分根交替灌溉對烤煙抗旱性的影響

彭 靜，王惠群

（湖南農業大學，植物激素與生長發育湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128）

煙草是我國重要的經濟作物之一，不論是種植總面積還是總產量，都居世界首位[1]，土壤水分是煙草生長的基礎，只有土壤水分適宜，煙株才能正常生長發育，從而獲得最佳的產量和品質，土壤水分過多或過少都會影響煙草的生長發育和煙葉產量品質的形成[2]。分根交替灌溉（PRD）是作物在生長期內其根區兩側交替灌溉，以刺激植物根系吸水功能和改變根區剖面土壤濕潤方式為核心，調節氣孔開度，減少植株“奢侈”蒸騰，提高水分利用效率，從而達到節水、高產、優質的目的[3]。交替灌溉可促進作物根系生長、提高根冠比[4-5]增加根密度[6-7]一部分根處在濕土中，則處在接近或達到永久萎蔫濕度土壤中的另一部分根仍能生長，通常在供水良好時，根長密度隨下扎深度而呈指數式下降，若停止供水，上層變干，處于較深較濕部位的根生長旺盛，灌溉則促進淺層根的生長，交替灌溉可通過影響根系活力而影響作物水分利用效率[8-9]。試驗研究分根交替灌溉、虧缺灌溉和充分灌溉對烤煙產量、化學品質和水分利用效率的影響，以期為烤煙節水灌溉及提高南方烤煙品質等生產實踐提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

烤煙品種K326（湖南農業大學生科院煙草基地提供）。試驗土壤采用湖南農業大學植物激素與生長發育湖南省重點實驗室基地的水稻土，施肥后風干供試驗用。土壤理化性狀：有機質15.60 g/kg，全氮 15.06 g/kg，全磷 15.23 g/kg，全鉀 20.11 g/kg，堿解氮53.55 mg/kg，有效磷53.55 mg/kg，有效鉀74.60 mg/kg，pH 值 7.03。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 烤煙盆栽試驗在湖南農業大學植物激素與生長發育湖南省重點實驗室網室遮雨棚中進行。2011年4月19日，將6葉一心的9株煙苗分別移栽于9個裝有18 kg風干的水稻土的聚乙烯塑料盆（30 cm×20 cm×25 cm）中。每盆施三元復合肥（15%N∶15%P2O5∶15%K2O）40 g 作基肥，土肥混勻。每個盆中間用隔板隔開，每盆植1株煙苗，煙苗放在盆子的隔板缺口正中央。共設分根交替灌溉（PRD）、虧缺灌溉（DI）和充分灌溉（FI）3個處理，3個重復。于5月17日對煙苗進行第一次處理，每隔10 d交替處理一次，在8月10日進行取樣測定。每天17∶00用土壤水分測定儀對兩邊盆中的土壤進行水分含量測定，并補充前24 h由于植物蒸騰和土壤蒸發的失水量，使充分灌溉盆內土壤持水量維持在58.9%的最大田間持水量；分根交替灌溉盆內1/2土壤持水量維持在58.9%，另1/2土壤干旱，10 d后兩邊交替進行處理；而虧缺灌溉（DI）每天與PRD的澆水量相等，均勻地澆到盆中。

1.2.2 產量測定 將采集的樣品分根、莖、葉分別稱重，105℃殺青30 min，70℃烘至恒重，取從上至下的第5片完全展開葉，再對各個部分烘干稱量。

1.2.3 葉綠素含量的測定 取從上至下的第5片完全展開葉，避開主脈，稱0.1 g，加入裝有25 mL 80%丙酮的容量瓶中，暗處放置24 h，于T6新悅-可見分光光度計上測定A645，A663和A470。用下列公式計算：

葉綠素的含量（mg/g）=（色素的濃度×提取液體積×稀釋倍數）/鮮樣品質量。

1.2.4 根系活力的測定 取根尖（0～2 cm）0.5 g，放入10 mL具塞刻度試管中，管中含有5 mL 0.4%氯化三苯基四氮唑（TTC）和5 mL 0.1 mol/L磷酸緩沖液（pH 7.5)，37℃暗處保溫 1 h，加 2 mL 1mol/L H2SO4終止反應。取出根，吸干，用乙酸乙酯研磨，將紅色物質迅速轉入另一支10 mL試管。殘渣用乙酸乙酯洗3次，一并合并濾液，定容10 mL。在可見分光光度計上測定A485。以每小時每克鮮重根還原TTC的量計算根系活力。

1.2.5 相對電導率的測定 取從上至下的第5片完全展開葉，用打孔器避開主脈打取頂3葉小圓片40片，放入裝有20 mL的雙蒸餾水的小燒杯中，20℃保溫1 h后，測初電導率κ1，倒入大試管中（對應），沸水浴10 min，補足蒸發水分，20℃放置平衡20 min（倒回原燒杯），測終電導率κ2。計算相對電導率：L（%）=κ1/κ2×100%。

