水、盐和施氮量交互作用对向日葵水分利用的影响

李 琦，马 韬，曾文治，黄介生，伍靖伟，常志富(.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 43007；.内蒙古河套灌区 义长灌域管理局，内蒙古 五原 0500)

土壤盐渍化问题日益严峻，据全国第二次土壤普查结果表明，我国盐渍土总面积高达3 600万hm2[1],已经成为土地资源破坏、降低农业产量的主要原因[2]。水分是作物必不可少的生长要素，直接影响着作物的生长状况，氮肥则与叶绿素的形成、产量高低息息相关，而作物主要通过根系来吸收水分和氮肥。目前有大量针对土壤不同盐渍化程度对根系吸水影响的研究，但是水分、盐分、氮肥三者同时对根系吸水的影响研究则鲜有报道。本文主要讨论水分、盐分、氮肥三个因素对根系吸水的影响，并详细探讨了三者对蒸腾作用、水分利用率的影响。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本实验于2014年6-9月在内蒙古河套灌区义长试验站永联基地进行[图1(a)]。内蒙古河套灌区地处北纬40°19′～41°18′，东经106°20′～109°19′，年降水量为139～222 mm，且集中在6-8月间，年蒸发量为2 200～2 400 mm，蒸降比在10以上。

1.2 试验材料与设计

本实验在高为50 cm、内径为30 cm的测桶中进行[图1(b)]。测桶材质为铁皮，桶壁厚度4 mm，在桶壁外包裹2 cm厚的泡沫保温层[图1(c)]。所有供试土壤均为粉壤土，取自永联基地附近的农田耕作层(0～40 cm)，填土高度40 cm，填土容重为1.3 g/cm3。

图1 研究区地理位置与测桶示意图Fig.1 Location of study site and schematic diagram of experiment bucket

实验采用三因素全组合设计，研究因素为土壤含盐量(S)、灌溉量(W)和施氮量(N)，每种研究因素均设置两个水平，其中盐分以干土的百分含盐量计，分别为：轻度盐分胁迫S0(0.2%～0.45%)和中度盐分胁迫S1(0.45%～0.7%)；水分以田间持水量的百分比计，分别为水分胁迫处理W0(35%～55%)和充分灌溉处理W1(75%～100%)；氮素的影响通过设置全生育期不施用氮肥的氮素胁迫处理N0和播种前按135 kg/hm2(以纯N计)的最优施氮处理[3]N1来反映。3个因素一共8组处理，每组处理设置3个重复，共装填24个测桶。

测桶所施肥料为尿素(含N 46%)和过磷酸钙(含P2O518%)，氮肥(尿素)施入量根据实验方案确定，P2O5的用量一致，为180 kg/hm2，所有肥料均作为基肥于2014年6月2日一次性施入。施肥后每个测桶采用地膜覆盖，以起到降低土壤蒸发量和保温的作用。供试作物为食用向日葵(Helianthus Annuus.L)，品种为LD5009。播种时间为2014年6月5日，采用人工点播。根据向日葵成熟情况，于 2014年9月17日-9月26日收获，在向日葵全生育期内不进行追肥，其他管理措施(除草、除虫等)与当地农户一致。

1.3 向日葵根系指标测量

在向日葵生长的3个关键时间节点(现蕾时、开花时和成熟时)，在各组实验处理中选取一株向日葵，称取地上部分和根系的鲜重，并利用烘干法测得各部分干重、含水量及根系储水量。将向日葵籽粒风干至含水率低于8%时通过称重法确定其产量。由于测桶表面覆膜，因此不存在土壤蒸发，每隔一日称量测桶重量并利用水量平衡法得到向日葵日腾发量。单株作物水分利用率(g/kg)为作物总干重质量(g)除以生育期内耗水量(kg)。此外，利用W.E.T传感器(英国Delta-T公司生产)每两天测量一次测桶的水分含量，并根据实验方案确定各测桶的灌溉水量。

2 结果与分析

2.1 根系储水量(RWS)

由表1方差分析可知，在现蕾时盐分和水分处理对根系储水量(RWS)有显著影响(均为P=0.005)，氮肥影响不显著。在开花和成熟时，盐分、水分和施氮量影响均不显著。

表1 根系储水量方差分析结果Tab.1 The results of RWS variance analysis

图2 水、盐、施氮量交互作用下对根系储水量(均值±标准差)的影响Fig.2 Effect of water、salt and nitrogen coupling on RWS(Mean±S.D.)

