不同水氮條件下灌溉方式對(duì)玉米干物質(zhì)量和氮鉀利用的影響

劉 水，李伏生

(廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530005)

分根區(qū)交替灌溉(簡記AI)是在作物整個(gè)生育期或某些生育期交替地對(duì)一半根區(qū)進(jìn)行正常灌溉，而在另一半根區(qū)則不灌溉，通過干燥根系產(chǎn)生的ABA運(yùn)送到葉片，調(diào)節(jié)氣孔開度，降低植株蒸騰和土壤蒸發(fā)，從而達(dá)到節(jié)約灌水量和提高作物水肥利用效率的目的［1-6］。楊啟良等［7］研究表明，與常規(guī)和固定溝灌相比，交替溝灌對(duì)玉米產(chǎn)量和植株氮含量分別提高3．5% 和 7．16%、3．7%和 7．1%。Li等［4］結(jié)果指出，與常規(guī)灌溉(CI)相比，分根交替灌溉節(jié)水29．1%，總干物質(zhì)量和冠層干物質(zhì)量僅分別減少6．3%和5．6%，而水分利用效率和氮肥表觀利用率分別提高 24．3%和 16．4%。韓艷麗和康紹忠［8］研究表明，交替灌水方式較均勻灌水方式節(jié)水27．6%，水分利用效率提高5．3%，單位耗水量氮(N)、磷(P)利用效率也有所提高。Lehrsch等［9］研究了不同隔溝灌溉方式對(duì)玉米生長和硝態(tài)氮淋洗的影響，表明交替隔溝灌溉在維持作物產(chǎn)量的同時(shí)，可使土壤氮的吸收增加21%。張芮等［10］研究指出，苗期至拔節(jié)期水分脅迫對(duì)玉米產(chǎn)量影響甚微，持續(xù)或交替水分脅迫則顯著降低產(chǎn)量。

目前有關(guān)不同生育時(shí)期分根區(qū)交替灌溉對(duì)作物生長研究亦有報(bào)導(dǎo)［11］。農(nóng)夢玲等［12］將玉米不同生育期分根區(qū)交替灌溉和施肥水平結(jié)合起來進(jìn)行研究，結(jié)果表明，與常規(guī)灌溉相比，苗期—拔節(jié)期根區(qū)局部灌溉總干物質(zhì)降低不明顯或略有增加，且不影響玉米對(duì)NK吸收量;而苗期—抽雄期根區(qū)局部灌溉明顯降低玉米總干物質(zhì)量和NK吸收量。在相同灌水方式下，中氮鉀水平玉米干物質(zhì)積累、水分利用效率和氮吸收利用較高［13］。

由于作物需水隨生育期的變化，分根區(qū)交替灌溉的節(jié)水效果也會(huì)隨生育期而發(fā)生變化，為進(jìn)一步探明不同生育期分根區(qū)交替灌溉對(duì)玉米干物質(zhì)積累和NK利用的影響，本研究是在不同灌水水平和有機(jī)無機(jī)N比例條件下，研究了不同生育期分根區(qū)交替灌溉對(duì)玉米干物質(zhì)量、N、K含量和吸收量以及土壤堿解氮和速效鉀含量，以期為分根區(qū)交替灌溉充分發(fā)揮其節(jié)水節(jié)肥效果奠定理論基礎(chǔ)，并為玉米合理灌溉施肥提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

盆栽試驗(yàn)在廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院網(wǎng)室大棚中進(jìn)行，供試土壤采自本校農(nóng)科教學(xué)基地第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的赤紅土(典型強(qiáng)淋溶土，F(xiàn)AO-|UNESCO系統(tǒng))，其土壤質(zhì)地是重黏土，田間持水量 29．0% θf(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，pH 4．77，有機(jī)質(zhì) 18．2 g/kg，堿解 N 76．9 mg/kg，速效 P 29．1 mg/kg 和速效 K 128．0 mg/kg。供試作物為玉米(甜糯518)。

