底部滲灌下薄殼山核桃容器苗的水分利用及生理響應(yīng)

朱海軍，張普娟，生靜雅，劉廣勤，曹福亮

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，江蘇 南京 210014；2.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江蘇 南京 210037)

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底部滲灌下薄殼山核桃容器苗的水分利用及生理響應(yīng)

朱海軍1,2，張普娟1，生靜雅1，劉廣勤1，曹福亮2*

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，江蘇 南京 210014；2.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江蘇 南京 210037)

【目的】研究明確底部滲灌對(duì)薄殼山核桃水分利用及生長(zhǎng)的影響。【方法】以薄殼山核桃一年生容器苗為材料，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，測(cè)定底部滲灌和上方噴灌處理下苗木水分利用效率、光合參數(shù)及養(yǎng)分含量?！窘Y(jié)果】與上方噴灌相比，底部滲灌能節(jié)約灌溉水62 %，水分利用效率提高193 %；苗木株高、地徑分別提高了11.7 %和41.5 %；凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率等光合作用指標(biāo)顯著提高；底部滲灌顯著地促進(jìn)了薄殼山核桃容器苗的養(yǎng)分積累，與上方噴灌苗木相比，根系中N增加53.8 %、K增加100 %，莖干中N增加35.3 % 、P增加48.3 %，葉片中N、P、K分別增加48.7 %、117.2 %、28.7 %?！窘Y(jié)論】生產(chǎn)中薄殼山核桃容器苗培育建議采用底部滲灌的方式，節(jié)水同時(shí)也提高苗木品質(zhì)。

底部滲灌；薄殼山核桃；營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)；水分利用效率

【研究意義】目前，容器育苗中多采用上方噴灌的方式，49 %～72 %的水不能為植物利用而浪費(fèi)[1]，在闊葉類和大冠幅樹種育苗中尤為明顯；同時(shí)，由于水肥一體化噴灌技術(shù)的應(yīng)用，隨水灌溉的肥料也大量損失，帶來(lái)一系列的環(huán)境污染問(wèn)題。底部滲灌是苗木利用基質(zhì)的毛細(xì)管作用獲得生長(zhǎng)所需水分的一種新型技術(shù)，具有節(jié)水、節(jié)費(fèi)、省工、省力等優(yōu)點(diǎn)，特別是還具有促進(jìn)苗木生長(zhǎng)、提高苗木質(zhì)量的特點(diǎn)[2-4]，近年來(lái)逐步開始受到重視。【前人研究進(jìn)展】但國(guó)內(nèi)在此方面開展的研究很少，公開報(bào)道的文獻(xiàn)中僅在栓皮櫟[5-6]、華北落葉松[7-9]上有初步研究。【本研究切入點(diǎn)】底部滲灌在容器育苗中有著越來(lái)越多的應(yīng)用，不同的植物種類對(duì)水分的利用效率、適應(yīng)機(jī)制有所差異?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究比較了底部滲灌和上方噴灌下苗木在水分利用、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、光合生理以及養(yǎng)分積累等方面的響應(yīng)，為底部滲灌應(yīng)用于薄殼山核桃容器育苗提供了理論依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為1年生薄殼山核桃實(shí)生苗，種子于2011年10月采自泗洪縣科暉現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展生態(tài)園，品種為‘Pawnee’，采收后種子置于網(wǎng)袋干藏。2012年3月25日種子催芽，10 d后挑選發(fā)芽種子，播種在無(wú)紡布營(yíng)養(yǎng)袋(15 cm×30 cm)中，置于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所日光溫室內(nèi)培養(yǎng)，基質(zhì)為體積比3∶1的泥炭、珍珠巖，pH 5.4，土壤有機(jī)質(zhì)含量51.6 %，大量元素含量為N(1.42 %)、P2O5(0.23 %)、K(0.119 %)；每立方米基質(zhì)中添加APEX(19-6-12)控釋肥6 kg。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置底部滲灌和上方噴灌2種處理，底部滲灌是將容器苗放置于周轉(zhuǎn)箱中滲灌，上方噴灌是利用噴水壺在容器苗上方灌溉，均以澆水達(dá)到基質(zhì)最大持水量的85 %為標(biāo)準(zhǔn)，每周單株稱重補(bǔ)充水分，記錄每次澆水量；出苗后，最初30 d采用上方噴灌的方式保證基質(zhì)水分，然后再分別進(jìn)行底部滲灌和上方灌溉處理，每處理60株，重復(fù)3次。

