葉面噴鋅對兩種類型玉米產(chǎn)量、籽粒鋅等礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量的影響

蔣曦龍，王瀾，喬月彤，李曉靖，薛燕慧，陳利容，夏海勇，4

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室/小麥玉米國家工程實驗室，山東 濟南 250100；2.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193；3.山東師范大學生命科學學院，山東 濟南 250014；4.青島農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山東 青島 266109）

人體鋅元素缺乏是一個重要的世界性問題，以谷物為主食的地區(qū)缺鋅尤其嚴重［1］。玉米作為我國第一大糧食作物，其營養(yǎng)品質(zhì)直接影響人體健康。我國玉米的籽粒鋅含量很低，平均僅為11.8 mg/kg［2］，遠低于人體所需玉米籽粒鋅的生物強化目標值38 mg/kg［3］。土壤有效鋅含量偏低是造成玉米籽粒鋅含量不足的主要因素。因此，通過施用鋅肥等生物強化措施來補充玉米鋅吸收，對提高玉米鋅營養(yǎng)具有十分重要意義［4］。

鋅肥施用是提高玉米產(chǎn)量和籽粒營養(yǎng)品質(zhì)的有效方法［5，6］。在土壤缺鋅或潛在缺鋅的地區(qū)，通過土施鋅肥來提高玉米產(chǎn)量與品質(zhì)已得到很好的驗證，Liu等［7］在華北平原施用45 kg/hm2鋅玉米產(chǎn)量可以增加10%左右；在津巴布韋地區(qū)施鋅11 kg/hm2，玉米產(chǎn)量最大可以增加50%［8］；Imran等［9］研究表明，土壤施鋅16 kg/hm2，玉米籽粒鋅含量可從22 mg/kg增加到34 mg/kg。與土施鋅肥相比，葉面噴鋅可以保持葉片中大量的生理有效鋅向籽粒轉(zhuǎn)移，是提高玉米產(chǎn)量和籽粒鋅濃度重要手段［5］，尤其對提高籽粒鋅含量優(yōu)于其他措施。Zhang等［10］指出葉面噴施鋅肥（七水硫酸鋅）的最佳濃度為0.4%；Cakmak等［11］指出在生育后期葉面噴施鋅肥在提高籽粒鋅含量方面的效果更顯著。葉面噴鋅作為玉米鋅生物強化重要措施，正被越來越廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

目前，對玉米進行鋅生物強化的研究主要集中在土施鋅肥和普通玉米上，且多集中在鋅肥施用對玉米富鋅效果的影響方面，而葉面噴施鋅肥對不同類型玉米產(chǎn)量的影響、糯玉米與普通玉米品種間對鋅的響應比較方面研究較少。為此，本試驗通過葉面噴施ZnSO4對糯玉米與普通玉米產(chǎn)量、生長性狀、籽粒鋅含量及其他營養(yǎng)元素含量進行比較研究，旨在為糯玉米與常規(guī)玉米的鋅生物強化及高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年6—10月在山東省樂陵市大孫鄉(xiāng)灶戶李村和山東省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所本部試驗基地進行。

1.2 試驗材料

供試玉米品種為京科糯2000（JKN 2000）、鄭單 958（ZD958）。鋅肥為七水硫酸鋅（ZnSO4·7H2O，分析純，含量97%）。

1.3 試驗設(shè)計及方法

玉米葉面噴施鋅肥共設(shè)5個處理，分別為空白對照Zn0：噴去離子水；Zn1：3 g/L；Zn2：6 g/L；Zn3：15 g/L；Zn4：30 g/L。樂陵試驗點編號為L，種植京科糯2000；濟南試驗點編號為J，種植鄭單958。各處理均添加0.01%（V/V）吐溫，重復3次。小區(qū)面積5×6=30 m2。

濟南試驗點分別于8月16日（抽雄-吐絲后）、8月28日、9月11日各噴施1次鋅肥；樂陵試驗點分別于8月22日（抽雄-吐絲后）、9月5日和9月17日，各噴施1次鋅肥。使用手持壓縮式噴霧器進行均勻噴霧，每次選取5株，噴施量為100 mL/株。

