施磷量和干旱胁迫对大豆水分利用效率和产量的影响

杨鹏磊 乔鑫阳 褚丽丽

摘    要：该试验研究了施磷量和干旱胁迫对大豆水分利用效率和产量补偿效应的影响。试验设置控水量和施磷量

2个因子。控水量设为轻度水分亏缺、中度水分亏缺、重度水分亏缺3个水平；磷肥处理设低肥、中肥和高肥3个水平。每个处理施尿素、硫酸钾，同时设置充足水分高磷对照处理。结果表明：在适度的干旱胁迫复水后，磷肥可以提高大豆的水分利用效率，增加百粒重和产量，但过大程度的干旱胁迫下磷肥增益效果不明显，在干旱胁迫和磷素营养的合理组合下，轻、中度干旱胁迫中磷和高磷处理补偿效应较显著，其中中度干旱胁迫高磷处理的产量最高。

关键词：干旱胁迫；施磷；补偿效应

文章编号：1005-2690（2023）06-0004-04       中国图书分类号：S565.1       文献标志码：B

干旱胁迫是指土壤或大气缺乏对作物有效的水分供应，使作物遭受损害[1]。根据调亏灌溉理论，干旱胁迫对作物生长产生的影响并非总是不利。研究发现，适度的干旱胁迫具有补偿和超补偿效应，会对作物的生长和生理水平等产生良好影响。磷肥是植物生长过程中不可缺少的重要营养元素，其既参加ATP等的代谢，又是作物体内重要有机化合物的组成成分[2]。

有研究表明，磷肥对干旱条件下植物的水分调控有着重要作用[3]。研究干旱胁迫和施磷量对大豆水分利用效率和产量的补偿效应有两方面意义。一方面，根据调亏理论，在作物苗期对作物进行干旱胁迫，以达到节水增产的目的。另一方面，系统研究不同干旱胁迫状况下不同施磷量对大豆苗期干旱胁迫解除后产生补偿和超补偿生长的作用规律，以明确大豆苗期受到不同程度干旱胁迫后获得最佳补偿效应的最佳施肥组合模式，实现补偿效应最大、滞后效应最小。

1 试验方案

1.1 材料与方法

本试验于2022年在山西省宁武县进行，该地属于亚热带季风气候。采用盆栽方法研究，在防雨棚内进行，选用规格为口径24 cm、高26 cm的塑料桶。试验土壤是当地的栗钙土，装土量为6.76 kg，装土深度21 cm。大豆测试品种为黑河35号。

本试验用称重法调试土壤含水量，隔天17：00控制含水量，将每个指标控制在设计要求的土壤含水量阈值内，记录每天的耗水量。大豆出苗后需适时定苗，每盆留2株长势相近的幼苗进行控水干旱处理，使土壤含水量逐步降至试验水平。干旱处理的第21天开始复水，使土壤含水量恢复至充分供水程度。

本试验干旱胁迫时间均为21 d，设控水量和施磷量2个因子，磷肥为五氧化二磷。在本试验中设3个水分处理，分别是轻度水分亏缺（土壤含水量为田间持水率的50％～55％，用L表示）、中度水分亏缺（土壤含水量为田间持水率的40％～45％，用M表示）、重度水分亏缺（土壤含水量为田间持水率的30％～35％，用S表示）；磷肥处理设3个处理，分别是低肥（9 kg/hm2，用P1表示）、中肥（72 kg/hm2，用P2表示）和高肥（129.6 kg/hm2，用P3表示）。每个处理施尿素165 kg/hm2，硫酸钾（含钾量50％）70 kg/hm2，施肥方法采用混施（混拌于12 cm土层）。试验采用完全设计方法，共设9个处理，3次重复。试验同时设3个充足水分对照处理，该处理整个生育期土壤相对含水量保持在75％～80％，施磷量为最高水平129.6 kg/hm2。

待大豆成熟后，测量所需指标。如果干旱胁迫处理的水分利用效率、百粒重和产量达到对照的100％～110％，表明该处理有补偿效应；如果干旱胁迫处理的水分利用效率、百粒重和产量达到对照的110％以上，表明该处理有超补偿效应。

1.2 数据处理

试验数据用Excel 2016统计处理，用SPSS 27.0 进行方差分析和Duncan多重比较（P＜0.05），用Origin 2022软件绘图。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫和磷肥对大豆水分利用效率的影响

