锌肥喷施时期和次数对塔城地区玉米生长发育及产量的影响

赵海蓓，吕小凡，白如霄，张新疆，孙 帅，危常州

(1.石河子大学 农学院 农业资源与环境系，新疆石河子 832003; 2.新疆生产建设兵团第九师农业科学研究所，新疆塔城 834600)

平衡施肥是实现作物增产潜力的有力保障[1]。然而，中国农业生产长期以来都着重于大量元素肥料的施用，忽视了微量营养的补充。常年连作使土壤中被带走的微量养分越来越多，导致土壤养分比例失调，这加重了大量营养的浪费和土壤养分的不平衡[2]。研究表明，作物生长发育除需要大量元素外，还需要锌、铁、硼、锰、铝、铜等微量元素[3]。其中锌是作物体内多种酶的组成成分，能够促进作物生长发育，加强植株抗病性，提高作物产量和改善品质[4-7]。目前，全球范围内都存在土壤锌缺乏的问题，特别是在干旱和半干旱地区的钙质土壤中[8-12]。为了持续稳定获得更高的作物产量，通过适当方法缓解作物锌营养的缺乏是必要的农艺措施。

与其他谷物作物相比玉米具有很高生物量和谷物产量潜力，且对锌反应敏感[13]。锌通过影响玉米的内源激素合成和氧自由基代谢过程，促进授粉，增加玉米产量[14-17]。塔城地区属于中温带干旱和半干旱气候区，总耕地面积为6.24×105hm2，玉米种植占总耕地面积的34.02%，全年全区无霜期最长可达180d，年日照2832～3006h，年平均气温5～7℃，气候条件利于玉米生长。但是塔城地区土壤有效锌含量较低，前期试验发现浓度为0.2%～0.4%喷锌对玉米增产效果显著[18]。本文通过比较不同喷锌处理对玉米生长发育的影响，以期找到玉米最佳的锌肥喷施时期和喷施次数，为玉米节肥高产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年4月—10月在塔城地区额敏县九师团结农场(N 46°31′，E 83°29′)进行，供试玉米品种为‘新玉109’。试验地前茬种植玉米，耕层土壤养分含量为有机质29.22 g/kg，有效锌0.46 mg/kg，碱解氮91.94 mg/kg，速效磷45.34 mg/kg，速效钾317.32 mg/kg，pH 8.26。

1.2 试验处理

采用大田试验，机械点播，玉米于2019-04-14播种，9月29号收获。设计单因素试验，设置4个喷施处理，分别为V8期喷锌处理(出苗后第30 天，Zn30)、V12期喷锌处理(出苗后第50 天，Zn50)、V8期和V12期喷锌处理(Zn30+50)、V8和V12期喷施清水处理(CK)，每处理小区面积为80 m2，各处理间横纵间隔均为5 m，每处理重复3次。玉米种植采用宽窄行设计，株行距配置为40 cm + 60 cm，株距为17 cm。喷施质量浓度均为250 μg/mL硫酸锌溶液，每次喷施溶液用量为450 L/hm2。采用2 L的小型喷雾器人工进行喷雾处理，为避免阳光过强对试验结果造成影响，选择在傍晚进行喷施。田间管理按照当地习惯进行，施肥量N、P2O5、K2O分别为391.0 kg/hm2、164.0 kg/hm2、78.0 kg/hm2。其中基肥N、P2O5分别为71.7 kg/hm2、49.7 kg/hm2，采用磷酸二铵肥料[w(N)=18%，w(P2O5)=46%]和尿素[w(N)=46%]撒施翻耕，追肥N、P2O5、K2O分别为 319.3 kg/hm2、114.3 kg/hm2、78.0 kg/hm2，采用尿素(w(N)=46%)、水溶性磷酸二铵(w(N)=18%，w(P2O5)=46%)和硫酸钾 (w(K2O)=52%)分7次滴灌施入。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 植株取样 各处理分别在喷施处理后第10 天开始取样，具体取样时间分别是：出苗后第40 天、第60 天、第80 天、第110 天、第140 天，随机取长势均一且有代表性的玉米3 株，按不同器官分类， 105 ℃杀青30 min，再80 ℃恒温烘干至恒质量后称量，粉碎后过0.5 mm筛，密封袋保存。

