張盼盼,喬江方,李 川,張美微,牛 軍

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 糧食作物研究所,河南 鄭州 450002)

玉米是我國第一大糧食作物,2020年玉米種植面積約為4 126萬hm2,占全國糧食作物的35.33%,總產(chǎn)量為2.61億t,占全國糧食作物的38.93%[1]。玉米是重要的糧食、飼料和工業(yè)來源作物[2]。近年來隨著玉米投入增加,產(chǎn)量穩(wěn)步提高,但在追求高生產(chǎn)力的同時,忽視了礦質(zhì)元素營養(yǎng)的均衡提高[3]。籽粒礦質(zhì)元素含量是玉米重要的品質(zhì)指標(biāo),直接或間接影響玉米營養(yǎng)品質(zhì)。礦質(zhì)元素對人體的生命活動起著調(diào)控作用,然而全球有超過60%的人缺Fe,超過30%的人缺Zn,超過15%的缺Ca,Mg和Cu的缺乏在發(fā)展中國家比較常見[4-5]。玉米是粗糧食用和養(yǎng)殖飼用的重要來源,因此,提高玉米籽粒中礦質(zhì)營養(yǎng)元素的含量,促進(jìn)人體對其攝入,對于改善和解決人體缺素問題有著重要意義。

合理施用氮肥是禾谷類作物生產(chǎn)中提高產(chǎn)量的關(guān)鍵措施,也是影響籽粒中礦質(zhì)元素營養(yǎng)的重要因素[6]。研究表明,玉米籽粒Zn含量隨施N量的增加呈現(xiàn)先降后增趨勢,Fe含量則持續(xù)增加,不同氮效率品種中的元素含量對施氮水平的響應(yīng)不一致[7]。栗褐土長期施肥結(jié)果表明,施氮后玉米籽粒中Mn含量顯著增加,其他元素差異不明顯[8]。缺鋅土壤上,鋅肥施用對籽粒礦質(zhì)元素也有不同影響[9],蔣曦龍等[10]發(fā)現(xiàn),葉面噴鋅后,玉米籽粒Zn、Fe和Ca含量增加顯著而Cu含量下降,Se、Na、B、P和Mg的含量未發(fā)生明顯變化;李文宗等[11]則發(fā)現(xiàn),不同富Zn品種的Zn、Fe、Ca、Na、Cu、Mg和Mn等礦質(zhì)元素含量對葉面噴鋅的響應(yīng)不同。前人研究中結(jié)論的不同,主要與試驗點氣候、施肥方式和研究對象有關(guān)。

河南省是我國重要的糧食大省,玉米的種植面積和總產(chǎn)量均居全國第2位,其玉米籽粒中礦質(zhì)元素含量的高低對國人的飲食健康產(chǎn)生重大影響。目前,大田中關(guān)于施氮水平對玉米生長的影響研究多集中于籽粒產(chǎn)量提升和生理機制方面,對籽粒礦質(zhì)元素含量的影響研究較少,尤其是氮鋅配施下玉米籽粒礦質(zhì)元素含量的變化尚未有研究。為此,本試驗通過研究不同的供氮水平和噴鋅時期夏玉米籽粒礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量和累積量的變化,探討氮、鋅肥對玉米營養(yǎng)元素的調(diào)控效應(yīng),以期為氮、鋅肥在大田的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地點

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用再裂區(qū)設(shè)計,主因素為施氮水平,分別為90,180,225 kg/hm2,設(shè)定為N90、N180、N225;副因素為噴鋅處理,分別為不噴鋅、苗期拔節(jié)期1∶1噴鋅、拔節(jié)期大口期1∶1噴鋅和大口期噴鋅等4個處理,設(shè)定為Zn0、Zn1、Zn2和Zn3;副副因素為不同基因型玉米,分別為鄭單958(ZD958)和谷神玉66(GSY66)。共24個處理,每個處理3次重復(fù),6行區(qū),行長5 m,行間距0.6 m,種植密度為75 000株/hm2。2021年6月11日播種玉米,9月24日收獲。

