人工增氧缓解番茄淹水胁迫的效应与机制

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农业生产中常常因涝渍灾害和灌溉不当导致作物根际形成缺氧或低氧逆境,从而对作物的生长、产量和品质等造成不利影响,本研究提出“利用人工加气供氧缓解淹水作物涝害”的设想,选择淹水作物-土壤系统为研究对象,通过室内盆栽试验,采用曝气滴灌系统和气泵对淹水土壤进行人工供氧,分别研究了水气耦合加气(V1)及机械通气(V2)两种不同供氧方式及不同供氧量(V1a-105m L/盆、V1b-70m L/盆、V1c-35m L/盆、V2d-500m L/盆)对开花期(T2)和结果期(T3)淹水番茄的生长特性、产量品质、生理反应和根区土壤环境的影响,阐释土壤加气供氧缓解作物根际氧胁迫的效应和机制,主要结论如下:(1)人工加气增氧可以提高淹水番茄的存活率,且开花期加气处理效果优于结果期。加气处理番茄生物量和根系指标均高于对照,其中开花期V1b处理、结果期V1b和V1c处理生物量增幅显著高于其他加气处理,开花期V1b和V2d处理、结果期四种加气处理番茄总根体积均显著高于对照。(2)人工加气增氧显著提升了淹水番茄的单株产量。开花期V1a、V1b、V1c和V2d处理的番茄单株产量较对照分别提高了118.48%、220.97%、84.39%、40.98%和120.88%。加气处理能够提高淹水番茄果实的VC含量,其中开花期V1a和V1b处理较对照分别提高了101.09%和85.87%,结果期V1c和V2d处理较对照分别提高了57.58%和104.55%。(3)人工加气增氧对不同生育期淹水番茄的生理特征影响不同。开花期人工加气增氧V1a处理的番茄叶片净光合速率、气孔导度、最大光化学效率均高于对照,结果期V2d处理缓解效果优于其他三种加气处理。加气处理的番茄叶片积累了较多渗透调节物质来抵御自身所受胁迫,其中开花期V1a和V2d处理番茄叶片脯氨酸含量显著提高、结果期V2d处理番茄叶片可溶性蛋白含量显著提高。(4)人工加气增氧V1a处理显著提高了开花期淹水土壤的速效磷含量、V1b处理显著提高了土壤的水解氮含量、V1c处理显著提高了土壤的电导率和水解氮含量、V2d处理显著提高了土壤的水解氮和速效磷含量;四种加气处理均提高了结果期淹水土壤的水解氮含量,其中V1a、V1c和V2d处理淹水土壤的有机质含量高于对照。加气处理显著提高了淹水土壤的磷酸酶活性,其中开花期V1a处理效果最优,结果期V1c处理效果最优,土壤脲酶活性在V1a和V1b处理明显提升,V1a处理土壤的蔗糖酶活性明显提升。(5)各处理的土壤微生物群落组成分析结果表明,物种丰度排名靠前的既有厌氧性细菌又有好氧性细菌,但总体厌氧细菌所占比例较高,土壤微生物与环境因子相关性分析表明开花期环境因子相关性大于结果期。开花期呈显著正相关的环境因子有土壤p H值、果实可溶性固形物含量,负相关差异极显著的有番茄地上生物量(鲜重干重)和根系总表面积;结果期正相关差异极显著的有土壤p H值和果实酸度含量,负相关差异显著的是土壤速效磷含量。综合以上结果可知,淹水胁迫使得番茄生长发育受阻、生理活动受限、土壤有效养分流失,人工加气增氧在一定程度上起到了缓解作用,其中不同的加气方式和加气量缓解效果不同,本实验中,开花期淹水时水气耦合加气方式缓解效果优于机械通气,而结果期淹水时机械通气总体表现较优。
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