水分對(duì)河西青貯玉米土壤化學(xué)計(jì)量比及穩(wěn)態(tài)性的影響

謝明君， 李 廣， 馬維偉， 劉帥楠， 常海剛， 杜佳囝， 丁 寧

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)財(cái)經(jīng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是近年來興起的一個(gè)生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，它揭示了各養(yǎng)分元素在生態(tài)過程中的耦合關(guān)系和共變規(guī)律［1］，以便進(jìn)一步判斷植物的生長(zhǎng)狀況及氮磷限制性元素的利用效率，為解決生態(tài)系統(tǒng)植物-土壤養(yǎng)分供求與循環(huán)關(guān)系提供了新方法［2］。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，約占全球陸地面積的10.5%［3］，而碳、氮、磷等化學(xué)元素不僅是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中植株生長(zhǎng)發(fā)育的必要元素，也是衡量土壤養(yǎng)分肥力的關(guān)鍵元素［4］。土壤中碳是構(gòu)成植物體內(nèi)干物質(zhì)的最主要元素，氮、磷是限制植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要養(yǎng)分元素，三者既相互耦合又相互獨(dú)立［5］。而有機(jī)體元素含量在內(nèi)部環(huán)境（植物元素）和外部環(huán)境(土壤元素)間保持著一種相對(duì)穩(wěn)定的關(guān)系［6］。在化學(xué)計(jì)量生態(tài)學(xué)范疇內(nèi)，環(huán)境中元素組成發(fā)生變化的情況下，生物體保持體內(nèi)元素組成相對(duì)穩(wěn)定的能力叫做化學(xué)計(jì)量穩(wěn)態(tài)性，能較好地反映生物在面對(duì)復(fù)雜生存環(huán)境時(shí)的適應(yīng)性［7］。因此，探究作物植株-土壤碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量特征及其穩(wěn)態(tài)性，在探索農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分存留、資源限制狀況以及了解生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和穩(wěn)定性方面具有重要意義［4］。