1.2.2 生長(zhǎng)量與生物量測(cè)定 生長(zhǎng)季末(10月30日)，每處理隨機(jī)挑選10株，測(cè)定植株生長(zhǎng)量和生物量，株高用鋼卷尺測(cè)量、地徑用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量；然后用蒸餾水將植株表面基質(zhì)沖洗干凈，分別稱量根、莖、葉各部分鮮重，然后葉片105 ℃殺青2 h，與根、莖一起在80 ℃下烘干至恒重，稱量各部分干重，重復(fù)3次。

水分利用效率=(苗木干重-種子干重)/耗水量

品質(zhì)指數(shù)=苗木干重/(冠根比+高徑比)

1.2.3 用水量的測(cè)定 采用稱重法。通過(guò)稱重充分吸水前后容器中基質(zhì)重量確定達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)容器中的水重；2012年5月1日，苗木開始底部滲灌和上方噴灌處理，每天稱重容器重量，當(dāng)基質(zhì)中水分小于基質(zhì)最大持水量的85 %時(shí)，將容器苗放在周轉(zhuǎn)箱中進(jìn)行底部滲灌，浸水時(shí)保持周轉(zhuǎn)箱中水深為5 cm，待底部滲灌使基質(zhì)達(dá)到飽和水重，稱量容器重量，計(jì)算用水量；上方噴灌采取同樣的方法，每天稱重容器，基質(zhì)含水量低于最大持水量的85 %時(shí)，噴水壺上方噴灌直至達(dá)到既定含水量，記錄噴水壺總用水量。

1.2.4 光合參數(shù)的測(cè)定 利用LiCor-6400XT便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)(美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn))測(cè)定光合參數(shù)。每處理隨機(jī)選取3株容器苗，每株選取自下往上第4、5張功能葉片，分別于當(dāng)年5月20日、7月20日、9月20日上午10:00-11:00測(cè)定各光合參數(shù)，包括凈光合速率(Net photosynthetic rate,Pn)、氣孔導(dǎo)度(Stomata conductance,Gs)、胞間CO2濃度(Internal CO2concentration,Gi)、蒸騰速率(Transpiration rate,Tr)。

1.2.5 養(yǎng)分含量的測(cè)定 生物量測(cè)定后，根、莖、葉分別粉碎過(guò)篩，消煮后測(cè)定養(yǎng)分含量，其中全氮采用凱氏定氮法測(cè)定；全磷采用硫酸-高氯酸消煮法測(cè)定；鉀含量采用原子吸收分光光度計(jì)(Zeenit700，德國(guó)Analytik Jena AG)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010整理作圖、SPSS 13.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 底部滲灌對(duì)薄殼山核桃容器苗生長(zhǎng)及水分利用狀況的影響

表1 底部滲灌對(duì)薄殼山核桃容器苗生長(zhǎng)及水分利用效率的影響

注：*表示同行兩指標(biāo)達(dá)到顯著性差異(P<0.05)，**表示同行兩指標(biāo)差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

Notes：*indicated a significant difference at 0.05 level, **indicated a significant difference at 0.01 level.

如表1，2種灌溉方式下，薄殼山核桃容器苗耗水量及水分利用效率差異達(dá)到極顯著水平。采用上方噴灌，苗木平均每株耗水量為18.56 L，而采用底部滲灌的苗木平均株耗水量?jī)H為7.12 L，因此，底部滲灌比上方噴灌節(jié)約了62 %的用水；從水分利用效率看，底部滲灌為2.57 g/L，為上方噴灌水分利用效率的2.6倍，兩者差異極顯著。

