氮磷配施對玉米葉片生長及光合特性的影響

謝圣杰，邢國芳，賈亞濤，苑乂川，陳小雨

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801）

玉米是世界上主要的糧食作物，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中占據(jù)重要地位。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，玉米除用作糧食、飼料以外，同時(shí)也在生物能源、制藥和化工等方面具有重要的利用價(jià)值。數(shù)年來，玉米產(chǎn)量大幅度提高主要依賴于化肥的大量施用，其中尤以氮肥的作用最為明顯[1]。

目前，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，存在盲目施肥的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致水源污染、土壤酸化、大氣層破壞等一系列環(huán)境問題時(shí)有發(fā)生[2-7]，這又反過來限制作物產(chǎn)量的持續(xù)增加。

有研究表明，單純施用含有一種元素的肥料不是保證作物生長及產(chǎn)量的有效方式，只有當(dāng)土壤中碳、氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等比例適當(dāng)時(shí)，作物才能正常生長，對其穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)才能有所保證[8-9]。對玉米研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田土壤中養(yǎng)分的失調(diào)會導(dǎo)致其早衰和減產(chǎn)[10]，而氮磷鉀合理地配合施用能夠顯著地提高其產(chǎn)量[11-21]。因此，探究玉米對氮磷2種肥料的需求量，掌握其需肥規(guī)律，對玉米產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

前人針對不同施肥措施對作物生長及產(chǎn)量的影響開展了廣泛而深入的研究，但在山西省春玉米生產(chǎn)中仍廣泛存在肥料投入量偏大、利用效率低、土壤生產(chǎn)能力降低等問題，這非常不利于山西省農(nóng)田土壤質(zhì)量的提高。

本研究通過不同氮磷配施處理，分析玉米在拔節(jié)期和灌漿期的重要農(nóng)藝性狀及光合特性的表現(xiàn)差異，為解決目前山西省玉米生產(chǎn)中存在的化肥施用不合理問題積累有價(jià)值的數(shù)據(jù)和資料，也為促進(jìn)山西省玉米高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)奠定一定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山西省中部太谷縣申奉村（37°42′N，112°53′E），土質(zhì)為輕壤土，海拔 799.2 m，該地區(qū)具有暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，2017年平均氣溫9.8℃，降雨量為456 mm，無霜期170 d。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為大豐30，購買自山西省大豐種業(yè)有限公司。試驗(yàn)用氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為磷酸鈣（含P2O514%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試玉米品種于2017年5月7日播種，行距和株距分別為60，25cm，播種密度為6.67萬株/hm2。氮磷肥施加時(shí)期與比例分別為播前（5月7日）50%，大喇叭口期（7月5日）20%和抽雄期（7月18日）30%，灌漿期葉面噴施45kg/hm2鉀肥。氮肥設(shè)置4個(gè)水平，分別為 0（N1），150（N2），300（N3），450 kg/hm2（N4）；磷肥設(shè) 3 個(gè)水平，分別為 0（P1），120（P2），240 kg/hm2（P3）。氮磷配比施加量列于表1。試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，氮肥為主區(qū)，磷肥為副區(qū)，共12個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，共36個(gè)小區(qū)，各小區(qū)面積為3.3 m×6 m。

表1 不同處理氮磷配比

1.4 葉片表型性狀測定

在玉米拔節(jié)期，每個(gè)重復(fù)選定3株每個(gè)處理選定9株表型相近的玉米材料，用直尺測量玉米自上而下3個(gè)葉片的長和寬并做標(biāo)記；在玉米灌漿期，測量被標(biāo)記的玉米材料，用直尺測量棒三葉的長和寬。根據(jù)面積＝長×寬×0.75，計(jì)算3個(gè)葉片的面積。隨后對光合特性進(jìn)行測定，然后將選定新鮮葉片稱質(zhì)量后放置于鼓風(fēng)干燥箱中，120℃殺青30 min，之后80℃烘至恒質(zhì)量，再稱質(zhì)量。

1.5 光合參數(shù)的測定

在當(dāng)日9：00—11：00，采用Li-6400便攜式光合作用測定儀（LI-COR Inc.Lincoln，Nebraska，USA）測定1.4中選定的葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）等 3個(gè)光合參數(shù)，水分利用率（WUE）依照WUE=Pn/Tr計(jì)算，測定條件為紅藍(lán)光源，光強(qiáng)（PFD）為1 200～1 500 μmol/（m2·s），葉室溫度為（28±5）℃，CO2流速在350～400 μmol/（m2·s）。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對測定的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，再利用Excel軟件整理數(shù)據(jù)并繪制相關(guān)圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮磷配施處理下玉米拔節(jié)期葉片表型差異分析

