水肥一體化下鉀肥用量對(duì)春玉米光合熒光參數(shù)的影響

摘要： 【目的】研究水肥一體化下不同施鉀量對(duì)玉米光合熒光特性、生理特性及產(chǎn)量的影響，為寧夏地區(qū)玉米鉀肥高效施用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐?！痉椒ā坎捎秒S機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)6 個(gè)施鉀（K2O） 量： 0、60、120、180、240、300 kg/hm2，依次記為K0、K1、K2、K3、K4、K5 處理。監(jiān)測(cè)不同處理春玉米葉片相對(duì)葉綠素含量（SPAD）、葉面積指數(shù)（LAI）、光合勢(shì)（LAD）、光合熒光參數(shù)，測(cè)定了玉米產(chǎn)量，并分析了光合指標(biāo)與產(chǎn)量之間的相關(guān)性。【結(jié)果】施鉀量對(duì)春玉米葉片LAI 具有顯著影響。兩年結(jié)果表明，春玉米花前期（V6—R1）、花后期（R1—R6） LAD 分別占全生育期的20%、80%，因此，春玉米干物質(zhì)積累主要在花后進(jìn)行。SPAD 值均在R3 期附近達(dá)到峰值。兩年中，玉米各生育時(shí)期的Pn （凈光合速率）、Tr （蒸騰速率）、Gs （氣孔導(dǎo)度）、Ci （胞間二氧化碳濃度） 均隨著鉀肥用量的增加呈先增后降的趨勢(shì)。與K0 相比，K3 處理下的Pn 峰值顯著提高了16.14%，K3 處理的Ci 最大峰值平均增加了4.42% （Plt;0.05）。在R1 期，K3 處理下的Fv/Fm 平均較K0 提高了23.54%。產(chǎn)量也隨著施鉀量的增加先增后減，最高產(chǎn)量出現(xiàn)在K3 處理，2022 和2023 年分別為15179 和14964 kg/hm2。相關(guān)分析表明，光合勢(shì)與玉米產(chǎn)量相關(guān)極顯著。K3 處理對(duì)玉米產(chǎn)量的優(yōu)化效果綜合得分最高。【結(jié)論】合理施鉀可保障較高的SPAD 值和PSII 反應(yīng)中心的活性，提高春玉米對(duì)光能的捕獲、吸收、轉(zhuǎn)化及最大光化學(xué)效率，降低熱耗散，促進(jìn)春玉米光合作用，促進(jìn)干物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而提高春玉米的產(chǎn)量?？偸┾浟浚↘2O） 為180 kg/hm2 （K3） 時(shí)，春玉米光合熒光特性表現(xiàn)較優(yōu)，光合勢(shì)較強(qiáng)。在寧夏滴灌水肥一體化條件下，玉米產(chǎn)量達(dá)15000 kg/hm2 時(shí)，最佳施鉀（K2O） 量為155～202 kg/hm2。

關(guān)鍵詞： 春玉米； 施鉀量； 光合參數(shù)； 熒光參數(shù)； 目標(biāo)產(chǎn)量

鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，參與作物許多基本生理過程，在提高作物水分利用效率和逆境脅迫抗性中至關(guān)重要[1?2]。鉀也是葉綠體的重要組成元素，葉綠體作為作物光合作用的主要場(chǎng)所，鉀的供應(yīng)影響著作物葉片葉綠體的數(shù)量及功能，對(duì)作物的生長(zhǎng)、發(fā)育、產(chǎn)量等極其重要[3]。玉米推廣水肥一體化技術(shù)極大地提高了玉米產(chǎn)量，增加了對(duì)養(yǎng)分的吸收量和吸收強(qiáng)度，研究玉米光合及生理特性對(duì)施鉀量的響應(yīng)對(duì)養(yǎng)分高效利用有重要的理論意義[4?5]。

適宜的施鉀量可以顯著提高玉米葉片的葉綠素含量、光合速率和產(chǎn)量[6?7]。植物葉片表皮細(xì)胞層中的氣孔是二氧化碳從大氣進(jìn)入葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用的主要途徑，作物還通過氣孔關(guān)閉減少蒸騰所引起的水分流失適應(yīng)環(huán)境的水分脅迫，K+濃度是作物調(diào)節(jié)氣孔開度，促進(jìn)作物水分利用效率和光合效率的重要途徑[8]。施鉀量直接影響著葉片的光合效率，當(dāng)鉀肥施用量從0 增加到324 kg/hm2 時(shí)，不同品種玉米的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs） 以及蒸騰速率（Tr） 均隨鉀肥施用量的增加而增大，而胞間二氧化碳濃度（Ci） 呈下降趨勢(shì)[9]。