由图2(a)可知，在3个观测时刻，S1处理的根系储水量均小于S0处理，土壤盐分含量的增大抑制根系的吸水作用[4]。现蕾时、开花时和成熟时S1处理的根系储水量分别比S0处理的根系储水量少51.69%、17.97%和13.11%，可知在苗期盐分对根系储水抑制作用较大，而随着生育期的推进，两个处理间差异减小。

在3个观测时刻，W0处理的根系储水量小于W1处理[图2(b)]。由于本实验设置，除人工灌水外向日葵没有受到其他水分的补给，故W0处理下可供向日葵吸收的水分较少，W0处理对根系产生水分胁迫。

由图2(c)知，现蕾时、开花时和成熟时N0处理的根系储水量小于N1处理，说明氮肥胁迫会抑制根系吸水作用[5]。在3个观测时刻，N0处理的根系储水量分别比N1处理的减少17.12%、21.87%和27.57%，两组处理间差异呈增大趋势，说明氮肥对根系储水的影响主要在花期和成熟期显现。

2.2 向日葵腾发量(ET)

由表2方差分析知，盐分在开花时和成熟时对植株腾发量影响显著(P=0.025和P=0.014),水分只在成熟时影响显著(P=0.014)，而施氮量在3个观测时刻影响均不显著。

表2 腾发量方差分析结果Tab.2 The results of ET variance analysis

图3 水、盐、施氮量交互作用下对腾发量(均值±标准差)的影响Fig.3 Effect of water、salt and nitrogen coupling on ET(Mean±S.D.)

不同盐分处理时，见图3(a)，在现蕾时S1与S0两组处理的腾发量相近。随着生育期推进，两组处理的腾发量都呈增大趋势，但差异也逐渐增大，S0处理的腾发量大于S1处理，在开花时和成熟时，相比于S0处理,S1处理的腾发量分别减小12.68%和17.41%，说明在开花和成熟时较高的盐分会抑制植株蒸腾作用，减少水分和营养物质吸收。

不同水分处理时，见图3(b)，在3个观测时刻W0处理的腾发量均小于W1处理[6,7]。由现蕾至成熟，两组处理差异逐渐增大，W0处理组的腾发量分别为W1处理51.06%、41.45%和36.90%。同时由图可知，在开花至成熟阶段，W1处理组的腾发量增幅较大达到了48.05%，说明水分在花期促进腾发量作用明显，有助于籽粒的形成[8]。

不同氮肥处理时，见图3(c)，3个观测时刻的两组氮肥处理间差异不如盐分和水分处理明显。在现蕾和开花时N1处理下的腾发量略大，而在成熟时N1与N0两组处理腾发量相近。说明氮肥主要在苗期、蕾期影响植株蒸腾，在花期和成熟期影响较小。

2.3 水分利用率(WUE)

由表3可知，盐分、水分、施氮量在现蕾时、开花时和成熟3个观测时刻对水分利用率影响均不显著。

表3 水分利用率方差分析结果Tab.3 The results of WUE variance analysis

图4 水、盐、施氮量交互作用下对水分利用率(均值±标准差)的影响Fig.4 Effect of water、salt and nitrogen coupling on WUE(Mean±S.D.)

由图4(a)可知，在3个生育期中S1处理的水分利用率均小于S0处理，说明土壤含盐量增大会减小植株对水分的吸收[9]。现蕾时、开花时和成熟时S1处理的水分利用率分别比S0减小61.18%、53.12%和4.57%。可知在现蕾和开花时，盐分对WUE影响较大，盐分胁迫会减小WUE。在成熟时，S0处理的WUE较开花阶段减小，而S1处理较开花阶段略微增大但仍小于S0处理。

由图4(b)可知在生长过程中，WUE受水分影响呈现出小-大-小的趋势。在不同水分条件下，W0处理的水分利用率小于W1处理的，说明水分胁迫会明显减少作物对水分的吸收量[10]。在现蕾时、开花时和成熟时W0处理下的水分利用率较W1分别减小7.60%、45.94%和22.79%，开花时差异最大，说明蕾期为水分胁迫影响作物对水分利用的关键时期。进一步比较开花和现蕾时发现，水分充足处理组的水分利用率有明显提高，提高了74.15%，而水分胁迫组处理的水分利用率仅提高了23.6%。

在不同施氮量的条件下，如图4(c)，在现蕾和开花时，N0处理下的水分利用率大于N1，N0处理分别使水分利用率增大15.39%和15.11%；而在成熟时，规律相反，N1处理较N0处理提高19.87%。说明在现蕾和开花时，氮肥胁迫组相较于无氮肥胁迫组提高了WUE，在成熟时施氮处理组提高WUE。

3 结 语

中度盐分胁迫处理、水分胁迫处理、氮肥胁迫处理会减小根系储水量、腾发量和水分利用率，具体而言：①对于根系储水量，盐分在苗期抑制作用明显，氮肥在花期和成熟期抑制作用较大；②对于腾发量，盐分在开花和成熟时抑制作用显著，而此时充分灌溉会增大腾发量，相较之下氮肥影响效果较弱，主要影响时期是苗期和蕾期；③对于水分利用率，盐分主要影响时期是现蕾和开花时，水分主要影响时期是蕾期，并且在蕾期充分灌水会提高水分利用率，而对于氮肥，在现蕾和开花时，轻度氮肥胁迫会提高水分利用率。

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