氮锌配施对夏玉米籽粒矿质元素含量和累积量的影响

2023-07-08张盼盼乔江方张美微

华北农学报 2023年3期

张盼盼,乔江方,李川,张美微,牛军

(河南省农业科学院粮食作物研究所,河南郑州 450002)

玉米是我国第一大粮食作物,2020年玉米种植面积约为4 126万hm2,占全国粮食作物的35.33%,总产量为2.61亿t,占全国粮食作物的38.93%[1]。玉米是重要的粮食、饲料和工业来源作物[2]。近年来随着玉米投入增加,产量稳步提高,但在追求高生产力的同时,忽视了矿质元素营养的均衡提高[3]。籽粒矿质元素含量是玉米重要的品质指标,直接或间接影响玉米营养品质。矿质元素对人体的生命活动起着调控作用,然而全球有超过60%的人缺Fe,超过30%的人缺Zn,超过15%的缺Ca,Mg和Cu的缺乏在发展中国家比较常见[4-5]。玉米是粗粮食用和养殖饲用的重要来源,因此,提高玉米籽粒中矿质营养元素的含量,促进人体对其摄入,对于改善和解决人体缺素问题有着重要意义。

合理施用氮肥是禾谷类作物生产中提高产量的关键措施,也是影响籽粒中矿质元素营养的重要因素[6]。研究表明,玉米籽粒Zn含量随施N量的增加呈现先降后增趋势,Fe含量则持续增加,不同氮效率品种中的元素含量对施氮水平的响应不一致[7]。栗褐土长期施肥结果表明,施氮后玉米籽粒中Mn含量显著增加,其他元素差异不明显[8]。缺锌土壤上,锌肥施用对籽粒矿质元素也有不同影响[9],蒋曦龙等[10]发现,叶面喷锌后,玉米籽粒Zn、Fe和Ca含量增加显著而Cu含量下降,Se、Na、B、P和Mg的含量未发生明显变化;李文宗等[11]则发现,不同富Zn品种的Zn、Fe、Ca、Na、Cu、Mg和Mn等矿质元素含量对叶面喷锌的响应不同。前人研究中结论的不同,主要与试验点气候、施肥方式和研究对象有关。

河南省是我国重要的粮食大省,玉米的种植面积和总产量均居全国第2位,其玉米籽粒中矿质元素含量的高低对国人的饮食健康产生重大影响。目前,大田中关于施氮水平对玉米生长的影响研究多集中于籽粒产量提升和生理机制方面,对籽粒矿质元素含量的影响研究较少,尤其是氮锌配施下玉米籽粒矿质元素含量的变化尚未有研究。为此,本试验通过研究不同的供氮水平和喷锌时期夏玉米籽粒矿质营养元素含量和累积量的变化,探讨氮、锌肥对玉米营养元素的调控效应,以期为氮、锌肥在大田的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地点

1.2 试验设计

试验采用再裂区设计,主因素为施氮水平,分别为90,180,225 kg/hm2,设定为N90、N180、N225;副因素为喷锌处理,分别为不喷锌、苗期拔节期1∶1喷锌、拔节期大口期1∶1喷锌和大口期喷锌等4个处理,设定为Zn0、Zn1、Zn2和Zn3;副副因素为不同基因型玉米,分别为郑单958(ZD958)和谷神玉66(GSY66)。共24个处理,每个处理3次重复,6行区,行长5 m,行间距0.6 m,种植密度为75 000株/hm2。2021年6月11日播种玉米,9月24日收获。

分别以尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)、氯化钾(K2O 60%)为氮、磷、钾源肥料,氮肥以1∶1基施和大喇叭口期追施施入,磷、钾肥全部基施(施肥量均为100 kg/hm2)。锌肥为ZnSO4·7H2O,施用量为4.5 kg/hm2,以0.3%喷施,分别在玉米苗期、拔节期和大口期按比例施用,对照为喷施相同量的蒸馏水,时间选择在晴天的下午或傍晚,以保证喷施效果。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 籽粒干质量在夏玉米成熟期,避开测产区选取有代表性、长势一致的5株植株,取果穗,晒干后脱粒,烘干后称干质量。

