营养生长期亏缺灌溉通过优化番茄根系构型和延缓衰老提升生长与产量

针对温室番茄栽培中水资源利用效率低及根系衰老机制不明的问题，西北农林科技大学团队通过调控亏缺灌溉（RDI）时期，发现营养生长期适度水分胁迫（DWW处理）可优化根系构型（增加细根长度密度RLD和粗根表面积）、延缓深层根系（20-40 cm）衰老（降低累积死根损失CDLL 21.6-31.9%），最终使产量提升9.4%且灌溉水利用效率（IWUE）提高16.7%，为设施蔬菜节水优质栽培提供新策略。

　　

在干旱半干旱地区，温室番茄生产面临水资源短缺与产量矛盾的严峻挑战。传统灌溉方式往往导致水分利用效率低下，而根系作为作物感知土壤环境的核心器官，其动态变化与地上部生长的协同机制尚不明确。尤其令人困惑的是，根系如何通过形态可塑性（如细根分化、垂直分布）响应阶段性水分胁迫，进而影响衰老进程和产量形成？西北农林科技大学的研究团队通过两年田间试验，首次系统揭示了营养生长期亏缺灌溉（RDI）通过"根系构型优化-衰老延迟"双路径提升番茄产量的生理机制，成果发表于园艺学权威期刊《Scientia Horticulturae》。

研究采用多技术联合作战：设置全生育期充分灌溉（WWW）、营养生长期亏缺（DWW）、果实成熟期亏缺（WWD）等5种处理，结合根系分级扫描（WinRhizo分析G1-G4级根系）、微型根窗（Minirhizotron）原位观测根系生死动态、三维分布模型（β系数表征垂直分布）及光合测定（LI-6800系统），构建了从微观根系表型到宏观产量的完整证据链。

根系构型的层级重塑
通过直径分级发现，DWW处理使细根（D≤1 mm）长度和表面积在2024年分别增加21.39%和2.03%，粗根（D≥1 mm）参数增幅更达37.08%和41.97%（图4）。这种"粗细协同"的增长模式伴随根组织密度（RTD）提升，表明水分胁迫诱导根系向更致密的投资策略转变。特别值得注意的是，SRL（比根长）的降低反映单位生物量下吸收面积减少，但深层土壤（20-40 cm）RLD增加补偿了这一缺陷（图6）。

时空分布的精准调控
β系数模型显示DWW处理的根系垂直分布最深（图7），二维分布图更直观揭示其"深根广布"特性：在40 cm土层RLD达1.16 cm cm^-3
，较WWW提高38%（图9）。这种分布优化使植株在高温季节能有效利用深层土壤水分，而横向扩展的维持（x/x_max
拟合系数b₂
稳定）保障了养分捕获范围。

衰老时钟的拨慢术
微型根窗动态监测发现，DWW处理使40 cm土层累积死根损失（CDLL）在两年间分别降低21.6%和31.9%（表4），关键转折点出现在移植后100天。此时深层根系活性（RA）仍保持76.13 mg g^-1
h^-1
，较WWW高9.6%（图10A）。这种"保深层舍浅层"的衰老模式（20 cm土层根系存活率主动降低）可能是植株应对环境胁迫的智能权衡。

地上-地下的对话密码
相关性分析揭示，细根长度（FRL）与产量相关系数达0.82**（图13），而深层CLLP（活根生产力）通过维持后期光合速率（Pn 120d=88.47 μmol m^-2
s^-1
）驱动干物质积累（DMA增加6.7%）。这解释了为何DWW能在节水14.5%的同时实现增产——优化的根系构型像精准的"地下管网"，而延缓的衰老则延长了这套系统的服务年限。

这项研究颠覆了"亏缺灌溉必然减产"的传统认知，提出营养生阶段适度水分胁迫可作为根系"健身训练"的有效手段。其创新性在于：首次明确番茄根系衰老临界点，建立RDI-根系构型-衰老进程的定量关系，为设施蔬菜节水智慧灌溉提供理论依据。未来研究可结合转录组和激素信号，解析根系可塑性的分子开关，推动成果向更多作物拓展。