不同施磷水平对玉米抗旱特性及产量的影响.doc

分类号： 学号： 不同施磷水平对玉米抗旱特性及产量的影响目 录1 研究目的及意义12 文献综述22.1 干旱胁迫对玉米的影响 22.1.1干旱胁迫对玉米苗期及拔节期的影响 32.1.2干旱胁迫对玉米抽雄吐丝期及灌浆期的影响 32.2 施磷对玉米的影响 42.3 施磷对作物抗旱特性的影响 52.3.1 施磷对作物保水能力及水分利用效率的影响 52.3.2 施磷对干旱胁迫下作物光合生理的影响 52.3.3 施磷对干旱胁迫下作物渗透调节物质及抗氧化酶活性的影响 62.3.4 施磷对干旱胁迫下作物形态指标的影响 62.3.5 水磷耦合对作物及其产量的影响 72.4 负水头灌溉系统的使用及发展 83 研究内容 8 4 技术路线 95 试验材料与方法 95.1 供试材料 95.2 负水头灌溉系统原理 95.3 实验设计 105.4 调查测定项目及方法 115.4.1 水分利用效率 115.4.2 磷素利用效率 115.4.3 形态指标测定 115.4.4 生理生化指标测定 125.4.4.1 渗透调节物质及丙二醛含量测定 125.4.4.2 抗氧化酶活性测定 125.4.4.3 叶绿素含量测定 125.4.4.4 光合指标测定 125.4.5 动态生理指标测定 125.4.5.1 土壤、叶水势测定 125.4.5.2 气孔阻抗测定 125.4.6 产量测定 125.5 数据处理 126 预期结果 127 创新 128 时间安排 139 经费预算 13参考文献 13不同施磷水平对玉米抗旱特性及产量的影响1 研究背景及目的意义水资源是基础自然资源，是生态环境最重要的控制因素之一；同时也是国民经济和社会发展的重要战略性资源1。近年来随着人口增长，环境污染加剧，气候灾害频发，全球性水资源短缺问题日益凸显。我国由于人口众多，环境变化，干旱频发，缺水现象尤为突出，已经成为我国社会经济发展的重要制约因素，给我国农业生产带来极大的制约，自上世纪90年代以来全国每年平均受旱面积达2.0109hm2(约3.0亿亩)2,3。就西南地区而言，由于降水量季节分配不均，且年际差别大，四季皆有作物生长对降水配置要求高，雨不及时就成旱，因此季节性干旱是这一地区干旱发生的主要形式，包括春旱、夏旱、伏旱等4-6；2009年至2012年，四川、云南、贵州等省部分地区均遭受不同程度的季节性干旱，给这些地区的粮食生产带来极大的损失。干旱已经成为我国现阶段以及未来农业发展的重大挑战，如何合理高效利用有限的水资源就成了未来农业发展的方向。抗旱n3phosphorus 玉米已成为当前中国种植面积最大、总产量最高的作物。据国家统计局统计，2012年，中国玉米种植面积3494.90万hm2，玉米总产量2.08亿t，首次超过水稻(较水稻产量高383万t) 成为中国种植面积和总产量都是第一的粮食作物。玉米增产对全国粮食增产的贡献率高达58.1%，大力发展玉米生产对保障国家粮食安全具有重要战略意义7。自新中国成立以来，我国玉米生产技术从品种选育和栽培措施创新两个方面不断提高，使得玉米单产不断提高，逐步成为我国第一大粮食作物8。但是随着水资源的短缺，在一些灌溉条件不足的玉米种植区域，干旱已成为我国玉米生产的第一限制因素9。例如西南地区，其玉米常年种植面积为全国总面积的20%，总产量为全国总产的15%；是我国玉米三大主产区之一，然而干旱却成为这一地区玉米生产的主要限制因素10。磷是作物生长所必需的三元素之一，其主要是以ADP和ATP等形式参与能量代谢，同时也是植物体内核酸、辅酶I(NAD)、辅酶Q(NADP)等化合物的重要组成成分。