不同施肥水平对抽雄吐丝期淹涝胁迫玉米根系、茎秆及产量的影响

2017-03-01冷益丰徐国伦杨俊品康继伟唐海涛何文铸

江苏农业科学 2017年2期

关键词：根数茎秆根系

冷益丰，张彪，徐国伦，杨麟，杨俊品，康继伟，陈洁，唐海涛，谭君，何文铸

(1.四川省农业科学院作物研究所，四川成都 610066； 2.四川农业大学玉米研究所，四川温江 611130； 3.甘孜州种子管理站，四川甘孜 626000)

不同施肥水平对抽雄吐丝期淹涝胁迫玉米根系、茎秆及产量的影响

冷益丰1，2，张彪1，徐国伦3，杨麟1，杨俊品1，康继伟1，陈洁1，唐海涛1，谭君1，何文铸1

(1.四川省农业科学院作物研究所，四川成都 610066； 2.四川农业大学玉米研究所，四川温江 611130； 3.甘孜州种子管理站，四川甘孜 626000)

以四川省大面积推广玉米品种成单30为试验材料，通过氮、磷、钾配比施肥的田间试验，研究不同施肥水平对抽雄吐丝期淹涝胁迫下玉米植株根系、茎秆、株高及产量的影响。结果表明，不同施肥水平下玉米植株根长、根数、根体积、根生物量、茎粗、茎强度、基部节间长、株高、穗位高和籽粒产量差异极显著，施肥处理结果优于对照；淹涝胁迫后，施肥处理的根体积、根生物量、茎秆强度、基部前3节平均节间长、顶部倒数3张叶平均叶长、株高较对照差异极显著，耐涝性强于对照；N20+P5+K15、N10+P15+K15、N15+P15+K15、N20+P5+K5、N20+P15+K15处理5种配比施肥玉米产量极显著高于对照，分别较对照增产17.39%、10.03%、8.90%、3.39%、3.37%。生产上合理配施氮、磷、钾肥有助于减轻洪涝灾害对玉米产量的影响。

玉米；配比施肥；淹涝胁迫；根系；产量；茎秆性状

玉米(Zeamaize.L)是世界上重要的粮食作物。西南地区是我国玉米主产区之一，夏季生长期间经常遇到阴雨寡照、洪涝渍害等气象灾害，成为限制玉米产量发挥的主要因素。吴进东等研究指出，渍水影响作物光合作用，减少物质积累，改变光合产物在地上部与根系间的分配比例，抑制产量形成[1]。合理化肥施用可以调节作物群体的生理生态，提高作物的抗逆性与产量[2]。涝渍灾害是栽培作物常见的有害生长环境，生产上对于有效缓解和提高作物耐渍性方面的具体措施尚不成熟，理论上通过合理施肥等来增强作物的耐涝能力具有一定的实用性，但在大田条件下的实际应用效果还缺少系统深入的研究。为最大程度地减小农田洪涝渍害带来的产量损失，本试验立足生产实际，在大田中模拟洪涝环境，通过氮、磷、钾配比施肥，研究不同施肥组合对玉米吐丝期淹涝胁迫下玉米产量的影响，以期找出适合四川省方便可行、高效的玉米施肥水平，为洪涝农田的玉米生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试品种

四川省区试对照玉米品种成单30，由四川省农业科学院作物研究所提供。

1.2 供试肥料

尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%)均为本地常用商品肥，市场购买。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，于2014年5—9月在四川省农业科学院现代农业科技创新示范园进行。设置氮、磷、钾不同配比施肥水平，以空白处理(即不施任何肥)为对照，共13个处理，小区面积66.7 m2，3次重复。不同处理施氮、磷、钾用量见表1。磷肥在播种时一次性底施，氮肥、钾肥的20%在 5～6张展开叶时作提苗肥施用，30%在拨节期作追肥施用，50%在大喇叭口期作穗肥施用。抽雄吐丝期人工灌水模拟洪涝，积水深度为10 cm，淹水时间为7 d。