1.2.6 煙堿含量的測定 取從上至下的第5片完全展開葉進行烘干后，取粉干后的樣品0.5 g左右，加0.5%醋酸50 mL，振蕩30 min，進流動分析儀測定。

水分利用效率（μg/g）=葉片干重（μg）/總用水量（g）

1.3 數據分析

采用Microsoft excel 2007和數據處理系統分析軟件（DPS v7.55）對數據進行分析。標準誤的計算采用Duncan的多重分析。

2 結果與分析

2.1 分根交替灌溉對烤煙根長和葉片數量的影響

通過對烤煙葉片數量與烤煙根長的測定發現，在PRD的處理下，烤煙的根長比FI和DI處理分別長28.6%和37.3%（見圖1），可見，烤煙根長與水分利用有密切的關系，PRD能有效提高烤煙的根長。

圖1 不同灌溉方式對烤煙根長的影響

通過對烤煙葉片數量的測定發現，在PRD的處理下，烤煙葉片數量比FI多12.6%，比DI多19.5%（見圖2），相比于PRD與FI兩者的情況，PRD對葉片的數量增加比較明顯，DI和FI沒有顯著差異，但與PRD有顯著差異。

結果表明，要提高煙的產量，水分是必不可少的因素，但是對于FI的大耗水量而言，PRD的耗水量少很多，而產量略有增加。

2.2 分根交替灌溉對烤煙葉綠素含量的影響

圖2 不同灌溉方式對烤煙葉片數量的影響

由圖3可知，在PRD下煙葉中葉綠素含量高于DI和FI處理，分別高出55.7%和52.0%。這說明經過PRD處理的烤煙植株雖然減少了灌溉用水，但能夠促進光合產物在植株內的重新分配，特別是促進煙葉中葉綠素的相對積累。

圖3 不同灌溉方式對烤煙葉綠素色素濃度的影響

2.3 分根交替灌溉對烤煙根系活力的影響

在3種處理中，PRD處理的烤煙根系活力高于DI與FI處理，分別高出55.3%和43.0%，但DI與FI之間的差別不大。這也說明了在水分虧缺的狀態下，PRD處理的烤煙的根系活力增強能夠提高植株的生命活動及其抗旱性。

圖4 不同灌溉方式對烤煙根系活力的影響

2.4 分根交替灌溉對煙葉電導率的影響

電導率的值越大代表植物所受的傷害越明顯，電導率最高的是DI，其次是FI，最后是PRD，從圖5中可以看出，DI處理中煙葉的受傷害程度是最嚴重的，PRD處理煙葉的受傷害程度最弱，雖然PRD處理的用水量少于另外兩種處理，所以在水分虧缺狀態下隨著烤煙的生長，其葉片的相對電導率相比于DI和FI有所下降，這也證明了在水分虧缺的狀態下，PRD處理的烤煙具有更強的抗旱性。

圖5 不同灌溉方式對煙葉電導率的影響

2.5 分根交替灌溉對煙堿含量的影響

由圖6可知，在PRD處理下煙葉中煙堿的含量最高，比DI與FI處理分別高I 2.4%和6.1%。由此可見，PRD處理對烤煙煙葉中煙堿含量的高低有密切的關聯，適度的干旱能提高烤煙煙葉中煙堿含量，有利于烤煙煙葉產量的提高。

圖6 不同灌溉方式對烤煙煙堿的影響

2.6 分根交替灌溉對烤煙水分利用效率的影響

由圖7可知，PRD處理比FI的處理少，結合上述對烤煙煙葉的干重水分消耗數據可知，PRD的水分利用率最高，FI的次之，DI的最低。3種處理比較，PRD處理更加有利于烤煙營養物質的積累。

圖7 不同灌溉方式對烤煙水分利用效率的影響

3 討 論

隨著烤煙生育進程的延長，不同處理的根長和葉片數量變化均表現為PRD處理最大，FI其次，DI最低。各處理葉綠素色素含量的變化也佐證了這一現象。由此推測，在分根交替灌溉和固定灌溉條件下產生了一定強度的干旱脅迫，限制了煙株細胞的伸長生長，促進了細胞的橫向生長。脅迫產生的根源信號對氣孔行為進行了有效調節，從而使交替灌溉的葉片蒸騰作用大幅度降低，而光合作用維持較高的水平;對于固定灌溉的煙株，由于一部分根系長期處于干燥狀態，導致根系活力下降，使后期煙株體內水分虧缺相對嚴重，非氣孔因素占據主導地位，其光合速率較低；分根交替灌的非氣孔因素限制作用降低，氣孔對光合速率的調節作用增強，煙株的水分狀況相對改善[10-12]。這在大田條件下驗證了Blackman等提出的根冠通訊理論[13]。分根交替灌溉技術可使煙葉葉片數量比DI和FI處理提高。與兩邊灌溉相比，分根交替灌溉可省20%的灌水量而不引起產量的下降，使烤煙單葉水分利用效率和總水分利用效率明顯增加，提高烤煙葉片煙堿的含量。表明該技術在水資源短缺煙區是適宜的，具有廣泛的應用前景。

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