分根区交替灌溉(简记AI)是在作物整个生育期或某些生育期交替地对一半根区进行正常灌溉，而在另一半根区则不灌溉，通过干燥根系产生的ABA运送到叶片，调节气孔开度，降低植株蒸腾和土壤蒸发，从而达到节约灌水量和提高作物水肥利用效率的目的^{[1, 2, 3, 4, 5, 6]}。杨启良等^[7]研究表明，与常规和固定沟灌相比，交替沟灌对玉米产量和植株氮含量分别提高3.5%和7.16%、3.7%和7.1%。Li等^[4]结果指出，与常规灌溉(CI)相比，分根交替灌溉节水29.1%，总干物质量和冠层干物质量仅分别减少6.3%和5.6%，而水分利用效率和氮肥表观利用率分别提高24.3%和16.4%。韩艳丽和康绍忠^[8]研究表明，交替灌水方式较均匀灌水方式节水27.6%，水分利用效率提高5.3%，单位耗水量氮(N)、磷(P)利用效率也有所提高。Lehrsch等^[9]研究了不同隔沟灌溉方式对玉米生长和硝态氮淋洗的影响，表明交替隔沟灌溉在维持作物产量的同时，可使土壤氮的吸收增加21%。张芮等^[10]研究指出，苗期至拔节期水分胁迫对玉米产量影响甚微，持续或交替水分胁迫则显著降低产量。

目前有关不同生育时期分根区交替灌溉对作物生长研究亦有报导^[11]。农梦玲等^[12]将玉米不同生育期分根区交替灌溉和施肥水平结合起来进行研究，结果表明，与常规灌溉相比，苗期—拔节期根区局部灌溉总干物质降低不明显或略有增加，且不影响玉米对NK吸收量；而苗期—抽雄期根区局部灌溉明显降低玉米总干物质量和NK吸收量。在相同灌水方式下，中氮钾水平玉米干物质积累、水分利用效率和氮吸收利用较高^[13]。

由于作物需水随生育期的变化，分根区交替灌溉的节水效果也会随生育期而发生变化，为进一步探明不同生育期分根区交替灌溉对玉米干物质积累和NK利用的影响，本研究是在不同灌水水平和有机无机N比例条件下，研究了不同生育期分根区交替灌溉对玉米干物质量、N、K含量和吸收量以及土壤碱解氮和速效钾含量，以期为分根区交替灌溉充分发挥其节水节肥效果奠定理论基础，并为玉米合理灌溉施肥提供参考。

盆栽试验在广西大学农学院网室大棚中进行，供试土壤采自本校农科教学基地第四纪红色黏土发育的赤红土(典型强淋溶土,FAO-｜UNESCO系统)，其土壤质地是重黏土，田间持水量 29.0% θ_f(质量百分数)，pH 4.77，有机质18.2 g/kg，碱解N 76.9 mg/kg，速效P 29.1 mg/kg和速效K 128.0 mg/kg。供试作物为玉米(甜糯518)。

盆栽试验中灌水方式设常规灌溉(CI，每次对全部土壤均匀灌水)，和不同时期分根区交替灌溉(AI)(AI₁、AI₂、AI₃，分别在苗期—灌浆初期(播后21—56d)、苗期—拔节期(播后21—31d)以及拔节期—抽雄期(播后31—46d)进行AI，即每次交替对1/2区域土壤灌水)。灌水水平设正常灌水(70%—80% θ_f，W₁)和轻度缺水(60%—70% θ_f，W₂)。有机无机氮(N)比例设100%无机N(F₁)和70%无机N+30%有机N(F₂)。施纯N 0.15 g/kg土，无机N为尿素(分析纯，含N46%)，有机N用生物有机肥(含N 2.82%、P₂O₅ 0.46%、K₂O7.06%)供给，其用量以含N量计算。施P₂O₅ 0.1 g/kg土，施K₂O 0.15 g/kg土，磷肥用磷酸二氢钾(分析纯，含P₂O₅ 52.2%，含K₂O 34.6%)，磷酸二氢钾中钾不足时，用氯化钾(分析纯，含K₂O 60%)补足。所有肥料在装盆时全部作基肥施入。试验共16个处理，每个处理重复3次，共48盆，随机区组排列。

试验在聚乙烯塑料桶(高23 cm、直径30 cm)中进行，所有处理桶中间均用塑料薄膜隔开，以阻止两边水分交换，每桶两边各装入7 kg土，共14 kg。播种前保持土壤水分含量为80% θ_f。2010年9月18日每桶播5粒已催芽露白的玉米种子在塑料薄膜中央，9月29日选择长势均匀玉米苗进行间苗，每盆在塑料薄膜中央保留1株玉米苗。控水前所有处理均采用常规灌溉方式灌水，并保持土壤含水量在70%—80% θ_f。4—5片叶时(10月9日)对供试玉米按上述试验设计进行控水处理后，不同水氮条件下CI处理用称桶质量法确定每次灌水量，而AI处理则按CI处理灌水量的70%进行灌水，每次灌水用量筒量取灌水量，并记录各处理每次灌水量。12月7日(播后80d)试验结束。

