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，此時棉花對水分虧缺最為敏感。因全球氣候變化，極端氣候事件發(fā)生頻率增加，導致各棉區(qū)花鈴期土壤干旱頻發(fā)，嚴重影響棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)。本論文在盆栽和池栽試驗條件下，研究了棉花生殖生長、產(chǎn)量分布和纖維品質(zhì)指標對土壤干旱的響應，旨在揭示干旱影響棉花產(chǎn)量品質(zhì)形成的生理生態(tài)機制，為緩解干旱災害、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:以長江中下游棉花主栽品種泗雜3號為材料，于2011年至2014年

2、在南京農(nóng)業(yè)大學牌樓試驗站進行花鈴期持續(xù)土壤干旱試驗;試驗共設(shè)置3個水分梯度，即土壤相對含水量分別維持在(75±5)％、(60±5)％和（45±5）％三個水平，記作W75、W60和W45;研究1）不同程度土壤干旱對棉田小氣候、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)指標與棉株水分狀況之間的關(guān)系;3）不同果枝部位棉鈴對位葉光合產(chǎn)物的形成、分配與運轉(zhuǎn)及棉鈴生物量累積對土壤干旱的響應;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的適應機制的變化。主要研究結(jié)果如下:
　　1.持續(xù)土壤干旱導致棉株上部果枝和外圍果節(jié)成鈴數(shù)驟降，造成嚴重減產(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)的降低是導致棉花減產(chǎn)的主要原因，鈴重受到的不利影響相對較小，而衣分米受到明顯的影響。
　　2.鈴重、纖維長度和比強度與鈴期平均葉水勢呈直線相關(guān)關(guān)系
　　棉花具有無限生長習性，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、纖維長度、比強度和馬克隆值等指標均受到顯著影響。以鈴期平均正午葉水勢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)指標進行擬合發(fā)現(xiàn)，鈴重、籽指、纖維長度和比強度均隨鈴期平均葉水勢的降低而直線下降，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;研究還發(fā)現(xiàn)馬克隆值與鈴

6、期長短顯著正相關(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.干旱導致棉花源能力和庫強度降低，并促進光合產(chǎn)物向下部果枝棉鈴運轉(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，庫的強度也顯著減弱。對不同果枝部位棉鈴對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、主要歸咎于光合有效輻射的下降;棉鈴對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，棉鈴對位葉的碳同化量遠不足以供應棉鈴的發(fā)育需求;同時研究還發(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，同時促進碳水化合物向下部果枝大齡棉鈴的運轉(zhuǎn)。
　　4.干旱條件下棉花葉片大量累積的可溶性糖對滲透調(diào)節(jié)能力的貢獻較少
　

8、　盡管干旱導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更早和更嚴重的受到抑制，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，此時氨基酸成為滲透調(diào)節(jié)的主要貢獻者;蔗糖和己糖對滲透調(diào)節(jié)的貢獻率較小。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)指標與水分狀況之間的關(guān)系;棉株光合產(chǎn)物的形成與運轉(zhuǎn)及滲透調(diào)節(jié)、活性氧清除等生理機制隨干旱程度的加深和持續(xù)時間的延長而不斷調(diào)整。鑒于本研究結(jié)果，在棉花生產(chǎn)推行高密度栽培、機械化采收的大趨勢下，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，促進光合產(chǎn)物向生殖器官運轉(zhuǎn)和棉花早熟，提高水分利用率;于產(chǎn)量形