栽培模式對南方丘陵紅壤旱地春玉米生理生化特性及產量的影響

李　超， 唐海明， 汪　柯， 程凱凱， 肖小平， 湯文光， 楊光立

(湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125)

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栽培模式對南方丘陵紅壤旱地春玉米生理生化特性及產量的影響

李超， 唐海明， 汪柯， 程凱凱， 肖小平， 湯文光， 楊光立

(湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125)

摘要：【目的】為我國南方丘陵紅壤旱地春玉米Zea mays L.的高產栽培提供科學依據。【方法】將覆膜栽培、有機肥及增施鉀肥進行耦合，以常規(guī)施肥+裸地為對照(CK)，研究不同栽培模式對南方丘陵紅壤旱地春玉米的生理生化特性及產量的影響?！窘Y果】常規(guī)施肥+有機肥+鉀肥+地膜覆蓋(TOK)的產量最高，比CK提高了3.4%；TOK的百粒質量分別比常規(guī)施肥+有機肥+地膜覆蓋(TO)、常規(guī)施肥+K肥+裸地(TK)、CK提高了14.9%、15.1%、20.4%；各項抗旱指標值均表現為CK>TK>TO>TOK；各生育時期的凈光合速率(Pn)均表現為TOK>TO>TK>CK，成熟期各處理之間Pn的變化幅度最大，達到了43.62%?！窘Y論】TOK能有效地增加春玉米的Pn，增強抗旱性，有利于實現高產，是我國南方丘陵地區(qū)紅壤旱地春玉米高產的最佳栽培方式之一。

關鍵詞：春玉米； 紅壤； 栽培模式； 生理生化特性； 抗旱性； 產量

玉米Zea mays L.是當今世界重要的糧飼作物及工業(yè)原料，據中國統計年鑒統計，2013年玉米的播種面積達3 631.8萬hm-2、產量為21 848.9萬t，已超越水稻成為我國的第一大糧食作物；玉米占農作物種植結構比達到22.06%，分別比水稻、小麥增加了19.8%、50.6%，且呈逐年遞增趨勢(中國統計年鑒，2014)。我國南方丘陵地區(qū)主要以紅壤為主，南方各省的玉米種植嚴重失衡，開發(fā)利用空間極大，但近年來全球氣候變暖，季節(jié)性干旱嚴重，干旱缺水成為限制旱地玉米可持續(xù)發(fā)展的重要因子[1]。開展南方丘陵紅壤旱地玉米的高產栽培模式研究勢在必行，探究玉米抗旱的生理生化特性，通過采取科學有效的蓄水保肥栽培措施，提高玉米抗旱性及產量，一直是旱作玉米的重點研究方向。目前，國內外有關旱地玉米蓄水保肥栽培的研究多集中在單一因素上，如全膜雙壟溝播栽培[2-3]、增施鉀肥[4-5]、有機肥等技術均能有效地提高玉米的抗旱性及產量，但將多項栽培技術通過頂層設計耦合起來進行研究鮮見報道。本研究以常規(guī)施肥加裸地栽培為對照，將覆膜起垅栽培、有機肥及增施鉀肥耦合起來形成3種栽培模式，研究各栽培模式對南方丘陵紅壤旱地春玉米生理生化特性及產量的影響，旨在探索出一種適宜該地區(qū)玉米高產的最佳栽培方式，為同類型地區(qū)玉米的高產栽培提供借鑒。

1材料與方法

1.1材料

玉米品種為“湘康玉1號”，由湖南省華容縣農業(yè)局提供。LI- 6400便攜式光合作用測定儀，美國LI-COR公司生產。

1.2試驗地概況

試驗于2015年在湖南省華容縣三封市鎮(zhèn)(N 29°45′20″、 E 112°18′47″)進行。土壤為第四紀紅色黏土發(fā)育的紅壤，試驗前耕層土壤基礎養(yǎng)分性狀為：pH 5.1，有機質、全氮、全磷和全鉀分別為19.50、1.19、0.57和16.80 g·kg-1，速效氮、有效磷和速效鉀分別為108.00、0.68和63.10 mg·kg-1。試驗地屬于濕潤性大陸季風濕潤氣候，年均氣溫16.3～17.6 ℃，≥10 ℃有效積溫5 270.3 ℃，全年無霜期257～259 d，年降雨量1 200～1 500 mm，季節(jié)性干旱時常發(fā)生。

