根系的形成受阻。事實上，夏薯栽插后快速形成根系是保證薯苗成活率和塊根形成的基礎[3]。國外的研究發(fā)現(xiàn)，干旱條件下甘薯不定根的長度、側(cè)根的數(shù)目顯著減少，隨干旱脅迫時間的延長，后續(xù)側(cè)根的形成受阻，干重也顯著下降[4]。同時，甘薯側(cè)根數(shù)目、長度、表面積和密度均顯著降低[5]。干旱不僅影響根系的形成，還通過引起原生木質(zhì)部和次生韌皮部形成層的木質(zhì)化而阻礙塊根的分化[6]。目前，國內(nèi)的研究主要集中在干旱對甘薯地上部莖葉和塊根最終產(chǎn)量的影響[7～9]，對甘薯苗期根系形成和分化影響的研究較少。

地膜覆蓋能有效減少土壤水分蒸發(fā)[10]，薯苗發(fā)根時間能提前[11]，根長、根重都顯著增加[12]。隨著國家甘薯產(chǎn)業(yè)技術體系研發(fā)的不斷深入，地膜覆蓋在甘薯生產(chǎn)中得到了迅速推廣應用，在北方區(qū)春薯種植方面增產(chǎn)顯著[13～15]，但是地膜覆蓋對干旱脅迫條件下夏薯苗期根系形成的研究鮮有報道。本試驗旨在通過干旱模擬條件研究地膜覆蓋對土壤水分和薯苗根系建成的影響，為地膜覆蓋降低土壤水分散失、提高成活率提供數(shù)據(jù)支持，并為深入研究地膜覆蓋的抗逆機理提供理論基礎，促進地膜覆蓋在夏薯生產(chǎn)中的大面積應用。

1材料與方法

1.1試驗材料

本試驗采用6個在山東大面積種植的甘薯品種，分別為淀粉型品種徐薯18和濟徐23，鮮食型品種煙薯25和濟薯22，色素提取型品種Aya和濟黑1。地膜購于濟南市農(nóng)資市場，厚度為0.016 mm，密度為0.95 g/cm3；抗氧劑、紫外光吸收劑質(zhì)量分數(shù)為0.8%。試驗用土壤取自山東省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所試驗地，輕壤土，有機質(zhì)含量1.83%，水解氮含量112.5 mg/kg，速效磷含量56.7 mg/kg，速效鉀含量98.0 mg/kg。研究土壤水分動態(tài)變化的塑料盒購于濟南七里堡批發(fā)市場，規(guī)格為21.0 cm×16.5 cm×13.5 cm。采用PEG-6000溶于1/2 Hoagland營養(yǎng)液模擬水分干旱，用于干旱脅迫的塑料箱規(guī)格為45.0 cm×34.3 cm×12.5 cm。

1.2試驗設計

1.2.1模擬覆膜與無膜條件下土壤水分變化動態(tài)試驗設覆膜和無膜（CK）2個處理，每處理重復5次。塑料盒底部鉆小洞并鋪放濾紙。取田間土壤放入烘箱，在（105±2）℃烘至恒重，每重復稱取烘干土壤3.0 kg放入塑料盒，在傍晚時澆透水，加蓋后置于恒溫陰涼處過夜，兩個處理在第2天均栽插濟薯23，每處理栽插2棵并記錄薯苗重量。所有處理置于玻璃溫室中，太陽光照與空氣流動狀況同大田，土壤水分自然消耗。處理開始時間與夏薯栽插時間一致，均在6月15日，每天18時稱量整個塑料盒，連續(xù)稱量20天。

