水分供應(yīng)強(qiáng)度與氮素形態(tài)對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

關(guān)鍵詞：水分供應(yīng)；氮素形態(tài)；玉米；植株生長(zhǎng)；根系特性；水分利用效率

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2025） 02-0114-07

玉米是全球主要的糧食和飼料作物，2021年，玉米產(chǎn)量占谷類作物總產(chǎn)量的39.41%。我國(guó)是玉米生產(chǎn)大國(guó)，其產(chǎn)量占全球玉米總產(chǎn)量的22.54%，然而我國(guó)當(dāng)前種植戶的玉米單產(chǎn)僅為6.29t/hm²，遠(yuǎn)低于農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家。隨著人口數(shù)量的增長(zhǎng)和發(fā)展中國(guó)家人們生活水平的提高，未來(lái)對(duì)玉米的需求將進(jìn)一步增加，預(yù)計(jì)到2050年全球玉米產(chǎn)量需要在2000年的基礎(chǔ)上增加一倍才能滿足需求。當(dāng)前化肥施用不合理、淡水資源缺乏等問題嚴(yán)重制約了玉米單產(chǎn)的提升。因此，研究水分供應(yīng)強(qiáng)度與氮素形態(tài)對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響對(duì)保障玉米高效生產(chǎn)具有重要意義。

本試驗(yàn)通過設(shè)置不同水分供應(yīng)強(qiáng)度和不同氮素形態(tài)組合處理，研究玉米株高、葉面積動(dòng)態(tài)、根系生長(zhǎng)特性，以及地上部與根系生物量對(duì)不同水分供應(yīng)強(qiáng)度和不同氮素形態(tài)響應(yīng)的變化特征，評(píng)價(jià)氮素形態(tài)對(duì)玉米土壤干旱脅迫的適應(yīng)性，旨在為玉米生產(chǎn)過程中科學(xué)合理的灌溉和氮肥施用提供理論支撐。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)智能溫室進(jìn)行。供試土壤類型為砂姜黑土，耕層土壤有機(jī)碳含量為13.9g/kg、堿解氮74.8mg/kg、有效磷16.8mg/kg、速效鉀127.7mg/kg，pH值為7.2（土水比為1：2.5），土壤田間持水量為23.5%。

供試玉米品種為鄭單958，4月3日播種，4月8日出苗，出苗后每盆保留1株。為保證不同水分處理下的土壤含水量，采用優(yōu)云譜土壤水分檢測(cè)儀（YP-WSY）監(jiān)測(cè)、控水。各處理除施氮肥、灌水外，其他管理措施相同。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1玉米株高和葉面積測(cè)定 玉米出苗后每7天測(cè)一次株高和葉面積。株高用直尺測(cè)量根基部到最高生長(zhǎng)點(diǎn)的高度。葉面積用直尺測(cè)量每片葉的長(zhǎng)度和最大寬度，乘以校正系數(shù)，得單片葉面積后再求單株葉面積。葉面積=長(zhǎng)×寬×K，其中，葉片完全展開時(shí)K值取0.75，若未完全展開則K值取0.50。

1.3.2玉米生物量及根系形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 在玉米大喇叭口期將植株全部取出，地上部分為葉片和莖，鮮樣經(jīng)過105℃殺青30min后在75℃烘箱中烘至恒重，稱重，計(jì)算植株地上部生物量。

根系盡量完全取出，沖凈后用濾紙吸干附著水分，進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。根體積：采用排水法測(cè)定，將玉米根全部放人裝滿水的容器中，并保持容器的液面不變，稱量溢出水的重量。根系總吸收面積、活躍吸收面積用亞甲基藍(lán)吸附法測(cè)定，根據(jù)浸泡過根系的甲烯藍(lán)溶液中甲烯藍(lán)的減少量及1mg甲烯藍(lán)呈單分子層時(shí)占據(jù)面積為1.1m²的已知條件，計(jì)算根系總吸收面積和活躍吸收面積。根長(zhǎng)：將根徑按照gt;1.0、0.5～1.0、lt;0.5mm分為粗根、中根和細(xì)根3個(gè)級(jí)別，粗根和中根的根長(zhǎng)按照常規(guī)方法用直尺測(cè)量，細(xì)根按照直線截獲法測(cè)定。根干重，將粗根、中根、細(xì)根進(jìn)行分類后，分別在75℃烘箱中烘至恒重，稱重，計(jì)算植株根系生物量，并按照以下公式計(jì)算根冠比與水分利用效率：

根冠比=根干重／地上部干重；

水分利用效率（kg／m³）=生物學(xué)產(chǎn)量（地上部生物量+根系生物量）／耗水量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2013、SAS和SigmaPlot軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計(jì)分析及作圖。試驗(yàn)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2結(jié)果與分析

