土柱模拟条件下水分胁迫和磷对草地早熟禾耗水量的影响
时间：2023-01-15 19:35:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
李寿田， 顾国海， 汪成忠
(苏州农业职业技术学院，江苏苏州 215008)
我国是世界上最干旱的国家之一，干旱和半干旱面积占国土面积的50%以上，特别是我国北方地区水资源严重匮乏[1-2]。草地早熟禾(PoapratensisL.)作为我国北方地区的当家草种，得到了大面积应用[3]。但是，由于干旱和半干旱地区气候干旱和蒸发强烈等因素，草坪需水量大，容易造成“草坪好看不好养”和“草坪费水”等问题，制约了草坪在我国北方地区的进一步发展。磷作为植物大量元素之一，在植物生命活动中起着关键作用，但由于磷是土壤中有效性最低的元素，施入土壤中的磷当季利用率只有约15%，其余80%以上的磷被土壤固定成为不能被植物吸收利用的无效态磷[4]。这不仅会造成磷肥资源的巨大浪费，而且也使之易通过侵蚀、淋洗等途径造成水体污染及富营养化[5-6]。前人研究表明，草坪土壤水分含量、草坪灌溉和施肥等会影响草坪耗水量[7-9]，限水灌溉[10]、调整施肥量[8-9]等可以降低草坪蒸散量，从而减少草坪耗水量。
此外，施肥可以提高植物的水分利用效率，增强植物的抗旱性[11]。植物对养分的吸收、转移和分配会受到水分的影响[12-14]。增强草坪草的适应性、减少水分消耗和减少肥料使用量，但又不明显降低草坪质量是近年来草坪养护管理发展的新趋势。前人对草坪水分和养分的研究大多局限于水分或肥料的研究，笔者将水分和养分结合起来，研究水分胁迫和磷对草地早熟禾耗水量的影响，旨在为干旱和半干旱地区草坪草的水分利用和磷肥施用提供一些依据。
1.1 材料试验以Midnight(抗旱品种)和Brilliant(不抗旱品种)为研究材料[15]。
1.2 方法试验采取温室土培的形式进行。取高31 cm、直径11 cm的PVC管(上下均不封口)，用双层塑料薄膜将下部封口，然后用铁丝固定(图1)。将PVC管放在天平上，将事先配制好的基质(土壤取自耕层土壤，风干后过1 mm筛；
砂子颗粒为1 mm左右，并用水洗干净后风干。将土壤和砂子按土砂比1∶1混合均匀后，装入PVC管中墩实，并使上表面留出1 cm的高度，使土壤容重为1.54 g/cm3。然后，将一定量的去离子水缓慢倒入土柱中，使其达到田间持水量，过夜。混合基质的基本性状如下：有机质含量10.6 g/kg、全磷含量3.84 g/kg、水溶性磷含量2.06 mg/kg、有效磷含量15.68 mg/kg、速效钾含量31.77 mg/kg、全氮含量0.79 g/kg、速效氮含量18.42 mg/kg、pH 7.39。
2020年3月6日上午开始播种，取Midnight和Brilliant的种子，在每个PVC管中播150粒种子，播种完毕后用少量细土将种子覆盖，并将表面土壤用去离子水喷湿，然后在PVC管中用塑料薄膜封住保湿。6 d后种子开始萌发，当种子萌发后将封口用的塑料薄膜揭掉。每隔2 d用天平称量并加入去离子水至田间持水量[种子及苗子的重量忽略不计，为了保持整个土柱水分含量的一致性，每隔1 d从土柱上表面和下表面加水]。3月30日开始，每隔7 d浇0.25×Hoagland营养液30 mL(磷浓度为10 mg/kg)，14 d后(4月13日)修剪至草坪高度5 cm，继续浇0.25×Hoagland营养液30 mL，此后每隔7 d修剪1次(高度5 cm)。14 d后(4月27日)修剪结束，浇0.5×Hoagland营养液30 mL，此后每隔7 d修剪1次(高度均为5 cm)并浇0.5×Hoagland营养液30 mL(磷浓度均为10 mg/kg);14 d后(5月11日)对草坪草进行修剪，然后浇1×Hoagland营养液10 mL，14 d后(5月25日)修剪后再加入1×Hoagland营养液10 mL，并加入去离子水将土壤水分含量调整至田间持水量(不考虑草坪草植株的重量)，立即开始磷和水分胁迫处理。
