不同土壤含水量對果蔗生長生理和農(nóng)藝性狀影響

何姍珊，曾 媛，何毅波，譚 芳，李 鳴，梁朝旭，李 松*

(1廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007；2廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院，廣西南寧530007)

0 引言

水是植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子，水分脅迫是限制植物生長、生存和性能最重要的環(huán)境因素之一[1]。大多數(shù)植物受到水分脅迫后，各個生理過程都會受到不同程度的影響[2]，而水分脅迫影響農(nóng)作物出苗、生長發(fā)育和產(chǎn)量損失。果蔗屬于熱帶和亞熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，因甘甜多汁、皮薄肉脆、清脆爽口，富含人體必需的鐵、鈣、錳、鋅和磷等多種微量元素和有利于人體的維生素和多種氨基酸等，是一種深受人們喜愛的水果。果蔗主要分布在廣西、廣東、浙江、福建和貴州等省，其中廣西面積最大，僅百色隆林縣高達(dá) 100多 hm2，年收入超過2000多萬元[3]。近年來，隨著市場需求量的增加和果蔗經(jīng)濟(jì)效益的增高，種植果蔗成了南方蔗區(qū)農(nóng)民致富增收重要經(jīng)濟(jì)來源之一[4]。

果蔗屬于鮮食水果，生產(chǎn)上不僅求產(chǎn)量要高，而且要求節(jié)間也要長。在果蔗生長過程中，若水分得不到滿足，則影響甘蔗節(jié)間伸長生長，其顯著特點(diǎn)為節(jié)間短，從而影響其商品性。因此，果蔗栽培一般選擇土層深厚、肥沃、排灌方便和陽光充足的水田栽培，尤其在果蔗大培土后，田間溝內(nèi)長期保持淺水層，即使晴天泥土表面仍要保持在濕潤狀態(tài)，以滿足果蔗生長對水分的需求[5-8]。與原料蔗相同，果蔗生長周期比較長，從種植到收獲需要大約一年時間，是一種需水較多的旱地作物，在整個生長期，水分是影響甘蔗生長和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。研究表明，每生產(chǎn)1噸原料甘蔗耗水量為83.5～289.2 m3，平均耗水量為150.2 m3/t[9]。甘蔗在不同的生育期，對水分需求量也不同，需水量呈單峰曲線變化，幼苗期和成熟期需水量較低，伸長期需水量較高，甘蔗需水量與產(chǎn)量存在顯著的正相關(guān)[10]。

廣西地處低緯度、亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖、熱量豐富、雨水充沛，非常適合果蔗種植。但是，由于廣西蔗區(qū)主要分布在丘陵和旱坡地區(qū)，土壤保水保肥效率低，受季風(fēng)氣候影響年降水量時空分布不均勻，尤其是春、秋兩季降水量稀少嚴(yán)重影響果蔗出苗、生長發(fā)育和產(chǎn)量，成為廣西果蔗生產(chǎn)進(jìn)一步發(fā)展的重要限制因素。本研究以果蔗為研究對象，探討不同土壤含水量對果蔗生長和生理影響，為廣西果蔗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試果蔗是由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所選育的果蔗新品種桂果蔗1號，供試土壤為大田連作甘蔗的耕作土層，土壤為粘壤土，肥力中等。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在廣西農(nóng)科院甘蔗研究所甘蔗溫室大棚進(jìn)行，試驗(yàn)方案：采用隨機(jī)區(qū)組，桶栽試驗(yàn)，桶高30 cm，桶底直徑為36 cm，在桶底面打10個直徑約1 cm的小孔。試驗(yàn)用土壤為大田甘蔗耕作土。選擇健康、蔗芽飽滿的果蔗種莖，將蔗莖砍成單芽段，置于含50%多菌靈1000倍液中浸泡5～10 min，每桶播種4個單芽，共種植90桶。桶栽甘蔗試驗(yàn)分別于2018年3月13和2019年2月21日種植，齊苗后定苗，每桶留長勢一致的苗2株。根據(jù)土壤田間持水量，實(shí)驗(yàn)設(shè)3個水分處理：即土壤田間最大持水量的 90%(A)、80%(B)和 70%(C)；每個水分處理設(shè)3個重復(fù)，每個重復(fù)10桶。施用肥料為45%復(fù)合肥(15∶15∶15)，整個生長期每桶施肥250 g，其中基肥每桶20 g、甘蔗分蘗未期每桶50 g，之后每月每桶施肥60 g，連續(xù)施用3次，病蟲害防控參照何毅波等人的方法[11]。果蔗下種至大培土前水分管理一樣，大培土后按上述進(jìn)行水分處理。試驗(yàn)期間，采用濟(jì)南展創(chuàng)電子有限公司提供的HTC-302土壤溫濕度水分控制器進(jìn)行土壤濕度自動控制。

