配方施肥对春玉米生长发育的影响

于 博，张学芳，徐松鹤，任 琴，杨玉亭，周萌洋，潘 瑜，刘梦琪

（集宁师范学院，内蒙古 乌兰察布 012000）

0 引言

玉米光合作用的主要器官是叶片[1]，光合作用是光反应和暗反应的场所，是植物能量转化以及物质代谢的主要方式。光合作用受外界环境和内在因素的影响而不断地变化，衡量光合作用的指标是光合效率，光合效率随着光照强度的变化而变化，叶片净光合速率(Pn)是决定干物质产量的主要因素之一[2]。气孔导度(Gs)影响光合、呼吸、蒸腾作用，决定作物光合和蒸腾强度。CO2是光合作用的原料，光合作用中胞间CO2的浓度至关重要。Pn、Gs、胞间 CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)指标来反映玉米光能利用能力和转化效率[3]。

玉米生长和产量形成的主要矿质营养元素是氮磷钾。玉米营养状况影响玉米光合速率和干物质的形成[4]。磷是细胞结构的重要组成元素，能促进各种代谢的正常进行，使玉米生长发育良好，同时还可以增加作物的抗逆性，提高叶绿素含量，提高光合效率。钾有品质元素和抗逆元素之称，能够促进光合作用、叶绿素的形成和稳定。肥料高效利用首先需要从养分平衡着手，氮肥配施磷、钾肥能够提高肥料协同增产效率[5]。因此，配方施肥对提高肥料的利用率和科学施肥以及作物产量提高至关重要。

国内外研究表明，氮磷钾肥料合理配施在光合作用中起至关重要的作用，可以提高作物产量。叶绿素存在于叶绿体中，与光合速率相关，对作物的光合作用起至关重要的作用。叶绿素的相对浓度可以衡量作物的营养状况，叶绿素含量影响作物叶片对光能的吸收、传递和转换[6-8]。过氧化物酶活性与生长激素的呼吸、光合作用、氧化过程有关，可以衡量单位时间内作物代谢和抗性的变化[9]。蛋白质含量是衡量作物营养价值和品质的重要指标。适宜的氮磷钾配比能改变作物生长发育，提高作物的光合效率[10-11]，增加玉米叶片的叶绿素含量、可溶性蛋白质含量，提高作物品质，有效改善玉米的形态指标。氮磷钾肥的施用还会促使PSI反应中心的氧化还原能力的提高，改善PSⅡ整个电子传递链的性能和受体侧电子传递能力，提高过氧化物酶活性[12]。为此本试验将验证不同配方肥对春玉米生长发育的影响，为土壤肥力低的干旱区春玉米生产提供施肥依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2021年在内蒙古自治区乌兰察布市集宁师范学院试验园区进行。供试土壤为沙壤土，试验地0～20 cm耕层土壤有机质含量为1.34%、碱解氮50.23 mg/kg、速效磷11.82 mg/kg、速效钾86.43 mg/kg、pH 8.01。

1.2 试验设计

供试春玉米品种为‘先玉1619’和‘A2636’，设计不施肥(CK)、26-16-8（处理Ⅰ）、25-10-16（处理Ⅱ）、15-15-15（处理Ⅲ）和34-9-7（处理IV）5个处理的随机区组试验，每个小区设置3次重复，共计30小区，小区面积30 m2，种植密度75 000株/hm2，等行距60 cm播种。配方肥于春玉米播种前一次性施入土壤，供试肥为尿素、磷酸二铵和硫酸钾按比例配置，详见表1。

表1 春玉米配方施肥试验设计

1.3 测试指标

1.3.1 春玉米地上部形态指标定 选取拔节期长势较好连续5个植株，采用卷尺及游标卡尺测量株高和茎粗[13]。

1.3.2 叶片光合效率 采用美国Licor公司生产的Li-6400测定春玉米Pn、Gs、Ci、Tr等光合指标[14]。

1.3.3 叶片叶绿素含量 采用分光光度法[14]测定叶绿素含量。

1.3.4 叶片过氧化物酶活性 采用比色法[15]测定叶片过氧化物酶活性。

1.3.5 叶片可溶性蛋白质含量 采用考马斯蓝染料结合法[16]测定叶片可溶性蛋白质含量。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010和SPSS 17.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 配方施肥对春玉米形态指标的影响

