本發(fā)明屬于甘蔗栽培試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在桶栽條件下對(duì)甘蔗進(jìn)行人工干旱脅迫試驗(yàn)的方法。
背景技術(shù)：
云南省是我國第二大甘蔗原料基地，年均植蔗面積550萬畝，其中70％以上種植在少雨、缺水的旱坡地。隨著近年來環(huán)境條件日趨惡化，蔗區(qū)旱情愈發(fā)嚴(yán)重，造成了全省甘蔗大幅減產(chǎn)，生產(chǎn)上急需耐旱、穩(wěn)產(chǎn)的甘蔗新品種，以降低因旱情造成的減產(chǎn)，最大限度的保障蔗農(nóng)植蔗的收益，提高甘蔗在旱地作物中的競(jìng)爭(zhēng)力。而培育抗旱甘蔗新品種的首要條件是評(píng)價(jià)和篩選出抗旱性強(qiáng)、并具有育種潛力的親本材料。因此首先需要建立一套科學(xué)的甘蔗抗旱性評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法，篩選出具有抗旱性的雜交親本，供育種戶利用。
桶栽和控水試驗(yàn)是用于檢測(cè)植物對(duì)干旱脅迫響應(yīng)的一種技術(shù)手段，可使試驗(yàn)材料處于相同的土壤和水分條件下開展相關(guān)指標(biāo)測(cè)量。傳統(tǒng)的甘蔗桶栽試驗(yàn)方法存在以下缺陷：第一，種植桶高度過低、體積過小，造成甘蔗根系盤結(jié)嚴(yán)重，對(duì)試驗(yàn)后期測(cè)量根系各項(xiàng)指標(biāo)帶來困難；第二，栽培用土采用大田表層土，土壤板結(jié)嚴(yán)重，試驗(yàn)后期清洗根系困難，對(duì)測(cè)量根系各項(xiàng)指標(biāo)帶來不便，影響試驗(yàn)結(jié)果；第三，使用稱重法計(jì)算澆水量或固定澆水量進(jìn)行補(bǔ)水，無法排除桶內(nèi)甘蔗自身植株質(zhì)量所帶來的誤差，且未能根據(jù)各參試材料實(shí)際需水量進(jìn)行補(bǔ)水，造成水分控制不夠準(zhǔn)確，水分脅迫程度不一致，對(duì)后期計(jì)算水分利用效率以及抗旱性評(píng)價(jià)結(jié)果帶來較大誤差；第四，未能考慮土壤表面的水分蒸發(fā)量，對(duì)水分利用效率結(jié)果帶來較大誤差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種科學(xué)的、有利于植株根系生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)水分精準(zhǔn)控制的甘蔗桶栽干旱脅迫試驗(yàn)方法。
本發(fā)明的目的提供如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
甘蔗在桶栽條件下實(shí)現(xiàn)水分精準(zhǔn)控制干旱脅迫的試驗(yàn)方法，方法如下：
(1)試驗(yàn)設(shè)計(jì)：試驗(yàn)按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)材料設(shè)灌溉和水分脅迫處理，2個(gè)種植桶作為空白對(duì)照，同時(shí)，每個(gè)材料再額外種植1桶，用于測(cè)定生物量起始值；
(2)配制栽培基質(zhì)：栽培基質(zhì)含有泥炭土成分，所述泥炭土成分以泥炭土粉和直徑0.4～0.5cm的泥炭土顆粒的形態(tài)同時(shí)存在于栽培基質(zhì)中，栽培基質(zhì)配方中，大田紅壤:泥炭土粉:直徑0.4～0.5cm的泥炭土顆粒的質(zhì)量比為1:1:1；
(3)育苗：分別取每份試驗(yàn)材料的單芽種莖，用50±0.2℃的溫水處理，脫去種莖中攜帶的宿根矮化病病菌；使用營養(yǎng)袋裝栽培基質(zhì)育苗，每袋栽種1個(gè)蔗芽；
(4)制作種植桶：用PVC材料制作種植桶，種植桶的桶身高度120cm、直徑25-30cm、桶底厚度0.4cm，桶底密封；
