果树对土壤水势响应研究进展

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  摘要 通过总结果树生理、生长及果园生态因子对土壤水势响应及相关阈值界定的研究进展,提出土壤水势与果树生命互作尚待解决的问题,为进一步研究果树生物节水提供理论参考。
  关键词 果树;土壤水势;响应
  中图分类号 S601 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2016)07-026-02
  Research Progress on Fruit Response to Soil Water Potential (SWP)
  SU Xue-de, LI Ming, GUO Shao-jie et al (Institute of Horticulture, Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science, Shihezi, Xinjiang 832000)
  Abstract We researched the response of fruit tree physiology, growth and orchard ecological factors to the soil water potential and relevant threshold definition. The problems in the interaction between soil water potential and fruit tree life were put forward, which provided theoretical references for the biological water saving of fruit tree.
  Key words Fruit; Soil water potential; Response
  我国是一个水资源匮乏的国家,农业用水量占总用水量的80%以上,灌溉水利用率仅为43%,与发达国家80%的灌溉水利用率相差甚远。发展节水灌溉技术成为缓减水资源供需矛盾的主要途径[1]。现代节水农业主要包括生物节水和工程节水2个方面。生物节水是耗水节水,主要解决的是水分从植物根部流经植物体内,参与植物新陈代谢与生物质生产这个过程水分的消耗问题[2]。近年来,土壤水方面的研究发展迅速[3-5],在果树节水方面,主要集中在土壤含水量对果树生长方面的研究[6-7]。但在不同土壤条件下,果树正常生长需要的土壤含水量不同,单纯用土壤含水量很难判断土壤水分的有效性,在不同土壤条件下果树维持正常生命所需要的土壤水势是相同的[8]。对于根系较深、需水量较大的果树,滴灌技术应用相对较难,多以传统地面灌溉为主,水资源浪费严重[9]。因此通过土壤水势研究灌溉节水指标是今后的主要研究方向[10-12]。笔者在前人相关研究的基础上,对果树生理、生长及果园生态因子对土壤水势响应及相关阈值界定进行总结,提出土壤水势与果树生命互作尚待解决的问题,为进一步研究果树生物节水提供参考。
  1 果树生理对土壤水势响应的研究
  土壤水势过高过低均会影响到果树生理指标的变化,土壤水势过低果树叶片光合速率、气孔导度和蒸腾强度随之降低[13-14]。当果树根系长期处于奢侈水势状态时,就会严重影响到果树生长和光合作用。适宜土壤水势使葡萄叶片光合速率、叶绿素含量以及Fm最大[15]。土壤水势降低使葡萄叶片中脯氨酸、丙二醛含量增加,过氧化氢酶活性也增强。葡萄叶水势随土壤水势的降低呈下降趋势,叶水势的变化较土壤水势具有明显的滞后性[16]。不同水势下叶水势的日变化趋势大致相同,清晨最高,中午达到最低点,下午开始回升[10]。在适宜土壤水势下葡萄不同节位叶片水势差异不大,但气孔导度与叶片水势随叶片节位变化呈直线负相关[17] 。葡萄着色期土壤水势在-24 kPa时糖卸载速率最高,-5~-14 kPa时较平缓,-15~-19 kPa时先升高后下降,到-20 kPa左右时达到最低值,-l6.86 kPa时葡萄果实的糖卸载速率最高[18]。
  2 果树生长对土壤水势响应的研究
  植物器官(茎、叶、果实等)体积微变化动态与其体内的水分状况有关,当根系吸水充足时茎干微膨胀,水分亏缺时茎干微收缩[19]。茎干直径的动态微变化是研究植物体水分和生长状况的重要指标[20]。茎干直径的变化直接反映了植株体内的水分状况与环境因子的影响,当茎干直径出现负增长时,即为受到水分胁迫[21]。在干旱半干旱气候条件下,不同月份桃树在适宜土壤水势下茎干日变化规律分别呈台阶式上升、“W”、“勺状”变化趋势[22]。在适宜土壤水势下新生长的枣吊平均长度、枣吊数量、叶面积、花芽数量、坐果率、水分利用效率明显比水分胁迫下高[23]。茎干直径微变化规律可以反映果树的水分状况,以期为果园灌溉制度的确定提供科学依据[20]。
