配方施肥對(duì)春玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響

于 博，張學(xué)芳，徐松鶴，任 琴，楊玉亭，周萌洋，潘 瑜，劉夢(mèng)琪

（集寧師范學(xué)院，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

0 引言

玉米光合作用的主要器官是葉片[1]，光合作用是光反應(yīng)和暗反應(yīng)的場(chǎng)所，是植物能量轉(zhuǎn)化以及物質(zhì)代謝的主要方式。光合作用受外界環(huán)境和內(nèi)在因素的影響而不斷地變化，衡量光合作用的指標(biāo)是光合效率，光合效率隨著光照強(qiáng)度的變化而變化，葉片凈光合速率(Pn)是決定干物質(zhì)產(chǎn)量的主要因素之一[2]。氣孔導(dǎo)度(Gs)影響光合、呼吸、蒸騰作用，決定作物光合和蒸騰強(qiáng)度。CO2是光合作用的原料，光合作用中胞間CO2的濃度至關(guān)重要。Pn、Gs、胞間 CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)指標(biāo)來反映玉米光能利用能力和轉(zhuǎn)化效率[3]。

玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成的主要礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素是氮磷鉀。玉米營(yíng)養(yǎng)狀況影響玉米光合速率和干物質(zhì)的形成[4]。磷是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要組成元素，能促進(jìn)各種代謝的正常進(jìn)行，使玉米生長(zhǎng)發(fā)育良好，同時(shí)還可以增加作物的抗逆性，提高葉綠素含量，提高光合效率。鉀有品質(zhì)元素和抗逆元素之稱，能夠促進(jìn)光合作用、葉綠素的形成和穩(wěn)定。肥料高效利用首先需要從養(yǎng)分平衡著手，氮肥配施磷、鉀肥能夠提高肥料協(xié)同增產(chǎn)效率[5]。因此，配方施肥對(duì)提高肥料的利用率和科學(xué)施肥以及作物產(chǎn)量提高至關(guān)重要。

國(guó)內(nèi)外研究表明，氮磷鉀肥料合理配施在光合作用中起至關(guān)重要的作用，可以提高作物產(chǎn)量。葉綠素存在于葉綠體中，與光合速率相關(guān)，對(duì)作物的光合作用起至關(guān)重要的作用。葉綠素的相對(duì)濃度可以衡量作物的營(yíng)養(yǎng)狀況，葉綠素含量影響作物葉片對(duì)光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換[6-8]。過氧化物酶活性與生長(zhǎng)激素的呼吸、光合作用、氧化過程有關(guān)，可以衡量單位時(shí)間內(nèi)作物代謝和抗性的變化[9]。蛋白質(zhì)含量是衡量作物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和品質(zhì)的重要指標(biāo)。適宜的氮磷鉀配比能改變作物生長(zhǎng)發(fā)育，提高作物的光合效率[10-11]，增加玉米葉片的葉綠素含量、可溶性蛋白質(zhì)含量，提高作物品質(zhì)，有效改善玉米的形態(tài)指標(biāo)。氮磷鉀肥的施用還會(huì)促使PSI反應(yīng)中心的氧化還原能力的提高，改善PSⅡ整個(gè)電子傳遞鏈的性能和受體側(cè)電子傳遞能力，提高過氧化物酶活性[12]。為此本試驗(yàn)將驗(yàn)證不同配方肥對(duì)春玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響，為土壤肥力低的干旱區(qū)春玉米生產(chǎn)提供施肥依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2021年在內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市集寧師范學(xué)院試驗(yàn)園區(qū)進(jìn)行。供試土壤為沙壤土，試驗(yàn)地0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.34%、堿解氮50.23 mg/kg、速效磷11.82 mg/kg、速效鉀86.43 mg/kg、pH 8.01。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試春玉米品種為‘先玉1619’和‘A2636’，設(shè)計(jì)不施肥(CK)、26-16-8（處理Ⅰ）、25-10-16（處理Ⅱ）、15-15-15（處理Ⅲ）和34-9-7（處理IV）5個(gè)處理的隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，每個(gè)小區(qū)設(shè)置3次重復(fù)，共計(jì)30小區(qū)，小區(qū)面積30 m2，種植密度75 000株/hm2，等行距60 cm播種。配方肥于春玉米播種前一次性施入土壤，供試肥為尿素、磷酸二銨和硫酸鉀按比例配置，詳見表1。