这些化合物在光合作用、碳水化合物及蛋白质合成等生理过程中起着极其重要的作用11。正常水分条件下磷对作物生长发育，光合作用等生理过程有显著作用，能提高作物产量和品质。研究表明，在干旱胁迫下磷素营养通过增强作物的保水能力和对渗透调节物质的调节能力，显著提高作物净光合速率，增大根冠比并建立一个合理营养体等生理生化机制来增强作物的抗旱性，从而保证了作物的高产稳产12。王朝同等13,14研究发现磷素在干旱条件下可以通过提高小麦根系呼吸速率和根水势，增加叶片蒸腾强度，促进根系延伸生长，增加植株体内束缚水含量等方式来改善作物生理机制和形态结构进而增强作物的导水能力和保水能力，最终提高水分利用效率；增强其抗旱性。曲东等15,16研究表明，磷能有效地维持较高的玉米和马铃薯叶片相对含水量(RWC)，增加其SOD和POD活性，减少丙二醛(MDA)积累，促进马铃薯的根系活力，从而提高马铃薯的抗旱性 。Radin17和曲东等18研究发现磷素营养能增加棉花、玉米叶片气孔导度，降低气孔阻力，增加CO2供应；减缓叶绿素a和类胡萝卜素降解，提高叶绿素a和类胡萝卜素的比值；从而提高植物叶片的净光合速率和同化物质的积累。因此，施用磷肥能够在一定程度上弥补因水分不足造成的影响，并显著提高作物产量和水分利用效率19,20。获得化酶在制的增多；鉴于近年来干旱的频繁发生，国内外学者对干旱条件下磷素营养对作物的抗旱效应方面的研究逐渐增多。但争对西南紫色土背景下磷素营养对玉米抗旱特性的影响的研究还鲜有报道，而且前人的研究主要使用的是称重和模拟水分胁迫的方法进行水分控制；前者不仅操作繁琐,而且有控水不精确、土体水分不均匀、养分易淋失等缺点，而后者却是人为改变外界的渗透势21。本研究是利用新型负水头渗灌装置，以紫色土作为供试土壤，在西南地区研究施磷水平对玉米抗旱特性及产量的影响。利用负水头灌溉装置精确、稳定地控制土壤含水量，在四种不同相对含水量的土壤上探讨施磷水平对玉米形态指标、光合特性、渗透调节物质及抗氧化酶活性的影响，同时得到不同水磷组合下玉米的产量性状；从而获得西南季节性干旱区域高效用水的最佳水磷配置方式，为这一地区的抗旱栽培提供一定的理论基础。2 文献综述2.1 水分胁迫对玉米的影响植物的一切正常生命活动，只有在一定的细胞水分含量下才能进行，否则植物的正常生命活动就会受阻，甚至停止11。水分是作物生长过程中最重要的因素之一，缺水会导致作物产量下降；在水分亏缺严重的情况下甚至绝收。玉米是大株型作物，在生长后期需水明显，如遇干旱将导致玉米产量下降25%以上, 严重情况下直至绝收22。干旱胁迫主要影响玉米生理代谢和光合作用, 干旱胁迫下玉米植株水分平衡被打破，叶片的水势、相对含水量、气孔导度和蒸腾速率都明显降低，CO2吸收受阻, 由PS捕获而来的化学能不能再碳同化过程中被固定, 将导致光合作用受阻，严重时还会破坏叶片光合机构23-26。在光合受阻时，玉米通过降低生长速率和叶片衰老等途径来减少叶面积, 尤其是重度干旱胁迫下, 抑制了玉米的生长, 导致生物量积累显著降低27,28。张仁和，郑友军等29试验结果显示，在干旱胁迫下玉米叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性先升高后降低，而丙二醛(MDA)含量一直升高，说明干旱胁迫初期对保护系统酶活性升高有诱导作用，重度胁迫下活性氧清除酶的活性下降，导致细胞膜伤害。