分別以尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、氯化鉀(K2O 60%)為氮、磷、鉀源肥料,氮肥以1∶1基施和大喇叭口期追施施入,磷、鉀肥全部基施(施肥量均為100 kg/hm2)。鋅肥為ZnSO4·7H2O,施用量為4.5 kg/hm2,以0.3%噴施,分別在玉米苗期、拔節(jié)期和大口期按比例施用,對照為噴施相同量的蒸餾水,時間選擇在晴天的下午或傍晚,以保證噴施效果。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 籽粒干質(zhì)量 在夏玉米成熟期,避開測產(chǎn)區(qū)選取有代表性、長勢一致的5株植株,取果穗,曬干后脫粒,烘干后稱干質(zhì)量。

1.3.2 微量元素含量 將稱取干質(zhì)量后的籽粒樣品粉碎裝袋,采用凱氏定氮法測定樣品中N含量,采用ICP-OES法測定P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn、B和Na等元素含量。

1.3.3 產(chǎn)量 取小區(qū)中間2行夏玉米果穗全部收獲,曬干后脫粒,稱質(zhì)量并測定含水量,折合含水率(14%)計算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

籽粒元素累積量=籽粒干質(zhì)量×籽粒中元素含量。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010 和SPSS 22進(jìn)行統(tǒng)計與分析,用LSD法和Duncan′s法進(jìn)行方差分析和多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮鋅配施對夏玉米籽粒產(chǎn)量的影響

氮鋅配施對夏玉米籽粒產(chǎn)量的影響如圖1所示。從圖1可以看出,N90和N180處理下籽粒產(chǎn)量分別為7.46,7.22 t/hm2,明顯高于N225處理。Zn2和Zn3處理下籽粒產(chǎn)量平均為7.45 t/hm2,較Zn0和Zn1平均提高了6.81%。ZD958的籽粒產(chǎn)量平均為7.85 t/hm2,較GSY66提高了19.3%。三者的交互作用對籽粒產(chǎn)量有顯著影響,以N90Zn3ZD958和N90Zn2ZD958處理下的籽粒產(chǎn)量最高,平均為8.56 t/hm2,N90Zn1ZD958、N225Zn2ZD958、N180Zn2ZD958、N180Zn0ZD958、N90Zn0ZD958與之在統(tǒng)計學(xué)上無顯著差異;以N225Zn0GSY66處理下籽粒產(chǎn)量最低為5.90 t/hm2,N225Zn1GSY66、N90Zn0GSY66、N180Zn2GSY66、N180Zn1GSY66、N180Zn0GSY66、N90Zn2GSY66與之在統(tǒng)計學(xué)上無顯著差異;其他處理間的差異不顯著,平均產(chǎn)量為7.13 t/hm2。

（1）《中華人民共和國增值稅暫行條例》[1]中明確規(guī)定：在中華人民共和國境內(nèi)銷售貨物或者加工、修理修配勞務(wù)（以下簡稱勞務(wù)）的單位和個人，為增值稅的納稅人。《財政部稅務(wù)總局關(guān)于調(diào)整增值稅稅率的通知》[2]中明確提出自2018年5月1日起執(zhí)行。其中納稅人發(fā)生增值稅應(yīng)稅銷售行為或者進(jìn)口貨物，原適用11%稅率的調(diào)整為10%；納稅人購進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品，原適用11%扣除率的，扣除率調(diào)整為10%；納稅人購進(jìn)用于生產(chǎn)銷售或委托加工16%稅率貨物的農(nóng)產(chǎn)品，按照12%的扣除率計算進(jìn)項稅額。涉農(nóng)貨物包括：糧食等農(nóng)產(chǎn)品、食用植物油、食用鹽；飼料、化肥、農(nóng)藥、農(nóng)機、農(nóng)膜。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者銷售的自產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品項目免征增值稅。

不同小寫字母表示0.05水平下差異顯著。Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.

2.2 氮鋅配施對夏玉米籽粒中礦質(zhì)元素含量的影響

本試驗條件下,鄭單958和谷神玉66籽粒中N、P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn、B和Na含量平均為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)。氮鋅配施對不同夏玉米品種籽粒中的礦質(zhì)元素影響不一致(表1)。氮處理對籽粒N、P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn和B含量的影響達(dá)顯著或極顯著水平,籽粒N含量以N180處理達(dá)最高為12.77 g/kg,籽粒中Ca和Cu、Fe、Zn、B含量均在N225處理達(dá)最高,分別為0.32 g/kg和4.78,26.04,46.08,43.88 mg/kg,而P、K和Mg含量則在N180處理下為最低。除Mg含量外,鋅處理對各礦質(zhì)元素含量的影響均達(dá)顯著或極顯著水平,N含量以Zn2處理下最高為12.73 g/kg,而P、K、B和Na含量則在Zn2處理下最低,Mn和Fe含量在Zn1下最高分別為7.30,27.66 mg/kg,Zn含量表現(xiàn)為Zn0