表2 不同處理下玉米拔節(jié)期葉面積、葉片含水量及干質(zhì)量分析

從表2可以看出，在玉米拔節(jié)期，不同施氮量和施磷量對玉米葉面積的影響極顯著（PN＜0.01，PP＜0.01），氮磷互作對玉米葉面積的影響也極顯著（PN×P＜0.01），T1 處理下玉米的葉面積為 345.83 cm2，為最低值，T8處理下玉米的葉面積最大，T8處理和T6，T9，T11，T12處理之間沒有顯著性差異。在含水量上，不同施氮量和氮磷互作對玉米葉片含水率的影響極顯著（PN＜0.01，PN×P＜0.01），T7 處理的葉片含水率最低，T11處理的葉片含水率最高。在葉片干質(zhì)量方面，施氮量對葉片干質(zhì)量影響極顯著（PN＜0.01），而施磷量對葉片干質(zhì)量的影響不顯著（PP＞0.05），干質(zhì)量最小的處理是T11，最大的處理是T8，當(dāng)施磷量一定時(shí)，N2，N3，N4水平下的葉片平均干質(zhì)量比N1處理下的葉片干質(zhì)量分別多出15.7%，33.8%和3.0%，施氮量為N4和N1水平時(shí)，葉片的干質(zhì)量較其他水平降低，施氮量為N3水平時(shí)，平均干質(zhì)量最大，從與N1水平的比較中可以看出，當(dāng)施氮量不大于N3水平時(shí)，葉片干質(zhì)量與施氮量呈正相關(guān)，當(dāng)施氮量為450 kg/hm2時(shí)，氮對葉片干質(zhì)量起抑制作用。

2.2 不同氮磷配施處理下玉米灌漿期葉片表型差異分析

表3 不同處理下玉米灌漿期葉面積、葉片含水量及干質(zhì)量分析

從表3可以看出，在玉米灌漿期，不同施氮量、施磷量和氮磷互作對玉米葉面積的影響極顯著（PN＜0.01，PP＜0.01，PN×P＜0.01），施氮量 150，300，450 kg/hm2，相對于不施氮肥的葉面積分別增加11.22%，13.34%，16.71%。可以看出，施氮量和葉面積呈正相關(guān)，葉面積隨著整體施氮量的增加而增加；從比較 T1＜T4＜T7，T2＜T5＜T8，T3＜T6＜T9這3組數(shù)值可以看出，施磷量在施氮量不超過N3水平的情況下基本與葉面積呈正相關(guān)，當(dāng)施氮量為450 kg/hm2時(shí)，T10＞T11＞T12，施磷量與葉面積呈負(fù)相關(guān)，處理 T8，T6，T9，T10，T11 和 T12 之間不存在顯著性差異，且T9處理下的葉面積最大。葉片含水率受施氮量和氮磷互作的影響極顯著（PN＜0.01，PN×P＜0.01），當(dāng)施氮量在 450 kg/hm2時(shí)，3 個(gè)磷水平的含水率T10=T11＞T12，此時(shí)施磷量的增加會導(dǎo)致葉片含水率減少，說明氮磷互作對含水率產(chǎn)生了抑制作用，葉片含水率最高為處理T9和T10，而處理 T8，T9，T10，T6，T4，T7，T11 和 T12 之間沒有顯著性差異。葉片干質(zhì)量受施氮量的影響極顯著（PN＜0.01），葉片干質(zhì)量最小為處理T12，T8處理下葉片干物質(zhì)積累量最大，施磷量對干物質(zhì)積累量影響不顯著（PP＞0.05）。從葉面積、葉片含水率和葉片干質(zhì)量這3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，處理T9，T10，T11和T12的葉面積和含水率都比較大，但是葉片干質(zhì)量相對較小，產(chǎn)生這種差異可能是葉片的厚度有差異，氮素可能對葉片厚度有影響，這也從側(cè)面反映出氮磷互作對葉片的影響。

2.3 不同氮磷配施對玉米拔節(jié)與灌漿期光合特性的影響

從圖1可以看出，Pn，Tr，Gs及WUE這4個(gè)光合參數(shù)在2個(gè)時(shí)期不同處理相同葉片間均存在較大差異，且差異達(dá)到顯著或極顯著水平。拔節(jié)期玉米的凈光合速率受施氮量的影響極顯著（PN＜0.01），總體上隨著施氮量的增加，凈光合速率值在升高，此時(shí)施磷量對凈光合速率沒有顯著影響（PP＞0.05）。在玉米灌漿期，凈光合速率受施氮量、施磷量及氮磷互作影響極顯著（PN＜0.01，PP＜0.01，PN×P＜0.01），在T8處理下玉米的凈光合速率值最大，施氮量過高或者不足都會影響玉米對磷的吸收，從而減弱其凈光合速率，拔節(jié)期葉片的平均凈光合速率比灌漿期高出101.35%，說明拔節(jié)期葉片的光合作用比灌漿期活躍。

