灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響

1、灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響何華"康紹忠2（I *國捫昭水土保持研究所，陜西楊唆712100）<2曲北農林科技大學教白部丫區(qū)農業(yè)水土丁程乖點實驗室，陜曲楊陵712100）摘 要 以夏玉米（Z敢L.）（陜單9兮）為供試材料，采用置J遮滯棚卜的模擬土柱的方法，進行了不同灌漑 施肥深度對夏玉米生長發(fā)疔、地上與地卜部分同化物分配、產帚及水分利用效率的影響的試驗硏究。灌溉施肥深 度分4個處理:衷而灌施:20 cm深度灌水施肥:30 cm深度灌水施肥和40 cm深度灌水施肥。后3個處理為土農E 灌施處理。4個巫復。試驗結果衷明：土表下灌施抑制了玉米生育早期的地上部分生長

2、，使根系向土壤中下層的分 布加強，從而保證了作物中厲期對水分養(yǎng)分的吸收利用，提高了水分利用效率.在木試驗條件下，玉米生長的最佳 灌施深度為30 emo關鍵詞灌溉屜肥深度玉米同化物分配水分利用效率EFFECT OF FERTIGATION DEPTH ON DRY MATTER PARTITION ANDWATER USE EFFICIENCY OF CORNHE Hua* 2 and KANG Shao-Zhong2(1 Institute " Soil and Waler the Cliine cademy of Sciences and“ Water ReAirces Yanki

3、ng. Shaaiv(i 712100 Chinn(2 Inslilulc of gricullurul Soil mid Water Engineering Nortliurst Science, and Technology Unitrsily of' griculture and ForestryYangling Shaanxi 712100 China)Abstract Research has shown that pkmts are adveisely aflrcted by different wetting and fertilized zones. Most stud

4、ies that have been done were limited to the eflect of irrigation or fertilization Tins study was done to detect the influence of various fertigation (fertilization + imgation) depths on the growth, dry matter partition, yield and water use efficiency of com. Com( Zea mays L)plants were established i

5、n the growth clianil)rr in soil filled polyvinyl chloride tubes, 67 cm long and with an outer diameter of 11 cm. Soil was well fertilized and wrttrd to field capacity at emergence when four trr;Umrnts were imx>sed: I)tubes were frrtigatrd from the top soil( D(): 2)tubes were feiligated on the dep

6、th of 20 cm from soil surface( D)： 3)tubes were feiligated on the depth of 30 cm from soil surface ( D30); and 4) tubes were fertigated on the depth of 40 on)from soil surface (l)4o) Soil moisture profiles, com height, leaf area, shoot weight, root weight and yield were measurrd. The results show th

7、at the fertigation depths of 20 cm, 30 cub 40 cm restrained shoot growth in early stages, strengthened the partition of roots in deep soil, and ensured the absorption and application of com to water and nutrients then raised water use efficiency. Under experimentiil conditions» the fertigation

8、depth of 30 cm was optimal for com. Tlie reasons for these resultswhich lead to stivnghen the absorption and application of coni to water and nutrient under different fertigation depths» and which raise water use efficiency under same conditions» are discussed Key words Feitigatiom Corn( Z

9、ea mays L)，Diy matter partition Water use efficiency水分與養(yǎng)分是保證作物正常生長發(fā)育的必要 條件。實現(xiàn)水肥協(xié)同，是捉高作物水分利用效率和 養(yǎng)分利用效率的主要途徑之一（李世清等,1994:何 華等,2000）o不結合施肥的灌溉，在提高水分、養(yǎng)分 利用效率方血效果不理想;不結合灌溉的施肥，同樣 不利J：水肥的吸收利用。因此，灌溉與施肥有機結 合，通過水肥同步供應，實現(xiàn)水肥-體化管理是最理 想的水分養(yǎng)分補充方式。灌溉與施肥相結合的農ITI 管理即稱為“灌溉施肥（Fertigation）”,其技術模式主 要是采用滴灌、地“商灌和溝灌等節(jié)水技術進行灌收