表1 氮鋅配施和品種對夏玉米籽粒礦質(zhì)元素含量的影響Tab.1 Effect of nitrogen and zinc application and varieties on the mineral element concentration in the grain of summer maize

氮鋅配施對玉米籽粒N、P、K、Ca和Mg元素含量的影響如表2所示。從表2可以看出,N含量在N180Zn2GSY66、N180Zn1GSY66處理下表現(xiàn)最高,平均為14.63 g/kg,N90Zn2GSY66、N90Zn3GSY66、N225Zn2GSY66與之無顯著差異,其次是N180Zn3GSY66、N90Zn1GSY66和N225Zn0GSY66處理,平均為12.92 g/kg,以N90Zn2ZD958處理最低為10.66 g/kg,N90Zn0ZD958、N225Zn1ZD958、N225Zn3ZD958和N90Zn3ZD958與之無顯著差異,其他處理間無顯著差異,平均為11.84 g/kg;P含量在N90Zn2GSY66和N225Zn1GSY66處理下最高,平均為10.65 g/kg,N90Zn3GSY66、N225Zn3GSY66、N90Zn1GSY66、N180Zn0GSY66和N225Zn2GSY66與之無顯著差異,N180Zn3GSY66、N225Zn0GSY66、N90Zn0GSY66、N180Zn1GSY66和N225Zn0ZD958處理下P含量平均為8.98 g/kg,以N180Zn2ZD958和N225Zn2ZD958處理下P含量最低,平均僅為6.68 g/kg,N180Zn3ZD958和N180Zn0ZD958與之無顯著差異,其他處理間的差異不明顯,平均為7.92 g/kg;K含量在N90Zn0ZD958處理下達(dá)最高為15.82 g/kg,其次是N225Zn0ZD958和N225Zn1ZD958處理平均為14.58 g/kg,N90Zn2ZD958、N90Zn3ZD958、N180Zn1ZD958、N90Zn1ZD958和N225Zn3ZD958與之無顯著差異,以N180Zn2GSY66處理最低為10.34 g/kg,N90Zn0GSY66、N225Zn0GSY66和N180Zn1GSY66與之無顯著差異,其次是N225Zn1GSY66、N90Zn3GSY66、N225Zn2GSY66、N90Zn2GSY66、N90Zn1GSY66、N180Zn3GSY66、N180Zn0GSY66和N225Zn3GSY66處理,平均為11.84 g/kg,其他處理間差異不明顯,平均為13.01 g/kg;Ca含量在N225Zn1ZD958處理下最高為0.43 g/kg,與N225Zn0GSY66和N180Zn0GSY66處理無顯著差異,但較N225Zn1GSY66處理提高了22.9%,N90Zn0GSY66和N180Zn1ZD958處理下平均為0.31 g/kg,其他處理間無顯著差異,平均為0.25 g/kg;Mg含量在N90Zn2GSY66處理下最高為4.67 g/kg,與N225Zn1GSY66、N225Zn2GSY66、N225Zn3GSY66、N90Zn1GSY66和N180Zn0GSY66無統(tǒng)計學(xué)上差異,但較N180Zn3GSY66和N90Zn3GSY66平均提高13.0%,以N225Zn2ZD958處理最低僅為3.21 g/kg,較N90Zn3ZD958、N180Zn2GSY66、N90Zn0GSY66、N180Zn1GSY66、N225Zn0ZD958和N225Zn0GSY66降低了17.7%。

表2 氮鋅配施對夏玉米籽粒N、P、K、Ca和Mg元素含量的影響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

