Effect of drip irrigation and nitrogen management on inorganic nitrogen content and nitrous oxide emission in maize-planting soil
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摘要:目的
获得玉米种植土壤氧化亚氮(N2O)减排的滴灌施肥模式，揭示不同滴灌灌水量和施氮比例下土壤无机氮含量对土壤N2O排放的影响。
方法在移动防雨棚内开展2季玉米3种滴灌灌水量(W60、W80和W100分别为田间持水量的50%~60%、70%~80%和90%~100%)和2种滴灌施氮比例(等N量为180 kg · hm−2，其中，F55为50%氮肥作基肥土施、50%氮肥作滴灌施肥，F37为30%氮肥作基肥土施、70%氮肥作滴灌施肥)的田间试验，测定生育期内土壤N2O通量和不同生育时期土壤无机氮含量，计算不同生育时期和全生育期土壤N2O排放量，分析土壤N2O通量与土壤无机氮含量之间的关系。
结果2季玉米土壤的N2O排放规律相似；相同施氮比例下，W100水分处理下土壤N2O排放通量在多数玉米生育时期高于W60和W80，表明高水分处理下土壤N2O排放通量高于中、低水分处理；相同水分处理下，除夏季玉米苗期外，土壤N2O排放通量施氮比例F55比F37更低。从整个生育时期土壤N2O累积排放量来看，春季玉米种植土壤W60F55处理N2O累积排放量低于其他处理，W80F55次之，夏季玉米种植土壤则是W60F37和W80F55处理的N2O累积排放量均较低。另外，2季玉米的土壤N2O通量与硝态氮和亚硝态氮含量之间显著相关，相关系数分别为0.433~0.579和0.396~0.532。
结论W80F55处理(田间持水量的70%~80%，以及50%氮肥作基肥土施，50%氮肥作滴灌施肥)降低种植玉米的土壤N2O排放。此外，土壤硝态氮和亚硝态氮含量显著影响土壤N2O排放。
Abstract:ObjectiveThe objectives of this study were to obtain a rational drip fertigation mode for reducing nitrous oxide (N2O) emission in maize-planting soil, and reveal the effects of soil inorganic nitrogen content on N2O emission under different drip irrigation amount and nitrogen fertigation ratios.
MethodIn the mobile rainproof shelter, two-season maize experiments with three drip irrigation amount (W60, W80 and W100 were 50%−60%, 70%−80% and 90%−100% of field water holding capacity, respectively) and two nitrogen fertigation proportions (F55: 50% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer, and 50% nitrogen fertilizer as fertigation, F37: 30% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer, and 70% nitrogen fertilizer as fertigation; Both of F55and F37 had the equal nitrogen rate of 180 kg·hm−2) were carried out. The soil N2O flux over the whole growth stage and soil inorganic nitrogen content at different growth stages were measured. Soil N2O emissions at the different growth stages and over the whole growth stage were calculated and the relationships between soil N2O flux and soil inorganic nitrogen content were analyzed.
ResultThe N2O emission fluxes of corn soil in two seasons were similar. Under the same nitrogen application ratio, soil N2O emission fluxes under W100 water treatment were higher than those under W60 and W80 in most maize growth periods, indicating that soil N2O emission fluxes under high water treatment were higher than those under medium and low water treatment. Under the same water treatment, soil N2O emission flux ratio of F55 was lower than that of F37 except in summer maize seedling stage. During the whole growth period, the cumulative emission of soil N2O under W60F55 treatment in spring was lower than that under other treatments, followed by W80F55, while those under W60F37 and W80F55 treatments in summer were lower. In addition, in two seasons, soil N2O flux was significantly correlated with nitrate nitrogen and nitrite nitrogen contents, with correlation coefficients ranging from 0.433 to 0.579 and 0.396 to 0.532, respectively.
ConclusionW80F55 treatment (70%−80% field water holding capacity, 50% nitrogen fertilizer as basal fertilizer and 50% nitrogen fertilizer as fertigation) reduces N2O emission from maize-planting soil. In addition, soil nitrate nitrogen and nitrite nitrogen contents significantly affect soil N2O emission.