表1 不同施肥处理氮、磷、钾用量

1.4 测定项目

分别于淹水胁迫前后挖根测量玉米植株根系长度(主根长)、根数、体积、生物产量(干物质质量)，茎秆直径、强度、基部节间长(第1节、第2节、第3节)、顶部叶片长(倒1叶、倒2叶、倒3叶)，每处理测量10株。根系体积采用排水法测定，茎秆直径采用游标卡尺测定，测定部位为地上部第2节；玉米成熟期测定株高、穗位高。收获时按照小区计产，统计每小区实收株数、穗数，考种记录穗长、穗粗、秃尖、穗行数、行粒数、百粒质量等籽粒产量相关因素。

1.5 数据处理

试验数据采用Microsoft Office Excel 2007、SPSS 16.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥水平对玉米根系的影响

2.1.1 不同施肥水平对玉米根长的影响根系是植物生长的基础，根系源源不断为植物地上部提供矿质营养和水分。玉米生育期内氮、磷、钾不同配比施肥下玉米根系生长存在差异，根长是评价根系吸收水分和养分的最优参数之一。不同施肥处理的玉米根长差异明显，6个施肥处理的主根长超过对照，其中N10+P15+K5施肥处理的主根最长，平均根长34.42 cm，比对照31.00 cm长 11.0%；其次是N15+P5+K15、N15+P15+K5等处理；淹水胁迫后不同处理间根长差异明显，有8个施肥处理的主根长较淹水胁迫前增加且超过对照，其中N15+P15+K15施肥处理的主根最长，平均根长43.28 cm，分别较淹水胁迫前、对照增加37.8%、31.1%；其次是N10+P15+K15、N10+P5+K15等处理。淹水胁迫前后N10+P5+K15、N15+P15+K5、N10+P15+K15等8个施肥处理的植株主根不受淹水胁迫抑制而继续生长，其中N10+P5+K15施肥处理的玉米植株根长变化最大，主根长比淹水胁迫前增加了44.9%，而N15+P5+K5、N10+P15+K5、N15+P15+K5等处理的植株受淹水胁迫影响导致根尖部分腐烂根长变短，其中N15+P15+K5处理较淹水胁迫前根长减短10.5%(图1)。

2.1.2 不同施肥水平对玉米根数的影响不同施肥处理的玉米根数差异明显，10个施肥处理的根数超过对照，其中N10+P15+K5处理的根数最多，平均35.44条，比对照不施肥处理的29.56条增加19.9%；其次是N20+P15+K15、N15+P5+K5等处理。淹水胁迫后，不同处理间根数差异明显，有6个施肥处理的根数较淹水胁迫前增加且超过对照，其中 N10+P5+K15施肥处理的根数最多，平均39.22条，分别较淹水胁迫前、对照增加18.1%、13.1%；其次是N20+P5+K15、N10+P5+K5等处理。淹水胁迫前后，N10+P5+K15、N15+P5+K15、N20+P5+K15等9个施肥处理的玉米根数不受淹水胁迫抑制而继续增加，其中N15+P5+K15施肥处理的玉米根数变化最大，根数比淹水胁迫前增加18.6%，而N10+P15+K5、N20+P15+K15、N15+P5+K5等处理的植株受淹水胁迫影响导致部分根系腐烂根数减少，其中N15+P5+K5处理较淹水胁迫前根数减少 11.8%(图2)。

2.1.3 不同施肥水平对玉米根系体积的影响不同施肥处理的玉米根系体积差异明显，除N15+P5+K5处理外11个施肥处理的根系体积均超过对照，其中N20+P15+K15处理的根系体积最大，平均为 81.22 mL，比对照不施肥处理的 44.00 mL 增加84.6%；其次是N20+P5+K15、N15+P15+K15等处理。淹水胁迫后不同处理间根系体积差异明显，12个施肥处理的根系体积均超过淹水胁迫前和对照，其中N10+P5+K15处理的根系体积最大，平均146.44 mL，分别较淹水胁迫前、对照增加193.5%、169.5%，其次是N20+P15+K15、N15+P15+K15处理。淹水胁迫前后N10+P5+K5、N10+P5+K15、N10+P15+K5等12个施肥处理的根系体积均不受淹水胁迫抑制而持续增加，其中N10+P5+K15施肥处理的玉米植株根系体积变化最大，根系体积比淹水胁迫前增加了193.5%，其次是N15+P5+K15、N15+P15+K15等处理，根系体积分别比淹水胁迫前增加了142.6%、97.3%(图3)。