1.2.2模擬覆膜和無膜條件下不同基因型甘薯苗期根系生長動態(tài)在生產(chǎn)中，薯苗栽插后澆足窩水，薯苗周圍土壤呈水分飽和狀態(tài)，但在遇到干旱脅迫時，土壤水分會梯度降低?；谏鲜錾a(chǎn)實際和1.2.1的結(jié)果，本試驗共采用6個品種，設正常供水（模擬覆膜）和梯度干旱（模擬無膜，CK）2個處理，每處理重復5次。梯度干旱處理參考陳京[16]的試驗設計，并略有改動，采用PEG-6000模擬土壤梯度干旱過程，從大田選采株高約20 cm、長勢均一的幼苗轉(zhuǎn)入盛有1/2 Hoagland營養(yǎng)液的塑料箱中正常生長6天后，干旱處理的重復轉(zhuǎn)入5% PEG-6000（W/V）溶液中生長3天后，轉(zhuǎn)入10% PEG-6000溶液中生長3天，再轉(zhuǎn)入20% PEG-6000溶液中生長3天后測定甘薯各品種的根系生物學性狀。正常供水處理的薯苗均一直生長在1/2 Hoagland營養(yǎng)液中。培養(yǎng)期間溫室內(nèi)溫度為17～24℃，自然光散射。

1.3測定項目

土壤相對含水量的測定參考張仁和等[17]的方法，土壤相對含水量（%）=土壤含水量/土壤最大持水量×100。根長、表面積、平均直徑、根體積、分支數(shù)、根尖數(shù)以及根系分布等參數(shù)采用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)（Regent instrument Inc.， Quebec， Canada）統(tǒng)計分析。

1.4數(shù)據(jù)處理

所有處理均采用5個重復的平均值，數(shù)據(jù)分析均采用Excel 2007和DPS 7.05完成。

2結(jié)果與分析

2.1地膜覆蓋對土壤水分動態(tài)變化的影響

3討論與結(jié)論

前人研究表明，地膜覆蓋能提高土壤含水量，并在一定程度上起到了保水保墑的作用[15，18]，但尚缺乏對覆膜和無膜情況下的土壤水分動態(tài)變化的基礎研究。本研究發(fā)現(xiàn)覆膜情況下，土壤相對含水量降低緩慢，澆足窩水后可以保障薯苗在20天內(nèi)不會受到干旱脅迫的影響。而梯度干旱情況下，所澆的窩水僅能保證薯苗正常生長6天左右，從輕度干旱脅迫到重度干旱脅迫的時間僅有2天左右，這說明一旦發(fā)生干旱脅迫，整個脅迫過程將是迅速的、不可逆的，如果得不到足夠的水分補給，干旱將嚴重影響成活率，從而引起產(chǎn)量降低。

實踐證明，通過土培和沙培的方式研究甘薯根系生長發(fā)育可操作性不強，在沖根的過程中側(cè)根破損、不定根斷裂較多。因此，基于覆膜和無膜處理對夏薯土壤相對含水量動態(tài)變化影響的研究，可通過水培和PEG-6000模擬梯度干旱的方法研究覆膜和無膜處理對甘薯品種根系生物學性狀的影響。

覆膜能保證甘薯苗期足夠的水分供應，在根長、根投影面積、根表面積、根平均直徑、根體積和根鮮重等指標上，存在淀粉型甘薯<鮮食型甘薯<色素提取型甘薯的變化趨勢，這說明在正常供水的情況下，色素提取型甘薯的根系根量更大、更粗、更長，生長得更快。而在無膜梯度干旱情況下，處理間的根長、根投影面積、根表面積、根平均直徑、根體積、根鮮重和根干重等生物學性狀均顯著降低，這與文獻報道的研究結(jié)果一致[5]，降低的幅度存在淀粉型甘薯<鮮食型甘薯<色素提取型甘薯的變化趨勢，這說明色素提取型甘薯可能對干旱脅迫所引起的水分虧缺更敏感；但在品種間，與淀粉型甘薯品種相比，色素提取型和鮮食型甘薯的根長和干重/鮮重比值降低，根平均直徑、根表面積和根投影面積增大。

