鉀肥對(duì)春玉米‘中單509’葉片生理特性及產(chǎn)量的影響

杜錦，曹高燚，蘇東偉，萬(wàn)鵬，向春陽(yáng)

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鉀肥對(duì)春玉米‘中單509’葉片生理特性及產(chǎn)量的影響

杜錦，曹高燚，蘇東偉，萬(wàn)鵬，向春陽(yáng)通信作者

（天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384）

鉀是影響玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的重要因素之一。為研究玉米不同生育期葉片光合特性在不同施鉀水平的表現(xiàn)及其與產(chǎn)量間的關(guān)系，闡述光合特性的變化特性，探討玉米高產(chǎn)節(jié)肥的適宜施鉀量，本研究采用春玉米‘中單509’為試驗(yàn)材料，設(shè)置5個(gè)施鉀水平，測(cè)定不同生育期葉片的光合速率、葉綠素含量和產(chǎn)量。結(jié)果表明：隨著施鉀量的增加，玉米葉片的光合速率和葉綠素含量均表現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，不同的施鉀肥水平，玉米葉片光合速率和葉綠素含量都在開(kāi)花期達(dá)最大值；玉米葉片光合速率、葉綠素含量除成熟期外，均以施純鉀量為67.50 kg/hm2時(shí)達(dá)最高；施純鉀量在67.50 kg/hm2時(shí)，‘中單509’產(chǎn)量達(dá)到最大，各生育期的葉片可溶性糖含量達(dá)最高；通過(guò)試驗(yàn)建立了施鉀量與產(chǎn)量之間的回歸方程。不同施鉀量對(duì)玉米葉片的光合速率、葉綠素含量、可溶性糖含量和產(chǎn)量有顯著的影響，施用適量的鉀肥有利于玉米葉片的光合作用和產(chǎn)量的提高。

玉米；鉀肥；葉片光合速率；葉綠素含量；產(chǎn)量

玉米是我國(guó)的主要糧飼作物之一，不同種植方式和密度、施氮量和施磷量對(duì)玉米的產(chǎn)量有很大的影響[1-4]。一定條件下，玉米產(chǎn)量是隨著施鉀量的增加而增加，當(dāng)增加到一定量時(shí)，會(huì)隨著鉀肥的增加而下降，玉米產(chǎn)量與鉀肥施用量呈單峰曲線(xiàn)變化關(guān)系[5]。施用適量的鉀肥可提早玉米的出苗，幼苗生長(zhǎng)健壯，能有效地促進(jìn)玉米籽粒的形成和千粒重的提高，但施過(guò)量鉀肥經(jīng)濟(jì)效益明顯降低[6]。但玉米缺鉀可使莖稈節(jié)間縮短、莖稈抗折強(qiáng)度降低、表皮厚度降低和根系發(fā)育弱，鉀素不足玉米的光合產(chǎn)物形成速度也會(huì)降低，進(jìn)而影響植株養(yǎng)分合成量，最終影響產(chǎn)量和品質(zhì)。施鉀量影響著玉米葉片的光合作用，施鉀可顯著提高植株葉面積、葉綠素含量，從而提高葉片凈光合速率[7]；適宜的鉀肥有利于玉米葉片中葉綠素含量的增加和光合速率的提高[8]。不同磷肥對(duì)玉米品種‘中單509’影響的研究已有報(bào)道[2]，鉀肥對(duì)玉米的研究有所報(bào)道[9-10]，由于不同玉米對(duì)鉀肥的響應(yīng)不同，對(duì)玉米品種‘中單509’的鉀肥施用研究尚無(wú)報(bào)道。本研究以‘中單509’為材料，探討了不同鉀肥處理對(duì)玉米不同生育期葉片光合速率、葉綠素含量、可溶性糖含量和產(chǎn)量的影響，為春玉米‘中單509’在天津地區(qū)合理施用鉀肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試玉米品種為春玉米‘中單509’，肥料為尿素（含N 46%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%）。試驗(yàn)地點(diǎn)在天津市靜海區(qū)良種場(chǎng)，供試土壤為潮土，0～20 cm土層的基本化學(xué)性質(zhì)是，有機(jī)質(zhì)31.32 g/kg；堿解氮174.00 mg/kg；全磷（P）1.17 g/kg；有效磷（P）5.47 mg/kg；有效鉀（K）19.73 mg/kg；pH值為8.2。土壤基本化學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法：有機(jī)質(zhì)用丘林法，全氮采用半微量開(kāi)氏法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，全磷碳酸鈉用熔融法，有效磷用Olsen法，有效鉀用乙酸銨提取，火焰光度計(jì)法，pH為水浸提，酸度計(jì)測(cè)定。

