分根区交替灌溉对甘蔗生理生化性状的影响

杨平飞　李素丽　李正文等

摘要：采用常规均匀灌溉（CI）、常规滴灌（CDI）、分根区交替均匀灌溉（APRI）、分根区交替滴灌（APDI）4种灌溉方式和70%～80% θf（高水）、55%～65% θf（中水）和40%～50% θf（低水）3个灌溉水平，通过测定不同处理甘蔗的相关生理生化性状，研究和分析分根区交替灌溉技术对甘蔗生理生化的影响，以期为甘蔗的最佳灌溉方式及灌溉水平提供参考依据。结果表明，在苗期、分蘖期和成熟期，同一灌溉方式下，不同灌溉水平对SOD、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖及可溶性蛋白含量的影响程度为低水>高水>中水，对伸长期的影响程度为低水>中水>高水；同一灌溉水平下，不同灌溉方式对各生育期SOD、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖及可溶性蛋白含量的影响程度为APDI>APRI>CDI>CI。

关键词：甘蔗；分根区交替灌溉；生理生化性状

中图分类号： S566.107；S275 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）03-0103-05

分根区交替灌溉（APRI）的操作依据是通过不同时间向作物部分根系供水，以创造作物根系供水的不均匀性，诱导作物抗旱生理生态特性的发挥，它不仅是一种生物节水技术，而且是一种调节植物生长和生理生态代谢过程的有效调控手段，不仅能有效地提高作物水分利用效率，而且还具有稳定作物产量、提高果实品质、增强植物抗性、延缓观赏性状衰老等作用。许多研究已经发现分根区交替灌溉技术在提高水分利用率、调节果实品质等方面成效显著[1-2]。但前人大多集中在以果树等经济作物为主要对象的研究[3-5]，而对于以禾本科作物甘蔗为研究对象的报道甚少。因此，本研究在常规灌溉的基础上，结合分根区交替灌溉节水技术特点，以甘蔗品种新台糖22号为试验材料，采用严格控制的分根桶栽试验，研究不同灌溉方式与不同灌溉水平对甘蔗整个生育期生理生化性状的影响，试图确定甘蔗的最佳灌溉方式和灌溉水平，以期为甘蔗的科学栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

2013年3—11月，试验于广西大学温室内进行。供试土壤为学校教学实习基地的赤红壤轻黏土，pH值为5.23，有机质含量为3.24%，碱解氮为60.66 mg/kg，速效磷为9.86 mg/kg，速效钾为40.47 mg/kg，田间持水量为29.28%。供试材料为甘蔗品种新台糖22号（ROC22）。

1.2 试验方法

试验设2个因素，分别是灌溉方式、灌溉水平。灌溉方式设常规均匀灌溉（CI，每次对全部土壤均匀灌水）、常规滴灌（CDI，每次对全部土壤均匀滴灌）、分根区交替均匀灌溉（APRI，每次交替对1/2区域土壤灌水）、分根区交替滴灌（APDI，每次交替对1/2区域土壤滴灌）。灌溉水平设70%～80% θf（高水）、55%～65% θf（中水）和40%～50% θf（低水），θf为供试土壤的田间持水量。肥料施用司马牌复合肥，氮磷钾含量分别为12%、12%、17%。甘蔗每个生长期内施1次肥，每次施10 g。试验共设12个处理，每个处理4次重复，共48盆，随机区组排列。试验在塑料桶中进行，除对照的常规灌溉外，所有桶内粘有一层塑料布，将试验用桶分为均等的2个部分，构成分根装置。塑料布两侧各装土壤8.5 kg。滴灌装置采用容量为1.5 L的塑料吊袋，每个塑料吊袋都由1根长约2 m的塑料管引流至桶内。种植前每个处理均灌至田间持水量的90%。

2013年2月1日每桶各种下2条单芽茎，待幼苗长至2叶1心期时进行间苗，待甘蔗苗长至3～4叶时开始进行水分控制。在进行水分控制前每个处理灌水控制在田间持水量的65%～80%范围内。进行水分控制后APRI和APDI的灌水量为CI及CDI的50%～70%。试验期间用磅秤称量桶重，称重间隔时间为3 d，用水量平衡方法确定蒸腾蒸发量，未称重时，按前2 d的灌水量进行灌水，用量筒量取灌水量，并记下每次各个处理的灌水量。试验于2013年11月23日结束。各处理施肥及田间管理措施均保持一致。

