在自然环境中,干旱是影响植物生长发育的重要因素之一,它对植物的各个方面都有着深远的影响,同时植物自身也进化出了一系列的抗旱机制,在农业生产中,人们也采取了多种措施来帮助植物应对干旱。

一、干旱对植物生长的影响

(一)对营养生长的影响

1、根系:干旱胁迫下,植物根系吸收水分能力下降,干旱会缩短毛细根寿命,但促进根毛伸长;在干旱年份,细根系平均深度和生物量会增加,以获取深层土壤水分,同时,干旱还影响根系的氮代谢,降低根际基质中微生物数量和某些酶活性。

2、枝条:水分胁迫抑制早期新梢生长,使封顶时间提前,延长夏季停滞期,减短生长恢复期,促进接穗枝梢生长的砧木在干旱下电导率更高、水势更低,适度干旱胁迫可抑制秋梢旺长,增强树体越冬抗寒性。

3、叶片:植物叶片通过减小叶面积、增加厚度和组织密度适应干旱,干旱时,叶片膨压和光合作用速率降低,叶面积减少,超微结构和叶绿素含量也发生变化,叶片在干旱胁迫下生长受抑制且受损,叶片的海绵组织、栅栏组织厚度和叶绿素含量降低。

(二)对生殖生长的影响

1、花芽分化和果实生长发育:

花芽分化期短时间干旱,会改变花芽内激素含量,有利于花芽形成;果实膨大期适度控水,利于光合产物积累和营养生长向生殖生长转化,提高坐果率。

但严重水分胁迫会导致花芽分化不完全、花期推迟、花粉活力下降、坐果率降低、畸形果率和落果率增加,影响果实大小和品质,还会影响当年及后续几年产量。

2、果实品质:

轻度干旱胁迫对果实外观品质和产量影响不显著,但能提升内在品质,如增加可溶性固形物、维生素C含量等,降低总酸含量,促进果实着色和香气物质形成。

重度干旱胁迫会降低果实产量和整体品质,减少矿物质元素积累,使果实可食性和松脆度变差。

(三)对光合作用的影响

随着土壤相对含水量减少,叶片的净光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和气孔导度均下降,但水分利用效率提高。

轻度干旱时,气孔限制是光合速率降低的主要因素,气孔闭合抑制二氧化碳固定;重度干旱时,非气孔因素占主导,如反应中心活性下降,叶片在水分胁迫下,光系统Ⅱ发生光抑制,线粒体交替氧化酶呼吸上调起保护作用。

(四)对渗透调节的影响

植物在干旱胁迫下通过积累渗透调节物质降低渗透势,甘氨酸甜菜碱可保护叶片细胞,叶片的脯氨酸含量上升,通过提高叶片可溶性糖浓度提高抗旱性,干旱胁迫会影响植物对离子的吸收与利用,降低根系对钾的吸收。

(五)对活性氧代谢的影响

干旱导致植物体内活性氧积累,引发氧化损伤,叶片产生超氧阴离子、丙二醛和过氧化氢含量随干旱胁迫时间和程度增加,而超氧化物歧化酶、过氧化物酶和抗坏血酸过氧化物酶等活性逐渐增强,以清除多余活性氧,增强植物抗旱性。

(六)对内源激素的影响

干旱胁迫下,植物内源激素发生变化,根系分生区和伸长区细胞中脱落酸含量上升,且分布改变。

干旱对植物生长的影响

脱落酸参与植物干旱胁迫反应调节,产生较高水平脱落酸提高短期抗旱性,激素之间相互作用,如生长素和脱落酸拮抗调节抗坏血酸积累,脱落酸和茉莉酸协同抵抗水分胁迫,气孔开闭受脱落酸和细胞分裂素相互作用影响,进而影响乙烯浓度。

二、植物的抗旱机制

(一)植物根系的干旱胁迫响应

植物根系通过调整结构来应对干旱,增加导管数量、根系分支和密度,提升水分运输效率;减少皮层细胞数量,可降低代谢消耗,提高水分利用效率。

根毛数量和分布也很关键,植物突变体缺乏根毛时,根部吸收水分能力大幅降低,随着干旱加剧,农作物根部机能衰退,严重时枯萎死亡。

(二)植物叶片的干旱胁迫响应

叶片在干旱时会发生形态变化,如减少气孔密度,可降低水分散失;一些植物叶片角质层增厚、蜷曲,减少阳光直射,提高保水能力

叶片上的气孔调控对植物抵御干旱至关重要,气孔周围保卫细胞根据外界环境变化控制气孔开闭,调节蒸腾作用和光合作用

三、农业生产应对干旱措施

(一)应用植物生长调节剂

喷施适宜浓度的植物生长调节剂能增强植物水分调控能力。

如喷施茉莉酸甲酯(MeJA)可增强水稻保护酶活性和渗透调节物质,缓解干旱对水稻幼苗的伤害;对巨菌草喷施MeJA能提升叶片气孔导度和光合作用能力。

外源喷施吲哚乙酸(IAA)可促进植物生长,减少干旱胁迫伤害,在大豆、玉米等植物中均有证实。

(二)合理施肥

适当增施磷钾肥能提高葡萄植株对水分胁迫的抵抗能力,施氮肥能提高巨菌草渗透调节物质含量和抗旱酶系统活性。

在轻度干旱环境中,中等施肥量对巨菌草生长促进效果最佳,能提升地上和地下部分生物量,增加根冠比。

(三)农业管理措施

1、除草:杂草会消耗大量养分和水分,影响植物生长。

不同除草方式对不同植株类型除草效果不同,如人工除草对巨菌草的株高、分蘖数和地上生物量提升效果优于覆膜除草,化学除草对禾本科和阔叶杂草效果最佳。

2、平茬:平茬能使灌木更新复壮,提高植物生产力。

平茬处理后的巨菌草生长速度加快,生物量、株高和分蘖数显著增加,但巨菌草最适平茬年龄、季节和高度的研究较少。

3、合理密植:合理密植可提高作物光能利用效率。

巨菌草在80cm×40cm的种植密度下产量最佳,行窄株配置长势更好;玉米与矮秆作物间套立体种植,宽行窄株栽插方式更具优势。

4、病虫害防治:水分胁迫下作物抗病虫害能力下降,加强病虫害防治管理至关重要,需针对不同植物采取有效防治策略。

5、灌溉:选择合适的灌溉方法对提高农业生产效益很重要,不同灌溉方法对作物生长、产量和品质影响不同,我国水资源相对短缺,应加大节水灌溉技术研发和应用。