從根系的分布來看，覆膜處理情況下，根系直徑較粗的不定根在根長、根表面積和根體積方面占優(yōu)，一旦遭遇干旱脅迫，處理間不定根的根長、根表面積和根體積顯著降低，而直徑較小的側(cè)根卻顯著增加，這可能是甘薯根系響應干旱脅迫的一種自我調(diào)節(jié)。甘薯不定根生長的初始階段對塊根的形成和分化起決定性作用[5，19，20]。前人報道覆膜增加甘薯產(chǎn)量[13～15，18，21]，其原因之一可能是地膜保持了土壤中較高的土壤相對含水量，有利于夏薯栽插后根系分化出更多的塊根。

本研究初步摸清了夏薯發(fā)生干旱脅迫的臨界時間，分析了甘薯覆膜和干旱條件下的根系生物學性狀特征，為地膜覆蓋提高夏薯成活率、增加產(chǎn)量提供了理論支撐。下一步，需要明確在甘薯苗期根系與收獲后根系生物學性狀之間的關聯(lián)。

參考文獻：

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1.4數(shù)據(jù)處理

所有處理均采用5個重復的平均值，數(shù)據(jù)分析均采用Excel 2007和DPS 7.05完成。

2結(jié)果與分析

2.1地膜覆蓋對土壤水分動態(tài)變化的影響

3討論與結(jié)論

前人研究表明，地膜覆蓋能提高土壤含水量，并在一定程度上起到了保水保墑的作用[15，18]，但尚缺乏對覆膜和無膜情況下的土壤水分動態(tài)變化的基礎研究。本研究發(fā)現(xiàn)覆膜情況下，土壤相對含水量降低緩慢，澆足窩水后可以保障薯苗在20天內(nèi)不會受到干旱脅迫的影響。而梯度干旱情況下，所澆的窩水僅能保證薯苗正常生長6天左右，從輕度干旱脅迫到重度干旱脅迫的時間僅有2天左右，這說明一旦發(fā)生干旱脅迫，整個脅迫過程將是迅速的、不可逆的，如果得不到足夠的水分補給，干旱將嚴重影響成活率，從而引起產(chǎn)量降低。

實踐證明，通過土培和沙培的方式研究甘薯根系生長發(fā)育可操作性不強，在沖根的過程中側(cè)根破損、不定根斷裂較多。因此，基于覆膜和無膜處理對夏薯土壤相對含水量動態(tài)變化影響的研究，可通過水培和PEG-6000模擬梯度干旱的方法研究覆膜和無膜處理對甘薯品種根系生物學性狀的影響。

覆膜能保證甘薯苗期足夠的水分供應，在根長、根投影面積、根表面積、根平均直徑、根體積和根鮮重等指標上，存在淀粉型甘薯<鮮食型甘薯<色素提取型甘薯的變化趨勢，這說明在正常供水的情況下，色素提取型甘薯的根系根量更大、更粗、更長，生長得更快。而在無膜梯度干旱情況下，處理間的根長、根投影面積、根表面積、根平均直徑、根體積、根鮮重和根干重等生物學性狀均顯著降低，這與文獻報道的研究結(jié)果一致[5]，降低的幅度存在淀粉型甘薯<鮮食型甘薯<色素提取型甘薯的變化趨勢，這說明色素提取型甘薯可能對干旱脅迫所引起的水分虧缺更敏感；但在品種間，與淀粉型甘薯品種相比，色素提取型和鮮食型甘薯的根長和干重/鮮重比值降低，根平均直徑、根表面積和根投影面積增大。

從根系的分布來看，覆膜處理情況下，根系直徑較粗的不定根在根長、根表面積和根體積方面占優(yōu)，一旦遭遇干旱脅迫，處理間不定根的根長、根表面積和根體積顯著降低，而直徑較小的側(cè)根卻顯著增加，這可能是甘薯根系響應干旱脅迫的一種自我調(diào)節(jié)。甘薯不定根生長的初始階段對塊根的形成和分化起決定性作用[5，19，20]。前人報道覆膜增加甘薯產(chǎn)量[13～15，18，21]，其原因之一可能是地膜保持了土壤中較高的土壤相對含水量，有利于夏薯栽插后根系分化出更多的塊根。