1.3 测定项目及方法

超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定按照刘祖祺等和崔娜的方法[6-7]测定，脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的测定按照张宪政等的方法[8]，丙二醛含量的测定按照赵世杰等的方法[9]。

1.4 数据分析和处理方法

试验数据采用Microsoft Excel 2003统计，采用SPSS软件中通用线性模型单因素变量法进行分析，方差分析内容包括灌水方式、灌溉水平之间的2因素交互效应。多重比较采用Duncans新复极差法。

2 结果与分析

2.1 对SOD活性的影响

表1的统计结果表明，在对各处理进行水分控制后，灌溉方式对苗期和伸长期的甘蔗SOD酶活性的影响均达到极显著水平（P<0.01），而对分蘖期和成熟期的影响则不显著（P>0.05）。灌溉水平对苗期的影响达到极显著水平（P<001），而对分蘖期、伸长期及成熟期的影响均不显著（P>005）。灌溉方式×灌溉水平对苗期和伸长期的影响均达极显著水平（P<001），对成熟期的影响则达到显著水平（P<005），而对分蘖期的影响则不显著（P>0.05）。

从表1可以看出，在苗期、分蘖期及成熟期中，同一灌溉方式下，不同灌溉水平对SOD酶活性影响程度为低水>高水>中水；在伸长期中，对SOD酶活性影响程度为低水>中水>高水。这说明低水处理受到了较严重的干旱胁迫，从而产生了大量的活性氧，促使甘蔗产生大量SOD来清除。在苗期，同一灌溉方式各低水处理的SOD酶活性明显高于中水处理；在分蘖期和成熟期低水处理与高水及中水处理间差异不显著（P>0.05）；在伸长期，同一灌溉方式各低水处理与高水处理间差异不显著（P>0.05）。

同一灌溉水平下，不同灌溉方式对SOD酶活性影响程度为APDI>APRI>CDI>CI。与CI低水处理相比，APRI低水处理对苗期SOD酶活性的影响明显，高出14.38%；在分蘖期和成熟期，各处理间差异不显著；在伸长期，APRI高水处理较CI高水处理影响明显，高出15.28%，APDI低水较CDI低水影响明显，高出14.12%。

与CI处理相比，APRI处理各生育期的SOD酶活性平均分别提高12.89%、7.98%、11.51%、17.62%；与CDI处理相比，APDI处理各生育期的SOD酶活性平均分别提高1062%、8.50%、10.13%、9.97%。

2.2 不同处理对脯氨酸含量的影响

表2的统计结果表明，在对各处理进行水分控制后，灌溉方式、灌溉水平及灌溉方式×灌溉水平对分蘖期和成熟期的甘蔗脯氨酸含量的影响均达到极显著水平（P<0.01）；灌溉方式对每个时期的影响均达到显著水平（P<0.05）；灌溉水平对苗期和伸长期的影响均不显著（P>0.05）；灌溉方式×灌溉水平对苗期的影响达到显著水平（P<0.05），而对伸长期的影响不显著（P>0.05）。

从表2可以看出，同一灌溉方式下，不同灌溉水平对苗期、分蘖期和成熟期脯氨酸含量影响程度为低水>高水>中水，除苗期CI外，APRI低水、CDI低水和APDI低水处理的苗期和分蘖期脯氨酸含量均明显高于其中水处理；成熟期APDI低水明显高于中水和低水处理，CI、APRI和CDI处理中各水分处理间的差异不显著（P>0.05）。灌溉水平对伸长期脯氨酸含量影响程度为低水>中水>高水，APRI和APDI低水处理明显高于高水处理，分别高出48.98%、64.66%。

在同一灌溉水平下，不同灌溉方式处理对各时期的脯氨酸含量影响程度为APDI>APRI>CDI>CI；与CI低水处理相比，APRI低水处理的苗期脯氨酸含量明显提高35.83%，其他处理间差异不明显（P>0.05）；在分蘖期，APRI与APDI的高水和低水处理明显高于CI和CDI的高水和低水处理；在伸长期和成熟期，APDI低水处理较CDI低水处理分别明显提高44.36%和161.14%。

与CI处理相比，APRI处理各生育期脯氨酸含量平均分别提高26.80%、50.33%、23.68%、26.74%；与CDI处理相比，APDI处理各生育期脯氨酸含量平均分别提高20.04%、56.17%、26.10%、75.99%。