葛体达30对玉米全生育期作干旱处理，玉米根系叶片保护酶系SOD、CAT、POD活性均在生长发育前中期显著升高而后期下降，根系SOD、 CAT和POD活性小于叶片膜脂过氧化产物MDA含量随水分胁迫程度加剧而增加，且根系MDA含量小于叶片MDA含量。水分胁迫下由于玉米各生育时期的生长特性不一致，因此各生育时期对水分胁迫的响应也非完全一致。2.1.1 水分胁迫对玉米苗期及拔节期的影响玉米苗后期胁迫和拔节初期短时轻旱则延缓玉米后期衰老，具有较长的后效补偿，主要体现在生育期的延长，质膜氧化减弱，光合、蒸腾等生理代谢表现出有利于籽粒形成的优势，且叶片水分利用效率提高；因此苗后期至拔节初期适度胁迫处理产量明显增加，产量增加主要受每穗籽粒数提高的影响31。玉米在苗期和拔节期受到水分胁迫复水后，植株可快速部分或全部弥补前期干旱所减少的生长量，而且苗期适当干旱可促进玉米根系的发育，从而增强抗旱能力；但拔节期遭受重度干旱将导致植株矮化，穗位降低，生长受阻，从而造成减产32。郑盛华等33对玉米苗期作胁迫处理，试验表明：水分胁迫在一定程度上能够提高玉米的水分利用效率，增幅与品种关系较大，抗旱型品种增幅最为明显，耗水型品种增幅相对较小。而在玉米拔节期植株的新陈代谢旺盛，拔节期轻度以上干旱将影响营养体生长，同时影响幼穗的分化，造成营养体生长不良，植株体型短小，结实器官的生长发育不良，造成减产7.5%26.19%34。2.1.2 水分胁迫对玉米抽雄吐丝期及灌浆期的影响玉米抽雄吐丝期是玉米水分临界期，遭受胁迫可导致花期不遇，花丝受精能力下降，大量合子败育；这使玉米穗粒数减少，最终导致产量严重下降32,35。刘永红等36研究花期干旱胁迫对玉米的影响，结果表明干旱使叶片过早衰老，以尽可能使茎秆正常生长，但对根的影响不大，从而使干物质转移到果穗比轻度干旱增加8.48%，但是总产量却严重降低。吕凤华等37试验表明，玉米在拔节期和籽粒灌浆期遭受中度以上水分胁迫，减产率可达到14.6%24%。由此可见，干旱胁迫是导致玉米减产的重要原因，玉米生产过程中需要大力推广抗旱、避旱栽培措施，以实现玉米的高产稳产。2.2 施磷对玉米的影响磷是植物生长发育不可缺少的营养元素之一, 磷最重要的作用是以ADP和ATP的形式储存和转运能量，同时它组成了植物体内核酸、辅酶I(NAD)、辅酶Q(NADP)等重要化合物，这些化合物在光合作用、碳水化合物及蛋白质合成等生理过程中起着极其重要的作用11。统计显示, 全世界约有43%的耕地缺磷, 我国农田缺磷也有2/338；然而，部分地区由于长期大量施用磷肥而造成土壤中磷的富积，加之磷在土壤中移动性较弱，导致我国作物当季磷利用率仅在10% 20%39,40。因此土壤中有效磷含量对作物生长、发育，以及磷元素在作物体内的分配起着十分重要的作用；因此在作物栽培过程中磷的施用的多少就显得尤为重要41。玉米是典型的对磷敏感的作物, 然而生产中的盲目施肥以及不同土壤磷含量存在较大差异, 常会发生施磷过量或不足的情况，致使磷的面源污染和低磷影响玉米生长。研究显示，低磷胁迫导致玉米第47节上的次生根数目减少，降低玉米地上部重、初生根重、次生根重及磷累积量42,43。一般施用磷肥既可增加产量，又能提高品质，有研究表明施磷可以增加玉米株高、籽粒重、穗长以及茎、叶、穗、轴、籽粒和整株干重44-47。施磷能有效增加叶片数、茎围和叶面积及磷含量, 显著增加玉米产量和改善其品质48-50。适当施磷肥可以显著提高全株青贮玉米中果糖、蔗糖、可溶性总糖和淀粉含量的积累；磷肥过量或不足不利于不同形式碳水化合物的积累，以施磷(P2O5)100 kg/hm2的施用量效果最佳51。