1.3.2 叶绿素含量 在玉米抽雄前选取第7叶，抽雄后选取穗位叶，使用丙酮和乙醇体积比1∶1混合液浸泡提取，采用分光光度计法测定叶绿素含量[19]。

1.3.3 植物锌含量 称取过0.5 mm筛样品 0.500 0～1.000 0 g置于石英坩埚中，在电炉上200 ℃加热碳化2 h，移入马弗炉中550 ℃干灰化4 h，灰化彻底后加入体积比1∶1硝酸溶液溶解灰分，定容过滤后收集滤液用原子吸收分光光度计测定植株锌含量[20]。

1.3.4 叶面积指数 在玉米出苗后第40 天、第60 天、第80 天、第110 天、第140 天，每处理取3株长势均一的玉米植株，抽雄前测定未完全展开叶的可见部分及完全展开叶的长和宽，抽雄后测定其完全展开叶的长和宽，计算叶面积指数(LAI)，参考公式如下：

(1)

式中，n为第j株的总叶片数；m为测定株数；ρ种为种植密度；L为叶片长度；B为叶片 宽度。

1.3.5 硝酸还原酶活性 硝酸还原酶按董志强[21]的方法，在玉米抽雄前选取第7叶，抽雄后选取穗位叶进行测定。

1.3.6 干物质积累量 采用Logistic曲线模型进行拟合[18]，其模型为：

(2)

1.3.7 玉米产量 在玉米收获前于9月20日测产。各小区随机选取6.67 m2点3处详细记录其玉米有效穗数、穗行数及行粒数，并测定其籽粒含水量和千粒质量，同时监测玉米果穗秃尖 长度。

1.4 数据处理与分析

数据处理及作图在Excel 2010中进行，应用SPSS 21统计分析软件进行试验数据的单因素方差分析，采用Duncan氏检验进行多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 玉米体内的锌含量与锌积累量

由表1可知，不同时期喷锌处理下，各时期玉米植株不同器官中的锌含量均显著高于CK处理。在玉米出苗后第40 天，叶片锌含量达到最大值，此时Zn30处理显著高于CK处理；第60 天时，Zn30和Zn50处理较CK处理分别增加1.05和1.77 mg/kg，其中Zn50处理显著高于Zn30处理；第140 天时，Zn30和Zn50处理较CK处理，苞叶中锌含量分别提高1.62%和17.57%，穗轴中锌含量分别提高22.42%和33.09%，籽粒中锌含量分别显著提高3.29%和8.89%。不同喷锌次数对玉米各器官的锌含量也存在一定影响。其中第140 天时Zn30+50处理玉米籽粒中锌含量较Zn30和Zn50处理分别提高7.49%和 1.98%。

整个生育期植株的锌积累量均随玉米的生长而增加，至成熟期达到最大值，但不同处理植株锌积累量不同。在不同时期喷锌处理下，出苗后第40 天，Zn30处理较CK处理植株锌积累量增加 3.65 g/hm2；第60 天时，Zn30和Zn50处理较CK处理植株锌积累量分别增加12.31 g/hm2和 15.62 g/hm2；第140 天时，Zn30和Zn50处理较CK处理分别提高16.84%和27.20%，籽粒锌携出量占地上部锌积累量的百分比最大，平均为 70.90%。在不同喷锌次数处理下，第140 天时Zn30+50处理籽粒锌积累量较Zn30和Zn50处理分别提高 13.99%和4.98%。

弗罗斯特是美国文学史上的一颗璀璨明星，在其文学生涯中，创作了许多首脍炙人口的诗歌。广为流传的《雪夜林畔小驻》就是其代表作之一。笔者试从文体学角度赏析它的艺术特色，通过语言的词汇形式、韵律和修辞三个层面进行阐述。

表1 不同喷锌时期和次数处理下玉米植株的锌含量和锌积累Table 1 Zn content and Zn accumulation in plants of maize under different Zn spraying time and frequencies

