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2019年4月21日 作者:xwz2367609 [返回]
甘薯的树气雾克隆栽培与空中挂薯(1)

第一节、  甘薯的树气雾克隆栽培与空中挂薯

一、甘薯起源的进化说

甘薯是我国重要的粮食作物,已有400年栽培历史,是我国继水稻、小麦、玉米之后的第四大作物,我国用占全世界50%的耕地,生产出占全球80%的甘薯,产量近亿吨;甘薯为旋花科短日照作物,原产于南美洲安第斯山脉一带,该地区是全球农作物的重要起源中心,如番茄、马铃薯、雪莲果、木薯、花生、玉米、辣椒等;这是该地区的气候与生态的多样性所致,如安第斯山脉,从高6000米海拔到平原,形成了多样性的自然生态(热带雨林、雾林以及高山稀疏草地),再加上气候的多变性,甚至一天当中都经历春夏秋冬,两者的迭加效果,更增加了气候与生态的多样性与复杂性;这里植物种类达40000多种,其占全球面积仅为1%,可植物种类则达全球15%之多,而且其多样性大多数处于安第斯山脉侧面湿地森林的中低海拔地带,这种多变与多样化的生态及气候是物种变异与进化的主要推动力。

甘薯的祖先种约起源于100万年前,祖先种进化为栽培种约发生于50万年前,是由二倍体祖先与四倍体祖先之间发生天然种间杂交,从而孕育出6倍体的栽培种,原来二倍体祖先及目前发现的四倍体与六倍体野生种甘薯只有细根没有膨大的贮藏根。近年科学家通过对现代栽培甘薯的基因测序,又有新进展,发现栽培的六倍体甘薯带有农杆菌的T-DNA;而农杆菌正是目前植物转基因的最常用工具之一,人们在T-DNA的中间放上自己想转入植物的基因,让T-DNA帮忙带进去;科学家推测甘薯根系贮藏淀粉的功能很有可以与跟T-DNA的转入有关。也就是说甘薯是天然的转基因植物,还过通过人类近一万年的食用,安全已没问题。

但从进化及生态适应性的角度来说,该地区进化出栽培甘薯与气候的多变性息息相关,安第斯山脉的气候一天可以经历春夏秋冬四季,日温差大,进化出来的植物大多具贮藏营养与防晒(紫外线强烈)防寒等功能;甘薯原生于该环境同样受自然选择力量的主导,如甘薯的匐匍性、攀爬性、茎节的气生性都与雾林的生态相关,茎节易生不定根特性类似于克隆植物的生态适应性,可以充分发挥植物适应多变环境及形成种群优势的能力,克隆植物的生理整合性、觅食性、形态可塑性在番薯上得以尽致的表现;当番薯生长于空旷地则采用匍匐生长的方式占领地面资源,当处于丛林环境可以发挥攀缘性以觅取高层的光照资源,当处于雾林环境则可诱发大量的气根,从空气中获取水与养料;当根系遇到优势资源斑块肥水充分时,细根充分发挥吸收功能,促进子株的克隆生长,当遇到干旱贫瘠环境时则发育成梗根,遇到干爽透气肥力中等环境时有利于贮藏根发育形成块茎,这种根系的生态适应性形成,也是番薯成为广泛适应性与耐贫瘠耐旱性的关键所在;在农业生产上都作为拓荒作物被利用;其特有的膨大根茎发育,与起源地的特定多变气候相关,通过贮藏根的形成以提高基株的保存能力与抵抗自然恶劣环境的适度性;如果原生地气候稳定就难以进化出可膨大的番薯,目前分布于其它地区的野生种都不具膨大性,所以说现代栽培薯的起源与安弟斯山脉的多样化多变化气候相关,是构建物种基因多样性与生态多样性的表现.