彭正萍, 张家铜等52实验结果显示，不同供磷水平和玉米产量之间有极显著的二次曲线关系, 当磷肥用量为88.1kg/ hm2时, 玉米产量最高；因此适当施用磷肥, 不仅能够保证玉米产量, 具有较高的肥料利用率, 还可以有效防止磷肥的损失及因过量施用磷肥带来的环境问题, 具有经济效益和环境效益的双重性。张立花等53试验说明了中磷水平处理的玉米植株生物量增量最大、磷的利用效率、产量最高，而高磷处理玉米磷利用效率、生物量、产量与中磷水平差异不大；不同品种对磷的吸收利用反应也不同。改善植物磷营养条件能有效提高植物的抗逆性；冯固、李晓林等54试验表明：改善植物磷营养状况能有效促进菌根真菌的对玉米根系的侵染，从而促进玉米根系对磷的吸收范围和吸收量，改善了玉米因受盐胁迫而造成的磷吸收受阻；因而施磷明显促进玉米在盐胁迫条件下的生长。2.3 施磷对作物抗旱特性的影响磷作为作物生长发育不可缺少的重要元素，在正常水分条件下磷对作物生长发育，光合作用，同化物积累等生理过程有显著作用，能提高作物产量和改善作物品质。研究表明，在水分胁迫下磷素营养可通过水分调节、光合调节、渗透调节和根冠生长等一系列生理生长机制来增强作物的代谢活性，提高植物抗旱性12。2.3.1 施磷对作物保水能力及水分利用效率的影响施磷能改善干旱胁迫下作物生理机制和形态结构以增强作物的保水能力和导水能力，从而通过水分的调节提高作物的水分利用效率。古谢夫55认为施用磷肥明显提高了植物细胞胶体水合程度和束缚水含量，束缚水含量是组织耐脱水的标志，因而施磷能显著增强组织耐脱水能力和保水能力。Sign等56研究表明，磷素营养充足的三叶草植株能在旱地上维持较高的叶片水势，与缺磷植株相比表现出可以吸收较多的水分，枯萎慢，复水性强的特点。而且施磷还可以降低经常落叶的三叶草根木质部导管对水的阻力和增加其对水分的吸收，从而抗旱性。研究发现有磷处理的玉米在干湿交替的变化过程中恢复能力显著优于缺磷处理，再次遇到胁迫时，有磷处理能较好地适应胁迫环境，缺磷处理的调节能力较差57。张岁岐等58研究表明：在土壤干旱条件下，磷素营养明显改善了春小麦的水分状况，维持了较高的叶水势和叶片相对含水量，并因而导致了较高的较大的气孔开度和净光合速率。由此可见，施磷明显促进了植物的根系生长，扩大了对土壤深层水分的吸收和利用，从而维持了地上部分生长的平衡和吸水、失水间的平衡，提高了水分利用效率。2.3.2 施磷对干旱胁迫下作物光合生理的影响在干旱条件下，施磷能提高作物的净光合速率，增加同化物质的积累；其主要途径是通过增加叶片气孔导度，降低气孔阻力，增加CO2的供应和提高光合色素的活性来实现的。张岁岐等58,59研究表明：施磷在干旱胁迫下能调节小麦、玉米植株体内ABA和细胞分裂素之间的平衡，降低气孔阻力，增加叶片气孔导度，增加叶片对CO2的吸收。曲东等18研究表明施磷能降低水分胁迫下玉米的叶绿素a和类胡萝卜素降解速度，表现为叶绿素a和b、叶绿素和类胡萝卜素的比值随胁迫周期延长而呈V型曲线变化。干旱缺磷可造成原叶绿素醣酯相对积累，导致叶绿素a下降。施磷可延缓干旱胁迫下小麦叶片中叶绿素、类胡萝卜素及原叶绿素酸酯的下降速度，在轻度干旱时，光合色素具有调节和补偿作用，施磷能增加其补偿作用60。在干旱条件下有磷处理的玉米植株叶片细胞间隙CO2浓度较无磷处理大，同时降低了CO2补偿点，增强了叶片细胞的CO2消耗能力，进而提高了叶肉的光合活性59。有研究表明，干旱条件下，磷素可以促进小麦叶片细胞分裂，叶片伸长，叶面积增大，从而为光合作用提供更大的场所。