不同土壤含水量对果蔗生长生理和农艺性状影响

何姗珊，曾 媛，何毅波，谭 芳，李 鸣，梁朝旭，李 松*

(1广西农业科学院甘蔗研究所/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室，广西南宁530007；2广西农业科学院，广西南宁530007)

0 引言

水是植物生长发育的重要环境因子，水分胁迫是限制植物生长、生存和性能最重要的环境因素之一[1]。大多数植物受到水分胁迫后，各个生理过程都会受到不同程度的影响[2]，而水分胁迫影响农作物出苗、生长发育和产量损失。果蔗属于热带和亚热带地区重要的经济作物，因甘甜多汁、皮薄肉脆、清脆爽口，富含人体必需的铁、钙、锰、锌和磷等多种微量元素和有利于人体的维生素和多种氨基酸等，是一种深受人们喜爱的水果。果蔗主要分布在广西、广东、浙江、福建和贵州等省，其中广西面积最大，仅百色隆林县高达 100多 hm2，年收入超过2000多万元[3]。近年来，随着市场需求量的增加和果蔗经济效益的增高，种植果蔗成了南方蔗区农民致富增收重要经济来源之一[4]。

果蔗属于鲜食水果，生产上不仅求产量要高，而且要求节间也要长。在果蔗生长过程中，若水分得不到满足，则影响甘蔗节间伸长生长，其显著特点为节间短，从而影响其商品性。因此，果蔗栽培一般选择土层深厚、肥沃、排灌方便和阳光充足的水田栽培，尤其在果蔗大培土后，田间沟内长期保持浅水层，即使晴天泥土表面仍要保持在湿润状态，以满足果蔗生长对水分的需求[5-8]。与原料蔗相同，果蔗生长周期比较长，从种植到收获需要大约一年时间，是一种需水较多的旱地作物，在整个生长期，水分是影响甘蔗生长和产量的关键因素。研究表明，每生产1吨原料甘蔗耗水量为83.5～289.2 m3，平均耗水量为150.2 m3/t[9]。甘蔗在不同的生育期，对水分需求量也不同，需水量呈单峰曲线变化，幼苗期和成熟期需水量较低，伸长期需水量较高，甘蔗需水量与产量存在显著的正相关[10]。

广西地处低纬度、亚热带季风气候区，气候温暖、热量丰富、雨水充沛，非常适合果蔗种植。但是，由于广西蔗区主要分布在丘陵和旱坡地区，土壤保水保肥效率低，受季风气候影响年降水量时空分布不均匀，尤其是春、秋两季降水量稀少严重影响果蔗出苗、生长发育和产量，成为广西果蔗生产进一步发展的重要限制因素。本研究以果蔗为研究对象，探讨不同土壤含水量对果蔗生长和生理影响，为广西果蔗产业的发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试果蔗是由广西农业科学院甘蔗研究所选育的果蔗新品种桂果蔗1号，供试土壤为大田连作甘蔗的耕作土层，土壤为粘壤土，肥力中等。

1.2 试验方法

试验在广西农科院甘蔗研究所甘蔗温室大棚进行，试验方案：采用随机区组，桶栽试验，桶高30 cm，桶底直径为36 cm，在桶底面打10个直径约1 cm的小孔。试验用土壤为大田甘蔗耕作土。选择健康、蔗芽饱满的果蔗种茎，将蔗茎砍成单芽段，置于含50%多菌灵1000倍液中浸泡5～10 min，每桶播种4个单芽，共种植90桶。桶栽甘蔗试验分别于2018年3月13和2019年2月21日种植，齐苗后定苗，每桶留长势一致的苗2株。根据土壤田间持水量，实验设3个水分处理：即土壤田间最大持水量的 90%(A)、80%(B)和 70%(C)；每个水分处理设3个重复，每个重复10桶。施用肥料为45%复合肥(15∶15∶15)，整个生长期每桶施肥250 g，其中基肥每桶20 g、甘蔗分蘖未期每桶50 g，之后每月每桶施肥60 g，连续施用3次，病虫害防控参照何毅波等人的方法[11]。果蔗下种至大培土前水分管理一样，大培土后按上述进行水分处理。试验期间，采用济南展创电子有限公司提供的HTC-302土壤温湿度水分控制器进行土壤湿度自动控制。

1.3 生理生化等相关指标测定

在7月上旬，随机取各处理10株甘蔗+1叶置于液氮带回实验室，用于测定与水分胁迫相关的生理生化指标，甘蔗叶片丙二醛(Malondialdehyde，MDA)、过氧化物酶(Peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(Catalase，CAT)和可溶性蛋白质等活性测定参照张志良等[12]方法，略作改动。果蔗重要农艺性状、产量、果蔗和土壤养分都是在果蔗收获后测定，其中养分测定采用鲍士旦等[13]的方法。

1.4 数据分析

数据统计用 Microsoft Excel 2010软件，采用SPSS 17.0软件One-Way ANOVA方法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 土壤含水量对果蔗收获后土壤养分的影响

从表1可以看出，经过果蔗近一年的生长，土壤营养成分因土壤含水量的不同都随之发生变化，全N、全P、速效K和有效P含量因田间持水量发生了显著性变化，C处理中全N、全P、速效K和有效P含量下降显著，其次是A处理。由此说明，全N、全P、速效K和有效P含量受土壤含水量影响，C处理土壤含水量最低，土壤全 N、全 P、速效K和有效P消耗最多，B处理消耗最少，而A处理由于土壤含水量高，推测上述部分养分随水分流失。但是，不同的土壤含水量，水解性氮、全钾、有机质和pH值没有显著差异。

