通过滴灌技术提高小麦-棉花种植中的光合作用和抗氧化酶活性

《Agricultural Research》：Boosting Photosynthesis and Antioxidative Enzyme Activity in Wheat-Cotton Cultivation with Drip Irrigation

在棉花-小麦轮作系统中，采用地下滴灌（SDI）配置（20-30 cm lateral depth，20-40 cm emitter spacing）结合80% ETc灌溉，可提升水生产力（棉：1.19-2.43 kg/m3，麦：2.83-3.43 kg/m3），优于漫灌和地表滴灌。SDI缓解水分胁迫，促进光合作用（棉稳定ФPSII，麦下调ФPSII），增强抗氧化酶活性（棉APase+24%，麦SOD+21.6%和CAT+24.8%），同时MDA含量增加（棉+24.9%，麦+13.3%）及脯氨酸积累（棉+22.9%，麦+10.9%），验证了SDI在缺水条件下的可持续性。

　　

摘要

在印度旁遮普邦进行的一项为期两年的研究（2020–2022年）探讨了地下滴灌（SDI）的不同配置：侧埋深度（20、25和30厘米）以及滴头间距（20、30和40厘米），并在亏缺灌溉条件下（作物蒸散量（ETc）为100%、80%和60%）对棉花（Gossypium hirsutum L.; 锦葵科）和小麦（Triticum aestivum L.; 禾本科）的种植系统进行了对比试验，同时设置了漫灌和地表滴灌对照组。该研究采用分割区设计，重复三次实验，评估了产量、灌溉水生产力（WPI）以及水分匮乏条件下的生理反应。在60% ETc的亏缺灌溉条件下，棉花籽棉产量减少了16%（2825–2367公斤/公顷），小麦籽粒产量减少了11–13%（从50.4–51.9公斤/公顷降至44.7–45.0公斤/公顷），其中棉花对水分状况更为敏感，而小麦则更受滴灌配置的影响。两种作物在生殖阶段均表现出胁迫症状，表现为气孔导度降低；棉花在棉铃发育初期保持了稳定的量子产量（ФPSII），而小麦在整个生殖阶段都下调了ФPSII水平。与漫灌相比，SDI缓解了水分胁迫，提高了关键生长阶段的叶绿素含量和气孔导度。在水分亏缺条件下，抗氧化酶活性显著增强，棉花的抗坏血酸过氧化物酶活性提高了24%，小麦的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性分别提高了21.6%和24.8%。在60% ETc条件下，棉花的丙二醛含量增加了24.9%，小麦增加了13.3%；同时，棉花的脯氨酸积累量（22.9%）明显高于小麦（10.9%）。滴灌施肥使棉花籽棉产量增加了10.5%（2258–2320公斤/公顷升至2685–2373公斤/公顷），小麦增加了8.9%（45.0–49.5公斤/公顷升至48.8–54.1公斤/公顷），其灌溉水生产力（WPI）比漫灌提高了85–134%。最佳SDI配置为：侧埋深度20厘米、滴头间距20厘米、亏缺灌溉程度为80% ETc，此时WPI达到最高值（棉花：1.19–2.43公斤/立方米；小麦：2.83–3.43公斤/立方米），优于地表滴灌和漫灌。相关性分析表明，生理参数与经济产量之间存在显著关联，蛋白质含量与抗氧化酶活性呈正相关。这些研究结果支持在80% ETc条件下采用浅埋侧管和紧密滴头间距的SDI技术，作为提高水分匮乏条件下棉花-小麦系统作物产量和水资源利用效率的可持续方法。

在印度旁遮普邦进行的一项为期两年的研究（2020–2022年）探讨了地下滴灌（SDI）的不同配置：侧埋深度（20、25和30厘米）以及滴头间距（20、30和40厘米），并在亏缺灌溉条件下（作物蒸散量（ETc）为100%、80%和60%）对棉花（Gossypium hirsutum L.; 锦葵科）和小麦（Triticum aestivum L.; 禾本科）的种植系统进行了对比试验，同时设置了漫灌和地表滴灌对照组。该研究采用分割区设计，重复三次实验，评估了产量、灌溉水生产力（WPI）以及水分匮乏条件下的生理反应。在60% ETc的亏缺灌溉条件下，棉花籽棉产量减少了16%（2825–2367公斤/公顷），小麦籽粒产量减少了11–13%（从50.4–51.9公斤/公顷降至44.7–45.0公斤/公顷），其中棉花对水分状况更为敏感，而小麦则更受滴灌配置的影响。两种作物在生殖阶段均表现出胁迫症状，表现为气孔导度降低；棉花在棉铃发育初期保持了稳定的量子产量（ФPSII），而小麦在整个生殖阶段都下调了ФPSII水平。SDI缓解了水分胁迫，提高了关键生长阶段的叶绿素含量和气孔导度。在水分亏缺条件下，抗氧化酶活性显著增强，棉花的抗坏血酸过氧化物酶活性提高了24%，小麦的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性分别提高了21.6%和24.8%。在60% ETc条件下，棉花的丙二醛含量增加了24.9%，小麦增加了13.3%；同时，棉花的脯氨酸积累量（22.9%）明显高于小麦（10.9%）。滴灌施肥使棉花籽棉产量增加了10.5%（2258–2320公斤/公顷升至2685–2373公斤/公顷），小麦增加了8.9%（45.0–49.5公斤/公顷升至48.8–54.1公斤/公顷），其灌溉水生产力（WPI）比漫灌提高了85–134%。最佳SDI配置为：侧埋深度20厘米、滴头间距20厘米、亏缺灌溉程度为80% ETc，此时WPI达到最高值（棉花：1.19–2.43公斤/立方米；小麦：2.83–3.43公斤/立方米），优于地表滴灌和漫灌。相关性分析表明，生理参数与经济产量之间存在显著关联，蛋白质含量与抗氧化酶活性呈正相关。这些研究结果支持在80% ETc条件下采用浅埋侧管和紧密滴头间距的SDI技术，作为提高水分匮乏条件下棉花-小麦系统作物产量和水资源利用效率的可持续方法。