2.3.3 施磷对干旱胁迫下作物渗透调节物质及抗氧化酶活性的影响植物在受到干旱胁迫时，体内就会积累渗透物质如Pro、可溶性糖、甜菜碱、K+等，以维持其细胞膨压，从而满足其正常生理代谢活动。许多研究证明，干旱条件下磷素营养对对作物有机渗透调节物质积累有着重要的调控作用，张岁岐等58在研究磷素和小麦抗旱性关系时发现，而在中度或严重干旱条件下，施用磷素春小麦的叶片的渗透调节能力明显大于没有施用磷素的小麦。赵海超等61研究表明干旱胁迫下施用磷肥能增加马铃薯SOD活性，降低MDA含量和Pro含量，从而提高马铃薯的抗旱性，但过高的施磷量减弱马铃薯的根系活力，增加MDA含量，减弱马铃薯的抗旱性。干旱胁迫可导致作物体内SOD和POD活性增大,并通过两种酶的作用，减轻活性氧的伤害，抑制膜内不饱和脂肪酸分解产物丙二醛(MDA)的积累，保持和修复细胞膜62。有报道指出，干旱条件下磷能有效地维持玉米叶片较高的相对含水量(RWC)，显著改变玉米叶片中SOD和POD活性，增强作物干旱显著改变玉米叶片中SOD和POD活性，减少MDA积累，增强作物干旱胁迫时的适应性及调节能力；减轻玉米叶片受伤害的程度16,61,63。2.3.4 施磷对干旱胁迫下作物形态指标的影响磷素营养能促进干旱胁迫下植物根系的生长，调节植物生长并形成适宜的根冠比，使植物建立一个合理的营养体，增加其对水分的吸收能力和利用效率。Nagarajah等64对茶的研究表明磷素营养可以通过促进根的生长茶的抗旱性，而Borch等65报道在沙地生长的豆属在磷素充足的情况下侧根的密度比磷素缺乏的植株更大。研究发现在土壤干旱条件下，磷素营养能促进小麦根系延伸生长，增大根体积、提高根干重、根系活跃吸收面积和根系活力；进而促进地上地下部分向着更加适应干旱条件的方向生长66,67。另外，有研究证实，在干旱胁迫下磷素营养促进小麦叶片细胞分裂和伸长，增加了小麦叶面积；并且在一定程度上增加了植株的株高58,68。可见，作物的这些形态上的改变都是为了适应干旱环境，以增加其对水分的利用和提高光合速率。2.3.5 水磷耦合对作物及其产量的影响磷素营养与土壤水分之间有着十分密切的关系，一方面土壤水分影响磷素营养在土壤中的运动和植物对磷素的吸收、利用和分配;另一方面适宜的磷素营养水平能够在一定程度上提高植物对干旱的适应性。磷素在干旱条件下可以提高小麦根系呼吸速率和根水势，增加叶片蒸腾强度，促进根系延伸生长，提高相对含水量，进而促进地上部与地下部生长，增强小麦的抗旱性13,14。有研究表明：灌水和施用磷肥显著提高冬小麦灌浆后期旗叶水势和相对含量，延缓叶片衰老，增加光合面积和光合时间，促进籽粒灌浆，提高冬小麦籽粒产量；且增施磷肥可以增加小麦对土壤贮水利用，提高小麦水分利用效率、灌溉水利用效率以及磷素吸收利用效率69-71。王瑜、宁堂原等69试验表明：在水资源缺乏的情况下，施磷180kg/hm2、灌水60mm可获得较高的产量和高的水分利用率达到节水省肥的目的。适宜的水分与磷素配合可满足春小麦物质生产过程中对水分和营养元素的需求，达到以水促磷和以磷调水的目的，而缺水高磷组合或高水低磷组合均不利于春小麦生长发育，其产量与水分生产效率也较低72。许卫霞73研究指出，在同一灌溉水平下，施磷增加了麦田土壤供水量占总耗水量的比例，提高了小麦籽粒产量和水分利用效率。曾广伟等14试验得出结论：轻度水分胁迫下合理施用磷肥不仅可以降低水分胁迫的负效应，促进小麦的生长发育进程,而且还可以提高水磷的效益，增加产量提高水分利用效率,因此可以通过改善土壤水分状况和磷素营养状况来实现“以水促磷”和“以磷促水”。