采用土壤水势温度测定仪研究膨大期果粒直径与土壤水势的关系.docx

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采用土壤水势温度测定仪研究膨大期果粒直径与土壤水势的关系

采用土壤水势温度测定仪研究膨大期果粒直径与土壤水势的关系

摘要：

为研究土壤水分状况与葡萄果实膨大期果实大小的关系，找出果实膨大期的水分管理阈值，本实验以温室中根域限制栽培的5年生的“峰后”葡萄为试材，对其中的一个果粒进行持续整个膨大期的每隔30分钟一次的连续追踪测定，与此同时，采用采用浙江托普仪器研制的TRS-II型土壤水势温度测定仪对土壤的水势进行测定，每4小时记录一次水势读数，其中，土壤水势持续4个循环，每次灌溉下限为-20KPa左右，每次灌水量一样，灌水充足，采用曲线拟合处理数据得到各个循环的果粒膨大趋势值，结果表明，膨大期是葡萄果粒生长的需水关键期，每天长幅较大。

由于在实验中没能将土壤水势下降到使果粒呈现负增长的下限值，所以在试验中果粒一直处于生长膨大状态。

衡量果实品质的指标有多种，对鲜食品种来说，果粒的大小和紧密度是衡量果实品质的重要的外观指标，其中要求果穗中等稍大，松紧适中。

果实生长与周围环境中的水分有密切关系。

葡萄浆果生长为双S形曲线，并划分为三个时期，即两个快速生长期和其间的缓慢生长期或停滞期（Lagphase）【38-40】。

葡萄果实快速膨大期是从坐过期开始至盛花后30天左右【41】。

果实膨大主要是这一时期即Ⅰ期决定【42】，而果实直径的动态变化不仅是研究果实产量和成熟期的重要指标，也是果树体内水分状况的直接反映，由于果实体积短时期的变化是由自身水分的多少决定的,与组织水势有关,而长期变化主要是由自身特性决定的【43】。

果实大小由葡萄的快速膨大期决定，跟许多因素有关，如：

光照，湿度、温度，但主要是跟水分有关，花后的葡萄果粒迅速膨大，幼果膨大期为葡萄的需水临界期，是根系对水分和营养状况最敏感的时期，如果水分不足，叶片和幼果争夺水分，从而导致幼果脱落，严重时导致根尖区根毛死亡，地上部生长明显减弱，产量显著下降，因此，此期的土壤湿度宜保持在田间持水量的75%-85%。

及时灌水对处于快速膨大期的果实发育和花芽分化有重要意义，而在长江以南地区，正值梅雨季节，重点是排水，因为水分过多会使根的呼吸作用受到抑制，导致吸收能力下降，进而影响根系和地上部的生长及结果。

根据以前资料对梨果实大小的研究表明，晴好天气下，果实日变化呈“S”形曲线变化，阴雨天气会使果实横径增大，但持续阴雨天又会使果实生长缓慢，所以得知：

在温室内生长的果树，当光照、温度基本恒定的情况下，土壤水分是影响果实膨大的主要因素。

1、土壤水势温度测定仪介绍

定义

土壤水势温度测定仪是由托普仪器公司研发的，农业生产上经常使用的仪器。

便携式土壤水势温度测定仪TRS-II可以在田间定位检测和观测土壤水势，从而可进一步获取土壤水分、导水率等土壤水利性质参数。

仪器共有四个探头，可测温度。

发展历程

土壤水势温度测定仪共历经两代发展。

第一代TRS-I：

只能测量土壤水势；第二代则采用了现代先进的温度传感技术，即可以测量土壤水势又可以测量土壤温度。

功能特点

1、高精度高分辨率可同时测量土壤的水势和温度（TRS-II型可测水势和温度）。

　　2、仪器操作简单，携带方便，使用灵活，可以只采购一套仪器，多个探头。

　　3、具有自动抓取土壤水势峰值功能。

　　4、具有时间设置功能、满量程设置功能、自动保存功能5、可同时记录温度、水势、时间、存储序号、具有背光灯功能

　　5、自动关机功能。

在无操作显示器按键情况下，10分钟后显示器自动关机。

技术参数

　　1、水势最大负荷：

100Kpa

　　2、分辨率：

0.01Kpa

　　3、精度：

±1

　　4、土壤温度测量范围：

-55～+150℃

　　5、温度精度：

±0.5

　　6、标准配置探头数量：

3个

2.1材料与方法

2.1.1材料培养

本次试验分别在2007年、2008年的葡萄生长季进行2年试验，分别在上海交大七宝校区农场的避雨栽培的葡萄园中与上海交大闵行校区的玻璃温室中进行，以种植于无纺布围成的根域容积为50L的“峰后”葡萄为试材，培养于沙：

