苗期調(diào)虧灌溉對(duì)玉米生理生化特性及養(yǎng)分積累的影響

羅英艦， 劉君鵬， 蒙懿練， 周 曉， 宋 碧， 楊錦越

(貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550025)

調(diào)虧灌溉(regulated deficit irrigation，簡(jiǎn)稱RDI)是20世紀(jì)70年代由澳大利亞持續(xù)灌溉農(nóng)業(yè)研究所提出的一種新的節(jié)水灌溉理論，其主要的理論依據(jù)是在作物生長(zhǎng)的某一生育階段，有目的地進(jìn)行一定程度的調(diào)虧控水處理，使得各組織器官的光合同化產(chǎn)物重新進(jìn)行分配，其與充分灌溉相比，具有提高作物水肥利用效率以及改善作物品質(zhì)的目的[1]。水資源的短缺問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，研究苗期RDI下作物自身生理生化特性及養(yǎng)分積累具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。前人對(duì)玉米調(diào)虧灌溉的相關(guān)研究較多，康紹忠等于1998年研究了調(diào)虧灌溉對(duì)玉米生理指標(biāo)以及水分利用效率的影響[2]，之后許多學(xué)者對(duì)作物的調(diào)虧灌溉展開(kāi)了大量的研究，而這些研究主要集中在作物最佳虧水時(shí)期、最適虧水度以及虧水對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等方面[3-4]。鐘順清研究結(jié)果表明，在50%(對(duì)照飽和田間持水量為100%)灌水水平下，草炭對(duì)小白菜的生長(zhǎng)反而起抑制作用，降低了其地上部鮮質(zhì)量，隨著灌水量的增加，草炭的整體優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮[5]。譚國(guó)波等通過(guò)盆栽試驗(yàn)，研究玉米在苗期不同水分虧缺處理下，與對(duì)照處理相比，其莖粗、單株葉面積、株高等均比對(duì)照低，而根冠比和根長(zhǎng)均較對(duì)照高，苗期輕度處理能夠提高抗旱能力與水分利用效率，改善作物品質(zhì)等[7]。Blackman等在1985年提出1種可能，即作物的根系在缺水的條件下會(huì)形成一種改變作物生理過(guò)程的物質(zhì)，該物質(zhì)通過(guò)根系傳送到葉片中，不斷地影響氣孔開(kāi)度，從而使得產(chǎn)量和水分利用效率發(fā)生變化[8]。Rosenzweig等通過(guò)研究隨著水資源的不斷變化，氣候的不同變化對(duì)作物產(chǎn)量的影響發(fā)現(xiàn)，我國(guó)東北地區(qū)糧食生產(chǎn)的最主要限制因素是水分[9]。本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)，探究苗期進(jìn)行調(diào)虧灌溉對(duì)玉米生理生化特性以及養(yǎng)分積累的影響，從而得出玉米苗期最佳的調(diào)虧灌溉模式，以期為玉米苗期進(jìn)行調(diào)虧灌溉提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在貴州省貴陽(yáng)市花溪區(qū)貴州大學(xué)教學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)塑料大棚進(jìn)行，采用盆栽試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為中單808。有機(jī)肥[蚯蚓糞 ∶牛糞(質(zhì)量比)=1 ∶1]，復(fù)合肥(N ∶P2O5∶K2O=15 ∶15 ∶15)，尿素。盆栽桶高40 cm，直徑35 cm；聚乙烯塑料(PE)管長(zhǎng)45 cm，直徑3 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以盆栽的方式，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。試驗(yàn)共設(shè)置3個(gè)因素：葉齡(A)、調(diào)虧程度(B)、調(diào)虧持續(xù)時(shí)間(C)，A和C因素設(shè)置3個(gè)水平，B因素設(shè)置2個(gè)水平，共18個(gè)處理(表1)，7次重復(fù)。