杨满红74研究表明：施磷量对燕麦叶绿素含量、光合参数、蒸腾速率、水分利用效率、根系活力、根系活力等指标均有显著影响，不同水磷处理生物产量随肥料梯度的增加呈现先增加后降低的趋势。 水磷合理配置不但对麦类作物的生长发育有促进作用，对水稻、甘蔗、玉米等作物也有十分重要的作用。在相同砷浓度下，高磷、少水处理的水稻分蘖数、总穗数、有效穗、根系干重、生物量和产量均显著大于低淹水磷处理；因此适当增加施磷量和减少水分能缓解砷对水稻生长和产量的不利影响75。韩世健等76试验显示；高水高磷处理甘蔗叶片全N含量综合水平较高，高水低磷处理全P含量总体水平较高，低水高磷组合全K含量总体水平较高。在甘蔗的生理指标方面，高水低磷的处理组合甘蔗的叶片叶绿素含量、可溶性糖含量、自由水含量相对含水量均高于其他组合；可见水磷的不同处理组合对甘蔗生长影响明显77。谢迎新等78研究表明：稳定供水施磷能够降低夏玉米的水分消耗量，但交替供水处理中施磷较不施磷处理要耗水，不能起到节水目的。王同朝等79研究表明，水磷耦合对玉米苗期的效应取决于水分的供应方式，以干湿交替施磷效果最佳，其次为干旱施磷，再次为湿润施磷处理。干湿交替施磷能显著提高光合速率，增加作物气孔导度，促进根系生长，增加根冠比，调节整株水平下干物质资源的合理分配，提高玉米苗期水分利用效率。2.4 负水头灌溉系统的使用及发展发展头h灌溉是农业用水中的关键环节，新型节水灌溉方式的出现能显著提高水资源利用效率。随着全球性水资源短缺的形势严峻，农业用水日趋紧张；如何提高水的利用效率成为农业领域研究的热点。近些年，调亏灌溉、控制性根系分区交替灌溉、滴灌、喷灌等新型节水灌溉技术不断涌现。负水头灌溉技术是一种新型的负压渗灌技术，它是基于盘式负压入渗仪(Disc infiltrometer)的负压控制原理发展而的高效节水灌溉技术，它能实现土壤含水量的精确和持续控制，负水头灌溉系统能在气温、地温、光强、空气湿度等多种外界因素的影响下，做到适时适量的自动灌水；同时能够解决传统灌溉技术对土壤养分淋失的缺点80。万克江,耿伟等81-83研究了负水头灌溉技术对盆栽作物的供水、控水效果的影响，结果表明采用该技术在盆栽作物上完全能达到预期的目的。3 研究内容(1) 不同施磷水平对干旱胁迫下玉米形态指标、渗透调节物质、抗氧化酶活性和光合参数的影响。(2) 不同水磷组合下土壤水势和玉米叶水势及气孔阻抗的相关性分析。(3) 不同水磷组合对玉米产量及产量构成因素的影响。(4) 从抗逆指标、光合特性、产量等方面综合分析，提出高效用水的最佳水磷配置。4技术路线5 试验材料与方法5.1 供试材料试验选用四川大面积推广使用的品种成单30。5.2 负水头灌溉系统原理负水头灌溉系统可以分为两个部分(如下图)，一个是由特殊材料烧制的陶瓷供水盘，其特性是在陶瓷中的微小孔隙只允许水分子通过而空气分子不能通过；另一个部分就是由储水桶、集气罐、控压管以及管道连接而成的一个密闭的输水系统。工作过程中，向系统灌满水后，系统中的水通过供水盘上的孔隙进入土壤，而溶解于水中的空气由倾斜的管道进入集气罐，随着持续供水系统内气压减小，在大气压力作用下储水桶内水进入系统，储水桶内水位下降浮球装置打开自来水龙头储水桶自动补水；以此来完成整个系统的持续灌水84-86。对于供水量的控制是由系统中所设置的控压管来实现的(如图3所示)。在集气罐与储水通之间设置了一个控压管，控压管最高点与储水桶的水面之间在系统内的吸力(外界大气压力和系统内气压之差)作用下形成一段悬挂的水柱，一定高度(h)的水柱所受的重力、系统内气压和外界大气压力三者之间存在如下关系：F气外- F气内=gh外界大气压力在一定的环境条件下是不变的，由上式可知调节h的高度就可以调节系统内气压大小，从而控制系统吸力，调节系统供水量。