苗期调亏灌溉对玉米生理生化特性及养分积累的影响

罗英舰， 刘君鹏， 蒙懿练， 周 晓， 宋 碧， 杨锦越

(贵州大学农学院，贵州贵阳 550025)

调亏灌溉(regulated deficit irrigation，简称RDI)是20世纪70年代由澳大利亚持续灌溉农业研究所提出的一种新的节水灌溉理论，其主要的理论依据是在作物生长的某一生育阶段，有目的地进行一定程度的调亏控水处理，使得各组织器官的光合同化产物重新进行分配，其与充分灌溉相比，具有提高作物水肥利用效率以及改善作物品质的目的[1]。水资源的短缺问题越来越严重，研究苗期RDI下作物自身生理生化特性及养分积累具有重要的理论和现实意义。前人对玉米调亏灌溉的相关研究较多，康绍忠等于1998年研究了调亏灌溉对玉米生理指标以及水分利用效率的影响[2]，之后许多学者对作物的调亏灌溉展开了大量的研究，而这些研究主要集中在作物最佳亏水时期、最适亏水度以及亏水对作物产量和品质的影响等方面[3-4]。钟顺清研究结果表明，在50%(对照饱和田间持水量为100%)灌水水平下，草炭对小白菜的生长反而起抑制作用，降低了其地上部鲜质量，随着灌水量的增加，草炭的整体优势得以发挥[5]。谭国波等通过盆栽试验，研究玉米在苗期不同水分亏缺处理下，与对照处理相比，其茎粗、单株叶面积、株高等均比对照低，而根冠比和根长均较对照高，苗期轻度处理能够提高抗旱能力与水分利用效率，改善作物品质等[7]。Blackman等在1985年提出1种可能，即作物的根系在缺水的条件下会形成一种改变作物生理过程的物质，该物质通过根系传送到叶片中，不断地影响气孔开度，从而使得产量和水分利用效率发生变化[8]。Rosenzweig等通过研究随着水资源的不断变化，气候的不同变化对作物产量的影响发现，我国东北地区粮食生产的最主要限制因素是水分[9]。本研究通过盆栽试验，探究苗期进行调亏灌溉对玉米生理生化特性以及养分积累的影响，从而得出玉米苗期最佳的调亏灌溉模式，以期为玉米苗期进行调亏灌溉提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验在贵州省贵阳市花溪区贵州大学教学试验场塑料大棚进行，采用盆栽试验。

1.2 试验材料

供试玉米品种为中单808。有机肥[蚯蚓粪 ∶牛粪(质量比)=1 ∶1]，复合肥(N ∶P2O5∶K2O=15 ∶15 ∶15)，尿素。盆栽桶高40 cm，直径35 cm；聚乙烯塑料(PE)管长45 cm，直径3 cm。

1.3 试验设计

本试验以盆栽的方式，采用随机区组设计。试验共设置3个因素：叶龄(A)、调亏程度(B)、调亏持续时间(C)，A和C因素设置3个水平，B因素设置2个水平，共18个处理(表1)，7次重复。

1.4 田间管理情况

以120 g/桶有机肥和40 g/桶复合肥作为基肥施用，并且在拔节期和抽雄吐丝期以尿素作为追肥，每桶追施尿素43 g。以育苗盘育苗，在2叶期选择长势相近的幼苗移栽，每桶移栽1株，浇适量定根水。移栽后每天称质量，使用水量平衡法确定蒸发、蒸腾量，并补充失去的水分，使各处理保持设定的土壤相对含水量。为防止土壤表面板结，使浇入土壤中水分分布均匀，在盆内植株两侧各放置1根长为45 cm、直径为3 cm的PE管，管壁上凿有均匀水孔，每次浇水时从水管浇入，以方便后期的管理，确保植株的正常生长。

表1 试验各因素及各水平组合处理

1.5 测定项目与方法

采用凯氏定氮法测定全氮含量，钼锑抗吸光光度法测全磷含量，火焰光度法测定全钾含量；采用氨蓝四唑(NBT)光还原法测定叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性，愈创木酚法测定叶片过氧化物酶(POD)活性，考马斯亮蓝法测定叶片可溶性蛋白含量[10]。

