优质樱桃番茄高效水氮耦合管理

【目的】水分和氮素是限制作物产量和品质的最重要因素,合理的水肥管理是农业生产高产高效的关键。结合同位素技术研究最优水氮耦合模式,为樱桃番茄生产中合理灌水和施氮,提高番茄果实品质及水分利用效率(WUE)提供科学依据。【方法】以樱桃番茄品种‘千禧’为试验材料,结合稳定同位素技术进行水肥耦合盆栽试验。试验设置3个灌溉水平(W)和3个氮素水平(N),灌溉水平包括90%土壤持水量(充分供水,WH),70%土壤持水量(中度水分胁迫,WM)和50%土壤持水量(重度水分胁迫,WL);氮素水平包括高氮(0.23 g/kg,NH),中氮(0.16 g/kg,NM)和低氮(0.08 g/kg,NL)。试验采用完全随机设计,共9个处理。在灌溉施肥处理60天后收获,分析测定了植株不同部位的生物量及碳、氮、氧同位素含量。【结果】在WH和WM条件下,增加氮素用量使番茄地上部干物质量和叶面积显著增加,增幅分别为19.8%~45.4%和29.4%~106.8%;相同氮素水平下,WH和WM的地上部干物质量和叶面积比WL分别增加24.7%~83.4%和17.6%~90.4%。WHNH处理干物质量和叶面积最高,WMNH处理次之,但后者耗水量低,具有最高的WUE。在WH和WM下,随着氮素用量的增加番茄植株的WUE和氮素含量同步增加。土壤水分水平下降提高了植株的WUE以及δ13C和δ18O,而WUE提高的主要原因是由于叶片气孔的优化调控,植株叶片的δ13C和δ18O可以用于表示灌溉施肥条件下长时间尺度上的WUE信息。WLNM处理提高番茄的糖分含量,而WHNM处理能降低番茄的有机酸含量,从而使番茄口感更好,提高番茄品质。【结论】中度水分胁迫和高氮处理(WMNH)能在促进番茄生长和提高氮素吸收和利用效率的同时减少水分用量,提高番茄的水分利用效率,为本试验的最优水氮耦合处理。

三十烷醇纳米制剂对冬小麦抗旱生理特性的影响

以‘XR4347’品种冬小麦为供试作物,在步入式气候室内开展盆栽试验,设置3种叶面喷施剂型和3个灌溉水平,剂型为市售三十烷醇微乳剂(TRIA,T1)、水滑石负载三十烷醇纳米制剂(TRIA-LDH,T2)和助剂条件对照(T3);灌溉水平分别设置为土壤田间持水量的90%(充分灌溉,W1)、60%(中度水分胁迫,W2)和40%(重度水分胁迫,W3)。结果表明:(1)在相同水分处理下,喷施TRIA和TRIA-LDH对小麦叶片光合速率有促进作用。中度水分胁迫下,喷施TRIA和TRIA-LDH的小麦地上部干质量较对照处理分别增加69.9%和32.7%,水分利用效率分别增加32.2%和16.4%;重度水分胁迫下,喷施TRIA-LDH的小麦耗水量比喷施TRIA显著降低24.0%,地上部干物质积累量增加,因此水分利用效率显著提高13.6%。(2)中度水分胁迫下喷施TRIA-LDH的小麦叶片过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性比喷施TRIA处理显著增加2倍,重度水分胁迫下喷施TRIA-LDH的小麦叶片SOD活性比喷施TRIA处理显著增加1倍,表明喷施TRIA-LDH比喷施TRIA对抗氧化酶活性的促进效果更好。(3)重度水分胁迫下,喷施TRIA-LDH与TRIA的小麦叶片ABA含量分别比对照处理显著降低21.8%和30.9%,表明重度水分胁迫下外源施用三十烷醇可通过降低叶片ABA含量有效缓解水分胁迫对于植株生长的抑制。(4)重度水分胁迫下,喷施TRIA的小麦叶片保卫细胞Ca^(2+)大量外流,而喷施TRIA-LDH的叶片保卫细胞Ca^(2+)内流,可见植物对TRIA-LDH的吸收利用效果更好。在水分胁迫下,三十烷醇纳米制剂增强了植株的抗旱能力,提高了植株的水分利用效率。因此,水滑石纳米载体可用于负载三十烷醇,实现三十烷醇对植物高效、可持续的调控。

