农业碱地条件下渍水对小麦品种元素含量，生长发育及产量的影响外文翻译资料

 2022-12-22 17:42:25

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农业碱地条件下渍水对小麦品种元素含量，生长发育及产量的影响

摘要：在排水和渍水条件下，于农民的碱田中（pH，8.9）评估了6个耐水耐涝品种和2个当地品种。在播种后第25天开始渍水12天。在渍水12天时去除地表水后发现土壤的氧化还原电位（Eh）值降至 90 mV，16天时间达到土壤缺氧极限（le; 350 mV）以上。渍水显著降低了所有品种的枝条干重，但对耐受品种KRL3-4，Kharchia65和KRL99的影响程度较小。与排水处理相比，渍水导致叶片Fe，Al，Na和Na / K比例增加许多倍，叶片K，P和S减少;这些元素的增加或减少均高于或低于其临界毒性或缺乏水平。基于相对枝条干重的品种耐涝性与叶片Na和Na / K比值呈显著负相关。与排水条件相比，渍水处理中谷物产量的降低范围为11至27％。在渍水条件下，KRL3-4和NW1014的产量损失较少，且产量显著高于当地品种。因此，这两个品种可以推荐在研究区种植。这些结果表明，在特定的土壤和水涝环境中可以选择适当的耐受品种来增加小麦产量。

关键词：渍水；小麦；碱田；氧化还原电位；金属；铝；钠

1 引言

涝渍发生在世界上许多小麦种植区。据估计，每年约有10-15万公顷的世界小麦种植区受到水涝的影响[1];它占每年播种小麦70亩的15-20％。小麦生产的涝渍问题更为严重，尤其是印度的钠/碱性土壤。长期调查表明，每次在印度灌溉碱性土壤时，通常会渍水即这些土壤变得缺氧，氧化还原电位lt; 350 mV [2]。在印度，每年种植小麦的印度-恒河平原的250万公顷碱性土壤可能会出现饱和或暂时的涝渍状况，原因是降雨过多或农民田间排水管理不善[3]。

容易涝渍的环境具有相当大的多样性和复杂性。多样性发生在涝渍胁迫的时间，持续时间和严重程度以及与涝渍土壤相关的物理和化学变化[4,5]；与易涝渍环境相关的非生物因子存在其他多样性[6]。在浸水的土壤中，通常允许根际与大气之间自由气体交换的孔隙空间充满水，这严重减少了氧气扩散到土壤中。覆盖土壤的水减缓了氧气从大气中扩散10-4倍[7]。由于气体交换的限制和随后的氧气耗尽，一些土壤微生物利用氧气以外的电子受体进行呼吸氧化[4,8]导致土壤中的一系列化学和微生物变化。这些变化导致NO3-N、Fe、Mn、硫酸盐的减少以及土壤的pH和氧化还原电位的变化[4,6,8]。土壤中Fe、Mn [9]和Al [10,11]等元素的可用性增加。这使这些元素的浓度增加到在这些土壤中生长的小麦的毒性水平。建议耐水涝耐受性通常是对厌氧生物的耐受性和元素毒性的产物，例如不同土壤中的锰、铁、钠、铝和硼[12]。

涝渍导致小麦籽粒产量严重下降[13]。即使在碱性土壤中短期渍水2-6天也可能导致粮食产量减少17-47％[3]。通过培育耐涝基因型，可以改善涝渍土壤中小麦的产量。然而，当农民在田间条件下生长时，已经知道它们的养分吸收和谷物产量表现，其中水涝环境非常复杂和多样化。本次调查的目的是评估农田田间条件下农田耐盐小麦品种在耐涝耐旱小麦品种中的渍水诱导变化，并评估其与其生长和产量的关系。

2 材料与方法

2.1 实验地点

本实验在位于印度北方邦苏丹布尔区那辛普村的农民田间进行（N28°29.282，E81°52.044），在2011-2012工作季节（11月至4月）期间进行。所选地点是位于Sharda Shahayak运河指挥区的涝渍目标环境的良好代表，由于运河渗漏，排水不当，冬季强降雨和/或不平整的田地，每年大面积的小麦自然积水。实验区的土壤（0-15 cm）的一些物理化学性质已在表1中给出。实验区的土壤具有过量的可交换钠和高pH值，因为它们渗透性差，水表面为更长的时间，只要有灌溉或下雨。土壤中有机碳含量较低，而N，P，K等微量元素的浓度相当高。

