锌氮配施对玉米生长及氮素吸收的影响

扶海超，陈 晓，聂兆君，刘红恩，高 巍，赵 鹏

(河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002)

锌氮配施对玉米生长及氮素吸收的影响

扶海超，陈 晓，聂兆君，刘红恩，高 巍，赵 鹏

(河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002)

为明确锌氮配施对玉米生长及氮素吸收的影响，选用大面积种植的郑单958和浚单20两个玉米品种，设置3个氮水平(0.08、4、8 mmol·L-1)和3个锌水平(0、10、100 μmol·L-1)，共9个处理(N0.08Zn0、N0.08Zn10、N0.08Zn100、N4Zn0、N4Zn10、N4Zn100、N8Zn0、N8Zn10、N8Zn100)，于2015-06进行水培试验。结果表明，在一定氮素范围内，施锌显著影响玉米幼苗的生长及氮素吸收。在N4Zn100处理下，郑单958和浚单20的株高和生物重数值达到最大；在N4Zn100处理下，郑单958的分根数和根尖数达到最大，而在N8Zn10水平下，浚单20达到最大值；在N4Zn100处理下，郑单958和浚单20的植株氮含量达到最大。而且随着植株氮吸收量的升高，植株氮素生理利用率显著下降。因此，适宜的氮水平下施锌能够调节根系和地上部的关系，促进根系发育和地上部生长，增加根系对氮的接触面积，提高植株对氮素的吸收。

玉米；锌氮配施；苗期生长；氮素吸收

中国是世界上最大的氮肥消耗国[1]，在2006—2010年，中国氮肥平均年使用量达到27.9×106t，分别是美国和西欧的2.49倍和6.64倍[2]。氮肥的大量施用不仅导致氮素利用率下降，造成资源浪费，而且对环境造成潜在的威胁[3-4]。因此，如何提高氮素利用率是现阶段人们研究的热点[5-7]。目前提高氮素利用率的途径有很多[8-10]，其中通过施锌提高氮素利用率受到人们的广泛关注[11-13]，但结论不一，KUMAR等[10]研究发现氮锌之间存在交互作用，黄文川等[14]研究发现施锌能够提高水稻的氮肥利用效率，而杨清等[15]研究发现，氮素的利用率并不随着锌浓度的提高而提高。中国大部分耕地土壤中有效锌含量不高，尤其北方石灰性土壤里的缺锌状况非常严重[16]。玉米作为中国第二大粮食作物[17]，主要种植在中国北方地区，且对锌较为敏感[18]。因此，本研究以玉米为研究材料，通过水培试验探究锌氮配施对玉米幼苗生长及氮素吸收的影响，以期为合理施用氮、锌肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1供试材料

供试玉米品种为郑单958和浚单20。

1.2培养试验

水培试验于2015-06在河南农业大学资源与环境学院光照培养室进行。种子经10% NaClO消毒液先浸泡5 min，迅速用去离子水冲洗数次，再浸泡10 min用去离子水冲洗5次，在恒温培养箱中，用25 ℃左右的温水浸泡12 h。然后继续用去离子水冲洗5～6次，将种子等距排开, 胚朝上, 置于下面铺有双层滤纸, 上面盖有双层纱布和1层滤纸的发芽盒内(初期注意避光，待种子露白后撤掉上层纱布的滤纸，并及时补充光照)。催芽温度25 ℃，期间及时补充水分。待芽长至3～4 cm时, 选取高度一致的幼苗去掉胚乳。移栽到盛有4 L营养液的营养钵中培养，每个品种每盆种4株，培养温度白天28 ℃，晚上23 ℃，每天光照14 h，每隔3 d更换1次营养液(第1次营养液为1/2营养液，随后为完全营养液)。培养期间注意通气。营养液配方为(mmol·L-1)：K2SO40.75，KCl 0.1，KH2PO40.25，MgSO4·7H2O 0.65，EDTA-Fe 0.1，H3BO31.0×10-2，MnSO4·H2O 1.0×10-3，CuSO4·5H2O 1.0×10-4，(NH4)6Mo7O24·4H2O 5.0×10-6。试验以Ca(NO3)2·4H2O提供氮源，ZnSO4·7H2O提供锌源。分别设置3个氮素水平(参考姜琳琳等[19])，即低氮0.08 mmol·L-1(N0.08), 中氮4 mmol·L-1(N4), 高氮8 mmol·L-1(N8)，并且用1.8 mmol·L-1CaC12，补足Ca2+。设置3个锌水平(参考王景安等[20])，即0 μmol·L-1(Zn0),10 μmol·L-1(Zn10)，100 μmol·L-1(Zn100)。共设计9个处理，分别为N0.08Zn0,N0.08Zn10,N0.08Zn100,N4Zn0,N4Zn10,N4Zn100,N8Zn0,N8Zn10,N8Zn100，3次重复，共计27盆，采用完全随机区组设计，将同一氮水平下，不同施锌量放到同一区组，进行随机排列。培养16 d后取每盆中每个品种玉米1株留作根系扫描，另外3株进行氮素指标的测定。