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Keywords:
- Drip fertigation /
- Nitrate nitrogen /
- Nitrite nitrogen /
- Cumulative N2O emission
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合适的土壤水分有利于保障植物生理过程的正常运行[1]，而土壤含水量过高或过低会影响植物的生长发育和生命物质的积累[2-4]。随着城市的扩张，越来越多的自然栖息地被不透水表面取代，从而造成水资源短缺、洪水和河流侵蚀等一系列城市雨洪问题[5]；另一方面，华南地区水体形式多样，滨水植物的应用成为城市蓝色廊道规划和建设中重要的组成部分[6]。因此，城市园林树木面临着多种水分环境，其生长容易受到水分胁迫带来的负面影响。在面对环境胁迫时，植物可以发挥表型可塑性，改变自身形态和功能做出应答[7]。叶片和根系是高等植物获取资源的主要器官，其性状反映了植物在生长发育过程中对环境的响应[8-9]。植物的叶性状间、根系性状间普遍存在相关性[10]，然而在不同地域、不同植物中，叶−根系性状间的协同性呈现出不同的规律[11]。植物形态学性状具有易于测定和实践应用的特点[11]，相关研究多集中于叶片，而根系对于环境变化的响应以及叶−根系性状耦合关系方面的研究则相对缺乏[12-14]。
大花紫薇Lagerstroemia speciosa树形优美、花大色艳、花期长，原产于热带沼泽地，对干旱和水淹具有一定的适应能力，广泛应用于华南地区的园林绿地[15-17]，而关于大花紫薇在水分胁迫下的形态响应研究鲜见报道。本研究设置4个水分处理，以大花紫薇的1年生幼苗为研究材料，测定植株在水分胁迫期间及解除后的叶、根系性状和生物量指标，了解大花紫薇的生长适应策略，分析其叶、根系性状间的相关性，探究抗性园林树种的抗旱耐淹机制，以期在城市水生态问题日益严峻、河流蓝色廊道建设的大背景下，为园林树种的选择及水分管理提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 试验地自然概况
本试验于广州市华南农业大学农事训练基地(23°09'28''N、113°21'07''E)的大棚内开展；广州市光照充足，年光照时长达1 945 h；降水量丰沛，年平均降水量为1 800 mm，降雨主要集中在春夏季；年平均气温21.5~22.2 ℃[18]。试验周期内最热月均温为29.7 ℃，最冷月均温为26.4 ℃。
1.2 试验材料
于2022年7月选择株高约58 cm、地径约5.2 mm、长势良好的1年生幼苗，移栽于直径18 cm、高15 cm的塑料花盆中；栽培土壤为黄心土和营养土按体积比2∶1混合，土壤容重为(1.12±0.05) g/cm3，田间持水量为(32.56±1.90)%，移植后的栽培土壤高度约为12 cm，每盆均种植1株植物。
1.3 试验设计
于8月16日开展30 d水分胁迫试验，试验参考前人[19-20]的研究方法设置4个水分处理：干旱处理(DR)、水淹处理(WL)、水淹−干旱交叉处理(WD)和对照(CK)。DR处理是盆栽基质自然失水至中度干旱，土壤含水量维持在田间持水量的50%~55%；WL处理是将植株放置于注水的塑料池中，水位保持在土壤表面上方5 cm处；WD处理是先进行15 d水淹处理，再将水池的水放干，进行15 d中度干旱处理，维持在田间持水量的50%~55%；CK处理为正常浇水，维持在田间持水量的70%~80%。参照李斐等[21]设置与胁迫时间相等的30 d恢复生长时间，于9月14日开始对DR、WL和WD处理的植株进行正常浇水，维持在田间持水量的70%~80%。试验共持续60 d，试验第30天为胁迫终期，试验第60天为恢复终期。本试验土壤含水量采用称重法和土壤水分探测仪相结合的方式进行控制和测定，并于每天18:00对各植株补充水分至试验范围内。试验每个处理设置64株幼苗，测定指标时各处理取4株幼苗作为4次重复。
1.4 测定指标与方法
1.4.1 叶性状指标
于胁迫终期和恢复终期摘取植株中上部4片健康的成熟叶片，使用CanoScan LiDE120扫描仪对叶片进行图像扫描，使用Image J软件对图像进行分析，得出叶面积；避开叶脉选取每个叶片上、中、下3个部位，使用游标卡尺(精确度为1 mm)进行叶厚度测量，取平均值。将叶片烘干至恒质量后，使用精确度为0.001 g的电子天平称取叶片干质量。按照公式计算以下指标：
$$ \text{比叶面积}=\text{叶面积}/\text{叶}\text{干质量}， $$ $$ \text{叶组织密度}=\text{叶}\text{干质量}/(\text{叶面积} \times \text{叶厚度})。 $$ 总叶面积的测量是对每棵植株所有的叶片进行图像扫描，并用Image J软件对图像进行分析得出整株植物的总叶面积数据。
1.4.2 根系性状指标
试验开始后每隔15 d进行1次取样。植株脱盆后用清水洗净根部泥土，将完整根系剪下，使用中晶i800 plus扫描仪对根系进行图像扫描，并用杭州万深LA-S植物根系分析系统对图像进行分析，导出根长、根表面积、根体积、直径<2 mm根系即细根的根长和根表面积指标。将根系烘干至恒质量后，使用精确度为0.001 g的电子天平称取根干质量。根据公式计算以下指标：
$$ \text{比}\text{根长}=\text{根长}/\text{根}\text{干质量，} $$ $$ \text{比根面积}=\text{根表面积}/\text{根干质量，} $$ $$ \text{根组织密度}=\text{根}\text{干质量}/\text{根体积，} $$ $$ \text{细根根长占比}=(\text{细根根长}/\text{根长}) \times {100}{\text{%，}} $$ $$ \text{细根表面积占比}=(\text{细根表面积}/\text{根}\text{表面积}) \times {100}{\text{%。}} $$ 1.4.3 生物量指标
于胁迫终期和恢复终期使用剪刀将植株的叶、茎、根分开，置于烘箱中烘干至恒质量，使用精确度为0.001 g的电子天平分别称取植株叶、茎、根的干质量。根据公式计算以下指标：