表1 排水条件下试验土壤的理化性质

表2 根据品种，排水和涝渍处理的枝条干重和叶片Fe，Al，Na，K，P和S浓度（渍水后）和籽粒产量的方差分析总结

2.2 作物设置

8个小麦品种，包括6个耐涝小麦品种（Kharchia65，KRL3-4，KRL99，KRL210，NW1014，NW1067）和两个当地小麦品种（LOK1，Kundan）在随机区组设计中在排水（非渍水）和渍水条件下进行评估，每个条件有三次重复。耐受耐涝小麦品种的选择是基于其在耐涝性的其他正在进行的种质评估试验中的表现[14,15]以及之前的报告[16,17]。当地品种LOK 1和Kundan是研究区内广泛种植的品种。将每个品种以5times;4m的方式成行接种，间隔23cm。向作物施肥的过程分三次进行;播种时的第一剂量，60 kg ha-l的N作为尿素，60 kg ha-1的P作为单一超级磷酸盐（SSP）和25 kg ha-1 ZnSO4；第一次灌溉时采用第二次的剂量，即播种后25天，以30 kg ha-1的N作为尿素;第二次灌溉时采用第三次的剂量，即播种后55天，30kg ha-1的N作为尿素。该作物接受了5次灌溉水灌溉（EC，0.3 dSm-1）。在第一次灌溉时，即播种后25天，通过在土壤表面上积聚5cm水，施加渍水处理12天。之后积水被完全除去，并且在该地块中不再有渍涝情况发生。此时，非涝（排水）处理接受正常灌溉。在播种后的第55天，第105天和第135天，在非水涝（排水）和涝渍处理中，仍然进行了四次灌溉。

2.3 氧化还原电位的测定

在渍水处理期间以4天的间隔在非渍水（排水）和渍水地块中进行氧化还原电位（Eh）测量，并且持续到涝渍地的氧化还原电位变为缺氧。使用（1）毫伏表（科尔-帕默，芝加哥，IL），（2）由铂丝（直径0.75mm，10mm长；AGR矩阵，纽伯恩，WA）制成的铂氧化还原电极测定土壤中的Eh，制造方法根据Patrick等人[18]在西澳大学植物科学研讨会的结果，（3）银/氯化银（Ag/AgCl）参比电极。使用醌氢氧化还原/pH标准品在pH 4和7下检查并校准所有电极[18]。在排水和涝渍地块中，将3到5个电极垂直插入土壤中5厘米，以获得平均氧化还原值。测得的Eh值标准化为pH7 [9,18]。

2.4 叶片采样和元素分析

在渍水后12天（在排水时）收集用于元素分析的叶样品。从排水和渍水处理中收集每个重复（总共三次重复）的四叶（顶部第二和第三叶），在蒸馏水中漂洗三次以避免任何土壤污染，然后除去过量的水。将样品置于纸袋，烘箱在70℃下干燥48h，称重，然后送到阿德莱德大学的威特分析服务进行ICPAES元素分析。使用硝酸和过氧化氢在含有盖子的50ml聚丙烯离心管中消化样品，以防止可编程消化系统上的污染。这种消化方法可以很好地回收元素。

2.5 茎干重和粮食产量

在渍水后12天（即叶采样时）测量茎干重量。从排水和渍水处理中收集每个重复（总共3个重复）的30株植物（不含根）。洗涤植物，取出过量的水并置于纸袋中。将样品在70℃下烘箱干燥48小时，称重并计算每株植物的干重。 籽粒产量是从每个地块的中心4times;5m区域获得的。收获后，手动将干生物质脱粒，然后分离成稻草和谷粒。谷物产量以t ha-1表示。

2.6 统计分析

统计分析使用基于因子实验的随机区组设计分析所有测量参数，并基于最小显著差异检验进行平均比较[20]。表2列出了地上部干重，叶铁，铝，钠，钾，磷，硫和籽粒产量的方差分析。

3 结果与讨论

3.1 氧化还原电位（Eh）

土壤Eh因涝渍而大大降低（图1）。排水土壤中的Eh值，在渍水范围为 400至 430 mV之间，渍水12天时，渍水地块的Eh值降至 90 mV。在渍水12天后去除土壤表面的积水，之后观察到Eh值逐渐增加，土壤达到缺氧极限（le; 350 mV）需要大约16天[21]。因此，涝渍严重（lt; 200 mV）约12-14天。在非涝渍地块（排水）中，Eh值始终高于缺氧限值。在水涝条件下Eh值的快速初始降低显然是由于在Fe和Mn氧化物水合物调动其缓冲能力之前，氧气的去除和伴随氧气消耗的还原物质的释放造成的[21]。浸水土壤中随后的还原过程是土壤细菌氧化还原的结果，其中能量来源是有机物质，Fe和Mn在缺氧环境中用作电子受体[4,21,22]。

图1 农民碱性油田（pH8.9）渍水过程中的氧化还原电位测量值（mVplusmn;s.e.m.）。第0天出现水涝；箭头表示地表水去除时间。所有数据均标准化为pH7.0。虚线表示氧化还原值对于pH值为7.0的缺氧（le;350mV[19]）。