二、甘薯的生理学基础

甘薯有两种类型根系,包括主根和不定根。当用种子繁殖时,实生苗先形成一条主根,是胚根发育形成的种子根,其上再生出侧根,属主根系。一般由主根和一部分侧根发育成块根。当用营养器官繁殖时,从块根、薯苗、茎、叶柄以至叶片发生的根均属不定根。甘薯不定根生长早期,其形态和内部结构与一般双子叶植物相比较均无明显的差异,但栽后20天左右,其内部结构即发生明显变化,在外界条件的作用下,形成不同类型的薯根。由于内部分化状况有所不同,根据不定根的发育情况可分为细根、梗根和块根三种类型:①细根。又称纤维根,形状细长,上有很多分枝和根毛,具有吸收水分和养分的功能。主要分布在30cm的土层内;②梗根。又叫柴根、牛蒡根、鞭根。根粗1cm左右,长约33cm,粗细比较均匀。根内的形成层活动能力强,分生的薄壁细胞较多。但中柱细胞在不良的外界条件下(干旱、高温等)中途迅速木质化,不能产生次生形成层,根体早期停止膨大,细长如“鞭”。消耗养分,无食用价值;③块根。是一种短缩而肥大的变态根,是贮存养料的器官,具有根出芽的特性,是进行无性繁殖的主要器官。这种根的形成层活动旺盛,中柱细胞木质化程度低,能产生大量的次生形成层。由于次生形成层的旺盛活动,分生出大量的薄壁细胞,使根体不断膨大。块根内部贮存大量的淀粉等光合产物。

甘薯三种类型根形态转变的内在条件决定于次生形成层活动的强弱、发根初期中柱细胞本质化程度。在发根初期.初生形成层活动强烈,同时中柱细胞木质化程度小的幼根才能发育成为块根;如果此时形成层活动程度虽大,但中柱细胞迅速木质化,也不能继续加粗,成为柴根。如果初生形成层活动很弱,不论中柱细胞木质化程度大小,由于不能产生次生形成层,成为细根。影响幼根分化状况因素很多,如品种特性、薯苗壮弱、气候及土质等根际环境条件。在水耕栽培状态下,营养液中的甘薯根系因压力不足和缺少足够氧气,不能膨大成块根,只能形成强大的吸收根群(细根),但在气雾培环境下,由于氧气充足,部份同样可以膨大成为块根,笔者曾采用桶式气雾培,在气雾环境下形成近150斤的块根,但由于无压力塑形,块根发育如山药般呈长条形。

甘薯茎上有节,节上能生芽、长枝、发根;甘薯茎蔓的每个茎节上都有不定根原基,利用茎蔓栽插,极易扎根成活。作为大田栽培植物,甘薯一般采用营养繁殖。薯苗或薯蔓节的根原基长出不定根的幼根,块根便是由这些幼根形成的。因为块根是由不定根形成,所以甘薯每株可形成多个块根,这个特点对产量的提高是有利的,也是树式栽培的生物学基础所在。

三、利用甘薯的克隆性构建新型栽培模式

甘薯为农作物中较为典型的克隆植物,而且是匐匍型、压条型、根茎型复合的具多样化生态适应性的克隆植物;而且番薯为无限生长型克隆植物,它的基株与子株在条件适合资源充分条件下,可以形成庞大的无性系种群,可以无限的生长,所以理论来说它的寿命也是无限的,但由于现实条件的制限性,常会出现基株根茎的衰退或者腐烂而导致寿命的有限性,这是实现甘薯树式栽培与无限生长发育生理生态基础;克隆植物的生理整合性,指克隆的子株之间及与源株之间建立起光合产物、矿质元素、水分及信号的相连相通,这是甘薯强大适应性抗逆性的基础;番薯与其它克隆植物类似,也具觅得食为,在匍匐生长时,遇到肥水充足的地块时会与节处天然形成不定根,以获取资源供给资源贫瘠处藤蔓或子株的生长;在人工栽培时,可以人工创造摄食点,实现整体及克隆子株的充分生长;通过人工摄食的多点布设减轻基株的肥水吸收及运输负担,减缓基株干茎的衰老,有利于甘薯寿命的无限延长;在人工布设摄食点或人工克隆子株条件下,植株整体发育均匀可快速形成茎节相连的无性系种群,是巨大化与无限化栽培的基础。