河西地區(qū)位于甘肅省西北部，是典型的大陸干旱荒漠氣候，也是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)，玉米是該地區(qū)主要糧食作物，也是高耗水作物，種植面積已超過20×104hm2［8］。近年來，由于該區(qū)域氣候變化和地下水資源過度利用，引起河道徑流的減少及地下水位的大幅下降，進(jìn)一步加劇了該地區(qū)水資源的緊缺狀態(tài)，因此在實(shí)際灌溉過程中，優(yōu)化節(jié)水灌溉，提高農(nóng)田水資源利用效率迫在眉睫［8］。已有研究表明，不同的水分處理，影響著春小麥土壤中的水氮運(yùn)移以及作物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的利用效率，進(jìn)而影響到該區(qū)域小麥農(nóng)田系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)過程［9］；也有學(xué)者認(rèn)為，紅棗等作物的生長(zhǎng)離不開良好適宜的水分，水分的不足將影響土壤養(yǎng)分對(duì)作物生長(zhǎng)的供應(yīng)［10］，阻礙植株對(duì)氮、磷養(yǎng)分的吸收和利用［11］；王虎兵等［12］研究發(fā)現(xiàn)，水分供應(yīng)過少，將會(huì)降低作物器官對(duì)于養(yǎng)分的吸收與積累。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)作物產(chǎn)量［13］、土壤-植株養(yǎng)分特征［14］以及灌水頻率的控施［15］等方面進(jìn)行了廣泛而深入的研究，但不同灌水處理下旱作青貯玉米-土壤系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)耦合關(guān)系及其內(nèi)部穩(wěn)定機(jī)制尚不明確，特別是對(duì)植株-土壤碳、氮、磷養(yǎng)分限制及其內(nèi)穩(wěn)性特征的研究較少。因此，本文參考當(dāng)?shù)厍噘A玉米作物實(shí)際灌水量，選用W0（6150 m3·hm-2，CK）、W1（5535 m3·hm-2，節(jié)水10%）、W2（4920 m3·hm-2，節(jié)水20%）、W3（4305 m3·hm-2，節(jié)水30%）4種灌水梯度為研究對(duì)象，分析探討不同灌水處理下青貯玉米植株-土壤間養(yǎng)分循環(huán)規(guī)律及植株器官（葉片、根）隨土壤養(yǎng)分變化產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)性特征，有助于更深層次認(rèn)識(shí)生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)在不同節(jié)水處理下養(yǎng)分循環(huán)規(guī)律和穩(wěn)定性機(jī)制，以期探究河西地區(qū)干旱區(qū)農(nóng)作物土壤與植物間養(yǎng)分平衡及穩(wěn)態(tài)性關(guān)系，為優(yōu)選節(jié)水灌溉方式，減少水資源浪費(fèi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于河西走廊中部的甘肅張掖市民樂縣華瑞牧場(chǎng)（100°40′36″E，38°43′36″N），海拔為1629 m，年均降水量364 mm、蒸發(fā)量1692.7 mm，多年平均氣溫3.8 ℃，降雨稀少，蒸發(fā)量大，屬溫帶大陸性荒漠草原氣候，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全依賴于灌溉；2009年末，境內(nèi)耕地總面積6.25×104hm2，水澆地占總耕地的60%以上，是典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)［16］。土壤類型為砂質(zhì)土，容重為1.18 g·cm-3，有機(jī)碳、全氮、全磷、速效磷、速效鉀分別為5.96 g·kg-1、0.7 g·kg-1、0.65 g·kg-1、272.19 g·kg-1、6.89 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021 年4—10 月開展，試驗(yàn)材料為金鈴67 號(hào)。試驗(yàn)共設(shè)4 種灌水處理W0（6150 m3·hm-2，CK）、W1（5535 m3·hm-2，節(jié)水10%）、W2（4920 m3·hm-2，節(jié)水20%）、W3（4305 m3·hm-2，節(jié)水30%），不同處理各生育期具體灌水量見表1。每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)小區(qū)重復(fù)，每個(gè)小區(qū)試驗(yàn)面積為1.6 m×1.5 m，為避免相互影響設(shè)置1 m的隔離帶。小區(qū)灌溉采用膜下滴灌，滴灌帶選用貼片式滴灌帶，滴頭間距30 cm，壓力為0.1 MPa，滴頭流量2.2 L·h-1，每個(gè)小區(qū)安裝水表嚴(yán)格控制灌水量，當(dāng)土壤含水量達(dá)到試驗(yàn)處理設(shè)置的下限60%，即開始灌水［16］。施肥采用液壓比例施肥泵裝置，各小區(qū)施肥量均在同一水平并隨水施肥，試驗(yàn)中氮肥用尿素（含N 46%），鉀肥用氯化鉀（含K2O 57%），磷肥用磷酸脲（含P2O544.06%）。

表1 青貯玉米不同生育期灌水處理Tab.1 Irrigation treatment at different growth stages of silage corn

1.3 土壤含水量測(cè)定

2021 年5—10 月，用TDR 水分測(cè)定儀每隔2 d測(cè)定1 次各試驗(yàn)小區(qū)（12 個(gè)）的土壤含水量［17］，即測(cè)定0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 3 個(gè)土層的土壤含水量。

1.4 土樣、植株的采集與測(cè)定

在玉米成熟期，試驗(yàn)各小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，利用直徑為5 cm 的土鉆在小區(qū)分別取0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 土樣。剔除土樣中土塊、枯落物等雜物，將同一小區(qū)同一土層3個(gè)樣點(diǎn)的土樣混勻，分為兩份，一份土樣過2 mm土篩后用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)，另一份用于經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干保存?zhèn)溆?。每個(gè)小區(qū)內(nèi)選擇長(zhǎng)勢(shì)良好的10株玉米，根系取樣在玉米正下方，兩株玉米之間以及近滴灌帶側(cè)10 cm，將同一小區(qū)葉片、根分別混合后裝入自封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室用水洗去灰塵，去除雜草，105 ℃殺青30 min 后，80 ℃烘干至恒量，測(cè)定干質(zhì)量。樣品稱量后經(jīng)粉碎過2 mm篩測(cè)定葉片、根理化性質(zhì)。