2 结果与分析

2.1 苗期调亏灌溉对中单808 叶片SOD活性的影响

由表2可知，在不同叶龄期对中单808进行调亏，大喇叭口期叶片SOD活性表现为A2>A1>A3，各个处理之间的差异不显著；抽雄吐丝期A2>A1>A3，A1与A2之间差异不显著，但A1、A2均与A3差异极显著。对中单808进行不同水分程度的调亏，大喇叭口期和抽雄吐丝期叶片SOD活性B1、B2之间差异均不显著。对中单808进行不同时间长度的调亏，大喇叭口期叶片SOD活性表现为C1>C2>C3，C1显著高于C2、C3，C1与C3差异极显著；抽雄吐丝期C3>C1>C2、C1与C3差异不显著，C2与C3差异极显著。说明在展4叶时对中单808进行12 d的苗期调亏，大喇叭口期叶片SOD活性最高，不同调亏程度对玉米叶片SOD活性无显著影响。

2.2 苗期调亏灌溉对中单808叶片POD活性的影响

由表3可知，不同叶龄期对中单808进行调亏，大喇叭口期叶片POD活性表现为A3>A2>A1，A3极显著高于A1和A2；抽雄吐丝期A1>A2>A3，但各处理之间差异不显著。对中单808进行不同水分程度的调亏，大喇叭口期叶片POD活性B1、B2处理之间差异不显著，抽雄吐丝期B1极显著高于B2。对中单808进行不同时间长度的调亏，大喇叭口期叶片POD活性表现为 C3>C2>C1，C3显著高于C1、C2；抽雄吐丝期C3>C2>C1，C2与C3差异不显著，但C2、C3均极显著高于C1。说明在展3叶时对中单808进行为期26 d的55%～65%调亏程度的苗期调亏，抽雄吐丝期叶片POD活性最高。

表2 调亏灌溉对玉米SOD活性的影响

表3 调亏灌溉对中单808 POD活性的影响

2.3 苗期调亏灌溉对中单808叶片可溶性蛋白含量的影响

从表4可以看出，在不同叶龄期对中单808进行调亏，大喇叭口期叶片可溶性蛋白含量表现为A2>A1>A3，3个处理之间差异不显著；抽雄吐丝期A2>A3>A1，各处理之间差异不显著。对中单808进行不同水分程度的调亏，在大喇叭口期和抽雄吐丝期叶片可溶性蛋白含量B1、B2之间差异均不显著。对中单808进行不同时间长度的调亏，可溶性蛋白含量在大喇叭口期表现为C3>C1>C2，各处理之间差异不显著；抽雄吐丝期C3>C2>C1，C1与C2之间差异不显著，C3极显著高于C1、C2。结果表明，在对中单808进行26 d的苗期调亏时，叶片可溶性蛋白含量最高，不同调亏叶龄和不同调亏程度对叶片可溶性蛋白含量无显著影响。

表4 调亏灌溉对中单808可溶性蛋白含量的影响

2.4 苗期调亏灌溉对玉米养分积累的影响

2.4.1 苗期调亏灌溉对玉米中单808大喇叭口期氮素积累的影响 由表5可知，调亏叶龄在展3叶、展4叶时，叶片氮素积累量均极显著高于展5叶，而展3叶和展4叶之间差异不显著；调亏程度55%～65%处理的叶片氮素积累量极显著高于40%～50%处理；调亏持续时间为12 d时的叶片氮素积累量极显著高于19 d和26 d。调亏叶龄在展3叶、展4叶时，茎部的氮素积累量均极显著高于展5叶，展3叶和展4叶之间差异不显著；调亏程度55%～65%处理显著高于40%～50%处理；调亏持续时间12、19 d时，茎部的氮素积累量均极显著高于26 d，调亏时间为12 d和19 d之间差异不显著。而对于全株氮素积累量而言，调亏叶龄在展3叶、展4叶时，均极显著高于展5叶，展3叶和展4叶之间差异不显著；调亏程度55%～65%处理极显著高于40%～50%处理；调亏持续时间 12 d 时极显著高于19 d和26 d。说明在展3叶或者展4叶时对中单808进行为期12 d的55%～65%苗期调亏处理，叶片、茎部、全株氮素的积累量最高。

