施氮水平和干旱鍛煉后復(fù)水程度對小麥水分利用效率的影響

邢佳伊，李 麗，王 超，郝衛(wèi)平，王耀生

(中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/作物高效用水與抗災(zāi)減損國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室，北京 100081)

大約有1/3的地球陸地面積為干旱及半干旱地區(qū)[1],干旱脅迫成為影響作物生長發(fā)育的重要限制因素[2]。在干旱脅迫條件下，由于地上部供水不足，細胞缺水，膨壓降低，抑制了細胞的延長和分裂，降低葉面積[3-4]。與葉片形態(tài)相比，根系形態(tài)對于養(yǎng)分和水分缺乏的土壤顯得尤為重要[5]。在干旱缺水條件下，更多的植株營養(yǎng)物質(zhì)將分配到根部，促進根系的生長發(fā)育，擴大根系在土壤中分布的范圍，有利于在水分虧缺的土壤中吸收更多的水分和養(yǎng)分[6]。當土壤水分降低，根水勢會下降，根系產(chǎn)生的脫落酸(ABA)化學信號加強，水力和化學信號共同作用使葉片氣孔發(fā)生部分關(guān)閉，減少葉片的水分散失[7-11]。然而，氣孔開度的降低也會限制光合作用所需CO2的進入，降低葉片光合速率(Pn)[12-15]。水分利用效率(WUE)是評價水分虧缺下作物生長適宜度的綜合指標之一。在葉片水平上，內(nèi)在水分利用效率(WUEint)定義為Pn與氣孔導(dǎo)度(gs)的比值；生物量水平上，水分利用效率(WUEp)是由地上部干物質(zhì)量(SDB)與耗水量(PWU)計算得到[16-17]。Farquhar等[18-19]研究指出，C3作物在進行光合作用碳固定的過程中對13C有分辨作用，其與葉片的胞間CO2濃度(Ci)和大氣中CO2濃度(Ca)的比值相關(guān)，受到葉片光合能力與氣孔開度的影響。葉片碳同位素組成(δ13C)與水分利用效率之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，能夠反映C3作物在長時間尺度下的WUE。對番茄[11-20]和燕麥[21]等作物的研究表明，葉片的δ13C可以用來表征水分和養(yǎng)分耦合條件下WUE的高低。

氮素是對作物生長發(fā)育限制最大的營養(yǎng)元素[22-24]，參與蛋白質(zhì)代謝、光合作用、碳分配以及酶和植物激素活性等[25]。干旱脅迫通過影響作物氮代謝進而影響作物的正常生長發(fā)育，而合理施氮能夠調(diào)節(jié)作物的生理生化過程，提高作物的抗逆性和水分利用效率[26-28]。李秧秧等[29]通過土柱試驗研究表明，適量施氮能夠促進各層土壤中小麥根系的生長，有利于根系干物質(zhì)量的積累。通過對不同抗旱性花生品種的研究表明，中度干旱脅迫下，增施氮肥能夠促進根系向深層土壤的生長，明顯增加40 cm以下土層內(nèi)的根系干物質(zhì)量、根長和根面積，促進了根系在干旱脅迫條件下對下層土壤水分的吸收利用，提高產(chǎn)量[30]。然而，重度干旱脅迫下，增施氮肥反而抑制根系生長，導(dǎo)致生物量降低[31]。干旱脅迫限制光合作用和植株生長，與作物氮素的吸收和代謝有關(guān)[32]。在干旱脅迫條件下，適量施氮可以通過激活抗氧化防御系統(tǒng)并提高滲透調(diào)節(jié)能力進而保護光合裝置，有利于提高作物抗旱性，減輕干旱脅迫對光合的限制[33]。