1.3测定项目及方法

幼苗根系形态指标：采用根系扫描仪WinRHI-ZO分别对根系总长、根尖数、分根数进行扫描分析。

玉米植株收获后，先用直尺测量株高，然后用去离子水冲洗，将地上部剪掉，并用吸水纸吸干，装入信封中并注明标号，地下部放在配制好的0.5 mmol·L-1CaCl2和2 mmol·L-1MES溶液中交换30 min，然后取出先用蒸馏水洗后用去离子水洗，后用吸水纸尽量吸干水，装入封口袋中。待收获完全后，将封口袋放在108 ℃下杀青30 min后，70 ℃烘干至恒重并称量地上部和根系重量。植株全氮的测定采用H2SO4-H2O2消煮[21]，由SPD60全自动定氮仪(北京三品科创仪器有限公司)进行蒸馏，用1/2 H2SO4半微量滴定法进行定氮分析。

1.4计算方法及数据分析

用植株氮吸收量、氮素生理利用效率、氮素迁移系数等指标表示氮的吸收、利用和迁移[22]。植株氮吸收量(mg·plant-1)=植株的氮含量×植株生物量，反映氮的吸收；氮素生理利用效率(g·g-1)=植株生物量/植株氮吸收量，反映氮的利用；氮迁移系数(根到地上部)=地上部氮含量/根氮含量，表示氮从根系向地上部的转移。根冠比=根干质量与地上部干质量的比值，反映的是地上部与根系对光合产物的分配状况[19]。

试验数据采用Excel 2007、Spss 17.0和Sigmaplot 10.0软件进行统计分析。差异显著性采用双因素Duncan新复极差法检验。

2 结果与分析

2.1锌氮配施对不同品种玉米幼苗生长的影响

2.1.1 锌氮配施对不同品种玉米幼苗株高的影响 株高反映玉米地上部生长情况。由图1-A可知，在N0.08水平下，施锌能够显著增加郑单958地上部株高；在N4水平下，玉米株高随着施锌量的增加而增高，处理N4Zn100的株高达到最大值47.6 cm，说明在N4水平下，施锌能够促进玉米株高的增长；在N8水平下，株高随着锌水平的提高表现出先显著增加后降低的趋势，与处理N8Zn0相比，处理N8Zn10和N8Zn100分别增加23.65%和降低了12.50%，表明在N8水平下，适量锌能提高玉米幼苗株高。

由图1-B可知， N0.08水平下，浚单20的株高随着锌水平的提高有降低趋势；N4水平下，株高随着施锌量的提高显著增高；N8水平下，随着锌浓度的提高，株高表现出先增加后降低的趋势，处理N8Zn10水平下株高达到最大值46.8 cm。

注：A和B分别代表玉米品种郑单958和浚单20。不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Note：The capital letters A and B respectively represent the maize varieties Zheng Dan 958 and Xun Dan 20. Different lower case letters mean significant difference among different treatments at 0.05 levels. The same as below.

图1锌氮配施对不同品种玉米幼苗株高的影响
Fig.1Effectofapplicationofzincandnitrogenfertilizersontheplantheightofdifferentvarietiesofmaizeseedlings

2.1.2 锌氮配施对不同品种玉米幼苗生物量的影响 在不同氮水平下(表1)，施锌对玉米的根冠比和干物质量有显著影响。对于郑单958，在N0.08和N4水平下，地上部干质量和根干质量随着锌浓度提高而提高，根冠比却逐渐降低，其中处理N4Zn100与N4Zn0相比，地上部干质量和根干质量分别增加了48.94%和12.90%，根冠比下降了33.06%。说明在N0.08和N4水平下，施锌对地上部的促进作用大于根系；在N8水平下，地上部干质量和根干质量都随着锌含量的增加而降低，根冠比表现出先显著降低后增加的趋势，说明在高氮水平下，施锌抑制了根和地上部的生长。