2.2 不同土壤含水量对果蔗根、茎和叶全N、P和K含量的影响

表1 土壤含水量收获果蔗后土壤养分

从表2可以看出，随土壤含水量的不同，果蔗根、茎和叶的全 N、P、K含量不同。全 N含量：在果蔗根中，B处理最高 18.54 g/kg，A处理最低15.02 g/kg，A处理与B和C处理之间有显著性差异。在果蔗叶中，C处理最高为9.89 g/kg，B处理最低为7.54 g/kg，A和B处理与C处理之间有显著性差异。在果蔗茎中A、B和C 3个处理间无显著差异。全K含量：在果蔗茎中，C处理含量最高5.38 g/kg，B处理最低为3.47 g/kg，A和B处理与C处理之间有显著性差异。在果蔗叶中，C处理含量最高20.62 g/kg，B处理最低为17.38 g/kg，A和B处理与C处理之间有显著性差异。在果蔗根中，A、B和C 3个处理间无显著差异。全P含量：根、茎、叶在3种处理下全P含量都不相同，但是各处理之间没有显著性差异。

2.3 不同土壤含水量对果蔗生理影响

表2 不同土壤含水量果蔗收获后全N、P和K含量

由表3可以看出，MDA含量随不同水分处理而不同，其含量随土壤含水量的减少而减少，其中 A处理 MDA 含量最高为 8.33 Nmol/g·FW，C处理MDA含量最低为 2.46 Nmol/g·FW，方差分析表明A、B、C 3个处理间都存在显著差异。叶绿素含量因土壤含水量的不同而不同，A处理叶绿素含量最高为 0.856 mg/g，B处理叶绿素含量最低为 0.601 mg/g，方差分析A、B、C 3个处理之间都有著差异。CAT、POD、SOD和可溶性蛋白，方差分析表明，A、B、C 3个处理之间无显著差异。

2.4 不同土壤含水量对果蔗主要农艺性状影响

由表4可以看出，不同土壤含水量对果蔗的株高、茎径、节间长度、单茎重、锤度和绿叶总重具有显著影响。果蔗株高随土壤水分含量的增加而增加，C处理比A处理平均株高少91.1 cm，比B处理少49.5 cm，方差分析表明，3个处理之间株高都存在显著差异。甘蔗茎径随土壤含水量的增加而增大，A处理茎径最大为4.11 cm，C处理茎径最小为3.79 cm，A和B与C之间存在显著差异。甘蔗节间长度，随土壤水分含量增加而增长，A处理节间最长为10.59 cm，C处理节间长最短为8.56 cm，A和B与C之间存在显著差异；在单茎重方面，A处理单茎最重为3.12 kg，C处理单茎最轻为1.67 kg，A和B与C之间存在显著差异；蔗汁锤度方面，以B处理锤度最高为17.78，A处理锤度最低为16.54，A处理和C处理之间存在显著差异；在绿叶总重方面，随土壤水分含量的增加而增加，A处理和B处理与C处理之间存在显著差异。从表4还可以看出，不同水分处理下，节间数和绿叶数没有出现显著差异。由此可见，果蔗主要农艺性状随土壤含水的增加而增加。

表3 不同土壤含水量果蔗生理指标影响

3 结论与讨论

表4 不同土壤含水量对果蔗主要农艺性状和产量影响

果蔗经过近一年的生长发育以后，土壤营养因土壤含水量的不同随之发生变化，全 N、全 P、速效K和有效P含量受土壤含水量影响显著，水解性氮、全钾、有机质和 pH值没有显著差异。果蔗叶片叶绿素含量和根、茎和叶的全N、P、K含量因土壤含水量不同而不同；MDA含量随土壤含水量的减少而减少，而CAT、POD、SOD和可溶性蛋白没有显著差异。不同土壤含水量对果蔗的株高、茎径、节间长度、单茎重、锤度和绿叶总重有显著影响。株高、茎径、节间、单茎重和绿叶总重随土壤水分含量的增加而增加，而蔗汁锤度、节间数和绿叶数与土壤含水量没有显著差异。由此可见，果蔗主要农艺性状随土壤含水的增加而增加。

土壤是植物正常生长所需养分的主要来源，土壤养分主要由C、N、P和K养分组成，是地上部植物生长发育的载体和基质[14]。水分是为干旱区作物生长的主要限制因子之一，其含量影响土壤养分的释放、迁移和被作物吸收利用的程度[15]。土壤种植以后，土壤养分会发生不同的变化，而种植土壤养分含量变化直接关系到植物生长[16]。本研究发现，不同的土壤含水量在果蔗收获后，对土壤养分有显著的影响，土壤养分随土壤含水量的降低而降低，这与前人研究一致[17-18]。

土壤含水量的不同影响植物的生长发育和营养的吸收和分配，研究表明栽培条件、温度变化和水分影响作物干物质和N、P、K在植物各部位的分配比例[19-20]。本研究表明，不同的土壤含水量，果蔗的根、茎、叶对N和K的吸收和积累因生长部位不同有差异，而P含量没有因土壤含水量有显著变化。

我国甘蔗有85%以上种植在旱坡地上，干旱成为限制甘蔗生产的主要因素之一。杨平飞等研究表明，滴灌对甘蔗伸长期的农艺性状、生理生化性状、品质性状和产量有显著影响[21]，赵丽萍等研究表明不同的土壤含水量影响甘蔗主要农艺性状，干旱胁迫使甘蔗的株高、产量均会明显下降[22]。本研究表明，果蔗株高、茎径、节间长度、单茎重和绿叶数等都随土壤含水量的增加而增加。CAT、POD、SOD和可溶性蛋白都没有明显的差异，这可能与甘蔗栽培需要土壤最大持水量 70%～90%较为适宜的结果一致[9]。综上所述，果蔗在土壤含水量为 90%条件下栽培，品质和产量都是最高。