在作物光合生理研究中，葉綠素?zé)晒鈪?shù)是評(píng)估作物光合生理狀態(tài)的重要指標(biāo)之一[ 1 0 ? 1 1 ]。其中，F(xiàn)0 為初始熒光，是PSII 反應(yīng)中心全部開放時(shí)的熒光水平，F(xiàn)0 數(shù)值升高表明植物遭受逆境或失去活性。Fv/Fo 表示PSII 潛在活性，植物遭受外界環(huán)境脅迫時(shí)會(huì)降低。Fv/Fm 表示PSII 最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，反映PSII 反應(yīng)中心內(nèi)部光能轉(zhuǎn)換效率或稱最大PSII光能轉(zhuǎn)換效率。有研究表明，低鉀脅迫下，玉米葉片F(xiàn)v/Fm、PSII、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP） 及PSII 非循環(huán)光合電子傳遞速率（ETR） 開始增加，非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ） 減小，說明低鉀會(huì)對(duì)PSII 造成損傷[12]。本研究結(jié)合寧夏當(dāng)?shù)丨h(huán)境和生產(chǎn)條件，研究滴灌水肥一體化條件下，不同施鉀量對(duì)玉米光合熒光特性、生理特性及產(chǎn)量的影響，提出適應(yīng)寧夏地區(qū)春玉米高產(chǎn)高效栽培的最佳施鉀量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于寧夏銀川市平吉堡農(nóng)場(chǎng)（106°01′E，38°24′N），平均海拔1170 m，年平均氣溫8.5℃，年平均降水量200 mm 左右，年平均蒸發(fā)量2000 mm以上，屬于干旱氣候區(qū)，降水主要集中在7—9 月。春玉米試驗(yàn)期間氣象數(shù)據(jù)如圖1 所示。土壤類型為淡灰鈣土，質(zhì)地為輕壤土，前茬收獲后進(jìn)行了深翻滅茬。采用滴灌水肥一體化技術(shù)進(jìn)行施肥灌溉。試驗(yàn)地耕層土壤（0—20 cm） 基本理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種：先玉1225 （市售），該品種屬中晚熟普通玉米品種，出苗至成熟期一般為137 天左右。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共設(shè)6 個(gè)不同施鉀（K2O） 量處理，分別為0 （K0）、60 （K1）、120 （K2）、180 （K3）、240 （K4）、300 kg/hm2 （K5）。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，共18 個(gè)小區(qū)。采取寬窄行種植，寬行70 cm，窄行40 cm，各小區(qū)種植8 行玉米，小區(qū)面積88 m2 （20 m×4.4 m），平均行距為55 cm，株距為20 cm；區(qū)組之間設(shè)置1 m走道，每個(gè)小區(qū)均為獨(dú)立的滴灌區(qū)。每2 行鋪設(shè)1條滴灌帶，滴灌帶鋪設(shè)在窄行內(nèi)，種植密度控制在90000 株/hm2。

各處理氮（N）、磷（P2O5） 肥用量一致，分別為300 kg/hm2 和138 kg/hm2，試驗(yàn)不施基肥，肥料均隨水施入。鉀肥和磷肥的施肥比例為苗期30% （1 次性施入）、拔節(jié)期40% （分兩次施入） 和大喇叭口期30%（分兩次施入）。氮肥的施肥比例為苗期10% （1 次性施入）、拔節(jié)期30% （分兩次施入）、大喇叭口期30%（分兩次施入）、抽雄期20% （1 次性施入）、灌漿期10% （1 次性施入）。供試氮肥為尿素 （N 46%），磷肥為磷酸一銨 （P2O5 61%，N 12%），鉀肥為硫酸鉀 （K2O52%）。玉米種植日期分別為2022?04?24 和2023?04?25，收獲日期分別為2022?10?03 和2023?09?27。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 葉面積和光合勢(shì)測(cè)定方法

在玉米拔節(jié)期（V6）、大喇叭口期（V12）、抽雄期（R1）、灌漿期（R3）、成熟期（R6），選擇全展葉片，用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)定葉面積，葉面積指數(shù)LAI 計(jì)算公式：