对于浚单20，在N0.08水平下，随着锌浓度的增加，植株地上部干质量和根干质量有增加的趋势，根冠比呈现先增加后降低的趋势；在N4水平下，地上部干质量和根干质量均随着施锌量的增加显著增加，且在N4Zn100处理下达到显著水平，与处理N4Zn0相比，地上部干质量和根干质量分别增加了46.25%和49.26%，根冠比随着锌质量浓度的增加而下降，表明在N4水平下，施锌能够促进地上部和根系的生长；在N8水平下，地上部干质量随着锌含量增加表现出先增加后降低的趋势，在N8Zn10条件下达到最大值1.077 g·pot-1，根干质量和根冠比均随着锌含量提高而降低。

2.1.3 锌氮配施对不同品种玉米幼苗根系形态的影响 由图2(A-1、A-2、A-3)可知，在N0.08水平下，随着锌浓度的提高，郑单958的根系总长变化趋势不明显，分根数先增加后降低，与处理N0.08Zn0相比，处理N0.08Zn10分根数增加了57.93%，根尖数显著增加，在N0.08Zn100处理下达到了最大值，说明在N0.08水平下，施锌能够增加分根数和根尖数；在N4水平下，郑单958的根系总长、分根数和根尖数均随着锌浓度的提高而提高，且N4Zn100处理都达到最大值，分别为994.7 cm·plant-1、5 053.3 个·plant-1和1 225.3 个·plant-1，表明在N4水平下，施锌不仅能够促进根系的伸长还能提高分根数和根尖数的数量；在N8水平下，根系总长、分根数和根尖数都随着锌浓度的提高先显著升高后降低，与处理N8Zn0相比，处理N8Zn10分别增加了51.04%、60.98%和81.72%，说明在N8水平下，只有适量的锌才能够提高根系总长、分根数和根尖数。

由图2(B-1、B-2、B-3)可知，在N0.08水平下，浚单20的根系总长、分根数和根尖数都随着锌水平的提高而显著提高，与处理N0.08Zn0相比， 处理N0.08Zn100分别增加了79.76%、87.67%

表1 锌氮配施对不同品种玉米幼苗地上部和根系干重的影响Table 1 Effect of application of zinc and nitrogen fertilizers on biomass of shoot and root dry weight of different varieties of maize seedlings

注：同一列数据后字母表示不同处理间的值差异达5%水平，N×Zn 代表施氮量与施锌量互作，*和**分别表示在0.05和0.01水平上差异显著。

Note: Values within a column followed by different letters are significantly different atP<0.05, N×Zn mean N rate and ratio of application interaction. * and ** mean significantly different at 0.05 and 0.01 probability levels ,respectively.

图2 锌氮配施对不同品种玉米幼苗根系生长的影响Fig.2 Effect of application of zinc and nitrogen fertilizers on root growth with different varieties of maize seedlings

和73.59%；在N4水平下，随着锌水平的提高，植株的根系总长和分根数显著增加，处理N4Zn100达到最大值分别为994.40 cm·plant-1和6 645.67 个·plant-1，根尖数有先增高后降低的趋势；在N8水平下，随着锌水平的提高，根系总长、分根数和根尖数先升高后显著降低，说明低锌促进根系发育，高锌抑制根系发育。

2.2锌氮配施对不同品种玉米氮素吸收的影响

2.2.1 锌氮配施对不同品种玉米植株氮含量的影响 由图3-A可知，郑单958在N0.08水平下，植株氮吸收随着施锌量的增加而增加，N0.08Zn10和N0.08Zn100处理分别增加了4.47%和15.04%；在N4水平下，随着锌浓度的增加，植株氮吸收显著增加，与处理N4Zn0相比，处理N4Zn100的植株氮吸收增加了88.31%，说明在N4水平下，施锌能够显著促进玉米幼苗对氮的吸收；在N8水平下，施锌显著降低了植株氮的吸收，与处理N8ZN0相比，N8Zn10和N8Zn100处理植株氮吸收分别降低26.34%和31.20%，说明在N8水平下，施锌抑制了幼苗对氮的吸收。

由图3-B可知，浚单20在N0.08水平下，随着施锌量的增加，植株的氮吸收量未出现明显的变化；在N4、N8水平下，植株氮素的吸收量随着施锌量的增加而增加，N4Zn100和N8Zn100处理植株氮吸收分别增加了48.81%和30.96%。

图3 锌氮配施对不同品种玉米植株氮吸收的影响Fig.3 Effect of application of zinc and nitrogen fertilizers on nitrogen uptake of plant with different varieties in maize