实现甘薯的巨大化或无限化生长,可以充分发挥人工摄食点的布设技术优势,人为控制子株间隔子间距离,让摄食位点均匀布设,所谓摄食位点即通过人为创造适合气生根形成的环境,气生根具有比水根及陆生根更强的水分营养摄取能力,按照拟设定的间距进行气生根的人工克隆,构建均匀布设的气生根摄食点;每摄点都可为周边的茎蔓叶片及膨大的块根提供光合产物及肥水营养,也就是为植株创造充足的肥水与光合之源,充分保障块根库的发育。通过气根克隆充分发育克隆植物的生理整合优势,一些生长势衰退与老化的光秃老茎干可以得到快速修复,解决常规栽培近源株部位的光秃问题,同时也使矿质元素与水份的吸收距离缩短,减轻基株的肥水吸收负担,再通过生理整合大量的子株发挥源的功能,回流大量的营养滋养基株根蔸,解决基株根蔸的衰老与后期溃烂死株问题。

四、气雾式巨大化甘薯树与无限化克隆栽培系统构建

甘薯树的栽培当前国内外重点采用水培与基质培营养液滴灌两种方式,这里不再作介绍,重点介绍气雾培与气雾克隆栽培,这两种栽培方式前者实现巨大化超常规生长,一般冠面积3650m以内,后者栽培模式在理论上可以达以无限极生长,在温室条件适宜前提下,可以达到数倍于常规甘薯树的树冠覆绿面积,甚至可达亩栽一株的超巨大化效果,以下就两种模式的设施构建作简要介绍。

1、甘薯钢构树气雾栽培

以往甘薯树的栽培系统构建都由两部份组成,一是根域环境构建,二是藤蔓生长的棚架搭建,这里介绍的新模式把两者复合,采用钢构树雾培方式,在前面章节已作介绍,与前述不同之处,在于伞形网式钢架除了为甘薯创造藤蔓生长覆绿支撑外,网架还可以作为强大的诱根挂盆承重,比普通平棚架承重大数十倍,以下以图示的方式剖析其组构与功能(13-34)

钢构树实现了雾培与棚架一体化构造,当然也可以采用简易的桶式雾培再另设平棚架的方式构建甘薯树栽培系统,如下图(13-35)

采用气雾栽培构建法,技术简单,比水培法根域环境及养液技术要求低,随着树冠不断扩大,根基距离枝叶的输送距离越来越远,最后达到平稳极限,树体即开始衰老,要达到树体无限化生长必须采用以下介绍的气雾克隆栽培。

2、甘薯的气雾克隆栽培

甘薯气雾克隆栽培就是通过人工技术,在上述雾培基础上增加摄食点,通过高压气雾压蔓催生气生根的方式实现;摄食点呈均匀环状布设,采用环状管道架设方式,或者采用挂桶的方式构建(1336);每摄食点进行管内或者桶内弥雾的安装,并把供液管道并入主体的养液供液管系统;采用气雾克隆法栽培,钢构树直径可达数十米,根雾室也相应增大,作为观光园的应用,甚至根雾室可以建成方便人员出入参观的房间式根雾室,人员可以进入根系环境观光与管理。具体见图(13-37)

采用上述方式,摄食点随着树冠的扩大不断的增加挂桶或者环状布局,可以实现甘薯的无限生长,有效克服解决了常规甘薯树栽培的后期衰老问题,让源库的距离变近,光合分配矿质元素及水份的运输更为高效;而且甘薯又具遇水即生根的特性,可以灵活挂桶助益树体的生长,大大减轻基株的肥水吸收与光合回流的负担,另外也可以对基株的根系进行修剪更新,利用无限的无限生长性,永保基株根系的活力;采用气雾克隆栽培模式,理论上只要温室的温光气热资源适合,甘薯的生长就如克隆植物毛竹一样,一座山竹林则为一基株的克隆效果,采用该模式一亩地一棵薯的构想就可以实现。

 

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