LAI = 0.75×P×Σ（ai ×bi）

式中，0.75 為校正系數(shù)，P 為密度，a、b 為葉片的長(zhǎng)、寬，i 為葉片個(gè)數(shù)[13]。

光合勢(shì)（LAD） 為作物生長(zhǎng)期內(nèi)進(jìn)行光合生產(chǎn)的葉面積與生長(zhǎng)天數(shù)的乘積，計(jì)算公式：

LAD = [（LAI1 +LAI2）／2]×（t2 -t1）

式中，t1 和t2 為相鄰兩生育期的生長(zhǎng)天數(shù)，LAI1 和LAI2 為t1、t2 生育時(shí)期葉面積指數(shù)[14]。

1.4.2 葉綠素相對(duì)含量（SPAD）、光合和熒光參數(shù)測(cè)定

于春玉米V6、V12、R1、R3、R6 期，在定株玉米中選定5 株玉米，其中V6、V12 期選玉米全展葉片，R1 期及以后選棒三葉，于上午9：00—11：00 在田間分別使用SPAD-502plus 測(cè)定SPAD，用TPS-2 光合測(cè)定儀測(cè)定Ci、Pn、Gs、Tr，用FMS-2熒光測(cè)定儀測(cè)定Fv/Fm、Fv/Fo、PI。

V12、R1 期春玉米葉片水分利用效率（WUE） 計(jì)算公式為：

WUE = Pn／Tr

1.4.3 玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

在春玉米成熟期，取每試驗(yàn)小區(qū)中間兩行玉米測(cè)產(chǎn)，取20 穗玉米風(fēng)干后在室內(nèi)考種，測(cè)定穗粒數(shù)、穗重、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)。測(cè)定含水量后，折合14% 含水量計(jì)算單位面積產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、整理，SPSS 23.0、DPS 7.05 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并用LSD 法進(jìn)行處理間多重比較，Origin 2021 進(jìn)行相關(guān)分析和主成分分析（PCA） 作圖，最后參照李開鈺等[15]方法評(píng)價(jià)不同鉀肥水平下玉米產(chǎn)量?jī)?yōu)化效果。主成分綜合評(píng)價(jià)計(jì)算公式如下：

式中，F(xiàn)i 為各主成分得分；ai 為各指標(biāo)得分；Xi 為第i 個(gè)指標(biāo)的特征值的算術(shù)平方根，i=1， 2， 3， ···，n；FC 為綜合得分，Vi 為第i 個(gè)主成分特征值對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鉀量對(duì)春玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.1.1 施鉀量對(duì)葉面積指數(shù)（LAI） 的影響

隨著春玉米生育期的推進(jìn)，2022、2023 年的葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)V6—R1 期上升幅度較大，R1—R3 期變化不明顯（圖2）。2022 年相較于K0，R1、R3期K3 處理LAI 分別顯著提高7.37%、11.20%，但K3、K4、K5 處理間無顯著差異；2023 年R1 期，K3 處理LAI 較K0 顯著提高4.07%，說明該施鉀量提高葉面積指數(shù)的效果最好。

2.1.2 施鉀量對(duì)葉片光合勢(shì)（LAD） 的影響

由表2可知，由于苗期—拔節(jié)期光合勢(shì)較低，沒有單獨(dú)列出數(shù)據(jù)。兩年春玉米葉片LAD 隨著施鉀量的增加先升后降。2022 年除V6—V12 期外，K3 處理葉片其他生育期LAD 與K4 無顯著差異，全生育期平均較K0 提升8.56%；2023 年，K3 處理全生育期平均LAD 較其他處理顯著提升1.67%～4.54% （Plt;0.05）。綜合兩年結(jié)果，在春玉米花前（V6—R1） LAD 占全生育期的20%，花后（R1—R6） LAD 約占全生育期的80%，可見春玉米物質(zhì)積累主要發(fā)生在開花后，因此，花后保持較高的光合勢(shì)有利于玉米增產(chǎn)。

2.2 施鉀量對(duì)春玉米葉片SPAD 值的影響

由圖3 可知，兩年春玉米葉片SPAD 值均隨生育期的推進(jìn)先增后降，最低值出現(xiàn)在V6 期，且各處理間無顯著差異，最高值出現(xiàn)在R1—R3 期。K3 處理SPAD 在各時(shí)期中都最高，2022、2023 年R3 期的SPAD 值較K0 分別顯著提高了3.59%、5.25%。2023 年，K3 和K4 處理R6 期的SPAD 值分別較K0高6.42% 和7.42% （Plt;0.05），說明K3、K4 處理有利于提高玉米全生育期葉片的葉綠素含量，特別是在R6 期，依然保持顯著高于對(duì)照的SPAD 值，而增施過多鉀肥會(huì)降低R6 期的SPAD 值。