1.3方法

試驗設4個處理：常規(guī)施肥+有機肥+K肥+地膜覆蓋(TOK)、常規(guī)施肥+有機肥+地膜覆蓋(TO)、常規(guī)施肥+K肥+裸地(TK)和常規(guī)施肥+裸地(CK)，每個處理3次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積21.6 m2，小區(qū)四周加設保護行。2015年3月23日播種，每小區(qū)108穴，每穴播2粒，出苗后定苗1株以確保全苗，密度為49 500株·hm-2，2015年7月22日收獲。常規(guī)施肥的基肥為淄博秦瀛復合肥有限公司提供的復合肥(N、P2O5、K2O質量比為20∶10∶10)，施肥量750 kg·hm-2；有機肥為豬糞(有機質、全N 、P2O5和K2O分別為6.89、0.24、0.58和0.16 g·kg-1)，施肥量15 000 kg·hm-2；鉀肥為氯化鉀，按K2O 180.0 kg·hm-2施加。其中，鉀肥及復合肥在整地前一次性作基肥施入；尿素150.0 kg·hm-2作追肥，按4∶5∶1的比例分別于拔節(jié)期、大喇叭口期及抽雄期追施，有機肥在整地后采用穴施法一次性施入。其他栽培管理措施與常規(guī)大田生產一致。

生理指標的測定：于大喇叭口期、灌漿期、成熟期對玉米植株倒數第1片完全展開葉進行測定，各指標每小區(qū)測3片葉，共36片葉。晴天09:00—11:30測定葉片中部的光合速率、氣孔導度及蒸騰速率，系統內氣流速度為500 μmol·s-1、溫度為30 ℃，3個時期的光照度分別設定為900、1 000和800 mol·m-2·s-1。測定超氧化物歧化酶(SOD)活性[6]、過氧化氫酶(CAT)活性[6]、丙二醛(MDA)含量[7]和脯氨酸(Pro)含量[8]。CAT活力以每分鐘、每克鮮葉吸光值(D240 nm)的降低值來表示；SOD活性以抑制NBT光化還原50%作為1個酶活性單位(U)，以每克鮮葉的酶活力單位表示。

春玉米籽粒成熟期，統計各處理小區(qū)全部株數，測定玉米的穗位高；從中隨機取15穗進行室內考種，測定穗長、穗粗、禿頂長、穗行數、行粒數、穗粒數和籽粒干質量等指標；同時，測定各小區(qū)的產量。

運用DPS 9.50和Excel 2007數據分析軟件對試驗數據進行分析處理。

2結果與分析

2.1不同栽培模式對春玉米丙二醛和脯氨酸含量的影響

圖1A表明，葉片丙二醛(MDA)含量伴隨生育期的推進而逐漸增加，成熟期達到最大；各處理間均表現為TOK的MDA含量最低，TO次之，CK最高。說明在CK及TK處理下，葉片MDA含量顯著增加(P<0.05)，膜脂過氧化加劇，而增施鉀肥能在一定程度上減少葉片MDA的生成，增強玉米植株的抗旱性。TO和TOK處理有利于土壤的保水保肥，植株營養(yǎng)代謝受影響較少，葉片MDA的含量最低。

逆境條件下，植物體內脯氨酸(Pro)的含量顯著增加。Pro含量在一定程度上反映了植物的抗逆性[9]。圖1B表明，各處理葉片的Pro含量均伴隨生育期的推進而逐漸增加，成熟期達到最大；各處理間葉片的Pro含量表現為CK>TK>TO>TOK。說明裸露條件下，土壤中的水分蒸發(fā)嚴重，玉米植株遭受干旱而大量生成Pro；在TO和TOK處理下，葉片的Pro含量較低，遭受的干旱較輕，而增施鉀肥的TOK處理Pro含量最低，表明覆膜栽培能有效減輕玉米植株遭受干旱脅迫，增施鉀肥后效果更顯著。

相同時期、不同柱子上凡是有一個相同小寫字母者，表示差異不顯著(P>0.05，LSD法)。

圖1不同栽培模式對春玉米葉片MDA和Pro含量的影響

Fig.1Influences of different cultivation models on MDA and Pro contents of spring maize leaves

2.2不同栽培模式對春玉米過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性的影響

過氧化氫酶(CAT)普遍存在于植物組織中，其活性與植物的代謝強度、抗衰老、抗寒、抗病能力有一定關系。圖2A表明，總體上各處理間葉片的CAT活性變化規(guī)律與Pro、MDA含量的相似，但成熟期各處理間CAT活性的變化幅度明顯要大于Pro及MDA含量的變化幅度。

超氧化物歧化酶(SOD)是一種重要的抗氧化酶，直接影響衰老過程中清除自由基的能力，植物體內SOD活性的大小是衰老與死亡的直觀指標[10]。圖2B表明，各處理葉片的SOD活性均伴隨生育期的推進而逐漸增加，成熟期達到最大；各處理間的SOD活性表現為CK>TK>TO>TOK，表明CK及TK處理加速了玉米植株的氧化衰老，導致SOD活性顯著(P<0.05)增加，而TOK及TO處理的SOD活性較低，表明TOK及TO條件下能有效緩解玉米植株的氧化衰老。