试验结束时，分别采集玉米地上部和根系，洗净，在65℃下烘至恒质量，分别称地上部和根系干物质量，计算总干物质量。然后粉碎植株样品，用于测定植株养分含量。植株经H₂SO₄-H₂O₂湿灰化法消煮后，用流动化学分析仪测定全氮，用火焰光度法测定全钾含量。地上部和根系养分吸收量分别用地上部和根系全N或全K含量与其干物质量相乘所得，总氮或钾吸收量为地上部和根系氮或钾吸收量之和。

试验结束时采集土样，采土前用采土区土壤擦拭土钻1—2次，分别在湿润区和干燥区3点采集1—15 cm土层土壤，充分混匀，装袋，带回室内风干，磨碎后过18目筛备用。土壤碱解氮用1 mol/L NaOH碱解扩散法测定；速效磷用0.5 mol/L NaHCO₃法浸提后，用比色法测定；速效钾测定用1 mol/L中性NH₄Ac法浸提后，用火焰光度法测定。

采用Excel2003和SPSS13.0软件对试验数据进行分析，多重比较用Duncan法。

表 1表明，AI₁处理地上部、根系和总干物质量分别比CI处理减少9.6%—29.2%、10.0%—32.4%和11.9%—31.9%；AI₂处理地上部、根系和总干物质量与CI处理之间的差异均不显著；F₁下，AI₃处理地上部、根系和总干物质量与CI处理之间的差异也不显著，而F₂W₂下，AI₃处理地上部和总干物质量分别比CI处理增加29.6%和27.4%。因此，在轻度缺水和有机无机氮肥配施下，拔节期—抽雄期进行分根区交替灌溉有利于增加玉米地上部和总干物质量。

除F₂CI下W₂地上部和总干物质量分别减少21.1%和19.8%外，其他相同灌溉方式和施肥条件下，W₂地上部、根系和总干物质量与W₁之间的差异均不显著。在相同灌溉方式和灌水水平条件下，F₂地上部、根系和总干物质量与F₁之间的差异也不显著(表 1)。

表 2表明，F₁W₂下AI₁处理地上部和根系氮(N)含量分别比CI处理增加37.0%和50.0%，F₂W₂下AI₂处理地上部N含量比CI处理增加58.6%，而其他水氮条件下AI处理玉米地上部N含量与CI处理之间的差异不显著，玉米根系N含量比CI处理则略有增加。因此，在轻度缺水条件下，AI₁和AI₂有利于增加于玉米地上部N含量。在相同灌溉方式和施肥条件下，W₂处理地上部和根系N含量比W₁处理有所增加；与F₁相比，W₁AI₂和W₂AI₂下F₂处理地上部N含量分别增加54.1%和52.5%，而F₂根系N含量与F₁之间的差异不显著(表 2)。

表 2还表明，与CI处理相比，F₂W₁下AI₁地上部和总N吸收量分别减少39.5%和38.4%，F₂W₂下AI₂处理地上部和总N吸收量分别增加88.3%和84.3%，W₂下AI₃处理地上部和总N吸收量分别增加41.2%—50.7%和40.7%—50.4%，而其它条件下AI处理不显著影响地上部和总N吸收量。在相同水氮条件下，AI处理根系N吸收量与CI处理之间的差异也不显著。因此，轻度缺水条件下，拔节期—抽雄期进行分根区交替灌溉有利于增加玉米地上部和总N吸收量。在相同灌溉方式和施肥条件下，F₂CI下W₂处理地上部和总N吸收量显著低于W₁，而AI₃下W₂处理地上部和总N吸收量显著高于W₁。相同水分条件下，仅AI₂处理时F₂处理地上部和总N吸收量显著高于F₁，其他水分条件下地上部和总N吸收量F₂略高于F₁或显著降低，而F₂处理根系N吸收量与F₁处理之间的差异不显著(表 2)。

表 3表明，AI处理玉米地上部和根系钾(K)含量与CI处理之间的差异均不显著。相同灌溉方式和施肥水平下，W₂玉米地上部和根系K含量与W₁之间的差异也不显著。相同水分条件下，F₂处理在W₁AI₁、W₂AI₁和W₂AI₃下地上部K含量以及在W₁CI和W₁AI₃下根系K含量显著低于F₁处理，而在其他条件下地上部和根系K含量均有不同程度的减少，但差异不显著。

与CI相比，F₂时AI₁处理地上部和总K吸收量分别减少30.3%和29.9%，W₂时AI₁处理根系K吸收量显著减少31.7%，而在其他水肥条件下AI处理玉米地上部、根系和总K吸收量变化不显著。因此，在有机无机N肥配施条件下，苗期—灌浆初期分根区交替灌溉不利于玉米K吸收量的增加(表 3)。在相同灌溉方式和施肥条件下，W₂处理地上部、根系和总K吸收量与W₁处理之间的差异不显著。与F₁处理相比，仅W₁AI₁和W₂AI₁下F₂处理地上部和总K吸收量显著降低，而其他水分条件下降低不显著(表 3)。