2.1.4 不同施肥水平对玉米根系生物量的影响根系生物量是评价植物地下生产力的标准，是表示土壤中根系总量特征较好的参数[3]。不同施肥处理的玉米根系生物量差异明显，12个施肥处理的根系生物产量均超过对照，其中N20+P15+K15处理的根系生物产量最重，平均为136.71 g，比对照不施肥处理的80.40 g增加70.0%，其次是N15+P15+K15、N20+P5+K15等处理；淹水胁迫后不同处理间根系生物量差异明显，12个施肥处理的根系生物产量均超过对照，其中N10+P5+K15处理最重，平均180.00 g，分别较淹水胁迫前、对照增加66.3%、107.7%，其次是N15+P15+K15、N10+P15+K15等处理。所有处理经淹水胁迫后根系生物量均较淹水胁迫前增加，其中N10+P5+K15处理的根系生物量变化幅度最大，较淹水胁迫前增加66.3%，N10+P5+K5处理的根系生物量变化幅度最小，仅较淹水胁迫前增加3.5%(图4)，表明不同施肥处理的玉米植株根系对淹水胁迫的反应程度不同，合理的配比施肥能够增强玉米根系对淹水胁迫的耐受性。

2.2 不同施肥水平对玉米茎秆的影响

2.2.1 不同施肥水平对玉米茎粗的影响玉米植株的耐涝性也表现在茎秆对淹水的抗性上，部分植株受淹水胁迫后茎秆缩水、植株萎蔫、不能正常生长。淹水胁迫前不同施肥处理的玉米茎粗差异明显，有9个施肥处理的玉米茎秆比对照粗，其中N10+P5+K15施肥处理的茎秆最粗，平均为2.28 cm，比对照2.03 cm增12.3%，其次是N10+P5+K5、N15+P15+K5处理；淹水胁迫后不同处理间茎粗差异明显，有8个施肥处理的玉米植株茎秆比对照粗，其中N10+P5+K5施肥处理的茎秆最粗，平均为2.28 cm，分别较淹水胁迫前、对照增 2.4%、8.9%，其次是N20+P15+K15、N20+P5+K15等处理。淹水胁迫前后N10+P15+K15、N15+P5+K5等8个施肥处理的植株茎秆不受淹水胁迫抑制而继续正常生长，其中N10+P15+K15施肥处理的玉米植株茎粗变化最大，茎粗比淹水胁迫前增加了6.7%，而N15+P5+K15、N10+P5+K15等处理的植株受淹水胁迫影响茎秆萎蔫缩水反而变细(图5)。

2.2.2 不同施肥水平对玉米茎秆强度的影响淹水胁迫前不同施肥处理的玉米茎秆强度差异明显，有11个施肥处理的玉米茎秆强度超过对照，其中N10+P5+K15施肥处理的茎秆强度最大，平均为1 993.13 N，比对照1 394.57 N增598.56 N，超过对照42.92%，N10+P15+K5、N15+P15+K15等处理次之。淹水胁迫后不同处理间茎秆强度差异明显，12个施肥处理的玉米茎秆强度均超过对照，其中N15+P15+K15施肥处理的茎秆强度最大，平均为1 825.43 N，比对照的 1 316.43 N 增509.00 N，分别较淹水胁迫前、对照增 5.07%、38.67%。同时，N10+P5+K5等8个施肥处理的玉米茎秆强度均不受淹水胁迫抑制，其中N10+P5+K5施肥处理的植株茎秆强度增加了8.61%，而N10+P5+K15、N15+P5+K15等4个施肥处理和对照的茎秆强度受淹水胁迫影响而减弱，N10+P5+K15处理的减弱幅度达16.43%(图6)。