2.3 施鉀量對(duì)春玉米葉片光合特性的影響

2.3.1 施鉀量對(duì)葉片凈光合速率（Pn） 的影響

由圖4 可知，春玉米葉片Pn 兩年均隨著春玉米生育期推進(jìn)先升后降，峰值均出現(xiàn)在R1 期，各處理峰值表現(xiàn)為K3gt;K4gt;K1gt;K2gt;K5gt;K0。除2022 年R6 期外，K3 處理兩年各生育期的春玉米葉片Pn 值均最高，2022、2023 年K3 處理的Pn 峰值較K0 分別顯著高21.41%、14.58%，兩年平均增加16.14%，顯示了最高的葉片凈光合速率。

2.3.2 施鉀量對(duì)葉片胞間CO2 濃度（Ci） 的影響

由圖5 可知，春玉米葉片Ci 值均隨著春玉米生育期的推進(jìn)先增后降，峰值出現(xiàn)在R3 期。兩年K3 處理各生育期Ci 值均最高，2022、2023 年峰值較K0 分別顯著提升了4.98%、3.87%，兩年平均增加4.42%。

2.3.3 施鉀量對(duì)葉片氣孔導(dǎo)度（Gs） 的影響

由圖6可知，春玉米葉片Gs 隨著春玉米生育期的推進(jìn)先增后降，在R1 期達(dá)到峰值。在V6 期，K3 處理顯著高于其它處理8.05%～20.42%；在V12 期，K3、K4和K5 處理間Gs 值無顯著差異，均顯著高于K2、K0、K1 處理。K3 處理的Gs 峰值（R1 期） 與K4 無顯著差異，但顯著高于其它處理5.99%～12.31%。

2.3.4 施鉀量對(duì)春玉米葉片蒸騰速率（Tr） 的影響

如圖7 所示，春玉米葉片Tr 隨著春玉米生育期的推進(jìn)先升后降，在抽雄期（R1） 達(dá)到峰值。2022 年，各生育時(shí)期中K3 處理都呈最大值，且顯著高于K0，峰值較K0 提高8.50%；2023 年，各生育期K4 處理Tr 顯著高于其它處理，峰值較K0 增高5.18%。

2.3.5 施鉀量對(duì)春玉米葉片水分利用效率（WUE） 的影響

如圖8 所示，V12 和R1 期葉片WUE 均隨施鉀量的增加先增后降，最高值均出現(xiàn)在K3 處理，且均顯著高于K0。2022 年K3 處理的WUE 值在V12和R1 期與其他施鉀量處理間的差異未達(dá)到顯著水平；2023 年K3 處理與其他鉀肥處理間V12 期的WUE 值差異不顯著，但R1 期顯著高于其它處理7.40%～12.31%。綜合兩年來看，K3 處理獲得的水分利用效率最高，葉片蒸騰速率也較高，而鉀肥施用不足或過量不利于葉片水分利用。

2.4 施鉀量對(duì)春玉米葉片熒光參數(shù)的影響

2.4.1 施鉀量對(duì)Fv/Fm 的影響

Fv/Fm 代表PSⅡ最大光化學(xué)效率，能夠反映PSⅡ的原初光化學(xué)反應(yīng)和光合狀態(tài)的變化[16]。隨著施鉀量的增加，各生育期Fv/Fm 均先增后降，峰值在K3，最低值在K5 處理（圖9）。R1 期K3 處理的Fv/Fm 平均較K0 提高了23.54%。V6 期，K3 處理的Fv/Fm 值均顯著高于其它處理?？偟膩砜?，K5 處理各生育期的Fv/Fm 值顯著低于其他處理，說明適宜的施鉀量有利于提高Fv/Fm，以K3 處理效果最好。

2.4.2 施鉀量對(duì)春玉米葉片F(xiàn)v/Fo 的影響

由圖10可知，2022 年，隨著玉米生育期的推進(jìn)，F(xiàn)v/Fo 呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，在R3 達(dá)到最大，而在2023年，這一趨勢(shì)不明顯。同一生育期，隨著施鉀量的增加，F(xiàn)v/Fo 呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，除在R3 期K4 處理高于K3 外，其余時(shí)期K3 處理均最高，且大多時(shí)期顯著高于K0；K5 處理的Fv/Fo 值與其他處理相比變化較大，有時(shí)甚至低于K0。說明適當(dāng)增施鉀肥有利于春玉米葉片F(xiàn)v/Fo 提升，有利于增加春玉米的光能捕獲，并降低能量的耗散，從而有利于產(chǎn)量的提升。