1．2 試驗(yàn)方法

盆栽試驗(yàn)中灌水方式設(shè)常規(guī)灌溉(CI，每次對(duì)全部土壤均勻灌水)，和不同時(shí)期分根區(qū)交替灌溉(AI)(AI1、AI2、AI3，分別在苗期—灌漿初期(播后21—56d)、苗期—拔節(jié)期(播后21—31d)以及拔節(jié)期—抽雄期(播后31—46d)進(jìn)行AI，即每次交替對(duì)1/2區(qū)域土壤灌水)。灌水水平設(shè)正常灌水(70%—80% θf，W1)和輕度缺水(60%—70% θf，W2)。有機(jī)無機(jī)氮(N)比例設(shè)100%無機(jī)N(F1)和70%無機(jī)N+30%有機(jī)N(F2)。施純 N 0．15 g/kg土，無機(jī)N為尿素(分析純，含N46%)，有機(jī)N用生物有機(jī)肥(含 N 2．82%、P2O50．46%、K2O7．06%)供給，其用量以含N量計(jì)算。施P2O50．1 g/kg土，施K2O 0．15 g/kg土，磷肥用磷酸二氫鉀(分析純，含 P2O552．2%，含K2O 34．6%)，磷酸二氫鉀中鉀不足時(shí)，用氯化鉀(分析純，含K2O 60%)補(bǔ)足。所有肥料在裝盆時(shí)全部作基肥施入。試驗(yàn)共16個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共48盆，隨機(jī)區(qū)組排列。

試驗(yàn)在聚乙烯塑料桶(高23 cm、直徑30 cm)中進(jìn)行，所有處理桶中間均用塑料薄膜隔開，以阻止兩邊水分交換，每桶兩邊各裝入7 kg土，共14 kg。播種前保持土壤水分含量為80% θf。2010年9月18日每桶播5粒已催芽露白的玉米種子在塑料薄膜中央，9月29日選擇長勢均勻玉米苗進(jìn)行間苗，每盆在塑料薄膜中央保留1株玉米苗?？厮八刑幚砭捎贸Ｒ?guī)灌溉方式灌水，并保持土壤含水量在70%—80% θf。4—5片葉時(shí)(10月9日)對(duì)供試玉米按上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行控水處理后，不同水氮條件下CI處理用稱桶質(zhì)量法確定每次灌水量，而AI處理則按CI處理灌水量的70%進(jìn)行灌水，每次灌水用量筒量取灌水量，并記錄各處理每次灌水量。12月7日(播后80d)試驗(yàn)結(jié)束。

1．3 樣品采集和測定

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，分別采集玉米地上部和根系，洗凈，在65℃下烘至恒質(zhì)量，分別稱地上部和根系干物質(zhì)量，計(jì)算總干物質(zhì)量。然后粉碎植株樣品，用于測定植株養(yǎng)分含量。植株經(jīng)H2SO4-H2O2濕灰化法消煮后，用流動(dòng)化學(xué)分析儀測定全氮，用火焰光度法測定全鉀含量。地上部和根系養(yǎng)分吸收量分別用地上部和根系全N或全K含量與其干物質(zhì)量相乘所得，總氮或鉀吸收量為地上部和根系氮或鉀吸收量之和。

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)采集土樣，采土前用采土區(qū)土壤擦拭土鉆1—2次，分別在濕潤區(qū)和干燥區(qū)3點(diǎn)采集1—15 cm土層土壤，充分混勻，裝袋，帶回室內(nèi)風(fēng)干，磨碎后過18目篩備用。土壤堿解氮用1 mol/L NaOH堿解擴(kuò)散法測定;速效磷用 0．5 mol/L NaHCO3法浸提后，用比色法測定;速效鉀測定用1 mol/L中性NH4Ac法浸提后，用火焰光度法測定。

1．4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2003和SPSS13．0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，多重比較用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2．1 玉米干物質(zhì)量