1.3.2 微量元素含量将称取干质量后的籽粒样品粉碎装袋,采用凯氏定氮法测定样品中N含量,采用ICP-OES法测定P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn、B和Na等元素含量。

1.3.3 产量取小区中间2行夏玉米果穗全部收获,晒干后脱粒,称质量并测定含水量,折合含水率(14%)计算产量。

1.4 数据处理

籽粒元素累积量=籽粒干质量×籽粒中元素含量。

试验数据采用Excel 2010 和SPSS 22进行统计与分析,用LSD法和Duncan′s法进行方差分析和多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 氮锌配施对夏玉米籽粒产量的影响

氮锌配施对夏玉米籽粒产量的影响如图1所示。从图1可以看出,N90和N180处理下籽粒产量分别为7.46,7.22 t/hm2,明显高于N225处理。Zn2和Zn3处理下籽粒产量平均为7.45 t/hm2,较Zn0和Zn1平均提高了6.81%。ZD958的籽粒产量平均为7.85 t/hm2,较GSY66提高了19.3%。三者的交互作用对籽粒产量有显著影响,以N90Zn3ZD958和N90Zn2ZD958处理下的籽粒产量最高,平均为8.56 t/hm2,N90Zn1ZD958、N225Zn2ZD958、N180Zn2ZD958、N180Zn0ZD958、N90Zn0ZD958与之在统计学上无显著差异;以N225Zn0GSY66处理下籽粒产量最低为5.90 t/hm2,N225Zn1GSY66、N90Zn0GSY66、N180Zn2GSY66、N180Zn1GSY66、N180Zn0GSY66、N90Zn2GSY66与之在统计学上无显著差异;其他处理间的差异不显著,平均产量为7.13 t/hm2。

（1）《中华人民共和国增值税暂行条例》[1]中明确规定：在中华人民共和国境内销售货物或者加工、修理修配劳务（以下简称劳务）的单位和个人，为增值税的纳税人。《财政部税务总局关于调整增值税税率的通知》[2]中明确提出自2018年5月1日起执行。其中纳税人发生增值税应税销售行为或者进口货物，原适用11%税率的调整为10%；纳税人购进农产品，原适用11%扣除率的，扣除率调整为10%；纳税人购进用于生产销售或委托加工16%税率货物的农产品，按照12%的扣除率计算进项税额。涉农货物包括：粮食等农产品、食用植物油、食用盐；饲料、化肥、农药、农机、农膜。农业生产者销售的自产农产品项目免征增值税。

不同小写字母表示0.05水平下差异显著。Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.

2.2 氮锌配施对夏玉米籽粒中矿质元素含量的影响

本试验条件下,郑单958和谷神玉66籽粒中N、P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn、B和Na含量平均为12.23 g/kg、8.63 g/kg、12.74 g/kg、0.28 g/kg、3.84 g/kg、3.49 mg/kg、6.06 mg/kg、26.18 mg/kg、41.40 mg/kg、43.57 mg/kg和181.28 mg/kg(表1)。氮锌配施对不同夏玉米品种籽粒中的矿质元素影响不一致(表1)。氮处理对籽粒N、P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn和B含量的影响达显著或极显著水平,籽粒N含量以N180处理达最高为12.77 g/kg,籽粒中Ca和Cu、Fe、Zn、B含量均在N225处理达最高,分别为0.32 g/kg和4.78,26.04,46.08,43.88 mg/kg,而P、K和Mg含量则在N180处理下为最低。除Mg含量外,锌处理对各矿质元素含量的影响均达显著或极显著水平,N含量以Zn2处理下最高为12.73 g/kg,而P、K、B和Na含量则在Zn2处理下最低,Mn和Fe含量在Zn1下最高分别为7.30,27.66 mg/kg,Zn含量表现为Zn0

表1 氮锌配施和品种对夏玉米籽粒矿质元素含量的影响Tab.1 Effect of nitrogen and zinc application and varieties on the mineral element concentration in the grain of summer maize