2.4.3 施鉀量對(duì)春玉米葉片ABS/RC 的影響

ABS/RC 表示單位反應(yīng)中心吸收的光能。由圖11 可知，隨著春玉米生育期的推進(jìn)，葉片ABS/RC 呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在R1 期。2022 年，隨著施肥量的增加，ABS/RC 呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，各生育期均以K3 處理的ABS/RC 最高，V6、V12、R1、R3、R6 期分別比K0 高40.81%、34.62%、22.58%、25.72%、20.88%；2023 年，ABS/RC 峰值也出現(xiàn)在R1 期，K3 處理顯著高于K0 處理，但與K1、K2 處理無顯著差異。說明，隨著施鉀量的增加玉米葉片單位反應(yīng)中心吸收的光能提高，促進(jìn)捕獲的能量用于還原電子受率（QA） 和電子傳遞鏈，并降低反應(yīng)中心所耗散的能量。

2.4.4 施鉀量對(duì)春玉米葉片PI 值的影響

由圖12可知，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，春玉米葉片PI 先升后降，峰值出現(xiàn)在R1 期。2022 年，除R6 期K1 處理的PI 值最高外，其余生育期最高值均為K3 處理。在R1 期，K3 處理的PI 值（峰值） 比其它處理高7.88%～20.05%。在2023 年各生育時(shí)期K3 處理PI 值均較高，V6、V12、R1、R3、R6 期K3 處理PI 值分別比K0 處理高43.45%、60.70%、30.08%、11.80%、61.03%。

2.5 熒光參數(shù)與凈光合速率的通徑分析

通徑系數(shù)的絕對(duì)值大小代表熒光參數(shù)對(duì)葉片凈光合速率的影響。在春玉米R(shí)1 期將2 年春玉米熒光參數(shù)和凈光合速率平均值進(jìn)行通徑分析。由表3 可知，熒光參數(shù)與凈光合速率密切相關(guān)。熒光參數(shù)與Pn （凈光合速率） 的相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為ABS/RCgt;PIgt;Fv/Fmgt;Fv/Fo，直接影響表現(xiàn)為ABS/RC （0.341）gt;Fv/Fm（0.295）gt;PI （0.284）gt;Fv/Fo （0.159）。葉片熒光參數(shù)對(duì)Pn 的直接貢獻(xiàn)均為正效應(yīng)，ABS/RC 對(duì)Pn 的間接作用最大。

2.6 施鉀量對(duì)春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

根據(jù)表4 可知，2 年試驗(yàn)結(jié)果均表明，施鉀量、施鉀與年份兩者交互作用對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量的影響達(dá)到了極顯著水平。施鉀量對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素均有顯著或極顯著的影響。年份對(duì)籽粒產(chǎn)量、百粒重?zé)o顯著影響。年份與施鉀量?jī)烧呓换プ饔贸龑?duì)穗粒數(shù)和穗粒重?zé)o顯著影響外，對(duì)其它指標(biāo)均產(chǎn)生極顯著影響。

隨著施鉀量的增加，2022—2023 年玉米產(chǎn)量均呈先增后降趨勢(shì)，產(chǎn)量表現(xiàn)為K3gt;K2gt;K5gt;K4gt;K1gt;K0 （2022 年） 和K3gt;K4gt;K5gt;K2gt;K1gt;K0 （2023 年），2023 年K3 與K4 處理無顯著差異，2022 和2023 年最高產(chǎn)量分別達(dá)15179 和14944 kg/hm2。K3 處理相較K0、K1、K2、K4 和K5 處理，兩年產(chǎn)量平均分別增產(chǎn)23.16%、12.36%、7.10%、5.01% 和5.07%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，施鉀可以顯著增加穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重，隨施鉀量升高，3 個(gè)指標(biāo)呈先升后降趨勢(shì)。百粒重是決定玉米產(chǎn)量最主要的因素，兩年中以K3 處理下的百粒重表現(xiàn)較好。K3 處理百粒重較K0 處理兩年平均增加了12.23%。本研究基于不同施鉀水平對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行回歸擬合，得方程y=?0.08x2+32.392x+11901，R2 =0.9945，求得極值x=202.45kg/hm2，所以當(dāng)施鉀量為K2O 202.45 kg/hm2 時(shí)，產(chǎn)量最大y=15179.88 kg/hm2。綜合得出，寧夏滴灌水肥一體化條件下，玉米產(chǎn)量達(dá)15000 kg/hm2 時(shí)，最佳施鉀量為K2O 155～202 kg/hm2。