处理分为磷和水分2个因素，磷设3个水平(P010 mg/kg、P1100 mg/kg和P2200 mg/kg)，水分设3个水平(S0田间持水量、S175%田间持水量和S250%田间持水量)，组成9个处理组合。对于磷处理，将已经配制好、不含磷的营养液母液配制成Hoagland营养液(包括N、K、Ca、Mg以及微量元素)，再用KH2PO4配制成磷浓度分别为10、100和200 mg/kg的溶液。针对配制磷溶液时多出来的K+，将KCl加入Hoagland营养液中进行补充，使N、K、Ca、Mg等营养元素的含量一致(Cl-除外)。处理开始后，每隔7 d修剪1次，修剪留茬高度至5 cm，并在每次修剪后加入营养液各10 mL。
1.3 测定项目与方法
1.3.1不同处理耗水量测定。每天17:00将每个土柱放在天平上进行称量，记作A；
然后，按照不同水分处理加入一定量的蒸馏水，使其达到各处理的水分含量(草坪草重量忽略不计)，记作B，以此类推。用前一天的读数B减去第2天的读数A，即为第2天草坪草的耗水量。在水分添加过程中，为了使整个土柱水分含量尽可能一致，在灌水时每隔1 d从土柱上表面或下表面加水。加水时，根据天平读数，用注射器吸取一定量的水。当在土柱上表面加水时，直接将水缓慢注入草坪草茎基部土壤表面；
当需要在土柱下表面加水时，用注水器吸取一定量的水，用针头刺破土柱基部的塑料薄膜，贴着PVC管壁将水缓慢注入，借助土柱底部土壤对水分的吸力将水分缓慢吸收(图1)。
图1 栽培土柱和加水示意
1.3.2数据统计与分析。所有试验数据均使用SAS 9.6软件进行LSD方差分析。
2.1 水分胁迫和磷对草地早熟禾每天耗水量的影响水分胁迫和磷对2种草地早熟禾每天耗水量的影响见图2和图3。从图2可以看出，不同处理每天耗水量存在较大的差异。在田间持水量条件下，除了个别处理每天耗水量有显著差异外，P0S0、P1S0和P2S0在整个处理期间每天耗水量无显著差异，而在75%田间持水量(S1)和50%田间持水量(S2)条件下，在整个处理期间P0、P1和P2处理每天耗水量均无显著差异。此外，在处理期间的有些时间段，田间持水量(S0)和75%田间持水量处理(S1)每天耗水量要显著大于50%田间持水量处理(S2)。
图2 水分胁迫和磷对Midnight每天耗水量的影响
从图3可以看出，与Midnight品种相似，Brilliant 不同处理每天耗水量存在较大差异。在田间持水量(S0)、75%田间持水量(S1)和50%田间持水量(S2)处理条件下，不同磷处理每天耗水量差异并不显著。另外，在有些时间段，75%田间持水量处理(S1)每天耗水量要显著大于50%田间持水量处理(S2)，但与田间持水量处理(S0)差异并不显著。
图3 水分胁迫和磷对Brilliant每天耗水量的影响
2.2 水分胁迫和磷对草地早熟禾耗水总量的影响将整个处理过程中所消耗的水分进行累加，即可得到整个处理期间的草坪草耗水总量。磷和水分胁迫对2个品种草地早熟禾耗水总量的影响见图4和图5。从图4可以看出，在同一水分处理条件下，随着磷添加量的增加，草坪草耗水总量有所增加，但不同磷处理之间的耗水总量并没有显著差异。在同一磷处理水平条件下，随着水分胁迫程度的增大，草坪草耗水总量逐渐下降，且田间持水量(S0)和75%田间持水量处理(S1)之间耗水总量无显著差异，但均显著高于50%田间持水量处理(S2)。
注：各处理间不同小写字母表示差异显著(P<0.05)
从图5可以看出，在低磷处理(P0)条件下，水分胁迫越严重，耗水总量越低，且3个水分处理之间耗水总量存在着显著差异。在P1和P2处理条件下，田间持水量(S0)和75%田间持水量(S1)之间耗水总量无显著差异，但均显著高于50%田间持水量(S2)。由此可见，磷的添加并未造成耗水总量的显著变化。