1.2 方法

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)5個(gè)施鉀量（表1），一次施入，不追肥，各小區(qū)氮肥和磷肥均為相同水平，即施尿素289.08 kg/hm2，過(guò)磷酸鈣1 432.18 kg/hm2，氮肥分基肥（50%）開(kāi)溝施入和大喇叭口期追肥（50%）穴施，穴施深度和溝施深度均為10 cm左右，過(guò)磷酸鈣以基肥方式一次施入。每個(gè)小區(qū)種植10行，行長(zhǎng)6 m，行距55 cm，株距28 cm，每個(gè)處理3次重復(fù)。2014年5月5日進(jìn)行播種，田間管理同一般生產(chǎn)。

表1 鉀肥施用量 kg/hm2

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別在玉米三葉期、拔節(jié)期、大喇叭口期、開(kāi)花期和灌漿期測(cè)定葉片的光合速率和葉綠素含量，具體取樣方式：晴天在9：30—14：00之間，用TPS-2儀器測(cè)定功能葉片光合速率，用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量，每小區(qū)選測(cè)5株，在抽雄前測(cè)各植株最新完展葉，抽雄后測(cè)定穗位葉，在每片葉中部測(cè)3點(diǎn)，兩側(cè)各2點(diǎn)，避開(kāi)葉脈，取平均值，重復(fù)測(cè)定3次。分別在三葉期、拔節(jié)期、大喇叭口期、開(kāi)花期和灌漿期取樣測(cè)定玉米葉片的可溶性糖含量，具體取樣方法是三葉期取3個(gè)葉片混合樣，拔節(jié)期和大喇叭口期取最后的全展葉，開(kāi)花期和灌漿期取穗位葉，測(cè)定方法是蒽酮比色法[11]。成熟期每小區(qū)取中間行的中間10個(gè)果穗，自然風(fēng)干，在籽粒含水量為13%時(shí)，測(cè)量果穗長(zhǎng)、粒重、百粒重及產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel、DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施鉀量對(duì)‘中單509’葉綠素含量的影響

從圖1看出，隨著‘中單509’的生長(zhǎng)，不同施鉀量下‘中單509’葉片葉綠素含量變化趨勢(shì)基本相同，表現(xiàn)為三葉期至開(kāi)花期呈上長(zhǎng)升趨勢(shì)，從開(kāi)花期到成熟期呈下降趨勢(shì)。不同施鉀量下玉米葉片葉綠素含量在各時(shí)期表現(xiàn)不相同，在三葉期、灌漿期和成熟期各施鉀處理之間葉綠素含量無(wú)差異，其他時(shí)期存在一定的差異，表現(xiàn)為施純鉀量為67.50 kg/hm2時(shí)，在這些時(shí)期與其他一些施用量間達(dá)到顯著差異水平。在開(kāi)花期，葉片葉綠素含量達(dá)最高。

圖1 鉀肥施用量對(duì)玉米葉綠素含量的影響

2.2 不同施鉀量對(duì)‘中單509’葉片光合速率的影響

各施鉀量下，‘中單509’葉片光合速率變化和葉綠素含量變化基本相似，也是三葉期至開(kāi)花期呈上長(zhǎng)升趨勢(shì)，從開(kāi)花期到成熟期呈下降趨勢(shì)（圖2）。不同施鉀量下玉米葉片光合速率是以施純鉀量67.50 kg/hm2時(shí)最高，但在不同時(shí)期各施鉀處理之間表現(xiàn)不同。成熟期各施鉀處理之間無(wú)顯著差異，而施純鉀量為67.50 kg/hm2時(shí)，三葉期、拔節(jié)期、大喇叭口期、開(kāi)花期和灌漿期的葉片光合速率最高；開(kāi)花期的葉片光合速率與其他施鉀處理之間均達(dá)到顯著差異水平。