相同時期、不同柱子上凡是有一個相同小寫字母者，表示差異不顯著(P>0.05，LSD法)。

圖2不同栽培模式對春玉米葉片CAT和SOD活性的影響

Fig.2Influences of different cultivation models on CAT and SOD activities of spring maize leaves

2.3不同栽培模式對春玉米光合參數的影響

表1表明，隨著生育進程的推進，各處理的凈光合速率(Pn)表現為先升后降的趨勢，各處理Pn排序為TOK>TO>TK>CK；氣孔導度(Gs)伴隨生育期的推進逐漸降低；蒸騰速率(Tr)表現為先增加后降低的趨勢，各處理Gs排序為TOK>TO>TK>CK。灌漿期的Pn最大，比大喇叭口期、成熟期分別增加了10.8%、106.0%；成熟期各處理之間Pn的變化幅度較大，最大變幅達到了43.62%，而大喇叭口期及灌漿期僅分別為19.98%和23.45%；成熟期各處理的Tr與CK差異顯著(P<0.05)，TOK處理的最大，為3.61×10-3mmol·m-2·s-1，分別比TO、TK和CK提高了4.0%、19.5%和34.2%，大喇叭口期和灌漿期各處理的Tr差異不顯著。

表1不同栽培模式對春玉米光合參數的影響1)

Tab.1Influences of different cultivation models on photosynthetic parameters of spring maize

mol·m-2·s-1

1)相同生育期、同列數據后凡是有一個相同小寫字母者，差異不顯著(P>0.05,LSD法)，變化幅度=(最大值-最小值)/平均值×100%。

2.4不同栽培模式對春玉米產量及相關性狀的影響

表2表明，TOK的產量最高，分別比TK、TO、CK提高了2.2%、2.4%和3.4%，均達顯著水平(P<0.05)；穗長、穗粗、行數、每穗粒數及百粒質量均以TOK最高，穗長、行數、每穗粒數及百粒質量與CK相比均達到了顯著差異(P<0.05)，其中TOK的百粒質量分別比TO、TK、CK提高了14.9%、15.1%和20.4%；穗位高以CK最高，分別比TK、TO、TOK提高了5.8%、5.9%和15.5%；禿頂長以CK最高，分別比TO、TK和TOK提高了55.7%、67.4%和68.3%，均達顯著水平(P<0.05)。

表2不同栽培模式對春玉米產量及相關性狀的影響1)

Tab.2Influences of different cultivation models on yield and yield-related traits of spring maize

處理穗位高/cm穗長/cm穗粗/cm禿頂長/cm行數行粒數每穗粒數百粒質量/g產量/(kg·hm-2)TK83.41ab23.05a5.01a1.86b16.78b39.85a668.68ab28.19ab9224.6aTO83.34ab21.86ab4.82a2.01b16.92b38.91a658.36ab28.25ab8945.7aTOK76.42b23.42a5.13a1.87b17.96a38.23a686.61a32.45a11086.8aCK88.26a20.17b4.82a3.13a16.90b34.75b587.28b26.96b8275.8b

1)同列數據后凡是有一個相同小寫字母者，表示差異不顯著(P>0.05,LSD法)。

3討論與結論

南方丘陵紅壤旱地是湖南省主要丘陵旱地土壤之一，也是我國南方地區(qū)的主要代表性土壤之一，在季節(jié)性干旱越來越突出的背景下，通過不同栽培模式開展紅壤旱地春玉米的節(jié)水增產研究，明確不同栽培模式下旱地春玉米增產穩(wěn)產的生理生化差異特性，對于旱地春玉米的發(fā)展具有重要意義。