氮鋅配施對玉米籽粒微量元素含量的影響如表3所示?？梢钥闯?籽粒Cu含量在N225Zn3GSY66和N225Zn2GSY66處理下達(dá)最高,平均為6.17 mg/kg,與N180Zn0GSY66、N225Zn2GSY66、N225Zn1ZD958、N180Zn2GSY66、N225Zn0GSY66和N225Zn0ZD958在統(tǒng)計學(xué)上無顯著差異,以N90Zn1ZD958處理最低僅為1.02 mg/kg,顯著低于N225Zn2ZD958和N90Zn0GSY66處理;Mn含量在N90Zn2GSY66處理下最高為13.42 mg/kg,與N90Zn1GSY66和N225Zn1GSY66無顯著差異,但較N180Zn0GSY66、N180Zn3GSY66、N225Zn2GSY66和N225Zn0GSY66處理平均提高了35.7%,以N225Zn2ZD958、N180Zn0ZD958和N180Zn2ZD958處理最低,平均僅為0.96 mg/kg,N90Zn1ZD958、N225Zn3ZD958、N90Zn2ZD958、N180Zn3ZD958和N90Zn0ZD958與之無顯著差異;Fe含量在N225Zn1ZD958處理下最高為40.10 mg/kg,與N225Zn1GSY66無顯著差異,但較N180Zn0GSY66提高了14.4%,其他處理間無顯著差異;Zn含量在N90Zn2GSY66和N225Zn3GSY66處理下達(dá)最高,平均為60.12 mg/kg,與N90Zn3GSY66、N225Zn2GSY66、N180Zn3GSY66、N225Zn3ZD958和N225Zn1GSY66處理間無顯著差異,但較N90Zn3ZD958、N225Zn0ZD958、N90Zn1ZD958、N180Zn0GSY66、N180Zn1GSY66、N180Zn2GSY66和N225Zn1ZD958處理提高了38.0%,其他處理較低平均僅為30.43 mg/kg;B含量在N180Zn3GSY66處理下最高為45.85 mg/kg,較N225Zn3GSY66、N90Zn1GSY66、N90Zn2GSY66和N180Zn1ZD958平均提高了4.8%,以N180Zn2ZD958處理最低僅為41.89 mg/kg;Na含量在N180Zn0ZD958處理下最高為194.49 mg/kg,較N90Zn3GSY66、N225Zn0ZD958、N180Zn1GSY66、N225Zn1ZD958、N90Zn0ZD958和N90Zn1ZD958處理平均提高了5.0%,其他處理間無顯著差異,平均僅為179.18 mg/kg。

表3 氮鋅配施對夏玉米籽粒微量元素含量的影響Tab.3 Effect of nitrogen and zinc application on the trace element concentration in the grain of summer maize mg/kg

2.3 氮鋅配施對夏玉米籽粒中礦質(zhì)元素累積量的影響

氮鋅配合對不同夏玉米品種籽粒中礦質(zhì)元素累積量的影響如表4所示。可以看出,氮處理顯著或極顯著影響了除Mn以外的礦質(zhì)元素累積量,隨施氮量增加K、B和Na累積量呈下降趨勢,Ca、Cu和Fe累積量則有增加趨勢,Zn含量則在N180處理下表現(xiàn)最低為268.19 g/hm2。鋅處理對籽粒中N、Ca、Mg、Mn、Zn、B和Na累積量的影響達(dá)顯著或極顯著水平,N和Na的累積量均在Zn2處理下達(dá)最高,分別為94.43,1 342.56 g/hm2,Ca和Mn累積量均在Zn1下達(dá)最高,而Mg和Zn累積量則在Zn3下最高,分別為28.66,369.06 g/hm2,B累積量表現(xiàn)為Zn2、Zn3>Zn0、Zn1。2個品種在P、K、Ca、Cu、Mn、Zn、B和Na累積量上存在顯著或極顯著差異,GSY66的P、Cu和Zn累積量分別高于ZD958約6.5%,15.6%,14.2%,但K、Ca、B和Na累積量則低于ZD958約30.6%,10.0%,12.2%,17.0%,Mn含量是ZD958的2.30倍。氮鋅配施對籽粒中除N和K之外其他礦質(zhì)元素累積量的影響達(dá)顯著或極顯著水平,氮處理和品種的交互作用僅對籽粒中K、Mg、B和Na累積量有顯著或極顯著影響,鋅處理和品種的交互作用對籽粒中除N、Mn、Fe和B之外其他礦質(zhì)元素累積量的影響達(dá)顯著或極顯著水平,三者的交互作用顯著或極顯著影響了籽粒中P、K、Mg、Cu、Mn和Zn累積量。