3.2 茎干重和叶片元素浓度（渍水后）

与排水处理相比，土壤涝渍显著降低了所有品种的地上部干重（图2）。渍水与种类的显著相互作用表明品种对渍水的反应不同。与排水处理相比，小麦品种中涝渍的枝条干重减少幅度为24％至56％。渍水处理下的平均地上部干重（8个品种的平均值）相比排水处理减少了42％。在排水和涝渍条件下，两个品种KRL3-4和Kharchia65的地上部干重显著高于平均地上部干重（平均8个品种），这些品种在渍水条件下相对于排水的地上部干重减少最少。条件。根据相对枝条干重（渍水/排水％），品种的耐涝性顺序为：KRL3-4gt; KRL99gt; Kharchia65gt; NW1014gt; KRL210gt; LOK1gt; NW1067gt; Kundan（表3）。这些结果验证了KRL3-4，Kharchia65和KRL99的耐涝性，这些耐涝品种在其他正在进行的耐涝性种质评估试验中被确定为耐涝性品种[14,15]。这些品种的耐涝性也已在此前报道[16,17,23]。

渍水引起叶片中Fe和Al浓度相比于排水条件显著增加。与排水条件相比，在渍水条件下平均叶Fe（在八个品种中）增加了约两倍（表4；图3a）。它比Fe的临界毒性水平高约两倍（100 ppm，由Reuter等人[24]引用）。在渍水条件下，品种的渍水耐受性（渍水/排水干重％）与叶片铁浓度之间存在边际正相关（r = 0.24，由表3中的数据计算）。排水条件下的平均叶片铝浓度为18 ppm（表4；图3b），在渍水（146 ppm）下增加了8倍，这比Al的临界毒性水平高3倍（50 ppm，Reuter等人引用[24]）。渍水下的叶片铝浓度与品种的渍水耐受性几乎没有或没有相关性（-0.02，由表3中的数据计算）。渍水条件下叶片Fe和Al浓度的增加与碱性土壤中Fe[9]和Al[10,11]的可利用性增加有关，因为在涝渍条件下土壤的Eh值降低[9]（图 1）。在中性，酸性[25,26]和碱性土壤[27]中均发现了小麦叶片组织渍水过程中高毒性铁和铝浓度的现象。

渍水条件下叶片Na浓度相对于排水条件有显著增加。排水条件下的平均叶片Na浓度（1432 ppm）远低于Na的临界毒性水平（8000 ppm，Reuter等[24]），在渍水条件下，它增加到临界毒性水平以上（表4；图3c）。在渍水条件下叶片Na浓度和品种的渍水耐受性之间发现了5％概率水平（r=-0.81，从表3中的数据计算）的显著负相关。涝渍耐性相对较高的品种KRL3-4，Kharchia65，KRL99和KRL210的叶片Na浓度低于其他渍水品种，这些品种的叶片Na值低于临界毒性水平，而其他品种则高于临界毒性水平。先前已有报道，盐度和厌氧生物的相互作用增加了小麦枝条中的Na浓度；相对于排水砂培条件，发现渍水植物中Na浓度高两倍[29]。与目前的结果相似，Khabaz-Saberi等人[25]发现在酸性土壤中生长的小麦的芽Na增加了5倍。

在渍水条件下，相对于排水条件平均叶片K浓度的平均降低约7倍（表4；图3d），并且它比K的临界缺乏水平（1.8％）低约3倍[30]，渍水品种间叶片K的变化不显著。品种的耐涝性和渍水条件下叶片K浓度之间存在边际正相关（r=0.33，由表3中的数据计算）。渍水时K浓度的降低与缺氧和Na浓度的高增加有关。根据研究显示，K的摄取非常活跃，这可能在缺氧期间在能量饥饿下受损。这两种离子以竞争的方式进入植物根细胞。这种竞争可能对植物生长产生显著的负面影响，其中Na的浓度经常超过K [3l].Na可以代替K摄取，并且研究显示相似的摄取机制可以对两种离子起作用[30]。先前已经有研究报道了小麦涝渍植物中的钾缺乏[3,32-35]。

叶片Na浓度的极高增加和叶片K浓度的严重下降导致渍水条件下平均叶片Na/K比值（1.57）相对于排水条件（0.04）增加约40倍。这种增加约为小麦Na/K比临界毒性水平的三倍（0.5 ppm，Reuter等[24]）。渍水条件下叶片Na/K比值存在显著差异;与其他品种相比，Kharchia65与KRL3-4和KRL99相比显著降低叶片Na/K比值，而在当地品种Kundan中发现最高

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