圖2 鉀肥施用量對(duì)玉米光合速率的影響

2.3 不同施鉀量對(duì)‘中單509’葉片可溶性糖含量的影響

從圖3看出，隨著玉米的生長(zhǎng)，不同施鉀水平‘中單509’葉片可溶性糖含量變化趨勢(shì)基本相同，即從三葉期（31.42%）下降至開(kāi)花期后開(kāi)始上升至灌漿期，不同施鉀水平之間玉米葉片可溶性糖含量表現(xiàn)亦不相同。三葉期施純鉀量在67.50 kg/hm2時(shí)，玉米葉片可溶性糖含量最高，與其他施鉀處理之間達(dá)到顯著差異水平，次之為施純鉀量45.00 kg/hm2，與施純鉀量為22.50 kg/hm2處理之間無(wú)顯著差異，與施鉀量為90.00 kg/hm2和112.50 kg/hm2處理之間均達(dá)到顯著差異水平；拔節(jié)期和大喇叭口期施純鉀量在67.50 kg/hm2時(shí)，葉片可溶性糖含量達(dá)到最高，與施純鉀量為22.50 kg/hm2處理之間達(dá)到顯著差異水平，而開(kāi)花期各施鉀處理之間無(wú)顯著差異；灌漿期施純鉀量為67.50 kg/hm2時(shí)，葉片可溶性糖含量最高，與施純鉀量為45.00 kg/hm2處理之間無(wú)顯著差異，與施純鉀量為22.50、90.00和112.50 kg/hm2處理之間均達(dá)到顯著差異水平。

圖3 鉀肥施用量對(duì)玉米葉片可溶性糖含量的影響

2.4 不同施鉀量對(duì)‘中單509’產(chǎn)量性狀的影響

從表2看出，在不同施鉀水平下，‘中單509’產(chǎn)量、穗長(zhǎng)、穗粒重和百粒重變化趨勢(shì)基本相同。施純鉀量在22.50～67.50 kg/hm2之間，產(chǎn)量表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，在67.50～112.50 kg/hm2之間，產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。各性狀最大值均表現(xiàn)在施純鉀67.50 kg/hm2時(shí)，分別為產(chǎn)量10 491.73 kg/hm2、穗長(zhǎng)20.02 cm、穗粒重196.31 g和百粒重31.75 g。本試驗(yàn)通過(guò)研究，建立施純鉀量與產(chǎn)量之間的回歸方程：＝-0.7812＋108.950＋6 127.500。通過(guò)方程可以算出玉米達(dá)最高產(chǎn)量9 927.09 kg/hm2時(shí)的施純鉀量為69.75 kg/hm2時(shí)，與試驗(yàn)實(shí)際結(jié)果相符。