表4 氮鋅配施和品種對夏玉米籽粒礦質(zhì)元素累積量的影響Tab.4 Effect of nitrogen and zinc application and varieties on the mineral element accumulation in the grain of summer maize

氮鋅配施對玉米籽粒N、P、K、Ca和Mg元素累積量的影響如表5所示?？梢钥闯?各處理以N180Zn2ZD958下籽粒N累積量最高為98.83 kg/hm2,較N90Zn0GSY66、N225Zn1GSY66、N225Zn0GSY66、N180Zn3GSY66、N225Zn1ZD958、N225Zn3ZD958和N225Zn0ZD958平均增加了27.6%,與其他處理間無顯著差異;各處理以N90Zn2GSY66下籽粒P累積量最高為71.71 kg/hm2,較N180Zn2GSY66、N180Zn3ZD958、N90Zn0GSY66、N180Zn2ZD958、N225Zn2ZD958、N225Zn0GSY66、N180Zn1GSY66、N225Zn3ZD958、N180Zn1ZD958、N225Zn1ZD958、N225Zn0ZD958和N180Zn0ZD958平均增加了27.6%,與其他處理間無顯著差異;籽粒K累積量以N90Zn0ZD958處理最高為124.48 kg/hm2,N90Zn3ZD958、N90Zn2ZD958和N90Zn1ZD958與之無顯著差異,以N225Zn0GSY66處理最低為65.64 kg/hm2,N180Zn2GSY66、N90Zn0GSY66、N225Zn1GSY66、N180Zn1GSY66、N90Zn2GSY66和N90Zn3GSY66與之無顯著差異,其次是N180Zn0GSY66、N90Zn1GSY66、N225Zn2GSY66、N225Zn3GSY66和N180Zn3GSY66,平均為83.00 kg/hm2;籽粒Ca累積量以N225Zn1ZD958處理最高為3.19 kg/hm2,其次是N180Zn0GSY66、N225Zn0GSY66、N225Zn2ZD958、N180Zn1ZD958和N180Zn2ZD958,平均為2.36 kg/hm2,其他處理間無顯著差異;籽粒Mg累積量以N225Zn2GSY66處理最高為32.25 kg/hm2,較N90Zn0ZD958和N180Zn0ZD958提高了17.9%,以N90Zn0GSY66處理最低為22.91 kg/hm2。

表5 氮鋅配施對夏玉米籽粒N、P、K、Ca和Mg元素累積量的影響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

氮鋅配施對玉米籽粒微量元素累積量的影響如表6所示?？梢钥闯?籽粒Cu累積量以N225Zn2GSY66最高為42.94 g/hm2,與N225Zn3GSY66、N225Zn1ZD958、N225Zn0ZD958、N180Zn0GSY66、N180Zn2GSY66、N180Zn1ZD958和N225Zn0GSY66處理間無統(tǒng)計學(xué)上差異,但較N180Zn0ZD958、N225Zn3ZD958、N90Zn2GSY66、N180Zn1GSY66和N225Zn2ZD958平均提高了75.1%,以N90Zn1ZD958處理最低為8.35 g/hm2;籽粒Mn累積量以N90Zn2GSY66最高為90.40 g/hm2,N90Zn1GSY66、N180Zn0GSY66和N225Zn1GSY66與之無統(tǒng)計學(xué)上差異,其次是N180Zn3GSY66和N225Zn2GSY66處理,平均為70.30 g/hm2,以N180Zn0ZD958處理最低為5.38 g/hm2,N180Zn2ZD958、N225Zn2ZD958、N225Zn3ZD958、N90Zn1ZD958、N90Zn2ZD958、N90Zn0ZD958、N225Zn0ZD958和N180Zn3ZD958與之無顯著差異;各處理以N225Zn1ZD958下籽粒Fe累積量最高為367.28 g/hm2,其次是N225Zn1GSY66處理為255.69 g/hm2,N225Zn2ZD958和N180Zn0GSY66與之無顯著差異,其他處理均較低,平均為168.07 g/hm2;籽粒Zn累積量以N90Zn3ZD958、N225Zn2GSY66和N225Zn3GSY66最高,平均為408.89 g/hm2,與N225Zn3GSY66、N90Zn2GSY66、N90Zn3GSY66和N180Zn3GSY66無顯著差異,但較N225Zn3ZD958顯著提高了28.9%,以N90Zn0GSY66最低為167.73 g/hm2,N90Zn0ZD958、N180Zn0ZD958、N225Zn0GSY66、N180Zn1ZD958、N90Zn1ZD958、N180Zn2ZD958、N225Zn2ZD958和N180Zn2GSY66與之無統(tǒng)計學(xué)上差異;B累積量以N90Zn3ZD958最高為370.60 g/hm2,N90Zn2ZD958、N90Zn1ZD958、N225Zn2ZD958、N180Zn2ZD958和N180Zn0ZD958與之無顯著差異,以N225Zn0GSY66最低為264.25 g/hm2;以N180Zn0ZD958、N90Zn3ZD958、N90Zn2ZD958和N90Zn1ZD958處理下籽粒Na累積量最高,平均為1 538.77 g/hm2,N225Zn2ZD958、N90Zn0ZD958、N180Zn2ZD958與之無統(tǒng)計學(xué)上差異,以N225Zn0GSY66最低為1 047.69 g/hm2,N90Zn0GSY66、N225Zn1GSY66和N180Zn2GSY66與之無顯著差異。