水分利用效率是评价水分亏缺下植物生长适宜度的综合指标之一，是产量形成过程和耗水过程稱合的结果[4]。其有多种表示方法，本研究采用农田总供水利用效率指标，把消耗的总水量定义为作物生长期灌溉水量，经济产品产出量定义为农田上总的经济产量。据此计算水分利用效率，充分体现作物对水资源的利用情况。

由图1可以看出，经轻度干旱胁迫处理的植株中，LP1处理的水分利用效率低于对照，仅为对照的78％，LP2处理的水分利用效率略高于对照，出现了补偿效应，LP3处理的水分利用效率最高，达到了对照的139％，出现了超补偿效应。经中度干旱胁迫处理的植株中，MP1处理的水分利用效率略低于对照，为对照的97％，MP2处理的水分利用效率略高于对照，有补偿效应，MP3处理的水分利用效率最高，达到了对照的154％，显著高于除LP3外的其他各处理，出现了超补偿效应。经重度干旱胁迫处理的植株中，各处理间的水分利用效率随着施磷量的增加略有提高，均有补偿效应。

由此可见，在轻、中度干旱胁迫中增施磷肥可以有效提高大豆的水分利用效率，促进大豆植株生长，但在重度干旱胁迫的强度下，增施磷肥虽然有利于提高大豆水分利用效率，但增益效果不明显。本试验条件下，施磷肥对提高大豆水分利用效率具有正效应，一定程度的干旱胁迫对提高大豆水分利用效率具有补偿作用。在二者的协同影响下，中度干旱胁迫高磷处理的大豆植株水分利用效率最高，补偿效应最显著。

2.2 干旱胁迫和磷肥对大豆百粒重的影响

2.2.1 在干旱胁迫复水条件下，百粒重对磷肥的响应规律

由图2可以看出，大豆在苗期经历一定程度干旱胁迫后，磷肥对大豆百粒重影响较大。经轻度干旱胁迫处理的植株中，LP2、LP3处理的百粒重均略高于对照，分别达到了对照的101％和102％，出现了补偿效应，LP1处理的百粒重极显著低于对照，仅为对照的80％，没有出现补偿效应。经中度干旱胁迫处理的植株中，MP2、MP3處理的百粒重均高于对照，其中MP2达到了对照的107％，出现了补偿现象，MP3处理的百粒重达到了对照的115％，出现了超补偿现象，MP1处理低于对照，仅为对照的86％，没有出现补偿现象。经重度干旱胁迫处理的植株中，百粒重均低于对照，均无补偿效应。表明磷肥可以改变大豆的百粒重，随着施磷量的增加，百粒重逐步增加，呈现正相关性。

2.2.2 磷肥水平一定的条件下，干旱胁迫对大豆百粒重的影响

低磷处理的百粒重全部低于充足供水对照水平，中磷、高磷处理的百粒重只有在中低干旱胁迫强度时超过对照水平。在重度干旱胁迫强度下，各处理的百粒重均未超过对照水平。说明一定程度的干旱胁迫强度可以促进大豆百粒重产生补偿效应，过强的水分胁迫强度会导致大豆前期过度缺水，降低百粒重，影响产量。

从整体上看，大豆的百粒重与施磷量呈正相关性，随着干旱胁迫程度的增加大豆百粒重呈先上升后下降的趋势，二者的协同作用对大豆百粒重影响极显著。轻、中度干旱胁迫的中磷和高磷处理均超过对照，其中LP2、LP3和MP2产生了补偿效应，MP3处理的百粒重最高，产生了超补偿效应，其他处理均未进入补偿区。

2.3 干旱胁迫和磷肥对大豆产量的影响

产量是作物与环境条件紧密联系中进行生命活动的结果[5]。大豆的籽粒产量（经济产量）是生物产量的一部分，其高低决定于生物产量及其在各器官中的分配[6]。本试验分析了干旱胁迫强度和施磷量对大豆产量补偿效应的影响，为增加大豆产量提供合理的灌溉施肥措施。