2.2.2 锌氮配施对不同品种玉米氮素生理利用效率的影响 氮素生理利用效率反映单位植物氮所产生的生物量，表明氮的利用情况。由图4-A可知，在N0.08水平下， 郑单958植株氮素生理利用率随着锌浓度的增加而增加，处理 N0.08Zn100与N0.08Zn0相比增加了8.09%，说明在低氮水平下，施锌能够提高植株对氮素的利用；在N4水平下，随着施锌量的增加，植株氮素生理利用效率显著降低，与处理N4Zn0相比，处理N4Zn10和N4Zn100植株氮素生理利用效率分别降低了23.44%和25.56%；在N8水平下，施锌显著提高了植株氮素生理利用效率。

图4 锌氮配施对不同品种玉米氮素生理利用效率的影响Fig.4 Effect of application of zinc and nitrogen fertilizers on physiological nitrogen use efficiency with different varieties in maize

由图4-B可知，浚单20在N0.08水平下，随着施锌量的增加，植株氮素生理利用率效率表现出先降低后升高的趋势；在N4和N8水平下，植株氮素生理利用效率都随着锌含量的增加而降低。

2.2.3 锌氮配施对不同品种玉米氮迁移系数的影响 迁移系数的大小表示氮从根系转移到地上部的难易程度。由图5-A可知，郑单958在N0.08水平下，氮迁移系数随着锌含量的增加表现出先增加后显著降低的趋势，与处理N0.08Zn0相比，处理N0.08Zn100的氮素迁移系数降低了17.30%，说明在低氮水平下，过量的锌抑制了氮向地上部迁移；在N4水平下，随着施锌量的增加，氮迁移系数表现出先增加后降低趋势，说明在中氮水平下，合适的锌浓度能够促进氮向地上部转移；在N8情况下，施锌显著降低了氮素的迁移系数，说明高氮水平下，施锌抑制了植株氮向地上部转移。

由图5-B可知，在N0.08水平下，浚单20的植株氮素迁移系数随着锌含量的增加呈降低趋势，与处理N0.08Zn0相比，处理N0.08Zn100的氮迁移系数降低了13.08%，说明低氮水平下，施锌抑制了氮素向地上部转移；在N4水平下，氮迁移系数随着锌含量的增加而降低；在N8水平下，氮素迁移系数随着施锌量的增加而增加，说明在高氮水平下，施锌能够促进氮向地上部转移。

图5 锌氮配施对不同品种玉米氮迁移系数的影响Fig.5 Effect of application of zinc and nitrogen fertilizers on migration coefficients of nitrogen of different varieties in maize

3 讨论与结论

3.1关于锌氮配施对玉米幼苗生长的影响

玉米的幼苗期株高是玉米基部至顶端叶尖的长度，也可以称为植株全长，它反映了玉米地上部生长能力及发育情况。本研究发现，在中氮水平下，适量施锌能够促进株高的增长。这说明只有在合适的氮水平下，适宜的施锌量才能够促进株高的增长。通过地上部干质量和根系干质量的变化，导致根冠比的变化，而根冠比主要反映的是地上部与根之间的养分产物分配状况[23]。本试验中，在低氮和中氮水平下，施锌使郑单958和浚单20的根冠比下降，在高氮水平下，浚单20和郑单958根冠比却存在差异，这说明在合适的氮水平下，施锌对地上部生长的促进作用强于地下部，在高氮水平下，氮素已经产生了毒害作用，施锌可以调节玉米不同部位氮的吸收[24]，进而使幼苗地上部吸收的氮较少，促进地上部的生长，而根部吸收的氮较多，产生毒害作用抑制生长。

作物的正常生长离不开良好的根系，根系作为吸收水分养分的主要器官，能够促进植株的生长发育和氮的吸收[25]。宗学凤等[26]研究发现，分根数和根尖数的多少能够反映玉米根系吸收养分的强弱。本试验条件下，在低氮和中氮水平下，施锌都能够促进根系总长、分根数、根尖数的生长。在高氮水平下，施高锌抑制根系总长、根尖数、分根数的生长。这可能是由于锌是多种酶促反应的激活剂，适量的锌能够促进植株对吲哚乙酸的代谢，促进了根系的生长[27]。

