【摘要】：新疆是我國重要的林果產業(yè)基地,截止到2016年,新疆特色林果面積已突破133萬公頃,成為新疆社會經濟發(fā)展的重要支柱產業(yè)之一。由于新疆農業(yè)屬于綠洲農業(yè),干旱缺水是制約其可持續(xù)發(fā)展的最大限制性因子,因此開展干旱區(qū)林果高效節(jié)水技術研究具有重要的理論價值和實踐意義。本研究在前期果樹地下穴貯滴灌技術開發(fā)的基礎上,創(chuàng)造性的設計完成了果樹穴貯滴灌光伏注氣設備,并通過試驗驗證該技術的可靠性及相關技術原理,以為地下穴貯滴灌“水肥氣”一體化技術的應用推廣提供一定的理論依據�，F(xiàn)將本研究內容總結如下:1.研制出地下穴貯滴灌“水肥氣”一體化設備,研究了地下穴貯滴灌條件下加氣灌溉對葡萄生長發(fā)育的影響。研究結果表明注氣處理的根重、枝重、葉重、總生物量分別比未注氣高11.20%、13.59%、22.95%、14.43%,差異顯著(P0.05),提高了同一灌水周期內葡萄的葉綠素含量、葉片凈光合速率、灌水后期葉片的熒光能力,減緩干旱脅迫,但對葉片瞬時水分利用效率有負面影響,未表現(xiàn)出單葉水平上的節(jié)水效應。對葡萄根系的測定結果表明注氣處理明顯促進了土層深度20~40 cm處根系的生長,有效提高了此處根系的營養(yǎng)吸收能力和更替能力,提高葡萄生長后期根系活力,保持根系SOD、POD、CAT酶活性在一個較高的水平,減輕與延緩膜脂過氧化進程。2.通過碳同位素示蹤標記技術研究了加氣灌溉對葡萄光合同化物分配、根際二氧化碳呼吸及土壤關鍵酶活性的影響。研究結果中細根、新枝、粗根注氣處理分別比未注氣處理高118.04%、163.38%、54.23%,細根、新枝差異極顯著(p0.01),粗根差異顯著(p0.05),表明加氣灌溉促進光合碳同化產物向細根、新枝、粗根的分配,暗示通過注氣可以促進光合產物向根系積累。在同一灌水周期,加氣灌溉可有效影響葡萄根際的土壤氧含量及二氧化碳含量。在葡萄的整個生長周期,葡萄的呼吸強度呈先升高后降低的趨勢,注氣處理的呼吸強度均高于未注氣處理。通過加氣灌溉可以提高在土層深度20~30、40~50 cm處土壤脲酶、過氧化氫酶的活性。3.研究了加氣灌溉對干旱區(qū)葡萄根際土壤化學性質、細菌多樣性及群落結構影響,結果表明:加氣灌溉可有效提高土壤pH值,顯著增加土壤速效磷(40~50 cm除外)和速效鉀含量,促進土層深度20~30 cm土壤有機質分解;對氮磷鉀相關菌屬的分析表明,加氣灌溉可促進與硝化作用相關的亞硝化螺菌屬,磷鉀代謝相關的假單胞菌屬、芽孢桿菌屬,抑制與反硝化相關的羅爾斯通菌屬,表明加氣灌溉能促進植株對氮磷鉀的吸收與能提高硝化作用、解磷解鉀相關菌群數(shù)量有關。Chao1、Shannon指數(shù)分析表明地下穴貯滴灌加氣灌溉可有效改變細菌群落豐度,但對細菌群落多樣性影響較小;對于細菌門,注氣處理增加了放線菌門和硝化螺旋菌門的豐度,其中在40~50 cm土層注氣處理放線菌門和硝化螺旋菌門分別比未注氣高16.7%與22.7%,達到極顯著水平;CCA及相關分析表明,地下穴貯滴灌注氣條件下土壤pH值、速效磷和硝酸鹽含量是影響細菌群落結構的重要指標。4.通過氮同位素示蹤技術研究了加氣灌溉對葡萄幼苗生長及硝態(tài)氮、銨態(tài)氮吸收代謝的影響,結果表明:加氣灌溉可促進葡萄新梢增長,莖粗增加,顯著提高葡萄新梢、細根等植株干物質量的積累。在同一灌水周期內,地下穴貯滴灌加氣灌溉可提高葉片葉綠素、凈光合速率,延緩植株脅迫。通過氮同位素示蹤標記表明,地下穴貯滴灌條件下無論是否注氣,葡萄新生器官對硝態(tài)氮的征調能力、吸收利用效率均顯著高于銨態(tài)氮;與不注氣相比,注氣處理可顯著促進新生器官對硝態(tài)氮的吸收,抑制銨態(tài)氮的吸收利用。