種植密度及鋅和硒對糯玉米穗部性狀與鮮籽粒產量的影響

張瑞芳,Bosco Justin Shio,郭少敏,海江波,董永利,郭 勇,郗洛延

(1.西北農林科技大學 農學院,陜西楊凌 712100;2.西北農林科技大學 醫院,陜西楊凌 712100)

鋅是作物生長發育過程中的關鍵元素[1],參與植物生理生化代謝活動,能夠增加植物體內葉綠素的含量,影響光合反應中有關酶的合成[2]。生育期噴施鋅肥能增加作物產量,提高作物商品率[3],緩解土壤結構性缺鋅癥狀[4-6]。硒參與了生物體生理代謝和生長發育中的多個生物學過程,對癌癥等疾病有一定的防治作用[7-8]。作物和人體對鋅硒的需求量并不大,但是缺乏鋅、硒后,作物會表現出“缺素癥”,人體正常的功能代謝也會受到威脅。中國大部分土壤缺鋅[9],72%的土壤缺硒[10]。人體自身也無法合成鋅硒,只能通過飲食補充達到補鋅硒的目的。匡恩俊等[11]認為,通過作物外源硒的施用來提高作物秸稈和籽粒中的含硒量,進而可以實現人體的安全經濟補硒。

糯玉米風味獨特、營養豐富,被營養學家稱為“新型營養保健食品”“綠色蔬菜”和“長壽食品”[12],在中國有著廣闊的發展前景。過去主要通過調整密度和肥料投入等栽培措施來實現玉米增產增收、提升品質。研究表明,密度過大過小都不利于糯玉米產量的提升,只有適宜的種植密度可以通過協調玉米群體的源庫關系來達到增產目的[13-15]。氮磷鉀肥的大量施入在實現作物增產增收、提升品質上確有成效,但與此同時,過量肥料的施用不僅會導致土壤中氮、磷、鉀過剩,污染環境、而且會造成土壤板結嚴重,品質下降[16-17];對于玉米而言,除了氮磷鉀肥外,適量鋅、硒等微量元素的施用和補充對玉米的生長發育也具有至關重要的作用。糯玉米多以鮮穗出售,穗部性狀是衡量其商品品質的重要外觀指標[18],直接影響鮮食玉米的價格和市場競爭力。為了充分挖掘糯玉米的增產提質的潛力,前人更多關注施肥量和密度對糯玉米產量和品質的影響,而關于微量元素鋅、硒對產量和穗部性狀影響的研究較少。因此,本試驗通過探究不同種植密度下,微量元素鋅硒對糯玉米穗部性狀及產量的影響。為實現糯玉米穗部性狀的改善、產量的提升提供技術支持,為確定研究地區較為合理的糯玉米種植密度和微量元素處理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2021年在陜西省咸陽市涇陽縣西北農林科技大學小麥玉米試驗示范站(34°36′N,108°52′E)進行,該區海拔為427.4 m,屬溫帶大陸性季風氣候,60%～70%的降雨量主要集中在7-9月。試驗地土壤肥力均勻,土壤類型為壤土,0～40 cm耕層基礎養分如下:全氮含量為 1.46 g·kg-1、速效磷含量為17.69 mg·kg-1、速效鉀含量為189.2 mg·kg-1,有機質含量為 18.02 g·kg-1、pH為7.9、有效鋅的含量為 0.18 mg·kg-1、全量硒含量為0.10 mg·kg-1。全生育期降水量和月平均氣溫如圖1所示。

圖1 試驗期間氣象條件Fig.1 Meteorological conditions during the experiment

1.2 試驗材料

供試玉米品種:‘陜白糯11’(西北農林科技大學選育的玉米品種)、‘陜彩糯1954’(西北農林科技大學農學院專用玉米研究室提供)。供試微肥為七水合硫酸鋅、富硒離子肥。