1.4 樣品采集與測定

玉米成熟期取樣，進行人工考種、脫粒。籽粒用去離子水清洗，并于60～65℃烘箱中烘至恒重，稱干重。營養(yǎng)元素含量測定前，將5株樣品分為籽粒和秸稈兩部分（手工脫粒以防止機器對植株微量元素造成污染），并分別用去離子水洗凈，經(jīng)65～70℃、72 h烘干后用不銹鋼研磨機（中國北京環(huán)亞天元機械技術(shù)有限公司制造，型號HY-04B）粉碎，然后加入HNO3與H2O2（體積比為3∶1）混合溶液用微波消煮爐（CEM，Matthews，NC，USA）消煮。消煮液中各元素含量用等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES，OPTIMA 3300 DV，Perkin-Elmer，USA）測定。每批樣品消煮測定過程中，設(shè)置空白樣和國際標準樣品（荷蘭瓦格寧根大學Wageningen籽粒樣品 IPE556 和秸稈樣品IPE883），以保證分析質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)及作圖，用SAS 9.0軟件進行方差分析（ANOVA），最小顯著性差異法進行檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴鋅對兩種類型玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

隨葉面噴施鋅肥濃度增加，兩種類型玉米籽粒產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢（表1）。當噴施鋅濃度≤6 g/L時，LZn1、LZn2與JZn1、JZn2處理產(chǎn)量較各自對照分別增加8.91%、14.29%和0.54%、8.18%，除JZn1外各處理與對照差異顯著；噴鋅濃度≥15 g/L時，籽粒產(chǎn)量較對照分別降低15.87%、33.58%與17.89%、42.58%。京科糯2000鮮穗及鮮粒產(chǎn)量呈同樣趨勢，LZn2處理鮮穗產(chǎn)量、鮮粒產(chǎn)量達到最高，分別較對照增加21.56%、16.74%。

產(chǎn)量構(gòu)成方面，葉面噴施鋅肥對兩種類型玉米行粒數(shù)影響顯著，隨鋅濃度增加京科糯2000行粒數(shù)先增加后降低，LZn1處理最高達39.0粒，隨鋅濃度提高鄭單958行粒數(shù)呈降低趨勢，各處理均與對照差異顯著。葉面噴鋅能夠有效提高京科糯2000穗行數(shù)，對百粒重影響不顯著；對鄭單958穗行數(shù)影響不顯著，鋅濃度為6 g/L時鄭單958百粒重最大，但與對照差異未達顯著水平。當噴施鋅濃度為30 g/L時，明顯抑制玉米生長，LZn4與JZn4處理行粒數(shù)較對照顯著降低。

2.2 葉面噴鋅對兩種類型玉米農(nóng)藝性狀的影響

葉面噴施不同濃度鋅對兩種類型玉米植株性狀影響不同。由表2看出，隨鋅濃度增加，鄭單958與京科糯2000株高、莖粗呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，其中LZn2、JZn3處理株高最高、莖粗最大，分別為207.0、224.4 cm與25.4、21.4 mm；穗位高以LZn4、JZn4處理最高，分別為90.1、85.8 cm，均較對照差異顯著。京科糯2000穗粗、果穗長呈現(xiàn)先增后降趨勢，LZn2處理達到最大值，分別為44.0 mm、14.9 cm，而鄭單958則逐漸下降，JZn3、JZn4處理較對照差異顯著。LZn1、LZn2、JZn1、JZn2及JZn3處理玉米禿尖長顯著低于對照，表明葉面噴施適量鋅肥能夠有效降低禿尖長。綜上所述，葉面噴施適量鋅肥有利于提高玉米株高、穗位高，緩解玉米葉片衰老，同時增加鮮果穗長，降低禿尖長。

2.3 葉面噴鋅對兩種類型玉米生物量的影響

由圖1看出，兩品種植株生物量均隨葉面噴鋅濃度增加呈現(xiàn)先增后降趨勢。鄭單958的JZn1、JZn2處理較對照增加14.4%、28.8%，且差異達顯著水平，JZn4處理生物量顯著降低，較對照減少22.9%；京科糯2000的LZn1、LZn2、LZn3與LZn4處理生物量增加1.3% ～37.3%，LZn1、LZn2處理與對照差異顯著?？梢?，葉面噴施適量鋅肥能夠促進玉米生長，顯著提高生物量，過高濃度則會抑制玉米生長，降低生物量，進而造成減產(chǎn)。