10、稿 口 期：2001-03-23 接受 口 期：2002-03-21基金項II：國家杰出骨年科研基金項11（49725102）.國家車人基礎性研究項11（ 1999011708）和西北農林科技人方科研Q項資助E-mail： huhi26 valxxi. coin, cn4期何華等：灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響455施。不同的灌溉施肥組介對作物生長發(fā)冇的影響不 同，其組介包括數(shù)量上、時間上和空間上的不同組 合。經(jīng)過對水肥數(shù)量和時間不同組合與作物生長發(fā) 仃關系的長期人暈試驗研究后，研究者們開始探索 水肥空間組合方式對作物生長發(fā)育的影響及其機理 （Gyles, 1986; Bku

11、n & Johnson, 1991: Karn）u & Maranvile, 1994;郭安紅等,1999）。Shann 和 Chaud- han< 1983）指出，在表土干旱的處理條件下，深施氮 肥有利于小麥根系良好發(fā)育并獲得高產；王同朝等 （1999）發(fā)現(xiàn)，在不同的水分處理（上干下濕和胳體濕 潤）條件下，表層施磷增加光介有效面積17.36% 32.94%，水分利用效率（WUE）提高2. 37% 19.13%,并且繁殖分配比例顯著增加，根冠生長得 到協(xié)調，籽粒產暈提高。對灌溉施肥的同步供應, 實現(xiàn)水肥吸收利用共同提高的關鍵在J：確定適宜的 灌施部位，并且國內未見報道在土

12、壤一定深度進行 水肥同步供應對作物生長發(fā)育的影響或效應。本研 究試圖通過不同灌溉施肥深度對玉米植株生長、根 系生長與分布、同化物分配、產量和水分利用效率的 影響，確定最佳灌溉施肥深度，并探討玉米（以“ mays L.）根系對不同水分養(yǎng)分環(huán)境的適應性機理。1材料和方法試驗在陜西楊凌西北農林科技大學教育部早區(qū) 農業(yè)水土工程重點實驗室進行。以夏玉X（ mays L.）（陜單9號）為供試材料。試驗采用置丁遮雨棚 下的模擬土柱的方法進行。土柱管為高67 cm, 口徑 11 cm的聚乙烯管材。為便于釆樣，土柱管在裝土 詢縱向均分為二，再用防水膠布緊密粘合。按灌溉 施肥深度設計，自上而下20 cm、30 c

13、m、40 cm處打對 口孔，中穿一口徑為1 w的I.型PVC細管補充水 肥，細管在土壤部分的中點有孔徑為1 .0 nun的滴水 孔。土壤過篩后，按田間順序裝管，容重控制為125 g cnr3,播詢灌水至DI間持水暈的75%o灌溉施肥分4個處理：口）為表而灌施，即土表 fl接灌水施肥；lb）為20 cm深度灌水施肥：為30 cm深度灌水施肥；lb為40 cm深度灌水施肥;后3 個處理為土表卜灌施處理,4個重復。以尿索、磷酸 二鈣和氯化鉀為肥源灌施氮磷鉀肥：各處理施肥量 相同,分別按 0.15 gN kg"土壤>0.10 gP2O5 kg-'± 壤和0.15 gK

14、2O kg"土壤供給氮磷鉀養(yǎng)分。灌施氮 磷鉀養(yǎng)分分兩次進行，即拔節(jié)期供給總量的40%, 抽雄吐幺幺期供給總最的60% o Do處理，由土表直 接灌施：D2O、D3o、I）4O處理則通過上述的L型PVC細 管中點的滴孔在不同深度灌施。1999年6月7日播種，每管3株，至三葉期，定 植1株。9月26日收獲，試驗延續(xù)112 do每隔10（1 測定玉米株高與葉面積；試驗結朿后，記產，分層測 定根系雨量、根長密度，并取植株樣在80七下烘干 稱雨。灌水量由各生育時期最佳土壤禽水率（山東 農學院，1993）與實測禽水最差值確定。灌水次數(shù)不 定；當實測的土壤水分含量低于各生育時期最佳土 壤含水率下限

15、時，補充灌溉直至最佳土壤含水率上 限。D（）處理，由土農直接補充水分；處理 則通過L型PVC細管中點的滴孔在不同深度補充 水分。各生育時期的垠佳土壤含水率與補充水量見表 1，其中土壤含水率用占山間持水量白分比表示。由于全生育期作物生長在控制降雨的條件下, H無灌水的滲漏損失，作物的耗水晴近似等J灌水 最，因此，水分利用效率按下式計算：水分利用效率=籽粒重/灌水量2結果與分析2.1灌溉施肥深度對玉米植株生長的影響玉米葉而積對不同灌施深度的反應比株高較為 明顯（圖1 2）,播后47 d即有所表現(xiàn),呈現(xiàn)出很強4期何華等：灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響#4期何華等：灌溉施肥深度對玉米