注：各处理间不同小写字母表示差异显著(P<0.05)
2.3 水分胁迫和磷对草地早熟禾需水量的影响草坪草需水量是指每生产1 g干物质所消耗的水分量。从图6可以看出，在低磷条件下，Midnight需水量在不同水分处理间无显著差异，50%田间持水量处理Brilliant需水量显著低于100%和75%田间持水量处理。在P1和P2处理条件下，除Midnight P1S0和P1S1处理需水量显著高于P2S2处理外，2个品种不同水分处理之间需水量均无显著差异；
在同一水分处理条件下，除了Brilliant品种中P0S2和P1S1处理间无显著差异外，P0处理需水量显著高于P1和P2处理。
注：各处理间不同小写字母表示差异显著(P<0.05)
该试验结果表明，随着水分胁迫的加剧，草坪草的耗水量降低。前人研究表明，当土壤中含水量过高时，草坪草的需水量会随之增加[16]，这说明草坪草具有奢侈耗水的特性，与该试验结果相一致。Dacosta等[17]研究表明，亏缺灌溉可以降低匍匐翦股颖草坪水分消耗量，从而提高水分利用效率，而严重水分亏缺则在导致耗水量下降的同时，也导致草坪草水分利用效率的下降。徐敏云等[18]研究表明，灌水量影响了草坪草的蒸散量，水分梯度大的处理蒸散量高于水分梯度小的处理，但蒸散量并不是仅由灌水量因子决定。试验期间温度、光照强度、蒸发量同样影响草坪草蒸散量的变化，当土壤含水量为70%～90%田间持水量时，蒸散作用主要由气象因子调节，而当土壤含水量为30%～50%田间持水量时，蒸散作用更多地受控于土壤水分。另外，通过对2个品种的比较发现，除了Midnight P0S2处理耗水总量高于Brilliant P0S2处理外，其他处理Brilliant耗水总量均高于Midnight相应处理。这可能是由于Midnight属于抗旱品种，其对水分的消耗要低于干旱敏感品种Brilliant。Huang[12]研究表明，干旱胁迫时耗水量下降可能与干旱胁迫时蒸腾速率下降有关，并且各品种间存在一定差异，抗旱性强的草地早熟禾品种气孔阻力低，从而可以通过关闭叶片气孔来降低蒸腾作用和减少水分散失[19]。
从耗水总量来看，不同处理在100%田间持水量(S0)和75%田间持水量(S1)条件下，不同磷处理耗水总量差异不显著(除Brilliant品种的P0S0和P0S1处理外)，但从草坪草需水量来看，磷的添加降低了草坪草需水量，也就是说磷的添加提高了草坪草的水分利用效率。这可能与磷的施加有利于植物叶片保持其细胞膜结构和功能的完整性有关。施磷肥有助于减轻水分胁迫对细胞膜的伤害，从而保证植物代谢的正常进行，有利于植物对干旱的抗性。另外，施磷肥可以明显增加叶片束缚水含量，增强组织耐脱水的能力，并对干旱条件下组织代谢活动表现出一定的促进作用[20]。梁银丽等[21]研究表明，施用磷肥可提高小麦幼苗干物质重与耗水量的比值，当相对含水量40%～58%时磷肥施用量增加，水分利用效率随之提高，且随着土壤干旱程度的加重，磷肥的施用效果愈加显著。因此，在干旱胁迫条件下适当施磷肥有助于降低草坪草的需水量，从而提高草坪草对水分的利用效率。
在同一水分处理条件下，磷的添加对草坪草每天耗水量和耗水总量无显著影响，但低磷处理(P0)条件下的草坪草需水量显著高于中磷(P1)和高磷(P2)处理(Brilliant P0S2和P1S1处理除外)。在同一磷处理水平下，随着水分胁迫程度的加剧，草坪草每天耗水量和耗水总量随之下降，对草坪草需水量的影响不大。因此，在土壤水分胁迫条件下适当施磷肥有助于降低草坪草的需水量，从而提高草坪草对水分的利用效率。
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