2.7 相關(guān)分析與主成分分析

將玉米V12 期和R3 期的產(chǎn)量及光合作用指標(biāo)分別進(jìn)行相關(guān)性分析（圖13），在V12、R3 期，Pn 與春玉米產(chǎn)量均無顯著相關(guān)性。V12 期，LAD 和PI 與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，LAI 除與Fv/Fm 無顯著相關(guān)性外，與其他熒光參數(shù)均存在顯著相關(guān)關(guān)系；R3期，LAD、ABS/RC 和Tr 均與產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系，LAI 與產(chǎn)量呈顯著相關(guān)關(guān)系，PI 與Pn 呈極顯著相關(guān)關(guān)系。

進(jìn)一步對(duì)春玉米產(chǎn)量、光合參數(shù)、LAI、LAD做主成分分析，將11 個(gè)相關(guān)的單項(xiàng)指標(biāo)降維分析（圖14），選取前兩個(gè)主成分。2022 年，第一、二主成分方差貢獻(xiàn)率分別為84.70% 和11.40%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到96.10%。且各鉀素處理綜合得分表現(xiàn)為K3gt;K4gt;K2gt;K5gt;K1gt;K0；而2023 年，第一主成分方差貢獻(xiàn)率為86.80%，第二主成分方差貢獻(xiàn)率則為8.50%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到95.30%，各處理綜合得分表現(xiàn)為K3gt;K4gt;K2gt;K1gt;K5gt;K0。兩年結(jié)果基本一致，即合理施鉀可以改善春玉米光合特性及產(chǎn)量，同時(shí)，該效果在2022 年表現(xiàn)的更為明顯，有利于促進(jìn)春玉米光合能力及產(chǎn)量的提升。

3 討論

3.1 施鉀量對(duì)春玉米LAI 及SPAD 的影響

鉀素作為玉米生長(zhǎng)發(fā)育所必需的元素，在玉米的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素形成方面有著其它養(yǎng)分不可替代的作用。葉面積指數(shù)和光合勢(shì)是反映作物冠層結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵指標(biāo)[17]。有研究表明，作物葉面積指數(shù)和光合勢(shì)的提高也是作物高產(chǎn)的有效途徑之一，可以直接反映植株葉片的生長(zhǎng)發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)狀況和潛在的光合面積[18]。前人研究表明，不施氮或施氮過多，生育后期LAI 下降較為迅速，而適宜的施氮量（N 90～180 kg/hm2），LAI 發(fā)展動(dòng)態(tài)較為合理[19]。劉舉[20]研究表明，施用鉀肥顯著提高夏玉米各個(gè)時(shí)期功能葉片SPAD 值，施鉀（K2O 180 kg/hm2） 顯著提高吐絲期夏玉米功能葉片SPAD 值。合理施肥有利于提高作物L(fēng)AI，促進(jìn)作物光合生產(chǎn)能力[21?22]。本研究結(jié)果表明，不同鉀肥處理下春玉米LAI 隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，呈先增后減的變化趨勢(shì)，這與前人的研究結(jié)果一致。春玉米葉片SPAD 值隨著施鉀量的增加呈先增后減的趨勢(shì)，適當(dāng)?shù)拟浰乜梢员ＷC春玉米葉片穩(wěn)定的SPAD 值。