2.2.3 不同施肥水平对玉米基部节间长的影响淹水胁迫前正常生长条件下不同施肥水平的植株基部第1节间长差异明显，N10+P5+K15处理最长，N15+P15+K15、N20+P5+K5处理次之，N20+P5+K15处理最短；第2节间长差异明显，N15+P15+K15处理最长，N20+P5+K15、N20+P15+K5处理次之，N15+P5+K5处理最短；第3节间长差异明显，N10+P5+K15处理最长，N20+P15+K5、N15+P15+K15处理次之，N15+P5+K15处理最短；12个施肥处理中有9个处理的植株基部前3节平均节间长超过对照，其中N10+P5+K15处理的植株基部前3节平均节间长最大，平均10.85 cm，比对照的9.18 cm长 1.66 cm 。淹水胁迫后不同施肥水平的植株基部第1节间长差异明显，N15+P15+K15处理最长，N15+P15+K5、N20+P15+K15处理次之，N15+P5+K5处理最短；第2节间长差异明显，N10+P5+K15处理最长，N10+P15+K5、N20+P15+K15处理次之，N15+P5+K5处理最短；第3节间长差异明显，N15+P15+K15处理最长，N20+P15+K15、N20+P15+K5处理次之，N15+P5+K5处理最短；有11个施肥处理基部前3节平均节间长均超过对照，其中N15+P15+K15处理基部前3节节间长最大，平均为12.08 cm，比对照10.21 cm增1.87 cm(表2)。

2.3 不同施肥水平对玉米顶部叶片长的影响

淹水胁迫前不同施肥水平的植株顶部倒1叶长差异不明显，N10+P15+K5处理最长，N15+P5+K15、N10+P15+K15处理次之，N20+P15+K5处理最短；倒2叶长差异不明显，N15+P15+K5处理最长，N10+P5+K5处理次之，N15+P5+K5处理最短；倒3叶长差异明显，N15+P15+K15处理最长，N15+P15+K5、N10+P15+K15处理次之，N15+P5+K5处理最短，有4个施肥处理的玉米植株顶部倒数3张叶的平均叶长超过对照，其中N15+P15+K15处理的植株顶部倒数3张叶的平均叶长最长，平均为52.07 cm，比对照的50.71 cm长1.36 cm(表3)。表明前期施肥处理对玉米植株生长的促进作用比不施肥明显，施肥能够更好促进玉米植株的生长。

表2 淹水胁迫前后不同施肥水平的玉米基部节间长比较

注：同列数据后不同小写字母差异显著(P<0.05)。表3、表4同。

淹水胁迫后不同施肥水平的植株顶部倒1叶长差异明显，N10+P15+K5处理最长，N15+P15+K5、N10+P5+K5处理次之，对照最短；倒2叶长差异不明显，N10+P15+K5处理最长，N15+P5+K15、N20+P5+K5处理次之，N15+P5+K5处理最短；N15+P5+K15处理倒3叶最长，N20+P5+K5、N20+P15+K15处理次之，N15+P5+K5处理最短。有11个施肥处理的玉米植株顶部倒数3张叶的平均叶长超过对照，其中N10+P15+K5施肥处理的植株顶部倒数3片叶的平均叶长最长，平均为56.22 cm，比对照的51.83 cm增4.39 cm(表3)。表明受淹水胁迫影响大部分处理的玉米植株生长减缓，合理配方施肥处理能够有效缓解涝害对玉米植株的生长抑制。