表2 鉀肥對(duì)‘中單509’產(chǎn)量性狀的影響

3 討論與結(jié)論

葉綠素在光合作用中起著重要的作用，是光合作用中重要的色素分子，葉綠素含量是影響光合速率的重要指標(biāo)。‘中單509’整個(gè)生育期，光合作用和葉綠素含量均呈單峰曲線(xiàn)變化，其中開(kāi)花期光合作用最大，高于其他時(shí)期。在150～250 kg/hm2的范圍內(nèi)增施氮肥有利于提高葉片光合速率，但當(dāng)達(dá)到一定施肥量時(shí)，繼續(xù)增加氮肥會(huì)降低光合速率，限制光合能力的發(fā)揮[12]，鉀肥對(duì)春玉米光合速率和葉綠素含量的影響與氮肥相似。當(dāng)鉀肥不足時(shí)，葉綠體結(jié)構(gòu)變差，葉綠素含量降低，光合速率下降，導(dǎo)致植株衰老[13]，鉀肥過(guò)量時(shí)光合效率并不高，并會(huì)有所下降。在施用氮素、磷素的條件下，配施鉀素，有利于葉片光合作用，提高葉綠素含量[14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，‘中單509’整個(gè)生育期，光合速率和葉綠素含量表現(xiàn)為單峰曲線(xiàn)，其中開(kāi)花期光合速率達(dá)最大，高于其他時(shí)期。適施鉀肥有利于提高玉米產(chǎn)量，不施鉀肥玉米產(chǎn)量極低，而增施用一定量鉀肥后，產(chǎn)量劇增，鉀肥量在240 kg/hm2左右時(shí)產(chǎn)量最高，繼續(xù)增施鉀肥會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低[15]，這個(gè)結(jié)果和本試驗(yàn)結(jié)果一致?！扔?35’和‘軍單8’在拔節(jié)期、大喇叭口期、開(kāi)花期要進(jìn)行大量地呼吸作用，葉片中可溶性糖被消耗，所以可溶性糖含量下降[12]，李洪影[16]研究表明，氮、磷、鉀肥的配施對(duì)青貯玉米中可溶性總糖的積累有著重要的影響。本研究表明，玉米品種‘中單509’葉片可溶性糖含量在不同施鉀處理的條件下，均是從三葉期較高以后開(kāi)始下降，到灌漿期又上升到較高的含量。許多學(xué)者[17-19]對(duì)玉米葉片可溶性糖含量進(jìn)行了大量的研究，與本試驗(yàn)得出了相同的結(jié)果。本試驗(yàn)在5個(gè)施鉀水平下，對(duì)玉米‘中單509’葉片葉綠素含量、光合速率、可溶性糖含量以及玉米產(chǎn)量等進(jìn)行的研究，得出并不是施鉀量越高，光合速率等指標(biāo)就越高，而是在施純鉀量為67.50 kg/hm2時(shí)，拔節(jié)期至灌漿期的葉綠素含量及光合速度達(dá)最大值，產(chǎn)量等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)最大值。這進(jìn)一步說(shuō)明，片面追求高產(chǎn)，盲目施用鉀肥是不可行的，不僅會(huì)浪費(fèi)鉀肥、增加農(nóng)民的種地成本，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，一定要依據(jù)土壤條件和作物品種進(jìn)行合理的測(cè)土施肥。本試驗(yàn)通過(guò)研究在天津市潮土上建立了施鉀量與玉米產(chǎn)量之間的回歸方程，為本地區(qū)玉米的鉀肥施用量提供了科學(xué)指導(dǎo)。

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責(zé)任編輯：楊霞

Effects of Potassium Fertilizer on Physiological Characteristics of Leaves and Yield in Spring Maize ‘Zhongdan509’

DU Jin, CAO Gao-yi, SU Dong-wei, WAN Peng, XIANG Chun-yangCorresponding Author

（College of Agonomy and Resource Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

Potassium fertilizer is one of the important factors which influence the growth and yield of maize. For expounding physiological characteristics and yield traits associated with potassium supplement and optimization of potassium fertilizer suitable amount for high efficient maize production, we monitored the changes of a spring maize‘Zhongdan509’leaves in each growth stage using five levels of potassium sets. The results showed that photosynthetic rate and chlorophyll content showed a unimodal pattern in pace with the increasing use of potassium and reached onto the maximum on the flowering time. Under different potassium treatment, maize photosynthetic rate and chlorophyll content could reach to the maximum at the level of 67.50 kg/hm2accompany with the whole growing period except for maturation. With the increase of the amount of potassium, soluble sugar content of leaves could reach onto maximum at the level of 67.50 kg/hm2throughout the growing period, ultimately, forming a optimal yield of maize. The results showed that potassium supplement possess significant relationship with yield photosynthetic rate, chlorophyll content and soluble sugar content, and suitable potassium supplement would be a best suggestion for enhancing photosynthetic rate and yield.

maize; potassium fertilizer; photosynthetic rate of leaves; chlorophyll content; yield

1008-5394（2017）01-0001-04

S332.1

A

2016-04-25

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“華北主要作物秸稈飼用技術(shù)及優(yōu)質(zhì)化生產(chǎn)技術(shù)集成與示范”（201503134）；天津市高等學(xué)校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目“作物品質(zhì)及抗逆性的遺傳改良”（TD12-5017）；天津市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“飼用高油玉米相關(guān)性狀的遺傳研究及新品種選育”（06YFGZNC01200）

杜錦（1984-），男，山西陽(yáng)泉人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事玉米遺傳育種和種子科學(xué)相關(guān)研究。E-mail：401558171@qq.com。

向春陽(yáng)（1965-），男，湖北武漢人，教授，博士，主要從事遺傳育種學(xué)的教學(xué)與科研工作。E-mail：xiang5918@sohu.com。