花鈴期持續(xù)土壤干旱影響棉花產(chǎn)量品質(zhì)形成的生理生態(tài)機(jī)制研究.pdf

1、花鈴期是棉花產(chǎn)量品質(zhì)形成的關(guān)鍵期，此時(shí)棉花對(duì)水分虧缺最為敏感。因全球氣候變化，極端氣候事件發(fā)生頻率增加，導(dǎo)致各棉區(qū)花鈴期土壤干旱頻發(fā)，嚴(yán)重影響棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)。本論文在盆栽和池栽試驗(yàn)條件下，研究了棉花生殖生長(zhǎng)、產(chǎn)量分布和纖維品質(zhì)指標(biāo)對(duì)土壤干旱的響應(yīng)，旨在揭示干旱影響棉花產(chǎn)量品質(zhì)形成的生理生態(tài)機(jī)制，為緩解干旱災(zāi)害、探索棉花生產(chǎn)的土壤水分調(diào)控途徑提供理論依據(jù)。本研究的主要內(nèi)容:以長(zhǎng)江中下游棉花主栽品種泗雜3號(hào)為材料，于2011年至2014年

2、在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)牌樓試驗(yàn)站進(jìn)行花鈴期持續(xù)土壤干旱試驗(yàn);試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)水分梯度，即土壤相對(duì)含水量分別維持在(75±5)％、(60±5)％和（45±5）％三個(gè)水平，記作W75、W60和W45;研究1）不同程度土壤干旱對(duì)棉田小氣候、棉花群體冠層結(jié)構(gòu)、棉株生物量累積與分配和成鈴分布的影響;2）棉花產(chǎn)量品質(zhì)指標(biāo)與棉株水分狀況之間的關(guān)系;3）不同果枝部位棉鈴對(duì)位葉光合產(chǎn)物的形成、分配與運(yùn)轉(zhuǎn)及棉鈴生物量累積對(duì)土壤干旱的響應(yīng);4）持續(xù)土壤干旱條件下棉花碳

3、氮代謝、滲透調(diào)節(jié)和活性氧代謝等生理活動(dòng)的適應(yīng)機(jī)制的變化。主要研究結(jié)果如下:
　　1.持續(xù)土壤干旱導(dǎo)致棉株上部果枝和外圍果節(jié)成鈴數(shù)驟降，造成嚴(yán)重減產(chǎn)
　　干旱抑制棉花果節(jié)和新葉的發(fā)生，顯著影響群體冠層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致光能利用效率下降。隨干旱程度增加，棉株干物質(zhì)的累積速率降低，最終生物量明顯減少，且向生殖器官的分配比例下降。持續(xù)土壤干旱不僅顯著降低了皮棉產(chǎn)量（在W60和W45處理中降幅分別達(dá)31％-35％和57％-60％），還影響產(chǎn)量

4、的空間分部:受旱棉株上部果枝和外圍果節(jié)成鈴數(shù)驟減，導(dǎo)致其產(chǎn)量主要分布于中下部果枝內(nèi)圍果節(jié)。干旱條件下，鈴數(shù)的降低是導(dǎo)致棉花減產(chǎn)的主要原因，鈴重受到的不利影響相對(duì)較小，而衣分米受到明顯的影響。
　　2.鈴重、纖維長(zhǎng)度和比強(qiáng)度與鈴期平均葉水勢(shì)呈直線相關(guān)關(guān)系
　　棉花具有無限生長(zhǎng)習(xí)性，不同果枝部位棉鈴在其發(fā)育期間經(jīng)歷的環(huán)境狀況往往存在差異。在本研究中，隨果枝部位升高，棉鈴發(fā)育受到干旱的影響加劇。下部果枝棉鈴的鈴重和纖維品質(zhì)受到干旱

