節(jié)水灌溉與施磷量對(duì)玉米磷累積和分配的影響

閆 飛 ，鞏元勇，馬興旺

(1.攀枝花學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，四川攀枝花 617000；2新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北綠洲農(nóng)業(yè)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在作物的整個(gè)生長階段一般采用大水漫灌等方式，來滿足作物對(duì)水分的需求[1-3]。新的節(jié)水灌溉方式，如虧缺灌溉(非充分灌溉)等應(yīng)運(yùn)而生[4-7]。新的節(jié)水灌溉方式對(duì)充分挖掘水肥的互作效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng)具有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】磷是作物生長所必需的大量營養(yǎng)元素，玉米植株的營養(yǎng)生長與土壤含水率密切相關(guān)[8]，戴俊秀等[9]研究表明，土壤含水率降到40%～50%時(shí)，葉面積、莖粗、株高及根條數(shù)比對(duì)照均顯著下降。虧缺灌溉(非充分灌溉)是一種新的節(jié)水灌溉方式：指灌水量低于作物處于最佳水分條件時(shí)所需水量，即某個(gè)生長時(shí)期，給作物提供的水分低于作物正常生長所需的水量，與充分灌溉相比，虧缺和分根處理的灌溉水利用率較高，但番茄總生物量要小些[6]。Farahani等[5]發(fā)現(xiàn)，虧缺灌溉可以促進(jìn)小麥根系吸取更多的土壤水分，顯著增加籽粒產(chǎn)量、蒸騰和WUE?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】盡管目前在于非充分灌溉條件下水肥耦合效應(yīng)的研究已取得進(jìn)展，但其中的養(yǎng)分以氮肥研究居多[10-12]，而對(duì)于非充分灌溉技術(shù)與作物磷吸收利用規(guī)律方面的研究報(bào)道較少。研究節(jié)水灌溉與施磷量對(duì)玉米磷累積和分配的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用盆栽培養(yǎng)方法，研究分根交替灌溉和虧缺灌溉2種灌溉方式與不同施磷量下，玉米植株各部分干物質(zhì)量、磷積累量與分配率，以及相關(guān)酶活性的變化。研究不同灌溉方式下玉米對(duì)磷素的吸收利用狀況，分析不同灌溉方式對(duì)磷吸收利用的水肥耦合效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 材 料

玉米品種：購自正規(guī)種子公司的鄭丹958。

磷肥：化學(xué)分析純?cè)噭┝姿釟涠c(Na2HPO4)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

PVC培養(yǎng)盆：高55 cm，直徑20 cm，底部用5 mm尼龍網(wǎng)布密封并襯墊濾紙防止漏土，每盆裝土20 kg。分根處理的培養(yǎng)盆用防水鋁塑板在盆中間隔開，移苗時(shí)小心將根系均勻分布于兩側(cè)。每盆基肥為：氮素1.176 g、K2O 0.588 g，所有處理均重復(fù)5次。

灌溉處理：設(shè)分根交替灌溉和虧缺灌溉2種節(jié)水灌溉方式。分根交替灌溉(PRD)：循環(huán)期內(nèi)保持一側(cè)(1/2根區(qū))土體干旱，另一側(cè)1/2土體濕潤，每日按時(shí)測(cè)定土壤含水量，進(jìn)行補(bǔ)水確保濕潤側(cè)土壤含水量為田間持水量的90%，5 d交替1次，10 d為灌溉循環(huán)周期，共3個(gè)灌溉周期；虧缺灌溉(DI)處理：每日用同量磷處理的分根交替灌溉中平均補(bǔ)水量為標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)水，確保每日同一磷處理不同灌溉方式的用水量相同。

磷肥處理：設(shè)高中低3個(gè)水平：以P2O5計(jì)每盆施磷量分別為，低(LP∶0 g)、中(MP∶ 0.588 g)、高(HP∶ 1.176 g)3個(gè)水平；在開始灌溉處理的前1 d，按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將磷肥以溶液澆灌到相應(yīng)處理的盆栽土壤中。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)1.2.2.1 玉米植株干重

將新鮮玉米地上部分和根系先在105℃下殺青0.5 h ，再在70～80℃條件下烘至恒重，稱重。

1.2.2.2 玉米植株中磷

將烘干的玉米樣品粉碎過60目篩后，用H2SO4-H2O2法消煮和釩鋁黃比色法測(cè)定[13]。

1.2.2.3 玉米植株相關(guān)酶活性

在灌溉處理結(jié)束時(shí)，采取玉米植株下數(shù)第1片葉適量樣品，保持樣品葉片的清潔和干燥，置于-80℃液氮中備用。

超氧化物歧化酶活性測(cè)定：氯化硝基四氮唑蘭光化還原法[14]。

酸性磷酸酶活性的測(cè)定：對(duì)硝基苯磷酸二鈉法[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部采用Excel和Spass軟件進(jìn)行分析、處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 水磷處理對(duì)玉米干物質(zhì)積累及分配的影響

研究表明，DI灌溉高磷處理中的玉米單株干物質(zhì)總量、地上部干重和根干重均顯著高于其他的水磷處理，其他處理間的單株干物質(zhì)總量、地上部干重都無顯著差異，而PRD灌溉低磷處理的根干重最低，顯著低于其他所有處理；但PRD和DI灌溉高磷處理的根干重比率卻都比較低，特別是顯著低于DI灌溉的低磷處理，分別達(dá)到18.93%和19.13%，其他處理間差異不顯著。表1

表1 節(jié)水灌溉方式與施磷水平下玉米干物質(zhì)積累與分配變化Table 1 Coupling effects of irrigation and phosphorus amount on maize dry weight accumulation and distribution.