2.2 玉米叶片的叶绿素含量与硝酸还原酶活性

由图1-A可知，各处理叶片叶绿素含量呈上升趋势，在玉米出苗后第110 天达到最大值。出苗后第40 天，不同时期喷锌处理叶绿素含量表现为Zn30>Zn50处理；第60 天时，叶绿素含量表现为Zn50>Zn30处理。出苗后第60 天～第140 天，不同喷锌次数处理叶绿素含量均表现为Zn30+50>Zn50>Zn30处理；第110 天时，Zn30、Zn50和Zn30+50处理较CK处理分别提高5.51%、 9.50%和11.60%；第110～第140 天，CK、Zn30、Zn50和Zn30+50处理的叶绿素含量分别下降 13.98%、 12.36%、11.35%和10.85%。

由图1-B可知，玉米叶片的硝酸还原酶活性先逐渐上升，在出苗后第80 天时达到最大值，不同喷施处理表现为Zn30+50>Zn50>Zn30>CK。出苗后第40 天，Zn30和Zn30+50处理较CK处理提高8.92%；第60 天时，Zn30、Zn50和Zn30+50处理较CK处理分别提高13.29%、16.19%和 19.65%；第80 天时，CK、Zn30、Zn50和Zn30+50处理的硝酸还原酶活性分别为148.42、159.13、168.95和178.42 μg/(g·h)；第110 天时各处理硝酸还原酶活性较第80天分别下降 27.89%、26.77%、23.51%和21.51%。

图1 不同喷锌时期和次数处理下玉米叶片的叶绿素含量(A)和硝酸还原酶活性(B)Fig.1 Chlorophyll content (A) and nitrate reductase activity (B) of maize leaves under different Zn spraying time and frequencies

2.3 玉米的叶面积指数

由图2可知，叶面积指数在玉米出苗后第 40～第60天快速上升，后增长趋势变缓，第80 天后开始呈现下降趋势。在出苗后第40 天，Zn30处理的叶面积指数较CK处理提高21.25%；第60 天时，Zn30、Zn50和Zn30+50处理较CK处理分别提高4.75%、9.43%和15.09%；第80天时，各处理叶面积指数达到最大值，不同喷施处理表现为Zn30+50>Zn50>Zn30>CK处理；第140 天较第80 天，CK、Zn30、Zn50和Zn30+50处理的叶面积指数分别下降55.18%、53.15%、48.59%和 45.58%。

图2 不同喷锌时期和次数处理下玉米的叶面积指数Fig.2 Leaf area index of maize under different Zn spraying time and frequencies

2.4 玉米的干物质积累量

由图3可知，玉米出苗后第40天～第80 天，各处理干物质积累量大小表现为Zn30+50>Zn30>Zn50>CK处理；第80天～第140 天，表现为Zn30+50>Zn50>Zn30>CK处理。第140 天时，Zn30、Zn50、Zn30+50处理较CK处理干物质积累分别提高 9.00%，12.95%和16.45%；不同时期喷锌处理干物质积累量表现为Zn50>Zn30处理；不同喷锌次数处理干物质积累量表现为Zn30+50>Zn50>Zn30处理。

干物质有两次快速积累过程，第一次从第40天～第60天，第二次从第80天～第110天，总趋势呈现为“S”型变化。用Logistic生长函数对各处理干物质积累量进行拟合，其Logistic模型及特征值见表2。由表2可知，喷锌处理提前了干物质积累速率高峰出现的时间且提高了最大干物质积累速率，玉米总干物质积累最快的时间在出苗后第60天～第110天，此时玉米的营养生长和生殖生长同时进行，是玉米生长最旺盛的时期。

图3 不同喷锌时期和次数处理下玉米的干物质积累量Fig.3 Dry matter accumulation of maize under different Zn spraying time and frequencies

表2 玉米干物质积累Logistic模型及其特征值Table 2 Logistic model of maize dry matter accumulation and its characteristic value

2.5 玉米产量及产量构成因素

由表3可知，不同锌肥喷施时期和喷施次数处理下，玉米理论产量差异均达到显著水平，表现为Zn30+50>Zn50>Zn30>CK处理；Zn30、Zn50和Zn30+50处理较CK处理产量分别增加5.92%、12.93%和15.47%。就产量构成因素而言，不同处理间穗粒数、秃尖长和千粒质量存在显著差异；Zn30、Zn50和Zn30+50处理较CK处理穗粒数分别增加19.47、40.01和44.54；秃尖长分别下降 0.76、1.53和1.52 cm；千粒质量分别增加 1.75%、3.63%和4.32%。Zn30+50处理较Zn30和Zn50处理穗粒数分别增加25.08和4.53，千粒质量分别增加2.52%和0.66%，理论产量分别提高 9.01%和2.22%。