干旱鍛煉是在作物生育前期施加的短期適度干旱脅迫，大量研究表明，干旱鍛煉可以提高作物抗旱性[34-40]。研究氮素水平和干旱鍛煉后復(fù)水程度對小麥水分利用效率的影響能更好地發(fā)揮干旱鍛煉提高作物抗旱性的積極作用。本研究在40%土壤持水量(SWHC)的干旱鍛煉條件下，設(shè)置3種氮素水平和3個復(fù)水程度，通過測定小麥植株水勢、葉片氣體交換參數(shù)和激素濃度、葉面積、根系形態(tài)、生物量、耗水量、植株含氮量以及葉片δ13C，研究氮素水平和干旱鍛煉后復(fù)水程度對小麥生理特性及水分利用效率的影響，明確干旱鍛煉條件下的最佳施氮水平和復(fù)水程度，以期為小麥栽培中的水分管理和氮肥施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2020年6月至9月于中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所溫室內(nèi)進行盆栽試驗，供試作物為冬小麥品種‘XR4347’。試驗期間溫室內(nèi)平均晝/夜溫度為27℃/22℃。土壤為過5 mm篩的0～20 cm耕層風干砂壤土，全碳含量為15.56 g·kg-1，全氮含量為1.03 g·kg-1，速效鉀含量為78.46 mg·kg-1，有效磷含量為28.7 mg·kg-1，pH值為7.59。采用頂部直徑26.5 cm、底部直徑16 cm、深20 cm的塑料盆缽，每盆裝土6.72 kg，土壤容重為1.20 g·cm-3，土壤持水量(SWHC)為31%，永久萎蔫點為7%。選取顆粒飽滿，大小一致的種子，用濃度為3%的H2O2浸泡10 min，蒸餾水反復(fù)沖洗后催芽，待種子達到發(fā)芽標準后播種，每盆播種15顆，待幼苗長至3葉期，間苗至每盆10顆。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)兩個處理因素，分別為氮素和水分。設(shè)3個氮素水平，分別為低氮(N0.5，74 mg·kg-1)，中氮(N1.5，223 mg·kg-1)和高氮(N3，446 mg·kg-1)，供試氮肥為NH4NO3。每個氮素水平下設(shè)置3個水分處理，分別為干旱鍛煉(40%SWHC)后復(fù)水至85%SWHC(W85)、干旱鍛煉后復(fù)水至60%SWHC(W60)和干旱鍛煉后復(fù)旱至40%SWHC(W40)。在小麥第4個葉片完全展開時(7月11日)，先停止灌水2 d，使土壤水分含量(SWC)降至40%SWHC，并維持7 d，然后充分灌水至85%SWHC，持續(xù)7 d，此為第一次干旱鍛煉-復(fù)水過程；第一次復(fù)水結(jié)束后重復(fù)進行一次干旱鍛煉-復(fù)水過程，全程16 d后干旱鍛煉結(jié)束(8月11日)。此后分別開始復(fù)水至85%SWHC、60%SWHC和40%SWHC，再持續(xù)32 d后試驗結(jié)束(9月14日)，此時小麥長至開花期。試驗共9個處理，分別為N0.5W85、N0.5W60、N0.5W40、N1.5W85、N1.5W60、N1.5W40、N3W85、N3W60、N3W40，每個處理4次重復(fù)，每個盆缽10株，共36盆。供試磷肥和鉀肥分別為KH2PO4和K2SO4，各處理施用的磷肥和鉀肥量相同，磷肥為每盆5.75 g、鉀肥為每盆1.88 g。氮、磷和鉀肥全部作為基肥，在裝盆前與土壤混勻施入。采用稱重法控制SWC，盆缽每天稱重后，按照85%SWHC、60%SWHC和40%SWHC計算每盆的灌水量，進行灌水。由于相鄰兩日植株生長量很小，因此忽略不計。在水分處理開始前，各處理的SWC均保持在85%SWHC。水分處理開始后各處理SWC動態(tài)變化如圖1所示。在干旱鍛煉-復(fù)水過程以及分別復(fù)水至85%SWHC、60%SWHC和40%SWHC期間，各處理日均土壤含水量在設(shè)定的含水量附近變動。

圖1 不同處理在干旱鍛煉和復(fù)水85%、復(fù)水60%和復(fù)旱40%期間的日均土壤含水量(w∶w)變化Fig.1 Changes of daily soil water content (w:w) under different treatments during the period of drought priming and subsequent rewatering 85% of soil water holding capacity (SWHC),rewatering 60% of SWHC and re-drought stress 40% of SWHC