氮锌配施对玉米籽粒N、P、K、Ca和Mg元素含量的影响如表2所示。从表2可以看出,N含量在N180Zn2GSY66、N180Zn1GSY66处理下表现最高,平均为14.63 g/kg,N90Zn2GSY66、N90Zn3GSY66、N225Zn2GSY66与之无显著差异,其次是N180Zn3GSY66、N90Zn1GSY66和N225Zn0GSY66处理,平均为12.92 g/kg,以N90Zn2ZD958处理最低为10.66 g/kg,N90Zn0ZD958、N225Zn1ZD958、N225Zn3ZD958和N90Zn3ZD958与之无显著差异,其他处理间无显著差异,平均为11.84 g/kg;P含量在N90Zn2GSY66和N225Zn1GSY66处理下最高,平均为10.65 g/kg,N90Zn3GSY66、N225Zn3GSY66、N90Zn1GSY66、N180Zn0GSY66和N225Zn2GSY66与之无显著差异,N180Zn3GSY66、N225Zn0GSY66、N90Zn0GSY66、N180Zn1GSY66和N225Zn0ZD958处理下P含量平均为8.98 g/kg,以N180Zn2ZD958和N225Zn2ZD958处理下P含量最低,平均仅为6.68 g/kg,N180Zn3ZD958和N180Zn0ZD958与之无显著差异,其他处理间的差异不明显,平均为7.92 g/kg;K含量在N90Zn0ZD958处理下达最高为15.82 g/kg,其次是N225Zn0ZD958和N225Zn1ZD958处理平均为14.58 g/kg,N90Zn2ZD958、N90Zn3ZD958、N180Zn1ZD958、N90Zn1ZD958和N225Zn3ZD958与之无显著差异,以N180Zn2GSY66处理最低为10.34 g/kg,N90Zn0GSY66、N225Zn0GSY66和N180Zn1GSY66与之无显著差异,其次是N225Zn1GSY66、N90Zn3GSY66、N225Zn2GSY66、N90Zn2GSY66、N90Zn1GSY66、N180Zn3GSY66、N180Zn0GSY66和N225Zn3GSY66处理,平均为11.84 g/kg,其他处理间差异不明显,平均为13.01 g/kg;Ca含量在N225Zn1ZD958处理下最高为0.43 g/kg,与N225Zn0GSY66和N180Zn0GSY66处理无显著差异,但较N225Zn1GSY66处理提高了22.9%,N90Zn0GSY66和N180Zn1ZD958处理下平均为0.31 g/kg,其他处理间无显著差异,平均为0.25 g/kg;Mg含量在N90Zn2GSY66处理下最高为4.67 g/kg,与N225Zn1GSY66、N225Zn2GSY66、N225Zn3GSY66、N90Zn1GSY66和N180Zn0GSY66无统计学上差异,但较N180Zn3GSY66和N90Zn3GSY66平均提高13.0%,以N225Zn2ZD958处理最低仅为3.21 g/kg,较N90Zn3ZD958、N180Zn2GSY66、N90Zn0GSY66、N180Zn1GSY66、N225Zn0ZD958和N225Zn0GSY66降低了17.7%。

表2 氮锌配施对夏玉米籽粒N、P、K、Ca和Mg元素含量的影响Tab.2 Effect of nitrogen and zinc application on the N, P, K, Ca and Mg concentration in the grain of summer maize g/kg

