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1、高级果树栽培生理学 果树根系生理研究的应用 4 进行某些生物合成例如将无机氮转化为氨基酸和蛋白质 进行糖类和淀粉的相互转化 合成某些激素如生长素 细胞分裂素等 5 积累贮藏养分多年生和某些二年生园艺植物的根系是积累贮藏养分的主要场所 如萝卜和胡萝卜的肉质根 木本植物越冬期间根和枝条一样贮藏了大量营养物质供翌年发芽开花用 6 繁殖功能很多园艺植物的根系还可作为繁育后代的材料 如草本植物大丽菊 甘薯等块根可用于繁殖后代 木本园艺植物枣 紫薇 香椿等的根易自然生成不定芽而形成根蘖或用根作繁殖材料进行根插来繁育后代 果树根系研究的意义及现状 根系是植物的 根本 根系是农业生产措施的主要调控中心果树根系
2、是提高果品产量和改善果实品质的潜力所在根系研究远落后于地上部研究 土壤与植物根系交互作用 土壤和植物根系间的相互作用是土壤圈物质循环的重要方面 由于土壤和植物根系的交互作用 形成根 土界面特定的微生态环境 它直接决定着植物从土壤中吸收物质的形态 数量 迁移和转化等多种过程 未来农业中有关的科技问题 如培育耐不良环境的抗逆性品种 合理的施肥 耕作 病虫害防治等都与土壤和植物根系交互作用的根际环境有关 根据这一领域发展的进展 今后应着重研究土壤与植物根系交互作用机理 动态平衡及微生态环境的特点 包括根 土界面显微结构的研究 土 根交互作用下养分的动态及其对微生物系统的影响 微生态环境中的有关理化过
3、程 逆境胁迫条件下 如低磷 钾 铁条件下根系和微生物特定分泌物的种类 数量 机理及分子生物学特性等 根际微生物区系的活动规律及其对微生态环境的影响 总之 土壤和植物根系交互作用是土壤圈与生物圈之间的物质循环的新的研究内容 需要引入分子生物学及应用模拟栽培新技术 它的研究前景将开辟土壤圈物质循环的新途径 学生做植物根系实验 地膜覆盖 穴贮肥水 技术 苹果主产区春季干旱现象正日趋严重 由于水资源的限制 许多苹果园难以及时供水或根本没有灌溉条件 严重影响树体生长发育和产量品质 束怀瑞教授的 地膜覆盖穴贮肥水技术 被国家科委列为重点推广项目 在全国17省市推广470万亩 创经济效益7 6亿元 该成果获
4、国家教委科技进步二等奖 一 具体技术 将作物秸秆或杂草捆成直径15 25厘米 长30 35厘米的草把 放在水中或5 10 的尿液中浸透 在树冠投影边缘向内50 70厘米处 挖直径比草把稍大的贮养穴 坑穴呈圆形围绕着树根 依树冠大小确定贮养穴数量 冠径3 5 4米 挖4个穴 冠径6米 挖6 8个穴 将草把立于穴中央 周围用混加有机肥的土壤踩实 每穴5公斤土杂肥 混加150克过磷酸钙 50 100克尿素或复合肥 并适量浇水 然后整理树盘 使营养穴低于地面1 2厘米 形成盘子状 每穴浇水3 5公斤即可覆膜 将旧农膜裁开拉平 盖在树盘上 一定要把营养穴盖在膜下 四周及中间用土压实 每穴覆盖地膜1 5
5、2平方米 地膜边缘用土压严 中央正对草把上端钻一小孔 用石块或土堵住 以便将来追肥浇水或承接雨水 一般在花后 5月上中旬 新梢停止生长期 6月中旬 和采果后3个时期 每穴追肥50 100克尿素或复合肥 将肥料放于草把顶端 随即浇水3 5公斤左右 进入雨季 撤去地膜 使穴内贮存雨水 一般贮养穴可维持2 3年 草把应每年换一次 发现地膜损坏后及时更换 再次设置贮养穴时改换位置 逐渐实现全园改良 这项技术用地膜覆盖保护了土壤水分并提高早春上层土壤的温度 因此草把营养穴中水肥气热条件适宜且稳定 根系大量发生且吸收能力强 利用约10 土壤优化区域的根系吸收肥水 满足树体活跃代谢的需要 使树体春季形态建成