1.3 試驗設計

采用二因素裂區不完全隨機區組設計,每個品種設3個密度作為主區:D1 (3.75萬株·hm-2)、D2 (4.5萬株·hm-2)、D3 (5.25萬株·hm-2),葉面噴施鋅(M1)和硒(M2)2種微量元素作為副區,以噴施水為對照。小區面積為21 m2,行距為60 cm,株距變化以調節密度。試驗地前茬種小麥,小麥收獲后旋耕2次整地。磷肥選用磷酸二銨(N-P2O5-K2O比例為16-44-0,用量為375 kg·hm-2)在播前施入。氮肥選用尿素(含氮46.4%,300 kg·hm-2),分別在播前和拔節期按1∶1施入。鋅硒采用葉面噴施,其中鋅的濃度為2 g·L-1,硒肥按照富硒離子肥的說明使用(肥與水1∶500配制),分別于6葉期、8葉期和10葉期均勻噴施于葉片表面。采用人工點播方式播種,出苗后及時查苗補苗。田間管理依據當地生產實際進行。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 農藝性狀 葉面積和葉綠素的測定:于抽雄期、成熟期選取有代表性的5株糯玉米測定“棒三葉”的葉面積和葉綠素。用直尺量取“棒三葉”葉片中脈長度和葉片寬度,利用系數法求得單葉面積,即單葉面積=葉片中脈長度×葉片寬度×系數(0.75),最后將“棒三葉”葉面積累積求和[19]。使用便攜式葉綠素儀(SPAD-502 PIUS)測定“棒三葉”的葉綠素,取平均值。

1.4.2 穗部性狀 在糯玉米鮮食期,每個小區選取有代表性的3個果穗,去掉苞葉測定凈穗鮮質量、穗長、穗粗、禿尖長、穗行數、行粒數、穗軸直徑等。

1.4.3 產量 在糯玉米鮮食期,統計每個小區中間3行3米樣段內的果穗數,稱其總鮮穗凈質量,計算鮮果穗產量;每個處理分別選取10個代表性果穗,剝下鮮籽粒后稱量,計算鮮籽粒產量。

1.5 數據處理

試驗采用Excel進行數據整理與做圖,應用SPSS 26.0對數據統計分析,采用Duncan氏法進行多重比較和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 種植密度和鋅硒對糯玉米農藝性狀的影響

2.2.1 糯玉米“棒三葉”葉面積 由表1可知,‘陜白糯11’“棒三葉”的葉面積大于‘陜彩糯1954’的。2個品種在成熟期“棒三葉”葉面積均有降低趨勢。抽雄期“棒三葉”葉面積整體表現為:穗位葉>穗下葉>穗上葉,成熟期表現為:穗下葉>穗位葉>穗上葉。隨著密度的增大,2個品種的“棒三葉”總面積有不同程度的減小趨勢。在成熟期密度對‘陜白糯11’的“棒三葉”葉面積及總面積影響不顯著,但鋅硒處理可顯著增大成熟期的總葉面積。在D3M1和D3M2處理下,‘陜白糯11’成熟期“棒三葉”的總葉面積與對照相比分別增大了 12.25%和11.15%。在抽雄期和成熟期,不同種植密度和鋅硒處理對‘陜彩糯1954’的總葉面積均沒有顯著影響,而在D3密度下,微量元素鋅、硒的噴施有利于降低成熟期葉面積減小的幅度。由上可知,‘陜白糯11’的整體光和面積要大于‘陜彩糯1954’,在較高密度(D3)下,噴施微量元素鋅硒能夠促進‘陜白糯11’“棒三葉”總葉面積的提高,有利于降低‘陜彩糯1954’成熟期葉面積減小的幅度。

表1 不同處理下糯玉米“棒三葉”的葉面積Table 1 Total area of leaves at ear nodes and leaves at nodes immediately above and below ear nodes of corn varieties under effects of planting densities,zinc and selenium spraying

2.2.2 糯玉米葉綠素含量 如圖2所示,2個品種的葉綠素含量在不同時期有顯著的差異。與抽雄期相比,不同處理下2個品種的葉綠素含量在成熟期均有所下降,‘陜白糯11’的降低幅度較小。密度和微量元素噴施對2個品種的葉綠素含量均沒有顯著影響。在一定密度范圍內,2個品種的葉綠素含量不會隨著種植密度的變化而變化。在同一種植密度下,M1、M2處理后,2個品種的葉綠素含量與CK之間并沒有顯著差異,但M1在一定程度會降低葉綠素的含量。由此可知,‘陜白糯11’的持綠性較‘陜彩糯1954’強,葉片衰老速度較慢。D3密度處理下,噴施微量元素并不會顯著降低2個品種的葉綠素含量。