系统的吸力控制范围在0400hPa，hPa为百帕斯卡，1cm水柱产生的压力为即为1hPa87。5.3 试验设计试验于2014年4-8月在四川省农业科学院简阳试验站进行。试验为盆栽试验，放置于自动防雨棚内，下雨时关闭防雨棚。供试土壤为四川丘陵区典型紫色土(取自大田耕作层)，容重约1.2g/cm3，经自然风干，过20目筛，质量含水量为6.0%。试验用盆为内径24cm，高50cm的pvc排水管制成；取风干土17.32kg放于盆内，将负水头灌溉系统的供水盘放置于盆的底部，并使土壤与供水盘充分接触，将土壤压实至30cm时取土测定田间持水量并留样作土壤养分测定，此时测得的田间持水量为22.42%88。两因素裂区试验设计，主区因素为土壤含水量(A因素)和副区因素为施磷量(B因素)。利用灌溉系统控制A因素四个水平，A1：水分充足(田间持水量88%1%,CK)，A2：轻度干旱胁迫(田间持水量73%1%)，A3：中度干旱(田间持水量58%1%)，A4重度干旱(田间持水量43%1%)；播种时各处理水分均保持在A1水平，定苗时将系统吸力调节至各处理土壤含水量所对应的吸力89,90。施磷水平B设置5个水平(以P2O5计)，B1：0 g/盆(CK)，B2：0.75g/盆，B3:1.50 g/盆，B4:2.25g/盆，B5：3 g/盆；分别对应大田施肥量0kg/ hm2，45.00kg/hm2，90.00kg/ hm2，135.00kg/ hm2，180.00 kg/ hm2，以P2O5计。实验每个处理5盆，重复3次，共300盆。 实验于2014年4月中旬开始，每盆直播6粒种子，3叶期定苗，每盆留单株。各处理除磷肥外，每盆施纯氮5.00g，K2O 2.50g，对应大田施肥量为纯氮300.00kg/亩，K2O 150.00 kg/ hm2，磷肥和钾肥为一次性底施，氮肥按底追比6:4施用，于大喇叭口期施用追肥91-93。磷肥使用磷酸二氢钠，氮肥和钾肥分别使用市面所售的尿素和氯化钾。5.3 测定项目及方法实验分别于苗期，拔节期，抽雄吐丝期，灌浆期，成熟期取样。5.3.1水分利用效率水分利用效率计算公式WUEY/ET；WUE为水分利用效率(kg/(hm2mm)，Y为籽粒产量(kg/hm2)；ET为玉米生育期间的实际耗水量(mm)，即各阶段耗水量之和，以负水头系统进水端水表刻度读取耗水量94。5.3.2磷素利用效率磷素利用效率(%)计算公式为：磷素利用效率籽粒产量/植株磷素积累量；磷素吸收效率(%)计算公式为：磷素吸收效率植株磷素积累量/施磷量。植株磷含量的测定以CuSO4和K2SO4为催化剂，用浓H2SO4消化后，采用钼锑抗比色法测定95 。5.3.3形态指标测定 株高、全株绿叶叶面积、茎粗用卷尺和游标卡尺进行测量，测量时在植株上测定，不损伤植株；用直尺量取每张叶片最大叶宽和叶长，将每张叶片的长宽乘积相加即得到全株绿叶面积。5.3.4生理生化指标测定5.3.4.1. 渗透调节物质及丙二醛含量测定于每个生育时期取倒数第二片全展叶0.2g和0.5g，用蒸馏水冲洗干净后吸干水分，立即液氮速冻后存于-80 下，分别采用酸性茚三酮法测定叶片脯氨酸含量，蒽酮比色法测定可溶性糖含量，硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量96。5.3.4.2抗氧化酶活性测定取样方式同上，分别采用NBT光还原法测定超氧物歧化酶(SOD)活性，愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性96。