施磷量和干旱脅迫對(duì)大豆水分利用效率和產(chǎn)量的影響

楊鵬磊 喬鑫陽 褚麗麗

摘 ? ?要：該試驗(yàn)研究了施磷量和干旱脅迫對(duì)大豆水分利用效率和產(chǎn)量補(bǔ)償效應(yīng)的影響。試驗(yàn)設(shè)置控水量和施磷量

2個(gè)因子?？厮吭O(shè)為輕度水分虧缺、中度水分虧缺、重度水分虧缺3個(gè)水平；磷肥處理設(shè)低肥、中肥和高肥3個(gè)水平。每個(gè)處理施尿素、硫酸鉀，同時(shí)設(shè)置充足水分高磷對(duì)照處理。結(jié)果表明：在適度的干旱脅迫復(fù)水后，磷肥可以提高大豆的水分利用效率，增加百粒重和產(chǎn)量，但過大程度的干旱脅迫下磷肥增益效果不明顯，在干旱脅迫和磷素營(yíng)養(yǎng)的合理組合下，輕、中度干旱脅迫中磷和高磷處理補(bǔ)償效應(yīng)較顯著，其中中度干旱脅迫高磷處理的產(chǎn)量最高。

關(guān)鍵詞：干旱脅迫；施磷；補(bǔ)償效應(yīng)

文章編號(hào)：1005-2690（2023）06-0004-04 ? ? ? 中國(guó)圖書分類號(hào)：S565.1 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

干旱脅迫是指土壤或大氣缺乏對(duì)作物有效的水分供應(yīng)，使作物遭受損害[1]。根據(jù)調(diào)虧灌溉理論，干旱脅迫對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響并非總是不利。研究發(fā)現(xiàn)，適度的干旱脅迫具有補(bǔ)償和超補(bǔ)償效應(yīng)，會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)和生理水平等產(chǎn)生良好影響。磷肥是植物生長(zhǎng)過程中不可缺少的重要營(yíng)養(yǎng)元素，其既參加ATP等的代謝，又是作物體內(nèi)重要有機(jī)化合物的組成成分[2]。

有研究表明，磷肥對(duì)干旱條件下植物的水分調(diào)控有著重要作用[3]。研究干旱脅迫和施磷量對(duì)大豆水分利用效率和產(chǎn)量的補(bǔ)償效應(yīng)有兩方面意義。一方面，根據(jù)調(diào)虧理論，在作物苗期對(duì)作物進(jìn)行干旱脅迫，以達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的。另一方面，系統(tǒng)研究不同干旱脅迫狀況下不同施磷量對(duì)大豆苗期干旱脅迫解除后產(chǎn)生補(bǔ)償和超補(bǔ)償生長(zhǎng)的作用規(guī)律，以明確大豆苗期受到不同程度干旱脅迫后獲得最佳補(bǔ)償效應(yīng)的最佳施肥組合模式，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償效應(yīng)最大、滯后效應(yīng)最小。

1 試驗(yàn)方案

1.1 材料與方法

本試驗(yàn)于2022年在山西省寧武縣進(jìn)行，該地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。采用盆栽方法研究，在防雨棚內(nèi)進(jìn)行，選用規(guī)格為口徑24 cm、高26 cm的塑料桶。試驗(yàn)土壤是當(dāng)?shù)氐睦踱}土，裝土量為6.76 kg，裝土深度21 cm。大豆測(cè)試品種為黑河35號(hào)。

本試驗(yàn)用稱重法調(diào)試土壤含水量，隔天17：00控制含水量，將每個(gè)指標(biāo)控制在設(shè)計(jì)要求的土壤含水量閾值內(nèi)，記錄每天的耗水量。大豆出苗后需適時(shí)定苗，每盆留2株長(zhǎng)勢(shì)相近的幼苗進(jìn)行控水干旱處理，使土壤含水量逐步降至試驗(yàn)水平。干旱處理的第21天開始復(fù)水，使土壤含水量恢復(fù)至充分供水程度。