氮锌配施对玉米籽粒微量元素含量的影响如表3所示。可以看出,籽粒Cu含量在N225Zn3GSY66和N225Zn2GSY66处理下达最高,平均为6.17 mg/kg,与N180Zn0GSY66、N225Zn2GSY66、N225Zn1ZD958、N180Zn2GSY66、N225Zn0GSY66和N225Zn0ZD958在统计学上无显著差异,以N90Zn1ZD958处理最低仅为1.02 mg/kg,显著低于N225Zn2ZD958和N90Zn0GSY66处理;Mn含量在N90Zn2GSY66处理下最高为13.42 mg/kg,与N90Zn1GSY66和N225Zn1GSY66无显著差异,但较N180Zn0GSY66、N180Zn3GSY66、N225Zn2GSY66和N225Zn0GSY66处理平均提高了35.7%,以N225Zn2ZD958、N180Zn0ZD958和N180Zn2ZD958处理最低,平均仅为0.96 mg/kg,N90Zn1ZD958、N225Zn3ZD958、N90Zn2ZD958、N180Zn3ZD958和N90Zn0ZD958与之无显著差异;Fe含量在N225Zn1ZD958处理下最高为40.10 mg/kg,与N225Zn1GSY66无显著差异,但较N180Zn0GSY66提高了14.4%,其他处理间无显著差异;Zn含量在N90Zn2GSY66和N225Zn3GSY66处理下达最高,平均为60.12 mg/kg,与N90Zn3GSY66、N225Zn2GSY66、N180Zn3GSY66、N225Zn3ZD958和N225Zn1GSY66处理间无显著差异,但较N90Zn3ZD958、N225Zn0ZD958、N90Zn1ZD958、N180Zn0GSY66、N180Zn1GSY66、N180Zn2GSY66和N225Zn1ZD958处理提高了38.0%,其他处理较低平均仅为30.43 mg/kg;B含量在N180Zn3GSY66处理下最高为45.85 mg/kg,较N225Zn3GSY66、N90Zn1GSY66、N90Zn2GSY66和N180Zn1ZD958平均提高了4.8%,以N180Zn2ZD958处理最低仅为41.89 mg/kg;Na含量在N180Zn0ZD958处理下最高为194.49 mg/kg,较N90Zn3GSY66、N225Zn0ZD958、N180Zn1GSY66、N225Zn1ZD958、N90Zn0ZD958和N90Zn1ZD958处理平均提高了5.0%,其他处理间无显著差异,平均仅为179.18 mg/kg。

表3 氮锌配施对夏玉米籽粒微量元素含量的影响Tab.3 Effect of nitrogen and zinc application on the trace element concentration in the grain of summer maize mg/kg

2.3 氮锌配施对夏玉米籽粒中矿质元素累积量的影响

氮锌配合对不同夏玉米品种籽粒中矿质元素累积量的影响如表4所示。可以看出,氮处理显著或极显著影响了除Mn以外的矿质元素累积量,随施氮量增加K、B和Na累积量呈下降趋势,Ca、Cu和Fe累积量则有增加趋势,Zn含量则在N180处理下表现最低为268.19 g/hm2。锌处理对籽粒中N、Ca、Mg、Mn、Zn、B和Na累积量的影响达显著或极显著水平,N和Na的累积量均在Zn2处理下达最高,分别为94.43,1 342.56 g/hm2,Ca和Mn累积量均在Zn1下达最高,而Mg和Zn累积量则在Zn3下最高,分别为28.66,369.06 g/hm2,B累积量表现为Zn2、Zn3>Zn0、Zn1。2个品种在P、K、Ca、Cu、Mn、Zn、B和Na累积量上存在显著或极显著差异,GSY66的P、Cu和Zn累积量分别高于ZD958约6.5%,15.6%,14.2%,但K、Ca、B和Na累积量则低于ZD958约30.6%,10.0%,12.2%,17.0%,Mn含量是ZD958的2.30倍。氮锌配施对籽粒中除N和K之外其他矿质元素累积量的影响达显著或极显著水平,氮处理和品种的交互作用仅对籽粒中K、Mg、B和Na累积量有显著或极显著影响,锌处理和品种的交互作用对籽粒中除N、Mn、Fe和B之外其他矿质元素累积量的影响达显著或极显著水平,三者的交互作用显著或极显著影响了籽粒中P、K、Mg、Cu、Mn和Zn累积量。

表4 氮锌配施和品种对夏玉米籽粒矿质元素累积量的影响Tab.4 Effect of nitrogen and zinc application and varieties on the mineral element accumulation in the grain of summer maize