表1表明，AI1處理地上部、根系和總干物質(zhì)量分別比 CI處理減少 9．6%—29．2%、10．0%—32．4%和11．9%—31．9%;AI2處理地上部、根系和總干物質(zhì)量與CI處理之間的差異均不顯著;F1下，AI3處理地上部、根系和總干物質(zhì)量與CI處理之間的差異也不顯著，而F2W2下，AI3處理地上部和總干物質(zhì)量分別比CI處理增加29．6%和27．4%。因此，在輕度缺水和有機(jī)無機(jī)氮肥配施下，拔節(jié)期—抽雄期進(jìn)行分根區(qū)交替灌溉有利于增加玉米地上部和總干物質(zhì)量。

表1 不同水氮條件下灌溉方式對(duì)玉米干物質(zhì)量的影響Table 1 Effect of irrigation method on maize dry mass under different water and nitrogen conditions

除F2CI下W2地上部和總干物質(zhì)量分別減少21．1%和19．8%外，其他相同灌溉方式和施肥條件下，W2地上部、根系和總干物質(zhì)量與W1之間的差異均不顯著。在相同灌溉方式和灌水水平條件下，F(xiàn)2地上部、根系和總干物質(zhì)量與F1之間的差異也不顯著(表1)。

2．2 玉米氮含量和吸收量

表2表明，F(xiàn)1W2下AI1處理地上部和根系氮(N)含量分別比 CI處理增加 37．0%和 50．0%，F(xiàn)2W2下AI2處理地上部N含量比CI處理增加58．6%，而其他水氮條件下AI處理玉米地上部N含量與CI處理之間的差異不顯著，玉米根系N含量比CI處理則略有增加。因此，在輕度缺水條件下，AI1和AI2有利于增加于玉米地上部N含量。在相同灌溉方式和施肥條件下，W2處理地上部和根系N含量比W1處理有所增加;與F1相比，W1AI2和W2AI2下F2處理地上部N含量分別增加54．1%和52．5%，而F2根系N含量與F1之間的差異不顯著(表2)。

表2 不同水氮條件下灌溉方式對(duì)玉米氮含量和吸收量的影響Table 2 Effect of irrigation method on N content and uptake ofmaize under different water and nitrogen conditions

表2還表明，與CI處理相比，F(xiàn)2W1下AI1地上部和總N吸收量分別減少39．5%和38．4%，F(xiàn)2W2下AI2處理地上部和總N吸收量分別增加88．3%和84.3%，W2下AI3處理地上部和總N吸收量分別增加 41．2%—50．7%和 40．7%—50．4%，而其它條件下AI處理不顯著影響地上部和總N吸收量。在相同水氮條件下，AI處理根系N吸收量與CI處理之間的差異也不顯著。因此，輕度缺水條件下，拔節(jié)期—抽雄期進(jìn)行分根區(qū)交替灌溉有利于增加玉米地上部和總N吸收量。在相同灌溉方式和施肥條件下，F(xiàn)2CI下W2處理地上部和總N吸收量顯著低于W1，而AI3下W2處理地上部和總N吸收量顯著高于W1。相同水分條件下，僅AI2處理時(shí)F2處理地上部和總N吸收量顯著高于F1，其他水分條件下地上部和總N吸收量F2略高于F1或顯著降低，而F2處理根系N吸收量與F1處理之間的差異不顯著(表2)。

2．3 玉米鉀含量和吸收量

表3表明，AI處理玉米地上部和根系鉀(K)含量與CI處理之間的差異均不顯著。相同灌溉方式和施肥水平下，W2玉米地上部和根系K含量與W1之間的差異也不顯著。相同水分條件下，F(xiàn)2處理在W1AI1、W2AI1和 W2AI3下地上部 K含量以及在W1CI和W1AI3下根系K含量顯著低于F1處理，而在其他條件下地上部和根系K含量均有不同程度的減少，但差異不顯著。

表3 不同水氮條件下灌溉方式對(duì)玉米鉀含量和吸收量的影響Table 3 Effect of irrigation method on K content and uptake ofmaize under different water and nitrogen conditions