2.3 不同处理对丙二醛含量的影响

表3的统计结果表明，在对各处理进行水分控制后，灌溉方式和灌溉水平对苗期的甘蔗丙二醛含量的影响均达到极显著水平（P<0.01），而对分蘖期、伸长期及成熟期的影响则不显著（P>0.05）；灌溉方式×灌溉水平对苗期和分蘖期的影响达到极显著水平（P<0.01），而对伸长期和成熟期的影响则不显著（P>0.05）。

从表3可以看出，同一灌溉方式下，不同灌溉水平对苗期、期、分蘖期和成熟期丙二醛含量影响程度为低水>高水>中水，分蘖期APDI低水处理明显比高水处理高出28.22%，其他苗期、分蘖期及成熟期各灌溉方式处理间差异不显著（P>0.05）；对伸长期丙二醛含量影响程度为低水>中水>高水，低水处理的明显高于中水和高水处理的；成熟期各处理间差异不明显（P>0.05）。

在同一灌溉水平下，不同灌溉方式处理对各时期的丙二醛含量影响程度为APDI>APRI>CDI>CI；苗期各处理间差异不显著（P>0.05）；与CI中水相比，APDI中水处理的分蘖期丙二醛含量明显上升34.23%，；在伸长期，APRI和APDI处理与CI和CDI处理间差异显著（P<0.05），与CI高水、中水和低水处理相比，APRI处理的丙二醛含量明显高出1801%、56.73%、53.32%，APDI高水、中水和低水处理较CDI处理分别明显高出18.34%、60.46%、56.50%；成熟期各处理间差异不显著（P>0.05）。

与CI处理相比，APRI处理各生育期丙二醛含量平均分别提高10.81%、11.55%、44.08%、4.49%；与CDI处理相比，APDI处理各生育期丙二醛含量平均分别提高16.02%、5.74%、44.99%、3.70%。

2.4 不同处理对可溶性糖含量的影响

表4的统计结果表明，在对各处理进行水分控制后，灌溉方式对苗期和伸长期甘蔗可溶性糖含量的影响达到极显著水平（P<0.01），对分蘖期的影响达显著水平（P<0.05），而对成熟期的影响不显著（P>0.05）；灌溉水平对成熟期的影响达到极显著水平（P<0.01），对苗期、分蘖期及伸长期的影响均不显著（P>0.05）；灌溉方式×灌溉水平对苗期和成熟期的影响达到极显著水平（P<0.01），对伸长期的影响则达到显著水平（P<0.05），对分蘖期的影响不显著（P>0.05）。

从表4可以看出，同一灌溉方式下，不同灌溉水平对苗期、分蘖期和成熟期可溶性糖含量影响程度为低水>高水>中水；苗期和成熟期各灌溉方式低水处理明显高于中水处理，与高水处理间差异不显著（P>0.05）；分蘖期各处理间差异不显著（P>0.05）；伸长期可溶性糖含量影响程度为低水>中水>高水，除了CI外，APRI低水、CDI低水和APDI低水处理明显高于其高水处理的，与中水处理间的差异则不显著（P>0.05）。

在同一灌溉水平下，不同灌溉方式处理对各时期的可溶性糖含量影响程度为APDI>APRI>CDI>CI；CI和APRI，CDI和APDI各处理间差异不显著（P>0.05）；在分蘖期和伸长期，各处理间的差异不显著（P>0.05）。在成熟期，与CI中水和低水处理相比，APRI中水和低水处理的分别提高13.79%、11.01%；而与CDI中水与低水处理相比，APDI中水和低水处理明显提高16.30%、15.45%。

与CI处理相比，APRI处理各生育期可溶性糖含量平均分别提高3.06%、27.08%、9.45%、9.57%；与CDI处理相比，APDI处理各生育期可溶性糖含量平均分别提高6.42%、19.54%、10.10%、13.23%。

2.5 对可溶性蛋白含量的影响

表5的统计结果表明，在对各处理进行水分控制后，灌溉水平和灌溉方式×灌溉水平对分蘖期和伸长期甘蔗可溶性蛋白含量的影响均达到极显著水平（P<0.01），对苗期和成熟期的影响则不显著（P>0.05）；灌溉方式对每个时期的影响均不显著（P>0.05）。

从表5可以看出，同一灌溉方式下，不同灌溉水平对苗期、分蘖期和成熟期可溶性蛋白含量影响程度为低水>高水>中水，对伸长期的影响则是低水>中水>低水；苗期APRI低水和APDI低水处理明显高出其中水处理的4444%、6106%，与高水处理间差异不显著（P>0.05），CI和CDI处理间差异性不显著（P>0.05）；分蘖期各灌溉方式低水处理明显高于中水处理的；成熟期各处理间差异性不显著（P>005）。

