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油茶高产无性系对干旱胁迫及抗旱措施的响应

【摘要】:我国南方红壤丘陵区夏秋季节性干旱发生频率高、强度大,土壤水分条件成为制约该区农林业生产的主要环境因子之一,而油茶是南方最重要的木本油料树种,为该区域农林业发展的重要支柱和优势产业。为探索油茶高产无性系对干旱胁迫及其不同抗旱措施的响应,减轻干旱对油茶生理与产量的负面影响,也为油茶等木本油料经济林的园艺化栽培技术提供理论依据与科技支撑,本研究应用持续干旱法首次实验观测高产油茶无性系幼苗干旱胁迫的形态特征与生理生化指标及光合光响应参数,并综合评价九个油茶无性系的耐旱能力;同时在夏秋旱季首次开展油茶三个高产无性系盛果期灌溉、覆膜、覆草、培蔸抗旱与持续干旱试验,分析各措施下的油茶光合生理、果实生长、经济性状与土壤理化性质变化。主要研究结论如下: 1.在轻度干旱胁迫时,油茶叶片相对含水量(RWC)、叶绿度(SPAD)值、氮含量、存活率与CK及无性系间差异小,而在中度胁迫、重度胁迫期,叶片含水量显著减少,油茶新、老叶SPAD值降幅增大,氮代谢功能减弱,氮含量降幅加剧,存活率明显降低;不同无性系之间的下降幅度差异显著。胁迫各个阶段,新叶的氮含量与SPAD值下降幅度均高于老叶。在干旱进程中,油茶叶片中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性先升后降,各无性系的表现变化趋势基本一致;轻度胁迫下,脯氨酸(Pro)积累量、丙二醛(MDA)、可溶性糖、可溶性蛋白含量均变化较小,增量低,但随胁迫程度的加强,上述各值变化显著,无性系间的上升幅度在干旱的中度、重度胁迫差异显著。 2.高产油茶无性系的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)与气孔导度(Gs)日均值在干旱胁迫过程中持续下降,但总体Tr降幅大于Pn,日变化曲线双峰值降低,成单峰状或消失;轻度或中度干旱水分利用率(WUE)上升,重度干旱WUE下降。在干旱胁迫下Gs与Tr的变化趋势相同,轻度、中度胁迫气孔限制胞间CO2浓度(Ci)与Pn降低,而重度胁迫下非气孔限制导致Ci上升而Tr下降。轻度干旱各无性系表现Pn、Tr、Ci与Gs降幅小,无性系间变幅基本一致;中度胁迫后降幅扩大,无性系间差异加大。油茶无性系赣84-8、赣兴46、赣无15在干旱胁迫中最大净光合速率(Pnmax)、表观量子率(AQY)、光饱和点(LSP)不断下降而暗呼吸率(Rd)上升,干旱适应能力为赣无15>赣兴46>赣84-8。 3.叶片RWC与SPAD值、氮含量、Pn、Tr、Gs呈极显著正相关,而与MDA、POD、SOD、可溶性糖等生理指标及Ci呈极显著负相关。Pn、Tr、Gs与MDA、Pro含量呈显著负相关,RWC、SPAD值、氮含量与Pn、Tr、Gs呈显著正相关,Pn与Tr、Gs呈显著正相关,相关系数分别为0.78、0.88;而与Ci呈负相关;Tr与Gs呈显著正相关,相关系数达0.82,而Tr与Ci呈负相关。采用隶属函数综合评价评价无性系油茶的耐旱能力:赣无15>赣无2>赣68>赣83-4>赣兴46>赣抚20>赣84-8>赣71>赣无11。 4.油茶林地夏季覆膜与覆草后的土壤0-40cm日均容积含水量分别为29.70%、27.53%,均比CK(25.52%)的高,全日变异系数分别为2.47%、7.87%,低于CK(8.79%),增强了土壤水分的稳定性;夏秋季林地采取灌溉A、灌溉B、覆膜、覆草措施后0-40cm土层的平均容积含水量分别比CK提高到1.163倍、1.158倍、1.133倍与1.112倍;培蔸、灌溉、覆膜、覆草措施均能提高土壤0-40cm层的有机质、全氮、全磷、速效氮、速效钾与速效磷的含量,尤其在提高0-20cm层土壤的全氮含量效果显著;覆草能最大程度增加土壤有机质、速效磷及Zn、Ca、Cu元素的含量,且土壤20-40cm层有机质、全磷与速效磷含量高于0-20cm层;覆膜能提供土壤0-20cm层有机质、全磷、速效磷及Fe、Mg、Ca元素含量,尤其是显著促进油茶林地Zn、Ca元素的含量;培蔸明显有利于土壤0-20cm层的速效氮、速效钾及Fe、Mg、Ca元素含量的增长。灌溉可提高土壤中全钾、速效氮、Fe、Mn元素含量,尤其是土壤0-20cm土层有机质、全钾、速效氮含量;但也促进Cu、Zn、Mg与Ca元素含量的流失,尤其是减少土壤20-40cm层的有机质与Zn含量。 5.高产油茶赣68、赣83-4、赣84-8、赣71、赣永5、赣8与赣兴48无性系在灌溉、覆膜、覆草措施下,七月不同生长阶段的平均果径与果高生长量均大于CK;不同措施下的果径与果高生长速度为灌溉A>覆膜>灌溉B>覆草,且各措施下的果形指数差异显著,灌溉能促进果形指数增大,果形圆满。油茶无性系赣84-8与赣71的平均Pn、WUE、Gs与SPAD等生理指标在灌溉、覆膜与覆草措施下均有不同程度的增加。加大灌溉量是提高油茶夏旱期光合生产力的最有效措施。 6.夏秋旱期高产油茶林地采取灌溉、覆膜、覆草、培蔸抗旱措施后,油茶高产无性系平均单果重比CK增长25.118%、10.899%、10.80%与7.077%;鲜出籽率增加到1.179倍、1.105倍、1.092倍与1.10倍;干籽含油率提高29.983%、30.554%、18.474%与15.710%;覆膜与覆草下油茶株产量分别比CK增加53.64%、86.11%,冠幅产量比CK分别提高到1.32倍、1.75倍;短期效果覆膜措施好,长期覆草措施优于覆膜,且与CK差异显著。株产量与冠幅产量、鲜出籽率、干籽含油率呈显著正相关,相关系数均≥0.93;冠幅产量与鲜出籽率、干籽含油率呈显著正相关。采用隶属函数综合评价各抗旱措施的效果:灌溉>培蔸>覆膜>覆草>CK>持续干旱。

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