膜下滴灌甜菜缺水补偿节水生理机制研究

Compensation effects response to appropriate water stress in crop root zone is essential to guarantee high yield and water utilization efficiency. This project intends to use theories and methods of agronomy, crop physiology, ecology, using the "damage-acclimatization-compensation" as its researching main line, to explore the regulation effects of water stress on the morphological, physiological and biochemical characteristics response of drip irrigated sugar beet under plastic film. The contents of this project are: to analyze the compensation effect and soil moisture threshold of water stress at different growing stages on yield and sugar content,to identify the acclimatization of nutritional organs such as roots and leaves, osmotic adjustment, transpiration, photosynthesis and other physiological processes and biochemical metabolism response to water stress at key water requirement period of swelling and sugar accumulation, to quantify water stress detecting and irrigation index for yield and sugar content improvement using different irrigation intervals and irrigation amounts. This may provide water saving irrigation method for revealing potential yield and sugar content for drip irrigated sugar beet under plastic film in arid area.

作物缺水补偿节水技术是实现干旱区节水优质高效农业的关键。本项目拟综合利用作物栽培学、生理学及生态学等理论与方法，以缺水环境下甜菜的伤害-适应-补偿机制为研究主线，探讨水分亏缺对甜菜形态学特性、生理响应以及生化代谢的调控效应。主要研究内容：讨论不同生育阶段经历亏水后重新复水，对甜菜块根产量以及含糖量的补偿效应，明确产生补偿效应的土壤水分阈值。在决定甜菜产量和品质的关键生育阶段进行水分亏缺，明确根冠生长、光合作用、渗透调节等形态生理以及生化代谢的响应机制。通过全生育期调控水分胁迫持续时间和胁迫强度，明确甜菜产量和品质协同提高的灌溉诊断指标以及灌溉控制指标。探求通过根区水分亏缺挖掘干旱区膜下滴灌甜菜节水丰产高糖潜力的技术途径。

甜菜是我国及世界的主要糖料作物之一，目前新疆以25％的甜菜种植面积生产出全国58％的产量，已成为我国重要的糖料基地。然而，与发达国家相比，新疆甜菜种植仍然存在着单产不高，含糖率低的现状，成为限制我国甜菜糖业发展的瓶颈问题，其中土壤水分是影响甜菜块根经济性状的关键指标。项目基于干旱区膜下滴灌技术，于甜菜叶丛生长期、块根膨大期和糖分积累期设置0-40cm土层含水量分别为70%、50%、30%田间持水量为下限的3种土壤水分处理，研究水分亏缺及土壤水分下降至下限复水后对滴灌甜菜产量、农艺性状以及理化指标的影响。结果表明，甜菜叶丛生长期中度缺水处理（50%田间持水量）的补偿指数最大，其中甜菜叶片MDA、相对电导率、过氧化氢酶（CAT）及可溶性糖均在复水后24 h产生补偿效应，脯氨酸产生的补偿效应存在一定的滞后性，过氧化物酶（POD）未发生补偿效应。酶促活性氧清除系统以CAT反应最为灵敏。与70%持水量相比，50%和30%持水量条件下，块根膨大期甜菜电导率、脯氨酸以及过氧化物酶活性均在复水1 d时显著增加。主成分分析表明，细胞膜透性、抗氧化酶活性以及渗透调节物质以及农艺特性共同调控块根膨大期甜菜抵御干旱胁迫，其中块根可溶性糖含量不能作为甜菜抗旱性鉴定的指标。糖分积累期复水前30%田间持水量处理的甜菜叶片净光合速率显著低于其它处理, 复水后处理间的叶片净光合速率随时间推移差异减小，胞间CO2浓度表现出相反的趋势。当土壤水分下降到既定下限时，灌水前甜菜叶片脯氨酸和可溶性糖含量变化最为灵敏，且与缺水程度成正相关，复水后甜菜叶片的细胞膜透性、抗氧化防御体系以及渗透调节物质均产生了正补偿效应，表现为丙二醛含量降低，抗氧化性酶活性增强，控制渗透调节的脯氨酸和可溶性糖含量增加。因此，干旱区滴灌甜菜高效、节水灌溉指标为叶丛快速生长期0-40 cm土层湿度控制下限为50％田间持水量、块根糖分增长期0-40 cm土层湿度控制下限为30％田间持水量、糖分积累期0-40 cm土层湿度控制下限为30％田间持水量。