(5)測(cè)定栽培基質(zhì)飽和含水量：取裝有栽培基質(zhì)的種植桶作為空白對(duì)照，桶底部均勻鉆取排水孔，將水分速測(cè)儀預(yù)埋管垂直放入種植桶中心位置并稱重；向種植桶中緩慢灌水，直至桶底部排水孔開始出水為止；用聚丙烯顆粒均勻覆蓋于栽培基質(zhì)表面，降低表面水分蒸發(fā)；靜置種植桶至排水孔停止排水、質(zhì)量恒定后，封堵排水孔，計(jì)算出平均每桶對(duì)照可使栽培基質(zhì)含水量達(dá)飽和的需澆水量，使用水分速測(cè)儀測(cè)量其體積含水量，得到栽培基質(zhì)飽和狀態(tài)下的體積含水量；
(6)移栽：營養(yǎng)袋中的育苗達(dá)4葉齡后移栽至種植桶中，每桶移栽2株，每份材料移栽4桶，每桶澆水量為上述測(cè)定得到的使栽培基質(zhì)含水量達(dá)飽和的用水量；澆水后每桶在栽培基質(zhì)表面覆蓋聚丙烯顆粒；每天用水分速測(cè)儀對(duì)桶內(nèi)栽培基質(zhì)體積含水量進(jìn)行測(cè)定并補(bǔ)水，使混合土含水量維持在飽和狀態(tài)；至全部植株生長(zhǎng)至8葉齡后進(jìn)行生物量起始值測(cè)定，并開始水分脅迫處理；
(7)水分脅迫設(shè)置與管理：根據(jù)具體試驗(yàn)要求設(shè)置水分脅迫梯度和程度，逐級(jí)進(jìn)行干旱脅迫，每個(gè)水分脅迫階段下，當(dāng)所有種植桶內(nèi)栽培基質(zhì)體積含水量達(dá)到脅迫目標(biāo)值后維持5天處理，完成相關(guān)指標(biāo)測(cè)量后進(jìn)入脅迫階段；當(dāng)桶內(nèi)栽培基質(zhì)體積含水量降至飽和體積含水量的50％時(shí)，甘蔗處于嚴(yán)重萎蔫狀態(tài)，達(dá)到最大水分脅迫程度，完成此階段相關(guān)指標(biāo)測(cè)量后進(jìn)行收獲調(diào)查；
試驗(yàn)期間，每天用水分速測(cè)儀測(cè)量每桶栽培基質(zhì)的體積含水量，并根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，按如下公式計(jì)算每桶的補(bǔ)水量，進(jìn)行精準(zhǔn)控水，使干旱處理組的甘蔗植株處于相同的水分脅迫程度下：
W＝(Va-Vb)/100×Vs×1000；
式中，Va為栽培基質(zhì)體積含水量目標(biāo)值，Vb為栽培基質(zhì)體積含水量測(cè)量值，Vs為桶內(nèi)栽培基質(zhì)體積，W為補(bǔ)水量，單位為ml；
灌溉處理和對(duì)照維持栽培基質(zhì)含水量為飽和狀態(tài)，其中對(duì)照用于估算蒸發(fā)量。
本發(fā)明所述收獲調(diào)查方法是在收獲時(shí)，將桶內(nèi)2株甘蔗完整取出，清洗根部，將植株分為梢頭、葉片、莖和根系，置于90℃電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥72h，至質(zhì)量恒定后稱重。
本發(fā)明可進(jìn)一步進(jìn)行生物量和水分利用效率測(cè)定，生物量測(cè)定包括生物量起始值B1測(cè)定和生物量終止值B2測(cè)定，當(dāng)全部植株生長(zhǎng)至8葉齡后進(jìn)行生物量起始值測(cè)定，當(dāng)完成50％水分脅迫階段的測(cè)量后進(jìn)行生物量終止值測(cè)定，二者之差即為試驗(yàn)調(diào)查階段的生物量；
每桶材料的水分利用效率按照下述公式計(jì)算：
WUE(g kg-1)＝(B2-B1)/(Wt-We)；
式中，Wt為測(cè)量期間澆水總量，We為栽培基質(zhì)水分蒸發(fā)量，即測(cè)量期間2個(gè)空白對(duì)照的澆水總量的平均值，WUE為水分利用效率，單位為g kg-1。
本發(fā)明所述栽培基質(zhì)的pH值5.7-6.0，有機(jī)質(zhì)含量為455-470g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀的含量分別為274-305mg/kg、2.4-2.6mg/kg和262-285mg/kg，全氮、全磷、全鉀的含量分別為0.625-0.653％、0.058-0.065％和2.6-3.1％。