土壤、植株（葉片、根）有機(jī)碳（OC）含量均采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，全氮（TN）含量消煮后采用半微量凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定，全磷（TP）含量采用H2SO4-H2O2溶液消解用鉬酸銨比色法測(cè)定；用環(huán)刀法測(cè)定各土層容重［18］。

1.5 產(chǎn)量測(cè)定

采用樣方法測(cè)定地上部分青貯玉米產(chǎn)量，樣方面積為1.6 m×1.5 m，每個(gè)處理沿滴灌帶方向選取玉米植株10 株分別測(cè)定株高、莖粗、葉面積和根冠比。株高用卷尺測(cè)定，莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)定。采摘籽粒果實(shí)人工脫粒后烘干（80 ℃）用電子天平測(cè)定單位面積產(chǎn)量，并記錄單株粒數(shù)，每公頃產(chǎn)量由單位面積產(chǎn)量折算［19］。

1.6 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

穩(wěn)態(tài)性指數(shù)（Homeostasis Index，H）采用下式進(jìn)行計(jì)算［20］。

式中：H為穩(wěn)態(tài)性指數(shù)；因變量y為葉片或根OC、TN、TP 含量或計(jì)量比；自變量x為對(duì)應(yīng)的土壤OC、TN、TP 含量或計(jì)量比；c為積分常數(shù)。按照Persson等的分類，當(dāng)方程擬合顯著時(shí)，將H＞4、2＜H＜4、1.33＜H＜2、H＜1.33 分別劃為穩(wěn)態(tài)、弱穩(wěn)態(tài)、弱敏感態(tài)和敏感態(tài)；但當(dāng)方程擬合不顯著時(shí)認(rèn)為是絕對(duì)穩(wěn)態(tài)［20］。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SPSS 22.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過One-way ANOVA 方差分析的Duncan 多重比較法進(jìn)行顯著性分析。采用Pearson 相關(guān)性分析土壤養(yǎng)分指標(biāo)與葉片、根碳、氮、磷及其化學(xué)計(jì)量比間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理下土壤剖面水分變化特征

由圖1 可知，W2、W3灌水處理下土壤各土層含水量較高，且W2處理在10～20 cm 土層含水量急劇減少；而W1灌水處理下0～10 cm 含水量較小，僅為12.89%，且在10～20 cm土層含水量整體隨土層深度的增加而增加；4 種灌水處理均在20～30 cm 土層含水量整體趨于穩(wěn)定。

圖1 不同灌水處理下土壤剖面水分變化Fig.1 Changes of soil profile moisture under different irrigation treatments for silage maize

2.2 不同灌水處理下植株-土壤OC、TN、TP 含量變化特征

不同灌水處理下青貯玉米土壤-植株（葉片、根）養(yǎng)分變化如圖2所示。4種灌水處理下土壤OC、TN、TP含量均在0～10 cm土層達(dá)到最高值，土壤OC含量在0～30 cm 各土層間呈現(xiàn)一定范圍內(nèi)的波動(dòng)，波動(dòng)范圍5.42～7.28 g·kg-1，而在20～30 cm 土層，W2灌水處理顯著降低（P＜0.05）；在0～30 cm全土層，土壤OC、TN、TP含量均在W1灌水處理下最高，同時(shí)在W1處理下土壤TN含量高出其他灌水處理的6.66%～26.19%，土壤TP 含量高出其他灌水處理的4.67%～19.21%。

圖2 不同灌水處理下土壤-植株養(yǎng)分含量Fig.2 Concentrations of soil and plant C,N and P in silage corn under irrigation treatments

在不同灌水處理下，植株（葉片、根）OC、TN、TP含量均隨灌水量遞減而遞減。灌水量在W0處理下植株葉片OC、TN、TP含量（448.00 g·kg-1、6.67 g·kg-1、6.31 g·kg-1）顯著高于其他處理，植株根OC、TP含量（60.00 g·kg-1、4.22 g·kg-1）高于其他處理；在W3灌水處理下，植株葉片OC、TN、TP 含量分別顯著低于其余處理，但植株根TN含量在4種灌水處理下波動(dòng)較小且無顯著性差異。