1.3 生理生化等相關(guān)指標(biāo)測定

在7月上旬，隨機(jī)取各處理10株甘蔗+1葉置于液氮帶回實(shí)驗(yàn)室，用于測定與水分脅迫相關(guān)的生理生化指標(biāo)，甘蔗葉片丙二醛(Malondialdehyde，MDA)、過氧化物酶(Peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、過氧化氫酶(Catalase，CAT)和可溶性蛋白質(zhì)等活性測定參照張志良等[12]方法，略作改動。果蔗重要農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、果蔗和土壤養(yǎng)分都是在果蔗收獲后測定，其中養(yǎng)分測定采用鮑士旦等[13]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)用 Microsoft Excel 2010軟件，采用SPSS 17.0軟件One-Way ANOVA方法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量對果蔗收獲后土壤養(yǎng)分的影響

從表1可以看出，經(jīng)過果蔗近一年的生長，土壤營養(yǎng)成分因土壤含水量的不同都隨之發(fā)生變化，全N、全P、速效K和有效P含量因田間持水量發(fā)生了顯著性變化，C處理中全N、全P、速效K和有效P含量下降顯著，其次是A處理。由此說明，全N、全P、速效K和有效P含量受土壤含水量影響，C處理土壤含水量最低，土壤全 N、全 P、速效K和有效P消耗最多，B處理消耗最少，而A處理由于土壤含水量高，推測上述部分養(yǎng)分隨水分流失。但是，不同的土壤含水量，水解性氮、全鉀、有機(jī)質(zhì)和pH值沒有顯著差異。

2.2 不同土壤含水量對果蔗根、莖和葉全N、P和K含量的影響

表1 土壤含水量收獲果蔗后土壤養(yǎng)分

從表2可以看出，隨土壤含水量的不同，果蔗根、莖和葉的全 N、P、K含量不同。全 N含量：在果蔗根中，B處理最高 18.54 g/kg，A處理最低15.02 g/kg，A處理與B和C處理之間有顯著性差異。在果蔗葉中，C處理最高為9.89 g/kg，B處理最低為7.54 g/kg，A和B處理與C處理之間有顯著性差異。在果蔗莖中A、B和C 3個處理間無顯著差異。全K含量：在果蔗莖中，C處理含量最高5.38 g/kg，B處理最低為3.47 g/kg，A和B處理與C處理之間有顯著性差異。在果蔗葉中，C處理含量最高20.62 g/kg，B處理最低為17.38 g/kg，A和B處理與C處理之間有顯著性差異。在果蔗根中，A、B和C 3個處理間無顯著差異。全P含量：根、莖、葉在3種處理下全P含量都不相同，但是各處理之間沒有顯著性差異。

2.3 不同土壤含水量對果蔗生理影響

表2 不同土壤含水量果蔗收獲后全N、P和K含量

由表3可以看出，MDA含量隨不同水分處理而不同，其含量隨土壤含水量的減少而減少，其中 A處理 MDA 含量最高為 8.33 Nmol/g·FW，C處理MDA含量最低為 2.46 Nmol/g·FW，方差分析表明A、B、C 3個處理間都存在顯著差異。葉綠素含量因土壤含水量的不同而不同，A處理葉綠素含量最高為 0.856 mg/g，B處理葉綠素含量最低為 0.601 mg/g，方差分析A、B、C 3個處理之間都有著差異。CAT、POD、SOD和可溶性蛋白，方差分析表明，A、B、C 3個處理之間無顯著差異。