氮锌配施对玉米籽粒N、P、K、Ca和Mg元素累积量的影响如表5所示。可以看出,各处理以N180Zn2ZD958下籽粒N累积量最高为98.83 kg/hm2,较N90Zn0GSY66、N225Zn1GSY66、N225Zn0GSY66、N180Zn3GSY66、N225Zn1ZD958、N225Zn3ZD958和N225Zn0ZD958平均增加了27.6%,与其他处理间无显著差异;各处理以N90Zn2GSY66下籽粒P累积量最高为71.71 kg/hm2,较N180Zn2GSY66、N180Zn3ZD958、N90Zn0GSY66、N180Zn2ZD958、N225Zn2ZD958、N225Zn0GSY66、N180Zn1GSY66、N225Zn3ZD958、N180Zn1ZD958、N225Zn1ZD958、N225Zn0ZD958和N180Zn0ZD958平均增加了27.6%,与其他处理间无显著差异;籽粒K累积量以N90Zn0ZD958处理最高为124.48 kg/hm2,N90Zn3ZD958、N90Zn2ZD958和N90Zn1ZD958与之无显著差异,以N225Zn0GSY66处理最低为65.64 kg/hm2,N180Zn2GSY66、N90Zn0GSY66、N225Zn1GSY66、N180Zn1GSY66、N90Zn2GSY66和N90Zn3GSY66与之无显著差异,其次是N180Zn0GSY66、N90Zn1GSY66、N225Zn2GSY66、N225Zn3GSY66和N180Zn3GSY66,平均为83.00 kg/hm2;籽粒Ca累积量以N225Zn1ZD958处理最高为3.19 kg/hm2,其次是N180Zn0GSY66、N225Zn0GSY66、N225Zn2ZD958、N180Zn1ZD958和N180Zn2ZD958,平均为2.36 kg/hm2,其他处理间无显著差异;籽粒Mg累积量以N225Zn2GSY66处理最高为32.25 kg/hm2,较N90Zn0ZD958和N180Zn0ZD958提高了17.9%,以N90Zn0GSY66处理最低为22.91 kg/hm2。

表5 氮锌配施对夏玉米籽粒N、P、K、Ca和Mg元素累积量的影响Tab.5 Effect of nitrogen and zinc application on the N, P, K, Ca and Mg accumulation in the grain of summer maize kg/hm2

氮锌配施对玉米籽粒微量元素累积量的影响如表6所示。可以看出,籽粒Cu累积量以N225Zn2GSY66最高为42.94 g/hm2,与N225Zn3GSY66、N225Zn1ZD958、N225Zn0ZD958、N180Zn0GSY66、N180Zn2GSY66、N180Zn1ZD958和N225Zn0GSY66处理间无统计学上差异,但较N180Zn0ZD958、N225Zn3ZD958、N90Zn2GSY66、N180Zn1GSY66和N225Zn2ZD958平均提高了75.1%,以N90Zn1ZD958处理最低为8.35 g/hm2;籽粒Mn累积量以N90Zn2GSY66最高为90.40 g/hm2,N90Zn1GSY66、N180Zn0GSY66和N225Zn1GSY66与之无统计学上差异,其次是N180Zn3GSY66和N225Zn2GSY66处理,平均为70.30 g/hm2,以N180Zn0ZD958处理最低为5.38 g/hm2,N180Zn2ZD958、N225Zn2ZD958、N225Zn3ZD958、N90Zn1ZD958、N90Zn2ZD958、N90Zn0ZD958、N225Zn0ZD958和N180Zn3ZD958与之无显著差异;各处理以N225Zn1ZD958下籽粒Fe累积量最高为367.28 g/hm2,其次是N225Zn1GSY66处理为255.69 g/hm2,N225Zn2ZD958和N180Zn0GSY66与之无显著差异,其他处理均较低,平均为168.07 g/hm2;籽粒Zn累积量以N90Zn3ZD958、N225Zn2GSY66和N225Zn3GSY66最高,平均为408.89 g/hm2,与N225Zn3GSY66、N90Zn2GSY66、N90Zn3GSY66和N180Zn3GSY66无显著差异,但较N225Zn3ZD958显著提高了28.9%,以N90Zn0GSY66最低为167.73 g/hm2,N90Zn0ZD958、N180Zn0ZD958、N225Zn0GSY66、N180Zn1ZD958、N90Zn1ZD958、N180Zn2ZD958、N225Zn2ZD958和N180Zn2GSY66与之无统计学上差异;B累积量以N90Zn3ZD958最高为370.60 g/hm2,N90Zn2ZD958、N90Zn1ZD958、N225Zn2ZD958、N180Zn2ZD958和N180Zn0ZD958与之无显著差异,以N225Zn0GSY66最低为264.25 g/hm2;以N180Zn0ZD958、N90Zn3ZD958、N90Zn2ZD958和N90Zn1ZD958处理下籽粒Na累积量最高,平均为1 538.77 g/hm2,N225Zn2ZD958、N90Zn0ZD958、N180Zn2ZD958与之无统计学上差异,以N225Zn0GSY66最低为1 047.69 g/hm2,N90Zn0GSY66、N225Zn1GSY66和N180Zn2GSY66与之无显著差异。