2.3 不同灌水處理下植株-土壤各元素化學(xué)計(jì)量比特征

從表2 可以看出，因土壤、植株（根、葉片）OC、TN、TP含量受主導(dǎo)因素不同，C∶N、C∶P、N∶P在受灌水梯度因素作用下表現(xiàn)出不同顯著差異。經(jīng)單因素方差分析表明（表3），不同灌水處理下青貯玉米0～30 cm土層土壤、植株（根、葉片）化學(xué)計(jì)量比均值為：C∶N（3.60、12.87、61.15）、C∶P（4.39、12.59、53.89）、N∶P（1.24、1.01、1.10），其中土壤、植株（根、葉片）不同灌水處理間C∶N、N∶P 值均無顯著差異，而根C∶P在W0達(dá)到最大值，與其他灌水處理存在顯著差異（P＜0.05）。

表2 不同灌水處理下0～30 cm土壤-植株C、N、P化學(xué)計(jì)量特征Tab.2 Soil and plant C,N,P stoichiometry among irrigation treatments at 0-30 cm soil layer

2.4 不同灌水處理下青貯玉米產(chǎn)量的變化

由圖3 可知，該區(qū)不同灌水處理下青貯玉米產(chǎn)量在85～69 t·hm-2之間。且W0處理顯著（P＜0.05）高出W2、W3處理20.82%～24.49%。從青貯玉米產(chǎn)量來看，W1處理相較于W0處理產(chǎn)量差異較小，無顯著差異。

圖3 不同灌水處理下青貯玉米產(chǎn)量Fig.3 Yield of silage corn under different irrigation treatments

2.5 植物-土壤化學(xué)計(jì)量學(xué)特征與各元素的相關(guān)關(guān)系

由圖4 可知，土壤含水量與土壤OC、TN、TP 含量均存在極顯著（P＜0.01）線性相關(guān)關(guān)系。由表3可知，土壤OC與TN、TP均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），土壤TN與TP（相關(guān)系數(shù)：0.91）呈現(xiàn)出極顯著正相關(guān)關(guān)系；植株根OC與葉片OC、TN、TP間存在不同水平的顯著正相關(guān)關(guān)系，植株根TN 與葉片TN 呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）；植株根TP 與葉片OC 呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。

圖4 不同灌水處理下水分與土壤C、N、P間的線性關(guān)系Fig.4 Soil C,N and P in relation to water content under irrigation treatments for silage corn

表3 土壤與植株葉片、根OC、TN、TP含量的相關(guān)關(guān)系Tab.3 Correlation between soil and plant OC,TN,TP

2.6 植株葉片、根隨土壤養(yǎng)分變化的穩(wěn)態(tài)性分析

植株葉片和根OC、TN、TP及其化學(xué)計(jì)量比在不同灌水處理下隨土壤養(yǎng)分變化的穩(wěn)態(tài)性特征表明（表4），在4 種灌水處理下植株葉片、根OC、TN、TP及化學(xué)計(jì)量比C∶N、C∶P方程回歸擬合均不顯著，屬于絕對(duì)穩(wěn)態(tài)，表明在不同灌水處理下土壤碳磷元素均能調(diào)節(jié)植株元素及比例，使其處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；在W2灌水下植株葉片N∶P 呈擬合顯著結(jié)果，其穩(wěn)態(tài)性指數(shù)分別為0.79（H＜1.33），屬于敏感態(tài)型，反映植株葉片養(yǎng)分TN、TP 含量在W2灌水下極易受到土壤養(yǎng)分變化的影響。

表4 植株葉片、根養(yǎng)分和計(jì)量比與土壤的穩(wěn)態(tài)性指數(shù)Tab.4 Homeostasis index of silage corn plant leaf,root nutrients and dosing ratio and soil