由表2可知，春玉米拔节期不同处理株高与茎粗的变化‘。先玉1619’品种，处理间的株高为处理Ⅲ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ＞处理IV，处理Ⅱ株高比CK高78 mm，各处理间无显著差异；茎粗为处理Ⅱ＞处理Ⅰ＞CK＞处理Ⅲ＞处理IV，处理Ⅱ显著高于其他处理，处理Ⅱ比CK高17 mm。‘A2636’品种，各处理间的株高为处理Ⅰ＞处理IV＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ，处理Ⅱ、处理Ⅲ、处理IV之间无显著差异，处理Ⅱ的株高比CK显著降低78 mm，处理Ⅰ比处理Ⅱ显著增加119 mm；茎粗为处理IV＞处理Ⅲ＞CK＞处理Ⅰ＞处理Ⅱ，处理Ⅱ与CK间无显著性差异。

表2 配方施肥对春玉米形态指标的影响

2.2 配方施肥对春玉米光合效率的影响

由图1可知，配方施肥对叶片Pn的影响，‘先玉1619’品种，处理Ⅱ与CK相比增加10.79%，处理IV比处理Ⅱ增加4.84%，处理IV比处理Ⅰ和处理Ⅲ显著增大。‘A2636’品种，处理Ⅱ与CK无显著差异，处理Ⅲ显著高于处理Ⅰ和处理Ⅱ，且比CK显著增加74.75%。

图1 配方施肥对春玉米叶片Pn的影响

由图2可知，配方施肥对叶片Gs的影响，‘先玉1619’品种处理IV比处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理Ⅲ和CK高27.06%、7.21%、29.43%和33.83%。处理Ⅱ比CK增加24.81%。‘A2636’品种处理Ⅲ比处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理IV和CK高17.20%、33.44%、49.05%和4.07%，处理Ⅱ比CK显著降低27.20%，处理Ⅱ比处理IV增加11.68%，处理Ⅱ和处理IV无显著差异。

图2 配方施肥对春玉米叶片Gs的影响

由图3可知，配方施肥对叶片Ci的影响，‘先玉1619’品种，各处理间表现为处理IV＞CK＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ，处理Ⅱ比处理IV显著降低18.30%，处理Ⅱ比处理Ⅰ增加5.27%，处理Ⅰ与处理Ⅱ无显著差异。‘A2636’品种，各处理间表现为处理Ⅲ＞处理IV＞CK＞处理Ⅰ＞处理Ⅱ，处理Ⅱ相比CK显著降低21.51%，处理Ⅲ高于其他处理，处理Ⅲ比处理Ⅱ显著增加51.27%。

图3 配方施肥对春玉米叶片Ci的影响

由图4可知，配方施肥对叶片Tr的影响。‘先玉1619’品种，各处理间表现为处理IV＞处理Ⅲ＞处理Ⅰ＞处理Ⅱ＞CK，处理Ⅱ比CK显著增加9.21%，处理Ⅰ、处理Ⅲ及处理IV与处理Ⅱ相比分别增加了1.70%、5.15%、14.36%，处理Ⅰ、处理Ⅱ与处理Ⅲ之间差异不显著。‘A2636’品种各处理间表现为处理Ⅲ＞处理IV＞处理Ⅰ＞处理Ⅱ＞CK，处理Ⅰ、处理Ⅲ及处理IV与处理Ⅱ相比分别增加了8.31%、21.07%、9.08%。

图4 配方施肥对春玉米叶片Tr的影响

2.3 配方施肥对春玉米叶绿素含量的影响

由图5可知，‘先玉1619’品种拔节期叶片叶绿素含量为处理IV显著高于处理Ⅱ、处理Ⅲ与CK，CK、处理Ⅱ、处理Ⅲ之间差异不显著，处理IV比处理Ⅱ显著增加45.72%，处理Ⅰ比处理Ⅱ和显著增加38.47%。‘A2636’品种春玉米拔节期叶片叶绿素含量为处理Ⅲ显著高于处理Ⅰ、处理IV及CK，处理Ⅱ比CK显著增加49.33%，处理Ⅲ的叶绿素含量最高，处理Ⅲ与处理Ⅱ无显著差异，CK的叶绿素含量最低。