表 4表明，与CI相比，F₁W₂下AI₁，AI₂和AI₃ 处理土壤碱解N含量分别增加22.2%，16.1%和1 2.7%，而在其他水肥条件下AI处理土壤碱解氮含量与CI处理之间的差异不显著。另外，W₂处理土壤碱解氮含量与W₁处理之间的差异不显著。与F₁相比，F₂处理土壤碱解N含量分别在W₁CI、W₂AI₁和W₂AI₂下降低21.6%、21.1%和19.8%，而在其他水分条件下仅略有降低(表 4)。

表 4还表明，与CI相比，F₁W₁下AI₁处理土壤速效K含量降低14.8%，F₁W₂下AI₃处理土壤速效K含量却增加26.7%，而其他水肥条件下AI处理土壤速效K含量与CI处理之间的差异不显著。相同灌溉方式和施肥处理下，与W₁处理相比，AI₂下W₂处理速效钾含量减少，而其他水氮条件下略有增加。另外，W₁AI₂和W₂AI₃下F₂处理土壤速效钾含量比F₁处理分别减少15.7%和13.7%，而在其他水分条件下，它们之间的速效钾含量差异不显著(表 4)。

前人研究表明，与常规灌溉(CI)相比，分根区交替灌溉(AI)一般降低玉米干物质总量^{[4, 13, 14]}。本研究表明，与CI处理相比，AI₁处理地上部、根系和总干物质量均明显减少，但在F₂W₂下，AI₃处理地上部和总干物质量都有明显增加，原因可能是AI₃处理在拔节期—抽雄期进行分根区交替灌溉，适当的水分胁迫促进根系生长，提高吸水能力，减少叶片水分蒸腾，并可以保证植物光合作用的正常进行，后期恢复常规灌溉后，玉米生长有较强的补偿能力，从而促使玉米植株快速生长。说明轻度缺水和有机无机氮肥配施下，AI₃处理有利于增加玉米地上部和总干物质量。另外，与F₁相比，F₂玉米地上部和总干物质量一般提高，根系质量却略有降低，这与谷洁等^[15]的结论相似。

据报道，分根区交替灌溉有利于提高作物养分吸收^{[11, 16, 17]}。农梦玲等^[12]研究发现苗期—拔节期根区局部灌溉不降低玉米植株N含量，而苗期—抽雄期根区局部灌溉地上部N含量有所下降。本试验表明，不同生育期交替灌溉增加根系氮含量不显著，在轻度缺水(W₂)下，AI₁、AI₂和AI₃处理均在不同程度上增加地上部N含量，且此条件下AI₃处理地上部和总N吸收量显著提高，这与AI₃处理促进玉米总干物质量的原因相似。说明轻度缺水时AI₃处理有利于提高玉米地上部和总N吸收量。AI₁处理玉米地上部和总K吸收量比CI处理明显降低，与农梦玲等^[12]的结果一致，他们也发现苗期—抽雄期根区局部灌溉会降低玉米对K的吸收量，说明苗期—灌浆初期交替灌溉(AI₁)不利于提高玉米对K的吸收。

刘小刚等^[18]研究表明，灌水量对玉米植株氮吸收量的影响不显著，本研究结果基本一致，但在AI₃处理时W₂玉米地上部和总氮吸收量显著高于W₁，说明AI₃处理下轻度缺水有利于提高玉米地上部和总氮吸收量。另外，相同水分条件下，有机无机氮肥配施有利于玉米地上部N含量和吸收量的增加；反之，玉米植株K含量和吸收量有所减少。

余江敏等^[19]研究表明，在相同施肥水平下，AI处理拔节期土壤碱解N比CI略高，而大喇叭口期和灌浆期土壤碱解N与CI处理相近。本研究表明，F₁W₂下AI₁和AI₃处理土壤碱解N和速效K含量明显高于CI处理，说明在单施无机氮肥和轻度缺水下，苗期—灌浆初期(AI₁)和拔节期—抽雄期(AI₃)分根区交替灌溉不利于玉米从土壤中吸收N和K。此外，相同水分条件下，F₂处理土壤碱解N和速效K含量均显著低于F₁处理，因为有机氮一般要通过矿化作用转化为无机氮后才能被玉米吸收，但是这个过程需要较长时间，因此在短期的盆栽试验中施有机N肥对土壤碱解N的增加相对缓慢，但是5年后有机肥与有机无机肥配施处理土壤碱解N含量水平才全面超过无机N肥处理^[20]，彭娜等^[21]和侯红乾等^[22]的研究结果也说明了这点。

(1)在轻度缺水和有机无机氮肥配施下，拔节期—抽雄期分根区交替灌溉(AI₃)有利于玉米总干物质量和总N吸收量的增加，而苗期—灌浆初期分根区交替灌溉不利于玉米K吸收的提高。

(2)AI₃下轻度缺水和有机无机氮肥配施有利于玉米氮吸收总量的提高，从而降低土壤碱解N含量。