5、的影響較小，而在上部果枝中，鈴重、籽指、衣分、纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度和馬克隆值等指標(biāo)均受到顯著影響。以鈴期平均正午葉水勢(shì)作為水分狀況表征參數(shù)，與棉鈴各組分生物量和各纖維品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，鈴重、籽指、纖維長(zhǎng)度和比強(qiáng)度均隨鈴期平均葉水勢(shì)的降低而直線下降，降低速率分別為0.7 g，1.0g，2.4 mm和3.4 cN tex-1 MPa-1。馬克隆值在高溫年份隨土壤含水量的降低逐漸減小，而在其它年份則表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì);研究還發(fā)現(xiàn)馬克隆值與鈴

6、期長(zhǎng)短顯著正相關(guān)，而鈴期亦受到水分和溫度的影響，表明馬克隆值受到水分和溫度因素的交互影響。
　　3.干旱導(dǎo)致棉花源能力和庫(kù)強(qiáng)度降低，并促進(jìn)光合產(chǎn)物向下部果枝棉鈴運(yùn)轉(zhuǎn)
　　隨著水分脅迫程度的加劇，一方面，棉花冠層溫度升高，葉片飽和水汽壓差增大，碳同化速率降低，表現(xiàn)出源能力的大幅降低;另一方面，新生果節(jié)數(shù)減少，棉鈴脫落率升高，庫(kù)的強(qiáng)度也顯著減弱。對(duì)不同果枝部位棉鈴對(duì)位葉源能力的研究發(fā)現(xiàn)，隨果枝部位降低，葉片碳同化速率急劇減小，這

7、主要?dú)w咎于光合有效輻射的下降;棉鈴對(duì)位葉的碳同化能力變化與棉鈴發(fā)育物質(zhì)需求規(guī)律不匹配，且在中下部果枝中，棉鈴對(duì)位葉的碳同化量遠(yuǎn)不足以供應(yīng)棉鈴的發(fā)育需求;同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)葉片中主要碳水化合物的含量變化受到棉株的統(tǒng)一調(diào)控而不受葉齡和葉位的影響。干旱不影響棉株碳代謝變化的總體規(guī)律，但更顯著的抑制上部果枝葉片的源能力，同時(shí)促進(jìn)碳水化合物向下部果枝大齡棉鈴的運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　4.干旱條件下棉花葉片大量累積的可溶性糖對(duì)滲透調(diào)節(jié)能力的貢獻(xiàn)較少
　

8、　盡管干旱導(dǎo)致葉片的源能力大幅降低，但可溶性碳水化合物含量卻顯著升高，原因可能是棉花生長(zhǎng)更早和更嚴(yán)重的受到抑制，碳的供給大于需求。在干旱處理的前中期，K+是滲透調(diào)節(jié)的主要貢獻(xiàn)者;處理后期，K+含量減少，葉片滲透調(diào)節(jié)能力明顯降低，此時(shí)氨基酸成為滲透調(diào)節(jié)的主要貢獻(xiàn)者;蔗糖和己糖對(duì)滲透調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)率較小。隨干旱程度加劇，葉片SOD活性降低，活性氧含量增加，葉綠素量子產(chǎn)量中不可調(diào)節(jié)的熱耗散比重逐步升高，MDA持續(xù)累積，棉株加速衰老。
　　綜

9、上所述，持續(xù)土壤干旱對(duì)不同果枝部位棉鈴發(fā)育的影響存在差異，用鈴期平均葉水勢(shì)可以較好的分析造成這種差異的原因以及量化棉鈴產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)與水分狀況之間的關(guān)系;棉株光合產(chǎn)物的形成與運(yùn)轉(zhuǎn)及滲透調(diào)節(jié)、活性氧清除等生理機(jī)制隨干旱程度的加深和持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷調(diào)整。鑒于本研究結(jié)果，在棉花生產(chǎn)推行高密度栽培、機(jī)械化采收的大趨勢(shì)下，于水分、溫度資源不足的灌溉棉區(qū)，可在生育中后期控制水分供給，促進(jìn)光合產(chǎn)物向生殖器官運(yùn)轉(zhuǎn)和棉花早熟，提高水分利用率;于產(chǎn)量形