2.1水分供應(yīng)強(qiáng)度與氮素形態(tài)對(duì)玉米株高與葉面積的影響

由圖1可知，水分供應(yīng)強(qiáng)度和氮素形態(tài)對(duì)玉米株高有顯著影響，各時(shí)期均表現(xiàn)為N1W1處理株高最大，N2W3處理株高最小。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各處理玉米株高表現(xiàn)為N1W1gt;N1W2gt;N2W1gt;N1W3gt;N2W2gt;N2W3；N1處理玉米株高平均為98.33cm，較N2處理增加29.48%；W1處理玉米株高平均為100， 70cm，較W2和W3處理分別增加13.49%和39.87%。

由圖2可知，水分與氮素形態(tài)對(duì)玉米葉面積有顯著影響，各時(shí)期均表現(xiàn)為N1W1處理葉面積最大，顯著高于其他處理，N2W3處理葉面積最小。試膨吉束時(shí)，各處理玉米葉面積表現(xiàn)為NIWlgt;NIW3gt;N1W2gt;N2W2gt;N2W1gt;N2W3; N1處理單株玉米葉面積平均為575.69cm²，較N2處理增加127.18%；W1處理單株玉米葉面積平均為548.40cm²，較W2和W3處理分別增加52.09%和63.87%。

2.2水分供應(yīng)強(qiáng)度與氮素形態(tài)對(duì)玉米根系特征的影響

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，水分與氮素形態(tài)處理對(duì)玉米的根體積、根長(zhǎng)、根系總吸收面積和活躍吸收面積的影響均表現(xiàn)為NIW1處理最大，顯著高于其他處理，N2W3處理最小。Nl處理的根體積、根長(zhǎng)、根系總吸收面積和活躍吸收面積較N2均顯著增加，增幅分別為144.29%、70.23%、187.93%和171.01%；W1處理的根體積、根長(zhǎng)、根系總吸收面積和活躍吸收面積較W2和W3均顯著增加，較W2處理分別增加71.36%、71.86%、64.41%和65.76%，較W3處理分別增加65.33%、50.67%、60.34%和71.72%，W2與W3處理間無(wú)顯著差異（表1）。

2.3水分供應(yīng)強(qiáng)度與氮素形態(tài)對(duì)玉米生物量的影響

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，水分與氮素形態(tài)處理對(duì)玉米地上部生物量的影響表現(xiàn)為N1W1處理最大，顯著高于其他處理，N2W3處理最小，但與N2W1和N2W2處理無(wú)顯著差異。N1處理的地上部生物量較N2顯著增加，增幅為180.82%；W1處理的地上部生物量較W2和W3均顯著增加，增幅分別為58.70%和63.15%，W2與W3處理間無(wú)顯著差異。不同處理玉米地上部葉和莖的生物量與地上部總生物量表現(xiàn)出類似的趨勢(shì)。水分與氮素形態(tài)處理對(duì)玉米根系生物量的影響表現(xiàn)為N1W1處理最大，顯著高于其他處理，N2W3處理最小，但與N2W1、N2W2和N1W2處理無(wú)顯著差異。N1處理的根系生物量較N2顯著增加，增幅為39.48%；W1處理的根系生物量較W2和W3均顯著增加，增幅分別為32.13%和29.62%，W2與W3處理間無(wú)顯著差異。不同處理玉米粗根和細(xì)根的生物量與根系總生物量表現(xiàn)出類似的趨勢(shì)，但不同處理的中根生物量均無(wú)顯著差異（表2）。

由圖3可知，不同處理的玉米根冠比存在差異，以N2W3處理最高，但與N2W1處理無(wú)顯著差異，二者均顯著高于其他處理，N1W1處理最低，與N1W3和N1W2處理無(wú)顯著差異。N1處理的根冠比較N2顯著降低，降幅為49.14%；W1處理的根冠比較W2和W3有所降低，降幅分別為8.04%和15.24%。

2.4水分供應(yīng)強(qiáng)度與氮素形態(tài)對(duì)水分利用效率的影響

由圖4可知，水分與氮素形態(tài)處理對(duì)玉米水分利用效率的影響表現(xiàn)為N1W1處理最高，顯著高于其他處理，N2W2處理最低，但與N2W3、N2W1和N1W2處理無(wú)顯著差異。N1處理的玉米水分利用效率較N2顯著增加，增幅為200.41%；W1處理的玉米水分利用效率較W2和W3增加，增幅分別為129.19%和30.18%。