不同的灌溉方式對(duì)容器苗生長(zhǎng)有顯著影響，底部灌溉下苗木株高、地徑達(dá)到67.7 cm和7.78 mm，比上方噴灌苗木株高、地徑分別提高了11.7 %和41.5 %，其中對(duì)地徑的影響達(dá)到極顯著水平，兩者高徑比也具有極顯著差異。說(shuō)明，相對(duì)于高生長(zhǎng)，底部滲灌對(duì)薄殼山核桃容器苗地徑的促進(jìn)作用更大；灌溉方式也明顯影響了植株根系和地上部干物質(zhì)積累，底部滲灌下容器苗根冠比為1.38，是上方噴灌的苗木根冠比的1.28倍，差異達(dá)極顯著水平，說(shuō)明底部滲灌促進(jìn)了薄殼山核桃容器苗根系的生長(zhǎng)；總的來(lái)看，相比上方噴灌，底部滲灌更能促進(jìn)薄殼山核桃容器苗的生長(zhǎng)，苗木品質(zhì)指數(shù)分別為1.97和2.75，差異顯著。

2.2 底部滲灌對(duì)薄殼山核桃容器苗光合特性的影響

2.2.1 凈光合速率 如圖1，5月生長(zhǎng)初期，不同灌溉方式下，容器苗凈光合速率差異不顯著，分別為11.95和12.82 μmol·m-2·s-1；7月，2種灌溉方式對(duì)薄殼山核桃容器苗凈光合速率影響較大，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，底部滲灌容器苗的凈光合速率為10.15 μmol·m-2·s-1，較上方噴灌容器苗提高19.0 %；9月，2種灌溉方式下，容器苗凈光合速率也達(dá)到極顯著差異，底部滲灌苗木凈光合速率比上方噴灌苗木高出27.6 %。方差分析表明，灌溉方式和不同月份間無(wú)互作效應(yīng)。

2.2.2 氣孔導(dǎo)度 灌溉方式對(duì)薄殼山核桃容器苗氣孔導(dǎo)度的影響與凈光合速率趨勢(shì)一致(圖1)，5月，2種灌溉方式對(duì)氣孔導(dǎo)度影響不明顯，未達(dá)到顯著性差異；7月，2種灌溉方式對(duì)薄殼山核桃容器苗氣孔導(dǎo)度影響較大，達(dá)到顯著水平(P<0.05)，底部滲灌容器苗的氣孔導(dǎo)度12.59 mmol·m-2·s-1，比上方噴灌容器苗提高10.3 %；9月，2種灌溉方式也對(duì)容器苗氣孔導(dǎo)度產(chǎn)生了明顯影響，達(dá)到極顯著差異(P<0.01)，底部滲灌苗木凈光合速率為93.1 mmol·m-2·s-1，比上方噴灌苗木高17.6 %。方差分析表明，灌溉方式和不同月份間無(wú)互作效應(yīng)。

2.2.3 胞間CO2濃度 如圖1所示，灌溉方式對(duì)薄殼山核桃容器苗的胞間CO2濃度具有一定的影響，但與凈光合速率和氣孔導(dǎo)度的趨勢(shì)相反。在5月生長(zhǎng)初期，2種灌溉方式下薄殼山核桃容器苗胞間CO2濃度差異不顯著；7月，不同灌溉方式下，薄殼山核桃容器苗胞間CO2濃度產(chǎn)生了明顯差異，且達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，底部滲灌處理容器苗的胞間CO2濃度值為266.5 μmol·mol-1，較上方噴灌底部滲灌苗木降低了16.3 %；9月，2種灌溉方式也對(duì)容器苗胞間CO2濃度產(chǎn)生了明顯影響，達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)，底部滲灌苗木胞間CO2濃度值為326.73 μmol·mol-1，較上方噴灌底部滲灌苗木降低了8.6 %。方差分析表明，灌溉方式和不同月份間無(wú)互作效應(yīng)。

小寫字母表示差異達(dá)顯著性水平(P<0.05)；大寫字母表示差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)；下同Small letter indicated a significant difference at 0.05 level; Capital letter indicated a significant difference at 0.01 level. The same as below圖1 底部滲灌對(duì)薄殼山核桃容器苗凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率的影響Fig.1 Effect of sub-irrigation on net photosynthetic rate, stomata conductance, internal CO2 concentration and transpiration rate of pecan containerized seedling

圖2 底部滲灌對(duì)薄殼山核桃容器苗葉片、莖干、根系養(yǎng)分含量的影響Fig.2 Effect of sub-irrigation on leaf, stem and root nutrient content of pecan containerized seedling