1.3 測定項目與方法

各處理分別在復(fù)旱后2 d(8月15日)、12 d(8月25日)、16 d(8月29日)、22 d(9月4日)、29 d(9月11日)和32 d(9月14日)9∶00—11∶00測定葉片光合速率(Pn，μmol·m-2·s-1)和氣孔導(dǎo)度(gs，mol·m-2·s-1)。每個盆缽隨機選取1片最新完全展開的葉片進行測定。儀器采用LI-6400便攜式光合作用測量系統(tǒng)(LI-6400，Li-Cor Biosciences，NE，USA)，設(shè)定光量子通量密度為1 500 μmol·m-2·s-1，CO2濃度為400 μmol·mol-1。葉片內(nèi)在水分利用效率(WUEint)(μmol CO2·mol-1H2O)計算式為：

WUEint=Pn/gs

(1)

各處理分別在復(fù)旱后12 d(8月25日)、25 d(9月7日)和試驗結(jié)束時(9月15日)的11∶00采集水勢樣品。每個盆缽隨機選取2株小麥上部的第一片完全展開葉片，封袋于冰盒，用于測定葉水勢(LWP，MPa)。試驗結(jié)束時(9月15日)，除采集葉樣品外，從每個塑料盆缽隨機選取小麥的根系，切下一部分根段，去除附著的土壤顆粒，封袋于冰盒，用露點水勢儀(WP4C，Meter Group Inc., WA，USA)測定根水勢(RWP，MPa)。

各處理分別在復(fù)旱后12 d(8月25日)、25 d(9月7日)和試驗結(jié)束時(9月15日)采集葉片和根系樣品。葉片采集后，用錫箔紙包裹，立即放入液氮中；試驗結(jié)束時除采集葉樣品外，從每個塑料盆缽隨機選取小麥的根系，各切下一部分根段，自來水快速清洗以除去粘附的土壤，用吸水紙吸干并用錫箔紙包裹根系后立即放入液氮中冷凍，儲存在-80℃冰箱，用于葉片和根系脫落酸(ABA)測定，采樣和冷凍之間的時間不超過20 s，葉片和根樣品ABA濃度通過酶聯(lián)免疫法(ELISA)測定[41]。

試驗結(jié)束時，用葉面積儀(Li-Cor Biosciences，NB，USA)測定每盆所有植株的葉面積(LA，cm2)。采集每盆所有植株的根系，洗凈后用根系掃描儀(Perfection V700，Epson America Inc.， USA)逐個掃描，所得圖像經(jīng)分析程序(WinRHIZO根系分析軟件，Regent Instruments Inc.，Canada)處理得到根長、根體積和根表面積等數(shù)據(jù)。根系形態(tài)和LA測定完成后，將根、葉和莖放入75℃烘箱中烘干至恒重，然后用電子天平(ME104，梅特勒托利多科技(中國)有限公司，上海，精度0.001 g)稱重，葉和莖干物質(zhì)量之和即為地上部干物質(zhì)量(SDB，g)。烘干后的葉片樣品用球磨儀研磨，然后用同位素質(zhì)譜儀(Isoprime100, Elementar Analysensysteme GmbH, Germany)測定全氮濃度和碳同位素組成(δ13C，‰)，δ13C值是相對于Pee Dee Belemnite(PDB)表示。小麥整個試驗期內(nèi)耗水量(PWU，L)用水量平衡法計算[11]，即：

PWU=I-ΔW

(2)

式中，I為試驗期內(nèi)灌水總量(L)，ΔW為試驗結(jié)束時土壤蓄水量(L)。植株水平的水分利用效率(WUEp，g·L-1)用SDB與整個試驗期內(nèi)PWU的比值計算，即：

WUEp=SDB/PWU

(3)

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS 17.0進行兩因素方差分析和多重比較，用Duncan法比較處理間的差異顯著性(P<0.05)，用Origin 2017軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素水平和干旱鍛煉后復(fù)水程度對小麥植株水勢及ABA含量的影響

