加气滴灌温室辣椒增产与根际微域间的作用机制研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cg84989679
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加气滴灌优化调控土壤水气配比,改善土壤通气状况,有效缓解地下滴灌作物根际土壤缺氧症状,改变根际微环境,进而打开作物高产的大门。然而关于加气滴灌下根际土壤DOM组分及土壤腐殖化对土壤通气性、土壤酶等微环境因子及其与作物生产间的响应关系尚未明确。本研究在常规水肥地下滴灌的基础上,集成加气滴灌技术,以温室辣椒为研究对象,采用田间试验,设置灌水量(0.6和1.0倍作物-蒸发皿系数)、施氮量(225 kg/hm~2和300 kg/hm~2)和加气量(加气比率15%和0)3因素2水平随机区组试验,采用三维荧光光谱、结构方程模型(SEM)等方法系统研究加气滴灌对土壤DOM荧光光谱特性变化效应、土壤通气性、土壤酶、作物生产的影响,进一步解析提升作物生产及其与根际微域耦联关系,揭示加气滴灌-根际微域环境-作物生产间的作用机制,为水肥气精准调控提供支持。主要结论如下:(1)加气滴灌促进温室辣椒根系茁壮生长,增强对土壤营养的吸收能力,提高辣椒叶片叶绿素含量、光合作用,促进温室辣椒干物质积累、产量和品质的显著提升。较常规地下滴灌处理,加气滴灌处理温室辣椒干物质积累、产量、Vc含量和可溶性蛋白质含量分别显著提高20.54%、49.89%、8.15%和6.47%(P<0.05)。(2)在常规地下滴灌和加气滴灌模式下,辣椒生长、生理和养分对温室辣椒产量形成的贡献程度依次是:养分>生理>生长,养分对温室辣椒产量的影响主要来自间接作用,即对影响温室辣椒产量形成的生长和生理的作用。加气滴灌模式下,生理对温室辣椒产量影响的直接效应(0.816)与生理对生长的直接效应(0.917)基本一致,而常规地下滴灌模式,生理对温室辣椒产量影响的直接效应(0.266)小于生理对生长的直接效应(0.928)。(3)根区加气使灌溉后土壤氧气扩散速率(ODR)和氧化还原电位(ORP)显著提高,与常规地下滴灌处理相比,加气滴灌显著提高土壤中NO3--N含量、脲酶活性和蔗糖酶活性,降低NH4+-N含量。(4)在加气滴灌和常规地下滴灌模式下土壤DOM组分均以类腐殖酸物质>类富里酸物质>类色氨酸蛋白质物质为主,类酪氨酸蛋白质物质和溶解性微生物代谢产物为辅。在低水低氮和低水常氮条件下根区加气促进土壤DOM各组分的耗损,而在高水低氮和高水常氮条件下根区加气促进小分子类蛋白物质耗损的同时有助于分子量较高的腐殖质类物质的积累。辣椒生育末期加气处理腐殖化指数范围为8.47~9.94,高水低氮和常氮条件下,加气处理腐殖化程度较对照处理提高57.11%和78.36%(P<0.05)。通过土壤环境因素对土壤腐殖化影响的结构方程模型各路径作用效果分析,发现类蛋白质物质、腐殖质物质、土壤DOM演化是驱动土壤腐殖化程度的主导因素,且主要通过直接作用影响,而土壤通气性对土壤腐殖化程度的影响主要通过间接作用效果。(5)改善根际土壤环境有助于温室辣椒生长发育,促进营养物质的吸收,增加干物质的积累,提高辣椒产量和改善品质。通过结构方程模型各路径作用效果分析可知,土壤矿质氮含量、土壤酶活性、土壤通气性是温室辣椒增产提质的关键环境因子,土壤蛋白质物质对温室辣椒产量和品质的影响主要来自间接作用,即对影响产量形成和品质改善的生长生理的作用。
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