$$ \text{总生物量}=\text{叶}\text{干质量} + \text{茎干质量} + \text{根干质量，} $$ $$ \text{叶生物量占比}=(\text{叶}\text{干质量}/\text{总生物量}) \times {100}{\text{%，}} $$ $$ \text{茎生物量占比}=(\text{茎}\text{干质量}/\text{总生物量}) \times {100}{\text{%，}} $$ $$ \text{根生物量占比}=(\text{根}\text{干质量}/\text{总生物量}) \times {100}{\text{%，}} $$ $$ \text{根冠比}=\text{根干质量}/(\text{叶干质量} + \text{茎干质量})。 $$ 1.5 数据处理与分析
采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20软件对试验数据进行统计分析。采用单因素(One-way ANOVA)和Duncan’s法进行方差分析和多重比较，显著性水平设定为P < 0.05；使用Origin 2021软件进行Pearson 相关性分析。图像均使用Origin 2021软件处理和绘制。图表中数据均为平均值±标准误的形式。
2. 结果与分析
2.1 水分胁迫对叶性状的影响
胁迫终期，水分胁迫对大花紫薇的比叶面积没有显著影响(表1)；DR、WL、WD处理的叶组织密度相较CK均显著升高(P<0.05)；DR处理的总叶面积显著低于CK(P<0.05)，叶厚度与CK差异不显著；在WL处理下，叶厚度相较CK显著降低(P<0.05)，总叶面积与CK无显著差异；WD处理的总叶面积和叶厚度相较CK显著下降(P<0.05)。恢复终期，DR、WL、WD处理的总叶面积和比叶面积均显著低于CK(P<0.05)；DR和WD处理的叶组织密度显著高于CK(P<0.05)，叶厚度与CK差异不显著；WL处理的叶厚度相较CK显著升高(P<0.05)，叶组织密度与CK无显著差异。
表 1 水分胁迫对叶性状的影响1)Table 1. The effects of water stress on the leaf traits时期
Period处理
Treatment总叶面积/cm2
Total leaf area叶厚度/mm
Leaf thickness比叶面积/(cm2·g−1)
Specific leaf area叶组织密度/(g·cm−3)
Leaf tissue density胁迫终期
Ending of stressCK 1263.33±159.44a 0.15±0.01a 285.40±25.61a 0.24±0.01c DR 566.50±55.41b 0.14±0.01a 241.11±20.47a 0.29±0.01b WL 928.86±141.87ab 0.11±0.00b 263.85±12.02a 0.35±0.01a WD 751.96±58.95b 0.11±0.00b 260.51±18.27a 0.34±0.02a 恢复终期
Ending of recoveryCK 1705.76±150.45a 0.12±0.00b 257.51±12.98a 0.32±0.01b DR 1051.85±60.89b 0.12±0.01b 176.03±6.33b 0.49±0.03a WL 1238.43±131.78b 0.15±0.01a 198.80±17.97b 0.35±0.02b WD 1254.88±98.10b 0.13±0.01ab 163.72±2.52b 0.46±0.01a 1) CK：对照，DR：干旱，WL：水淹，WD：水淹−干旱交叉；相同时期同列数据后的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
1) CK: Control, DR: Drought, WL: Waterlogging, WD: Waterlogging-drought alternating; Different lowercase letters of the same column in the same period indicate significant differences among treatments (P<0.05, Duncan’s method)2.2 水分胁迫对根系性状的影响
试验第15天，水分胁迫对根长、根表面积、比根长、比根面积无显著影响，仅DR处理的根组织密度相较CK显著上升(P<0.05)(图1)。胁迫终期(试验第30天时)，DR处理下的根组织密度恢复至CK水平，其他指标与CK无显著差异；WL和WD处理下的大花紫薇的细根根长占比、细根表面积占比相较CK显著升高(P<0.05)，根长、根表面积和根组织密度与CK无显著差异，其中WL处理下的比根长和比根面积相较CK显著上升(P<0.05)，而WD与CK无显著差异。恢复期第15天(试验第45天)时，DR处理的根系指标均与CK无显著差异，根长、根表面积、细根根长占比和细根表面积占比仅在WD处理较CK显著升高(P<0.05)；WL、WD处理的比根面积和WD处理的比根长相较CK显著升高(P<0.05)。恢复终期(试验第60天时)，DR、WD处理的根表面积和WD处理的根长显著高于CK(P<0.05)，DR、WL、WD处理的细根表面积占比分别相比CK提高了9.59%、12.42%、13.57%(P<0.05)，WL处理的根长和根表面积与CK无显著差异；比根长和比根面积仅在WL处理下显著高于CK(P<0.05)；各处理间植株的根组织密度无显著差异。
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图 1 水分胁迫对根系性状的影响CK：对照，DR：干旱，WL：水淹，WD：水淹−干旱交叉；R0为水分胁迫解除的胁迫终期和恢复期起点，R15和R30分别为水分胁迫解除后恢复期的第15、30天，其中R30为恢复终期；各图中，相同时间的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)Figure 1. The effects of water stress on the root traitsCK: Control, DR: Drought, WL: Waterlogging, WD: Waterlogging-drought alternating; R0 represents the ending of stress and the starting of recovery period after water stress is relieved, while R15 and R30 represent the 15th and 30th days of recovery period after water stress is relieved, with R30 being the ending of recovery period; In each figure, different lowercase letters of the same time indicate significant differences among treatments (P<0.05, Duncan’s method)2.3 水分胁迫对生物量及分配的影响