1.4 田間管理情況

以120 g/桶有機(jī)肥和40 g/桶復(fù)合肥作為基肥施用，并且在拔節(jié)期和抽雄吐絲期以尿素作為追肥，每桶追施尿素43 g。以育苗盤(pán)育苗，在2葉期選擇長(zhǎng)勢(shì)相近的幼苗移栽，每桶移栽1株，澆適量定根水。移栽后每天稱質(zhì)量，使用水量平衡法確定蒸發(fā)、蒸騰量，并補(bǔ)充失去的水分，使各處理保持設(shè)定的土壤相對(duì)含水量。為防止土壤表面板結(jié)，使?jié)踩胪寥乐兴址植季鶆颍谂鑳?nèi)植株兩側(cè)各放置1根長(zhǎng)為45 cm、直徑為3 cm的PE管，管壁上鑿有均勻水孔，每次澆水時(shí)從水管澆入，以方便后期的管理，確保植株的正常生長(zhǎng)。

表1 試驗(yàn)各因素及各水平組合處理

1.5 測(cè)定項(xiàng)目與方法

采用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，鉬銻抗吸光光度法測(cè)全磷含量，火焰光度法測(cè)定全鉀含量；采用氨藍(lán)四唑(NBT)光還原法測(cè)定葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性，愈創(chuàng)木酚法測(cè)定葉片過(guò)氧化物酶(POD)活性，考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定葉片可溶性蛋白含量[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期調(diào)虧灌溉對(duì)中單808 葉片SOD活性的影響

由表2可知，在不同葉齡期對(duì)中單808進(jìn)行調(diào)虧，大喇叭口期葉片SOD活性表現(xiàn)為A2>A1>A3，各個(gè)處理之間的差異不顯著；抽雄吐絲期A2>A1>A3，A1與A2之間差異不顯著，但A1、A2均與A3差異極顯著。對(duì)中單808進(jìn)行不同水分程度的調(diào)虧，大喇叭口期和抽雄吐絲期葉片SOD活性B1、B2之間差異均不顯著。對(duì)中單808進(jìn)行不同時(shí)間長(zhǎng)度的調(diào)虧，大喇叭口期葉片SOD活性表現(xiàn)為C1>C2>C3，C1顯著高于C2、C3，C1與C3差異極顯著；抽雄吐絲期C3>C1>C2、C1與C3差異不顯著，C2與C3差異極顯著。說(shuō)明在展4葉時(shí)對(duì)中單808進(jìn)行12 d的苗期調(diào)虧，大喇叭口期葉片SOD活性最高，不同調(diào)虧程度對(duì)玉米葉片SOD活性無(wú)顯著影響。

2.2 苗期調(diào)虧灌溉對(duì)中單808葉片POD活性的影響

由表3可知，不同葉齡期對(duì)中單808進(jìn)行調(diào)虧，大喇叭口期葉片POD活性表現(xiàn)為A3>A2>A1，A3極顯著高于A1和A2；抽雄吐絲期A1>A2>A3，但各處理之間差異不顯著。對(duì)中單808進(jìn)行不同水分程度的調(diào)虧，大喇叭口期葉片POD活性B1、B2處理之間差異不顯著，抽雄吐絲期B1極顯著高于B2。對(duì)中單808進(jìn)行不同時(shí)間長(zhǎng)度的調(diào)虧，大喇叭口期葉片POD活性表現(xiàn)為 C3>C2>C1，C3顯著高于C1、C2；抽雄吐絲期C3>C2>C1，C2與C3差異不顯著，但C2、C3均極顯著高于C1。說(shuō)明在展3葉時(shí)對(duì)中單808進(jìn)行為期26 d的55%～65%調(diào)虧程度的苗期調(diào)虧，抽雄吐絲期葉片POD活性最高。

表2 調(diào)虧灌溉對(duì)玉米SOD活性的影響

表3 調(diào)虧灌溉對(duì)中單808 POD活性的影響

2.3 苗期調(diào)虧灌溉對(duì)中單808葉片可溶性蛋白含量的影響

從表4可以看出，在不同葉齡期對(duì)中單808進(jìn)行調(diào)虧，大喇叭口期葉片可溶性蛋白含量表現(xiàn)為A2>A1>A3，3個(gè)處理之間差異不顯著；抽雄吐絲期A2>A3>A1，各處理之間差異不顯著。對(duì)中單808進(jìn)行不同水分程度的調(diào)虧，在大喇叭口期和抽雄吐絲期葉片可溶性蛋白含量B1、B2之間差異均不顯著。對(duì)中單808進(jìn)行不同時(shí)間長(zhǎng)度的調(diào)虧，可溶性蛋白含量在大喇叭口期表現(xiàn)為C3>C1>C2，各處理之間差異不顯著；抽雄吐絲期C3>C2>C1，C1與C2之間差異不顯著，C3極顯著高于C1、C2。結(jié)果表明，在對(duì)中單808進(jìn)行26 d的苗期調(diào)虧時(shí)，葉片可溶性蛋白含量最高，不同調(diào)虧葉齡和不同調(diào)虧程度對(duì)葉片可溶性蛋白含量無(wú)顯著影響。