3.2 施鉀量對(duì)春玉米葉片光合、熒光特性的影響

光合作用是植物利用光能將CO2 和H2O 轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的過程。作物葉片的Pn、Gs、Ci 及Tr 等光合參數(shù)，反映了作物進(jìn)行光合作用時(shí)對(duì)光能的利用及轉(zhuǎn)化效率[23]。相關(guān)研究表明，鉀肥對(duì)春玉米穗位葉的凈光合速率存在顯著影響，在一定范圍內(nèi)，凈光合速率隨施鉀量的增加而增加，而鉀肥過量時(shí)光合速率反而減少[24]。在低鉀脅迫下，不同品種的玉米凈光合速率、蒸騰速率都會(huì)不同程度的降低[25]。李艷芬等[26]發(fā)現(xiàn)，低鉀脅迫下兩個(gè)谷子品種幼苗葉片凈光合速率均顯著降低，最終抑制幼苗生長(zhǎng)發(fā)育。施鉀后葉片鉀含量提高有利于卡爾文循環(huán)限速酶Rubisco 的合成，較高K+濃度則保證了Rubisco 酶羧化活性，加速了光合作用的暗反應(yīng)，從而影響光合作用[27]。結(jié)合本研究發(fā)現(xiàn)，在不同施鉀量處理下春玉米葉片的凈光合速率隨生育期的推進(jìn)呈先增后降的趨勢(shì)，兩年中都是在抽雄吐絲期凈光合速率達(dá)到最大值，且各時(shí)期中均以K3 （K2O 180 kg/hm2） 處理效果最佳。過少或過量施鉀均會(huì)導(dǎo)致葉片凈光合速率下降。玉米葉片胞間CO2 濃度也會(huì)隨著施鉀量的增加而增加，但是過多施用鉀肥又會(huì)導(dǎo)致Ci 降低，這與Hussain等[28]和黃春燕等[29]研究結(jié)果一致。玉米葉片氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均隨玉米生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，且在不同時(shí)期中，K3 處理均表現(xiàn)較好，這與前人的研究結(jié)果[30]一致。鉀在玉米植株內(nèi)呈離子狀態(tài)，一般集中在植株最活躍的部分，葉片鉀濃度增加，可以減少葉肉細(xì)胞對(duì)CO2 的阻抗，提高植株對(duì)CO2 的同化能力促進(jìn)光合作用[31]。K+的存在還有利于保持光照下葉綠體及類囊體的跨膜質(zhì)子梯度，并使葉綠體基質(zhì)保持CO2 同化所匹配的pH 值，促進(jìn)了光合磷酸化[32]。同時(shí)，適宜的施鉀量促進(jìn)葉片水分利用效率，這有利于葉片與外界氣體交換。綜上所述，合理施肥有利于提高春玉米葉片凈光合速率，提高葉片胞間CO2 濃度，促進(jìn)氣體交換速率，從而促進(jìn)春玉米光合作用，促進(jìn)干物質(zhì)轉(zhuǎn)化，最終促進(jìn)增產(chǎn)。

Fv/Fo、Fv/Fm、PI 和ABS/RC 是光系統(tǒng)中光化學(xué)效率的重要指標(biāo)，反映PSII 活性中心對(duì)光能吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化和熱耗散效率，直接決定了葉片的光合能力[33]。堅(jiān)天才等[34]的研究結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量增加，春小麥Fv/Fo、Fv/Fm、PI和ABS/RC 均呈先增后降的變化趨勢(shì)，F(xiàn)v/Fo、Fv/Fm和PI 可以反映作物光合作用。楊青青等[ 3 5 ]研究表明，鉀肥顯著提高了劍麻葉片將吸收的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的效率，提高了劍麻葉片對(duì)強(qiáng)光的耐受性，施鉀可以顯著增加作物葉片F(xiàn)v/Fm，促進(jìn)了光能的轉(zhuǎn)化。說明適量施用肥料有利于作物進(jìn)行光合，從而提高作物產(chǎn)量。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致，隨著施鉀量的增加，春玉米Fv/Fo、Fv/Fm、PI 和ABS/RC 均呈先增后降的趨勢(shì)，施用過多或過少鉀肥，F(xiàn)v/Fo、Fv/Fm、PI 和ABS/RC 都會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降，不利于反應(yīng)中心的開放。因此合理施鉀有利于促進(jìn)春玉米光合速率的提高。