植株LWP受干旱鍛煉后復(fù)水程度的顯著影響(P<0.01)，而受氮素水平的影響不顯著(圖2)。LWP隨著干旱鍛煉后復(fù)水程度的提高而增加(圖2a)。植株的RWP受干旱鍛煉后復(fù)水程度、氮素水平及交互作用的顯著影響(P<0.01)(圖2b)。在W85處理下，氮素水平對RWP的影響不顯著；而在W60和W40處理下，與低氮處理相比，高氮處理的RWP顯著降低，說明干旱鍛煉后復(fù)水不充分的條件下，過多氮素降低RWP。在高氮處理下，RWP隨著干旱鍛煉后復(fù)水程度的提高而顯著增加，而在中氮和低氮處理下，RWP受干旱鍛煉后復(fù)水程度的影響不顯著。上述結(jié)果說明，干旱鍛煉后復(fù)水能夠改善植株的水分狀況。在所有處理中，N3W40 處理的LWP和RWP最低。通過對LWP和SWC的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)LWP和SWC之間相關(guān)性顯著(P<0.001)，表明干旱鍛煉條件下，植株地上部水分狀況是由土壤SWC決定的。

注：小寫字母表示所有處理間差異顯著(P<0.05)。*，**，***和ns分別表示顯著性P<0.05，P<0.01，P<0.001和不顯著。下同。Note: Different lowercase letters indicate the significant differences among treatments (P<0.05). *, **, *** and ns indicate the significances at P<0.05, P<0.01, P<0.001 level and non-significance, respectively. The same as below.

小麥葉片和根系A(chǔ)BA濃度均受氮素水平與干旱鍛煉后復(fù)水程度交互作用的顯著影響(P<0.05)(圖3)。葉片ABA濃度隨著復(fù)水程度的增加顯著降低。中氮和低氮處理葉片ABA濃度無顯著差異，但高氮處理能夠顯著提高葉片ABA濃度。N3W40處理的葉片ABA濃度最高。高氮處理下，與W40處理相比，W60和W85處理的小麥根系A(chǔ)BA濃度顯著降低；中氮和低氮處理下，W60與W40處理相比根系A(chǔ)BA濃度無顯著差異，W85處理的根系A(chǔ)BA濃度顯著降低，說明低氮和中氮處理下僅達到一定復(fù)水程度時，根系A(chǔ)BA濃度才顯著降低。W85處理下，與中氮處理相比，高氮和低氮處理使根系A(chǔ)BA濃度顯著提高；W60處理下，低氮處理對根系A(chǔ)BA濃度無顯著影響，高氮處理使根系A(chǔ)BA濃度顯著降低。通過對LWP和葉片ABA的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)LWP和葉片ABA之間呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.001)，表明干旱鍛煉下，葉片ABA濃度受葉片水分狀況的直接影響。

圖3 不同處理對冬小麥葉片和根系脫落酸濃度的影響Fig.3 Effects of different treatments on leaf and root ABA concentration ([ABA]leaf and [ABA]root) of winter wheat

2.2 氮素水平和干旱鍛煉后復(fù)水程度對小麥葉片氣體交換參數(shù)和WUEint的影響

小麥葉片Pn、gs和WUEint均受干旱鍛煉后復(fù)水程度及其與氮素水平交互作用的顯著影響(P<0.05)(圖4)。在高氮處理下，Pn和gs隨著復(fù)水程度的降低而下降，與W85處理相比，W60和W40處理的Pn分別降低了4.0%和25.2%，gs分別顯著降低24.5%和42.2%(P<0.05)，gs的降低程度高于Pn的下降程度，所以，與W85處理相比，W60和W40處理的WUEint顯著提高。在中氮處理下，Pn和gs隨著復(fù)水程度的降低表現(xiàn)為先增加后降低，與W85處理相比，W60處理的Pn提高6.1%，W40處理的Pn降低7.5%，W60處理的gs提高10.8%，而W40處理gs顯著降低34.3%(P<0.05)；對于W60處理，gs的增加高于Pn的增加，WUEint略降低；而W40處理Pn的減少顯著低于gs的降低，WUEint顯著提高。在低氮處理下，Pn和gs隨復(fù)水程度的降低表現(xiàn)為先增加后降低，但Pn、gs和WUEint各處理之間無顯著差異，N0.5W40處理的WUEint最高。上述結(jié)果說明，相同氮素水平下，降低干旱鍛煉后復(fù)水程度能夠提高WUEint。