土=1：

1的基质中，试验试材的株行距为1.5m×1.5m,待萌芽后每株留3个新梢垂直牵引，一新稍留一果穗。

新梢、副梢和花、果穗管理按常规生产进行，单穗留果40-60粒。

采用以色列Hydro公司生产的绿肥营养液进行滴灌，营养液N素浓度为120ppm，每周两次，每次1L/株，待坐果后逐渐减少滴灌次数，一周一次。

Kristalon复合液肥成分如下：

NO3--N32.7mg/L,NH4-N22.0mg/L,UREA-N58.7mg/L,P2O5120mg/L,K2O120mg/L,MgO20.0mg/L,B0.167mg/L,Cu0.067mg/L（其中EDTA-Cu0.047mg/L）,EDTA-Fe0.467mg/L,Mn2.667mg/L（其中EDTA-Mn0.187mg/L）,Mo0.027mg/L,Zn0.167mg/L（其中EDTA-Zn0.120mg/L），GaO30mg/ml。

2.1.2试验方法

实验从5月29日至6月20日，对整个果实快速膨大期进行果实大小与土壤水势的测定。

2.1.2.1土壤水势测定

于试验前一天（用于仪器平衡）将土壤水势温度测定仪插入距主干10cm深20cm处，监测土壤水势。

试验开始前充分灌水，以后每隔2小时记录一次水势读数，连续纪录48小时。

08年试验仪器设备一样，土壤水势分4个时间点记录，分别是6:

00，10:

00，14:

00，18:

00.

2.1.2.2果实大小的测定

与花后11天开始对其中一个葡萄果穗用基于机器视觉的测量系统连续采集图像（每半小时采集一次），测量系统由照明光源、成像镜头、CCD摄像机、计算机组成，该系统测量精度高（um级）、成像性能稳定、可对果粒横径实现连续测量。

试验持续20天（5月28日-6月16日），果实处于快速膨大期，当土壤水势下降到-15KPa—-25KPa左右时灌水，灌水充足。

其中5月28日-6月8日为相对晴朗天气，气温相对较高，室内气温平均30℃左右，从6月9好至实验的最后一天即6月19日连续阴雨天气，平均气温26℃左右。

完成对相机的标定后，在实际测量时根据标定系数和图像中果粒横径像素个数就可计算出果粒横径大小。

测定的方法步骤如下，装置如图2-4所示，

标定好相机后，选取待测果粒并整理待测果粒周围果粒，调整好图像采集相机和光源，确保待测果粒在成像图像中轮廓完整清晰，图为试验现场采集的葡萄原始图像。

图像采集系统调整好后，在与相机相连的计算机上启动图像采集软件，设置图像采集时间间隔，然后开始对被测果粒进行连续图像采集，采集图像以BMP格式保存至计算机中，存储格式可根据需要在图像采集软件中自行设置，存储格式对测量结果没有影响。

打开AdobePhotoshop8.0软件实现葡萄图像处理。

首先利用软件打开葡萄图像，和‘图像’菜单下‘调整’选项中的‘亮度/对比度’选项，选择‘亮度/对比度’选项会打开亮度/对比度调整窗口，在该窗口中调整图像对比度，使葡萄图像更加清晰，图2为对图1原始图像实施对比度调整后图像。

分别选择‘视图’菜单下的‘标尺’选项和‘视图’菜单下‘显示’选项中的‘网格’选项，如果发现葡萄图像倾斜，也即葡萄的横径不在水平方向，可利用‘图像’菜单下的‘旋转画布’选项对图像进行‘任意角度’调整，使横径处于水平方向。

然后利用标尺和网格的定位功能，确定出横径左右端点坐标，根据左右端点坐标就能计算出横径的像素个数。

图3中显示基于标尺和网格获取横径左右端点坐标定位过程，左右端点在图3中均以红色“+”进行标记，其中被测果粒横径的左端点坐标为（6.8，15），右端点坐标为（37.6，15），横径的像素个数为30.8。

标定过程测得比例系数为0.5344mm/像素，因此可得横径大小为30.8*0.5344=16.46mm。

试验中所有果粒横径大小都可通过此方法计算得出。

2.1.2.3叶面积和新梢的测定

待葡萄芽长出5片叶时每周测量一次叶片的纵横径，有回归方程Y=0.67x+57.41（根域限制）（y代表叶片面积，x代表叶片纵横径之积）计算叶面积【43】研究证明，巨峰葡萄每一标准果穗（350g左右），需叶15-20片，既叶果比为15-20:

1.当叶果比低于15，表示叶片不够，果穗太多，负荷过重，应当考虑适当疏穗或整穗，否则势必影响果实的品质；相反，当叶果比超过20，则说明坐果不足，尚有生产潜力，应尽量做到保花保果。