胁迫终期和恢复终期，各处理间植株的总生物量无显著差异(图2)；仅DR处理的根冠比和根生物量占比显著高于CK(P<0.05)(图2、3)，其中根冠比分别相比各自的CK提升了40.93%和70.06%。胁迫终期(图3A)，DR、WL、WD处理的茎生物量占比均显著高于CK(P<0.05)；DR、WD处理的叶生物量占比相较CK显著降低(P<0.05)；大花紫薇根系包括地下部根系和茎基部生长的不定根，在WL处理下，不定根生物量占根生物量的26.95%，叶生物量占比与CK无显著差异。恢复终期(图3B)，DR、WL、WD处理的叶生物量占比均显著低于CK(P<0.05)；WL处理的茎生物量占比显著高于CK(P<0.05)。
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图 2 水分胁迫对总生物量和根冠比的影响CK：对照，DR：干旱，WL：水淹，WD：水淹−干旱交叉；各图中，相同指标的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)Figure 2. Effects of water stress on total biomass and root-shoot ratioCK: Control, DR: Drought, WL: Waterlogging, WD: Waterlogging-drought alternating; In each figure, different lowercase letters of the same index indicate significant differences among treatments (P<0.05, Duncan’s method)![]()
图 3 水分胁迫对生物量分配的影响CK：对照，DR：干旱，WL：水淹，WD：水淹−干旱交叉；各图中，相同指标的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)Figure 3. Effects of water stress on biomass allocationCK: Control, DR: Drought, WL: Waterlogging, WD: Waterlogging-drought alternating; In each figure, different lowercase letters of the same index indicate significant differences among treatments (P<0.05, Duncan’s method)2.4 叶性状和根系性状的相关关系
相关性分析(图4)表明，叶性状指标之间、根系性状指标之间和叶−根系性状指标之间均存在相关性。比叶面积和叶组织密度之间极显著负相关(P<0.01)。根长和根表面积、比根长和比根面积均呈极显著正相关(P<0.01)，比根面积和根组织密度极显著负相关(P<0.01)。叶−根系性状指标间的相关关系主要表现为：比叶面积和根长、根表面积呈极显著负相关(P<0.01)，叶组织密度和根长、根表面积呈极显著正相关(P<0.01)，总叶面积和根组织密度呈显著负相关(P<0.05)。
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图 4 叶和根系性状指标相关性分析热图TLA：总叶面积，LT：叶厚度，SLA：比叶面积，LTD：叶组织密度，RL：根长，RSA：根表面积，SRL：比根长，SRSA：比根面积，RTD：根组织密度；“*”和“**”分别表示在P < 0.05和P < 0.01水平显著相关(Pearson法)Figure 4. Heat map of correlation analysis among leaf and root traitsTLA: Total leaf area, LT: Leaf thickness, SLA: Specific leaf area, LTD: Leaf tissue density, RL: Root length, RSA: Root surface area, SRL: Specific root length, SRSA: Specific root surface area, RTD: Root tissue density; “*” and “**” indicate significant correlations at P<0.05 and P<0.01 levels respectively (Pearson method)3. 讨论与结论
3.1 水分胁迫对大花紫薇生长的影响
土壤水分是保障植物正常生长发育的重要环境因子之一[1]。大花紫薇的总生物量积累在胁迫终期和恢复终期未受到影响，表明该植物对水分胁迫具有较强的适应能力。根据水力分割假说，当植物面临水分亏缺时，植物会牺牲寿命短且更新快速的叶片，从而维持寿命长且碳投资量大的茎生长，避免发生水力破坏[22]。同时，植物在水淹导致的低氧环境下，水分运输受到阻碍，植物处于生理性干旱状态[23]；水淹解除或向干旱环境转变时，植物更容易产生氧化应激并造成脱水危害[19]。本研究发现，3种水分胁迫处理终期时，大花紫薇的茎生物量分配得到提高，其中在DR、WD胁迫终期和WL恢复终期，大花紫薇的总叶面积和叶生物量分配相较CK显著降低，表明大花紫薇可通过增大对茎的生物量投资以维持自身的水分生理功能。叶厚度的变化与植物保水能力相关，叶厚度的增加可以提升植物叶片的储水能力[24]。大花紫薇叶厚度在WL和WD环境下显著低于CK，水淹解除后其叶厚度相较CK显著上升，推测是较低的叶厚度有利于保证植物在WL和WD环境下具有适量的水分进行生长，而较高的叶厚度有利于在水淹解除后减少水分的流失。
