不同復(fù)合肥對(duì)玉米光合作用及生長(zhǎng)發(fā)育的影響

閻世江，褚清河，周運(yùn)寧，張治家

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜研究所，山西 太原 030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所，山西 太原 030006；3.山西省白色農(nóng)業(yè)研究開發(fā)中心，山西 太原 030031；4.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，山西 太原 030031)

近年來我國(guó)的糧食生產(chǎn)出現(xiàn)了連續(xù)多年的豐收，施肥在此過程中起到的作用十分巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占30%～50%[1]。在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)為維護(hù)我國(guó)的糧食安全必須注重施肥技術(shù)的研究[2]。自德國(guó)科學(xué)家李比希提出化肥施用的理論后[3]，國(guó)內(nèi)外有關(guān)的研究多集中在以下的幾方面：①以肥料為基礎(chǔ)，研究如何使其發(fā)揮最大效能；②以作物為基礎(chǔ)，研究使其能吸收更多的肥料，促進(jìn)其生長(zhǎng)；③在研究土壤養(yǎng)分、理化性質(zhì)與肥料性質(zhì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)土壤不同的肥力狀況，因地制宜施用不同的肥料，使作物獲得更多的收益。當(dāng)前問題又比較突出的是上述中的第三方面[4]。玉米在山西省的種植面積較大，而在玉米生產(chǎn)中大量應(yīng)用復(fù)合肥，但隨著大量施用復(fù)合肥目前玉米的產(chǎn)量卻未得到大幅的提高[5]，因此如何應(yīng)用新型的復(fù)合肥是研究的一項(xiàng)熱點(diǎn)。為此本試驗(yàn)以玉米為研究對(duì)象，在種植過程中施用新型氮、磷、鉀配比復(fù)合肥，調(diào)查光合參數(shù)、生理指標(biāo)及產(chǎn)量性狀，研究氮、磷、鉀配比增產(chǎn)減量技術(shù)在玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用，以期為作物高產(chǎn)施肥技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽(yáng)試驗(yàn)示范基地進(jìn)行，土壤為褐土，試驗(yàn)前采取0～20 cm耕層土壤，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所進(jìn)行氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分的測(cè)定。

試驗(yàn)地土樣化驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，氮含量為62.6 mg·kg-1，有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量分別達(dá)7.00 mg·kg-1、198 mg·kg-1、13.4 g·kg-1，劉蝴蝶等[6]研究山西省主要耕作土壤肥力情況，結(jié)果表明堿基氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量分別達(dá)61.5 mg·kg-1、21.4 mg·kg-1、150.2 mg·kg-1、17.2 g·kg-1，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)供試土壤堿基氮與全省平均水平相差較小，速效鉀含量較省內(nèi)平均含量高，有機(jī)質(zhì)、有效磷含量較省內(nèi)平均含量低，土壤肥力較差，為使玉米豐產(chǎn)，應(yīng)施用化肥。

1.2 供試作物與種植方法

選用玉米品種京科665，屬普通玉米品種，以自選系京725為母本，京92為父本雜交育成。京92是以昌7-2為母本，京24為父本雜交得到F1，再以其為母本， Lx9801為父本雜交后，在高密度條件下連續(xù)自交8代選育而成。幼苗綠色，葉鞘紫色，葉緣淡紫色，花藥淡紫色，穎殼淡紫色。

試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)10 m，寬5 m，處理按照供試肥料要求進(jìn)行，其余的管理相同，設(shè)3次重復(fù)，共安排6個(gè)小區(qū)。2017年4月18日機(jī)器播種，株距25 cm，行距55 cm， 10月5日統(tǒng)一收獲。在大喇叭口期、抽雄期、灌漿期每小區(qū)隨機(jī)選取20株玉米采用LI-6400便攜式光合作用儀，于晴天11：40～14：30測(cè)定植株上部展開葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等光合參數(shù)及葉綠素含量(丙酮-乙醇法)、葉干重、莖干重。

收獲時(shí)全區(qū)收獲，按濕重比例取100穗考種和記產(chǎn)，調(diào)查株高、莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖長(zhǎng)、單穗粒重、千粒重，最后折算成公頃產(chǎn)量進(jìn)行比較。

1.3 供試肥料及作業(yè)方式

本試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，處理1：不施用化肥，作為空白。處理2：施用牛糞作為底肥施入，每畝3 m3，處理3：施用新型配比肥(以下簡(jiǎn)稱試驗(yàn)肥)，試驗(yàn)肥為寧夏魯西化肥有限公司生產(chǎn)，成分N∶P2O5∶K2O=15∶42∶0，每袋50 kg。該新型肥料與傳統(tǒng)肥料相比較N、P、K的配比不同，N含量較低，P含量較高。試驗(yàn)肥每畝用1.5袋，做底肥施入，全生育期不再追肥(試驗(yàn)要求方式)。處理4：選用的肥料為硝酸磷肥，產(chǎn)地為山西化肥廠，成分N∶P2O5∶K2O=26∶5∶11.5∶0，每袋50 kg。硝酸磷肥每畝用1袋，做底肥施入，大喇叭口期畝追肥40 kg(過去多年采用方式)。其余的管理方式相同。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米的光合參數(shù)