表6 氮鋅配施對玉米籽粒微量元素累積量的影響Tab.6 Effect of nitrogen and zinc application on the trace element accumulation in the grain of summer maize g/hm2

2.4 夏玉米籽粒產(chǎn)量與礦質(zhì)元素含量的關(guān)系

相關(guān)性分析結(jié)果顯示(表7),籽粒產(chǎn)量與K含量呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.652,與N、P、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn和B含量呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.659～-0.319。籽粒N含量與P、Mg、Mn、Zn和B含量呈顯著或極顯著正相關(guān),與K含量呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.721;P含量與Mg、Cu、Mn、Zn和B含量呈極顯著或極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.385～0.943;籽粒K含量與Mg、Mn、Zn和B含量的負(fù)相關(guān)關(guān)系達(dá)顯著或極顯著水平;除Ca與Mg和Zn相關(guān)性不顯著,籽粒中Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn和B含量之間的正相關(guān)關(guān)系均達(dá)顯著或極顯著水平;Na含量與其他元素含量間的相關(guān)性不顯著。籽粒Zn含量與產(chǎn)量、N和Mg含量的線性關(guān)系如圖2所示。從圖2可知,籽粒Zn含量與產(chǎn)量、N和Mg含量的關(guān)系可分別表示為:y=-4.420 3x+73.272 0(圖2-A),y=2.492 7x+10.903 0(圖2-B),y=20.503 0x-37.304 0(圖2-C),均達(dá)顯著或極顯著水平,其中籽粒Zn與Mg含量間的R2達(dá)0.621 8。

表7 夏玉米籽粒產(chǎn)量和礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析Tab.7 Correlation analysis between the yield and mineral element concentration in the grain of summer maize

圖2 夏玉米籽粒產(chǎn)量、N含量和Mg含量與Zn含量的線性回歸關(guān)系Fig.2 Linear regression relationships between the yield,N,Mg concentration and Zn concentration

3 結(jié)論與討論

3.1 葉面噴鋅時期對夏玉米籽粒產(chǎn)量的影響

研究發(fā)現(xiàn),葉面噴鋅對作物產(chǎn)量有積極作用。小麥花后每隔5 d,連續(xù)噴施4次0.4% ZnSO4·7H2O,均能夠顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量和Zn含量[12];在糯玉米拔節(jié)大口期、大口抽雄期和抽雄灌漿期3次葉面噴鋅共5.25 kg/hm2,可提高糯玉米的葉綠素含量、過氧化物酶(POD)活性,降低丙二醛(MDA)含量,有效提高籽粒產(chǎn)量和Zn含量[13];玉米大口期、抽雄期和灌漿期噴施8 g/L鋅肥,產(chǎn)量可提高7.36%[14];在玉米六葉期、喇叭口期和吐絲后期,3次噴施0.3% ZnSO4·7H2O,玉米產(chǎn)量得到顯著提高,土壤施鋅下效果更為明顯[15]。本研究也發(fā)現(xiàn),噴鋅能促進(jìn)夏玉米增產(chǎn)。葉面噴鋅提高產(chǎn)量的原因可能是,Zn能提高植株葉片光合能力,增強抗氧化能力,促進(jìn)干物質(zhì)積累和糖、氮等營養(yǎng)成分的累積轉(zhuǎn)運,為提高產(chǎn)量及品質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