根系是植物在面对土壤环境变化时最先感知并作出调整响应的器官，其生长决定着植物对水分和养分的吸收能力；通常认为细根是根系中最活跃的部分[9, 25]。面对不同的水分胁迫类型，大花紫薇根系表现出不同的生长策略。WL处理下，大花紫薇的根长、根表面积在试验第15天、胁迫终期时相较CK无显著差异，其细根根长占比和细根表面积占比在胁迫终期显著升高，这与茎基部生长的不定根有关。大花紫薇根系对水淹环境的响应与前人对蒲桃Syzygium jambos的研究结果[26]一致；在水淹环境下，植物的地下部根系生长受到抑制，甚至因为缺氧而死亡，但不定根的生长可以代替受损的地下部根系承担起养分、氧气的传导和吸收功能，从而保证大花紫薇的根长、根表面积不受影响。根据最优分配理论，植物面对胁迫时，生物量分配的调整可以优化植物生长速率和资源获取，保证存活率和适应能力[27]。DR胁迫终期和复水后，根系的生长未受到负面影响，其根冠比和根生物量占比相较CK显著升高，表明在缺水条件下，植物降低了地上部的生物量分配，把更多的资源分配到根部，以获取更多的水分，与前人对黑果腺肋花楸Aronia melanocarpa的研究结果[28]一致，是抗旱能力得到提升的体现。WD胁迫终期时，细根根长占比和细根表面积占比相较CK得到提升，可能是植物根系在水分交替环境中具有较好的补偿生长能力[20]。在恢复终期，DR、WL和WD处理的细根表面积占比相较CK显著升高，这表明水分胁迫解除有利于提高根系的吸收能力。
3.2 水分胁迫对大花紫薇资源获取利用策略的影响
Wright等[29]提出的“叶经济谱”显示，比叶面积较高、叶氮含量和叶组织密度较低的植物具有较高的光合能力和呼吸速率，但其资源在防御和维持叶寿命方面的投资较少；反之，植物的叶组织密度较高，其资源多投资于植物的防御结构，表明植物可以通过性状间的组合、调节应对环境的变化。本研究中，大花紫薇的比叶面积与叶组织密度极显著负相关，表现为快速生长与构建防御结构间的权衡关系，与“叶经济谱”相一致。3种水分胁迫处理的叶组织密度在胁迫终期相较CK显著上升；而比叶面积在恢复终期相较CK显著下降，表明在水分胁迫环境下，大花紫薇的叶片通过降低生长速率、最大限度地减少资源损耗以适应逆境，该结果与中华蚊母树Distylium chinense[30]、胡杨Populus euphratica[31]对水分胁迫逆境的适应策略一致。除此之外，大花紫薇的叶组织密度与根长、根表面积呈正相关关系，表明大花紫薇可通过根系的生长提高地上部叶片的防御能力。
根组织密度的升高有利于植物根系在土壤中的延展生长[32]。胁迫第15天时，DR处理下的根组织密度相较CK显著升高，但从胁迫终期开始与CK无显著差异；根组织密度与总叶面积呈负相关关系，表明大花紫薇可在提升根系延伸能力的同时降低叶面积应对短期干旱。较高的比根长和比根面积是植物根系对资源高效、快速利用的表现[33]。胁迫终期和恢复终期时，WL处理的比根长和比根面积相较CK呈上升趋势；WD在胁迫解除后比根长、比根面积先升高后恢复至CK水平，表明短期的WL和WD胁迫可提高大花紫薇根系的资源利用能力。在“叶经济谱”的基础下，有学者提出“根经济谱”的假设，即比根长、比根面积等代表根系资源快速获取利用的性状，与根组织密度等代表资源用于防御的保守利用策略性状之间存在权衡关系[34]。本研究中，大花紫薇的比根面积与根组织密度显著负相关，与前人对骆驼刺Alhagi camelorum 的研究结果[10]相似，符合“根经济谱”，但该假说的研究对象以细根为主，盆栽园林树木幼苗的整体根系是否适用于该假说还有待进一步研究。同时，“根系经济空间”理论提出，植物根系资源的获取、利用权衡关系具有多维性，其中与根系生长环境的生物因素有着重要关联，而不仅仅局限于根系形态维度[35]。另一方面，表征大花紫薇叶片、根系资源快速获取利用性状的比叶面积和比根长、比根面积之间无相关关系，推测是叶−根系间的资源获取、利用策略存在独立性的缘故[36]。
3.3 结论
大花紫薇幼苗对水分胁迫具有较强的适应能力。本研究中，大花紫薇降低总叶面积以响应干旱、水淹−干旱交叉胁迫和水淹胁迫解除造成的氧化应激；面对3种水分胁迫，大花紫薇在胁迫终期表现出较高的叶组织密度，在恢复终期表现出较低的比叶面积。胁迫终期，水淹和水淹−干旱交叉胁迫提高了细根根长占比和细根表面积占比，水淹胁迫及解除可促进比根长、比根面积的升高；胁迫解除后，3种水分胁迫处理的细根表面积占比得到提升。胁迫终期时，3种水分胁迫下的植株提升了茎生物量的分配，以维持水分生理功能；干旱胁迫可提高根系生物量分配。根系生长对叶组织密度的提升有正向作用。水分胁迫改变了植物的叶、根系形态以及生物量分配，其叶−根系性状间存在一定的相关性；短期的水分胁迫对大花紫薇幼苗根系生长具促进作用，使其更好地适应城市园林绿地复杂多变的水分条件，最大程度上发挥植物的景观功能和生态作用。
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图 1 不同处理下春季和夏季玉米土壤N2O通量的变化
图中向下箭头所指为施肥时间；W60、W80和W100分别为田间持水量的50%~60%、70%~80%和90%~100%；F55：50%氮肥作基肥土施、50%氮肥作滴灌施肥；F37：30%氮肥作基肥土施、70%氮肥作滴灌施肥
Figure 1. Changes of N2O fluxes in spring and summer maize soil under different treatments
The downward arrow in the figure represents each fertilization time; W60, W80 and W100 were 50%−60%, 70%−80% and 90%−100% of field water holding capacity, respectively; F55: 50% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 50% nitrogen fertilizer as fertigation; F37: 30% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 70% nitrogen fertilizer as fertigation
表 1 玉米各生育期不同水肥处理的灌水量1)
Table 1 Irrigation amount at each growth stage of maize in different water and fertilizer treatments