表1 春玉米配方施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)試指標(biāo)

1.3.1 春玉米地上部形態(tài)指標(biāo)定 選取拔節(jié)期長(zhǎng)勢(shì)較好連續(xù)5個(gè)植株，采用卷尺及游標(biāo)卡尺測(cè)量株高和莖粗[13]。

1.3.2 葉片光合效率 采用美國(guó)Licor公司生產(chǎn)的Li-6400測(cè)定春玉米Pn、Gs、Ci、Tr等光合指標(biāo)[14]。

1.3.3 葉片葉綠素含量 采用分光光度法[14]測(cè)定葉綠素含量。

1.3.4 葉片過氧化物酶活性 采用比色法[15]測(cè)定葉片過氧化物酶活性。

1.3.5 葉片可溶性蛋白質(zhì)含量 采用考馬斯藍(lán)染料結(jié)合法[16]測(cè)定葉片可溶性蛋白質(zhì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 配方施肥對(duì)春玉米形態(tài)指標(biāo)的影響

由表2可知，春玉米拔節(jié)期不同處理株高與莖粗的變化‘。先玉1619’品種，處理間的株高為處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ＞處理IV，處理Ⅱ株高比CK高78 mm，各處理間無(wú)顯著差異；莖粗為處理Ⅱ＞處理Ⅰ＞CK＞處理Ⅲ＞處理IV，處理Ⅱ顯著高于其他處理，處理Ⅱ比CK高17 mm?！瓵2636’品種，各處理間的株高為處理Ⅰ＞處理IV＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ，處理Ⅱ、處理Ⅲ、處理IV之間無(wú)顯著差異，處理Ⅱ的株高比CK顯著降低78 mm，處理Ⅰ比處理Ⅱ顯著增加119 mm；莖粗為處理IV＞處理Ⅲ＞CK＞處理Ⅰ＞處理Ⅱ，處理Ⅱ與CK間無(wú)顯著性差異。

表2 配方施肥對(duì)春玉米形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2 配方施肥對(duì)春玉米光合效率的影響

由圖1可知，配方施肥對(duì)葉片Pn的影響，‘先玉1619’品種，處理Ⅱ與CK相比增加10.79%，處理IV比處理Ⅱ增加4.84%，處理IV比處理Ⅰ和處理Ⅲ顯著增大。‘A2636’品種，處理Ⅱ與CK無(wú)顯著差異，處理Ⅲ顯著高于處理Ⅰ和處理Ⅱ，且比CK顯著增加74.75%。

圖1 配方施肥對(duì)春玉米葉片Pn的影響

由圖2可知，配方施肥對(duì)葉片Gs的影響，‘先玉1619’品種處理IV比處理Ⅰ、處理Ⅱ、處理Ⅲ和CK高27.06%、7.21%、29.43%和33.83%。處理Ⅱ比CK增加24.81%?！瓵2636’品種處理Ⅲ比處理Ⅰ、處理Ⅱ、處理IV和CK高17.20%、33.44%、49.05%和4.07%，處理Ⅱ比CK顯著降低27.20%，處理Ⅱ比處理IV增加11.68%，處理Ⅱ和處理IV無(wú)顯著差異。

