土柱模擬條件下水分脅迫和磷對草地早熟禾耗水量的影響

李壽田， 顧國海， 汪成忠

(蘇州農業職業技術學院，江蘇蘇州 215008)

我國是世界上最干旱的國家之一，干旱和半干旱面積占國土面積的50%以上，特別是我國北方地區水資源嚴重匱乏[1-2]。草地早熟禾(PoapratensisL.)作為我國北方地區的當家草種，得到了大面積應用[3]。但是，由于干旱和半干旱地區氣候干旱和蒸發強烈等因素，草坪需水量大，容易造成“草坪好看不好養”和“草坪費水”等問題，制約了草坪在我國北方地區的進一步發展。磷作為植物大量元素之一，在植物生命活動中起著關鍵作用，但由于磷是土壤中有效性最低的元素，施入土壤中的磷當季利用率只有約15%，其余80%以上的磷被土壤固定成為不能被植物吸收利用的無效態磷[4]。這不僅會造成磷肥資源的巨大浪費，而且也使之易通過侵蝕、淋洗等途徑造成水體污染及富營養化[5-6]。前人研究表明，草坪土壤水分含量、草坪灌溉和施肥等會影響草坪耗水量[7-9]，限水灌溉[10]、調整施肥量[8-9]等可以降低草坪蒸散量，從而減少草坪耗水量。

此外，施肥可以提高植物的水分利用效率，增強植物的抗旱性[11]。植物對養分的吸收、轉移和分配會受到水分的影響[12-14]。增強草坪草的適應性、減少水分消耗和減少肥料使用量，但又不明顯降低草坪質量是近年來草坪養護管理發展的新趨勢。前人對草坪水分和養分的研究大多局限于水分或肥料的研究，筆者將水分和養分結合起來，研究水分脅迫和磷對草地早熟禾耗水量的影響，旨在為干旱和半干旱地區草坪草的水分利用和磷肥施用提供一些依據。

1 材料與方法

1.1 材料試驗以Midnight(抗旱品種)和Brilliant(不抗旱品種)為研究材料[15]。

1.2 方法試驗采取溫室土培的形式進行。取高31 cm、直徑11 cm的PVC管(上下均不封口)，用雙層塑料薄膜將下部封口，然后用鐵絲固定(圖1)。將PVC管放在天平上，將事先配制好的基質(土壤取自耕層土壤，風干后過1 mm篩；砂子顆粒為1 mm左右，并用水洗干凈后風干。將土壤和砂子按土砂比1∶1混合均勻后，裝入PVC管中墩實，并使上表面留出1 cm的高度，使土壤容重為1.54 g/cm3。然后，將一定量的去離子水緩慢倒入土柱中，使其達到田間持水量，過夜。混合基質的基本性狀如下：有機質含量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、速效鉀含量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日上午開始播種，取Midnight和Brilliant的種子，在每個PVC管中播150粒種子，播種完畢后用少量細土將種子覆蓋，并將表面土壤用去離子水噴濕，然后在PVC管中用塑料薄膜封住保濕。6 d后種子開始萌發，當種子萌發后將封口用的塑料薄膜揭掉。每隔2 d用天平稱量并加入去離子水至田間持水量[種子及苗子的重量忽略不計，為了保持整個土柱水分含量的一致性，每隔1 d從土柱上表面和下表面加水]。3月30日開始，每隔7 d澆0.25×Hoagland營養液30 mL(磷濃度為10 mg/kg)，14 d后(4月13日)修剪至草坪高度5 cm，繼續澆0.25×Hoagland營養液30 mL，此后每隔7 d修剪1次(高度5 cm)。14 d后(4月27日)修剪結束，澆0.5×Hoagland營養液30 mL，此后每隔7 d修剪1次(高度均為5 cm)并澆0.5×Hoagland營養液30 mL(磷濃度均為10 mg/kg);14 d后(5月11日)對草坪草進行修剪，然后澆1×Hoagland營養液10 mL，14 d后(5月25日)修剪后再加入1×Hoagland營養液10 mL，并加入去離子水將土壤水分含量調整至田間持水量(不考慮草坪草植株的重量)，立即開始磷和水分脅迫處理。