  3 果园生态因子对土壤水势、叶水势响应的研究
  自然条件下,植物的水分状况是由土壤水势和大气水势共同决定的,除土壤湿度外,气温、光照、相对温湿度等气象因子对植物水势也有影响[24]。果树生长是多种生态因子共同作用的综合表现。对土壤水势与葡萄园气象因素以及葡萄产量、品质进行了研究,得出了SPAC系统的一定规律[24-25]。各要素水势由土壤到葡萄再到大气逐步下降,随着灌溉定额的增加相临界面水势差增大。各要素水势的日变化呈下降趋势,下降幅度以大气最大,叶片次之,土壤最小;叶片水势与大气水势日变化波峰出现于16:00,土壤水势的下降幅度随土层增加逐渐减小;在影响葡萄园SPAC水势的环境因子中,叶片水势和土壤水势相关性显著[26]。在极端干旱区,葡萄与主要生态因素的关系,主要是不同水分处理下不同生态因素对叶水势的影响不同,在低水和高水处理下直接影响葡萄叶水势日变化最重要的生态因素是大气相对湿度,大气温度在中水和低水处理下的葡萄叶水势日变化中直接作用最大,且大气相对湿度在各处理中的总作用均为最大[10]。不同生育期核桃露点叶水势与土壤含水量的关系不同,在果实膨大期、硬核期和油脂转化后期呈正相关关系,油脂转化前期呈负相关关系;滴灌成齡核桃叶水势日变化与太阳辐射和大气温度呈负相关,与相对湿度呈正相关,影响核桃叶水势日变化的主要气象因子是大气温度,其次是大气相对湿度、太阳辐射[27]。对桃树水分指标敏感性进行对比,得出敏感性顺序为茎干直径波动>茎干液流变化率>茎干液流累积=黎明叶水势=茎干水势>中午叶水势>叶面温度[28]。冬季大气温度和土壤温度具有较大的差异性,土壤温度的变异性在不同时间和深度显著不同,融雪期间土壤水势和水分含量变化剧烈[29]。   4 土壤水势与果树生长相关阈值界定研究
  基于土壤水势变化的灌溉节水机理与调控阈值,在果园灌溉过程中,土壤含水率及水势变化具有入渗排气、渗吸增能、吸脱水减能和缓慢脱水减能的阶段性特征。当土壤处于水分亏缺状态急需补充水分时,土壤水势梯度大于1.0 cmH2O/cm;当土壤水分得到充分补给达到过水状態时,土壤水势梯度等于1.0 cmH2O/cm;当土壤中水分过剩而处于脱水状态时,土壤水势梯度小于1 cmH2O/cm [30]。在干旱半干旱气候条件下,春季桃树在不同生长时段内相对适宜土壤水势分别为-23.38、-22.16和-42.94 kPa [22]。桃树在逐步干旱过程中当土壤水势为-0.43、-0.50、-2.30 Mpa左右时分别是树干加粗、果实膨大和冠层净光合的临界水势[31]。当李子土壤水势分别在Ψsoil>-45 kPa和Ψsoil<-45 kPa时,茎干水势Ψstem和最大日茎干收缩MDS都能够很好地反映植物的水分状态,可以作为灌溉控制指标[32]。通过葡萄需水规律精确调控葡萄不同发育阶段的土壤水势,有助于平衡葡萄营养生长和生殖生长的关系,在保证产量的基础上提高葡萄品质。通过高灵敏度FDR传感器实时采集土壤水势,实现葡萄阈值灌溉用水的精确自动控制[33]。
  5 讨论
  关于土壤水势与果树生命互作关系的研究相对较少,土壤水势不受土壤质地的直接影响。关于土壤水势与生命互作研究存在一些问题需要进一步深入研究:
  ①土壤水势与果树生长相关阈值界定亟待深入研究。
  根据果树生长期变化特征,将果树生命过程划分为死亡状态、亚健康状态、健康状态3个生命状态,同时将生命状态所划分的土壤水势区域分别定义为死亡水势、亚健康水势、适宜水势和奢侈水势[34]。果树3个生命状态研究,在桃树方面进行了一定的研究,但在其他果树方面研究相对较少,亟待加强果树不同生育期水势阈值的研究。
  ②以土壤水势为果树灌溉基准,需要加大推广应用。
  近年来关于果树灌溉制度的研究主要集中在水分对果树生长的影响,以土壤含水量为依据,确定果树不同生育阶段的灌水量和灌溉制度。但在不同土壤条件下,果树正常生长所需要的土壤含水量不同,单纯用土壤含水量很难判断土壤水分的有效性。但在不同土壤条件下果树维持正常生命所需要的土壤水势是相同的,因此需要加大推广应用以土壤水势为基准的灌溉制度。
  ③基于土壤水势灌水阈值的果树灌溉自动化、智能化研究。
  土壤湿度的变化对果树生长的影响非常明显,根据土壤湿度的实时监测来控制灌溉系统,是目前主要的自动化、智能化灌溉模式。但基于土壤水势灌水阈值的果树灌溉自动化、智能化需加强研究和应用。
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  责任编辑 高菲 责任校对 李岩
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