mm 季节 Season 生育期 Growth stage W60F37 W60F55 W80F37 W80F55 W100F37 W100F55 春季 Spring 苗期 Seedling stage 57.9 57.9 90.0 91.3 114.6 115.3 拔节期 Jointing stage 103.1 108.2 142.2 156.6 216.6 214.2 抽穗期 Heading stage 95.1 70.9 117.4 96.0 153.9 153.5 成熟期 Maturing stage 36.3 52.5 84.9 89.2 119.2 119.7 合计 Total 292.3 289.5 434.5 433.1 604.3 602.7 夏季 Summer 苗期 Seedling stage 57.9 57.9 69.4 69.4 81.0 81.0 拔节期 Jointing stage 147.3 139.8 215.3 232.7 283.5 286.9 抽穗期 Heading stage 93.8 105.6 143.2 119.1 199.5 190.3 成熟期 Maturing stage 19.1 11.7 47.7 56.5 70.2 74.4 合计 Total 318.0 314.9 475.6 477.7 634.2 632.7 1) W60、W80和W100分别为田间持水量的50%~60%、70%~80%和90%~100%；F55： 50%氮肥作基肥土施、50%氮肥作滴灌施肥；F37：30%氮肥作基肥土施、70%氮肥作滴灌施肥 1) W60, W80 and W100 are 50%−60%, 70%−80% and 90%−100% of field water holding capacity, respectively; F55: 50% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 50% nitrogen fertilizer as fertigation; F37: 30% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 70% nitrogen fertilizer as fertigation 
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表 2 不同处理下玉米各生育期土壤N2O累积排放量及方差分析1)
Table 2 Cumulative emissions of N2O at each growth stage of maize under different treatments
g·hm−2 季节 Season 水分处理(W) Water treatment 施氮比例(F) Fertigation proportion 苗期 Seedling stage 拔节期 Jointing stage 抽穗期 Heading stage 成熟期 Maturing stage 总计 Total 春季 W60 F37 45.20±2.94a 32.36±0.60a 23.02±1.17bc 15.01±1.14a 115.59±3.25a Spring F55 22.30±1.66c 24.54±1.22b 14.59±1.96d 11.51±0.86a 72.94±3.91c W80 F37 37.72±2.29ab 21.80±1.90b 27.62±3.24ab 15.59±1.83a 102.74±8.19ab F55 25.18±1.37bc 20.89±1.90b 18.63±0.73cd 14.98±0.23a 79.68±3.46bc W100 F37 50.81±7.95a 24.59±1.99b 29.90±2.20ab 19.02±5.95a 124.31±16.48a F55 42.41±6.53a 23.81±2.82b 34.00±2.60a 13.16±1.52a 113.38±3.37a 夏季 W60 F37 19.09±0.99b 22.66±1.24c 16.14±0.13d 11.80±0.25c 69.69±2.55c Summer F55 21.47±0.33ab 16.05±0.63d 20.59±1.54b 15.89±0.89a 74.01±2.46bc W80 F37 23.21±0.17a 26.34±0.34b 32.11±0.13a 13.00±0.18bc 94.66±0.67a F55 21.38±1.64ab 18.87±0.76d 17.83±0.24cd 10.08±0.06d 68.60±0.89c W100 F37 22.31±1.41ab 32.24±0.58a 20.77±0.03b 16.56±0.23a 91.88±2.01a F55 20.95±0.42ab 22.67±1.55c 19.21±0.38bc 13.79±0.41bc 76.62±1.50b 春季 P W < 0.05 < 0.01 < 0.01 0.569 < 0.01 Spring F < 0.01 0.060 < 0.05 0.155 < 0.01 W×F 0.297 0.141 < 0.05 0.631 0.181 夏季 W 0.120 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 Summer F 0.883 < 0.01 < 0.01 0.156 < 0.01 W×F 0.136 0.309 < 0.01 < 0.01 < 0.01 1)表中数据为平均值±标准误；相同玉米季的同列数据后，不同小写字母表示处理间差异显著 (P<0.05，Duncanʼs法)；W60、W80和W100分别为田间持水量的50%~60%、70%~80%和90%~100%；F55：50%氮肥作基肥土施、50%氮肥作滴灌施肥；F37：30%氮肥作基肥土施、70%氮肥作滴灌施肥 1)The values in the table are means ± standard errors; Different lowercase letters in the same column of the same maize-season indicate significant difference among treatments (P<0.05, Duncan’s test); W60, W80 and W100 were 50%−60%, 70%−80% and 90%−100% of field water holding capacity, respectively; F55: 50% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 50% nitrogen fertilizer as fertigation; F37: 30% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 70% nitrogen fertilizer as fertigation