在W85處理下，Pn和gs隨著氮素水平的降低而降低，WUEint無顯著差異。在W60處理下，Pn隨氮素水平的降低而降低，gs隨氮素水平的降低表現(xiàn)為先增加后降低，與高氮處理相比，中氮和低氮處理的Pn分別降低2.0%和10.5%，gs分別增加35.2%和23.2%，WUEint均顯著降低。在W40處理下，Pn隨氮素水平的降低表現(xiàn)為先增加后降低，gs隨氮素水平的降低而增加，與高氮處理相比，中氮和低氮處理的Pn分別增加9.6%和8.0%，gs分別增加4.8%和27.8%，對于中氮處理，Pn的增加高于gs的增加，WUEint略提高，而低氮處理下，gs的增加高于Pn的增加，WUEint降低。上述結(jié)果表明，干旱鍛煉條件下，高氮素水平能夠提高WUEint；而且干旱鍛煉條件下，與氮素水平相比，干旱鍛煉后復(fù)水程度對WUEint的影響更顯著(圖4)。

圖4 不同處理對冬小麥凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和內(nèi)在水分利用效率的影響Fig.4 Effects of different treatments on the net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (gs) and intrinsic water use efficiency (WUEint) of winter wheat

通過對gs和LWP以及葉片ABA的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)gs和LWP之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，而與葉片ABA濃度呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，后者的相關(guān)系數(shù)更高。表明干旱鍛煉條件下，gs受化學信號的影響更大。通過對葉片WUEint與gs的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)WUEint與gs呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.001)，說明WUEint受到gs變化的直接影響，干旱鍛煉條件下，高氮素水平或降低干旱鍛煉后復(fù)水程度通過降低葉片gs提高WUEint。

2.3 氮素水平和干旱鍛煉后復(fù)水程度對小麥根系生長情況的影響

由表1可見，小麥根長、根面積和根干質(zhì)量受氮素水平和復(fù)水程度的顯著影響(P<0.05)，而小麥根體積僅受氮素水平的顯著影響(P<0.05)。小麥根長、根面積、根體積和根干質(zhì)量隨著氮素水平的增加表現(xiàn)為先增加后降低，隨著復(fù)水程度的增加而降低。N1.5W40處理的根長、根面積和根體積最大。上述研究結(jié)果表明，高氮和低氮處理以及復(fù)水程度高均抑制植株根系的生長，在土壤水分有限的條件下，W60和W40處理的植株可通過促進根系的生長獲取更多的水分，從而維持植株的正常生長。

表1 不同處理對冬小麥根系生長情況的影響

2.4 氮素水平和干旱鍛煉后復(fù)水程度對小麥地上部生長、碳氮組成及植株水分狀況的影響

由表2可見，小麥SDB、根冠比、PWU、LA和葉片δ13C均受氮素水平和干旱鍛煉后復(fù)水程度的顯著影響(P<0.01)，WUEp和地上部氮含量僅受氮素水平的顯著影響(P<0.001)。根冠比是由根干質(zhì)量與SDB的比值計算得到，SDB隨著復(fù)水程度的提高而增加；與中氮處理相比，高氮處理對SDB無顯著影響，而低氮處理使SDB顯著降低，所以，小麥根冠比表現(xiàn)為隨著復(fù)水程度的增加而降低(表2)；與中氮處理相比，高氮顯著降低植株根冠比，低氮對根冠比影響不顯著。上述結(jié)果表明，干旱鍛煉后復(fù)水程度越低，植株越傾向于優(yōu)先生長根系，從而促進根系對土壤中有限水分的吸收，使根冠比增大；當不考慮干旱鍛煉后復(fù)水程度時，中氮處理能夠在保證地上部干物質(zhì)量積累的同時維持較高的根冠比，保證根系對土壤中水分和養(yǎng)分的吸收。

小麥LA隨著復(fù)水程度的提高而增加，W85和W60處理的LA無顯著差異，但均顯著高于W40處理。LA和植株氮含量隨著氮素水平的提高而顯著增加。上述結(jié)果表明，干旱鍛煉后一定程度的復(fù)水和增加氮肥供應(yīng)均能夠顯著增加LA，而過高的復(fù)水程度和氮素供應(yīng)并不能夠使LA成比例增加。