表4 調(diào)虧灌溉對(duì)中單808可溶性蛋白含量的影響

2.4 苗期調(diào)虧灌溉對(duì)玉米養(yǎng)分積累的影響

2.4.1 苗期調(diào)虧灌溉對(duì)玉米中單808大喇叭口期氮素積累的影響 由表5可知，調(diào)虧葉齡在展3葉、展4葉時(shí)，葉片氮素積累量均極顯著高于展5葉，而展3葉和展4葉之間差異不顯著；調(diào)虧程度55%～65%處理的葉片氮素積累量極顯著高于40%～50%處理；調(diào)虧持續(xù)時(shí)間為12 d時(shí)的葉片氮素積累量極顯著高于19 d和26 d。調(diào)虧葉齡在展3葉、展4葉時(shí)，莖部的氮素積累量均極顯著高于展5葉，展3葉和展4葉之間差異不顯著；調(diào)虧程度55%～65%處理顯著高于40%～50%處理；調(diào)虧持續(xù)時(shí)間12、19 d時(shí)，莖部的氮素積累量均極顯著高于26 d，調(diào)虧時(shí)間為12 d和19 d之間差異不顯著。而對(duì)于全株氮素積累量而言，調(diào)虧葉齡在展3葉、展4葉時(shí)，均極顯著高于展5葉，展3葉和展4葉之間差異不顯著；調(diào)虧程度55%～65%處理極顯著高于40%～50%處理；調(diào)虧持續(xù)時(shí)間 12 d 時(shí)極顯著高于19 d和26 d。說(shuō)明在展3葉或者展4葉時(shí)對(duì)中單808進(jìn)行為期12 d的55%～65%苗期調(diào)虧處理，葉片、莖部、全株氮素的積累量最高。

表5 調(diào)虧灌溉對(duì)玉米中單808大喇叭口期氮素積累的影響

2.4.2 苗期調(diào)虧灌溉對(duì)中單808大喇叭口期磷素積累的影響 由表6可知，調(diào)虧葉齡為展3葉、展4葉時(shí)，葉片磷素積累均極顯著高于展5葉，展3葉和展4葉之間差異不顯著；調(diào)虧程度55%～65%處理的葉片磷素積累極顯著高于40%～50%處理；調(diào)虧持續(xù)時(shí)間為12 d時(shí)，葉片磷素積累極顯著高于19 d和26 d。莖部磷素積累，調(diào)虧葉齡為展3葉、展4葉時(shí)，莖部磷素積累量均極顯著高于展5葉，展3葉和展4葉之間差異不顯著；調(diào)虧程度55%～65%處理的莖部磷素積累量顯著高于 40%～50%處理；調(diào)虧持續(xù)時(shí)間為12、19 d時(shí)，莖部磷素積累量均極顯著高于26 d，12 d和19 d之間差異不顯著。對(duì)于全株磷素積累量而言，調(diào)虧葉齡為展3葉、展4葉時(shí)均極顯著高于展5葉，展3葉和展4葉之間差異不顯著；調(diào)虧程度55%～65%處理極顯著高于40%～50%處理；調(diào)虧持續(xù)時(shí)間為 12 d 時(shí)極顯著高于19、26 d。說(shuō)明在展3葉時(shí)對(duì)中單808進(jìn)行12 d的55%～65%的苗期調(diào)虧，全株磷素積累量最高。