2.4 葉面噴鋅對兩種類型玉米籽粒營養(yǎng)元素含量的影響

葉面噴鋅對兩種類型玉米籽粒礦質(zhì)營養(yǎng)元素影響有明顯差異。由表3看出，葉面噴施鋅肥增加京科糯2000與鄭單958玉米籽粒Zn、Fe、Mn和K含量，其中Zn和Fe增幅顯著。籽粒鋅最高值LZn3處理為42.24 mg/kg、JZn2處理為38.09 mg/kg，較對照分別增加113.4%、91.2%，均超過籽粒強化目標值（38 mg/kg）。噴鋅后，籽粒鋅平均含量鄭單958為33.6 mg/kg，京科糯2000為37.4 mg/kg，表明京科糯2000對鋅肥響應更敏感。隨噴鋅量增加，與對照相比，京科糯2000與鄭單958籽粒鐵含量分別增加40.9%～104.9%、14.0% ～40.8%，籽粒Mn含量分別增加7.5% ～14.9%、4.8%～16.7%，籽粒K含量分別增加3.93% ～14.0%（除LZn3處理外）、3.3% ～18.4%。施鋅后兩種類型玉米籽粒Cu含量較對照顯著降低14.6%～43.8%、4.4% ～6.7%；同時，鄭單958籽粒Ca含量比對照顯著低22.7% ～62.4%。葉面噴鋅對兩種類型玉米籽粒Se、Na、B、P與Mg含量影響不顯著。

表3 玉米籽粒礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量

2.5 葉面噴鋅對兩種類型玉米秸稈營養(yǎng)元素含量的影響

由表4看出，葉面噴鋅對兩種類型玉米秸稈營養(yǎng)元素影響與對籽粒含量的影響有所不同。葉面噴鋅顯著增加京科糯2000、鄭單958玉米秸稈Zn含量，且隨鋅濃度增加秸稈鋅含量表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。LZn3、JZn4處理秸稈鋅含量達最高值，分別為720.0 mg/kg與411.1 mg/kg，已高于鋅對作物產(chǎn)生毒害的標準值（300 mg/kg）。秸稈Fe、Na含量先增加后降低，LZn3、JZn2處理秸稈Fe含量達到最大值，分別為373.8 mg/kg與354.3 mg/kg；LZn1、JZn2處理秸稈Na含量達到最大值。與籽粒Mn、K含量結(jié)果不同，葉面噴鋅兩品種玉米秸稈Mn、K含量降低，較對照分別降低6.3%～34.7%、10.1% ～25.6%（除JZn2處理外），同時降低秸稈Cu含量。葉面噴鋅對兩種類型玉米秸稈Se、B、P與Mg含量影響不顯著。LZn3、LZn4及JZn4處理秸稈Ca含量顯著低于其他處理，這可能與高濃度噴施鋅造成玉米生長受限有關(guān)。

表4 玉米秸稈礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量

3 討論與結(jié)論

前人研究表明，鋅對玉米產(chǎn)量有重要影響，特別是在土壤缺鋅地區(qū)。目前普遍認為，適量施用鋅肥能夠顯著提高作物產(chǎn)量，過量鋅肥會降低作物產(chǎn)量，在土壤高鋅背景值情況下，鋅肥對產(chǎn)量沒有顯著影響［12-16］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨葉面噴施鋅肥濃度增加，兩品種玉米籽粒產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，這同孫建華的研究結(jié)論有相似之處，即隨著施鋅量的增加，玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的變化［17］。本研究中在鋅濃度不超過6 g/L范圍內(nèi)，鄭單958與京科糯2000分別增產(chǎn)0.54%～8.18%、8.91%～14.29%，生物量分別增加14.4%～28.8%、1.3%～37.3%，鄭單958平均增產(chǎn)幅度低于京科糯2000。這可能與不同品種對鋅的敏感程度有關(guān)。同時，也有研究認為，超高量施鋅會降低產(chǎn)量或?qū)ψ魑镌霎a(chǎn)沒有明顯影響［18］。本研究中，當葉面噴鋅濃度超過15 g/L時，京科糯2000與鄭單958籽粒產(chǎn)量較對照分別降低15.87% ～33.58%與17.89% ～42.58%，生物量較對照降低8.3%～22.9%。這也與前人研究結(jié)果相一致，噴施過高鋅濃度造成離子毒害，引起葉片黃化，抑制玉米生長發(fā)育［19］。王子騰［20］、王孝忠［21］等研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，鋅肥土施、葉面噴施或者兩種方式配合施用均可提高作物產(chǎn)量，但增產(chǎn)效果會受施肥地區(qū)、方式、施用量以及作物種類等的影響。在適宜濃度下，鋅可以促進玉米光合作用從而增加干物質(zhì)的生成、提高產(chǎn)量［22-24］。本研究中，兩種類型玉米葉面噴鋅條件下禿尖長度顯著降低，這與鄒成林［25］、Sharma［26］等的研究結(jié)果相一致。這是因為鋅可促進玉米植株葉面積指數(shù)提高，增強光合作用，改善生長發(fā)育，降低禿尖長度［27］。