本研究初步摸清了夏薯發(fā)生干旱脅迫的臨界時間，分析了甘薯覆膜和干旱條件下的根系生物學性狀特征，為地膜覆蓋提高夏薯成活率、增加產(chǎn)量提供了理論支撐。下一步，需要明確在甘薯苗期根系與收獲后根系生物學性狀之間的關聯(lián)。

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1.4數(shù)據(jù)處理

所有處理均采用5個重復的平均值，數(shù)據(jù)分析均采用Excel 2007和DPS 7.05完成。

2結(jié)果與分析

2.1地膜覆蓋對土壤水分動態(tài)變化的影響

3討論與結(jié)論

前人研究表明，地膜覆蓋能提高土壤含水量，并在一定程度上起到了保水保墑的作用[15，18]，但尚缺乏對覆膜和無膜情況下的土壤水分動態(tài)變化的基礎研究。本研究發(fā)現(xiàn)覆膜情況下，土壤相對含水量降低緩慢，澆足窩水后可以保障薯苗在20天內(nèi)不會受到干旱脅迫的影響。而梯度干旱情況下，所澆的窩水僅能保證薯苗正常生長6天左右，從輕度干旱脅迫到重度干旱脅迫的時間僅有2天左右，這說明一旦發(fā)生干旱脅迫，整個脅迫過程將是迅速的、不可逆的，如果得不到足夠的水分補給，干旱將嚴重影響成活率，從而引起產(chǎn)量降低。

實踐證明，通過土培和沙培的方式研究甘薯根系生長發(fā)育可操作性不強，在沖根的過程中側(cè)根破損、不定根斷裂較多。因此，基于覆膜和無膜處理對夏薯土壤相對含水量動態(tài)變化影響的研究，可通過水培和PEG-6000模擬梯度干旱的方法研究覆膜和無膜處理對甘薯品種根系生物學性狀的影響。

覆膜能保證甘薯苗期足夠的水分供應，在根長、根投影面積、根表面積、根平均直徑、根體積和根鮮重等指標上，存在淀粉型甘薯<鮮食型甘薯<色素提取型甘薯的變化趨勢，這說明在正常供水的情況下，色素提取型甘薯的根系根量更大、更粗、更長，生長得更快。而在無膜梯度干旱情況下，處理間的根長、根投影面積、根表面積、根平均直徑、根體積、根鮮重和根干重等生物學性狀均顯著降低，這與文獻報道的研究結(jié)果一致[5]，降低的幅度存在淀粉型甘薯<鮮食型甘薯<色素提取型甘薯的變化趨勢，這說明色素提取型甘薯可能對干旱脅迫所引起的水分虧缺更敏感；但在品種間，與淀粉型甘薯品種相比，色素提取型和鮮食型甘薯的根長和干重/鮮重比值降低，根平均直徑、根表面積和根投影面積增大。

從根系的分布來看，覆膜處理情況下，根系直徑較粗的不定根在根長、根表面積和根體積方面占優(yōu)，一旦遭遇干旱脅迫，處理間不定根的根長、根表面積和根體積顯著降低，而直徑較小的側(cè)根卻顯著增加，這可能是甘薯根系響應干旱脅迫的一種自我調(diào)節(jié)。甘薯不定根生長的初始階段對塊根的形成和分化起決定性作用[5，19，20]。前人報道覆膜增加甘薯產(chǎn)量[13～15，18，21]，其原因之一可能是地膜保持了土壤中較高的土壤相對含水量，有利于夏薯栽插后根系分化出更多的塊根。

本研究初步摸清了夏薯發(fā)生干旱脅迫的臨界時間，分析了甘薯覆膜和干旱條件下的根系生物學性狀特征，為地膜覆蓋提高夏薯成活率、增加產(chǎn)量提供了理論支撐。下一步，需要明確在甘薯苗期根系與收獲后根系生物學性狀之間的關聯(lián)。

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