土柱模擬條件下水分脅迫和磷對(duì)草地早熟禾耗水量的影響

李壽田， 顧國海， 汪成忠

(蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州 215008)

我國是世界上最干旱的國家之一，干旱和半干旱面積占國土面積的50%以上，特別是我國北方地區(qū)水資源嚴(yán)重匱乏[1-2]。草地早熟禾(PoapratensisL.)作為我國北方地區(qū)的當(dāng)家草種，得到了大面積應(yīng)用[3]。但是，由于干旱和半干旱地區(qū)氣候干旱和蒸發(fā)強(qiáng)烈等因素，草坪需水量大，容易造成“草坪好看不好養(yǎng)”和“草坪費(fèi)水”等問題，制約了草坪在我國北方地區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展。磷作為植物大量元素之一，在植物生命活動(dòng)中起著關(guān)鍵作用，但由于磷是土壤中有效性最低的元素，施入土壤中的磷當(dāng)季利用率只有約15%，其余80%以上的磷被土壤固定成為不能被植物吸收利用的無效態(tài)磷[4]。這不僅會(huì)造成磷肥資源的巨大浪費(fèi)，而且也使之易通過侵蝕、淋洗等途徑造成水體污染及富營養(yǎng)化[5-6]。前人研究表明，草坪土壤水分含量、草坪灌溉和施肥等會(huì)影響草坪耗水量[7-9]，限水灌溉[10]、調(diào)整施肥量[8-9]等可以降低草坪蒸散量，從而減少草坪耗水量。

此外，施肥可以提高植物的水分利用效率，增強(qiáng)植物的抗旱性[11]。植物對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)移和分配會(huì)受到水分的影響[12-14]。增強(qiáng)草坪草的適應(yīng)性、減少水分消耗和減少肥料使用量，但又不明顯降低草坪質(zhì)量是近年來草坪養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展的新趨勢(shì)。前人對(duì)草坪水分和養(yǎng)分的研究大多局限于水分或肥料的研究，筆者將水分和養(yǎng)分結(jié)合起來，研究水分脅迫和磷對(duì)草地早熟禾耗水量的影響，旨在為干旱和半干旱地區(qū)草坪草的水分利用和磷肥施用提供一些依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料試驗(yàn)以Midnight(抗旱品種)和Brilliant(不抗旱品種)為研究材料[15]。

1.2 方法試驗(yàn)采取溫室土培的形式進(jìn)行。取高31 cm、直徑11 cm的PVC管(上下均不封口)，用雙層塑料薄膜將下部封口，然后用鐵絲固定(圖1)。將PVC管放在天平上，將事先配制好的基質(zhì)(土壤取自耕層土壤，風(fēng)干后過1 mm篩；砂子顆粒為1 mm左右，并用水洗干凈后風(fēng)干。將土壤和砂子按土砂比1∶1混合均勻后，裝入PVC管中墩實(shí)，并使上表面留出1 cm的高度，使土壤容重為1.54 g/cm3。然后，將一定量的去離子水緩慢倒入土柱中，使其達(dá)到田間持水量，過夜?；旌匣|(zhì)的基本性狀如下：有機(jī)質(zhì)含量10.6 g/kg、全磷含量3.84 g/kg、水溶性磷含量2.06 mg/kg、有效磷含量15.68 mg/kg、速效鉀含量31.77 mg/kg、全氮含量0.79 g/kg、速效氮含量18.42 mg/kg、pH 7.39。

2020年3月6日上午開始播種，取Midnight和Brilliant的種子，在每個(gè)PVC管中播150粒種子，播種完畢后用少量細(xì)土將種子覆蓋，并將表面土壤用去離子水噴濕，然后在PVC管中用塑料薄膜封住保濕。6 d后種子開始萌發(fā)，當(dāng)種子萌發(fā)后將封口用的塑料薄膜揭掉。每隔2 d用天平稱量并加入去離子水至田間持水量[種子及苗子的重量忽略不計(jì)，為了保持整個(gè)土柱水分含量的一致性，每隔1 d從土柱上表面和下表面加水]。3月30日開始，每隔7 d澆0.25×Hoagland營養(yǎng)液30 mL(磷濃度為10 mg/kg)，14 d后(4月13日)修剪至草坪高度5 cm，繼續(xù)澆0.25×Hoagland營養(yǎng)液30 mL，此后每隔7 d修剪1次(高度5 cm)。14 d后(4月27日)修剪結(jié)束，澆0.5×Hoagland營養(yǎng)液30 mL，此后每隔7 d修剪1次(高度均為5 cm)并澆0.5×Hoagland營養(yǎng)液30 mL(磷濃度均為10 mg/kg);14 d后(5月11日)對(duì)草坪草進(jìn)行修剪，然后澆1×Hoagland營養(yǎng)液10 mL，14 d后(5月25日)修剪后再加入1×Hoagland營養(yǎng)液10 mL，并加入去離子水將土壤水分含量調(diào)整至田間持水量(不考慮草坪草植株的重量)，立即開始磷和水分脅迫處理。