表3 淹水胁迫前后不同施肥水平的顶部叶片长比较

2.4 不同施肥水平对玉米株高及穗位高的影响

玉米生长受肥料施用量影响较大，合理施肥能够有效促进玉米生长。不同施肥水平玉米植株株高差异明显，12个不同施肥水平下有10个施肥处理的玉米植株高度高于对照，其中N15+P15+K15处理最高，平均株高296.33 cm，比对照 279.67 cm 高16.66 cm，增5.96%，N20+P15+K15处理平均株高295.78 cm，比对照279.67 cm高16.11 cm，增5.76%，施肥处理株高明显高于对照，仅N10+P5+K5、N15+P5+K5等2个施肥处理株高低于对照，可能是部分肥料元素施用过程中配比不当而抑制了植株的正常生长。不同施肥处理的植株穗位高差异明显，其中N10+P5+K15处理穗位最高，与对照差异明显，N15+P5+K5处理穗位最低，与对照差异明显(图7)。结合抗倒性等田间要求，生产上往往需要株高和穗位适中的玉米品种。

2.5 不同施肥水平对玉米籽粒产量的影响

玉米高产是玉米生产的首要目标，产量是衡量施肥效果的最直接指标。本试验中12个不同施肥水平的玉米籽粒产量差异明显(表4)，在6 135.60～9 487.95 kg/hm2，其中 N20+P5+K15等5个处理较对照显著增产，N10+P15+K5等6个处理较对照显著减产；不同施肥水平的穗粗、穗长、秃尖、穗行数及行粒数与对照差异不显著。不同施肥处理中N20+P5+K15处理的玉米籽粒产量最高，产量为9 487.95 kg/hm2，较对照增产17.39%，居第1位，其果穗表现为穗长 22.53 cm，穗粗4.61 cm，平均穗行数16.67行，平均行粒数45.00粒，该施肥处理下的玉米果穗较对照长、穗粗，秃尖比对照短、结实性好；其次是N10+P15+K15施肥处理，产量为 8 893.35 kg/hm2，较对照增产 10.03%，居第2位，其果穗表现为穗长23.20 cm，穗粗 4.59 cm，平均穗行数16.27行，平均行粒数45.73粒，该施肥处理下的玉米果穗较对照长、穗粗，秃尖比对照短、结实好；再次是N15+P15+K15施肥处理，产量为8 801.70 kg/hm2，较对照增产8.90%，其果穗表现为穗长22.10 cm，穗粗4.68 cm，平均穗行数16.93行，平均行粒数42.80粒，该施肥处理下的玉米果穗较对照粗、秃尖短、结实较好，穗行数较对照多。生产上合理搭配氮、磷、钾等化学肥料能够很好地促进玉米光合产物积累，抵抗涝渍灾害具有稳产作用。

3 结论与讨论

玉米是需水量较多而又不耐涝的作物，当土壤湿度超过持水量80%以上时，玉米就发育不良，尤其是在玉米幼苗期间表现更为明显。水分过多的危害主要是由于土壤空隙为水饱和，形成缺氧环境导致根的呼吸困难，使水分和营养物质吸收受到阻碍。同时，缺氧条件下一些有毒的还原物质如硫化氢、氨等直接毒害根部促使玉米根死亡。所以在玉米生育后期，高温多雨条件下根部常因缺氧而窒息坏死，造成生活力迅速衰退，甚至植株全株死亡。抽雄吐丝期是玉米产量形成的关键时期，而产量形成是源库相互作用的结果，源足、库大、流畅条件下才能获得高产。玉米抽雄吐丝期涝害不仅造成其“库”的减少，同时也影响“源”的增长和“流”的通畅。因此，本研究选择在玉米抽雄吐丝期模拟涝害胁迫，研究不同施肥处理后玉米植株对遭遇涝害的反应。