表6 氮锌配施对玉米籽粒微量元素累积量的影响Tab.6 Effect of nitrogen and zinc application on the trace element accumulation in the grain of summer maize g/hm2

2.4 夏玉米籽粒产量与矿质元素含量的关系

相关性分析结果显示(表7),籽粒产量与K含量呈极显著正相关,相关系数为0.652,与N、P、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn和B含量呈极显著负相关,相关系数为-0.659～-0.319。籽粒N含量与P、Mg、Mn、Zn和B含量呈显著或极显著正相关,与K含量呈极显著负相关,相关系数为-0.721;P含量与Mg、Cu、Mn、Zn和B含量呈极显著或极显著正相关,相关系数为0.385～0.943;籽粒K含量与Mg、Mn、Zn和B含量的负相关关系达显著或极显著水平;除Ca与Mg和Zn相关性不显著,籽粒中Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn和B含量之间的正相关关系均达显著或极显著水平;Na含量与其他元素含量间的相关性不显著。籽粒Zn含量与产量、N和Mg含量的线性关系如图2所示。从图2可知,籽粒Zn含量与产量、N和Mg含量的关系可分别表示为:y=-4.420 3x+73.272 0(图2-A),y=2.492 7x+10.903 0(图2-B),y=20.503 0x-37.304 0(图2-C),均达显著或极显著水平,其中籽粒Zn与Mg含量间的R2达0.621 8。

表7 夏玉米籽粒产量和矿质元素含量的相关性分析Tab.7 Correlation analysis between the yield and mineral element concentration in the grain of summer maize

图2 夏玉米籽粒产量、N含量和Mg含量与Zn含量的线性回归关系Fig.2 Linear regression relationships between the yield,N,Mg concentration and Zn concentration

3 结论与讨论

3.1 叶面喷锌时期对夏玉米籽粒产量的影响

研究发现,叶面喷锌对作物产量有积极作用。小麦花后每隔5 d,连续喷施4次0.4% ZnSO4·7H2O,均能够显著提高小麦籽粒产量和Zn含量[12];在糯玉米拔节大口期、大口抽雄期和抽雄灌浆期3次叶面喷锌共5.25 kg/hm2,可提高糯玉米的叶绿素含量、过氧化物酶(POD)活性,降低丙二醛(MDA)含量,有效提高籽粒产量和Zn含量[13];玉米大口期、抽雄期和灌浆期喷施8 g/L锌肥,产量可提高7.36%[14];在玉米六叶期、喇叭口期和吐丝后期,3次喷施0.3% ZnSO4·7H2O,玉米产量得到显著提高,土壤施锌下效果更为明显[15]。本研究也发现,喷锌能促进夏玉米增产。叶面喷锌提高产量的原因可能是,Zn能提高植株叶片光合能力,增强抗氧化能力,促进干物质积累和糖、氮等营养成分的累积转运,为提高产量及品质奠定基础。