本試驗(yàn)干旱脅迫時(shí)間均為21 d，設(shè)控水量和施磷量2個(gè)因子，磷肥為五氧化二磷。在本試驗(yàn)中設(shè)3個(gè)水分處理，分別是輕度水分虧缺（土壤含水量為田間持水率的50％～55％，用L表示）、中度水分虧缺（土壤含水量為田間持水率的40％～45％，用M表示）、重度水分虧缺（土壤含水量為田間持水率的30％～35％，用S表示）；磷肥處理設(shè)3個(gè)處理，分別是低肥（9 kg/hm2，用P1表示）、中肥（72 kg/hm2，用P2表示）和高肥（129.6 kg/hm2，用P3表示）。每個(gè)處理施尿素165 kg/hm2，硫酸鉀（含鉀量50％）70 kg/hm2，施肥方法采用混施（混拌于12 cm土層）。試驗(yàn)采用完全設(shè)計(jì)方法，共設(shè)9個(gè)處理，3次重復(fù)。試驗(yàn)同時(shí)設(shè)3個(gè)充足水分對(duì)照處理，該處理整個(gè)生育期土壤相對(duì)含水量保持在75％～80％，施磷量為最高水平129.6 kg/hm2。

待大豆成熟后，測(cè)量所需指標(biāo)。如果干旱脅迫處理的水分利用效率、百粒重和產(chǎn)量達(dá)到對(duì)照的100％～110％，表明該處理有補(bǔ)償效應(yīng)；如果干旱脅迫處理的水分利用效率、百粒重和產(chǎn)量達(dá)到對(duì)照的110％以上，表明該處理有超補(bǔ)償效應(yīng)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2016統(tǒng)計(jì)處理，用SPSS 27.0 進(jìn)行方差分析和Duncan多重比較（P＜0.05），用Origin 2022軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫和磷肥對(duì)大豆水分利用效率的影響

水分利用效率是評(píng)價(jià)水分虧缺下植物生長(zhǎng)適宜度的綜合指標(biāo)之一，是產(chǎn)量形成過程和耗水過程稱合的結(jié)果[4]。其有多種表示方法，本研究采用農(nóng)田總供水利用效率指標(biāo)，把消耗的總水量定義為作物生長(zhǎng)期灌溉水量，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品產(chǎn)出量定義為農(nóng)田上總的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。據(jù)此計(jì)算水分利用效率，充分體現(xiàn)作物對(duì)水資源的利用情況。

由圖1可以看出，經(jīng)輕度干旱脅迫處理的植株中，LP1處理的水分利用效率低于對(duì)照，僅為對(duì)照的78％，LP2處理的水分利用效率略高于對(duì)照，出現(xiàn)了補(bǔ)償效應(yīng)，LP3處理的水分利用效率最高，達(dá)到了對(duì)照的139％，出現(xiàn)了超補(bǔ)償效應(yīng)。經(jīng)中度干旱脅迫處理的植株中，MP1處理的水分利用效率略低于對(duì)照，為對(duì)照的97％，MP2處理的水分利用效率略高于對(duì)照，有補(bǔ)償效應(yīng)，MP3處理的水分利用效率最高，達(dá)到了對(duì)照的154％，顯著高于除LP3外的其他各處理，出現(xiàn)了超補(bǔ)償效應(yīng)。經(jīng)重度干旱脅迫處理的植株中，各處理間的水分利用效率隨著施磷量的增加略有提高，均有補(bǔ)償效應(yīng)。

由此可見，在輕、中度干旱脅迫中增施磷肥可以有效提高大豆的水分利用效率，促進(jìn)大豆植株生長(zhǎng)，但在重度干旱脅迫的強(qiáng)度下，增施磷肥雖然有利于提高大豆水分利用效率，但增益效果不明顯。本試驗(yàn)條件下，施磷肥對(duì)提高大豆水分利用效率具有正效應(yīng)，一定程度的干旱脅迫對(duì)提高大豆水分利用效率具有補(bǔ)償作用。在二者的協(xié)同影響下，中度干旱脅迫高磷處理的大豆植株水分利用效率最高，補(bǔ)償效應(yīng)最顯著。