栽培技术措施就是要使叶果比保持最佳值，从而达到提高葡萄的产量和品质。

2.2结果与分析

2.2.1“峰后”葡萄树体叶片面积膨大期“峰后”葡萄不同叶位的叶面积大小近似为倒“U”字型分布（图2-6），。

所测结果新梢的最大叶片积约为380cm2生长健壮的新梢，叶片面积达到较大水平；新梢中部的叶片肥大，新梢上部的叶片尚幼嫩，下部的叶片较老化，因而光合能力均较弱，这与贺普超的研究结果一致【2】。

2.2.2水势

整个膨大期（5月29日至6月20日）“峰后”葡萄根际土壤水势的变化，如图2-4所示，在实验开始的的前一天（5月28日）灌水充足平衡一天后的基础读数为-8KPa左右，当水势下降到-25KPa左右开始灌水。

水势在15:

00之前几乎是直线下降，随后下降速度减缓。

2.2.3果粒大小与水势的关系

2.2.3.1果粒直径变化

膨大期晴好天气下果粒直径的日变化趋势如图2-6所示，晴好天气下的葡萄果粒呈单峰变化趋势，2天内果粒横径变化最大处约1.2mm，2天变化趋势相同，果粒在上午9:

00左右最大。

膨大期持续阴雨天果粒膨大的日变化如图2-6所示，4天内峰后葡萄果粒横径变化趋于平缓，在相同的时间间隔（2日）果实横径增长的趋势变小（相邻两线的间隔）。

6月9日到6月11日最大长势为0.44mm，而11日至13日最大为0.34mm，在13日至15日为0.10mm左右，因此，持续阴雨天可能会降低果粒的膨大速度。

在葡萄浆果膨大期，整个实验持续的20天中，每天的7:

16、10:

16与15:

16的果粒直径变化趋势如图2-7所示，三个时间的果粒直径实时变化趋势一致，且均为花后17天之前的生长速度（斜率）大于阴雨天时的生长速度，表明在葡萄果粒膨大期外界水分条件对葡萄浆果膨大有十分重要的作用。

2.4.3.2果粒直径变化与土壤水势的关系

在葡萄浆果膨大期，设定的四个土壤水势循环下的果粒直径，经曲线拟合后的变化趋势如图2-9所示，葡萄果粒均处于一直生长的状态，且生长的幅度较大，没有果粒缩小的转折点。

2.3讨论

正确的灌溉时期是建立在葡萄需水规律的基础上的。

在生产中。

常出现的错误是等到葡萄植株已从形态上显露出缺水状态（如果实皱缩，叶片卷曲等）时才进行灌溉，这时植株已收到缺水的影响，这将影响葡萄的生长和结果。

葡萄膨大期是决定果粒大小的关键时期，也是葡萄植株需水的关键时期，幼果膨大期也是新梢生长最旺盛的时期，此时期如果缺水，则将使叶片争夺幼果中的水分，使幼果皱缩而脱落。

严重干旱叶片还将从吸收根组织内部夺取水分，影响根吸收作用的正常进行，地上部分生长明显减弱，产量显著下降。

将会对果粒的大小造成不可逆的伤害。

本次实验发现，膨大期果粒大小的生长量占整个浆果发育期的70%左右，且由于一天中的不同时间果粒的变化也相对较大，达到0.25mm,因此，此时期不宜对植株进行亏缺灌溉，所以试验期间果粒一直处于膨大状态，推测可能是因为果粒的较快的生长速度掩盖了水分亏缺导致的果粒直径短期的变化差异，这在棉花上也有类似的结果【44】。

在果实迅速膨大期，为促进浆果的生长，有利于细胞数量的增加，要供应充足的水分，但要防止过多水分造成新梢徒长；此期正值花芽分化，适当的干旱，有利于花芽分化【83】，因此在寻找本期水分灌溉指标和指标阈值时，应分期进行。

相比晴好天气下，阴雨天会使处于同一个生长发育季节的果实大小的增长速率加快，晴好天气下最大日增长量为0.12mm，而阴雨天条件下最大日增长量到0.2mm,但是持续的阴雨天就会影响果实的生长速率，最大日生长量只有0.06mm，由此推测，果实的大小不仅和土壤水势的关系密切，还跟光合产物的积累有密切关系，显然在持续阴雨天气下，叶片的光合产物积累会受到影响。

为获得最优的果实品质、均匀的果粒大小，除了要保证适宜充足的土壤水分外，还要有充足的光照、养分等环境条件，本试验表明，连续阴雨天会影响果粒大小，从而影响果实品质，而我国江南地区的浆果膨大期正处在梅雨季节，较高的空气湿度和土壤含水量，抑制了果粒的生长，并且容易滋生病虫害，因此，了解浆果发育阶段对各个环境因素的要求，建立果粒生长与太阳辐射、空气饱和差、相对湿度和土壤水分的回归模型可以用于作物的缺水评价，也为农业实践提供更多的参考资料。