施氮和干旱锻炼后复水/复旱对小麦水分利用效率的影响

以“XR4347”冬小麦品种为供试作物,在温室内开展盆栽试验。试验设置不施氮(N0)和施氮(N1,1.5g·盆^(-1))2个氮素水平,每个水平下设置3种水分处理模式,即全程充分灌水(CK)、干旱锻炼后复水(PW)和干旱锻炼后复旱(PD),研究施氮和干旱锻炼后复水/复旱对冬小麦水分利用效率的影响。结果表明:干旱锻炼后复旱使植株水势降低。与CK和PW处理相比,干旱锻炼后复旱对气孔导度(g_(s))的降低作用大于光合速率(P_(n))的下降,因此,提高了叶片和植株水平的水分利用效率。在CK和PW处理下,施氮与未施氮处理相比,叶片的P_(n)和g_(s)均显著提高,而内在水分利用效率(WUE_(int),P_(n)/g_(s))小幅度增加。PD处理下,施氮对g_(s)的影响大于对P_(n)的影响,与不施氮(N0)处理相比,施氮(N1)处理下小麦叶片P_(n)增加4.5%,而g_(s)下降13.6%,因此,WUE_(int)显著提高。干旱锻炼后复旱显著降低了施氮后植株的g_(s)和耗水量,其WUE_(b)和叶片δ13C在施氮后最高,进一步表明干旱锻炼后复旱条件下施氮提高植株的WUE_(b)主要是由于气孔的调控造成的。因此,在干旱缺水地区,将干旱锻炼与施氮结合,不仅可以显著降低植株耗水量、节约灌溉用水、维持作物生长和养分吸收,还可以提高叶片和植株水平的水分利用效率。

施氮水平和干旱锻炼后复水程度对小麦水分利用效率的影响

以‘XR4347’冬小麦品种为供试作物,在温室内开展盆栽试验。设置低氮(N0.5,74 mg·kg^(-1)),中氮(N1.5,223 mg·kg^(-1))和高氮(N3,446 mg·kg^(-1))3个氮素水平,各氮素水平下设置3种水分处理,分别为W85:干旱锻炼(40%土壤持水量(SWHC))后复水至85%SWHC;W60:干旱锻炼后复水至60%SWHC;W40:干旱锻炼后复旱至40%SWHC,研究氮素水平及干旱锻炼后复水程度对小麦生理特性及水分利用效率的影响。结果表明:干旱锻炼后复水能够改善植株水分状况,但中氮和低氮处理时,复水程度过高降低小麦根水势(RWP)。叶片气孔导度(g)受水力信号和脱落酸(ABA)信号的调控,叶片内在水分利用效率(WUE)与g呈显著负相关关系,因此降低复水程度或增施氮肥通过调控g提高WUE。干旱锻炼后复水程度高增加小麦叶面积(LA)、地上部干物质量(SDB)和植株耗水量(PWU),促进氮素吸收,但降低根系生长。与复水程度相比,氮素水平对植株水分利用效率(WUE)的影响更显著,高氮处理在保证SDB积累的同时使PWU降低9.1%,WUE提高10.1%。植株叶片的碳同位素组成(δC)随着氮素水平的提高而增加,WUE与叶片δC呈显著正相关关系,表明叶片δC可以用来表征干旱锻炼条件下WUE的高低,增施氮肥通过增强叶片的光合能力或优化调控叶片的气孔开度提高WUE。在所有处理中,N3W85和N3W60处理在保证SDB积累的同时提高WUE,但N3W60处理的PWU显著降低10.4%且根冠比较高,相比之下更有利于小麦植株的生长且节约灌溉用水,为本试验的最优处理。因此,在干旱缺水地区,增加施氮量或干旱锻炼后适当复水,不仅可以显著降低PWU、节约灌溉用水、维持作物生长和养分吸收,还可以提高叶片和植株的WUE。