葉面噴鋅時期對玉米生長發(fā)育的影響程度遠(yuǎn)大于噴鋅次數(shù)。趙海蓓[16]發(fā)現(xiàn),新疆塔城地區(qū),V12期是噴施鋅肥的關(guān)鍵時期,此時葉面噴鋅有助于植株干物質(zhì)積累和葉片葉綠素含量的提高,減緩玉米生長后期葉片衰老速度,從而增加籽粒產(chǎn)量和Zn含量,因此,V12是塔城地區(qū)鋅肥最佳施用時期。本試驗條件下對比了3種施鋅方式,發(fā)現(xiàn)與不施鋅處理相比,苗期拔節(jié)期噴施鋅肥,玉米籽粒產(chǎn)量未有顯著變化,但拔節(jié)期大口期1∶1和大口期噴施2個處理,較前2個處理平均增產(chǎn)6.81%。這表明,玉米植株對Zn的反應(yīng)敏感期在拔節(jié)期—大口期,此時葉面噴施鋅肥,更能挖掘玉米的產(chǎn)量潛力,籽粒增產(chǎn)最為明顯。該結(jié)果為鋅肥在大田上的施用提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

3.2 氮鋅肥施用對夏玉米籽粒礦質(zhì)元素含量的影響

夏玉米籽粒中的各礦質(zhì)元素含量不一致,且品種間存在較大差異。薛艷芳等[17]分析了黃淮海區(qū)36個主推玉米品種中的礦質(zhì)元素含量后發(fā)現(xiàn),玉米籽粒中N、P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe和Zn含量分別為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,平均含量分別為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;新疆地區(qū)23份玉米籽粒樣品的礦質(zhì)元素測定結(jié)果顯示,玉米籽粒中P、Mg、Ca、Fe和Zn含量分別為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個玉米雜交種后發(fā)現(xiàn),玉米籽粒Fe和Zn含量分別為16.6～33.9 mg/kg,16.4～28.6 mg/kg,平均值分別為24.2,21.7 mg/kg;陳潔等[20]調(diào)查了868份雜交種材料的Fe含量,發(fā)現(xiàn)Fe含量為10.861 9～38.087 4 mg/kg,平均為18.527 4 mg/kg;李文宗等[11]發(fā)現(xiàn),102份玉米種質(zhì)資源中籽粒Zn含量為8.42～33.7 mg/kg,平均含量為19.61 mg/kg。本研究發(fā)現(xiàn),鄭單958和谷神玉66籽粒中N、P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn、B和Na含量平均為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,和前人的結(jié)果基本一致。

施氮量對夏玉米籽粒中礦質(zhì)元素含量有明顯影響。研究表明,施氮能顯著提高玉米籽粒中的N、Ca、Cu、Fe、Zn和B含量,明顯降低P含量,Mg和Mn含量受施氮量的影響較小[21];4 a田間試驗結(jié)果表明,玉米施氮后,籽粒中Mn、Fe和Zn含量分別增加了0.4%～19.7%,9.3%～25.8%,1.3%～20.8%,Cu含量增加了44.7%,P含量則下降了8.4%～9.2%,K、Mg和Ca含量幾乎不受供氮水平的影響[22]。在本試驗條件下,發(fā)現(xiàn)施氮量從90 kg/hm2增加至180 kg/hm2時,籽粒中的N含量顯著增加,P含量顯著下降,當(dāng)施氮量增加至225 kg/hm2時,籽粒中Ca和Cu、Fe、Zn、B含量達(dá)最高,分別為0.32 g/kg和4.78,26.04,46.08,43.88 mg/kg,Mn和Na含量未受施氮量顯著影響。施氮增加Ca、Cu、Fe和Zn等礦質(zhì)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礦質(zhì)元素的溶解度,供應(yīng)給植株的有效態(tài)元素含量增加;第二,氮肥供應(yīng)可有效增強玉米根系的生長,提高根毛面積、根長密度和根毛數(shù)量,促進(jìn)了植株根系對礦質(zhì)元素的吸收能力;第三,氮肥供應(yīng)可增加礦質(zhì)元素從營養(yǎng)組織向籽粒的轉(zhuǎn)移能力,同時延緩植株衰老,延長礦質(zhì)元素累積時間;第四,氮素供應(yīng)可能增加了吸收和運輸?shù)V質(zhì)元素的轉(zhuǎn)運蛋白或結(jié)合物質(zhì)數(shù)量,使得礦質(zhì)元素的吸收和累積效率得到提高。然而,韓證仿[23]則發(fā)現(xiàn),隨施氮量增加,鄭單958籽粒中Fe、Mn、Cu和Zn含量顯著增加,但當(dāng)施氮量超過300 kg/hm2,籽粒中微量元素含量開始出現(xiàn)下降現(xiàn)象。這可能是此時籽粒干物質(zhì)增加對微量元素的稀釋效應(yīng)大于對元素的吸收,因而出現(xiàn)微量元素含量下降趨勢。