玉米的光合參數(shù)見表1，經(jīng)試驗(yàn)肥處理在大喇叭口期、抽雄期、灌漿期凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度均呈逐漸上升的趨勢(shì)，而且均較同期的幾個(gè)處理高。處理3均為最高，在三個(gè)時(shí)期分別達(dá)22.45、30.25、38.12 μmol·m-2·s-1，處理4排在第二位，分別達(dá)20.14、26.38、31.41 μmol·m-2·s-1，處理2排在第二位，處理1最低，分別達(dá)15.24、21.54、25.68 μmol·m-2·s-1。

表1 玉米的光合參數(shù)Table 1 Photosynthetic parameters of corn

注：同列小寫和大寫字母分別表示基因型間在0.05和0.01水平存在顯著性差異。下同。

Note：The small and capital letters in the same column indicated significant difference at level of 0.05 and 0.01, respectively.The same below.

蒸騰速率隨著大喇叭口期、抽雄期、灌漿期的出現(xiàn)逐漸升高，可以發(fā)現(xiàn)處理3一直表現(xiàn)為最高，在大喇叭口期，處理1至處理4在1.22～1.89 mmol·m-2·s-1之間，在抽雄期在1.98～3.71 mmol·m-2·s-1之間，在灌漿期在3.21～8.87 mmol·m-2·s-1之間。

氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度的數(shù)值與凈光合速率、蒸騰速率的表現(xiàn)相似，均以處理3為最高，處理1為最低，處理4、處理2分別排在第二位、第三位。其中在大喇叭口期，處理3、處理4的氣孔導(dǎo)度的差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。

經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)經(jīng)過試驗(yàn)肥的處理測(cè)定的全部光合參數(shù)為最高，而未施用底肥的處理為最低，施用化肥的處理排在第二位，施用牛糞的處理排在第三位，說明試驗(yàn)肥可以提高玉米的光合性能，為提高產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)，如不施用底肥則光合性能最差，施用化肥提高光合能力較施用牛糞強(qiáng)。

2.2 玉米的生理指標(biāo)

玉米測(cè)定的葉綠素含量、葉干重、莖干重分別見表2～表4，4個(gè)處理的葉綠素含量均逐漸升高，在大喇叭口期，處理3最高，與處理1、處理2的差異達(dá)顯著水平(P=0.05)，在抽雄期，處理3達(dá)4.98 mg·g-1，處理4達(dá)4.45 mg·g-1，處理2、處理1分別達(dá)4.01 mg·g-1、3.98 mg·g-1。在灌漿期處理3達(dá)6.25 mg·g-1，處理4達(dá)5.58 mg·g-1，處理1、處理2的差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。分別為4.58 mg·g-1、5.01 mg·g-1。

葉干重、莖干重的結(jié)論與葉綠素含量相似，均以處理3表現(xiàn)最高，處理1較低，處理4、處理3排在第2、3位。

表2玉米的葉綠素含量

Table2 Chlorophyll content of corn plants at different growth stages

處理Treatment葉綠素含量/mg·g-1Chlorophyll content大喇叭口期Large bell mouth period抽雄期Tasseling period灌漿期Filling period12.54Bb3.98Cc4.58Cc22.68Bb4.01Cc5.01Cc33.34Aa4.98Aa6.25Aa43.25ABab4.45Bb5.58Bb

表3 玉米的葉干重Table 3 Dry weight of leaf of corn

表明隨著大喇叭口期、抽雄期、灌漿期的出現(xiàn)，玉米的葉綠素含量、葉干重、莖干重逐漸升高，但施用試驗(yàn)肥的處理葉綠素含量、葉干重、莖干重最高，不施用肥料表現(xiàn)最低，施用化肥與施用牛糞相比較，化肥處理的表現(xiàn)較高，牛糞的較低。

表4 玉米的莖干重Table 4 Dry weight of stem of corn

2.3 室內(nèi)考種情況

室內(nèi)考種情況見表5，可以發(fā)現(xiàn)種植京科665后，除穗行數(shù)外，其余指標(biāo)之間的差異均達(dá)顯著水平(P<0.01)，測(cè)定的禿尖長(zhǎng)以處理3為最低，其余指標(biāo)以處理3為最高，在測(cè)定株高時(shí)，處理3與處理4之間的差異未達(dá)顯著水平(P<0.05)，在株高、莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗、行粒數(shù)、單穗粒重、千粒重、公頃產(chǎn)量中處理3均高于其余的處理，分別達(dá)2.38 m、2.71 mm、19.1 cm、5.3 cm、40、237.2 g、393.3 g、14 235 kg。禿尖長(zhǎng)中處理3表現(xiàn)為最小，為0.9 cm，處理1的表現(xiàn)相反。處理4、處理2排在中間的位置。