5.3.4.3叶绿素含量以每生育时期倒数第3片全展叶为测定对象，采用日本产SPAD-502叶绿素快速测定仪，进行叶绿素相对含量的活体测定。5.3.4.4光合指标测定选择每生育时期的一个晴天上午(9:30-11:30)。采用ECA-PB0402型便携式光合测定仪，选择倒数第3片全展叶进行活体测定，测定时叶室CO2浓度为300400molmol-1，温度为25，光照强度为1000umolm-2S-1记录净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)等光合指标。5.3.5 动态生理指标测定5.3.5.1 土壤、叶水势测定采用HR33T水势测定仪测定土壤和叶水势，每生育时期选择晴好天气测定一天；分别于上午6点、中午12点、晚6点测定三次。5.3.5.2 气孔阻抗测定采用AP4型气孔计测定叶片气孔阻抗，测定时间和方式同上。5.3.6 产量测定测产时按每处理5盆考察产量及产量构成因素。5.4 数据处理实验采用EXCEL 2003作数据处理和图表绘制，使用DPS 13.0作方差及相关性分析。6 预期结果(1) 明确干旱胁迫下不同施磷水平对玉米光合特性、渗透调节物质及抗氧化酶活性的影响。(2) 探讨不同水磷组合土壤水势和叶片水势、气孔阻抗的相关性。(3) 探讨施磷量对不同干旱胁迫下玉米产量的影响，获得四川丘陵区季节性干旱区域高效用水的最佳水磷配置方式，为这一地区的抗旱栽培提供一定的理论基础。7 创新(1) 利用新型负水头灌溉系统控制土壤水分，获得相较于传统控水方式更加稳定、持续、精确的土壤干旱条件，探讨了该控水方式所获的干旱胁迫条件对玉米的影响。(2) 在四川丘陵区紫色土背景下探讨施磷水平对玉米抗旱特性的影响。8 时间安排试验进程安排时间内容2013.112014.2查阅文献资料，撰写开题报告2014.032014.04做好试验准备工作2014.042014.8进行试验2014.102015.4处理试验数据，撰写并修改论文9 经费预算经费预算科目预算批复（元）1.材料费20002.购置设备费20003.测试化验加工费50004.差旅费10005.出版/文献/信息传播/知识产权事务费40006.其他1000总计15000参考文献：1 张利平,夏军,胡志芳. 中国水资源状况与水资源安全问题分析J. 长江流域资源与环境, 2009,2(2):117-1202 黄荣辉,周连童. 我国重大气候灾害特征、形成机理和预测研究J. 自然灾害学报,2002,11:1-93 黄荣辉,刘永,王林. 2009年秋至2010年春我国西南地区严重干旱的成因分析J. 大气科学,2012.5(3):443-4564 刘永红,李茂松. 四川季节性干旱与农业防控节水技术研究M. 北京:科学出版社,2010.22-415 刘永红,杨勤. 玉米集雨节水膜侧栽培技术J. 四川农业科技,2010(11):16-176 刘永红,柯国华,鲁洪涛,等. 季节性干旱区套作甘薯产量决定因素及高产栽培措施组合J.西南农业学报,2004,17(4):439-4447 赵久然,王荣焕. 中国玉米生产发展历程、存在问题及对策J. 中国农业科技导报,2013, 15(3):1-68 李少昆,王崇桃. 中国玉米生产技术的演变与发展J. 中国农业科学,2009,42(6):1941- 19519 陈长青,白石,史磊等. 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