在同一灌溉水平下，不同灌溉方式处理对各时期的可溶性蛋白含量影响程度为APDI>APRI>CDI>CI；苗期CI和APRI，CDI和APDI各处理间差异性不显著（P>0.05）；分蘖期APRI、APDI中水和低水处理明显高于CI、CDI中水和低水处理；在伸长期，与CI低水处理的相比，APRI低水处理的明显提高89.88%，APDI低水处理的较CDI低水处理的提高74.34%；成熟期各处理间差异不显著（P>0.05）。

与CI处理相比，APRI处理各生育期可溶性蛋白含量平均分别提高10.16%、28.96%、61.31%、3.89%；与CDI处理相比，APDI处理各生育期可溶性蛋白含量平均分别提高1513%、23.66%、63.57%、4.23%。

3 结论与讨论

超氧化物歧化酶（SOD）作为生物体内存在的最重要活性氧清除系统，在维持活性氧的产生与消除的动态平衡方面起着非常重要的作用。本试验结果表明，分根区交替灌溉处理的SOD含量较常规灌溉增加，与邹养军的研究结果[10]一致，部分根系交替，其SOD酶活性均增加，可见部分干旱的根系能够提高植株保护酶系活性。

游离脯氨酸含量的增高能够降低叶片的渗透势，防止细胞脱水，可以保护细胞膜系统，维护胞内膜结构，是酶和亚细胞结构的保护剂，还能解除蛋白质分解初期产生NH3造成的毒害，防止其他有毒氨基酸的积累[12]。有研究发现，在受到不同环境胁迫时，植物体内常有游离脯氨酸的积累，其积累量与逆境水平和植物抗胁迫能力有关[13]。也有研究表明，分根交替灌溉可增加植株中脯氨酸含量，提高植株渗透调节能力[14]。本试验结果表明，同一灌溉方式下，不同灌溉水平对苗期、分蘖期和成熟期脯氨酸含量影响程度为低水>高水>中水，累积了大量的脯氨酸，伸长期脯氨酸含量影响程度为低水>中水>高水，说明甘蔗在各生育期低水处理受到程度较深的干旱胁迫，累积了大量脯氨酸；同一灌溉水平下，不同灌溉方式处理对各时期的脯氨酸含量影响程度为APDI>APRI>CDI>CI，说明分根交替灌溉较常规灌溉累积较多的脯氨酸。

植物在干旱等逆境下首先受害的是细胞膜系统，过氧化作用导致细胞衰老，其主要氧化产物丙二醛含量明显增加，质膜透性增大，离子外渗。丙二醛的积累量反映植物受逆境伤害的程度[11]。本试验结果表明，同一灌溉方式下，不同灌溉水平对苗期、分蘖期和成熟期丙二醛含量影响程度为低水>高水>中水，对伸长期丙二醛含量影响程度为低水>中水>高水；同一灌溉水平下，不同灌溉方式处理对各时期的丙二醛含量影响程度为APDI>APRI>CDI>CI，说明分根交替灌溉较常规灌溉累积较多的丙二醛。

可溶性糖不仅是植物的主要光合产物，而且也是碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式。近年来有研究表明，植物的抗旱性与植物体内可溶性糖含量有关，干旱缺水时糖含量增加多的抗旱性较强，其原因是可溶性糖含量增加可增大细胞液浓度，提高对水分的吸收能力及保水能力，从而有利于适应干旱缺水的环境[11]。

植物体内的可溶性蛋白质大多是参与各种代谢的酶类，在受到干旱胁迫时，它们会发生一定的变化，测定其含量是了解植物抗逆性的一个重要指标。史玉炜等研究发现，随着水分胁迫程度的加深，可溶性蛋白含量开始有较大幅度的升高，在土壤相对含水量为30%时达到最大，而当土壤相对含水量下降到10%时，可溶性蛋白开始分解，含量迅速下降[15]。汪耀富等研究了分根交替灌溉对烤烟生理特性的影响，结果表明，交替灌溉的叶片中可溶性糖含量较普通灌溉处理高64.8%，可溶性蛋白含量提高18.6%[16]，而本研究中分根交替灌溉可提高叶片中的可溶性糖和可溶性蛋白含量，与其研究相似。

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