交替灌溉条件下作物水分利用的同位素示踪及其品质调控机制

根系分区交替灌溉是一种主动控制植物部分根区交替湿润和干燥，在满足作物水分需求条件下控制其蒸腾耗水的节水调控思路，其节水调质效应已被大量研究证实，但分根区交替供水对作物体内水分运转与分配的调控机制以及作物品质形成过程对水分调控的响应机理尚不明确。本项目将利用稳定性氢同位素示踪和稳定碳同位素指示技术，以分根区交替供水条件下作物不同根区间、根系与木质部以及木质部与果实间三个"水分运输微循环"研究为突破口，以多尺度水分利用效率、经济产量形成与水分-品质响应关系研究为核心，采用室内分根模拟盆栽试验、试验箱模拟试验和田间定量定位系统监测试验相结合的方法研究根系分区交替灌溉条件下植物体内水分运转与分配规律、水分利用过程及水分-品质响应关系，预期将进一步阐明根系分区交替灌溉的节水调质机理，为基于作物生命需水信号和水分-品质响应的节水调质高效灌溉技术提供理论支持。

为了进一步阐明根系分区交替灌溉（APRI）的节水调质机理，引入稳定性氢同位素对水分的示踪和碳同位素对水分利用效率（WUE）的指示特性，以加工番茄为研究对象，用盆栽试验和田间小区试验相结合的方法研究了APRI条件下植株体内水分运移、分配和利用过程及果实产量和品质形成对水分调控的响应。取得如下主要成果：.（1）APRI下1‰与2‰浓度的氘水（D2O）灌溉可同等程度地示踪植株体内水分运移过程。用1‰浓度的D2O灌溉后，灌水周期内灌水侧和未灌水侧根系氘同位素比率（δD）在灌水后1.5h（9:30）时分别首先达到峰值（2648‰和497‰），茎和叶于9h后（17:00）分别同时达峰值（3272‰和2337‰），果实于28h后（次日12:00）达峰值（156‰），说明APRI下水分运移轨迹为：灌水侧根系→茎→叶→果实，同时有少量水向未灌水侧根系横向运移。.（2）灌后灌水侧根系、茎和叶中D2O的最大分配比例分别为42.61%、52.43%和39.32%，未灌水侧根系和果实中分别为8.51%、3.21%，说明灌水周期内1~12h时，水分优先运移至地上部供应其生长；28~49h时，水分优先运移至未灌水侧根系保证其生存；16h(0:00)时果实中最大分配比例增加了0.21%，表明此时茎和叶中的水分流入果实，补充果实白天的水分消耗和维持果实膨压。.（3）相同灌溉定额条件下，APRI可显著提高果实单果重（w）和产量，增加w>300g的果实个数及产量比例，并在优化果实个数、产量分布的同时节水33%左右。适度水分亏缺可提高新鲜番茄的果实硬度，显著增加果实可溶固形物和Vc含量，并有效降低贮藏后果实的软化程度，提高可溶性糖含量，贮藏1周后果实可溶性固形物含量达10%左右。.（4）不同灌溉处理下番茄果实成熟期的叶片碳同位素分辨率（ΔL）与瞬时水分利用效率（WUEi）、内在水分利用效率（WUEn）分别呈负相关，ΔL对WUEn的指示性优于WUEi，APRI的ΔL与WUEn呈极显著负相关（R=−0.977，P<0.01）。ΔL、果实碳同位素分辨率（ΔF）均与产量水平水分利用效率（WUEY）负相关。APRI的ΔL与WUEn、WUEY的相关性优于常规灌溉（CI），说明APRI较CI可更有效地调控叶片对光合与水分利用的响应，能更好的表征ΔL对不同水平WUE的指示性。