玉米在拔節(jié)期和灌漿期的氣孔導(dǎo)度受施氮量、施磷量及氮磷互作影響顯著（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處理）時(shí)，氣孔導(dǎo)度最大，氮磷不足或過量都會影響氣孔導(dǎo)度。

玉米的蒸騰速率在拔節(jié)期受施氮量的影響極顯著（PN＜0.01），且氮磷之間存在互作，當(dāng)施磷量為120 kg/hm2、施氮量在300 kg/hm2（T8處理）時(shí)，蒸騰速率最大，從處理T8和處理T11的比較中可以看出，氮施用過多會抑制植株對磷的吸收，同時(shí)也抑制了蒸騰速率；灌漿期，玉米對養(yǎng)分的需求量明顯增加，新陳代謝加快，蒸騰速率相應(yīng)增加，處理T1～T12灌漿期的蒸騰速率比拔節(jié)期的蒸騰速率分別增加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、磷和氮磷互作對玉米的蒸騰速率影響極顯著（PN＜0.01，PP＜0.01，PN×P＜0.01），從各個(gè)處理下的蒸騰速率比較可以看出，T8處理下的蒸騰速率最大。

水分利用效率在拔節(jié)期受施氮量的影響極顯著（PN＜0.01），灌漿期水分利用效率受氮、磷及互作的影響極顯著（PN＜0.01，PP＜0.01，PN×P＜0.01）。從處理T8，T9，T10，T11和 T12的比較中可以看出，當(dāng)施氮量或施磷量過多會產(chǎn)生相互抑制作用，使水分利用效率降低，拔節(jié)期的水分利用效率都比灌漿期的水分利用效率要高。從WUE＝Pn/Tr可以看出，蒸騰速率與水分利用效率成反比，與凈光合速率成正比，從試驗(yàn)結(jié)果看，氣孔導(dǎo)度值高時(shí)，相應(yīng)的蒸騰速率值也高。從拔節(jié)期各個(gè)處理來看，玉米的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和水分利用效率都受施氮量的影響，且T8處理下的玉米綜合指標(biāo)表現(xiàn)最好。在灌漿期，玉米的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰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響，灌漿期T8處理的各項(xiàng)光合指標(biāo)較理想。

3 討論

本研究結(jié)果表明，拔節(jié)期葉片的葉面積、含水率和干物質(zhì)量都受施氮量的影響極顯著，當(dāng)施氮量在300 kg/hm2、施磷量在120 kg/hm2時(shí)，玉米的表型性狀表現(xiàn)良好，在光合數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)期葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、水分利用效率都受施氮量的影響極顯著，由于氮肥的作用是促進(jìn)植物營養(yǎng)生長，促進(jìn)葉綠素的形成，使植物枝葉繁茂，葉色濃綠，而玉米拔節(jié)期由自養(yǎng)生活轉(zhuǎn)向異養(yǎng)生活，從三葉期到拔節(jié)期，由于植株根系和葉片不發(fā)達(dá)，吸收和制造的營養(yǎng)物質(zhì)有限，幼苗生長緩慢，主要是進(jìn)行根、葉的營養(yǎng)生長和莖節(jié)的分化，所以，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)使用氮肥，少施磷肥，綜合分析可知，T8 處理（施氮量 300 kg/hm2、施磷量 120 kg/hm2）是最適宜的。

在灌漿期葉片的表型受到氮水平的影響，同時(shí)氮磷互作也起著重要作用，當(dāng)?shù)姿蕉急容^低時(shí)，氮磷互作能夠促進(jìn)氮磷元素的吸收，如果氮磷都過量時(shí)植株對氮磷的吸收就會受到抑制；灌漿期葉片的光合特性不但受到施氮量的影響，而且磷的作用越來越大，氮磷之間的相互影響極顯著，此時(shí)應(yīng)該小幅度增加施氮量，大幅度增加施磷量，因?yàn)榱资亲魑矬w內(nèi)一系列新陳代謝過程的“參與者”，如光合作用，碳水化合物的合成、分解與運(yùn)轉(zhuǎn)，含氮物質(zhì)的合成與分解，脂肪類的合成與分解等等，當(dāng)?shù)装碩8 處理（施氮量 300 kg/hm2、施磷量 120 kg/hm2）比例配施時(shí)，干質(zhì)量能夠維持一個(gè)較高的水平。

由此可以看出，在玉米拔節(jié)期和灌漿期氮磷配施，采用T8處理（施氮量300 kg/hm2、施磷量120 kg/hm2）才能夠使玉米的葉片表型和光合特性維持在一個(gè)最佳水平，所以，在實(shí)際生產(chǎn)中，要根據(jù)不同的施肥地塊使用不同的肥料配施，合理施肥，充分發(fā)揮肥料的增產(chǎn)作用，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、低成本，這樣才能在減少化學(xué)肥料投入的情況下保證產(chǎn)量，使農(nóng)民增收。

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