2.2 水磷處理對(duì)植株各部分磷累積量及分配率的影響

研究表明，中磷處理下，在玉米植株全磷量、地上部含磷量和根吸磷量方面，PRD灌溉處理顯著高于DI處理，分別高達(dá)33.52%、35.50%和22.42%，除與DI灌溉高磷處理間無顯著差異外，均顯著高于同類其他處理，而DI灌溉的低中磷處理的玉米植株全磷量、地上部含磷量，以及PRD灌溉的低磷處理的玉米植株全磷量均為最低，并顯著低于其他處理，二者之間無顯著差異；DI灌溉的低磷處理的根系磷分配率明顯高于其他的水磷處理(除DI灌溉高磷處理)。表2

表2 節(jié)水灌溉方式與施磷水平下玉米不同部位磷積累量與分配率變化Table 2 Coupling effects of irrigation and phosphorus amount on phosphorus content and distribution rate in different parts of maize.

2.3 水磷處理對(duì)玉米植株酸性磷酸酶和超氧化物歧化酶活性的影響

研究表明，所有水磷處理對(duì)玉米葉片酸性磷酸酶活性均無顯著影響；在根酸性磷酸酶活性方面，同一種灌溉方式的不同磷水平處理幾乎都無顯著差異，而DI灌溉的中磷處理顯著高于PRD灌溉的中高磷處理，分別高出32.91%和28.24%。表3

表3 不同節(jié)水灌溉方式與施磷水平下葉片和根系酸性磷酸酶活性變化Table 3 Coupling effects of irrigation and phorsphorus amount on leaf and root acid phosphatase activity

研究表明，除PRD灌溉的低磷處理的活性最低外，其他處理間無顯著差異；PRD灌溉的高磷處理和DI灌溉的低、高磷處理顯著高于PRD灌溉的低磷處理，分別高出69.37%、72.05%和78.85%。表4

表4 不同節(jié)水灌溉方式與施磷水平下葉片超氧化物歧化酶活性變化Table 4 Coupling effects of irrigation and phorsphorus amount on leaf superoxide dismutase activity

3 討 論

控制性根系分區(qū)交替灌溉是非充分灌溉的一種，使根系處于周期性的干旱和濕潤狀態(tài)，促進(jìn)根系的生長發(fā)育和深扎，根生物量較高。其生理基礎(chǔ)為干旱區(qū)的根系吸水受限，使根生成干旱脅迫信號(hào)ABA，并向上運(yùn)輸?shù)饺~片，調(diào)節(jié)氣孔開度，降低蒸騰耗水量，從而在不影響光合產(chǎn)物總積累量的情況下，從生理水平提高水分利用率。同時(shí)由于表層土壤交替的處于干旱，與充分灌溉相比，既減少了灌水量，又減少了棵間持續(xù)濕潤時(shí)的無效蒸發(fā)。減少深層滲漏水也是其節(jié)水的另一條途徑[5，6，16-18]。

2種灌溉方式下，低磷處理的植株總干重、地上部干重以及根的干重都小于中磷、高磷處理，即各部分干重隨施磷量的增加而增加，與高飛[19]、李繼云等[20]的研究結(jié)論一致。DI灌溉低磷磷處理的根部磷素分配率顯著高于其他處理，其原因可能源自植物對(duì)低磷脅迫的適應(yīng)機(jī)制和對(duì)根層下部長期干旱的反饋機(jī)制，即磷缺乏時(shí)，植株矮小，同時(shí)由于干旱，根系卻越加發(fā)達(dá)，根長加長，莖軸變細(xì)，側(cè)根、根毛和根冠比增加，以促進(jìn)對(duì)土壤中磷的吸收[21]。吳一群等[22]研究顯示，番茄全株磷積累量隨營養(yǎng)液磷濃度的升高而先升高后降低，并且高磷處理導(dǎo)致番茄上位葉與根的磷含量比值下降，即高磷妨礙植物體內(nèi)磷素的向上運(yùn)輸。

植物體中普遍存在的酸性磷酸酶活性高低可以揭示植物體中的磷素豐缺狀況。低磷脅迫能夠顯著增加植物體內(nèi)和根系分泌的酸性磷酸酶活性，其活性大小的分布規(guī)律為根系>莖稈 >葉片[23]。研究中，所有水磷處理的葉片酸性磷酸酶活性無顯著差異，DI灌溉中磷處理的根系酸性磷酸酶活性分別顯著高于PRD灌溉的中、高磷處理，這說明PRD灌溉配施適量的磷肥可有效改善植株的磷素養(yǎng)分狀況。

PRD灌溉高磷處理的葉片SOD酶活性均顯著高于低磷處理，而DI灌溉的所有磷處理間不顯著。在PRD灌溉下，SOD酶活性隨著施磷量的增加有上升的趨勢(shì)。曲東等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫條件下施磷可增強(qiáng)SOD酶活性，提高植株對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)能力。

4 結(jié) 論

DI灌溉高磷處理的玉米單株干物質(zhì)總量、地上部干重和根干重最高，PRD灌溉低磷處理的根干重最低，PRD和DI灌溉高磷處理的根干重比率最低；中磷處理下，在玉米植株全磷量、地上部含磷量和根吸磷量方面，PRD灌溉處理顯著高于DI處理，而DI灌溉的低中磷處理的玉米植株全磷量、地上部含磷量，以及PRD灌溉的低磷處理的玉米植株全磷量均為最低；DI灌溉的高磷處理可顯著提高玉米生物量，其低磷磷處理則可顯著提高根部磷素分配率，而PRD灌溉配施適量的磷肥可有效改善植株的磷素養(yǎng)分狀況，更能有效應(yīng)對(duì)植株對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)能力。