节水灌溉与施磷量对玉米磷累积和分配的影响

闫 飞 ，巩元勇，马兴旺

(1.攀枝花学院生物与化学工程学院，四川攀枝花 617000；2新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/农业农村部西北绿洲农业环境实验室，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】传统农业在作物的整个生长阶段一般采用大水漫灌等方式，来满足作物对水分的需求[1-3]。新的节水灌溉方式，如亏缺灌溉(非充分灌溉)等应运而生[4-7]。新的节水灌溉方式对充分挖掘水肥的互作效应和协同效应具有实际意义。【前人研究进展】磷是作物生长所必需的大量营养元素，玉米植株的营养生长与土壤含水率密切相关[8]，戴俊秀等[9]研究表明，土壤含水率降到40%～50%时，叶面积、茎粗、株高及根条数比对照均显著下降。亏缺灌溉(非充分灌溉)是一种新的节水灌溉方式：指灌水量低于作物处于最佳水分条件时所需水量，即某个生长时期，给作物提供的水分低于作物正常生长所需的水量，与充分灌溉相比，亏缺和分根处理的灌溉水利用率较高，但番茄总生物量要小些[6]。Farahani等[5]发现，亏缺灌溉可以促进小麦根系吸取更多的土壤水分，显著增加籽粒产量、蒸腾和WUE。【本研究切入点】尽管目前在于非充分灌溉条件下水肥耦合效应的研究已取得进展，但其中的养分以氮肥研究居多[10-12]，而对于非充分灌溉技术与作物磷吸收利用规律方面的研究报道较少。研究节水灌溉与施磷量对玉米磷累积和分配的影响。【拟解决的关键问题】采用盆栽培养方法，研究分根交替灌溉和亏缺灌溉2种灌溉方式与不同施磷量下，玉米植株各部分干物质量、磷积累量与分配率，以及相关酶活性的变化。研究不同灌溉方式下玉米对磷素的吸收利用状况，分析不同灌溉方式对磷吸收利用的水肥耦合效应。

1 材料与方法

1.1 材 料

玉米品种：购自正规种子公司的郑丹958。

磷肥：化学分析纯试剂磷酸氢二钠(Na2HPO4)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

PVC培养盆：高55 cm，直径20 cm，底部用5 mm尼龙网布密封并衬垫滤纸防止漏土，每盆装土20 kg。分根处理的培养盆用防水铝塑板在盆中间隔开，移苗时小心将根系均匀分布于两侧。每盆基肥为：氮素1.176 g、K2O 0.588 g，所有处理均重复5次。

灌溉处理：设分根交替灌溉和亏缺灌溉2种节水灌溉方式。分根交替灌溉(PRD)：循环期内保持一侧(1/2根区)土体干旱，另一侧1/2土体湿润，每日按时测定土壤含水量，进行补水确保湿润侧土壤含水量为田间持水量的90%，5 d交替1次，10 d为灌溉循环周期，共3个灌溉周期；亏缺灌溉(DI)处理：每日用同量磷处理的分根交替灌溉中平均补水量为标准补水，确保每日同一磷处理不同灌溉方式的用水量相同。

磷肥处理：设高中低3个水平：以P2O5计每盆施磷量分别为，低(LP∶0 g)、中(MP∶ 0.588 g)、高(HP∶ 1.176 g)3个水平；在开始灌溉处理的前1 d，按照实验设计，将磷肥以溶液浇灌到相应处理的盆栽土壤中。

1.2.2 测定指标1.2.2.1 玉米植株干重

将新鲜玉米地上部分和根系先在105℃下杀青0.5 h ，再在70～80℃条件下烘至恒重，称重。

1.2.2.2 玉米植株中磷

将烘干的玉米样品粉碎过60目筛后，用H2SO4-H2O2法消煮和钒铝黄比色法测定[13]。

1.2.2.3 玉米植株相关酶活性

在灌溉处理结束时，采取玉米植株下数第1片叶适量样品，保持样品叶片的清洁和干燥，置于-80℃液氮中备用。

超氧化物歧化酶活性测定：氯化硝基四氮唑兰光化还原法[14]。

酸性磷酸酶活性的测定：对硝基苯磷酸二钠法[15]。

1.3 数据处理

试验数据全部采用Excel和Spass软件进行分析、处理。

2 结果与分析

2.1 水磷处理对玉米干物质积累及分配的影响

研究表明，DI灌溉高磷处理中的玉米单株干物质总量、地上部干重和根干重均显著高于其他的水磷处理，其他处理间的单株干物质总量、地上部干重都无显著差异，而PRD灌溉低磷处理的根干重最低，显著低于其他所有处理；但PRD和DI灌溉高磷处理的根干重比率却都比较低，特别是显著低于DI灌溉的低磷处理，分别达到18.93%和19.13%，其他处理间差异不显著。表1

表1 节水灌溉方式与施磷水平下玉米干物质积累与分配变化Table 1 Coupling effects of irrigation and phosphorus amount on maize dry weight accumulation and distribution.