3討論

植物可以吸收利用的氮素形態(tài)主要包括銨態(tài)氮、硝態(tài)氮以及酰胺態(tài)氮3種形式，但是不同作物或同種作物不同時(shí)期對(duì)氮素的吸收與利用存在差異，因此，氮素形態(tài)會(huì)在作物的生長(zhǎng)發(fā)育過程中產(chǎn)生不同程度的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，銨態(tài)氮肥（Nl）較硝態(tài)氮肥（N2）能夠顯著提高玉米株高、葉面積和地上部生物量：土壤含水量為田間持水量的80%～85%（W1）處理以上各指標(biāo)較65%～70%（W2）和50%～55%（W3）處理均顯著增加，這與以往研究結(jié)果類似。李志元等研究發(fā)現(xiàn)，在相同氮素水平下，作物的株高、生物量隨土壤水分含量的增加呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。不同處理下作物地上部生長(zhǎng)的差異與根系生長(zhǎng)及其對(duì)養(yǎng)分的吸收關(guān)系密切。有研究發(fā)現(xiàn)，不同氮素形態(tài)與水分供應(yīng)強(qiáng)度會(huì)影響并改變植物根系形態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)或抑制作物吸收礦質(zhì)養(yǎng)分以及作物的生長(zhǎng)。本研究發(fā)現(xiàn)，N1較N2處理能夠顯著提高玉米植株根體積、根長(zhǎng)、根系總吸收面積和活躍吸收面積.W1較W2和W3處理以上各指標(biāo)也均顯著增加。Bloom等研究發(fā)現(xiàn)，與施用硝態(tài)氮肥相比施用銨態(tài)氮肥能夠促進(jìn)玉米根系生長(zhǎng)發(fā)育，其原因可能是作物吸收利用銨態(tài)氮所需能量較吸收硝態(tài)氮少，其根系細(xì)胞增加的速度更快，從而促進(jìn)其生理生化過程，這與本研究結(jié)果一致。但是，不同氮素形態(tài)對(duì)作物根系的影響與不同的土壤環(huán)境條件密切相關(guān)，李學(xué)俊等研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)施用銨態(tài)氮肥會(huì)在一定程度上破壞作物根系膜結(jié)構(gòu)，降低根系對(duì)養(yǎng)分的吸收能力，從而影響作物生長(zhǎng)發(fā)育、降低產(chǎn)量。楊麗琴等研究也發(fā)現(xiàn)，施用硝態(tài)氮肥條件下，玉米葉片蒸騰速率和光合速率均有不同程度地增加，植株體內(nèi)細(xì)胞活躍程度增強(qiáng)，從而加快代謝活動(dòng)，增加根系活力，促進(jìn)玉米養(yǎng)分吸收與生長(zhǎng)發(fā)育。同時(shí)，有研究證實(shí)，水分供應(yīng)強(qiáng)度也會(huì)影響作物根系生長(zhǎng)發(fā)育，Jing等研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫條件下玉米不同生育時(shí)期的總根長(zhǎng)和0～20cm土層根長(zhǎng)均明顯降低。此外，不同的氮素形態(tài)也會(huì)對(duì)葉片葉綠素含量、光合速率、暗反應(yīng)主要酶活性以及光呼吸等過程產(chǎn)生影響，進(jìn)而直接或間接影響葉片光合作用，這可能也是影響玉米生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。因此，科學(xué)合理施用氮肥與灌溉在刺激作物根系生長(zhǎng)，保障養(yǎng)分供應(yīng)，滿足地上部生長(zhǎng)需求，促進(jìn)作物光合作用等方面具有重要作用。

此外，本研究結(jié)果表明，N1較N2處理有利于提高玉米的水分利用效率，這主要得益于玉米生物量的增加。這與張立勤和劉英博等的研究結(jié)果類似。Jing等研究表明，玉米根系形態(tài)特征與植物水分利用效率間具有顯著或極顯著的相關(guān)性，即在根系生物量、總根長(zhǎng)和根系表面積相對(duì)較小時(shí)，作物水分利用效率隨著根系生物量、總根長(zhǎng)和根系表面積的增加而增大。

4結(jié)論

在水分供應(yīng)強(qiáng)度相同的情況下，銨態(tài)氮較硝態(tài)氮能夠顯著增加玉米的株高、葉面積、根長(zhǎng)、根體積、根系總吸收面積與活躍吸收面積，以及地上部與根系生物量，提高玉米水分利用效率，降低根冠比。在氮素形態(tài)相同的情況下，整體而言，水分供應(yīng)充足較水分輕度、中度脅迫能夠顯著促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育；但在不同氮素形態(tài)下，水分供應(yīng)強(qiáng)度對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響存在一定的差異，施用銨態(tài)氮條件下水分輕度、中度脅迫顯著降低了玉米生物量與水分利用效率，而在施用硝態(tài)氮條件下，3種水分供應(yīng)強(qiáng)度間無(wú)顯著差異，換言之，硝態(tài)氮施用能夠在一定程度上緩解水分脅迫對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的限制。本研究結(jié)果對(duì)玉米生產(chǎn)過程中的氮肥與水分管理具有一定的指導(dǎo)意義，但玉米全生育期相關(guān)的生理生化機(jī)制研究需要進(jìn)一步開展。