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表 3 不同处理下玉米各生育期土壤铵态氮含量1)
Table 3 Soil ammonium nitrogen content at each growth stage of maize under different treatments
g·hm−2 季节 Season 水分处理 Water treatment 施氮比例 Fertigation proportion 苗期 Seedling stage 拔节期 Jointing stage 抽穗期 Heading stage 成熟期 Maturing stage 春季 Spring W60 F37 12.38±0.64c 20.76±0.60c 25.05±0.66d 18.03±0.40c F55 13.43±0.91bc 21.02±0.67c 25.72±0.76d 18.13±0.68c W80 F37 15.11±0.48b 26.86±0.30b 30.12±0.23c 20.87±0.66b F55 14.98±0.86b 27.22±0.63b 33.77±0.25b 20.48±0.79b W100 F37 21.02±0.78a 28.81±1.08a 39.68±0.70a 26.74±0.73a F55 20.11±0.73a 28.46±0.14a 39.70±0.49a 26.92±0.76a 夏季 Summer W60 F37 21.57±0.01d 27.22±0.06d 29.19±0.05f 25.62±0.33d F55 20.40±0.65d 31.82±0.22c 30.95±0.05e 25.72±0.51d W80 F37 23.27±0.37c 32.47±0.32c 39.71±0.46c 37.96±0.58c F55 25.04±0.05b 34.06±0.03b 37.66±0.68d 37.06±1.02c W100 F37 27.60±0.78a 32.74±0.71c 46.59±0.12b 40.87±0.38b F55 27.50±0.77a 39.20±0.44a 50.58±0.21a 44.40±0.31a 1)表中数据为平均值±标准误；相同玉米季的同列数据后，不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncanʼs法)；W60、W80和W100分别为田间持水量的50%~60%、70%~80%和90%~100%；F55：50%氮肥作基肥土施、50%氮肥作滴灌施肥；F37：30%氮肥作基肥土施、70%氮肥作滴灌施肥 1)The values in the table are means ± standard errors; Different lowercase letters in the same column of the same maize-season indicate significant difference among treatments (P<0.05, Duncan’s test); W60, W80 and W100 were 50%−60%, 70%−80% and 90%−100% of field water holding capacity, respectively; F55: 50% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 50% nitrogen fertilizer as fertigation; F37: 30% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 70% nitrogen fertilizer as fertigation
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表 4 不同处理下玉米各生育期土壤硝态氮含量1)
Table 4 Soil nitrate nitrogen content at each growth stage of maize under different treatments
g·hm−2 季节 Season 水分处理 Water treatment 施氮比例 Fertigation proportion 苗期 Seedling stage 拔节期 Jointing stage 抽穗期 Heading stage 成熟期 Maturing stage 春季 Spring W60 F37 4.39±0.21c 4.18±0.07b 2.77±0.03d 2.88±0.08c F55 4.17±0.25c 4.72±0.27b 3.30±0.13c 2.46±0.04d W80 F37 7.69±0.16b 5.70±0.15a 3.90±0.20b 2.35±0.03d F55 8.23±0.16a 6.27±0.08a 5.96±0.01a 2.46±0.06d W100 F37 8.37±0.09a 6.17±0.32a 3.76±0.12b 3.42±0.12a F55 8.33±0.06a 4.50±0.12b 3.95±0.05b 3.19±0.03b 夏季 Summer W60 F37 4.07±0.01c 3.46±0.47d 2.72±0.02c 1.77±0.02e F55 4.31±0.02c 4.06±0.02b 3.00±0.02b 3.09±0.10b W80 F37 4.73±0.10b 4.03±0.02bc 3.24±0.02a 2.89±0.05c F55 6.65±0.12a 3.55±0.01bc 3.27±0.01a 3.37±0.03a W100 F37 6.59±0.12a 4.66±0.02a 2.99±0.03b 2.54±0.02d F55 4.32±0.08c 