2.2 水磷处理对植株各部分磷累积量及分配率的影响

研究表明，中磷处理下，在玉米植株全磷量、地上部含磷量和根吸磷量方面，PRD灌溉处理显著高于DI处理，分别高达33.52%、35.50%和22.42%，除与DI灌溉高磷处理间无显著差异外，均显著高于同类其他处理，而DI灌溉的低中磷处理的玉米植株全磷量、地上部含磷量，以及PRD灌溉的低磷处理的玉米植株全磷量均为最低，并显著低于其他处理，二者之间无显著差异；DI灌溉的低磷处理的根系磷分配率明显高于其他的水磷处理(除DI灌溉高磷处理)。表2

表2 节水灌溉方式与施磷水平下玉米不同部位磷积累量与分配率变化Table 2 Coupling effects of irrigation and phosphorus amount on phosphorus content and distribution rate in different parts of maize.

2.3 水磷处理对玉米植株酸性磷酸酶和超氧化物歧化酶活性的影响

研究表明，所有水磷处理对玉米叶片酸性磷酸酶活性均无显著影响；在根酸性磷酸酶活性方面，同一种灌溉方式的不同磷水平处理几乎都无显著差异，而DI灌溉的中磷处理显著高于PRD灌溉的中高磷处理，分别高出32.91%和28.24%。表3

表3 不同节水灌溉方式与施磷水平下叶片和根系酸性磷酸酶活性变化Table 3 Coupling effects of irrigation and phorsphorus amount on leaf and root acid phosphatase activity

研究表明，除PRD灌溉的低磷处理的活性最低外，其他处理间无显著差异；PRD灌溉的高磷处理和DI灌溉的低、高磷处理显著高于PRD灌溉的低磷处理，分别高出69.37%、72.05%和78.85%。表4

表4 不同节水灌溉方式与施磷水平下叶片超氧化物歧化酶活性变化Table 4 Coupling effects of irrigation and phorsphorus amount on leaf superoxide dismutase activity

3 讨 论

控制性根系分区交替灌溉是非充分灌溉的一种，使根系处于周期性的干旱和湿润状态，促进根系的生长发育和深扎，根生物量较高。其生理基础为干旱区的根系吸水受限，使根生成干旱胁迫信号ABA，并向上运输到叶片，调节气孔开度，降低蒸腾耗水量，从而在不影响光合产物总积累量的情况下，从生理水平提高水分利用率。同时由于表层土壤交替的处于干旱，与充分灌溉相比，既减少了灌水量，又减少了棵间持续湿润时的无效蒸发。减少深层渗漏水也是其节水的另一条途径[5，6，16-18]。

2种灌溉方式下，低磷处理的植株总干重、地上部干重以及根的干重都小于中磷、高磷处理，即各部分干重随施磷量的增加而增加，与高飞[19]、李继云等[20]的研究结论一致。DI灌溉低磷磷处理的根部磷素分配率显著高于其他处理，其原因可能源自植物对低磷胁迫的适应机制和对根层下部长期干旱的反馈机制，即磷缺乏时，植株矮小，同时由于干旱，根系却越加发达，根长加长，茎轴变细，侧根、根毛和根冠比增加，以促进对土壤中磷的吸收[21]。吴一群等[22]研究显示，番茄全株磷积累量随营养液磷浓度的升高而先升高后降低，并且高磷处理导致番茄上位叶与根的磷含量比值下降，即高磷妨碍植物体内磷素的向上运输。

植物体中普遍存在的酸性磷酸酶活性高低可以揭示植物体中的磷素丰缺状况。低磷胁迫能够显著增加植物体内和根系分泌的酸性磷酸酶活性，其活性大小的分布规律为根系>茎秆 >叶片[23]。研究中，所有水磷处理的叶片酸性磷酸酶活性无显著差异，DI灌溉中磷处理的根系酸性磷酸酶活性分别显著高于PRD灌溉的中、高磷处理，这说明PRD灌溉配施适量的磷肥可有效改善植株的磷素养分状况。

PRD灌溉高磷处理的叶片SOD酶活性均显著高于低磷处理，而DI灌溉的所有磷处理间不显著。在PRD灌溉下，SOD酶活性随着施磷量的增加有上升的趋势。曲东等[24]的研究发现，水分胁迫条件下施磷可增强SOD酶活性，提高植株对干旱胁迫的适应能力。

4 结 论

DI灌溉高磷处理的玉米单株干物质总量、地上部干重和根干重最高，PRD灌溉低磷处理的根干重最低，PRD和DI灌溉高磷处理的根干重比率最低；中磷处理下，在玉米植株全磷量、地上部含磷量和根吸磷量方面，PRD灌溉处理显著高于DI处理，而DI灌溉的低中磷处理的玉米植株全磷量、地上部含磷量，以及PRD灌溉的低磷处理的玉米植株全磷量均为最低；DI灌溉的高磷处理可显著提高玉米生物量，其低磷磷处理则可显著提高根部磷素分配率，而PRD灌溉配施适量的磷肥可有效改善植株的磷素养分状况，更能有效应对植株对干旱胁迫的适应能力。