圖2 配方施肥對(duì)春玉米葉片Gs的影響

由圖3可知，配方施肥對(duì)葉片Ci的影響，‘先玉1619’品種，各處理間表現(xiàn)為處理IV＞CK＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，處理Ⅱ比處理IV顯著降低18.30%，處理Ⅱ比處理Ⅰ增加5.27%，處理Ⅰ與處理Ⅱ無(wú)顯著差異?！瓵2636’品種，各處理間表現(xiàn)為處理Ⅲ＞處理IV＞CK＞處理Ⅰ＞處理Ⅱ，處理Ⅱ相比CK顯著降低21.51%，處理Ⅲ高于其他處理，處理Ⅲ比處理Ⅱ顯著增加51.27%。

圖3 配方施肥對(duì)春玉米葉片Ci的影響

由圖4可知，配方施肥對(duì)葉片Tr的影響?！扔?619’品種，各處理間表現(xiàn)為處理IV＞處理Ⅲ＞處理Ⅰ＞處理Ⅱ＞CK，處理Ⅱ比CK顯著增加9.21%，處理Ⅰ、處理Ⅲ及處理IV與處理Ⅱ相比分別增加了1.70%、5.15%、14.36%，處理Ⅰ、處理Ⅱ與處理Ⅲ之間差異不顯著?！瓵2636’品種各處理間表現(xiàn)為處理Ⅲ＞處理IV＞處理Ⅰ＞處理Ⅱ＞CK，處理Ⅰ、處理Ⅲ及處理IV與處理Ⅱ相比分別增加了8.31%、21.07%、9.08%。

圖4 配方施肥對(duì)春玉米葉片Tr的影響

2.3 配方施肥對(duì)春玉米葉綠素含量的影響

由圖5可知，‘先玉1619’品種拔節(jié)期葉片葉綠素含量為處理IV顯著高于處理Ⅱ、處理Ⅲ與CK，CK、處理Ⅱ、處理Ⅲ之間差異不顯著，處理IV比處理Ⅱ顯著增加45.72%，處理Ⅰ比處理Ⅱ和顯著增加38.47%?！瓵2636’品種春玉米拔節(jié)期葉片葉綠素含量為處理Ⅲ顯著高于處理Ⅰ、處理IV及CK，處理Ⅱ比CK顯著增加49.33%，處理Ⅲ的葉綠素含量最高，處理Ⅲ與處理Ⅱ無(wú)顯著差異，CK的葉綠素含量最低。

圖5 配方施肥對(duì)春玉米葉綠素含量的影響

2.4 配方施肥對(duì)春玉米過氧化物酶活性的影響

由圖6可知，‘先玉1619’品種拔節(jié)期葉片過氧化物酶活性為處理IV顯著高于處理Ⅰ、處理Ⅲ及CK，CK比處理Ⅱ顯著降低80.69%，處理Ⅱ比處理IV降低9.97%；‘A2636’品種拔節(jié)期葉片過氧化物酶活性為處理Ⅲ顯著高于處理Ⅰ、處理Ⅱ、處理IV和CK，處理Ⅱ比CK顯著增加16.35%，處理Ⅱ比處理Ⅲ顯著降低19.63%，處理Ⅱ與處理IV之間無(wú)顯著性差異。

圖6 配方施肥對(duì)春玉米過氧化物酶活性的影響

2.5 配方施肥對(duì)春玉米可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由圖7可知，‘先玉1619’品種拔節(jié)期葉片可溶性蛋白為處理IV＞處理Ⅰ＞處理Ⅲ＞CK＞處理Ⅱ，處理IV、處理Ⅰ、處理Ⅲ、CK比處理Ⅱ相比蛋白質(zhì)含量分別增加29.23%，24.23%，10.40%，8.45%?！瓵2636’品種拔節(jié)期葉片可溶性蛋白為處理Ⅲ＞處理IV＞處理Ⅰ＞CK＞處理Ⅱ，處理Ⅲ比處理Ⅱ顯著增加21.96%，處理Ⅰ與CK無(wú)顯著差異。兩個(gè)春玉米品種中，處理Ⅱ的可溶性蛋白質(zhì)含量均最低。