4.14±0.08ab 2.40±0.08d 2.57±0.05d 1)表中数据为平均值±标准误；相同玉米季的同列数据后，不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncanʼs法)；W60、W80和W100分别为田间持水量的50%~60%、70%~80%和90%~100%；F55：50%氮肥作基肥土施、50%氮肥作滴灌施肥；F37：30%氮肥作基肥土施、70%氮肥作滴灌施肥 1)The values in the table are means ± standard errors; Different lowercase letters in the same column of the same maize-season indicate significant difference among treatments (P<0.05, Duncan’s test); W60, W80 and W100 were 50%−60%, 70%−80% and 90%−100% of field water holding capacity, respectively; F55: 50% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 50% nitrogen fertilizer as fertigation; F37: 30% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 70% nitrogen fertilizer as fertigation
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表 5 不同处理下玉米各生育期土壤亚硝态氮含量1)
Table 5 Soil nitrite nitrogen content at each growth stage of maize under different treatments
μg·hm−2 季节 Season 水分处理 Water treatment 施氮比例 Fertigation proportion 苗期 Seedling stage 拔节期 Jointing stage 抽穗期 Heading stage 成熟期 Maturing stage 春季 Spring W60 F37 13.57±3.83d 22.44±2.39c 18.72±3.48b 4.24±0.51ab F55 35.36±2.41c 46.58±7.07b 14.60±4.68b 3.38±0.08ab W80 F37 113.26±8.24a 22.08±4.26c 24.29±4.95ab 0.00±0.00b F55 114.43±7.68a 47.37±10.22b 2.90±2.50c 0.00±0.00b W100 F37 127.11±7.38a 86.28±4.89a 24.12±2.75ab 5.91±4.9ab F55 72.25±7.70b 98.23±4.15a 34.70±1.23a 9.04±0.88a 夏季 Summer W60 F37 3.03±1.92b 0.00±0.00c 1.74±1.74b 0.00±0.00c F55 0.00±0.00c 72.38±9.67c 1.53±1.53b 0.00±0.00c W80 F37 0.00±0.00c 42.10±16.94b 3.57±1.41b 0.00±0.00c F55 0.00±0.00c 37.97±12.75b 0.00±0.00b 0.00±0.00c W100 F37 15.86±0.22a 83.16±9.73a 21.99±4.22a 27.99±6.69b F55 16.88±0.89a 87.64±0.23a 20.17±7.73a 37.25±0.32a 1)表中数据为平均值±标准误；相同玉米季的同列数据后，不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncanʼs法)；W60、W80和W100分别为田间持水量的50%~60%、70%~80%和90%~100%；F55：50%氮肥作基肥土施、50%氮肥作滴灌施肥；F37：30%氮肥作基肥土施、70%氮肥作滴灌施肥 1)The values in the table are means ± standard errors; Different lowercase letters in the same column of the same maize-season indicate significant difference among treatments (P<0.05, Duncan’s test); W60, W80 and W100 were 50%−60%, 70%−80% and 90%−100% of field water holding capacity, respectively; F55: 50% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 50% nitrogen fertilizer as fertigation; F37: 30% nitrogen fertilizer applied to soil as basal fertilizer and 70% nitrogen fertilizer as fertigation
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表 6 土壤N2O通量与无机氮含量的相关性分析1)
Table 6 Correlation analysis of soil N2O flux and inorganic nitrogen content
季节 Season 指标 Index 铵态氮 Ammonium nitrogen 硝态氮 Nitrate nitrogen 亚硝态氮 Nitrite nitrogen 春季 Spring N2O通量 N2O flux −0.107 0.579** 0.532** 夏季 Summer N2O通量 N2O flux −0.075 0.433** 0.396** 1) “**”：P<0.01，r0.01=0.300，n=72
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