16、同化物分配和水分利用效率的影響456K I玉米生療時期敲佳土壤會水率打補充水量faille 1 The*soil muisturv aiwl su（|）ling wateron growth stages of Zea nuiy L.feH上土壤會水率 Optimum soil moisture（ %）播種出苗期Sowing幼苗期 Seedling拔節(jié)孕他期Jointing to booting抽穂開花期Heading to flowering灌漿成熟期Filling to maturing60705565708075856070D°0.5491.6022.1062.0612.682

17、補充水駅l）20（）.2581.1502.0641.9901.908Supplying water aiiMMint（ L）D?o0.2391.1552.2792.1411.886D400.2961.2822.3232.0832.026U）:農山I灌施 Fertigation from soil surface D202 20 cm 除度消:水施肥 Feriigation in the（lq）tli of 20 depth of 30 cm I）4o：4O 深度灌 水施肥 Feri ignition in the depth of 40 vmcm I）m）：30 cm 深度灌水施肥 Ferti

18、gation in the26卷456植物生態(tài)學報26卷26卷圖1灌施深度對玉米扶高的影響Fig.】 Zea mays L height of various fertigation depths圖2直施深度對玉米葉ifti枳的響Fig.2 Zea mays L leaf area （I人）of various fertigation depths的規(guī)律性：隨著灌施深度的增加，葉面積遞次減少; 至拔節(jié)期（圖中57 d）,D°處理的葉面積迅猛增加， 比Dr、Dao和Dg處理的葉面積分別增加28.05%、 33.69%和36.95%,有徒長之勢。2.2灌施深度對玉米根系生長與分布的影響。

19、小刃和Uq處理的玉米單株根干重均低于Do 處理（表2）;并且玉米根系在0 20 cm 土層分布的 比例也小于D。處理；并隨著灌施深度的加深，依次 比處理在0 20 cm所占比例降低7.46%. 10.51% J4.34%;在20 cm以下土層的分配比例則 比Do處理有所增加，依次比1）0處理根系在20 cm 以下土層分配比例增加20.34% .28.65%、39.08%。僅對土表下灌施處理而言，根系在土壤剖面屮 的分布也有所不同。D20處理的根系在0 20cm 土 層中的比例最高；Djo處理的根系在20 - 40 cm 土層 中的分布比例最高，Dm處理的根系則在40 cm以下 土層中的分配最多

20、。說明灌施深度強烈影響著根系 分布，土壤水分與養(yǎng)分對根系生長有明顯的誘導作 用，灌施深度的增加有利于根系向中下土層分布。2.3灌施深度對干物質分配的影響上表下灌施，使生育早期的玉米植株生長受到 一定程度抑制，其根冠生物量均低于表面灌施。隨 著玉米根系不斷向縱深發(fā)展，早期所經(jīng)受的水分養(yǎng) 分脅迫得以解除；由于補償生氏，冠層生物量迅速增 加；到生育后期，與表面灌施處理的冠層生物量已相 差無幾（表3）。但前期對根系生長造成的影響依舊 存在，表面灌施與土表下灌施的根F重相差較大,鼠 終產生較大的根冠比差異。由此可以推知，在生育早期，土表下灌施處理的 玉米根系還未伸展到灌施深度，盡管下層土壤中有 充足的水

21、分和養(yǎng)分，但難于吸收，從而抑制了地上部 分的生長;但在作物需水需肥量大的中后期,一是由 于根系的縱向伸長，二是由于作物經(jīng)過了一段時間 的中輕度水分養(yǎng)分脅迫，刺激了后期補償生K的能 力，使得土壤中下層水分養(yǎng)分被充分利用，從而大大 加魁了冠層牛長，對產粧的形成造成積極的影響。 2.4灌施深度對產戰(zhàn)與水分利用效率的影響土表下灌施處理的產量均比表而灌施高（表 3）,并以Dao處理的產量最離；而耗水量則是Do處理 最大，從而導致其水分利用效率遠遠低于土表下各 灌施處理。土表下不同深度灌施處理的產蜃、耗水 雖和水分利用效率也有所不同。耗水凰隨灌施部位 的加深冇一定增加和D。相比，水分利 用效率分別提奇42