3.3 施鉀量對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響

鉀素是玉米生長(zhǎng)發(fā)育的最重要元素之一，玉米籽粒產(chǎn)量與施鉀量密切相關(guān)。適量的鉀肥供應(yīng)和有效利用決定了作物的產(chǎn)量及品質(zhì)，促進(jìn)了作物對(duì)生物和非生物脅迫的耐受性[36， 37- 38]。鉀肥施用過多作物未能充分吸收，會(huì)造成環(huán)境污染，影響土壤健康，最終也導(dǎo)致作物減產(chǎn)。宋杰等[39]研究表明，適量施鉀有利于提高玉米籽粒產(chǎn)量，但施鉀量與產(chǎn)量之間并不是完全呈正比關(guān)系。當(dāng)施鉀量超過225 kg/hm2后，產(chǎn)量增幅會(huì)呈下降趨勢(shì)。肖萬欣等[40]研究表明，增施鉀肥提高玉米雜交種的百粒重和穗粒數(shù)，進(jìn)而提高產(chǎn)量，但鉀肥施用過多產(chǎn)量會(huì)顯著下降?？慃惖萚41]研究表明，適量施用鉀肥，保障作物在適宜種植密度下充分發(fā)揮群體優(yōu)勢(shì)進(jìn)行光合作用，生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并促進(jìn)更多養(yǎng)分從源器官向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。本研究結(jié)果表明，春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素均隨施鉀量增加呈先增后降的趨勢(shì)，施鉀處理玉米產(chǎn)量顯著高于不施鉀處理。其中，K3 處理春玉米產(chǎn)量在兩年中均為最大值，表現(xiàn)較好。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)性分析可以看出，在V12 期，調(diào)節(jié)春玉米胞間二氧化碳濃度可以促進(jìn)產(chǎn)量的增加，而在R3 期，適當(dāng)提高蒸騰速率也有利于產(chǎn)量的增加。在玉米生育期中，玉米對(duì)鉀肥需求較強(qiáng)，能夠顯著提高玉米產(chǎn)量。本研究中玉米光合速率與產(chǎn)量之間無顯著相關(guān)性，可能是由于作物種類、品種等區(qū)別，作物葉面積、光合功能期的長(zhǎng)短、作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)存在一定差異，最終導(dǎo)致作物光合速率與產(chǎn)量之間無顯著相關(guān)性，這與許大全[42]的結(jié)論保持一致。此外，荊家海[43]對(duì)小麥的研究也表明，凈光合速率與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，與葉面積和光合勢(shì)呈正相關(guān)。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)LAI 與產(chǎn)量呈顯著相關(guān)性，LAD 與產(chǎn)量存在極顯著相關(guān)性，與前人研究結(jié)果一致。本研究基于施鉀水平對(duì)產(chǎn)量回歸擬合表明，當(dāng)施鉀量為K2O 202.45 kg/hm2，產(chǎn)量達(dá)到最大值y=15179.88 kg/hm2。當(dāng)施鉀量過高時(shí)，產(chǎn)量有所下降，原因可能是鉀肥施用過多，導(dǎo)致作物對(duì)鉀的奢侈吸收；鉀肥施用過多導(dǎo)致光合熒光參數(shù)有所下降，而光合參數(shù)是反映作物對(duì)光能及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、積累及物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的指標(biāo)，最終導(dǎo)致春玉米產(chǎn)量降低。此外鉀肥施用過多會(huì)導(dǎo)致土壤中交換性K+含量增加，可能會(huì)使土壤中K+/（Ca2++Mg2+） 的值失衡，導(dǎo)致植株對(duì)K+、Ca2+、Mg2+的吸收比例失調(diào)，影響作物籽粒產(chǎn)量[44]。因此，通過合理的施用鉀肥，對(duì)提高玉米產(chǎn)量具有重要意義。主成分分析表明，K3 處理下的玉米光合特性和產(chǎn)量參數(shù)綜合評(píng)價(jià)得分最高。即合理施鉀（K3 處理） 可顯著提高光合源，改善光合參數(shù)，進(jìn)而對(duì)玉米群體生長(zhǎng)特性和光合產(chǎn)物積累特性的優(yōu)化效果顯著，為后期產(chǎn)量形成奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

寧夏地區(qū)氣候特點(diǎn)、玉米品種、滴灌水肥一體化條件影響有其獨(dú)特性，不同地區(qū)玉米養(yǎng)分需求特點(diǎn)也存在一定差異，在其他地區(qū)施用鉀肥對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響還需進(jìn)一步研究，而且本試驗(yàn)只設(shè)置一種肥料因素，局限性較大，因此，在今后的試驗(yàn)中還應(yīng)該研究多因素（水分、施鉀時(shí)期等） 對(duì)玉米生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的影響。在不同的試驗(yàn)地點(diǎn)，應(yīng)綜合考慮產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效應(yīng)來確定最適施鉀量。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，合理增施鉀肥可改善玉米的光合和熒光特性，并在一定程度上提高玉米產(chǎn)量。在最適宜的施鉀（K2O） 量180 kg/hm2 下，春玉米光合、熒光等特性較優(yōu)，光合勢(shì)尤其是花后期光合勢(shì)等參數(shù)較強(qiáng)，有利于光合作用以及產(chǎn)量形成。采用滴灌施肥一體化技術(shù)，玉米目標(biāo)產(chǎn)量達(dá)15000 kg/hm2時(shí)的最佳施鉀量為K2O 155～202 kg/hm2。

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