表5 玉米拷種結(jié)果Table 5 Corollary results of corn

經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)經(jīng)試驗(yàn)肥處理，禿尖長(zhǎng)下降，株高、莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗、行粒數(shù)、單穗粒重、千粒重等與產(chǎn)量密切相關(guān)的指標(biāo)上升，為提高產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)，使折算后的公頃產(chǎn)量由11 760 kg上升至14 235 kg，較施用化肥的處理增長(zhǎng)的幅度達(dá)21%。施用化肥的處理對(duì)產(chǎn)量也有一定的影響，但對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)不及試驗(yàn)肥，排在第二位，施用牛糞的處理排在第三位，不施用肥料的處理產(chǎn)量較低，排在第四位。

3 結(jié)論與討論

凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等是常見的光合參數(shù)，學(xué)者均認(rèn)為其與玉米生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成密切相關(guān)，王曉娟等[7]報(bào)道，在玉米施用肥料后改善光合能力，使凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度升高，蔣達(dá)波等[8]報(bào)道，氮肥在一定的范圍內(nèi)能提高玉米的光合性能，但超過此范圍后，反而抑制光合性能。本試驗(yàn)的結(jié)論與上述結(jié)論一致，說明在施用試驗(yàn)肥后，較化肥能提高玉米的光合性能，促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，可以積累更多的干物質(zhì)，有利于產(chǎn)量的形成[9]。

玉米作為一種高等植物在正常的光合作用過程中利用的光能是通過葉綠體色素吸收的，因此葉綠素含量決定其光合性能[9]。武鵬等[10]報(bào)道，在玉米的生長(zhǎng)過程中噴施葉面肥可以提高葉片中葉綠素的含量，而未施用肥料的植株葉綠素的含量較低，畢銀麗等[11]報(bào)道，采用高磷肥料處理的玉米綠素的含量升高，光合能力加強(qiáng)，有利于干物質(zhì)的積累。本試驗(yàn)的結(jié)論與上述結(jié)論一致。說明施用化肥后，尤其是施用磷含量較高的配比化肥對(duì)玉米的葉綠素含量、光合能力、干物質(zhì)積累有利，進(jìn)一步形成較高的產(chǎn)量。

本項(xiàng)研究認(rèn)為在施用了試驗(yàn)肥后，玉米品種京科665的生長(zhǎng)指標(biāo)如株高、禿尖長(zhǎng)、莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、單穗粒重、千粒重等與產(chǎn)量密切相關(guān)的指標(biāo)影響較大，對(duì)穗行數(shù)沒有影響，畝產(chǎn)大幅增加，表明試驗(yàn)肥對(duì)提高玉米產(chǎn)量有利，其原因主要是試驗(yàn)肥氮、磷、鉀的配比不同，在試驗(yàn)肥中磷的占比較高，起了重要的作用。張福鎖等[12]報(bào)道，在玉米的生產(chǎn)中磷的作用較大。而我國(guó)的土壤普遍缺磷，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中限制因素之一[13]。我國(guó)缺磷耕地面積達(dá)7 000 萬hm2[14]。增施磷肥和鉀肥有利于壯苗早發(fā)、壯株大穗、提高粒葉比、增加粒數(shù)和粒重，是提高群體質(zhì)量的重要條件[15～20]。這與本試驗(yàn)的結(jié)論一致，因此今后在玉米的產(chǎn)量中應(yīng)多施磷肥。

孔麗麗等報(bào)道[21]，氮肥的合理施用能提高玉米的產(chǎn)量，在本次施用的新型復(fù)合肥中氮含量雖然較化肥低，但考慮到當(dāng)?shù)氐耐寥乐泻恳堰_(dá)到一定的水平，外源添加的氮與土壤中的氮已可以滿足玉米生長(zhǎng)的需要[22]。如氮的含量超過一定的范圍反而對(duì)玉米產(chǎn)量提高有不利的影響，且對(duì)環(huán)境有害。

綜上所述由于新型配比化肥根據(jù)試驗(yàn)地土壤情況定制，配比科學(xué)合理，符合玉米生長(zhǎng)需肥規(guī)律，提高了P2O5的用量、降低氮的用量，使磷、氮元素對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量貢獻(xiàn)得到有效發(fā)揮，取得了很好的應(yīng)用效果。同時(shí)這種施肥方式減少了田間操作次數(shù)，降低經(jīng)濟(jì)成本，具有廣闊應(yīng)用前景。