2.2 干旱脅迫和磷肥對(duì)大豆百粒重的影響

2.2.1 在干旱脅迫復(fù)水條件下，百粒重對(duì)磷肥的響應(yīng)規(guī)律

由圖2可以看出，大豆在苗期經(jīng)歷一定程度干旱脅迫后，磷肥對(duì)大豆百粒重影響較大。經(jīng)輕度干旱脅迫處理的植株中，LP2、LP3處理的百粒重均略高于對(duì)照，分別達(dá)到了對(duì)照的101％和102％，出現(xiàn)了補(bǔ)償效應(yīng)，LP1處理的百粒重極顯著低于對(duì)照，僅為對(duì)照的80％，沒有出現(xiàn)補(bǔ)償效應(yīng)。經(jīng)中度干旱脅迫處理的植株中，MP2、MP3處理的百粒重均高于對(duì)照，其中MP2達(dá)到了對(duì)照的107％，出現(xiàn)了補(bǔ)償現(xiàn)象，MP3處理的百粒重達(dá)到了對(duì)照的115％，出現(xiàn)了超補(bǔ)償現(xiàn)象，MP1處理低于對(duì)照，僅為對(duì)照的86％，沒有出現(xiàn)補(bǔ)償現(xiàn)象。經(jīng)重度干旱脅迫處理的植株中，百粒重均低于對(duì)照，均無補(bǔ)償效應(yīng)。表明磷肥可以改變大豆的百粒重，隨著施磷量的增加，百粒重逐步增加，呈現(xiàn)正相關(guān)性。

2.2.2 磷肥水平一定的條件下，干旱脅迫對(duì)大豆百粒重的影響

低磷處理的百粒重全部低于充足供水對(duì)照水平，中磷、高磷處理的百粒重只有在中低干旱脅迫強(qiáng)度時(shí)超過對(duì)照水平。在重度干旱脅迫強(qiáng)度下，各處理的百粒重均未超過對(duì)照水平。說明一定程度的干旱脅迫強(qiáng)度可以促進(jìn)大豆百粒重產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，過強(qiáng)的水分脅迫強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致大豆前期過度缺水，降低百粒重，影響產(chǎn)量。

從整體上看，大豆的百粒重與施磷量呈正相關(guān)性，隨著干旱脅迫程度的增加大豆百粒重呈先上升后下降的趨勢(shì)，二者的協(xié)同作用對(duì)大豆百粒重影響極顯著。輕、中度干旱脅迫的中磷和高磷處理均超過對(duì)照，其中LP2、LP3和MP2產(chǎn)生了補(bǔ)償效應(yīng)，MP3處理的百粒重最高，產(chǎn)生了超補(bǔ)償效應(yīng)，其他處理均未進(jìn)入補(bǔ)償區(qū)。

2.3 干旱脅迫和磷肥對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

產(chǎn)量是作物與環(huán)境條件緊密聯(lián)系中進(jìn)行生命活動(dòng)的結(jié)果[5]。大豆的籽粒產(chǎn)量（經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量）是生物產(chǎn)量的一部分，其高低決定于生物產(chǎn)量及其在各器官中的分配[6]。本試驗(yàn)分析了干旱脅迫強(qiáng)度和施磷量對(duì)大豆產(chǎn)量補(bǔ)償效應(yīng)的影響，為增加大豆產(chǎn)量提供合理的灌溉施肥措施。