图5 配方施肥对春玉米叶绿素含量的影响

2.4 配方施肥对春玉米过氧化物酶活性的影响

由图6可知，‘先玉1619’品种拔节期叶片过氧化物酶活性为处理IV显著高于处理Ⅰ、处理Ⅲ及CK，CK比处理Ⅱ显著降低80.69%，处理Ⅱ比处理IV降低9.97%；‘A2636’品种拔节期叶片过氧化物酶活性为处理Ⅲ显著高于处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理IV和CK，处理Ⅱ比CK显著增加16.35%，处理Ⅱ比处理Ⅲ显著降低19.63%，处理Ⅱ与处理IV之间无显著性差异。

图6 配方施肥对春玉米过氧化物酶活性的影响

2.5 配方施肥对春玉米可溶性蛋白质含量的影响

由图7可知，‘先玉1619’品种拔节期叶片可溶性蛋白为处理IV＞处理Ⅰ＞处理Ⅲ＞CK＞处理Ⅱ，处理IV、处理Ⅰ、处理Ⅲ、CK比处理Ⅱ相比蛋白质含量分别增加29.23%，24.23%，10.40%，8.45%。‘A2636’品种拔节期叶片可溶性蛋白为处理Ⅲ＞处理IV＞处理Ⅰ＞CK＞处理Ⅱ，处理Ⅲ比处理Ⅱ显著增加21.96%，处理Ⅰ与CK无显著差异。两个春玉米品种中，处理Ⅱ的可溶性蛋白质含量均最低。

图7 配方施肥对春玉米可溶性蛋白含量的影响

3 讨论

刘恩科等[17]研究表明，氮、磷、钾肥配施较单施某一种肥料效果好，这与本试验的研究结果一致。配方肥料提供了春玉米生长发育的营养，解决内蒙古平原灌区气候干旱、土壤肥力不高的地力问题，为春玉米生长发育创造更优肥力的条件，促进春玉米养分的吸收、土壤有机质的分解和提高土壤养分利用率[18-19]。

王帅等[6]研究表明，在施肥配方为24-15-8下，氮肥和磷肥是主要影响因素，可提高Pn和叶绿素含量，在磷肥影响下可增加可溶性蛋白含量，使可溶性蛋白质浓度提前达到最大值，可延长较高的光合作用持续时间，有效改善玉米的光合作用。这与本试验研究结果不一致，施肥配方为34-9-7和15-15-15时，春玉米‘先玉1619’和‘A2636’品种的光合效率、叶绿素含量、过氧化物酶活性和可溶性蛋白质含量均达到最大值，这说明氮肥和氮磷钾均衡配施是主要的影响因素。

侯云鹏等[20]研究结果表明，平衡施肥使氮、磷、钾等养分均衡，有助于玉米对养分的充分吸收和利用，从而促进玉米更好地生长发育。杨玉玲等[21]研究表明，施用氮磷肥的基础上，配施钾肥有利于叶片光合作用的增加，提高叶绿素含量，在一定程度上增加PSⅡ的光化学效率。叶绿素含量与光合效率呈显著正相关关系。施用氮、磷、钾肥能显著提高玉米叶绿素含量、过氧化物酶活性和可溶性蛋白含量，改善光合作用特性，提高光合作用利用率，这与本试验结果一致，春玉米‘先玉1619’和‘A2636’品种，施肥配方为34-9-7和15-15-15时，光合效率、叶绿素含量、过氧化物酶活性及可溶性蛋白质含量显著高于其他处理和CK，表明此配方可增加春玉米叶片的光合效率、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量，能够使PSI反应中心氧化还原能力得到改善，提高了PSⅡ整个电子传递链的性能和接收端侧电子传递能力，提高过氧化物酶活性。因此，提高氮肥的施用比例以及氮磷钾均衡施用，同时注意气候干旱区春玉米品种的选择与配套的施肥措施相适宜，良种与良法配套，可提高春玉米光合效率，促进春玉米生长发育。

4 结论

内蒙古平原灌区气候干旱，土壤肥力低，春玉米生产对化肥氮磷钾营养元素的配比和投入量依赖性高，氮比例高的34-9-7配方肥对春玉米‘先玉1619’生长发育有显著提高。氮磷钾比例均衡的15-15-15配方肥对春玉米‘A2636’品种长发育有显著提高，能够协调内蒙古平原灌区干旱气候区春玉米生育期内的土壤养分供给，优化光合作用和叶绿素在春玉米生长发育中的关系，促进光合产物和营养物质转运，促进春玉米生长发育。