與CI相比，F(xiàn)2時(shí)AI1處理地上部和總K吸收量分別減少30．3%和29．9%，W2時(shí) AI1處理根系 K吸收量顯著減少31．7%，而在其他水肥條件下AI處理玉米地上部、根系和總K吸收量變化不顯著。因此，在有機(jī)無機(jī)N肥配施條件下，苗期—灌漿初期分根區(qū)交替灌溉不利于玉米K吸收量的增加(表3)。在相同灌溉方式和施肥條件下，W2處理地上部、根系和總K吸收量與W1處理之間的差異不顯著。與F1處理相比，僅W1AI1和W2AI1下F2處理地上部和總K吸收量顯著降低，而其他水分條件下降低不顯著(表3)。

2．4 土壤堿解氮和速效鉀含量

表4表明，與 CI相比，F(xiàn)1W2下 AI1，AI2和 AI3處理土壤堿解N含量分別增加22．2%，16．1%和12.7%，而在其他水肥條件下AI處理土壤堿解氮含量與CI處理之間的差異不顯著。另外，W2處理土壤堿解氮含量與W1處理之間的差異不顯著。與F1相比，F(xiàn)2處理土壤堿解N含量分別在W1CI、W2AI1和 W2AI2下降低 21．6%、21．1% 和 19．8%，而在其他水分條件下僅略有降低(表4)。

表4 不同水氮條件下灌溉方式對(duì)土壤堿解氮和速效鉀含量的影響Table 4 Effect of irrigation method on soil available N and K contents under different water and nitrogen conditions

表4還表明，與CI相比，F(xiàn)1W1下AI1處理土壤速效K含量降低14．8%，F(xiàn)1W2下AI3處理土壤速效K含量卻增加26．7%，而其他水肥條件下AI處理土壤速效K含量與CI處理之間的差異不顯著。相同灌溉方式和施肥處理下，與W1處理相比，AI2下W2處理速效鉀含量減少，而其他水氮條件下略有增加。另外，W1AI2和W2AI3下F2處理土壤速效鉀含量比F1處理分別減少15．7%和13．7%，而在其他水分條件下，它們之間的速效鉀含量差異不顯著(表4)。

3 討論

前人研究表明，與常規(guī)灌溉(CI)相比，分根區(qū)交替灌溉(AI)一般降低玉米干物質(zhì)總量［4，13-14］。本研究表明，與CI處理相比，AI1處理地上部、根系和總干物質(zhì)量均明顯減少，但在F2W2下，AI3處理地上部和總干物質(zhì)量都有明顯增加，原因可能是AI3處理在拔節(jié)期—抽雄期進(jìn)行分根區(qū)交替灌溉，適當(dāng)?shù)乃置{迫促進(jìn)根系生長，提高吸水能力，減少葉片水分蒸騰，并可以保證植物光合作用的正常進(jìn)行，后期恢復(fù)常規(guī)灌溉后，玉米生長有較強(qiáng)的補(bǔ)償能力，從而促使玉米植株快速生長。說明輕度缺水和有機(jī)無機(jī)氮肥配施下，AI3處理有利于增加玉米地上部和總干物質(zhì)量。另外，與F1相比，F(xiàn)2玉米地上部和總干物質(zhì)量一般提高，根系質(zhì)量卻略有降低，這與谷潔等［15］的結(jié)論相似。

據(jù)報(bào)道，分根區(qū)交替灌溉有利于提高作物養(yǎng)分吸收［11，16-17］。農(nóng)夢玲等［12］研究發(fā)現(xiàn)苗期—拔節(jié)期根區(qū)局部灌溉不降低玉米植株N含量，而苗期—抽雄期根區(qū)局部灌溉地上部N含量有所下降。本試驗(yàn)表明，不同生育期交替灌溉增加根系氮含量不顯著，在輕度缺水(W2)下，AI1、AI2和AI3處理均在不同程度上增加地上部N含量，且此條件下AI3處理地上部和總N吸收量顯著提高，這與AI3處理促進(jìn)玉米總干物質(zhì)量的原因相似。說明輕度缺水時(shí)AI3處理有利于提高玉米地上部和總N吸收量。AI1處理玉米地上部和總K吸收量比CI處理明顯降低，與農(nóng)夢玲等［12］的結(jié)果一致，他們也發(fā)現(xiàn)苗期—抽雄期根區(qū)局部灌溉會(huì)降低玉米對(duì)K的吸收量，說明苗期—灌漿初期交替灌溉(AI1)不利于提高玉米對(duì)K的吸收。