不同小寫字母表示差異達5%顯著性水平

2.2 種植密度和鋅硒對糯玉米穗部性狀的影響

由表2可知,‘陜白糯11’的穗部性狀要優于‘陜彩糯1954’。密度和微量元素對不同品種穗部性狀的影響不同。低密度(D1)下2個品種的穗部性狀要優于較高種植密度(D2、D3),但整體影響并不顯著。種植密度對‘陜白糯11’的行粒數和穗軸直徑有極顯著影響,除穗軸直徑和禿尖長外,‘陜白糯11’的其他穗部性狀隨著密度的增大略有下降。‘陜白糯11’在D1密度下的行粒數顯著高于D2、D3密度,穗軸直徑則相反,在此密度下噴施微量元素會降低‘陜白糯11’的穗部品質。在D3密度下,M1、M2處理與CK相比則有利于‘陜白糯11’穗部性狀的改善。種植密度對‘陜彩糯1954’的鮮穗凈質量和行數有極顯著影響,D1密度下‘陜彩糯1954’的鮮穗凈質量顯著高于D2,D3密度水平。D1M1和D3M1處理下,鮮穗凈質量與對照相比略有提升。總體說明,較高種植密度(D2、D3)不會對2個品種的整體穗部性狀產生顯著的負效應,在D3種植密度下,噴施微量元素對‘陜白糯11’穗部性狀的改善有一定促進作用,且M2處理的作用效果要優于M1,而M1有利于‘陜彩糯1954’穗部性狀的改善。

表2 不同處理下糯玉米的穗部性狀Table 2 Ear characters of waxy corn under effects of planting densities and zinc,selenium spraying

2.3 種植密度和鋅硒對糯玉米產量的影響

由表3可知,‘陜白糯11’的產量高于‘陜彩糯1954’。播種密度對2個品種鮮果穗產量和鮮籽粒產量的影響都達到極顯著水平,隨著密度的增大,2個品種的鮮果穗產量和鮮籽粒產量均升高。噴施微量元素鋅、硒以及密度和微量元素的互作對各產量的影響不顯著,噴施相同的微量元素對不同品種的增產效應不同,‘陜白糯11’在D3M2處理下,鮮籽粒產量(9 068.61 kg·hm-2)和鮮果穗產量(10 749.83 kg·hm-2)都最高,與對照相比,分別增加了8.14%和7.94%;而‘陜彩糯1954’在D3M1處理下,鮮籽粒產量(7 622.46 kg·hm-2)和鮮果穗產量(10 565.61 kg·hm-2)與對照相比分別增加了7.10%和7.18%。說明密度會顯著影響鮮籽粒和鮮果穗產量,在一定的密度范圍內,產量隨著密度的增大而增大。而微量元素鋅硒的增產效應并不顯著,且不同品種對鋅硒2種微量元素的敏感度不同。D3M2處理有利于‘陜白糯11’增產,D3M1處理更有利于‘陜彩糯1954’增產。

表3 不同處理下糯玉米的鮮籽粒產量和鮮果穗產量Table 3 Fresh kernel and ear yields of waxy maize under effects of planting densities,zinc and selenium spraying

3 討 論

3.1 種植密度對糯玉米穗部性狀和產量的影響

鮮食玉米的穗部性狀受種植密度的影響較大,高種植密度會顯著降低有效穗長、出籽率以及百粒質量等商品性狀[20]。張慧等[21]研究表明,種植密度加大,玉米的穗粒數、千粒質量下降,致使玉米籽粒庫容和單株籽粒產量顯著降低。這與本研究“除穗軸直徑和禿尖長外,‘陜白糯11’的其他穗部性狀隨著密度的增大有一定的下降趨勢”的結論基本一致。段留生等[22]研究表明良好源庫關系的建立與協調是保證單株良好生長環境建立的基礎。合理的種植密度有利于群體效應的發揮,協調源庫關系,糯玉米單株在低密度下水肥供應充足,田間光照和養分競爭小,植株葉片持綠性較好,葉綠素含量較高,籽粒灌漿期延長且灌漿充分,有利于增大穗長,減小禿尖長度,增加穗行數和行粒數,保證果穗發育良好,單穗鮮質量提高;而在高種植密度下,不合理的冠層結構影響了田間的通風透光性[23],導致植株對光照和養分等資源的競爭大,消耗速率提升,棒三葉的葉面積受到一定的限制,葉綠素含量受限減小,果穗禿尖長增大,穗長增大受限,穗行數和行粒數減少,單穗鮮質量降低,從而導致果穗商品品質降低。而在本研究中,與低種植密度相比,D3種植密度并沒有對農藝性狀和穗部性狀產生顯著的負效應。說明在D3種植密度下,2個品種仍能較好地協調源庫關系,構建出合理的群體結構,促進群體間良性競爭關系的形成,從而降低了高密度對穗部性狀帶來的不利影響。