2.2.4 蒸騰速率 上方噴灌和底部滲灌對(duì)容器苗蒸騰速率的影響與凈光合速率和氣孔導(dǎo)度的趨勢(shì)一致(圖1)，5月，2種灌溉方式對(duì)薄殼山核桃容器苗蒸騰速率影響不顯著，均保持了較高的水平；而后逐漸降低，到7月，2種灌溉方式對(duì)薄殼山核桃容器苗的蒸騰速率產(chǎn)生了明顯影響，差異達(dá)到顯著性(P<0.05)，底部滲灌容器苗的蒸騰速率為23.5 mmol·m-2·s-1，比上方噴灌容器苗的蒸騰速率高26.6 %；隨著苗木生長(zhǎng)速度減緩，蒸騰速率也逐漸下降，到9月生長(zhǎng)末期，2種灌溉方式下，容器苗蒸騰速率均下降，但兩者之間顯著差異，底部滲灌的容器苗的蒸騰速率仍比上方噴灌苗高，前者比后者高出19.3 %。方差分析表明，灌溉方式和不同月份間無(wú)互作效應(yīng)。

2.3 底部滲灌對(duì)薄殼山核桃容器苗養(yǎng)分含量的影響

如圖2所示，不同灌溉方式對(duì)薄殼山核桃容器苗葉片養(yǎng)分含量有顯著影響，其中葉片中N、P含量差異達(dá)到極顯著水平，K含量差異達(dá)顯著水平。底部滲灌容器苗葉片N含量為1.68 %，比上方噴灌苗木葉片N含量增加48.7 %；葉片P含量達(dá)0.21 %，比上方噴灌苗木葉片P含量增加117.2 %；底部滲灌容器苗葉片中K的含量達(dá)到1.09 %，比上方噴灌苗木葉片K含量增加28.7 %。

不同灌溉方式下，薄殼山核桃容器苗莖干中養(yǎng)分含量也有差異。底部滲灌容器苗莖干中N含量為1.29 %，比上方噴灌苗木增加35.3 %，具有顯著性差異；同樣地，底部滲灌苗木莖干中P含量也顯著高于上方噴灌苗木，增加量為48.3 %；而2種灌溉方式對(duì)莖干中K含量沒(méi)有明顯影響，兩者差異不顯著。

不同灌溉方式對(duì)薄殼山核桃容器苗根系中養(yǎng)分含量具有明顯影響，除根系中P含量無(wú)顯著差異，N和K含量都具有顯著差異。底部滲灌苗木根系中N含量為1.02 %，比上方噴灌苗木N含量增加53.8 %；根系中P的含量分別為0.12 %和0.09 %，差異不顯著；根系中K含量為0.18 %，為上方噴灌苗木K含量的2倍。

3 討 論

目前，容器苗的培育多采用上方噴灌方式，缺點(diǎn)是水分容易被葉片攔截并發(fā)生偏斜，浪費(fèi)嚴(yán)重，浪費(fèi)的灌溉水達(dá)49 %～72 %[1]。同時(shí)，也導(dǎo)致大約11 %～19 %的氮和16 %～64 %的磷流失，隨之帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題[10]。底部滲灌可以很好地解決灌溉水的浪費(fèi)和肥料流失問(wèn)題，提高水肥利用率，與上方灌溉相比，底部滲灌可節(jié)水72 %、68 %[2,11]。同時(shí)，底部滲灌還能促進(jìn)苗木質(zhì)量的提升。陳闖[11]研究表明，底部滲灌下栓皮櫟容器苗較上方灌溉苗高增加了6.1 %～14.6 %；Pinto等[12]的研究表明，與上方噴灌處理比，底部滲灌培育的紫松果菊的生物量提高14 %、苗高增加15 %。本試驗(yàn)結(jié)果表明，底部滲灌水分利用效率是上方噴灌的2.6倍，且節(jié)約了62 %的灌溉用水；薄殼山核桃容器苗株高、地徑比上方噴灌苗木分別提高了11.7 %和41.5 %；底部滲灌下苗木根冠比、品質(zhì)指數(shù)都顯著高于上方灌溉苗木。

