本发明属于甘蔗栽培试验技术领域，具体涉及一种在桶栽条件下对甘蔗进行人工干旱胁迫试验的方法。
背景技术：
云南省是我国第二大甘蔗原料基地，年均植蔗面积550万亩，其中70％以上种植在少雨、缺水的旱坡地。随着近年来环境条件日趋恶化，蔗区旱情愈发严重，造成了全省甘蔗大幅减产，生产上急需耐旱、稳产的甘蔗新品种，以降低因旱情造成的减产，最大限度的保障蔗农植蔗的收益，提高甘蔗在旱地作物中的竞争力。而培育抗旱甘蔗新品种的首要条件是评价和筛选出抗旱性强、并具有育种潜力的亲本材料。因此首先需要建立一套科学的甘蔗抗旱性评价试验方法，筛选出具有抗旱性的杂交亲本，供育种户利用。
桶栽和控水试验是用于检测植物对干旱胁迫响应的一种技术手段，可使试验材料处于相同的土壤和水分条件下开展相关指标测量。传统的甘蔗桶栽试验方法存在以下缺陷：第一，种植桶高度过低、体积过小，造成甘蔗根系盘结严重，对试验后期测量根系各项指标带来困难；第二，栽培用土采用大田表层土，土壤板结严重，试验后期清洗根系困难，对测量根系各项指标带来不便，影响试验结果；第三，使用称重法计算浇水量或固定浇水量进行补水，无法排除桶内甘蔗自身植株质量所带来的误差，且未能根据各参试材料实际需水量进行补水，造成水分控制不够准确，水分胁迫程度不一致，对后期计算水分利用效率以及抗旱性评价结果带来较大误差；第四，未能考虑土壤表面的水分蒸发量，对水分利用效率结果带来较大误差。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种科学的、有利于植株根系生长，实现水分精准控制的甘蔗桶栽干旱胁迫试验方法。
本发明的目的提供如下技术方案实现：
甘蔗在桶栽条件下实现水分精准控制干旱胁迫的试验方法，方法如下：
(1)试验设计：试验按随机区组设计，试验材料设灌溉和水分胁迫处理，2个种植桶作为空白对照，同时，每个材料再额外种植1桶，用于测定生物量起始值；
(2)配制栽培基质：栽培基质含有泥炭土成分，所述泥炭土成分以泥炭土粉和直径0.4～0.5cm的泥炭土颗粒的形态同时存在于栽培基质中，栽培基质配方中，大田红壤:泥炭土粉:直径0.4～0.5cm的泥炭土颗粒的质量比为1:1:1；
(3)育苗：分别取每份试验材料的单芽种茎，用50±0.2℃的温水处理，脱去种茎中携带的宿根矮化病病菌；使用营养袋装栽培基质育苗，每袋栽种1个蔗芽；
(4)制作种植桶：用PVC材料制作种植桶，种植桶的桶身高度120cm、直径25-30cm、桶底厚度0.4cm，桶底密封；
(5)测定栽培基质饱和含水量：取装有栽培基质的种植桶作为空白对照，桶底部均匀钻取排水孔，将水分速测仪预埋管垂直放入种植桶中心位置并称重；向种植桶中缓慢灌水，直至桶底部排水孔开始出水为止；用聚丙烯颗粒均匀覆盖于栽培基质表面，降低表面水分蒸发；静置种植桶至排水孔停止排水、质量恒定后，封堵排水孔，计算出平均每桶对照可使栽培基质含水量达饱和的需浇水量，使用水分速测仪测量其体积含水量，得到栽培基质饱和状态下的体积含水量；
(6)移栽：营养袋中的育苗达4叶龄后移栽至种植桶中，每桶移栽2株，每份材料移栽4桶，每桶浇水量为上述测定得到的使栽培基质含水量达饱和的用水量；浇水后每桶在栽培基质表面覆盖聚丙烯颗粒；每天用水分速测仪对桶内栽培基质体积含水量进行测定并补水，使混合土含水量维持在饱和状态；至全部植株生长至8叶龄后进行生物量起始值测定，并开始水分胁迫处理；
(7)水分胁迫设置与管理：根据具体试验要求设置水分胁迫梯度和程度，逐级进行干旱胁迫，每个水分胁迫阶段下，当所有种植桶内栽培基质体积含水量达到胁迫目标值后维持5天处理，完成相关指标测量后进入胁迫阶段；当桶内栽培基质体积含水量降至饱和体积含水量的50％时，甘蔗处于严重萎蔫状态，达到最大水分胁迫程度，完成此阶段相关指标测量后进行收获调查；