表3 不同喷锌时期和次数处理下玉米的产量Table 3 Yield of maize under different Zn spraying time and frequencies

3 结论与讨论

目前，锌被认为是仅次于氮(N)、磷(P)、钾(K)后的第四大产量限制因素[22]，玉米对锌的反应非常敏感[13]，缺锌会影响玉米叶片的生长发育，减缓植株的生育进程，严重情况下会形成玉米花叶病，降低玉米的光合强度，产量性状发育也会受到影响[23]。本试验选取地点土壤有效锌含量为 0.46 mg/kg，低于土壤缺锌临界值0.50 mg/kg[24]，玉米出苗后第140天时，各器官锌浓度和锌积累量表现为Zn30+50>Zn50>Zn30>CK处理，表明喷施锌肥显著提高了玉米各部位的锌浓度和积累量。有研究表明，花后第5天喷锌比拔节期喷锌对小麦籽粒锌浓度的影响更大[25]，本文结果与之相同，玉米出苗后第40天时，叶片锌含量和锌积累量表现为Zn30>Zn50处理；第60天时，表现为Zn50>Zn30处理，表明表明V12期喷锌对植株锌吸收和积累的促进作用优于V8期喷锌；第60天时，Zn50和Zn30+50处理处理叶片锌含量显著高于Zn30处理，但处理间差异不显著，表明喷施时期对玉米锌吸收的影响程度大于喷施次数。

Ranjbar等[26]指出施用锌肥增加了小麦旗叶和谷物中锌的含量，魏孝荣等[27]研究表明，通过施锌，小麦各器官中锌的含量和吸收显著增加，同时产量也显著提高。以上研究结果表明，较高的籽粒产量需要较高的锌吸收量。同时，叶绿素的产生、果实数量和种子质量均受作物体内锌含量的影响[28-31]。锌参与植物体内生长素的形成，是多种酶的组成成分，通过酶的作用对植物碳氮代谢产生相当广泛的影响[17]。粮食作物粒质量受籽粒灌浆速率和持续时间影响[32]，适量施锌可以促进玉米叶面积增大，增强叶片的光合作用及植株体内的养分运输能力[12]。本试验中，喷锌处理在各生育时期叶面积指数、叶绿素含量和硝酸还原酶活性均大于CK处理，且后期衰减速度也较缓。有研究表明，锌肥与矿质营养元素配施能有效促进玉米干物质的积累，提高光合产物向生殖器官的分配能力[33-34]，有利于作物产量的形成[35-36]。本研究中，与CK相比，喷锌处理提前进入干物质积累高峰期，且Zn30、Zn50和Zn30+50处理最大干物质积累速率较CK处理分别增加 12.03%、 15.54%和24.68%，可见喷锌能够显著增加干物质积累速率，提高玉米的干物质积累量。喷锌处理通过增加玉米干物质积累、提高光合效率和硝酸还原酶活性，促进玉米灌浆，使籽粒更加饱满增加了粒质量。其中，Zn30、Zn50与Zn30+50处理千粒质量较CK处理分别增加1.75%、 3.63%和4.32%，且Zn50和Zn30+50处理千粒质量无显著性差异，表明喷施时期对玉米粒质量增加更关键。

施用锌肥能够影响玉米果穗发育，主要体现在调整玉米穗型和籽粒性状[37-38]上。本研究中，Zn30和Zn50处理秃尖长较CK处理分别减少了0.76 cm和1.53 cm，秃尖减少有效增加玉米的穗粒数，进而提高玉米产量，表明V12期喷锌相比在V8期喷锌更有利于玉米生长和产量形成。喷锌处理通过增加穗粒数和千粒质量显著提高玉米产量，较CK处理平均增产11.44%，但不同喷锌处理对玉米的增产效果不同；Zn30+50处理增产效果显著高于Zn30和Zn50处理，产量分别较Zn30和Zn50处理提高了9.01%和2.22%，说明喷锌两次较喷锌1 次对玉米产量更有促进作用，但结合生产成本问题，仅在适宜时期喷锌1 次处理要优于喷锌2 次，表明在玉米V12期喷施是塔城地区锌肥的最佳施用方式。