圖7 配方施肥對(duì)春玉米可溶性蛋白含量的影響

3 討論

劉恩科等[17]研究表明，氮、磷、鉀肥配施較單施某一種肥料效果好，這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果一致。配方肥料提供了春玉米生長(zhǎng)發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)，解決內(nèi)蒙古平原灌區(qū)氣候干旱、土壤肥力不高的地力問題，為春玉米生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造更優(yōu)肥力的條件，促進(jìn)春玉米養(yǎng)分的吸收、土壤有機(jī)質(zhì)的分解和提高土壤養(yǎng)分利用率[18-19]。

王帥等[6]研究表明，在施肥配方為24-15-8下，氮肥和磷肥是主要影響因素，可提高Pn和葉綠素含量，在磷肥影響下可增加可溶性蛋白含量，使可溶性蛋白質(zhì)濃度提前達(dá)到最大值，可延長(zhǎng)較高的光合作用持續(xù)時(shí)間，有效改善玉米的光合作用。這與本試驗(yàn)研究結(jié)果不一致，施肥配方為34-9-7和15-15-15時(shí)，春玉米‘先玉1619’和‘A2636’品種的光合效率、葉綠素含量、過氧化物酶活性和可溶性蛋白質(zhì)含量均達(dá)到最大值，這說明氮肥和氮磷鉀均衡配施是主要的影響因素。

侯云鵬等[20]研究結(jié)果表明，平衡施肥使氮、磷、鉀等養(yǎng)分均衡，有助于玉米對(duì)養(yǎng)分的充分吸收和利用，從而促進(jìn)玉米更好地生長(zhǎng)發(fā)育。楊玉玲等[21]研究表明，施用氮磷肥的基礎(chǔ)上，配施鉀肥有利于葉片光合作用的增加，提高葉綠素含量，在一定程度上增加PSⅡ的光化學(xué)效率。葉綠素含量與光合效率呈顯著正相關(guān)關(guān)系。施用氮、磷、鉀肥能顯著提高玉米葉綠素含量、過氧化物酶活性和可溶性蛋白含量，改善光合作用特性，提高光合作用利用率，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致，春玉米‘先玉1619’和‘A2636’品種，施肥配方為34-9-7和15-15-15時(shí)，光合效率、葉綠素含量、過氧化物酶活性及可溶性蛋白質(zhì)含量顯著高于其他處理和CK，表明此配方可增加春玉米葉片的光合效率、葉綠素含量、可溶性蛋白質(zhì)含量，能夠使PSI反應(yīng)中心氧化還原能力得到改善，提高了PSⅡ整個(gè)電子傳遞鏈的性能和接收端側(cè)電子傳遞能力，提高過氧化物酶活性。因此，提高氮肥的施用比例以及氮磷鉀均衡施用，同時(shí)注意氣候干旱區(qū)春玉米品種的選擇與配套的施肥措施相適宜，良種與良法配套，可提高春玉米光合效率，促進(jìn)春玉米生長(zhǎng)發(fā)育。

4 結(jié)論

內(nèi)蒙古平原灌區(qū)氣候干旱，土壤肥力低，春玉米生產(chǎn)對(duì)化肥氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素的配比和投入量依賴性高，氮比例高的34-9-7配方肥對(duì)春玉米‘先玉1619’生長(zhǎng)發(fā)育有顯著提高。氮磷鉀比例均衡的15-15-15配方肥對(duì)春玉米‘A2636’品種長(zhǎng)發(fā)育有顯著提高，能夠協(xié)調(diào)內(nèi)蒙古平原灌區(qū)干旱氣候區(qū)春玉米生育期內(nèi)的土壤養(yǎng)分供給，優(yōu)化光合作用和葉綠素在春玉米生長(zhǎng)發(fā)育中的關(guān)系，促進(jìn)光合產(chǎn)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)春玉米生長(zhǎng)發(fā)育。