處理分為磷和水分2個因素，磷設3個水平(P010 mg/kg、P1100 mg/kg和P2200 mg/kg)，水分設3個水平(S0田間持水量、S175%田間持水量和S250%田間持水量)，組成9個處理組合。對于磷處理，將已經配制好、不含磷的營養液母液配制成Hoagland營養液(包括N、K、Ca、Mg以及微量元素)，再用KH2PO4配制成磷濃度分別為10、100和200 mg/kg的溶液。針對配制磷溶液時多出來的K+，將KCl加入Hoagland營養液中進行補充，使N、K、Ca、Mg等營養元素的含量一致(Cl-除外)。處理開始后，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營養液各10 mL。

1.3 測定項目與方法

1.3.1不同處理耗水量測定。每天17:00將每個土柱放在天平上進行稱量，記作A；然后，按照不同水分處理加入一定量的蒸餾水，使其達到各處理的水分含量(草坪草重量忽略不計)，記作B，以此類推。用前一天的讀數B減去第2天的讀數A，即為第2天草坪草的耗水量。在水分添加過程中，為了使整個土柱水分含量盡可能一致，在灌水時每隔1 d從土柱上表面或下表面加水。加水時，根據天平讀數，用注射器吸取一定量的水。當在土柱上表面加水時，直接將水緩慢注入草坪草莖基部土壤表面；當需要在土柱下表面加水時，用注水器吸取一定量的水，用針頭刺破土柱基部的塑料薄膜，貼著PVC管壁將水緩慢注入，借助土柱底部土壤對水分的吸力將水分緩慢吸收(圖1)。

圖1 栽培土柱和加水示意

1.3.2數據統計與分析。所有試驗數據均使用SAS 9.6軟件進行LSD方差分析。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫和磷對草地早熟禾每天耗水量的影響水分脅迫和磷對2種草地早熟禾每天耗水量的影響見圖2和圖3。從圖2可以看出，不同處理每天耗水量存在較大的差異。在田間持水量條件下，除了個別處理每天耗水量有顯著差異外，P0S0、P1S0和P2S0在整個處理期間每天耗水量無顯著差異，而在75%田間持水量(S1)和50%田間持水量(S2)條件下，在整個處理期間P0、P1和P2處理每天耗水量均無顯著差異。此外，在處理期間的有些時間段，田間持水量(S0)和75%田間持水量處理(S1)每天耗水量要顯著大于50%田間持水量處理(S2)。

圖2 水分脅迫和磷對Midnight每天耗水量的影響

從圖3可以看出，與Midnight品種相似，Brilliant 不同處理每天耗水量存在較大差異。在田間持水量(S0)、75%田間持水量(S1)和50%田間持水量(S2)處理條件下，不同磷處理每天耗水量差異并不顯著。另外，在有些時間段，75%田間持水量處理(S1)每天耗水量要顯著大于50%田間持水量處理(S2)，但與田間持水量處理(S0)差異并不顯著。

圖3 水分脅迫和磷對Brilliant每天耗水量的影響

2.2 水分脅迫和磷對草地早熟禾耗水總量的影響將整個處理過程中所消耗的水分進行累加，即可得到整個處理期間的草坪草耗水總量。磷和水分脅迫對2個品種草地早熟禾耗水總量的影響見圖4和圖5。從圖4可以看出，在同一水分處理條件下，隨著磷添加量的增加，草坪草耗水總量有所增加，但不同磷處理之間的耗水總量并沒有顯著差異。在同一磷處理水平條件下，隨著水分脅迫程度的增大，草坪草耗水總量逐漸下降，且田間持水量(S0)和75%田間持水量處理(S1)之間耗水總量無顯著差異，但均顯著高于50%田間持水量處理(S2)。

注：各處理間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

從圖5可以看出，在低磷處理(P0)條件下，水分脅迫越嚴重，耗水總量越低，且3個水分處理之間耗水總量存在著顯著差異。在P1和P2處理條件下，田間持水量(S0)和75%田間持水量(S1)之間耗水總量無顯著差異，但均顯著高于50%田間持水量(S2)。由此可見，磷的添加并未造成耗水總量的顯著變化。