6、快 生长速率高 显著提高了产量和品质 此技术一般可节肥30 节水70 90 根系的有效营养空间 王丽勤 1998 将苹果实生苗进行分根栽培 结果发现对1 2根系供应高氮营养的植株 植株总干重 地上部生长量显著高于全根低氮处理 而与全株高氮处理接近 地上部干重仅与高氮区根量相关 而与另外1 2低氮区的根系无关 所以50 的根系处于高营养区已可基本满足地上部生长的需要 候立群 1999 以盆栽幼树和田间结果大树为试材 进行了有机肥 氮肥分区处理 结果表明 苹果根区土壤有机质含量在1 5 2 的条件下 根系最佳营养空间阈值在20 50 之间 幼树所需空间大于成年树 不同氮素水平处理结果显示 高氮处理
7、 1 0 4 0gN 10kg土壤 则以50 营养空间的生物效应最大 苹果根系在富有机肥 氮肥区迅速增殖 出现补偿生长效应 但随富肥区容积的增大 这种效应减弱 适宜营养空间过大 加强植株的营养生长 优化局部土壤环境 土壤瘠薄干旱 土层浅等现象普遍存在于现有苹果园中 将果园土壤进行全园改良 并供给足够的肥水是不现实的 从上述根系有效土壤空间的试验中还看到 充足供应肥水会使根系生长冗余 因而是没有必要甚至是负效应的 因此应将有限的肥水用于改良土壤的局部环境 为20 50 的根系创造最适的营养空间 地膜覆盖穴贮肥水技术 滴灌罐灌 隔行交替灌溉 沟状轮替施肥等均应用了优化局部土壤的原理 其中 地膜覆盖
8、 穴贮肥水技术 利用约10 土壤优化区域的根系吸收肥水 满足树体活跃代谢的需要 使树体春季形态建成快 生长速率高 显著提高了产量和品质 果树根系生态变异大 对环境反应及其敏感需要探索维持地上部生长发育的有效根量和营养空间 二 节水农业 干旱是人类面临的共同问题 在干旱地区发展经济作物 关系环境改善和国计民生 针对干旱地区果树生产发展需要 需要对果树生产进行聚类分析 划分出若干干旱类型区 提出适合不同类型区栽培的果树品种及砧木种类和不同立地条件下节水保水配套栽培技术模式 包括有机质或地膜覆盖 穴贮肥水 配方施肥 生草 喷施抗蒸腾剂 使用保水剂 发枝素 矮化节能修剪 病虫防治等技术 对提高旱地果树
9、的产量与品质有重要的价值 果树节水栽培途径主要有以下几种 1 节水灌溉 喷灌 喷灌似降雨 均匀缓和 不产生地表径流和渗漏 可节约用水20 以上 不破坏土壤结构 同时可调节果园的小气候 防止高温和干热风对果树的危害 滴灌 采用滴灌法水分经过滴头直接湿润根际土壤 大大减少水分损耗和蒸发 能节约用水50 左右 越是干旱的地区节水效益越明显 地下管道灌水是借鉴传统的沟灌技术改进的 管道上按植株开喷水孔 在条件差的果园采用穴灌 树盘灌溉 2 保水措施 果园地面覆草 能够含蓄自然降水 减少地面蒸腾 稳定地温 保持土壤水分 果园覆地膜 早春浇水后覆地膜 具有早春提高土温 促进根系早长 蓄水保墒 壮树增产的作
10、用 穴灌加盖地膜 即穴贮肥水 分根交替灌溉 果树分根区 Partialrootdrying 灌溉技术是20世纪90年代初开始发展的一种节水灌溉技术 澳大利亚 新西兰 以色列 南非 美国及中国等都有学者进行该技术的相关研究 1 果树分根区灌溉技术的原理 现代果树生产目标之一是在保证产量与品质的前提下提高水分利用效率 植物吸收的水分 除了极少比例用于自身代谢外 绝大多数通过气孔蒸腾散失掉了 开发果树分根区灌溉技术的出发点 就是试图通过控制灌水 人为地解决通过气孔的水分蒸腾和二氧化碳吸收的矛盾 植物气孔开闭调节的研究表明 脱落酸 ABA 和叶片水势共同参与调节气孔的开闭 从而影响植物的水分利用效率
11、植物在干旱胁迫下 根系会合成ABA运输到地上部调节气孔的关闭 使蒸腾减少 以适应不良逆境条件 对植物的根系进行分根干旱胁迫试验表明 如果将一部分根系进行适度的干旱胁迫 而对另一部分根系充分灌溉 则被干旱胁迫的根系可以合成脱落酸调节气孔开闭 使气孔导度降低 蒸腾减少 达到节水的目的 而这种程度的气孔导度下降对气体交换的影响不大 但是 另一部分充分供水的根系却能够满足对地上部水分的供应 使叶片维持一定的膨压 从而不影响正常的生理活动 将这种分根干旱胁迫技术扩展到大田 对作物根系进行分根区交替灌溉 一部分根区土壤始终处于适度干旱状态 另一部分有充足的水分供应 就发展成了分根区灌溉技术最初的模型 这样