从图3可以看出，经轻度干旱胁迫处理的植株中，LP2、LP3处理的产量均略高于对照，分别达到了对照的104％和106％，出现了补偿效应，LP1处理的产量极显著低于对照，仅为对照的78％。经中度干旱胁迫处理的植株中，MP3处理的产量极显著高于对照，达到了对照的137％，MP2处理的产量也高于对照，达到了对照处理的111％，MP2和MP3处理均出现了超补偿效应，MP1处理的产量最低，仅为对照的79％，与对照差异极显著，无补偿效应。经重度干旱胁迫处理的植株中，产量均低于对照，其中SP1处理的产量最低，仅为对照的72％，差异极显著。尽管重度干旱胁迫中施磷使大豆植株的产量有所上升，但仍未能弥补作物在干旱胁迫期间受到的损伤，各处理均无补偿效应。

以上分析表明，从轻度干旱胁迫程度到重度干旱胁迫程度，增施磷肥均对大豆的产量表现出较强的正效应。经轻、中度干旱胁迫处理的大豆植株中，中磷和高磷处理均表现出较强的正补偿效应。经重度干旱胁迫处理过的植株中，虽然随着施磷量的增加各处理产量有所提升，但均未超过对照水平。说明在干旱胁迫强度过大时，增施磷肥虽然可以在一定程度上提高大豆产量，但干旱胁迫对大豆产量的抑制作用不能通过增施磷肥得以弥补，干旱胁迫程度对大豆产量的抑制作用明显。

3 讨论

研究发现，干旱胁迫具有补偿作用，如果运用得当，可对作物的生长起到积极作用[7]。在植物界补偿效应是普遍存在的现象，是植物对抗逆境威胁或破坏时的重要自我调节机制[8]。有关研究表明，磷肥可在一定条件下改变植物体内新陈代谢途径、提高水分利用率、促进根系生长，同时可调节增强抵御干旱能力的元素[9]。基于该理论，文章设计了施磷量和干旱胁迫对大豆水分利用效率和产量的影响试验，发现在一定阈值范围内，干旱胁迫和施磷量的合理组合可以有效提高大豆的水分利用效率、百粒重和产量，但低于或者超过这个范围则不會出现补偿效应。

4 结论

本试验条件下，在轻、中度干旱胁迫中增施磷肥对大豆的水分利用效率、百粒重和产量的补偿效应显著，但在重度干旱胁迫下，施磷和干旱胁迫并未对作物产生明显的补偿效应。说明适度的干旱胁迫可以对大豆复水后的后续生长产生补偿效应，磷肥对大豆干旱胁迫复水后的异速生长反冲机制具有增益作用，但效果有限。当干旱胁迫程度超过一定阈值范围时，其增益作用会逐渐减弱，只有干旱胁迫程度在一定阈值范围内二者协同作用才可以有效促进大豆节水增产。

本试验条件下，干旱胁迫强度和施磷量对大豆产量补偿效应有耦合增长，干旱胁迫和磷肥的合理组合可以有效提高大豆的水分利用效率，增加百粒重，实现大豆节水增产效应。中度干旱胁迫高磷处理的产量超补偿量最大，不仅能节水，还能获得更大的经济效益。

参考文献：

［1］党云萍，李春霞，刘东雄.水分胁迫对植物生理生化研究进展［J］.陕西农业科学，2012，58（5）：89-93，122.

［2］郑亚萍，信彩云，王才斌，等.磷肥对花生根系形态、生理特性及产量的影响［J］.植物生态学报，2013，37（8）：777-785.

［3］杨俊兴，张彤，吴冬秀.磷素营养对植物抗旱性的影响［J］.广东微量元素科学，2003（12）：13-19.

［4］郝卫平.干旱复水对玉米水分利用效率及补偿效应影响研究［D］.北京：中国农业科学院，2013.

［5］党秀敏.作物产量形成过程的相关因素［J］.养殖技术顾问，2014（6）：105.

［6］吴东根.大豆产量形成及其限制因素研究［J］.中国种业，2007（4）：15-17.

［7］郭相平，张烈君，王琴，等.作物水分胁迫补偿效应研究进展［J］.河海大学学报（自然科学版），2005（6）：32-35.

［8］刘展鹏，褚琳琳.作物干旱胁迫补偿效应研究进展［J］.排灌机械工程学报，2016，34（9）：804-808.

［9］李学森.磷对植物抗旱性能的影响［J］.草食家畜，1996（Suppl 1）：108-112.