2.4 不同土壤含水量對果蔗主要農(nóng)藝性狀影響

由表4可以看出，不同土壤含水量對果蔗的株高、莖徑、節(jié)間長度、單莖重、錘度和綠葉總重具有顯著影響。果蔗株高隨土壤水分含量的增加而增加，C處理比A處理平均株高少91.1 cm，比B處理少49.5 cm，方差分析表明，3個處理之間株高都存在顯著差異。甘蔗莖徑隨土壤含水量的增加而增大，A處理莖徑最大為4.11 cm，C處理莖徑最小為3.79 cm，A和B與C之間存在顯著差異。甘蔗節(jié)間長度，隨土壤水分含量增加而增長，A處理節(jié)間最長為10.59 cm，C處理節(jié)間長最短為8.56 cm，A和B與C之間存在顯著差異；在單莖重方面，A處理單莖最重為3.12 kg，C處理單莖最輕為1.67 kg，A和B與C之間存在顯著差異；蔗汁錘度方面，以B處理錘度最高為17.78，A處理錘度最低為16.54，A處理和C處理之間存在顯著差異；在綠葉總重方面，隨土壤水分含量的增加而增加，A處理和B處理與C處理之間存在顯著差異。從表4還可以看出，不同水分處理下，節(jié)間數(shù)和綠葉數(shù)沒有出現(xiàn)顯著差異。由此可見，果蔗主要農(nóng)藝性狀隨土壤含水的增加而增加。

表3 不同土壤含水量果蔗生理指標(biāo)影響

3 結(jié)論與討論

表4 不同土壤含水量對果蔗主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量影響

果蔗經(jīng)過近一年的生長發(fā)育以后，土壤營養(yǎng)因土壤含水量的不同隨之發(fā)生變化，全 N、全 P、速效K和有效P含量受土壤含水量影響顯著，水解性氮、全鉀、有機(jī)質(zhì)和 pH值沒有顯著差異。果蔗葉片葉綠素含量和根、莖和葉的全N、P、K含量因土壤含水量不同而不同；MDA含量隨土壤含水量的減少而減少，而CAT、POD、SOD和可溶性蛋白沒有顯著差異。不同土壤含水量對果蔗的株高、莖徑、節(jié)間長度、單莖重、錘度和綠葉總重有顯著影響。株高、莖徑、節(jié)間、單莖重和綠葉總重隨土壤水分含量的增加而增加，而蔗汁錘度、節(jié)間數(shù)和綠葉數(shù)與土壤含水量沒有顯著差異。由此可見，果蔗主要農(nóng)藝性狀隨土壤含水的增加而增加。

土壤是植物正常生長所需養(yǎng)分的主要來源，土壤養(yǎng)分主要由C、N、P和K養(yǎng)分組成，是地上部植物生長發(fā)育的載體和基質(zhì)[14]。水分是為干旱區(qū)作物生長的主要限制因子之一，其含量影響土壤養(yǎng)分的釋放、遷移和被作物吸收利用的程度[15]。土壤種植以后，土壤養(yǎng)分會發(fā)生不同的變化，而種植土壤養(yǎng)分含量變化直接關(guān)系到植物生長[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同的土壤含水量在果蔗收獲后，對土壤養(yǎng)分有顯著的影響，土壤養(yǎng)分隨土壤含水量的降低而降低，這與前人研究一致[17-18]。

土壤含水量的不同影響植物的生長發(fā)育和營養(yǎng)的吸收和分配，研究表明栽培條件、溫度變化和水分影響作物干物質(zhì)和N、P、K在植物各部位的分配比例[19-20]。本研究表明，不同的土壤含水量，果蔗的根、莖、葉對N和K的吸收和積累因生長部位不同有差異，而P含量沒有因土壤含水量有顯著變化。

我國甘蔗有85%以上種植在旱坡地上，干旱成為限制甘蔗生產(chǎn)的主要因素之一。楊平飛等研究表明，滴灌對甘蔗伸長期的農(nóng)藝性狀、生理生化性狀、品質(zhì)性狀和產(chǎn)量有顯著影響[21]，趙麗萍等研究表明不同的土壤含水量影響甘蔗主要農(nóng)藝性狀，干旱脅迫使甘蔗的株高、產(chǎn)量均會明顯下降[22]。本研究表明，果蔗株高、莖徑、節(jié)間長度、單莖重和綠葉數(shù)等都隨土壤含水量的增加而增加。CAT、POD、SOD和可溶性蛋白都沒有明顯的差異，這可能與甘蔗栽培需要土壤最大持水量 70%～90%較為適宜的結(jié)果一致[9]。綜上所述，果蔗在土壤含水量為 90%條件下栽培，品質(zhì)和產(chǎn)量都是最高。