表6 調(diào)虧灌溉對(duì)中單808大喇叭口期磷素積累的影響

2.4.3 苗期調(diào)虧灌溉對(duì)中單808大喇叭口期鉀素積累的影響 由表7可知，對(duì)于葉片鉀素積累量而言，調(diào)虧葉齡在展3葉時(shí)極顯著高于展4葉和展5葉；調(diào)虧程度55%～65%處理極顯著高于40%～50%處理；調(diào)虧持續(xù)時(shí)間 12 d 極顯著高于19、26 d。對(duì)于莖部氮素積累量而言，調(diào)虧葉齡為展3葉、展4葉時(shí)均極顯著高于展5葉，展3葉和展4葉之間差異不顯著；調(diào)虧程度55%～65%處理極顯著高于40%～50%處理；調(diào)虧持續(xù)時(shí)間為12、19 d時(shí)均極顯著高于26 d，12 d和 19 d 之間差異顯著。對(duì)于全株氮素積累量而言，調(diào)虧葉齡在展3葉、展4葉時(shí)均極顯著高于展5葉，展3葉和展4葉之間差異不顯著；調(diào)虧程度55%～65%處理極顯著高于40%～50%處理；調(diào)虧持續(xù)時(shí)間為12 d時(shí)極顯著高于19、26 d。由此可以得出，在展3葉或者展4葉時(shí)對(duì)中單808為期12 d的55%～65%的苗期調(diào)虧，葉片、莖部、全株鉀素積累量最高。

表7 苗期調(diào)虧灌溉對(duì)中單808大喇叭口期鉀素積累的影響

3 討論與結(jié)論

郭相平等指出，玉米苗期調(diào)虧，復(fù)水后其需水量在拔節(jié)期、抽穗期均低于對(duì)照，僅在灌漿期高于對(duì)照，而總需水量仍較非調(diào)虧處理有所下降[11]。王娟等指出，POD對(duì)水分脅迫反應(yīng)最為敏感，且隨水分脅迫程度的增強(qiáng)下降幅度增大，而SOD對(duì)水分脅迫表現(xiàn)最不敏感，在中度水分脅迫下仍保持上升的趨勢(shì)[12]。水分脅迫下作物生理生化響應(yīng)還受土壤肥力的影響，孫群等研究表明，玉米苗期施用適量的氮肥，可以有效提高細(xì)胞保護(hù)酶活性，尤其是SOD活性，這對(duì)于保持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要作用[13]。張立新等研究表明，在進(jìn)行水分脅迫時(shí)，施用鉀肥可顯著提高2個(gè)玉米品種各時(shí)期的SOD、POD活性[14]。本研究可以得出，在展3葉時(shí)對(duì)玉米中單808進(jìn)行12 d的苗期調(diào)虧，葉片SOD活性最高，而不同調(diào)虧程度對(duì)玉米葉片SOD活性無(wú)顯著影響；在展5葉時(shí)對(duì)中單808進(jìn)行為期12 d的55%～65%調(diào)虧程度的苗期調(diào)虧，葉片POD活性最高。在對(duì)中單808進(jìn)行27 d的苗期調(diào)虧時(shí)，葉片可溶性蛋白含量最高，不同調(diào)虧葉齡和不同調(diào)虧程度對(duì)葉片可溶性蛋白含量無(wú)顯著影響。在展3葉或者展4葉對(duì)中單808進(jìn)行為期12 d的55%～65%苗期調(diào)虧處理，氮、鉀素的積累量最高；在展3葉對(duì)中單808進(jìn)行12 d的55%～65%的苗期調(diào)虧，全株磷素積累量最高。

調(diào)虧灌溉的程度要控制在一定范圍內(nèi)，如果水分虧缺強(qiáng)度過(guò)大，那么將破壞葉片的一些酶結(jié)構(gòu)，降低葉片生活力。通過(guò)試驗(yàn)研究說(shuō)明，從大喇叭口期到抽雄吐絲期玉米葉片的SOD活性呈降低趨勢(shì)，POD活性呈升高趨勢(shì)；但隨著水分虧缺程度的增大，葉片可溶性蛋白含量降低，說(shuō)明調(diào)虧灌溉可以延緩葉片的衰老，使得玉米葉片保持相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的生活力。

綜合分析可知， 中單808最佳的調(diào)虧灌溉模式為在展 4葉時(shí)進(jìn)行為期12 d、調(diào)虧程度為55%～65%的調(diào)虧灌溉。