3 討論

3.1 不同灌水處理下植株葉片、根-土壤養(yǎng)分含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征

碳、氮、磷元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的必需元素，其含量的高低可以預(yù)測(cè)土壤及植物養(yǎng)分飽和程度及限制狀況［14］。本研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)水10%（W1）灌水處理下將有效提高土壤OC、TN、TP 含量，這與前人研究結(jié)果相似［9］。一方面，節(jié)水處理可以在一定程度上使土壤水分向下層遷移，且W1節(jié)水處理下土壤含水量低于W2、W3節(jié)水處理（圖1），較低的含水量有助于促進(jìn)土壤養(yǎng)分的累積（圖1）；此外，節(jié)水10%處理下雖導(dǎo)致水分運(yùn)移速度減緩，但可加速肥料的溶解和有機(jī)肥料的礦化，提高土壤生產(chǎn)力及土壤養(yǎng)分分解速率，進(jìn)而促進(jìn)養(yǎng)分的釋放，增加土壤養(yǎng)分含量；而節(jié)水20%、30%的灌水處理使得土質(zhì)過于緊實(shí)［9］，水分向深層下滲（圖1），使土壤養(yǎng)分淋溶至土壤深層，加速養(yǎng)分流失。在施肥量相等、灌水量不同的情況下，土壤OC、TN、TP 含量整體上均隨土層深度增加而降低，這與王建程［21］的研究結(jié)果一致。土壤有機(jī)碳主要來源于植物殘?bào)w、腐殖質(zhì)降解、微生物和根系分泌物礦化分解與轉(zhuǎn)化累積［22］；土壤氮素主要來源于自身生物固氮、降雨及肥料的施用；土壤磷元素主要來自施肥和地表作物的歸還［19］。由表3 可知，土壤TN、TP 含量均與土壤OC存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明表層有機(jī)質(zhì)含量的提高促進(jìn)了微生物的活性，進(jìn)一步促進(jìn)氮磷含量的累積，同時(shí)也因?yàn)橥庠吹追实谋韺虞斎?，?dǎo)致養(yǎng)分在土壤表層密集，因此，青貯玉米0～10 cm土層土壤OC、TN、TP含量相對(duì)較高。

植物體內(nèi)營養(yǎng)元素碳、氮、磷的水平可以在一定程度上反映植物在不同灌水處理下植物體內(nèi)的營養(yǎng)狀況以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力［14］。本研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)水處理會(huì)降低植株器官（葉片、根）OC、TN、TP 養(yǎng)分含量（圖2），可能是因?yàn)槿~片、根養(yǎng)分及其化學(xué)計(jì)量比之間存在不同水平相關(guān)關(guān)系（表3），說明葉片、根所吸收的養(yǎng)分不僅來源于土壤、植物自身固氮和光合作用［10］，也可能是葉片、根的不同元素間通過相互耦合后表現(xiàn)高度復(fù)雜的協(xié)同關(guān)系，這種協(xié)同關(guān)系可能與植物類型以及其適應(yīng)環(huán)境變化的生長(zhǎng)策略有關(guān)［19］。此外，節(jié)水20%、30%的灌水處理將導(dǎo)致土壤、植株根周圍環(huán)境養(yǎng)分減少，根系養(yǎng)分吸收量減少，減弱根系代謝強(qiáng)度，同時(shí)地上植株器官的生長(zhǎng)與根系對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的吸收能力密切相關(guān)，會(huì)進(jìn)一步降低葉片氣孔開度，導(dǎo)致葉片的光合作用減弱，引起地上部分干物質(zhì)積累量及養(yǎng)分的減少［8］。