本試驗表明，葉面噴鋅對兩類型玉米的產(chǎn)量性狀影響不同，適量噴鋅后顯著增加京科糯2000玉米的穗長、穗粗、行粒數(shù)，對百粒重無顯著影響，對鄭單958的穗長、穗粗及百粒重無顯著影響。這與前人的研究結(jié)果一致［28，29］，但與江亞麗的研究有所不同，后者認為增施微肥對百粒重影響顯著，對穗長、穗粗、穗粒數(shù)等無顯著影響［30］，這可能與施用方式不同有關(guān)，需進一步對比研究。

施用鋅肥可以有效提高作物籽粒鋅含量，改善營養(yǎng)品質(zhì)［31］，同時會直接影響籽粒其他營養(yǎng)元素含量，進而影響籽粒的營養(yǎng)品質(zhì)［32，33］。本研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴鋅顯著提高兩種類型玉米籽粒、秸稈Zn、Fe含量，這與前人研究結(jié)果相一致［34］；其中，JZn2與LZn3處理籽粒鋅含量為38.09、42.24 mg/kg，均超過玉米籽粒強化目標值。雖也有文獻報道籽粒中的鋅與鐵呈現(xiàn)拮抗的關(guān)系［35］，但是大多數(shù)研究證明籽粒中的鋅與鐵是相互促進的關(guān)系［36，9］，可見，葉面噴施鋅肥能夠有效提高籽粒鋅含量，同時促進鐵的累積。前人研究認為，正常植株（干重）鋅濃度為15～100 mg/kg，當植株鋅含量超過上限濃度時，作物體內(nèi)的酶活性會受到抑制［37］。本研究中，秸稈鋅濃度與施鋅量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，過高濃度鋅同樣會抑制玉米生長，降低產(chǎn)量。同時，鋅從植株向籽粒的轉(zhuǎn)移效率較低［38］，在對玉米進行葉面噴鋅生物強化過程時，既要盡量達到籽粒鋅生物強化目標值，同時也要兼顧考慮秸稈鋅濃度及向籽粒轉(zhuǎn)移等問題。前人研究表明，施鋅能夠影響籽粒其他元素含量，一方面是因為產(chǎn)量增加造成的元素“稀釋效應”［39］，另一方面鋅促進玉米植株生長，促進了對其他元素的吸收。本研究中，隨噴鋅量增加，除Zn、Fe元素外，同時增加籽粒Mn、K含量，但秸稈K含量有所下降，這與前人研究施用鋅肥提高玉米籽粒的鐵、鉀、鎂、鈣含量［40］有所區(qū)別。本研究中，葉面噴鋅顯著降低兩種類型玉米籽粒Cu含量，其可能原因在于鋅和銅競爭相同的吸附位點，鋅肥的施用會降低作物對銅的吸收。這與Loneragan等［41］的研究相一致。

綜上所述，葉面適量噴鋅能夠有效提高玉米產(chǎn)量及籽粒鋅、鐵含量，可達到生物強化目標值。針對不同類型玉米，葉面噴施鋅濃度、培育高鋅品種、研發(fā)高效鋅肥、施加有機肥和增加噴施次數(shù)等措施也能夠提高籽粒鋅含量，這需要今后進一步研究。