22、.78%.44.36%和17.14%,耗水 量分別減少18.11%、14.44%和11.0%,具有明顯 的節(jié)水效應。產£1與水分利用效率的變化趨勢一 致，即產量增加，水分利用效率也增加，均以30 cm 灌施深度效應最佳。3討論玉米在出苗到拔節(jié)的幼苗期間，植株矮小，生長 緩慢，葉面蒸騰赴較少，耗水斎不大。這時的生長中 心是根系，為了使根系發(fā)仃良好，并向縱深伸展，必 須保持在表土層疏松干燥和下層土比較濕潤的狀 況c地表下灌施方式滿足幼苗期七米生長的需要， 通過控制土壤水分在垂直剖面上的分布，實現(xiàn)“蹲 苗”抗旱鍛煉，以期需水需肥就較大的中后期，根系 可以充分利用供應于較深土層的水分與養(yǎng)分。

23、因而 在幼苗期，地表下灌施處理的玉米以根系生長為主， 地上部分生氏受限制。至拔節(jié)時，表面灌施的株髙 迅速增加，有徒長之勢；地表下灌施的株髙則平穩(wěn)增 加，為中后期玉米的生殖生長奠定了良好基礎。地 表下不同灌施深度的玉米株高差異略有差異。4期何華等：灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響457處理 Tivatnient農2不同灌溉施肥深度條件卞卡米根系在十壤剖血中的分布Table 2 Boot UiKtrilHitioii in soil of differrnl fertiatioii depths比16.8812.3543.48J1.05J10073 20.626.22v11.071

24、,7.26b3.22J0.60h10067.70423.45d8.85h%10.64h6 力“2.83b1.04d10063.62"25.56"9.77b1)4010.49“6.51b2.72111.25410062.67“25.45411.88根重 Rout weiglilg)冬層所占百分數(shù) Tlw pemenlagp 訥 RW in soil gnMlatiotis( %)總計 Total 0-20 cm 20 - 40 cm 40-67 cm 總計 Total 0-20 cm 20-40 (in 40-67 cmD|). fho. Dio. Djo：同表 1 See

25、Table 1衣3不同灌施深度的干物質分配及水分利用效率Table 3 Dr)r matter |Hirtition and water use efficiency : WUE)of arious rtigati(M)dq)ths處理1'realnietit根干重Root weighKg)冠取 Shoot weiglMg)根冠比R/S籽粒豆 Yield weiglitf g)耗水筮W ater cotMuiiiption( 1)水分利用效率 Vi ater use eflicieiKy( kg m " )Db16.88A86940.194'11.98h9.0O11.

26、33OBl)2011.07b87.75J0.126“13.99a7.3731.899%10.Mb91.72，0.116b14.7947.7041.920、D4010.49b86.09O.122b12.48，8.or1.558aR/S = Boot wei<it/diuut weight b： p <0.05 A» B： p <0.014期何華等：灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響#4期何華等：灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響#30 cm灌施深度的株高比20 cm和40 cm灌施深度 的株高較大，是因為這一灌施深度比20 cm的土表 蒸發(fā)

27、較小，比40 cm的水分分布更接近根系分布狀 況，能為根系提供良好的土壤環(huán)境，不僅有利J：根系 生長，也有利J：植株生長發(fā)育，從而加強了土壤水分 的吸收利用，水分利用效率(WUE)大大提高。灌溉深度增加，導致根尅比降低，即玉米同化 物在冠層的分配比例加大，向根系分配減低；I佃表 土灌施的土壤水分蒸發(fā)大，導致一定程度的水分無 效損失，為了避免水肥脅迫，作物根系向縱深發(fā)展以 尋求水分和養(yǎng)分。因而相對于深層灌施處理而言, 表十灌誡處理發(fā)育出深而密的根系，消耗了大昴木 可用丁株冠的同化產物，影響了干物質的高效分 配。當然，株冠生物暈與產暈并不存在必然的正比 關系° BrouweH 1983