與中氮處理相比，高氮處理對SDB無顯著影響，但耗水量顯著降低，WUEp顯著提高；低氮處理使SDB和PWU分別顯著降低22.0%和10.7%，SDB的降低大于PWU的降低，WUEp顯著降低。與高氮處理相比，低氮處理對PWU無顯著影響，但SDB顯著降低，WUEp顯著下降。通過對SDB與PWU的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)SDB與PWU呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，說明干旱鍛煉條件下，PWU越多，產(chǎn)生的干物質(zhì)量越多。葉片δ13C隨著氮素水平的增加而提高，隨著干旱鍛煉后復(fù)水程度的降低而增加，W85和W60處理之間葉片δ13C無顯著差異，均顯著低于W40處理。通過對WUEp與葉片δ13C 的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)WUEp與葉片δ13C 呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。說明小麥葉片δ13C可以用來表征干旱鍛煉條件下WUEp的高低，增加氮素供應(yīng)或降低干旱鍛煉后復(fù)水程度可通過葉片氣孔的調(diào)控提高水分利用效率。在所有處理中，N3W85和N3W60處理的WUEp最高，但N3W60處理能夠在不顯著影響SDB積累的前提下，顯著降低PWU，而且根冠比較高，相比之下更有利于小麥植株的生長且節(jié)約灌溉用水，因此為本試驗的最優(yōu)處理。

表2 不同處理對冬小麥地上部生長、碳氮組成及植株水分狀況的影響Table 2 Effects of different treatments on shoot growth, C and N composition, and plant water status of winter wheat

3 討 論

作物受到干旱脅迫時，RWP和LWP降低，有助于減少根系和葉片失水，進而保證干旱脅迫下的根系吸水和植株正常生長[42]。小麥植株的LWP受到干旱鍛煉后復(fù)水程度的顯著影響，隨著復(fù)水程度的降低而下降，而RWP受到干旱鍛煉后復(fù)水程度和氮素水平交互作用的顯著影響。在高氮處理下，RWP隨著干旱鍛煉后復(fù)水程度的降低而下降，而在中氮和低氮處理下，RWP隨著干旱鍛煉后復(fù)水程度的降低表現(xiàn)為先升高后下降，這是因為在中氮和低氮處理下，小麥葉片gs隨著復(fù)水程度的降低先升高后下降，gs的增加使植株蒸騰耗水增加，加劇了植株根系感知的土壤干旱脅迫程度。在W60和W40處理下，較中氮處理相比，增施氮肥顯著降低了小麥RWP，說明高氮會加劇根系水分脅迫，這可能是由于高氮降低了W60和W40處理植株的根系生長(表1)，降低水分吸收，從而導(dǎo)致RWP顯著降低。

光合作用是作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，受干旱脅迫影響顯著。在干旱脅迫條件下，光合作用受到抑制，原因通常分為氣孔或非氣孔(擴散限制和代謝限制)因素或兩者共同作用，實際由哪種因素引起，取決于干旱脅迫的程度[43-44]，一般來說，隨著干旱脅迫程度的加劇，光合作用受到抑制的因素由氣孔向非氣孔轉(zhuǎn)變。在輕度或中度干旱脅迫下，水分虧缺主要通過降低植物葉片氣孔導(dǎo)度(gs)和葉肉導(dǎo)度(gm)，限制CO2進入和在葉片內(nèi)部的擴散運輸，從而降低Pn[45]。也有研究表明，在一定范圍內(nèi)，氣孔的部分關(guān)閉并不影響光合作用，當土豆葉片的gs從0.7降到約0.4 mol·m-2·s-1時，其Pn無顯著變化，而此時WUEint顯著提高[46]。黃占斌等[47]研究表明，干旱脅迫通過對作物Pn和gs的影響程度不同，進而影響WUEint。本研究中，WUEint與gs呈顯著負相關(guān)關(guān)系，表明干旱鍛煉條件下，葉片WUEint的提高更多的是受到gs的影響而不是Pn。此外，降低土壤水分含量可通過增強ABA化學信號促使葉片氣孔關(guān)閉，達到提高WUEint的效果[11-21]。本研究中，在W60處理下，與中氮處理相比，高氮處理沒有顯著影響葉片的Pn，但葉片ABA濃度顯著增加，導(dǎo)致gs顯著降低，因此WUEint顯著提高。在本研究中，高氮處理下，降低干旱鍛煉后的復(fù)水程度(W60和W40)，葉片Pn和gs也降低，但對Pn的降低作用小于對gs的作用，使WUEint顯著提高；而在中氮和低氮處理中，只有W40處理對葉片的Pn和gs有顯著影響，說明干旱鍛煉條件下，高水平氮素供應(yīng)增加了葉片氣孔對土壤水分的敏感性，這可能是由于增施氮肥可提高木質(zhì)部汁液的pH值，增強氣孔對 ABA信號的敏感程度[10]。Damatta等[48]對咖啡的研究表明，在水分充足條件下，增加施氮量能夠提高葉片Pn，而gs對氮素的供應(yīng)沒有響應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)，在W85處理下，與中氮處理相比，增施氮肥顯著提高了葉片Pn，但對gs無顯著影響，這可能是因為干旱鍛煉后充分復(fù)水條件下，與中氮處理相比，增施氮肥使地上部氮含量提高(表2)，因此增強了植株葉片的光合能力。此外，植株的gs與LWP呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且與葉片ABA濃度呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，表明葉水勢的降低進一步增強ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而使gs降低，因此，水力信號與化學信號共同參與了氣孔開度的調(diào)控。

