局部供氮对干旱胁迫下玉米苗期生长发育和水氮利用的影响OA北大核心CSTPCD

【目的】春旱频繁和过度施氮不利于春玉米苗期生长发育,并对后期生长和产量造成负面影响。研究干旱胁迫下局部供氮对玉米苗期生长、根系形态和水氮利用的影响,以期为促进玉米苗期根系发育、实现水氮高效利用和高产稳产提供技术依据。【方法】2021和2022年设置玉米水、氮两因素分根盆栽试验,设计5种供氮方式:不施氮(两侧均不施氮,N0/N0)、均匀低氮(两侧均低氮,LN/LN)、局部低氮(A侧低氮而B侧不施氮,LN/N0)、均匀高氮(两侧均高氮,HN/HN)和局部高氮(A侧高氮而B侧不施氮,HN/N0),供氮一侧LN和HN的施氮量分别为每kg干土中施氮0.12和0.24g;水分管理于三叶期开始并持续3周,设计3个土壤水分状况:重度干旱(35%田间持水量,W0)、适度干旱(55%田间持水量,W1)和正常水分(75%田间持水量,W2)。水分管理结束后测定植株生长性状、干重、根长、氮素吸收量、耗水量、水氮利用效率等指标。【结果】干旱胁迫显著抑制玉米苗期的植株生长、干物质累积和氮素吸收,但提高根冠比。相比W2,W0导致总根长平均降低48.0%,而W1对根长影响较小。干旱胁迫降低玉米的氮素回收利用率,W0和W1较W2平均分别下降10.1和4.6个百分点,W0还导致水分利用效率平均降低19.4%,而W1则使水分利用效率平均提高11.9%。供氮方式也显著影响玉米苗期的植株生长、干物质累积与氮素吸收利用,而且水氮两因素呈现出显著的交互作用。基于2022年结果,LN/LN地上部干重最高,W0、W1和W2条件下相比N0/N0分别提高8.3%、12.6%和23.6%。根系干重以LN/N0最高,3个水分条件下较N0/N0分别提高9.5%、17.0%和31.2%,且W1和W2条件下显著提高根冠比。HN/HN对玉米苗期生长的负面影响最严重,地上部干重在W0、W1和W2条件下较N0/N0分别下降30.1%、14.6%和7.0%,根系干重降幅更高(41.0%、44.2%和34.9%),因此显著降低根冠比。HN/N0对地上部干重影响较小,但显著降低根干重和根冠比。相比N0/N0,HN/HN和HN/N0均导致根长显著降低,而LN/N0通过促进未供氮一侧的根系增殖而显著增加总根长。施氮显著提高氮素吸收量,各水分条件下均以LN/LN较高,而LN/N0较低,氮素回收利用率则以LN/LN较高,而HN/HN较低。随干旱胁迫程度的减轻,各处理间氮素吸收量和氮素回收利用率的差异明显增大。植株耗水量和水分利用效率均以LN/LN和LN/N0较高,其次为HN/N0,而HN/HN最低。与不施氮相比,均匀或局部低氮对玉米苗期发育呈现促进作用,而均匀或局部高氮则呈抑制作用,而且干旱胁迫程度增加导致均匀或局部高氮供应的负面效应加剧。总体上,局部供氮方式较均匀供氮方式对根系生长的影响更大,诱导了根系的形态可塑性反应。相关分析发现,不同水分和供氮条件下,玉米苗期地上部干重、水分利用效率、氮素回收利用率与总根长均呈显著的正相关关系。对于局部供氮方式,未供氮一侧根长与地上部干重、水分利用效率和氮素回收利用率的相关性更高。【结论】与均匀供氮相比,局部供氮方式可促进玉米苗期根系在未施氮一侧的大量增殖而增加干重并提高总根长。推荐采用局部低氮供应方式施用基肥以促进苗期根系发育,提高水分利用效率和植株耐旱性。