楊喬喬，康建宏，王佳

(寧夏大學 農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021)

玉米是世界三大糧食作物之一，具有廣泛的用途，既可作動物飼料，又可作工業(yè)原料和生物質(zhì)能源。玉米在寧夏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要地位，占灌區(qū)作物種植面積的70%，并持續(xù)增長[1-2]。寧夏位于黃河上游，地處西北內(nèi)陸，降水量少，蒸發(fā)量大，處于中國的農(nóng)牧交錯帶上[3]。在寧夏干旱少雨的自然條件下，水分是制約玉米產(chǎn)量的主要因素[4]，而滴灌水肥一體化技術具有提高水肥利用效率、節(jié)省勞動力、改善土壤、提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量、保護環(huán)境、減輕病蟲害發(fā)生和抵御旱災的能力[5]。因此，大力發(fā)展滴灌水肥一體化玉米是當?shù)赜衩咨a(chǎn)的首選[6]。國內(nèi)許多研究表明，化肥對農(nóng)作物增產(chǎn)增效是不爭的事實，氮、磷、鉀是農(nóng)作物必需的三大營養(yǎng)元素，其合理配施可提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善土壤養(yǎng)分，不合理施用則會引起土壤養(yǎng)分耗竭、肥力下降、施肥效益降低，還會導致環(huán)境質(zhì)量惡化，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[7-8]。近年來，化肥過量和不合理施用問題越來越嚴重，影響到生態(tài)環(huán)境安全，迫切需要一種優(yōu)化的施肥方法，以保障糧食安全和提高農(nóng)民收益?；实暮侠硎┯每奢^好地保持和提高土壤肥力，而且對作物的增產(chǎn)效果比較明顯[9]。牛金宇[10]的研究表明，在氮、磷、鉀施用水平較低時，產(chǎn)量隨著肥料施用量的增加而增加，超過最佳施肥量后，產(chǎn)量有所降低。王帥等[11]研究表明，適宜的氮、磷、鉀用量可明顯提高春玉米穗位葉，能保持較長的高光合持續(xù)期，有效地提高玉米的光合作用，增加產(chǎn)量。因此，需要通過科學合理地調(diào)整施肥，達到提高玉米產(chǎn)量和土地可持續(xù)生產(chǎn)能力的目的，進而實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益協(xié)調(diào)發(fā)展。葉片的光合作用是作物生長發(fā)育、產(chǎn)量形成的基礎，光合作用受多種環(huán)境因子的影響，水肥是影響光合作用的重要因子。目前，針對水肥一體化條件下對春玉米光合特性及增產(chǎn)效應都有了大量的研究，尤其在不同水肥條件下對玉米光合特性有較多研究[12-13]。但是大多研究著重于對單一營養(yǎng)元素和平衡供應的不同營養(yǎng)水平下的研究，以氮、磷及鉀為三因素研究春玉米光合特性、熒光參數(shù)及產(chǎn)量的變化較少。本研究以迪卡517為試驗材料，研究氮磷鉀配施下春玉米的光合參數(shù)、SPAD、熒光參數(shù)及產(chǎn)量構成因素，旨在為寧夏高產(chǎn)高效栽培技術提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試玉米品種為迪卡517，由中種國際種子有限公司生產(chǎn)。試驗地位于寧夏農(nóng)林科學院作物研究所望洪基地，在寧夏回族自治區(qū)銀川市永寧縣望洪鎮(zhèn)農(nóng)聲村，地處東經(jīng)106°12′45.43″，北緯38°12′13.45″，全年≥10 ℃積溫3 210 ℃，無霜期短，年均166 d，正常年份150～170 d，為玉米西北春播區(qū)。前茬為麥后復種白菜，秋季深翻整地，春季測定0～20 cm耕層土壤含有機質(zhì)17.08 g·kg-1、全氮1.05 g·kg-1、堿解氮72.72 mg·kg-1、有效磷34.85 mg·kg-1、速效磷175.44 mg·kg-1。

