氮磷配施对玉米叶片生长及光合特性的影响

2018-03-19谢圣杰邢国芳贾亚涛苑乂川陈小雨

山西农业科学 2018年3期

谢圣杰，邢国芳，贾亚涛，苑乂川，陈小雨

（山西农业大学农学院，山西太谷 030801）

玉米是世界上主要的粮食作物，在农业发展中占据重要地位。近年来，随着我国经济迅速发展，玉米除用作粮食、饲料以外，同时也在生物能源、制药和化工等方面具有重要的利用价值。数年来，玉米产量大幅度提高主要依赖于化肥的大量施用，其中尤以氮肥的作用最为明显[1]。

目前，在我国农业生产上，存在盲目施肥的现象，从而导致水源污染、土壤酸化、大气层破坏等一系列环境问题时有发生[2-7]，这又反过来限制作物产量的持续增加。

有研究表明，单纯施用含有一种元素的肥料不是保证作物生长及产量的有效方式，只有当土壤中碳、氮、磷、钾、有机质等比例适当时，作物才能正常生长，对其稳产和高产才能有所保证[8-9]。对玉米研究发现，农田土壤中养分的失调会导致其早衰和减产[10]，而氮磷钾合理地配合施用能够显著地提高其产量[11-21]。因此，探究玉米对氮磷2种肥料的需求量，掌握其需肥规律，对玉米产业乃至整个农业的可持续发展具有重要的意义。

前人针对不同施肥措施对作物生长及产量的影响开展了广泛而深入的研究，但在山西省春玉米生产中仍广泛存在肥料投入量偏大、利用效率低、土壤生产能力降低等问题，这非常不利于山西省农田土壤质量的提高。

本研究通过不同氮磷配施处理，分析玉米在拔节期和灌浆期的重要农艺性状及光合特性的表现差异，为解决目前山西省玉米生产中存在的化肥施用不合理问题积累有价值的数据和资料，也为促进山西省玉米高产、稳产、高效、安全生产奠定一定基础。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于山西省中部太谷县申奉村（37°42′N，112°53′E），土质为轻壤土，海拔 799.2 m，该地区具有暖温带大陆性季风气候，2017年平均气温9.8℃，降雨量为456 mm，无霜期170 d。

1.2 试验材料

供试玉米品种为大丰30，购买自山西省大丰种业有限公司。试验用氮肥为尿素（含N 46%），磷肥为磷酸钙（含P2O514%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%）。

1.3 试验设计

供试玉米品种于2017年5月7日播种，行距和株距分别为60，25cm，播种密度为6.67万株/hm2。氮磷肥施加时期与比例分别为播前（5月7日）50%，大喇叭口期（7月5日）20%和抽雄期（7月18日）30%，灌浆期叶面喷施45kg/hm2钾肥。氮肥设置4个水平，分别为 0（N1），150（N2），300（N3），450 kg/hm2（N4）；磷肥设 3 个水平，分别为 0（P1），120（P2），240 kg/hm2（P3）。氮磷配比施加量列于表1。试验采用二因素裂区设计，氮肥为主区，磷肥为副区，共12个处理，每处理3次重复，共36个小区，各小区面积为3.3 m×6 m。

表1 不同处理氮磷配比

1.4 叶片表型性状测定

在玉米拔节期，每个重复选定3株每个处理选定9株表型相近的玉米材料，用直尺测量玉米自上而下3个叶片的长和宽并做标记；在玉米灌浆期，测量被标记的玉米材料，用直尺测量棒三叶的长和宽。根据面积＝长×宽×0.75，计算3个叶片的面积。随后对光合特性进行测定，然后将选定新鲜叶片称质量后放置于鼓风干燥箱中，120℃杀青30 min，之后80℃烘至恒质量，再称质量。

1.5 光合参数的测定

在当日9：00—11：00，采用Li-6400便携式光合作用测定仪（LI-COR Inc.Lincoln，Nebraska，USA）测定1.4中选定的叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）等 3个光合参数，水分利用率（WUE）依照WUE=Pn/Tr计算，测定条件为红蓝光源，光强（PFD）为1 200～1 500 μmol/（m2·s），叶室温度为（28±5）℃，CO2流速在350～400 μmol/（m2·s）。