加氣灌溉可促進葡萄的生長,提高葉片光合效率,~(15)N示蹤表明加氣灌溉并未影響葡萄根系對硝態(tài)氮的偏好,在地下穴貯滴灌注氣條件下氮素形態(tài)宜選擇硝態(tài)氮作為氮肥來源。5.研究了加氣灌溉對葡萄幼苗根系生長和葡萄根際土壤氮素轉化、關鍵酶活性的影響,結果表明注氣后10 d注氣處理土壤NH_4-N比不注氣增加28.95%,隨著注氣時間的延長,注氣土壤NH_4-N含量顯著下降;注氣后20d土壤硝化強度顯著高于未注氣處理,而注氣處理NO_3-N含量始終低于未注氣處理。注氣后20 d土壤脫氫酶活性顯著提高,未注氣處理變化趨勢滯后于注氣處理。對注氣處理土壤氮素含量和土壤酶活性進行相關分析,土壤過氧化氫酶和土壤NO_3-N含量呈極顯著正相關(r=0.969),土壤脫氫酶與土壤硝化強度也呈顯著正相關(r=0.907)。加氣灌溉能促進土壤氮素轉化,增加根系對土壤NO_3-N的吸收,提高土壤脫氫酶的活性,延緩生長后期根系活力下降。6.通過氮同位素示蹤技術研究了地下穴貯滴灌條件下加氣灌溉對葡萄幼苗生長及酰胺態(tài)氮吸收代謝的影響。研究結果表明在施用尿素條件下加氣灌溉顯著降低了葡萄幼苗各器官部位的Ndff(%)值、影響了植株各器官部位的~(15)N分配率,降低了植株~(15)N的利用率。表明加氣灌溉促進了尿素的揮發(fā)(銨態(tài)氮的揮發(fā)),抑制了葡萄幼苗植株根系對尿素吸收,降低了尿素的利用率。表明加氣灌溉對植物尿素吸收存在負面作用,暗示在葡萄生長早期施用尿素作為主要氮源時,不宜進行加氣灌溉。7.通過對加氣灌溉及不同氮素濃度對植株生長的耦合研究發(fā)現(xiàn),在同一施氮條件下,注氣處理較未注氣處理提高了葡萄葉片葉綠素含量、PSⅡ的實際光化學效率、光化學猝滅系數(shù)(qP),保持SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性在較高水平。在注氣條件下對葡萄葉片的分析表明,N2濃度更能增加葡萄葉片的凈光合速率,SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性優(yōu)于N1、N3處理;對注氣條件下根系的分析表明,葡萄的根系結構(表面積、根體積、根長、根尖數(shù))、葉片根系氮含量(總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)、氮關鍵酶活性均為N2處理最高,表明在注氣條件下,N2濃度適宜于葡萄的生長。對于不注氣處理,N3濃度優(yōu)于N1、N2處理。以上結果可表明在注氣條件下,促進植株生長的氮素濃度并不是越多越好,而是需要選擇一個適宜的范圍。針對本研究的最佳注氣及氮素濃度處理為AN2處理。8.通過2016、2017年的田間試驗結果表明,加氣灌溉可以促進葡萄新梢、莖粗增加,提高葉片的葉綠素含量,可顯著增加葡萄的果粒重、果穗重、葡萄產量及果實的橫徑。但對葡萄的果實著色、可溶性固形物、硬度、糖酸比并沒有明顯改善,甚至加氣灌溉延緩了葡萄果實的著色。以上研究結果表明,加氣灌溉作為一項新的技術,在促進葡萄生長方面具有積極的作用。但由于葡萄作為多年生作物,生理代謝機制復雜,要想發(fā)揮加氣灌溉技術在促進果實品質改良方面的作用,需要針對加氣時間、加氣頻率等進行更進一步的研究,以明確相關機理,促進這一技術的實際應用與推廣。
【學位授予單位】：石河子大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S663.1

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本文編號：2635261