3.2关于锌氮配施对玉米幼苗氮吸收的影响

在植物吸收的元素中，氮锌之间存在交互作用。有研究发现，在不同作物不同环境条件下及作物不同生长阶段，氮锌之间表现出不同的效应。在生长初期，氮锌之间有拮抗作用，施锌抑制了作物对氮的吸收，在生长后期，氮锌之间有协同效应，施锌促进了氮的吸收[28]。但也有研究发现，施锌肥可以在玉米生长的任一时期都能够促进植株对氮的吸收[29]。本试验条件下，在低氮水平下，施锌对郑单958和浚单20的植株氮吸收量的影响不显著，但对氮素利用率有提高作用，这可能是由于在低氮水平下，植株为了更好地生长，通过自身的调节充分吸收氮素，从而使植株氮吸收量基本不变。但由图1和表1可知，施锌能够促进植株根系和株高的生长，所以植株的氮素生理利用率上升。在中氮水平下，施锌能够提高郑单958和浚单20的植株氮吸收量，郑单958的氮素利用率下降，但浚单20保持不变。说明施锌能够促进植株氮素的吸收，其可能原因是由于施锌有利于次生根的发生和根系的良好发育[30]，从而促进了根系对氮的吸收，提高了植株氮吸收量；也有可能是在合适的氮水平和锌水平下，植株体内和锌相关的RNA聚合酶、蛋白质酶、肽酶和谷氨酸脱氢酶快速合成，在吸收锌的同时也促进了氮的吸收[31]。在高氮水平下，施锌能够促进浚单20植株氮吸收，抑制了郑单958的氮吸收；提高了郑单958的氮素生理利用效率，浚单20却保持不变。这可能是由于郑单958为氮高效品种[19]，高氮情况下，已经抑制了植株的生长，这与图1、图2和表1数据结果相一致。因此合理的施锌量能够缓解高氮对植株的毒害，提高植株生物量，降低植株对氮素吸收。由氮的迁移系数可知，在低氮水平下，合适的锌水平能够提高氮的迁移系数，促进氮素向地上部转移，在高氮水平下，施锌抑制了氮的转移。但施锌对郑单958和浚单20氮的迁移系数变化趋势不一致，这可能由于2品种间对锌、氮的响应机制不同，关于氮锌配施对氮的迁移系数在品种间的差异的原因还有待进一步研究。

本试验表明，在适宜的氮水平下，合理的施锌量可以促进玉米幼苗和根系生长，促进氮素的吸收，提高氮素利用率。在本研究中，对于郑单958和浚单20 两个玉米品种在N4Zn100条件下植株株高最高，根系总长，根尖数和分根数最大，氮吸收量最大。

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(责任编辑：朱秀英)

EffectofcombinedapplicationofZnandNfertilizersonmaizeseedlingsgrowthandnitrogenabsorbtion

FU Haichao, CHEN Xiao, NIE Zhaojun, LIU Hongen, GAO Wei, ZHAO Peng

(College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

To investigate the effects of combined application of Zn and N fertilizers on maize seedlings growth and nitrogen absorption, two maize varieties, Zhengdan 958 and Xundan 20, which have been planted in large scale, were selected to set up three nitrogen levels (0.08, 4, 8 mmol·L-1), and three zinc levels (0, 10, 100 μmol·L-1), included 9 treatments, namely, N0.08Zn0, N0.08Zn10, N0.08Zn100, N4Zn0, N4Zn10, N4Zn100, N8Zn0, N8Zn10, and N8Zn100, and the nutrient solution experiment was carried out in June 2015. The results showed that within a certain range of nitrogen, zinc application significantly influenced the growth of maize seedlings and the absorption of nitrogen. For both Zhengdan 958 and Xundan 20, the plant height and weight reached the maximum value under the N4Zn100 treatment；The root number and root tip number reached the maximum for Zhengdan 958 under N4Zn100 level, and for Xundan 20 under the N8Zn10 treatment；The plant nitrogen concentration reached the maximum for Zhengdan 958 and Xundan20 under the N4Zn100 treatment. And with the increase of plant nitrogen uptake, nitrogen plant physiological utilization rate decreased significantly. Thus, under appropriate rates of nitrogen, zinc fertilizer application can adjust the relations of root system and aboveground parts, promote the growth of root system and aboveground growth, increase the contact area of the root system of nitrogen, and improve plant absorption of nitrogen.

maize; combined application of Zn and N fertilizers; seedling growth; nitrogen uptake

S512.1

：A

2017-07-26

河南省科技攻关重点项目(152102110064)

扶海超(1990-)，男，河南信阳人，硕士研究生，主要从事锌氮互作方面的研究。

赵 鹏(1967-)，男，河南滑县人，教授，博士生导师。

1000-2340(2017)03-0293-08