叶面喷锌时期对玉米生长发育的影响程度远大于喷锌次数。赵海蓓[16]发现,新疆塔城地区,V12期是喷施锌肥的关键时期,此时叶面喷锌有助于植株干物质积累和叶片叶绿素含量的提高,减缓玉米生长后期叶片衰老速度,从而增加籽粒产量和Zn含量,因此,V12是塔城地区锌肥最佳施用时期。本试验条件下对比了3种施锌方式,发现与不施锌处理相比,苗期拔节期喷施锌肥,玉米籽粒产量未有显著变化,但拔节期大口期1∶1和大口期喷施2个处理,较前2个处理平均增产6.81%。这表明,玉米植株对Zn的反应敏感期在拔节期—大口期,此时叶面喷施锌肥,更能挖掘玉米的产量潜力,籽粒增产最为明显。该结果为锌肥在大田上的施用提供了一定的科学依据。

3.2 氮锌肥施用对夏玉米籽粒矿质元素含量的影响

夏玉米籽粒中的各矿质元素含量不一致,且品种间存在较大差异。薛艳芳等[17]分析了黄淮海区36个主推玉米品种中的矿质元素含量后发现,玉米籽粒中N、P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe和Zn含量分别为8.9～14.0 g/kg,3.2～4.8 g/kg,2.2～3.0 g/kg,37.8～93.5 mg/kg,1 002.1～1 357.4 mg/kg,1.1～2.4 mg/kg,3.3～7.4 mg/kg,17.7～32.9 mg/kg,16.2～24.0 mg/kg,平均含量分别为11.5 g/kg,3.9 g/kg,2.6 g/kg,68.3 mg/kg,1 163.2 mg/kg,1.6 mg/kg,4.5 mg/kg,23.0 mg/kg,20.1 mg/kg;新疆地区23份玉米籽粒样品的矿质元素测定结果显示,玉米籽粒中P、Mg、Ca、Fe和Zn含量分别为1.59～2.83 g/kg,0.926 5～1.382 6 g/kg,82.2～171.5 mg/kg,3.6～12.9 mg/kg,8.4～19.5 mg/kg[18];imi等[19]分析了294个玉米杂交种后发现,玉米籽粒Fe和Zn含量分别为16.6～33.9 mg/kg,16.4～28.6 mg/kg,平均值分别为24.2,21.7 mg/kg;陈洁等[20]调查了868份杂交种材料的Fe含量,发现Fe含量为10.861 9～38.087 4 mg/kg,平均为18.527 4 mg/kg;李文宗等[11]发现,102份玉米种质资源中籽粒Zn含量为8.42～33.7 mg/kg,平均含量为19.61 mg/kg。本研究发现,郑单958和谷神玉66籽粒中N、P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn、B和Na含量平均为12.23 g/kg,8.63 g/kg,12.74 g/kg,0.28 g/kg,3.84 g/kg,3.49 mg/kg,6.06 mg/kg,26.18 mg/kg,41.40 mg/kg,43.57 mg/kg,181.28 mg/kg,和前人的结果基本一致。

施氮量对夏玉米籽粒中矿质元素含量有明显影响。研究表明,施氮能显著提高玉米籽粒中的N、Ca、Cu、Fe、Zn和B含量,明显降低P含量,Mg和Mn含量受施氮量的影响较小[21];4 a田间试验结果表明,玉米施氮后,籽粒中Mn、Fe和Zn含量分别增加了0.4%～19.7%,9.3%～25.8%,1.3%～20.8%,Cu含量增加了44.7%,P含量则下降了8.4%～9.2%,K、Mg和Ca含量几乎不受供氮水平的影响[22]。在本试验条件下,发现施氮量从90 kg/hm2增加至180 kg/hm2时,籽粒中的N含量显著增加,P含量显著下降,当施氮量增加至225 kg/hm2时,籽粒中Ca和Cu、Fe、Zn、B含量达最高,分别为0.32 g/kg和4.78,26.04,46.08,43.88 mg/kg,Mn和Na含量未受施氮量显著影响。施氮增加Ca、Cu、Fe和Zn等矿质元素含量的原因可能是:第一,氮肥的增加可能提高了土壤中矿质元素的溶解度,供应给植株的有效态元素含量增加;第二,氮肥供应可有效增强玉米根系的生长,提高根毛面积、根长密度和根毛数量,促进了植株根系对矿质元素的吸收能力;第三,氮肥供应可增加矿质元素从营养组织向籽粒的转移能力,同时延缓植株衰老,延长矿质元素累积时间;第四,氮素供应可能增加了吸收和运输矿质元素的转运蛋白或结合物质数量,使得矿质元素的吸收和累积效率得到提高。然而,韩证仿[23]则发现,随施氮量增加,郑单958籽粒中Fe、Mn、Cu和Zn含量显著增加,但当施氮量超过300 kg/hm2,籽粒中微量元素含量开始出现下降现象。这可能是此时籽粒干物质增加对微量元素的稀释效应大于对元素的吸收,因而出现微量元素含量下降趋势。

