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我国年平均大气相对湿度(RelativeHumidity,RH)的分布形式,总的来说是从东南向西北递减。随着近年来全球变暖的趋势日益明显,水分循环进一步加强,各地区年平均大气相对湿度发生了不同程度的变化。这种变化是否会对作物的生长发育产生影响?又将产生怎样的影响?基于以上问题的提出,为探讨全球气候变化背景下大气湿度对作物水分养分利用的效应和机理,本文通过大型智能人工气候箱的2次冬小麦盆栽试验和1次夏玉米盆栽试验研究了大气湿度对冬小麦和夏玉米的株高、叶面积、干物质积累、可溶性糖含量、脯氨酸含量、叶绿素含量、耗水量、水分利用效率以及养分利用效率的影响。冬小麦第1次盆栽试验设置35%RH和85%RH2个大气湿度水平和0、150mg·kg-1、300mg·kg-13个氮肥施用水平;第2次盆栽试验设置35%RH、55%RH、75%RH、95%RH4个大气湿度水平,0、50mg·kg-1、100mg·kg-1、150mg·kg-1、200mg·kg-15个氮肥施用水平,供试品种为“郑麦9023”。夏玉米盆栽试验设置35%RH、55%RH、75%RH、95%RH4个大气湿度水平,0、50mg·kg-1、100mg·kg-1、150mg·kg-1、200mg·kg-15个氮肥施用水平,供试品种为“郑单958”。主要研究结果如下:
(1)冬小麦第1次盆栽试验结果表明:高大气湿度可促进冬小麦株高和叶面积的增长,但对冬小麦分蘖在施氮量小于150mg·kg-1时表现出负效应;大气湿度对冬小麦干物质量的影响取决于氮肥施用水平,施氮量150mg·kg-1时,高大气湿度可显著提高冬小麦生物量并降低其根冠比;高大气湿度可显著降低冬小麦水分消耗量,提高水分利用效率,且施氮肥处理显著高于不施氮肥处理;随着冬小麦生育期的增加,冬小麦可溶性糖含量显著增加,且在高大气湿度水平下更为明显:冬小麦叶片色素含量随施氮量增加而增加,3个氮肥水平下,冬小麦叶绿素含量在低大气湿度水平下分别比高大气湿度高8%、40%、11%。
(2)冬小麦第2次盆栽试验结果表明:随着大气湿度水平的提高,冬小麦总干物质积累呈增加趋势,75%RH与95%RH水平下冬小麦总干物质积累差异不显著,但均显著高于35%RH水平,这在一定程度上验证了冬小麦盆栽试验1的研究结果;大气湿度对冬小麦根冠比的影响取决于氮肥施用水平,低大气湿度水平下,冬小麦根冠比显著高于高大气湿度水平;随着大气湿度水平的提高,冬小麦裸土蒸发量显著降低,水分利用效率显著提高,耗水量在55%RH水平下达最大值;施氮量大于50mg·kg-1时,冬小麦脯氨酸含量在高大气湿度水平下显著高于低大气湿度水平;冬小麦叶绿素含量在高大气湿度水平下有所降低,这与冬小麦盆栽试验1研究结果一致;冬小麦氮磷钾吸收量随着大气湿度水平的提高呈增加趋势,在低大气湿度水平下显著低于高大气湿度水平;不施氮处理时,冬小麦氮利用效率随着大气湿度水平的增加呈先增加后降低的趋势,在75%RH水平下达最大值;施氮量小于50mg·kg-1时,冬小麦磷钾利用效率在55%RH水平下高于其他各大气湿度水平下。
(3)夏玉米盆栽试验结果表明:夏玉米苗期生长更易受大气湿度的影响,施氮量小于100mg·kg-1时,夏玉米总干物质量随大气湿度水平的增加呈增加趋势,施氮量高于150mg·kg-1时,75%RH水平最有利于夏玉米的总干物质积累;夏玉米根冠比在施氮处理时随大气湿度水平的提高呈先增加后降低的趋势,在75%RH水平下达最大值:大气湿度水平提高,夏玉米耗水量显著降低,水分利用效率随之增加,表现为95%RH＞75%RH＞55%RH＞35%RH,且均达到了显著水平,这与冬小麦试验结果一致;夏玉米可溶性糖含量随着施氮量的增加呈递减趋势,75%RH更有利于夏玉米可溶性糖含量的积累;夏玉米脯氨酸含量在35%RH和95%RH水平下显著增加,这可能与夏玉米的抗逆机制有关;35%RH水平下,夏玉米叶绿素含量在施氮量50mg·kg-1时达最大值,55%RH、75%RH和95%RH水平下,夏玉米叶绿素含量在施氮量100mg·kg-1时达最大值,继续增施氮肥并无显著正效应;大气湿度水平提高,夏玉米苗期叶茎氮、钾浓度有所下降;大气湿度对夏玉米地上部氮磷钾吸收的影响取决于氮肥施用水平,施氮量100～150mg·kg-1时,75%RH水平最有利于夏玉米根系对氮磷钾的吸收;35%RH和55%RH水平下,夏玉米氮肥表观利用率(Nr)在施氮量50mg9kg-1时高于其他各氮肥处理,75%RH和95%RH水平下,夏玉米Nr在施氮量100mg·kg-1时达最大值;氮肥施用量小于100mg·kg-1时,夏玉米氮利用效率在高大气湿度水平下显著高于低大气湿度水平;夏玉米磷利用效率在35%RH和95%RH水平下低于75%RH和55%RH水平,说明湿度过高或过低抑制夏玉米对磷素的吸收利用:随着大气湿度水平的提高,夏玉米钾利用效率呈先增加后降低的趋势,在75%RH水平下达最大值。