處理分為磷和水分2個(gè)因素，磷設(shè)3個(gè)水平(P010 mg/kg、P1100 mg/kg和P2200 mg/kg)，水分設(shè)3個(gè)水平(S0田間持水量、S175%田間持水量和S250%田間持水量)，組成9個(gè)處理組合。對(duì)于磷處理，將已經(jīng)配制好、不含磷的營養(yǎng)液母液配制成Hoagland營養(yǎng)液(包括N、K、Ca、Mg以及微量元素)，再用KH2PO4配制成磷濃度分別為10、100和200 mg/kg的溶液。針對(duì)配制磷溶液時(shí)多出來的K+，將KCl加入Hoagland營養(yǎng)液中進(jìn)行補(bǔ)充，使N、K、Ca、Mg等營養(yǎng)元素的含量一致(Cl-除外)。處理開始后，每隔7 d修剪1次，修剪留茬高度至5 cm，并在每次修剪后加入營養(yǎng)液各10 mL。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1不同處理耗水量測(cè)定。每天17:00將每個(gè)土柱放在天平上進(jìn)行稱量，記作A；然后，按照不同水分處理加入一定量的蒸餾水，使其達(dá)到各處理的水分含量(草坪草重量忽略不計(jì))，記作B，以此類推。用前一天的讀數(shù)B減去第2天的讀數(shù)A，即為第2天草坪草的耗水量。在水分添加過程中，為了使整個(gè)土柱水分含量盡可能一致，在灌水時(shí)每隔1 d從土柱上表面或下表面加水。加水時(shí)，根據(jù)天平讀數(shù)，用注射器吸取一定量的水。當(dāng)在土柱上表面加水時(shí)，直接將水緩慢注入草坪草莖基部土壤表面；當(dāng)需要在土柱下表面加水時(shí)，用注水器吸取一定量的水，用針頭刺破土柱基部的塑料薄膜，貼著PVC管壁將水緩慢注入，借助土柱底部土壤對(duì)水分的吸力將水分緩慢吸收(圖1)。

圖1 栽培土柱和加水示意

1.3.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均使用SAS 9.6軟件進(jìn)行LSD方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫和磷對(duì)草地早熟禾每天耗水量的影響水分脅迫和磷對(duì)2種草地早熟禾每天耗水量的影響見圖2和圖3。從圖2可以看出，不同處理每天耗水量存在較大的差異。在田間持水量條件下，除了個(gè)別處理每天耗水量有顯著差異外，P0S0、P1S0和P2S0在整個(gè)處理期間每天耗水量無顯著差異，而在75%田間持水量(S1)和50%田間持水量(S2)條件下，在整個(gè)處理期間P0、P1和P2處理每天耗水量均無顯著差異。此外，在處理期間的有些時(shí)間段，田間持水量(S0)和75%田間持水量處理(S1)每天耗水量要顯著大于50%田間持水量處理(S2)。

圖2 水分脅迫和磷對(duì)Midnight每天耗水量的影響

從圖3可以看出，與Midnight品種相似，Brilliant 不同處理每天耗水量存在較大差異。在田間持水量(S0)、75%田間持水量(S1)和50%田間持水量(S2)處理?xiàng)l件下，不同磷處理每天耗水量差異并不顯著。另外，在有些時(shí)間段，75%田間持水量處理(S1)每天耗水量要顯著大于50%田間持水量處理(S2)，但與田間持水量處理(S0)差異并不顯著。

圖3 水分脅迫和磷對(duì)Brilliant每天耗水量的影響

2.2 水分脅迫和磷對(duì)草地早熟禾耗水總量的影響將整個(gè)處理過程中所消耗的水分進(jìn)行累加，即可得到整個(gè)處理期間的草坪草耗水總量。磷和水分脅迫對(duì)2個(gè)品種草地早熟禾耗水總量的影響見圖4和圖5。從圖4可以看出，在同一水分處理?xiàng)l件下，隨著磷添加量的增加，草坪草耗水總量有所增加，但不同磷處理之間的耗水總量并沒有顯著差異。在同一磷處理水平條件下，隨著水分脅迫程度的增大，草坪草耗水總量逐漸下降，且田間持水量(S0)和75%田間持水量處理(S1)之間耗水總量無顯著差異，但均顯著高于50%田間持水量處理(S2)。

注：各處理間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

從圖5可以看出，在低磷處理(P0)條件下，水分脅迫越嚴(yán)重，耗水總量越低，且3個(gè)水分處理之間耗水總量存在著顯著差異。在P1和P2處理?xiàng)l件下，田間持水量(S0)和75%田間持水量(S1)之間耗水總量無顯著差異，但均顯著高于50%田間持水量(S2)。由此可見，磷的添加并未造成耗水總量的顯著變化。