劉小剛等［18］研究表明，灌水量對(duì)玉米植株氮吸收量的影響不顯著，本研究結(jié)果基本一致，但在AI3處理時(shí)W2玉米地上部和總氮吸收量顯著高于W1，說明AI3處理下輕度缺水有利于提高玉米地上部和總氮吸收量。另外，相同水分條件下，有機(jī)無機(jī)氮肥配施有利于玉米地上部N含量和吸收量的增加;反之，玉米植株K含量和吸收量有所減少。

余江敏等［19］研究表明，在相同施肥水平下，AI處理拔節(jié)期土壤堿解N比CI略高，而大喇叭口期和灌漿期土壤堿解N與CI處理相近。本研究表明，F(xiàn)1W2下AI1和AI3處理土壤堿解N和速效K含量明顯高于CI處理，說明在單施無機(jī)氮肥和輕度缺水下，苗期—灌漿初期(AI1)和拔節(jié)期—抽雄期(AI3)分根區(qū)交替灌溉不利于玉米從土壤中吸收N和K。此外，相同水分條件下，F(xiàn)2處理土壤堿解N和速效K含量均顯著低于F1處理，因?yàn)橛袡C(jī)氮一般要通過礦化作用轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮后才能被玉米吸收，但是這個(gè)過程需要較長時(shí)間，因此在短期的盆栽試驗(yàn)中施有機(jī)N肥對(duì)土壤堿解N的增加相對(duì)緩慢，但是5年后有機(jī)肥與有機(jī)無機(jī)肥配施處理土壤堿解N含量水平才全面超過無機(jī) N 肥處理［20］，彭娜等［21］和侯紅乾等［22］的研究結(jié)果也說明了這點(diǎn)。

4 結(jié)論

(1)在輕度缺水和有機(jī)無機(jī)氮肥配施下，拔節(jié)期—抽雄期分根區(qū)交替灌溉(AI3)有利于玉米總干物質(zhì)量和總N吸收量的增加，而苗期—灌漿初期分根區(qū)交替灌溉不利于玉米K吸收的提高。

(2)AI3下輕度缺水和有機(jī)無機(jī)氮肥配施有利于玉米氮吸收總量的提高，從而降低土壤堿解N含量。

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［15］ 谷潔，李生秀，高華，李鳴雷，秦清軍，程逵．有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥對(duì)旱地作物水分利用效率的影響．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2004，22(1):142-145，151-151．

［16］ 胡田田，康紹忠，李志軍，張富倉．局部濕潤方式下玉米對(duì)不同根區(qū)氮素的吸收與分配．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15(1):105-113．

［17］ 胡田田，康紹忠，張富倉．局部灌水方式對(duì)玉米不同根區(qū)氮素吸收與利用的影響．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38(11):2290-2295．

［18］ 劉小剛，張富倉，田育豐，李志軍．水氮處理對(duì)玉米根區(qū)水氮遷移和利用的影響．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(11):19-24．

［19］ 余江敏，李伏生，雷文杰，農(nóng)夢玲．根區(qū)局部灌溉和有機(jī)無機(jī)氮比例對(duì)玉米水分利用和土壤氮磷含量的影響．土壤通報(bào)，2011，42(1):22-26．

［20］ 唐繼偉，林治安，許建新，戚劍，王云華．有機(jī)肥與無機(jī)肥在提高土壤肥力中的作用．中國土壤與肥料，2006，(3):44-47．

［21］ 彭娜，王開峰．長期有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)稻田土壤養(yǎng)分的影響．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，48(2):310-313．

［22］ 侯紅乾，劉秀梅，劉光榮，李祖章，劉益仁，黃永蘭，冀建華，邵彩虹，王福全．有機(jī)無機(jī)肥配施比例對(duì)紅壤稻田水稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44(3):516-523．