干旱脅迫下，作物LA減小且干物質(zhì)積累降低[3-4]。植株的SDB和PWU受氮素水平和干旱鍛煉后復(fù)水程度的顯著影響。與中氮處理相比，增施氮肥對SDB無顯著影響，但降低了PWU，尤其是在W60和W40處理下，PWU顯著降低，這可能是由于在W60和W40處理下gs降低，而且增施氮肥使根長顯著降低，在土壤缺水條件下，根長的降低可能進一步降低了對土壤中有限水分的吸收，從而導(dǎo)致植株根系水勢顯著降低，影響地上部的水分狀況進而使葉片氣孔部分關(guān)閉，減少了蒸騰耗水，導(dǎo)致WUEp增加；而提高復(fù)水程度使SDB和PWU均增加，水分利用效率無顯著變化，因此，干旱鍛煉條件下，氮素水平對小麥WUEp的影響較干旱鍛煉后復(fù)水程度更顯著(表2)，這可能是由于早期的干旱鍛煉使植株增強后期植株的耐旱性。研究表明，葉片δ13C可以用來表征水氮耦合下的植株長期水分利用效率[11, 20-21]。在本研究中，小麥葉片δ13C與水分利用效率之間也具有顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，表明葉片δ13C也可以用于表征干旱鍛煉條件下的植株長期水分利用效率。在本研究中，干旱鍛煉條件下，施氮量的增加使WUEp和葉片δ13C均增加，而且小麥葉片δ13C與WUEp之間具有顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，這進一步表明干旱鍛煉條件下，增加施氮量可通過增強葉片的光合能力或調(diào)節(jié)氣孔開閉，從而提高水分利用效率。在所有處理中N3W85和N3W60處理的WUEp最高，但N3W60處理能夠在不顯著影響SDB積累的前提下顯著降低PWU，而且根冠比較高，相比之下更有利于小麥植株的生長且節(jié)約灌溉用水，為本試驗的最優(yōu)處理。

4 結(jié) 論

干旱鍛煉后復(fù)水能夠改善植株水分狀況，但中氮和低氮處理時，復(fù)水程度過高降低小麥根水勢(RWP)。葉片氣孔導(dǎo)度(gs)受水力信號和ABA信號的調(diào)控，降低復(fù)水程度或增施氮肥通過調(diào)控gs提高WUEint。干旱鍛煉后復(fù)水程度高增加了小麥葉面積(LA)、地上部干生物量(SDB)和植株耗水量(PWU)，促進了氮素吸收，但降低了根系生長。與復(fù)水程度相比，氮素水平對WUEp的影響更顯著，高氮處理在保證SDB積累的同時顯著降低了PWU，提高了植株的水分利用效率(WUEp)。植株葉片的δ13C隨著氮素水平的提高而增加，WUEp與葉片δ13C呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明葉片δ13C可以用來表征干旱鍛煉條件下WUEp的高低，增施氮肥通過增強葉片的光合能力或調(diào)控葉片的氣孔開度提高WUEp。在所有處理中，N3W60處理在保證SDB積累的同時，顯著降低了植株耗水量，提高了WUEp，為本試驗的最優(yōu)處理。因此，在干旱缺水地區(qū)，增加施氮量或干旱鍛煉后適當復(fù)水，可在維持作物生長和養(yǎng)分吸收的情況下顯著降低植株耗水量，提高氣孔和植株水平的WUE。