叶面喷锌对玉米籽粒中矿质元素含量的影响不一致。蒋曦龙等[10]发现,叶面喷锌后,玉米籽粒中Fe和Zn含量显著增加,Se、Na、B、P和Mg含量变化不明显,但Cu含量显著下降。本研究也发现,与不施锌处理相比,施锌处理下玉米籽粒中N和Zn含量明显增加,Cu含量呈下降趋势。叶面喷锌降低籽粒Cu含量的原因可能是,Zn和Cu存在相同的吸附位点,引起二者存在吸收竞争,供锌条件下则降低了植株对Cu的吸收,使得籽粒中Cu的累积减少,含量明显下降。王建伟[24]则发现,施锌对玉米产量及籽粒中N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn和Cu含量均无显著影响;李文宗等[11]发现,叶面喷锌增加了京科糯928籽粒中Mg含量,Mn含量与喷施浓度有关。产生这种差异可能与土壤中锌含量、玉米品种对Zn的敏感性或叶面喷施方式有关[7,25]。

锌肥的喷施时期是影响玉米产量和生理效应的主要因素[26]。玉米养分高效利用课题组前期研究发现[27],与不施锌处理相比,在玉米拔节期大口期1∶1喷施锌肥,能够提高籽粒Zn含量34.3%,本研究中也有相同结果。在此基础上,对其他矿质元素含量做进一步分析,首次发现不同元素对锌肥喷施时期的响应不同,籽粒中N含量在拔节期大口期1∶1喷施显著提高,但P、K、Ca、B和Na含量在此处理下显著下降,籽粒中的Mn和Fe含量在苗期拔节期1∶1叶面喷锌处理下数值显著高于拔节期大口期1∶1和大口期喷施,Zn含量以大口期喷施下达最高。籽粒中矿质元素含量与叶面喷锌时期间关系的生理和分子机制尚不清晰,需进一步深入研究。

3.3 夏玉米籽粒矿质元素含量间的关系

研究发现,玉米籽粒矿质元素间存在着一定的相关性[28-29],这表明,籽粒中矿质元素存在着某种程度的依存关系。本试验中,籽粒N含量与Zn含量呈显著正相关,线性回归关系也达显著水平。这与前人的研究结果一致[7,30]。N、Zn间存在协同关系,这可能是因为氮素能促进玉米植株对锌素的吸收和利用,供锌条件下也能够促进叶片的光合作用,提高干物质累积,增强植株对氮素的利用效率,因而N、Zn间存在显著协同作用。籽粒中Fe、Zn含量之间也存在明显的正相关关系,这可能是因为根系分泌低分子质量次生氨基酸类物质如麦根酸,能够同时螯合活化土壤中的难溶性Fe或Zn,且锌调节转运体(ZRT)、铁调节转运体(IRT)的活性具有一定的关系,Fe和Zn的吸收和利用具有同步性,因此,Zn和Fe存在明显的协同效应。但毛红艳等[18]则发现,籽粒总Zn和Fe关系不明显,这也表明籽粒中矿质元素含量受作物基因型的影响很大。另外,本研究还发现,籽粒中P和Zn含量之间也存在显著正相关关系,这可能与植株中的Zn多与抗营养化合物如含P植酸(PA)紧密结合,形成难溶性蛋白结构的球状晶体有关[31]。