1.2 處理設計

本試驗以氮、磷、鉀為試驗因子，三因素三水平，采用隨機區(qū)組試驗設計，共設9個處理，分別為T1～T9，每處理重復3次，共27個小區(qū)，每小區(qū)長10 m，寬3.3 m，小區(qū)面積33 m2；每區(qū)組間設置1 m寬的走道，四周設保護區(qū)。玉米種植規(guī)格為寬窄行種植，寬行70 cm，窄行40 cm，平均行距55 cm，玉米株距18 cm。根據(jù)試驗設計，試驗各因子3水平分別為常規(guī)用量的100%、70%、130%，N、P2O5、K2O的667 m2用量為27.8、9.5、2.9 kg。各處理氮磷鉀配施量分別為T1(N 100%、P 100%、K 100%)、T2(N 70%、P 70%、K 70%)、T3(N 130%、P 130%、K 130%)、T4(N 100%、P 70%、K 130%)、T5(N 70%、P 130%、K 100%)、T6(N 130%、P 100%、K 70%)、T7(N 100%、P 130%、K 70%)、T8(N 70%、P 100%、K 130%)、T9(N 130%、P 70%、K 100%)。養(yǎng)分全部追施，按當?shù)亓晳T時間隨滴灌(667 m2常規(guī)灌水量220 m3)施入。

1.3 試驗測定項目與方法

1.3.1 玉米葉片光合參數(shù)

于玉米拔節(jié)期、大喇叭口期及灌漿期，在定株玉米中選定3株有代表性的玉米功能葉片，在晴天上午9：00進行田間測定，用美國漢莎公司生產(chǎn)的TPS-2型便攜式光合測定系統(tǒng)在田間直接測定玉米功能葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)，每個處理測5片，每片葉記錄2次穩(wěn)定數(shù)據(jù)。

1.3.2 葉片SPAD與熒光參數(shù)

于玉米拔節(jié)期、大喇叭口期及灌漿期，使用SPAD-502plus和FMS-2熒光測定儀，在定株玉米中選定5株具有代表性的玉米功能葉片，9:00進行田間測定。

1.3.3 產(chǎn)量

于春玉米成熟期，取每試驗小區(qū)中間2行測定玉米穗數(shù)、鮮穗質(zhì)量及含水量，于田間測定出籽率；取20穗玉米風干后在室內(nèi)考種，測定穗粗、穗長、穗粒數(shù)等產(chǎn)量形成指標，得出平均每穗穗粒數(shù)與平均千粒質(zhì)量，測定含水量后折合14%含水量計算單位面積產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)整理和作圖；使用SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，在α=0.05水平下進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 氮磷鉀配施對玉米功能葉片SPAD的影響

隨生育期的推進，玉米的功能葉片SPAD值總體呈上升趨勢，如圖1所示，至灌漿期呈下降趨勢，在大喇叭口期葉綠素相對含量達到峰值。在全生育期T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8和T9的平均SPAD分別為53.18、48.92、51.85、57.60、49.55、51.87、55.14、54.83、53.93。在拔節(jié)期，T4的SPAD值在各處理中最大，且與處理T2、T3、T5及T6間存在顯著性差異。在大喇叭口期，各處理間無顯著性差異。在灌漿期，各處理的SPAD表現(xiàn)為T4>T7>T3>T8>T9>T1>T6>T2>T5。葉綠素相對含量與葉片氮素密切相關，SPAD值高可以提高氮肥利用效率，說明T4不僅能提高葉綠素相對含量，還可以促進植株在整個生育期保持較高且平穩(wěn)的氮素利用效率。