表5 调亏灌溉对玉米中单808大喇叭口期氮素积累的影响

2.4.2 苗期调亏灌溉对中单808大喇叭口期磷素积累的影响 由表6可知，调亏叶龄为展3叶、展4叶时，叶片磷素积累均极显著高于展5叶，展3叶和展4叶之间差异不显著；调亏程度55%～65%处理的叶片磷素积累极显著高于40%～50%处理；调亏持续时间为12 d时，叶片磷素积累极显著高于19 d和26 d。茎部磷素积累，调亏叶龄为展3叶、展4叶时，茎部磷素积累量均极显著高于展5叶，展3叶和展4叶之间差异不显著；调亏程度55%～65%处理的茎部磷素积累量显著高于 40%～50%处理；调亏持续时间为12、19 d时，茎部磷素积累量均极显著高于26 d，12 d和19 d之间差异不显著。对于全株磷素积累量而言，调亏叶龄为展3叶、展4叶时均极显著高于展5叶，展3叶和展4叶之间差异不显著；调亏程度55%～65%处理极显著高于40%～50%处理；调亏持续时间为 12 d 时极显著高于19、26 d。说明在展3叶时对中单808进行12 d的55%～65%的苗期调亏，全株磷素积累量最高。

表6 调亏灌溉对中单808大喇叭口期磷素积累的影响

2.4.3 苗期调亏灌溉对中单808大喇叭口期钾素积累的影响 由表7可知，对于叶片钾素积累量而言，调亏叶龄在展3叶时极显著高于展4叶和展5叶；调亏程度55%～65%处理极显著高于40%～50%处理；调亏持续时间 12 d 极显著高于19、26 d。对于茎部氮素积累量而言，调亏叶龄为展3叶、展4叶时均极显著高于展5叶，展3叶和展4叶之间差异不显著；调亏程度55%～65%处理极显著高于40%～50%处理；调亏持续时间为12、19 d时均极显著高于26 d，12 d和 19 d 之间差异显著。对于全株氮素积累量而言，调亏叶龄在展3叶、展4叶时均极显著高于展5叶，展3叶和展4叶之间差异不显著；调亏程度55%～65%处理极显著高于40%～50%处理；调亏持续时间为12 d时极显著高于19、26 d。由此可以得出，在展3叶或者展4叶时对中单808为期12 d的55%～65%的苗期调亏，叶片、茎部、全株钾素积累量最高。

表7 苗期调亏灌溉对中单808大喇叭口期钾素积累的影响

3 讨论与结论

郭相平等指出，玉米苗期调亏，复水后其需水量在拔节期、抽穗期均低于对照，仅在灌浆期高于对照，而总需水量仍较非调亏处理有所下降[11]。王娟等指出，POD对水分胁迫反应最为敏感，且随水分胁迫程度的增强下降幅度增大，而SOD对水分胁迫表现最不敏感，在中度水分胁迫下仍保持上升的趋势[12]。水分胁迫下作物生理生化响应还受土壤肥力的影响，孙群等研究表明，玉米苗期施用适量的氮肥，可以有效提高细胞保护酶活性，尤其是SOD活性，这对于保持细胞膜结构的稳定性具有重要作用[13]。张立新等研究表明，在进行水分胁迫时，施用钾肥可显著提高2个玉米品种各时期的SOD、POD活性[14]。本研究可以得出，在展3叶时对玉米中单808进行12 d的苗期调亏，叶片SOD活性最高，而不同调亏程度对玉米叶片SOD活性无显著影响；在展5叶时对中单808进行为期12 d的55%～65%调亏程度的苗期调亏，叶片POD活性最高。在对中单808进行27 d的苗期调亏时，叶片可溶性蛋白含量最高，不同调亏叶龄和不同调亏程度对叶片可溶性蛋白含量无显著影响。在展3叶或者展4叶对中单808进行为期12 d的55%～65%苗期调亏处理，氮、钾素的积累量最高；在展3叶对中单808进行12 d的55%～65%的苗期调亏，全株磷素积累量最高。

调亏灌溉的程度要控制在一定范围内，如果水分亏缺强度过大，那么将破坏叶片的一些酶结构，降低叶片生活力。通过试验研究说明，从大喇叭口期到抽雄吐丝期玉米叶片的SOD活性呈降低趋势，POD活性呈升高趋势；但随着水分亏缺程度的增大，叶片可溶性蛋白含量降低，说明调亏灌溉可以延缓叶片的衰老，使得玉米叶片保持相对较长时间的生活力。

综合分析可知， 中单808最佳的调亏灌溉模式为在展 4叶时进行为期12 d、调亏程度为55%～65%的调亏灌溉。