12、 虽然植物的蒸腾耗水量减少了 但由于净光合速率不降低或者降低很少 从而使作物的产量和品质受到较少的影响 果树栽培中由于有较大的株行距 研究人员多实行隔行交替灌溉 使一部分根系分布区土壤始终处于适度干旱状态 达到分根区干旱效果 目前采用分根区灌溉的果园 大多都有完善的监控系统来控制灌溉时期和灌水量 2 果树PRD灌溉条件下的生理反应 有关果树PRD灌溉条件下的生理反应方面的研究已经有很多 但随着试材 处理方法和试验地点的不同 研究结果的差异也较大 一方面 在PRD条件下降低的参数有 叶片气孔导度 蒸腾速率 新梢顶部 芽 根系中玉米素和玉米素核苷的含量 新梢生长速率 特别是侧梢的生长速率 叶面积等
13、 另一方面 在PRD条件下升高的指标为 根系和叶片中ABA的含量 木质部汁液pH 根系在土壤深层的发育 树冠结果部位的透光率 果实的着色度 酚类物质的含量 品质 水分利用效率 以一年生嘎拉苹果组培苗为试材 用改良的Hoagland营养液加20 聚乙二醇6000进行半根渗透胁迫模拟PRD灌溉条件 结果表明 PRD条件下植株叶片的日出前水势与对照不存在显著差异 但日水势变化动态在大部分的情况下显著低于对照 表明在白天根系吸收水分的速率仍低于对照 仅仅到夜间树体的水势才得到了恢复 PRD处理还导致叶片温度较对照显著地增高 目前 葡萄是用于PRD研究最多的果树树种 Loveys等在澳大利亚用西拉 Sh
14、iraz 赤霞珠 Cabernetsauvignon 和雷司令 Riesling 等葡萄品种的滴灌园 进行PRD灌溉与传统调亏灌溉的比较研究 结果表明 调亏灌溉虽然控制了树势 提高了葡萄及所酿酒的品质 但果实的大小 产量受到影响 其节水效果不及PRD灌溉 相比之下 PRD灌溉不仅使灌溉用水量减少了一半 而且使产量和果实大小都没有受到影响 就酿酒所要求的品质而言 如果没有提高 也至少维持在原有灌溉水平 在葡萄牙 Souza等人的研究结果也显示 PRD灌溉使用水量明显减少 对葡萄的品质也没有影响 但产量略有降低 以黑莓为试材的研究表明 其产量并没有受到PRD灌溉的影响 在苹果上 PRD比其他调亏灌
15、溉对树体生长发育的影响要小 但其效果取决于灌溉的时间和频率 研究涉及的其他植物包括梨 玉米 番茄 辣椒等 调亏灌溉或调控亏水度灌溉 RDI 是一种新的果园节水灌溉管理技术 生长的某些阶段 减少灌溉水量 抑制果树枝条的过旺生长 减少果树修剪量 避免养分过分向枝条倾斜 而使更多的养分积累到果实生长 不但可节约灌溉用水 增加产量 还可增大果实的体积和改善品质 3 在果树上的应用前景 果树根系深而庞大 有较大的株行距 从理论上讲比大田作物更有利于采用分根区灌溉技术 如果现有的果园已经具备滴灌和微量喷灌设施 对其加以改进 使其达到隔行分区灌溉 其实施成本是较低的 但是 新建果园要实现分根区灌溉 其最初的
16、投资仍然很高 同时 分根区灌溉需要动态监测土壤的含水量 控制好干湿交替的程度和交替周期 管理的技术要求很高 所以 经济条件的制约和管理的复杂 也成为推广的制约因素 实际上 在中国果树生产中已经得到了大面积推广的定位灌溉 包括滴灌和微量喷灌在内 在一定程度上就是一种特殊的分根区灌溉技术 定位灌溉时 在果树整个生命周期里仅仅灌溉一部分土壤 在干旱和半干旱地区 这就意味着大部分的根系经常处于水分亏缺状态 仅有少部分根系处在良好的水分条件下 其生理生化反应和生长发育调控与通常所进行的全部根系处于水分胁迫状况下存在显著差异 与地面灌溉和全园喷灌相比较 果树采用滴灌或微量喷灌栽培 营养生长减缓 但是果树生长速度不减慢 对采收时产量 果实大小和品质无不良影响 或产量和品质甚至有较大的提高 这就是说 在保证果树产量与品质的前提下大幅度地提高了水分利用效率 4 待研究的问题 现已有充足的证据表明 减少灌溉量的情况下 果树叶片气孔导度 营养生长 叶果比 果实大小 产量和果实的成分都要发生不同程度的改变 而以往有关PRD灌溉的研究大多都是在与对照相比 通常是与传统的全园灌溉或者滴灌相比 只灌溉了50 或者更