作物根系具有固定、吸收、运输、贮存和合成等多种功能，对大多数作物而言，生长前期是根系构建的关键时期，生产上为促进作物后期生长健壮，常常在苗期采取措施控制水肥供应以促使根系向纵深发展[4]。作物根系的生长受品种、栽培措施、环境因子等影响，其中土壤养分是影响作物根系生长的主要环境因素[5]。氮、磷、钾对作物根系生长的影响已经有较多研究，适量氮可促进作物根系发育，而缺氮或过量氮对根系生长都不利[6-9]。根系形态对于土壤养分变化反应敏感，施肥能促进根系分枝数增加及总根长增长[10]。本试验中12个不同施肥水平下N10+P15+K5等6个施肥处理的主根长超过对照，N10+P15+K5等10个施肥处理的根数超过对照，N20+P15+K15等11个施肥处理的根系体积超过对照，N20+P15+K1512个施肥处理的根系生物产量均超过对照，因为植物根系的生长速率受植物体内氮素等营养状况有关信号的调节，在一定范围内，增加氮、磷、钾供应，可以提高植株光合效率，根系得到的光合产物分配增多，从而促进根系生长，根系发达吸收更多养分反过来又促进地上部生长。本试验中N10+P5+K15等9个施肥处理的玉米植株茎秆比对照粗、N10+P5+K15等11个施肥处理的玉米植株茎秆强度超过对照，为玉米植株后期淹水胁迫环境下持续生长提供了支撑。

氮、磷、钾是作物生长发育的必需营养元素，土壤中适当的氮、磷、钾是作物高产的重要保证。本研究结果表明，吐丝期遭遇淹水胁迫后N20+P5+K15、N10+P15+K15、N15+P15+K15、N20+P5+K5、N20+P15+K15等5种施肥处理的玉米产量显著高于对照，上述施肥处理中含有较高的氮、钾水平，说明足量的氮肥、钾肥对淹水胁迫后玉米产量贡献明显，与前人研究结果[1，11]一致，适氮高钾能明显提高作物的耐淹涝胁迫能力，显著缓解渍害对作物产量造成的影响。涝害在四川省部分地区时有发生，尤其是在7—8月多雨季节。目前，有通过具体施肥措施来减轻作物遭受涝害影响报道很多，依据本试验结果，氮、磷、钾不同配比施肥对抽雄吐丝期遭受涝害的玉米产量有显著影响。土壤肥力好，氮、磷、钾比例协调的地块，玉米生长好，受涝害影响不大，反之则减产。因此，生产中建议做到施足底肥，增施氮肥、钾肥，适当施用磷肥，结合及时排涝等措施可有效缓解涝害对玉米生产的影响。

[1]吴进东，丁广礼. 氮肥运筹对孕穗期渍害冬小麦灌浆特性的影响[J]. 天津农业科学，2013，19(1)：24-28.

[2]黄严帅，范袁斌，李炳生，等. 氮肥运筹对弱筋小麦宁麦9号群体结构和产量的影响[J]. 中国农学通报，2008，24(9)：122-126.

[3]周玮，周运超. 施肥对马尾松幼苗及根系生长的影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版)，2011，35(3)：70-74.

[4]宁运旺，马洪波，张辉，等. 氮、磷、钾对甘薯生长前期根系形态和植株内源激素含量的影响[J]. 江苏农业学报，2013，29(6)：1326-1332.

[5]平文超，张永江，刘连涛，等. 棉花根系生长分布及生理特性的研究进展[J]. 棉花学报，2012，24(2)：183-190.

[6]邱喜阳，王晨阳，王彦丽，等. 施氮量对冬小麦根系生长分布及产量的影响[J]. 西北农业学报，2012，21(1)：53-58.

[7]谢志良，田长彦. 膜下滴灌水氮耦合对棉花干物质积累和氮素吸收及水氮利用效率的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2011，17(1)：160-165.

[8]姜琳琳，韩立思，韩晓日，等. 氮素对玉米幼苗生长，根系形态及氮素利用效率的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2011，17(1)：247-253.

[9]史正军，樊小林. 水稻根系生长及根构型对氮素供应的适应性变化[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版)，2002，30(6)：1-6.

[10]王冉，李吉跃，张方秋，等. 不同施肥方法对马来沉香和土沉香苗期根系生长的影响[J]. 生态学报，2011，31(1)：98-106.

[11]李绍清，李阳生，吴福顺，等. 水稻孕穗期在淹涝胁迫下施肥的优化选择及其作用机理[J]. 作物学报，2002，28(1)：115-120.

10.15889/j.issn.1002-1302.2017.02.022