從圖3可以看出，經(jīng)輕度干旱脅迫處理的植株中，LP2、LP3處理的產(chǎn)量均略高于對(duì)照，分別達(dá)到了對(duì)照的104％和106％，出現(xiàn)了補(bǔ)償效應(yīng)，LP1處理的產(chǎn)量極顯著低于對(duì)照，僅為對(duì)照的78％。經(jīng)中度干旱脅迫處理的植株中，MP3處理的產(chǎn)量極顯著高于對(duì)照，達(dá)到了對(duì)照的137％，MP2處理的產(chǎn)量也高于對(duì)照，達(dá)到了對(duì)照處理的111％，MP2和MP3處理均出現(xiàn)了超補(bǔ)償效應(yīng)，MP1處理的產(chǎn)量最低，僅為對(duì)照的79％，與對(duì)照差異極顯著，無補(bǔ)償效應(yīng)。經(jīng)重度干旱脅迫處理的植株中，產(chǎn)量均低于對(duì)照，其中SP1處理的產(chǎn)量最低，僅為對(duì)照的72％，差異極顯著。盡管重度干旱脅迫中施磷使大豆植株的產(chǎn)量有所上升，但仍未能彌補(bǔ)作物在干旱脅迫期間受到的損傷，各處理均無補(bǔ)償效應(yīng)。

以上分析表明，從輕度干旱脅迫程度到重度干旱脅迫程度，增施磷肥均對(duì)大豆的產(chǎn)量表現(xiàn)出較強(qiáng)的正效應(yīng)。經(jīng)輕、中度干旱脅迫處理的大豆植株中，中磷和高磷處理均表現(xiàn)出較強(qiáng)的正補(bǔ)償效應(yīng)。經(jīng)重度干旱脅迫處理過的植株中，雖然隨著施磷量的增加各處理產(chǎn)量有所提升，但均未超過對(duì)照水平。說明在干旱脅迫強(qiáng)度過大時(shí)，增施磷肥雖然可以在一定程度上提高大豆產(chǎn)量，但干旱脅迫對(duì)大豆產(chǎn)量的抑制作用不能通過增施磷肥得以彌補(bǔ)，干旱脅迫程度對(duì)大豆產(chǎn)量的抑制作用明顯。

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫具有補(bǔ)償作用，如果運(yùn)用得當(dāng)，可對(duì)作物的生長(zhǎng)起到積極作用[7]。在植物界補(bǔ)償效應(yīng)是普遍存在的現(xiàn)象，是植物對(duì)抗逆境威脅或破壞時(shí)的重要自我調(diào)節(jié)機(jī)制[8]。有關(guān)研究表明，磷肥可在一定條件下改變植物體內(nèi)新陳代謝途徑、提高水分利用率、促進(jìn)根系生長(zhǎng)，同時(shí)可調(diào)節(jié)增強(qiáng)抵御干旱能力的元素[9]。基于該理論，文章設(shè)計(jì)了施磷量和干旱脅迫對(duì)大豆水分利用效率和產(chǎn)量的影響試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在一定閾值范圍內(nèi)，干旱脅迫和施磷量的合理組合可以有效提高大豆的水分利用效率、百粒重和產(chǎn)量，但低于或者超過這個(gè)范圍則不會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償效應(yīng)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，在輕、中度干旱脅迫中增施磷肥對(duì)大豆的水分利用效率、百粒重和產(chǎn)量的補(bǔ)償效應(yīng)顯著，但在重度干旱脅迫下，施磷和干旱脅迫并未對(duì)作物產(chǎn)生明顯的補(bǔ)償效應(yīng)。說明適度的干旱脅迫可以對(duì)大豆復(fù)水后的后續(xù)生長(zhǎng)產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，磷肥對(duì)大豆干旱脅迫復(fù)水后的異速生長(zhǎng)反沖機(jī)制具有增益作用，但效果有限。當(dāng)干旱脅迫程度超過一定閾值范圍時(shí)，其增益作用會(huì)逐漸減弱，只有干旱脅迫程度在一定閾值范圍內(nèi)二者協(xié)同作用才可以有效促進(jìn)大豆節(jié)水增產(chǎn)。

本試驗(yàn)條件下，干旱脅迫強(qiáng)度和施磷量對(duì)大豆產(chǎn)量補(bǔ)償效應(yīng)有耦合增長(zhǎng)，干旱脅迫和磷肥的合理組合可以有效提高大豆的水分利用效率，增加百粒重，實(shí)現(xiàn)大豆節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)。中度干旱脅迫高磷處理的產(chǎn)量超補(bǔ)償量最大，不僅能節(jié)水，還能獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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