1.6 数据处理

采用DPS数据处理系统对测定的所有数据进行统计分析，再利用Excel软件整理数据并绘制相关图表。

2 结果与分析

2.1 不同氮磷配施处理下玉米拔节期叶片表型差异分析

表2 不同处理下玉米拔节期叶面积、叶片含水量及干质量分析

从表2可以看出，在玉米拔节期，不同施氮量和施磷量对玉米叶面积的影响极显著（PN＜0.01，PP＜0.01），氮磷互作对玉米叶面积的影响也极显著（PN×P＜0.01），T1 处理下玉米的叶面积为 345.83 cm2，为最低值，T8处理下玉米的叶面积最大，T8处理和T6，T9，T11，T12处理之间没有显著性差异。在含水量上，不同施氮量和氮磷互作对玉米叶片含水率的影响极显著（PN＜0.01，PN×P＜0.01），T7 处理的叶片含水率最低，T11处理的叶片含水率最高。在叶片干质量方面，施氮量对叶片干质量影响极显著（PN＜0.01），而施磷量对叶片干质量的影响不显著（PP＞0.05），干质量最小的处理是T11，最大的处理是T8，当施磷量一定时，N2，N3，N4水平下的叶片平均干质量比N1处理下的叶片干质量分别多出15.7%，33.8%和3.0%，施氮量为N4和N1水平时，叶片的干质量较其他水平降低，施氮量为N3水平时，平均干质量最大，从与N1水平的比较中可以看出，当施氮量不大于N3水平时，叶片干质量与施氮量呈正相关，当施氮量为450 kg/hm2时，氮对叶片干质量起抑制作用。

2.2 不同氮磷配施处理下玉米灌浆期叶片表型差异分析

表3 不同处理下玉米灌浆期叶面积、叶片含水量及干质量分析

从表3可以看出，在玉米灌浆期，不同施氮量、施磷量和氮磷互作对玉米叶面积的影响极显著（PN＜0.01，PP＜0.01，PN×P＜0.01），施氮量 150，300，450 kg/hm2，相对于不施氮肥的叶面积分别增加11.22%，13.34%，16.71%。可以看出，施氮量和叶面积呈正相关，叶面积随着整体施氮量的增加而增加；从比较 T1＜T4＜T7，T2＜T5＜T8，T3＜T6＜T9这3组数值可以看出，施磷量在施氮量不超过N3水平的情况下基本与叶面积呈正相关，当施氮量为450 kg/hm2时，T10＞T11＞T12，施磷量与叶面积呈负相关，处理 T8，T6，T9，T10，T11 和 T12 之间不存在显著性差异，且T9处理下的叶面积最大。叶片含水率受施氮量和氮磷互作的影响极显著（PN＜0.01，PN×P＜0.01），当施氮量在 450 kg/hm2时，3 个磷水平的含水率T10=T11＞T12，此时施磷量的增加会导致叶片含水率减少，说明氮磷互作对含水率产生了抑制作用，叶片含水率最高为处理T9和T10，而处理 T8，T9，T10，T6，T4，T7，T11 和 T12 之间没有显著性差异。叶片干质量受施氮量的影响极显著（PN＜0.01），叶片干质量最小为处理T12，T8处理下叶片干物质积累量最大，施磷量对干物质积累量影响不显著（PP＞0.05）。从叶面积、叶片含水率和叶片干质量这3个指标进行比较可以发现，处理T9，T10，T11和T12的叶面积和含水率都比较大，但是叶片干质量相对较小，产生这种差异可能是叶片的厚度有差异，氮素可能对叶片厚度有影响，这也从侧面反映出氮磷互作对叶片的影响。

2.3 不同氮磷配施对玉米拔节与灌浆期光合特性的影响

从图1可以看出，Pn，Tr，Gs及WUE这4个光合参数在2个时期不同处理相同叶片间均存在较大差异，且差异达到显著或极显著水平。拔节期玉米的净光合速率受施氮量的影响极显著（PN＜0.01），总体上随着施氮量的增加，净光合速率值在升高，此时施磷量对净光合速率没有显著影响（PP＞0.05）。在玉米灌浆期，净光合速率受施氮量、施磷量及氮磷互作影响极显著（PN＜0.01，PP＜0.01，PN×P＜0.01），在T8处理下玉米的净光合速率值最大，施氮量过高或者不足都会影响玉米对磷的吸收，从而减弱其净光合速率，拔节期叶片的平均净光合速率比灌浆期高出101.35%，说明拔节期叶片的光合作用比灌浆期活跃。

玉米在拔节期和灌浆期的气孔导度受施氮量、施磷量及氮磷互作影响显著（PN＜0.05，PP＜0.05，PN×P＜0.05），首先施磷量在 120 kg/hm2、施氮量在300 kg/hm2（T8处理）时，气孔导度最大，氮磷不足或过量都会影响气孔导度。

玉米的蒸腾速率在拔节期受施氮量的影响极显著（PN＜0.01），且氮磷之间存在互作，当施磷量为120 kg/hm2、施氮量在300 kg/hm2（T8处理）时，蒸腾速率最大，从处理T8和处理T11的比较中可以看出，氮施用过多会抑制植株对磷的吸收，同时也抑制了蒸腾速率；灌浆期，玉米对养分的需求量明显增加，新陈代谢加快，蒸腾速率相应增加，处理T1～T12灌浆期的蒸腾速率比拔节期的蒸腾速率分别增加21.27%，74.34%，48.08%，123.87%，59.74%，114.82%，55.07%，132.29%，67.93%，166.63%，206.28%，161.94%，氮、磷和氮磷互作对玉米的蒸腾速率影响极显著（PN＜0.01，PP＜0.01，PN×P＜0.01），从各个处理下的蒸腾速率比较可以看出，T8处理下的蒸腾速率最大。