同生育期柱上無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2～3同。

2.2 氮磷鉀配施對玉米功能葉片光合特性的影響

由圖2可知，玉米功能葉片的凈光合速率呈遞增變化，9種配比處理均在灌漿期達到峰值。在玉米的各個生育時期，各處理的葉片凈光合速率存在顯著差異。其中，T4的葉片凈光合速率最大，與其他處理相比，T4的葉片凈光合速率平均提高了15.1%、16.8%、47.2%、65.1%、35.7%、35.6%、42.8%、7.3%。玉米功能葉片的蒸騰速率呈單峰曲線變化，蒸騰速率在大喇叭口期達到最大值。在玉米各生育期，T4的葉片蒸騰速率都明顯高于其他處理; 在玉米灌漿期，各處理的蒸騰速率明顯降低。與T4相比，其他處理的玉米葉片蒸騰速率平均降低 23.2%、25.4%、52.8%、67.9%、41.7%、39.2%、31.2%、17.3%。因此，T4可以提高玉米功能葉片凈光合速率，降低蒸騰速率，更有利于玉米的生長和光合產(chǎn)物的積累，進一步提高玉米的產(chǎn)量。

氣孔是植物葉片與外界進行氣體交換、水分散失的主要通道，氣孔導度的大小是衡量氣體通過氣孔的難易程度，氣孔導度大則說明氣體、水分子等容易通過氣孔。在玉米各生育時期，各處理的氣孔導度Gs存在顯著差異。其中，以T4的氣孔導度Gs最高，比其他處理升高45.7%、87.7%、 50.6%、67.2%、44.9%、22.1%、54.4%、32.2%(圖2)。玉米功能葉片胞間 CO2濃度在92.80～189.76 μmol·mol-1波動，在灌漿期達到峰值。在各個生育期，T4均顯著高于其他處理，分別高42.1%、50.7%、55.7%、55.3%、 47.9%、23.2%、44.4%、15.3%。氣孔導度與凈光合速率的變化一致，說明光合速率的降低是由氣孔限制的。T4由于顯著增加了葉片的氣孔導度，有利于提高玉米的凈光合速率，最終表現(xiàn)為產(chǎn)量的增加。

圖2 氮磷鉀配施對玉米功能葉片光合參數(shù)的影響

2.3 氮磷鉀配施對玉米功能葉片熒光參數(shù)的影響

如圖3所示，可變熒光(Fv)與最大熒光(Fm)2參數(shù)的比值反映了光系統(tǒng)Ⅱ中的最大光化學效率，光能的利用效率與兩者的比值呈正相關。隨玉米生育期的推進，PSⅡ 最大光化學效率呈現(xiàn)緩慢升高的趨勢，從大喇叭口期開始至灌漿期各處理差異不顯著，但T4處理在整個生育期明顯高于其他處理，較其他處理分別提高0.9%、0.8%、2.1%、1.2%、2.2%、1.0%、0.4%和0.3%。

可變熒光Fv與固定熒光Fo的比值光系統(tǒng)Ⅱ潛在活性，如圖3所示表明，玉米功能葉片PSⅡ的潛在活性呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，且T4處理在各生育期內(nèi)最高，說明T4具有更大的光合潛在活性。T5上升緩慢且在全生育時期維持較低水平，說明潛在光合活性較低。在灌漿期各處理的可變熒光Fv與固定熒光Fo的比值明顯升高，以T4表現(xiàn)最高，表現(xiàn)為T4>T9>T3>T8>T7>T2>T6>T1>T5，且T4較其他處理明顯提高9.4%、4.1%、3.0%、11.8%、6.9%、3.7%、3.3%和2.9%。圖3可知，隨著玉米生育期的推進，各處理在拔節(jié)期至大喇叭口期的PI值明顯提升，以T4最高，T6最低。隨之PI逐漸降低。說明T4能提升對光能的吸收轉化，更高效的進行光合作用，在灌漿期的籽粒形成過程中積累更多的干物質(zhì)。

圖3 氮磷鉀配施對玉米功能葉片熒光參數(shù)的影響

RC/ABS代表了光系統(tǒng)Ⅱ過程中，單位反應中心吸收的光能。如圖3，RC/ABS反映了玉米生育過程中的光合能力，隨生育期的進行，RC/ABS先升高后下降，在大喇叭口期達到最大值，平均以T4值最高，T6、T9明顯低于T4，表現(xiàn)為T4>T2>T8>T1>T7>T3>T9>T5>T6。從大喇叭口期各處理的RC/ABS逐漸降低。在灌漿期，各個處理之間差異不顯著。在灌漿期以T4的RC/ABS值最高，各處理間也無顯著差異。說明在玉米全生育期，以T4的RC/ABS值最高，T4具有更高的持續(xù)吸收光能的能力，對籽粒形成具有關鍵作用。RC/ABS值的提高在全生育期以及生育后期，可以促進PSⅡ的電子轉移速率，提高PSⅡ過程中單位反應中心吸收光能的能力，進而增產(chǎn)。