本發(fā)明方法以傳統(tǒng)的甘蔗桶栽試驗(yàn)方法為基礎(chǔ)，對(duì)其種植桶、栽培基質(zhì)、水分控制方式進(jìn)行改進(jìn)，建立起一套甘蔗桶栽精準(zhǔn)控水試驗(yàn)方法。本發(fā)明方法使得甘蔗根系可舒展生長(zhǎng)，利于根系的清洗和測(cè)量，聚丙烯顆粒覆蓋基質(zhì)表面，可有效降低基質(zhì)表層水分蒸發(fā)，結(jié)合空白對(duì)照基質(zhì)表層水分蒸發(fā)量計(jì)算結(jié)果，可將每天的澆水量分解為甘蔗植株的需水量和基質(zhì)表層水分蒸發(fā)量，降低水分利用效率誤差，每天對(duì)桶內(nèi)基質(zhì)體積含水量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)水分脅迫目標(biāo)進(jìn)行水分管理，可將桶內(nèi)水分控制在目標(biāo)值范圍，提高水分脅迫的精度，使脅迫程度處于同一水平，有效提高抗旱性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。
具體實(shí)施方式
甘蔗在桶栽條件下實(shí)現(xiàn)水分精準(zhǔn)控制干旱脅迫的試驗(yàn)方法，包括種植桶的制作、栽培基質(zhì)的配方、栽培基質(zhì)飽和含水量測(cè)定、栽培基質(zhì)表面蒸發(fā)量測(cè)定、水分脅迫設(shè)置與管理、育苗與移栽、生物量和水分利用效率測(cè)定。試驗(yàn)中用到的儀器設(shè)備有PR2/6土壤剖面水分速測(cè)儀、電熱鼓風(fēng)干燥箱等。試驗(yàn)方法如下：
(1)試驗(yàn)設(shè)計(jì)：試驗(yàn)按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)材料設(shè)灌溉和水分脅迫處理，2個(gè)空白對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)，同時(shí)為了測(cè)定生物量起始值，每個(gè)材料再額外種植1桶。
(2)配制栽培基質(zhì)：栽培基質(zhì)含有泥炭土成分，所述泥炭土成分以泥炭土粉和直徑0.4～0.5cm的泥炭土顆粒的形態(tài)同時(shí)存在于栽培基質(zhì)中，栽培基質(zhì)配方中，大田紅壤:泥炭土粉:直徑0.4～0.5cm的泥炭土顆粒的質(zhì)量比為1:1:1；栽培基質(zhì)的pH值5.7-6.0，有機(jī)質(zhì)含量為455-470g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀的含量分別為274-305mg/kg、2.4-2.6mg/kg和262-285mg/kg，全氮、全磷、全鉀的含量分別為0.625-0.653％、0.058-0.065％和2.6-3.1％。
(3)育苗：每份試驗(yàn)材料各取50個(gè)單芽種莖，用50±0.2℃的溫水處理2h，脫去種莖中攜帶的宿根矮化病病菌；使用直徑10cm，高12cm的營養(yǎng)袋在30℃條件下進(jìn)行育苗，每袋中裝0.8kg栽培基質(zhì)，每袋栽種1個(gè)蔗芽；甘蔗出苗后每15天噴施1次氯蟲噻蟲嗪，防治螟蟲為害。
(4)制作種植桶：選用直徑25-30cm、高120cm的PVC管作為桶身，厚度為0.4cm，直徑25-30cm圓形PVC板作為桶底，使用熱熔膠作為粘合劑制成桶底密封的種植桶。
(5)測(cè)定栽培基質(zhì)飽和含水量：取2只種植桶作為空白對(duì)照，桶底部均勻鉆取19個(gè)直徑0.3cm的排水孔，將PR2/6土壤剖面水分速測(cè)儀預(yù)埋管垂直放入種植桶中心位置并稱重；每桶裝栽培基質(zhì)65kg，使混合土深度為1m，向種植桶中緩慢灌水，直到桶底部排水孔開始出水為止；每桶稱取0.8kg聚丙烯顆粒均勻覆蓋于栽培基質(zhì)表面，降低表水分蒸發(fā)；靜置72h后排水孔停止排水，其質(zhì)量恒定，將排水孔用熱熔膠封堵，計(jì)算出平均每桶對(duì)照需澆水11.5kg可使栽培基質(zhì)含水量達(dá)飽和，使用PR2/6對(duì)其體積含水量進(jìn)行測(cè)量，2桶空白對(duì)照的平均值即為栽培基質(zhì)飽和狀態(tài)下的體積含水量。