土壤C∶N可以反映出碳、氮元素的營養(yǎng)平衡狀況，并可以表征碳、氮元素對(duì)土壤質(zhì)量的敏感程度［23］。而土壤養(yǎng)分是具有肥力且能生長(zhǎng)植物的未固結(jié)層，極大地影響到植物自身對(duì)所需養(yǎng)分的吸收狀況［1］。本研究中，在青貯玉米成熟期下不同灌水處理0～30 cm 土壤C∶N 均值（3.60）低于全國農(nóng)田土壤平均值(11.45)［1］（表2），說明該區(qū)具有較快的碳、氮礦化速率。而土壤C∶P、N∶P 是表征土壤微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)磷元素的釋放及從外界吸收轉(zhuǎn)化磷素礦化潛力，進(jìn)行預(yù)測(cè)土壤養(yǎng)分限制狀況和判斷氮飽和的診斷指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，不同灌水處理青貯玉米在0～30 cm 土層，土壤C∶P、N∶P 均值分別為4.36、1.24，遠(yuǎn)低于全國C∶P 平均值（52.70）及全國農(nóng)田N∶P平均值（5.10）［24］。而較低的C∶P、N∶P值說明該區(qū)土壤不同灌水處理下土壤氮元素匱乏，土壤磷元素有效性較高，有機(jī)質(zhì)中釋放磷的潛力較大，可以促進(jìn)土壤有效磷的釋放［19］。此外，土壤C∶N 與N∶P呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），表明土壤養(yǎng)分損耗過度使匱乏元素得不到供應(yīng)，土壤可利用的TN、TP含量降低，將會(huì)影響植株葉片、根自身所需的含量。

植株器官C∶N、C∶P、N∶P 能夠反映植物從土壤中獲取元素的運(yùn)移循環(huán)及植物生長(zhǎng)速率和養(yǎng)分利用率［21］。本研究發(fā)現(xiàn)，青貯玉米植株根、葉片C∶N隨灌水量的減少均無明顯差異，說明植株器官的OC、TN 兩者具有較為穩(wěn)定的耦合結(jié)構(gòu)關(guān)系。同時(shí)植株根C∶P 均值（12.60）遠(yuǎn)低于全球C∶P 均值（595.00）［1］，且在W0灌水處理下顯著高于其他灌水處理，表明植株根C∶P隨灌水量的減少，顯著降低了植株同化碳的能力和固碳速率［7］，進(jìn)一步加大了根系有效磷含量的占比。原因可能是由于磷是一種沉積性礦物，在土壤中的遷移率較低，且易被吸附和固定，而根系對(duì)磷的獲取更多依賴于根形態(tài)的改變［18］。在水分虧缺時(shí)根系易向土壤深層延伸，改變根冠比，由于根系的加速生長(zhǎng)，使得表面積大、分枝多的根系能夠占據(jù)更多的土壤體積，加大了與土壤磷的接觸面積，從而在獲取土壤磷方面具有相對(duì)明顯優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致根系C∶P含量的顯著降低。綜上所述，植株葉片、根C∶N、C∶P 表現(xiàn)為葉＞根（表2），這與葉作為植株重要的養(yǎng)分儲(chǔ)存器官，而根作為養(yǎng)分吸收和傳輸?shù)耐ǖ烙嘘P(guān)，說明相對(duì)于葉，根具有更快的生長(zhǎng)速率。有研究表明，植株葉片N∶P的穩(wěn)定會(huì)形成較高且穩(wěn)定的生物量，當(dāng)植株N∶P＞16 時(shí)植物生長(zhǎng)受磷限制，當(dāng)N∶P＜14時(shí)植株生長(zhǎng)受氮限制，當(dāng)N∶P 值介于14～16之間時(shí)受氮和磷共同限制或均不受兩者限制［18］。本研究中的植株葉片、根N∶P 均值（1.09、1.01）均小于14，表明青貯玉米在生長(zhǎng)過程中受氮限制。