種植密度是影響玉米產量的關鍵因素,可以通過適度增加密度來提高產量[24-25]。段留生等[22]研究發現適宜的種植密度有利于籽粒同化物的積累,從而可以顯著提高鮮食玉米的單穗鮮質量。Tollenaar等[26]和趙文明等[27]研究表明,密植是提高玉米單產的重要措施之一;群體產量會隨著單株籽粒產量的降低而降低,隨著畝穗數的升高而升高[21]。佟屏亞等[28]研究認為,玉米單株的生產效應會因為種植密度的增加而有所下降,當單株生產效應對總產量的影響超過群體生產效應時,則表現群體總產量下降。本研究中,隨著播種密度的增大,兩個品種的穗部性狀略受影響,但2個品種的鮮果穗產量和鮮籽粒產量均顯著提升。這是因為在一定的種植密度范圍內,雖然低密度種植有利于單株穗粒數和粒質量的提升,但是由于單位面積株數和穗數較少,單株增產效應難以超過群體增產效應,導致群體增產受限,產量下降;而在高種植密度下,雖然玉米單株的生產效應有所下降,但單位面積內植株數量多,較高的單位面積穗數可以彌補單株穗粒數和粒質量下降對產量的影響,因而能夠保證高產。說明D3種植密度下有利于兩個品種增產。

3.2 鋅與硒對糯玉米穗部性狀和產量的影響

適量鋅肥的施用可以提高玉米葉綠素含量,加快光合速率。但過量施鋅的作用效果則相反[29-30]。不同施用方式下鋅肥的效果也有所差異[31-33]。宋志均等[34]研究表明,作物會因為噴施鋅肥后有效穗數和穗粒數減少而微減產;甜玉米的農藝性狀和外觀品質會因灌漿前期葉面噴施富硒營養素而有所改善[35]。

黃愛花等[36]表明在適宜的生育期葉面噴施適當濃度的硒肥可提高甜玉米的鮮穗產量。隨著葉面噴施硒肥次數的增加,鮮食玉米中硒的富集量增加[37]。本研究中,不同品種對鋅硒微肥的響應不同,噴施硒肥更有助于改善‘陜白糯11’的穗部性狀、提高產量,而噴施鋅肥更有助于‘陜彩糯1954’改善穗部性狀、提高產量。

3.3 密度及鋅和硒對糯玉米穗部性狀與產量的影響

本研究表明,微量元素鋅硒的噴施效果會因品種和密度的不同而有所差異。在D1、D2低種植密度下,葉面噴施硒微量元素后不利于‘陜白糯11’穗部性狀的改善和產量的提升;在D3較高種植密度下,葉面噴施硒后‘陜白糯11’鮮籽粒產量和鮮果穗產量與對照相比分別增加了8.14%和7.94%。可能是因為在較高種植密度下,‘陜白糯11’的葉面積指數較高,微量元素硒的吸收面積更大,提高了硒的轉化利用率,從而促進鮮穗凈質量的提高,穗長和行粒數的增加,實現增產;而在低種植密度下則正好相反,硒元素附著面積小,蒸發量大,且葉面噴施無法滿足根系對硒的需求,導致硒肥的作用效果不明顯。而‘陜彩糯1954’在D2、D3種植密度下,噴施鋅肥后產量略優于對照。其中在D3種植密度下,葉面噴施鋅后鮮籽粒產量和鮮果穗產量與對照相比分別增加了 7.10%和7.18%,說明在比較適宜的種植密度下,合理施用鋅肥可以提高玉米的產量,這與張慶棟等[38]和孫海龍[39]的研究結果一致。

4 結 論

綜上所述,‘陜白糯11’的在農藝性狀、穗部性狀及產量上的總體表現都優于‘陜彩糯1954’。在D3(5.25萬株·hm-2)種植密度下,葉面噴施硒對‘陜白糯11’穗部性狀的改善和產量的提升有一定的積極作用,噴施鋅有利于‘陜彩糯1954’穗部性狀的改善和產量的提升。本試驗的研究結果不排除噴藥時空氣溫濕度和風力大小等外界因素的影響,而葉面噴施微量元素鋅硒對糯玉米籽粒中鋅硒含量和籽粒品質的影響還需要進一步 研究。