注：各處理間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

2.3 水分脅迫和磷對草地早熟禾需水量的影響草坪草需水量是指每生產1 g干物質所消耗的水分量。從圖6可以看出，在低磷條件下，Midnight需水量在不同水分處理間無顯著差異，50%田間持水量處理Brilliant需水量顯著低于100%和75%田間持水量處理。在P1和P2處理條件下，除Midnight P1S0和P1S1處理需水量顯著高于P2S2處理外，2個品種不同水分處理之間需水量均無顯著差異；在同一水分處理條件下，除了Brilliant品種中P0S2和P1S1處理間無顯著差異外，P0處理需水量顯著高于P1和P2處理。

注：各處理間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

3 討論

該試驗結果表明，隨著水分脅迫的加劇，草坪草的耗水量降低。前人研究表明，當土壤中含水量過高時，草坪草的需水量會隨之增加[16]，這說明草坪草具有奢侈耗水的特性，與該試驗結果相一致。Dacosta等[17]研究表明，虧缺灌溉可以降低匍匐翦股穎草坪水分消耗量，從而提高水分利用效率，而嚴重水分虧缺則在導致耗水量下降的同時，也導致草坪草水分利用效率的下降。徐敏云等[18]研究表明，灌水量影響了草坪草的蒸散量，水分梯度大的處理蒸散量高于水分梯度小的處理，但蒸散量并不是僅由灌水量因子決定。試驗期間溫度、光照強度、蒸發量同樣影響草坪草蒸散量的變化，當土壤含水量為70%～90%田間持水量時，蒸散作用主要由氣象因子調節，而當土壤含水量為30%～50%田間持水量時，蒸散作用更多地受控于土壤水分。另外，通過對2個品種的比較發現，除了Midnight P0S2處理耗水總量高于Brilliant P0S2處理外，其他處理Brilliant耗水總量均高于Midnight相應處理。這可能是由于Midnight屬于抗旱品種，其對水分的消耗要低于干旱敏感品種Brilliant。Huang[12]研究表明，干旱脅迫時耗水量下降可能與干旱脅迫時蒸騰速率下降有關，并且各品種間存在一定差異，抗旱性強的草地早熟禾品種氣孔阻力低，從而可以通過關閉葉片氣孔來降低蒸騰作用和減少水分散失[19]。

從耗水總量來看，不同處理在100%田間持水量(S0)和75%田間持水量(S1)條件下，不同磷處理耗水總量差異不顯著(除Brilliant品種的P0S0和P0S1處理外)，但從草坪草需水量來看，磷的添加降低了草坪草需水量，也就是說磷的添加提高了草坪草的水分利用效率。這可能與磷的施加有利于植物葉片保持其細胞膜結構和功能的完整性有關。施磷肥有助于減輕水分脅迫對細胞膜的傷害，從而保證植物代謝的正常進行，有利于植物對干旱的抗性。另外，施磷肥可以明顯增加葉片束縛水含量，增強組織耐脫水的能力，并對干旱條件下組織代謝活動表現出一定的促進作用[20]。梁銀麗等[21]研究表明，施用磷肥可提高小麥幼苗干物質重與耗水量的比值，當相對含水量40%～58%時磷肥施用量增加，水分利用效率隨之提高，且隨著土壤干旱程度的加重，磷肥的施用效果愈加顯著。因此，在干旱脅迫條件下適當施磷肥有助于降低草坪草的需水量，從而提高草坪草對水分的利用效率。

4 結論

在同一水分處理條件下，磷的添加對草坪草每天耗水量和耗水總量無顯著影響，但低磷處理(P0)條件下的草坪草需水量顯著高于中磷(P1)和高磷(P2)處理(Brilliant P0S2和P1S1處理除外)。在同一磷處理水平下，隨著水分脅迫程度的加劇，草坪草每天耗水量和耗水總量隨之下降，對草坪草需水量的影響不大。因此，在土壤水分脅迫條件下適當施磷肥有助于降低草坪草的需水量，從而提高草坪草對水分的利用效率。