2.4 氮磷鉀配施對玉米產(chǎn)量的影響

表1為氮磷鉀配施對春玉米產(chǎn)量及構成因素差異性分析，可發(fā)現(xiàn)氮磷鉀配施，穗粗除T5明顯較低外，其他處理均無明顯差異；穗長表現(xiàn)為：以T4最大，且各處理間均無顯著性差異；禿尖率的長短代表了玉米穗部結實能力，禿尖越長，穗粒數(shù)會相對降低，在氮磷鉀配施下，表現(xiàn)為T3>T2>T1>T8>T9>T6>T5>T7>T4，以T4最短，T2、T3較長，與T4處理相比，其他處理的禿尖率相對減小3.5%、4.1%、4.8%、1.9%、2.5%、2.0%、3.1%和3.0%，說明T4的果穗生長狀況較好。各處理的穗重、穗粒重與百粒重均無顯著性差異，且各指標均以T4較大。在氮磷鉀配施下，各處理產(chǎn)量存在不同程度的差異，其中，T4產(chǎn)量明顯高于其他處理，且各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為T4>T7>T8>T5>T2>T6>T1>T3>T9。

表1 氮磷鉀配施下玉米產(chǎn)量及其構成因素

2.5 產(chǎn)量與光合參數(shù)的相關性分析

春玉米的產(chǎn)量與凈光合速率呈顯著負相關性(表2)。凈光合速率與胞間CO2濃度呈極顯著的正相關性，與PI呈顯著負相關性。蒸騰速率與PSⅡ潛在活性呈顯性正相關，與其他指標之間無相關性，氣孔導度與胞間CO2濃度、PI分別有顯著的正相關和負相關。胞間CO2濃度與RC/ABS、PI有極顯著的負相關性，PSⅡ潛在活性、RC/ABS和PI均呈極顯著的正相關性。說明RC/ABS、Fv/Fo和PI的提高可以增加春玉米的物質(zhì)積累和產(chǎn)量，從前面的分析可知，T4的RC/ABS、Fv/Fo和PI顯著高于其他處理，對產(chǎn)量的提升作用更大。

表2 產(chǎn)量與光合熒光指標相關性分析

3 討論

光合作用是植物物質(zhì)代謝和能量轉化的主要途徑。光合作用通常用葉片Pn、Tr、Gs、Ci等參數(shù)來反映植物對光能的利用能力和轉化效率。有研究表明，玉米光合速率影響因素的由大到小的順序為：灌水定額、氮肥施用量、鉀肥施用量、磷肥施用量[14]。劉明等[15]研究表明，適宜的灌水定額能夠更好地發(fā)揮氮肥的優(yōu)勢效應，這可能是因為適量的增施氮肥增加了葉片單位面積葉片葉綠素的相對量(SPAD)，葉片的光能利用率較高。高施氮量對玉米光合作用的提升效果并不明顯，沒有發(fā)揮出氮肥的優(yōu)勢效應。張越等[12]研究結果表明，增施有機肥能顯著提高玉米葉片的光合速率和氣孔導度，說明有機肥能促進玉米葉片的光合活性。王曉娟等[16]研究也得出了同樣的結果。李萍等[17]研究表明，合理的氮磷配施對于葉片的Pn、Tr、水分利用效率及Gs等光合指標也有顯著的調(diào)節(jié)作用，但用量過高會起一定的負作用。陳芳等[18]研究結果表明，玉米生育期內(nèi)葉片的Pn、Tr、Gs都呈低-高-低的變化趨勢，在抽雄期出現(xiàn)峰值。Gs在抽雄期之前明顯降低，但在后期顯著高于對照。本試驗研究結果與前人研究結果基本一致，不同處理比較，都呈低-高-低的變化，處理T4顯著提高了春玉米的Pn、Gs、Ci，說明T4可以提高玉米功能葉片凈光合速率，降低蒸騰速率，更有利于玉米的生長和光合產(chǎn)物的積累。氣孔導度與凈光合速率的變化一致，說明光合速率的降低是由氣孔限制的。T4由于顯著增加了葉片的氣孔導度，有利于提高玉米的凈光合速率，從而進一步提高春玉米的產(chǎn)量。