注：各處理間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

2.3 水分脅迫和磷對(duì)草地早熟禾需水量的影響草坪草需水量是指每生產(chǎn)1 g干物質(zhì)所消耗的水分量。從圖6可以看出，在低磷條件下，Midnight需水量在不同水分處理間無顯著差異，50%田間持水量處理Brilliant需水量顯著低于100%和75%田間持水量處理。在P1和P2處理?xiàng)l件下，除Midnight P1S0和P1S1處理需水量顯著高于P2S2處理外，2個(gè)品種不同水分處理之間需水量均無顯著差異；在同一水分處理?xiàng)l件下，除了Brilliant品種中P0S2和P1S1處理間無顯著差異外，P0處理需水量顯著高于P1和P2處理。

注：各處理間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

3 討論

該試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著水分脅迫的加劇，草坪草的耗水量降低。前人研究表明，當(dāng)土壤中含水量過高時(shí)，草坪草的需水量會(huì)隨之增加[16]，這說明草坪草具有奢侈耗水的特性，與該試驗(yàn)結(jié)果相一致。Dacosta等[17]研究表明，虧缺灌溉可以降低匍匐翦股穎草坪水分消耗量，從而提高水分利用效率，而嚴(yán)重水分虧缺則在導(dǎo)致耗水量下降的同時(shí)，也導(dǎo)致草坪草水分利用效率的下降。徐敏云等[18]研究表明，灌水量影響了草坪草的蒸散量，水分梯度大的處理蒸散量高于水分梯度小的處理，但蒸散量并不是僅由灌水量因子決定。試驗(yàn)期間溫度、光照強(qiáng)度、蒸發(fā)量同樣影響草坪草蒸散量的變化，當(dāng)土壤含水量為70%～90%田間持水量時(shí)，蒸散作用主要由氣象因子調(diào)節(jié)，而當(dāng)土壤含水量為30%～50%田間持水量時(shí)，蒸散作用更多地受控于土壤水分。另外，通過對(duì)2個(gè)品種的比較發(fā)現(xiàn)，除了Midnight P0S2處理耗水總量高于Brilliant P0S2處理外，其他處理Brilliant耗水總量均高于Midnight相應(yīng)處理。這可能是由于Midnight屬于抗旱品種，其對(duì)水分的消耗要低于干旱敏感品種Brilliant。Huang[12]研究表明，干旱脅迫時(shí)耗水量下降可能與干旱脅迫時(shí)蒸騰速率下降有關(guān)，并且各品種間存在一定差異，抗旱性強(qiáng)的草地早熟禾品種氣孔阻力低，從而可以通過關(guān)閉葉片氣孔來降低蒸騰作用和減少水分散失[19]。

從耗水總量來看，不同處理在100%田間持水量(S0)和75%田間持水量(S1)條件下，不同磷處理耗水總量差異不顯著(除Brilliant品種的P0S0和P0S1處理外)，但從草坪草需水量來看，磷的添加降低了草坪草需水量，也就是說磷的添加提高了草坪草的水分利用效率。這可能與磷的施加有利于植物葉片保持其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性有關(guān)。施磷肥有助于減輕水分脅迫對(duì)細(xì)胞膜的傷害，從而保證植物代謝的正常進(jìn)行，有利于植物對(duì)干旱的抗性。另外，施磷肥可以明顯增加葉片束縛水含量，增強(qiáng)組織耐脫水的能力，并對(duì)干旱條件下組織代謝活動(dòng)表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用[20]。梁銀麗等[21]研究表明，施用磷肥可提高小麥幼苗干物質(zhì)重與耗水量的比值，當(dāng)相對(duì)含水量40%～58%時(shí)磷肥施用量增加，水分利用效率隨之提高，且隨著土壤干旱程度的加重，磷肥的施用效果愈加顯著。因此，在干旱脅迫條件下適當(dāng)施磷肥有助于降低草坪草的需水量，從而提高草坪草對(duì)水分的利用效率。

4 結(jié)論

在同一水分處理?xiàng)l件下，磷的添加對(duì)草坪草每天耗水量和耗水總量無顯著影響，但低磷處理(P0)條件下的草坪草需水量顯著高于中磷(P1)和高磷(P2)處理(Brilliant P0S2和P1S1處理除外)。在同一磷處理水平下，隨著水分脅迫程度的加劇，草坪草每天耗水量和耗水總量隨之下降，對(duì)草坪草需水量的影響不大。因此，在土壤水分脅迫條件下適當(dāng)施磷肥有助于降低草坪草的需水量，從而提高草坪草對(duì)水分的利用效率。