试验期间，每天用水分速测仪测量每桶栽培基质的体积含水量，并根据试验设计要求，按如下公式计算每桶的补水量，进行精准控水，使干旱处理组的甘蔗植株处于相同的水分胁迫程度下：
W＝(Va-Vb)/100×Vs×1000；
式中，Va为栽培基质体积含水量目标值，Vb为栽培基质体积含水量测量值，Vs为桶内栽培基质体积，W为补水量，单位为ml；
灌溉处理和对照维持栽培基质含水量为饱和状态，其中对照用于估算蒸发量。
本发明所述收获调查方法是在收获时，将桶内2株甘蔗完整取出，清洗根部，将植株分为梢头、叶片、茎和根系，置于90℃电热鼓风干燥箱内干燥72h，至质量恒定后称重。
本发明可进一步进行生物量和水分利用效率测定，生物量测定包括生物量起始值B1测定和生物量终止值B2测定，当全部植株生长至8叶龄后进行生物量起始值测定，当完成50％水分胁迫阶段的测量后进行生物量终止值测定，二者之差即为试验调查阶段的生物量；
每桶材料的水分利用效率按照下述公式计算：
WUE(g kg-1)＝(B2-B1)/(Wt-We)；
式中，Wt为测量期间浇水总量，We为栽培基质水分蒸发量，即测量期间2个空白对照的浇水总量的平均值，WUE为水分利用效率，单位为g kg-1。
本发明所述栽培基质的pH值5.7-6.0，有机质含量为455-470g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾的含量分别为274-305mg/kg、2.4-2.6mg/kg和262-285mg/kg，全氮、全磷、全钾的含量分别为0.625-0.653％、0.058-0.065％和2.6-3.1％。
本发明方法以传统的甘蔗桶栽试验方法为基础，对其种植桶、栽培基质、水分控制方式进行改进，建立起一套甘蔗桶栽精准控水试验方法。本发明方法使得甘蔗根系可舒展生长，利于根系的清洗和测量，聚丙烯颗粒覆盖基质表面，可有效降低基质表层水分蒸发，结合空白对照基质表层水分蒸发量计算结果，可将每天的浇水量分解为甘蔗植株的需水量和基质表层水分蒸发量，降低水分利用效率误差，每天对桶内基质体积含水量进行检测，根据水分胁迫目标进行水分管理，可将桶内水分控制在目标值范围，提高水分胁迫的精度，使胁迫程度处于同一水平，有效提高抗旱性评价的准确性。
具体实施方式
甘蔗在桶栽条件下实现水分精准控制干旱胁迫的试验方法，包括种植桶的制作、栽培基质的配方、栽培基质饱和含水量测定、栽培基质表面蒸发量测定、水分胁迫设置与管理、育苗与移栽、生物量和水分利用效率测定。试验中用到的仪器设备有PR2/6土壤剖面水分速测仪、电热鼓风干燥箱等。试验方法如下：
(1)试验设计：试验按随机区组设计，试验材料设灌溉和水分胁迫处理，2个空白对照，每个处理3次重复，同时为了测定生物量起始值，每个材料再额外种植1桶。
(2)配制栽培基质：栽培基质含有泥炭土成分，所述泥炭土成分以泥炭土粉和直径0.4～0.5cm的泥炭土颗粒的形态同时存在于栽培基质中，栽培基质配方中，大田红壤:泥炭土粉:直径0.4～0.5cm的泥炭土颗粒的质量比为1:1:1；栽培基质的pH值5.7-6.0，有机质含量为455-470g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾的含量分别为274-305mg/kg、2.4-2.6mg/kg和262-285mg/kg，全氮、全磷、全钾的含量分别为0.625-0.653％、0.058-0.065％和2.6-3.1％。
(3)育苗：每份试验材料各取50个单芽种茎，用50±0.2℃的温水处理2h，脱去种茎中携带的宿根矮化病病菌；使用直径10cm，高12cm的营养袋在30℃条件下进行育苗，每袋中装0.8kg栽培基质，每袋栽种1个蔗芽；甘蔗出苗后每15天喷施1次氯虫噻虫嗪，防治螟虫为害。