水分利用效率在拔节期受施氮量的影响极显著（PN＜0.01），灌浆期水分利用效率受氮、磷及互作的影响极显著（PN＜0.01，PP＜0.01，PN×P＜0.01）。从处理T8，T9，T10，T11和 T12的比较中可以看出，当施氮量或施磷量过多会产生相互抑制作用，使水分利用效率降低，拔节期的水分利用效率都比灌浆期的水分利用效率要高。从WUE＝Pn/Tr可以看出，蒸腾速率与水分利用效率成反比，与净光合速率成正比，从试验结果看，气孔导度值高时，相应的蒸腾速率值也高。从拔节期各个处理来看，玉米的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率都受施氮量的影响，且T8处理下的玉米综合指标表现最好。在灌浆期，玉米的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率偏向于受施磷量和施氮量及氮磷互作的影响，灌浆期T8处理的各项光合指标较理想。

3 讨论

本研究结果表明，拔节期叶片的叶面积、含水率和干物质量都受施氮量的影响极显著，当施氮量在300 kg/hm2、施磷量在120 kg/hm2时，玉米的表型性状表现良好，在光合数据分析中发现，拔节期叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率都受施氮量的影响极显著，由于氮肥的作用是促进植物营养生长，促进叶绿素的形成，使植物枝叶繁茂，叶色浓绿，而玉米拔节期由自养生活转向异养生活，从三叶期到拔节期，由于植株根系和叶片不发达，吸收和制造的营养物质有限，幼苗生长缓慢，主要是进行根、叶的营养生长和茎节的分化，所以，此时应适当使用氮肥，少施磷肥，综合分析可知，T8 处理（施氮量 300 kg/hm2、施磷量 120 kg/hm2）是最适宜的。

在灌浆期叶片的表型受到氮水平的影响，同时氮磷互作也起着重要作用，当氮磷水平都比较低时，氮磷互作能够促进氮磷元素的吸收，如果氮磷都过量时植株对氮磷的吸收就会受到抑制；灌浆期叶片的光合特性不但受到施氮量的影响，而且磷的作用越来越大，氮磷之间的相互影响极显著，此时应该小幅度增加施氮量，大幅度增加施磷量，因为磷是作物体内一系列新陈代谢过程的“参与者”，如光合作用，碳水化合物的合成、分解与运转，含氮物质的合成与分解，脂肪类的合成与分解等等，当氮磷按T8 处理（施氮量 300 kg/hm2、施磷量 120 kg/hm2）比例配施时，干质量能够维持一个较高的水平。

由此可以看出，在玉米拔节期和灌浆期氮磷配施，采用T8处理（施氮量300 kg/hm2、施磷量120 kg/hm2）才能够使玉米的叶片表型和光合特性维持在一个最佳水平，所以，在实际生产中，要根据不同的施肥地块使用不同的肥料配施，合理施肥，充分发挥肥料的增产作用，实现高产、稳产、低成本，这样才能在减少化学肥料投入的情况下保证产量，使农民增收。

［1］张学林，王群，赵亚丽，等.施氮水平和收获时期对夏玉米产量和籽粒品质的影响 [J].应用生态学报，2010，21（10）：2565-2572.

［2］乔爱丽，刘中良.山东省玉米施肥现状、存在问题及对策[J].天津农业科学，2017，23（2）：35-37.

［3］朱悦.长期施肥对土壤有机氮组分的影响及其与氮指标的关系[D].沈阳：沈阳农业大学，2016.

［4］王科，李浩，张成，等.化肥过量施用的危害及防治措施[J].四川农业科技，2017（9）：33-35.

［5］井跃博.种植业化学品污染现状及其防控 [J].安徽农学通报，2017，23（16）：98-100.

［6］朱艳辉，任邵琦.浅析化肥减量增效技术推行的必要性及重要涵义[J].农业与技术，2017，37（12）：25.

［7］曾沐梵.长期施肥导致农田土壤酸化的机制及缓解策略[D].北京：中国农业大学，2017.

［8］张影，刘星，焦瑞锋，等.生物质炭与有机物料配施的土壤培肥效果及对玉米生长的影响[J].中国生态农业学报，2017，25（9）：1287-1297.

［9］李科，韩萍.不同施肥条件下双垄沟地膜覆盖对旱地玉米水分利用效率的影响[J].陇东学院学报，2017，28（5）：53-57.

［10］陈显奇.玉米早衰原因的探讨[J].杂粮作物，2002（1）：27-28.

［11］张进忠.千公顷玉米高产栽培技术 [J].湖北农业科学，2003（2）：30.

［12］陈祥，同延安，杨倩.氮磷钾平衡施肥对夏玉米产量及养分吸收和累积的影响[J].中国土壤与肥料，2008（6）：19-22.