葉片作為植株生長發(fā)育過程中重要的光合作用器官，它熒光參數(shù)的變化能快速且直接的反映葉片內(nèi)部對光能的吸收、傳遞與分配能力，葉綠素熒光技術能快速測定葉片熒光參數(shù)，在研究過程中不會對植株造成損傷[19]。李澤等[20]研究表明，葉綠素熒光技術被越來越多地應用到植物光合生理和逆境生理的研究。在研究逆境脅迫對果樹、蔬菜和一些苗木的光合作用時，葉綠素熒光參數(shù)被作為主要的指標之一[21]。吳佳瑞等[22]研究結果表明，高溫干旱等逆境脅迫都會使葉片的PSⅡ最大光化學效率、PSⅡ潛在活性在一定程度上降低。本研究表明，在春玉米的生育期中，F(xiàn)v/Fm、PI和RC/ABS都呈低-高-低的變化趨勢，峰值都出現(xiàn)在大喇叭口期，F(xiàn)v/Fo隨春玉米的生育進程呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。Fv/Fm、Fv/Fo、PI都反映玉米葉片的光合作用強弱，在春玉米的全生育期內(nèi)，T4比其他處理顯著提高馬鈴薯的Fv/Fm、Fv/Fo、PI和RC/ABS。

玉米產(chǎn)量的提高在一定程度內(nèi)與施肥種類、數(shù)量和配施方式等密切相關。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，只有當土壤中碳、 氮、磷、鉀、有機質(zhì)等比例適當時，作物才能正常生長，對其穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)才能有所保證[23]。李萍等[17]研究表明，隨著施肥量的增加，穗粒數(shù)和百粒重逐漸增加，說明氮磷肥配施有明顯提高穗粒數(shù)和穗粒重的作用。鄧小強等[24]研究表明，氮磷鉀配施能有效改善農(nóng)藝性狀，優(yōu)化產(chǎn)量構成因子，提高產(chǎn)量。本研究中，在不同氮磷鉀肥配比下，與T4相比，其他處理的禿尖率相對減小，說明T4的果穗生長狀況較好。各處理的穗重、穗粒重與百粒重均無顯著性差異，且各指標均以T4較大。在不同氮磷鉀配施下，T4產(chǎn)量也明顯高于其他處理，說明合理的氮磷鉀肥配施有提高產(chǎn)量的作用。

4 小結

在寧夏這樣干旱少雨的自然條件下，水分是制約玉米產(chǎn)量的主要因素。再加上不合理施用化肥引起土壤養(yǎng)分耗竭、土壤肥力下降、施肥效益降低，導致環(huán)境質(zhì)量惡化，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。因此，水肥一體化的采用，很大程度上緩解了這一問題。本試驗以氮磷鉀為試驗因子，三因素三水平，采用隨機區(qū)組試驗設計，研究了氮、磷、鉀配施對春玉米SPAD、光合熒光參數(shù)，以及產(chǎn)量的影響。試驗結果表明，在春玉米的全生育期，T4的SPAD、凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率、PSⅡ最大光化學效率、PSⅡ潛在活性、PI和RC/ABS都比其他處理顯著增加，而且T4較其他處理提高了春玉米穗粗、穗粒重、穗長和百粒重等，達到了高產(chǎn)的目的。9種氮磷鉀配施比較，T4較其他處理有利于增加寧夏春玉米光合作用和產(chǎn)量，因此，以667 m2分別施氮磷鉀27.8、6.65、3.77 kg對寧夏春玉米生產(chǎn)具有重要意義。