(4)制作种植桶：选用直径25-30cm、高120cm的PVC管作为桶身，厚度为0.4cm，直径25-30cm圆形PVC板作为桶底，使用热熔胶作为粘合剂制成桶底密封的种植桶。
(5)测定栽培基质饱和含水量：取2只种植桶作为空白对照，桶底部均匀钻取19个直径0.3cm的排水孔，将PR2/6土壤剖面水分速测仪预埋管垂直放入种植桶中心位置并称重；每桶装栽培基质65kg，使混合土深度为1m，向种植桶中缓慢灌水，直到桶底部排水孔开始出水为止；每桶称取0.8kg聚丙烯颗粒均匀覆盖于栽培基质表面，降低表水分蒸发；静置72h后排水孔停止排水，其质量恒定，将排水孔用热熔胶封堵，计算出平均每桶对照需浇水11.5kg可使栽培基质含水量达饱和，使用PR2/6对其体积含水量进行测量，2桶空白对照的平均值即为栽培基质饱和状态下的体积含水量。
(6)移栽：育苗袋育苗后待全部材料达4叶龄后进行移栽，移栽前每只种植桶内装入栽培基质65kg，每份材料挑选长势相近的8株进行移栽，每桶移栽2株，每份材料移栽4桶。移栽时每桶各施6g 3.6％杀虫双，移栽后每桶倒入0.8kg聚丙烯颗粒覆盖栽培基质表面；每天使用PR2/6对桶内栽培基质体积含水量进行测定并补水，使混合土含水量维持在饱和状态，保证植株有充足的水分可利用并正常生长。试验期间每15d喷施一次氯虫噻虫嗪，防止螟虫为害。全部植株生长至8叶龄后进行生物量起始值测定，并开始水分胁迫处理。
(7)水分胁迫设置与管理：水分胁迫梯度和程度可根据具体试验要求进行设置，每个水分胁迫阶段下，当所有种植桶内栽培基质体积含水量达到胁迫目标值后维持5天处理，完成相关指标测量(相关测量指标根据试验需求进行设置)后进入下一个胁迫阶段。当桶内栽培基质体积含水量降至饱和体积含水量的50％时，甘蔗处于严重萎蔫状态，达到最大水分胁迫程度，完成此阶段相关指标测量后进行收获调查。
试验期间每天使用PR2/6土壤剖面水分速测仪测量每桶栽培基质的体积含水量，根据公式W(mL)＝(Va-Vb)/100×Vs×1000计算每桶补水量，式中Va为栽培基质体积含水量目标值，Vb为栽培基质体积含水量测量值，Vs为桶内栽培基质体积，W为补水量，结果四舍五入到十位。灌溉处理和对照维持栽培基质含水量为饱和状态，其中对照用于估算蒸发量，干旱处理根据具体试验要求进行设置。
(8)收获调查：收获时，将桶内2株甘蔗完整取出，清洗根部，将植株分为梢头(含叶鞘、不完全展开叶和无效分蘖)、叶片、茎和根系，置于90℃电热鼓风干燥箱内干燥72h，其质量恒定后称重。
(9)生物量和水分利用效率测定：生物量测定包括生物量起始值B1测定:和生物量终止值B2测定。当全部植株生长至8叶龄后进行生物量起始值测定，当完成50％水分胁迫阶段的测量后进行生物量终止值测定，二者之差即为试验调查阶段的生物量。
每桶材料的水分利用效率按照公式WUE(g kg-1)＝(B2-B1)/(Wt-We)进行计算，式中Wt为测量期间浇水总量，We为栽培基质水分蒸发量，即测量期间2个空白对照浇水总量的平均值。
本发明由于采用了改进的种植桶和栽培基质，使得甘蔗根系能够在桶内基质中舒展生长，且便于根系的清洗和测量。使用空白对照计算栽培基质表面水分蒸发量，可有效降低甘蔗植株水分使用量计算的误差，提高试验结果的准确度。使用PE颗粒覆盖栽培基质表面，可有效降低栽培基质表面水分蒸发量，且不影响甘蔗植株的正常生长。本发明设置水分胁迫梯度，逐级进行干旱胁迫，利用PR2/6土壤剖面水分速测仪每天对桶内栽培基质的体积含水量进行监测，按照试验设计和各材料需水量大小计算浇水量，对每桶材料的栽培基质含水量进行精准控制，使干旱处理组的甘蔗植株处于相同的水分胁迫程度下，可有效提高评价试验结果的准确性。