(6)移栽：育苗袋育苗后待全部材料達(dá)4葉齡后進(jìn)行移栽，移栽前每只種植桶內(nèi)裝入栽培基質(zhì)65kg，每份材料挑選長(zhǎng)勢(shì)相近的8株進(jìn)行移栽，每桶移栽2株，每份材料移栽4桶。移栽時(shí)每桶各施6g 3.6％殺蟲雙，移栽后每桶倒入0.8kg聚丙烯顆粒覆蓋栽培基質(zhì)表面；每天使用PR2/6對(duì)桶內(nèi)栽培基質(zhì)體積含水量進(jìn)行測(cè)定并補(bǔ)水，使混合土含水量維持在飽和狀態(tài)，保證植株有充足的水分可利用并正常生長(zhǎng)。試驗(yàn)期間每15d噴施一次氯蟲噻蟲嗪，防止螟蟲為害。全部植株生長(zhǎng)至8葉齡后進(jìn)行生物量起始值測(cè)定，并開始水分脅迫處理。
(7)水分脅迫設(shè)置與管理：水分脅迫梯度和程度可根據(jù)具體試驗(yàn)要求進(jìn)行設(shè)置，每個(gè)水分脅迫階段下，當(dāng)所有種植桶內(nèi)栽培基質(zhì)體積含水量達(dá)到脅迫目標(biāo)值后維持5天處理，完成相關(guān)指標(biāo)測(cè)量(相關(guān)測(cè)量指標(biāo)根據(jù)試驗(yàn)需求進(jìn)行設(shè)置)后進(jìn)入下一個(gè)脅迫階段。當(dāng)桶內(nèi)栽培基質(zhì)體積含水量降至飽和體積含水量的50％時(shí)，甘蔗處于嚴(yán)重萎蔫狀態(tài)，達(dá)到最大水分脅迫程度，完成此階段相關(guān)指標(biāo)測(cè)量后進(jìn)行收獲調(diào)查。
試驗(yàn)期間每天使用PR2/6土壤剖面水分速測(cè)儀測(cè)量每桶栽培基質(zhì)的體積含水量，根據(jù)公式W(mL)＝(Va-Vb)/100×Vs×1000計(jì)算每桶補(bǔ)水量，式中Va為栽培基質(zhì)體積含水量目標(biāo)值，Vb為栽培基質(zhì)體積含水量測(cè)量值，Vs為桶內(nèi)栽培基質(zhì)體積，W為補(bǔ)水量，結(jié)果四舍五入到十位。灌溉處理和對(duì)照維持栽培基質(zhì)含水量為飽和狀態(tài)，其中對(duì)照用于估算蒸發(fā)量，干旱處理根據(jù)具體試驗(yàn)要求進(jìn)行設(shè)置。
(8)收獲調(diào)查：收獲時(shí)，將桶內(nèi)2株甘蔗完整取出，清洗根部，將植株分為梢頭(含葉鞘、不完全展開葉和無效分蘗)、葉片、莖和根系，置于90℃電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥72h，其質(zhì)量恒定后稱重。
(9)生物量和水分利用效率測(cè)定：生物量測(cè)定包括生物量起始值B1測(cè)定:和生物量終止值B2測(cè)定。當(dāng)全部植株生長(zhǎng)至8葉齡后進(jìn)行生物量起始值測(cè)定，當(dāng)完成50％水分脅迫階段的測(cè)量后進(jìn)行生物量終止值測(cè)定，二者之差即為試驗(yàn)調(diào)查階段的生物量。
每桶材料的水分利用效率按照公式WUE(g kg-1)＝(B2-B1)/(Wt-We)進(jìn)行計(jì)算，式中Wt為測(cè)量期間澆水總量，We為栽培基質(zhì)水分蒸發(fā)量，即測(cè)量期間2個(gè)空白對(duì)照澆水總量的平均值。
本發(fā)明由于采用了改進(jìn)的種植桶和栽培基質(zhì)，使得甘蔗根系能夠在桶內(nèi)基質(zhì)中舒展生長(zhǎng)，且便于根系的清洗和測(cè)量。使用空白對(duì)照計(jì)算栽培基質(zhì)表面水分蒸發(fā)量，可有效降低甘蔗植株水分使用量計(jì)算的誤差，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。使用PE顆粒覆蓋栽培基質(zhì)表面，可有效降低栽培基質(zhì)表面水分蒸發(fā)量，且不影響甘蔗植株的正常生長(zhǎng)。本發(fā)明設(shè)置水分脅迫梯度，逐級(jí)進(jìn)行干旱脅迫，利用PR2/6土壤剖面水分速測(cè)儀每天對(duì)桶內(nèi)栽培基質(zhì)的體積含水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)和各材料需水量大小計(jì)算澆水量，對(duì)每桶材料的栽培基質(zhì)含水量進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使干旱處理組的甘蔗植株處于相同的水分脅迫程度下，可有效提高評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。