28、)指出，只有在根冠功能處J均 衡狀態(tài)時，二者生長比例才能協(xié)調，產量和資源利用 效率較高。根系生長所需的能最來白于地上部分合成的光 合產物，根系生長的快慢與地上部分光合產物的積 累是成反比的(Aung, 1974)。根冠比的大小可以反 映出資源在地下、地上部分的分配請況，較小的根冠 比有利于高產。表3顯示了不同灌施處理對根冠 比、籽粒重和耗水最的影響?？梢钥闯?，隨著灌施 深度的增加，玉米根冠比減少；農而灌施處理根系 在生育期內消耗的能量最多，減少了光合產物在地 上部分的積累，影響到地上部分的生長，從1何最終 降低了籽粒產量。而地表下各灌施處理的根泄比表 明光合產物有利于向地上部分分配，有利于產量

29、形 成。水分利用效率的高低取決J：兩部分：籽粒產量 和耗水暈的大小。從表3中還可以看出，土表下各 灌施處理實現(xiàn)了對水分的高效利用，其成效一是來 自于籽粒產量的提高,二是來源于耗水量的降低O 地表下各灌施處理的根冠比與同化物在籽粒屮的積 累是成反比的，即根冠比較低的玉米，其籽粒產暈 較高。對于地表灌施處理，其表面蒸發(fā)損失遠大于 土表下各灌施處理；為保持適宜于玉米生長的土壤 水分含量，其耗水量H然比地表卜各灌施處理為 高。同時，也由于表土灌施處理的表面蒸發(fā)損失, 玉米根系處于一定程度的水分脅迫中，尤其是在氣 溫最高的7.8 n間，更容易產牛脅迫，而此時正是 營養(yǎng)與生殖生長并進時期，不僅存在地上地下

30、部分 爭奪水分養(yǎng)分的孑盾，更存在營養(yǎng)生長與生殖生長 竟爭資源的孑盾。這時發(fā)生水分脅迫，不僅抑制了 地上部分的生長，而且地上部分的生殖生長也受到 很大的影響。因此，地表灌施處理不僅耗水較多, 而且由于根冠比大，占用了較多資源，從而抑制了 地上部分生長和籽粒產最的形成，最終導致對水分 的低效利用，水分利用效率比土表下各灌施處理降 低 0.228 0.590 kg m-作物的生長發(fā)冇歸根結底取決于根系生長發(fā)冇 狀況及其對水分養(yǎng)分的吸收；而根系的生長除了受 遺傳因素的影響外，還受環(huán)境因素的影響；同時， 這也提供了一條調節(jié)根系生長的途徑，即通過人為 改變土壤水分養(yǎng)分環(huán)境，調控根系生長向有利丁作 物產量形

31、成的和高效利用水肥的方向轉變。本試驗 結果表明，在地表卜灌施水分養(yǎng)分，不僅減少了耗水 最，還促進了根系的合理分布及改變光合產物在地4期何華等：灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響#26卷458植物生態(tài)學報26卷26卷上地下部分的分配，從而降低了根冠比，促進了地 上部分的生長和產暈的形成，對作物高效利用水分 和產量的提高是有利的。參考文獻Aung. I H 1974. shoot rrlatioiisliips. In: Carson E V ed Tlic plant rool and itb envimiuikMit Cliailottesville: Univeiity of

32、Virginia Press. 29 52.Blum, A. & J. W. Johnson. 1991. Hie effect of a drying top soil aixl a possible noiHlndmulic mot signals on wheat growth and yield. Journal of Exeprrimrnt Botany. 42: 1225 1231 Biuuwrr. R 1983 Fimclional vquilibnuin: sense or iionsrnscNetherlands Journal of Agricultural Sci

33、ence, 31:335 348.Guo.AH（郭安紅）.F.M. Li（李鳳民） Z.X. Li（李召祥）.B.S. Pang（龐斌雙）& L. Shan（山侖）.1999 Effect of topsoil （Imught and rrwit signals on yield foniiation of spring wheat. Chinese Journal of Applied Ecology（應用牛態(tài)學報）.10: 689 695（in Cliinese）Gyles. WH 1986. Feililizer placement mrthcKls. Crops and Soils. 38:1722 He, H.（何華）.S. W. Zliao （趙世偉）& G. L. Chen （陳國 良） 2000. Tlie eflect of different water and fertilizer conditionson Nuse-efficiency ofChinese Journal of ；pplird Ecology