土壤水分是影響植物體內(nèi)水分狀況的重要因素，從而直接影響植物光合作用的進(jìn)行。相關(guān)研究表明，較高的土壤含水量促進(jìn)了栓皮櫟的光合作用[13-14]；而土壤含水量過(guò)低，栓皮櫟苗木凈光合速率和蒸騰速率下降[15]。從本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，底部滲灌促進(jìn)了薄殼山核桃容器苗的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，而胞間CO2濃度則呈相反的趨勢(shì)。在苗木生長(zhǎng)初期，兩種灌溉方式對(duì)光合指標(biāo)影響無(wú)顯著差異；在容器苗生長(zhǎng)的中后期，底部滲灌顯著促進(jìn)了苗木凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。

基質(zhì)養(yǎng)分的有效性和吸收利用很大程度上由土壤的水分狀況所決定，土壤水分不足影響根系生長(zhǎng)，降低根系吸收能力，從而影響?zhàn)B分的吸收；充足的土壤水分能顯著提高養(yǎng)分吸收的有效性[16-17]；土壤水分不足使蛋白質(zhì)的合成減緩、降低植物N含量，從而影響植物的光合作用和光合產(chǎn)物的分配[18-19]。與上方噴灌相比，底部滲灌苗木N含量提高了15.79 %～32.18 %，P濃度提高了30.95 %～52.94 %[20]；在美國(guó)紅櫟、金合歡的研究上也表明，底部滲灌比上方噴灌更能促進(jìn)苗木營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累[21-22]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，底部滲灌顯著地促進(jìn)了薄殼山核桃容器苗的養(yǎng)分積累，與上方噴灌苗木相比，根系中N增加53.8 %、K增加100 %，莖干中N增加35.3 % 、P增加48.3 %，葉片中N、P、K分別增加48.7 %、117.2 %、28.7 %。原因可能是底部滲灌下，植株體內(nèi)養(yǎng)分損失較少?gòu)亩３州^高的養(yǎng)分水平，同時(shí)由于植株光合作用得到促進(jìn)，光合產(chǎn)物增加因而積累更多的營(yíng)養(yǎng)。

4 結(jié) 論

薄殼山核桃容器苗能較好的適應(yīng)底部滲灌的水分管理措施，比傳統(tǒng)的上方噴灌提高水分利用效率，且苗木品質(zhì)也大大提高，因此可以應(yīng)用于容器苗的生產(chǎn)。

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(責(zé)任編輯 李山云)

Water Use and Physiological Characteristics ofCaryaillinoensisContainerized Seedling under Sub-irrigation

ZHU Hai-jun1,2, ZHANG Pu-juan1, SHENG Jing-ya1, LIU Guang-qin1, CAO Fu-liang2*

(1.Institute of Pomology, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Jiangsu Nanjing 210014,China; 2.College of Forestry, Nanjing Forestry University, Jiangsu Nanjing 210037,China)

【Objective】The present experiment was conducted to study the effect of sub-irrigation on water use and seedling growth.【Method】Water use efficency (WUE), vegetative growth, photosynthesis and nutrient status of one-year-old pecan containerized seedling were studied under sub-irrigation and overhead irrigation.【Result】Sub-irrigation might conserve at least 62 % of irrigation water, improve water use efficency (WUE) by 193 % compared with overhead irrigation. Seedling height and root collar diameter(RCD) were increased by 11.7 % and 41.5 %. Net photosynthetic rate, stomata conductance, transpiration rate were also improved significantly. N and K content of root increased by 53.8 % and 100 %, N and P content of stem increased 35.3 % and 48.3 %, N, P and K content of leaf increased by 48.7 %, 117.2 % and 28.7 % respectively.【Conclusion】Sub-irrigation should be suggested applying in pecan containerized seedling cultivation because of its water conservation characteristic and good seedling quality.

Sub-irrigation; Caryaillinoensis(Wangenh.) K. Koch; Vegetative growth; Water use efficency

1001-4829(2017)6-1325-05

10.16213/j.cnki·cjas.2017.6.015

2016-08-09

2015年中央財(cái)政林業(yè)科技推廣項(xiàng)目“丘陵山區(qū)薄殼山核桃早期豐產(chǎn)栽培技術(shù)示范”([2015]TJS03號(hào))

朱海軍(1981-)，男，山東濰坊人，副研究員，主要從事經(jīng)濟(jì)林栽培研究；E-mail: zhuhj81_@126.com，*為通訊作者：曹福亮，flcao126@126.com。

S664.1

A