3.2 植株葉片和根對(duì)土壤養(yǎng)分變化的響應(yīng)及其穩(wěn)態(tài)性

土壤養(yǎng)分的變化直接影響植物生長(zhǎng)發(fā)育、功能運(yùn)行及其養(yǎng)分的吸收利用，當(dāng)土壤養(yǎng)分發(fā)生改變時(shí)，植物葉片、根可通過穩(wěn)態(tài)性調(diào)節(jié)使其有機(jī)體能夠維持自身體內(nèi)化學(xué)元素相對(duì)穩(wěn)定，該理論亦是植物養(yǎng)分吸收的內(nèi)在屬性及土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況的綜合體現(xiàn)［25］，因此，植物穩(wěn)態(tài)性的高低與養(yǎng)分限制間具有密切關(guān)聯(lián)性。本研究中，W0、W1、W3處理下植株葉片、根的穩(wěn)態(tài)性呈絕對(duì)穩(wěn)態(tài)，W2處理下植株葉片N∶P 呈敏感態(tài)。主要是由于試驗(yàn)區(qū)土壤主要受氮限制，植株TN含量隨土壤TN含量的變化而變化，從而導(dǎo)致其植株葉片N∶P隨之發(fā)生變化，灌水量過少影響植株根吸收養(yǎng)分的能力，根系活力減弱，限制了向植株根部供應(yīng)的碳水化合物積累，使植株器官營養(yǎng)養(yǎng)分降低，該結(jié)果與蔡倩等［26］對(duì)春玉米植物穩(wěn)態(tài)性特征的研究結(jié)果一致。在W0、W1處理下植株葉片、根各指標(biāo)均呈絕對(duì)穩(wěn)態(tài)，說明在W0為對(duì)照的情況下，W1灌水處理下該區(qū)青貯玉米在干旱環(huán)境下已具有良好適應(yīng)能力，進(jìn)一步驗(yàn)證植株葉片、根N∶P可以作為判定植物養(yǎng)分平衡狀態(tài)的重要指標(biāo)［27］。

綜上所述，植株葉片、根養(yǎng)分和計(jì)量比利用穩(wěn)態(tài)性模型在W0、W1、W3處理下模擬結(jié)果不顯著均呈絕對(duì)穩(wěn)態(tài)，在W2處理下呈部分敏感態(tài)。說明青貯玉米土壤、植株（葉片、根）養(yǎng)分計(jì)量學(xué)特征在以W0為對(duì)照的情況下W1灌水處理下存在耦合關(guān)系且具有絕對(duì)穩(wěn)定性。因此，灌水量的不同會(huì)影響?zhàn)B分循環(huán)及其植株和土壤養(yǎng)分之間的互饋機(jī)制，且青貯玉米具有保守的養(yǎng)分利用策略，使得植株在干旱貧瘠的土壤中得以生存。

4 結(jié)論

基于河西地區(qū)青貯玉米穩(wěn)產(chǎn)下植株-土壤化學(xué)計(jì)量及其穩(wěn)態(tài)性對(duì)水分調(diào)控的響應(yīng)，研究了青貯玉米不同灌水處理下植株-土壤碳氮磷及其穩(wěn)態(tài)性特征，結(jié)論如下：

（1）不同灌水處理下土壤OC、TN、TP含量均隨土層深度增加而降低，且節(jié)水10%（W1）有助于土壤養(yǎng)分含量的積累，但節(jié)水過多后（W2、W3）將降低土壤、植株器官（葉片、根）OC、TN、TP養(yǎng)分含量。

（2）土壤C∶N∶P 化學(xué)比值較低，土壤有機(jī)質(zhì)分解速率緩慢，氮素匱乏，磷有效性較高，且土壤、植株器官C∶N均較為穩(wěn)定，OC、TN兩者具有較為穩(wěn)定的耦合結(jié)構(gòu)關(guān)系，而植株根C∶P隨灌水量的減少，顯著降低了植物同化碳的能力和固碳速率，進(jìn)一步加大了根系有效磷含量的占比，同時(shí)由青貯玉米葉片N∶P＜14 可知，青貯玉米生長(zhǎng)過程中受土壤氮元素的限制。

（3）以傳統(tǒng)灌水（W0）為對(duì)照的情況下，節(jié)水10%（W1）灌水處理使青貯玉米植株葉片、根養(yǎng)分含量對(duì)土壤養(yǎng)分變化均具有相對(duì)較高的穩(wěn)態(tài)性與良好的環(huán)境適應(yīng)能力。