玉米是對水分脅迫敏感的植物之一[10-11]，前人在干旱脅迫下對玉米的農藝學性狀[12-13]、光合生理特性和保護性酶[14-16]等方面進行了一系列研究。干旱脅迫抑制玉米苗期植株生長，導致植株株高降低、葉面積減少、生物量顯著下降、根冠比增加，同時玉米葉片的SOD、POD、CAT活性表現為先升高后降低趨勢，MDA含量呈增加趨勢[13,17]。崔立梅等[19]研究表明，干旱條件下，玉米幼苗根系可溶性蛋白含量、MDA含量以及SOD、POD活性都呈明顯增加趨勢，且在缺水處理96 h后增幅減小，缺水48 h后復水可使干旱時迅速增加的SOD、POD活性和MDA含量恢復到正常狀態(tài)。本研究的各保護性酶活性均隨著生育進程的推進呈增加趨勢，與崔立梅等[18]的研究結果一致，這主要是由于降雨在一定程度上緩解了干旱，故未出現下降趨勢；MDA含量表現為TOK最低、TO次之、CK最高，與杜彩艷等[13]的研究結果一致。前人在栽培措施[2-3,19-20]、鉀肥[4-5,21]等對玉米的抗倒、光合生理、養(yǎng)分吸收運轉、產量及品質等的影響也有過系統研究。有研究表明：全膜雙壟溝播栽培相比全膜平鋪穴播及露地平播栽培，能有效地提高土壤水分和溫度、提高水分利用率、縮短生育期，顯著地增加生物產量及經濟產量[2-3,22]。桑丹丹等[20]研究表明，在玉米花粒期，行間覆膜處理可以提高玉米上位葉及穗位葉的凈光合速率,減少氣孔導度，降低葉片蒸騰速率，延緩葉片衰老，維持花粒期生理功能，保證子粒充分灌漿，提高千粒質量，實現超高產。崔金虎等[23]研究表明，增施鉀肥能有效地提高光合速率，且通過影響玉米的百粒質量、穗粒數和穗長來影響玉米的產量。許海濤等[24]研究表明，鉀肥用量在75～225 kg·hm-2時，玉米產量隨鉀肥用量的增加而提高，但當鉀肥用量達300 kg·hm-2時，玉米產量則下降。韓永超等[25]研究表明，有機無機肥配施可明顯增加玉米葉片葉綠素含量，提高葉片蒸騰速率、氣孔導度和凈光合速率。周樺等[26]研究表明，長期施用有機肥具有穩(wěn)產高產作用，且隨著有機肥施用量的增加，玉米的穩(wěn)產作用更為明顯。本研究表明，常規(guī)施肥+有機肥+鉀肥+地膜覆蓋(TOK)的產量最高，比CK提高了3.4%，百粒質量分別比TO、TK和CK提高了14.9%、15.1%和20.4%；各項抗旱指標值均表現為CK>TK>TO>TOK；各生育時期的凈光合速率均表現為TOK>TO>TK>CK，成熟期處理間凈光合速率的變幅最大，達43.62%。TOK能有效地增加玉米的凈光合速率、增強抗旱性，有利于實現高產，是適宜我國南方丘陵地區(qū)紅壤旱地春玉米高產的最佳栽培方式之一。

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【責任編輯周志紅】

Effects of cultivation models on physiological and biochemical characteristics and yield of spring maize in hilly red soil upland of southern China

LI Chao，TANG Haiming，WANG Ke，CHENG Kaikai，XIAO Xiaoping，TANG Wenguang，YANG Guangli

(Hunan Province Soil and Fertilizer Research Institute, Changsha 410125, China)

Abstract：【Objective】 To provide a scientific basis for high-yield cultivation of spring maize, Zea mays L., in southern hilly red soil.【Method】Film mulching cultivation was coupled with organic fertilizer and increasing K fertilizer, using conventional fertilization and open cultivation as the control. Yield, physiological and biochemical characteristics of spring maize were researched in different cultivation models.【Result】Conventional fertilization+organic fertilizer+K fertilizer+ film mulching cultivation(TOK) resulted in the highest yield, increasing 3.4% compared with conventional fertilization+bare land (CK). One hundred-seed weight of TOK increased 14.9%, 15.1% and 20.4% respectively, compared with conventional fertilization+organic fertilizer+film mulching cultivation(TO), conventional fertilization+K fertilizer+ bare land(TK) and CK. Each drought index showed TOK>TO>TK>CK. The net photosynthetic rate(Pn) in each growth stage showed TOK>TO>TK>CK. There was a maxmum change range of Pn among all treatments in maturity,which was 43.62%.【Conclusion】TOK is one of the better cultivation models for spring maize in hilly red soil upland of southern China, which can achieve high yield by increasing Pn and drought resistance.

Key words：spring maize； red soil； cultivation model； physiological and biochemical characteristic； drought resistance; yield

收稿日期：2015- 11- 03優(yōu)先出版時間：2016- 06- 01

作者簡介：李超(1989—)，男，實習研究員，碩士，E-mail:hnchaoli0419@163.com；通信作者：肖小平(1963—),男,研究員, E-mail:hntfsxxping@163.com

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃(2012BAD20B05)

中圖分類號：S513

文獻標志碼：A

文章編號：1001- 411X(2016)04- 0013- 05

優(yōu)先出版網址：http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.s.20160601.1629.032.html

李超， 唐海明， 汪柯， 等.栽培模式對南方丘陵紅壤旱地春玉米生理生化特性及產量的影響[J].華南農業(yè)大學學報，2016,37(4):13- 17.