葉面噴鋅對玉米籽粒中礦質(zhì)元素含量的影響不一致。蔣曦龍等[10]發(fā)現(xiàn),葉面噴鋅后,玉米籽粒中Fe和Zn含量顯著增加,Se、Na、B、P和Mg含量變化不明顯,但Cu含量顯著下降。本研究也發(fā)現(xiàn),與不施鋅處理相比,施鋅處理下玉米籽粒中N和Zn含量明顯增加,Cu含量呈下降趨勢。葉面噴鋅降低籽粒Cu含量的原因可能是,Zn和Cu存在相同的吸附位點,引起二者存在吸收競爭,供鋅條件下則降低了植株對Cu的吸收,使得籽粒中Cu的累積減少,含量明顯下降。王建偉[24]則發(fā)現(xiàn),施鋅對玉米產(chǎn)量及籽粒中N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn和Cu含量均無顯著影響;李文宗等[11]發(fā)現(xiàn),葉面噴鋅增加了京科糯928籽粒中Mg含量,Mn含量與噴施濃度有關(guān)。產(chǎn)生這種差異可能與土壤中鋅含量、玉米品種對Zn的敏感性或葉面噴施方式有關(guān)[7,25]。

鋅肥的噴施時期是影響玉米產(chǎn)量和生理效應(yīng)的主要因素[26]。玉米養(yǎng)分高效利用課題組前期研究發(fā)現(xiàn)[27],與不施鋅處理相比,在玉米拔節(jié)期大口期1∶1噴施鋅肥,能夠提高籽粒Zn含量34.3%,本研究中也有相同結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,對其他礦質(zhì)元素含量做進(jìn)一步分析,首次發(fā)現(xiàn)不同元素對鋅肥噴施時期的響應(yīng)不同,籽粒中N含量在拔節(jié)期大口期1∶1噴施顯著提高,但P、K、Ca、B和Na含量在此處理下顯著下降,籽粒中的Mn和Fe含量在苗期拔節(jié)期1∶1葉面噴鋅處理下數(shù)值顯著高于拔節(jié)期大口期1∶1和大口期噴施,Zn含量以大口期噴施下達(dá)最高。籽粒中礦質(zhì)元素含量與葉面噴鋅時期間關(guān)系的生理和分子機制尚不清晰,需進(jìn)一步深入研究。

3.3 夏玉米籽粒礦質(zhì)元素含量間的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn),玉米籽粒礦質(zhì)元素間存在著一定的相關(guān)性[28-29],這表明,籽粒中礦質(zhì)元素存在著某種程度的依存關(guān)系。本試驗中,籽粒N含量與Zn含量呈顯著正相關(guān),線性回歸關(guān)系也達(dá)顯著水平。這與前人的研究結(jié)果一致[7,30]。N、Zn間存在協(xié)同關(guān)系,這可能是因為氮素能促進(jìn)玉米植株對鋅素的吸收和利用,供鋅條件下也能夠促進(jìn)葉片的光合作用,提高干物質(zhì)累積,增強植株對氮素的利用效率,因而N、Zn間存在顯著協(xié)同作用。籽粒中Fe、Zn含量之間也存在明顯的正相關(guān)關(guān)系,這可能是因為根系分泌低分子質(zhì)量次生氨基酸類物質(zhì)如麥根酸,能夠同時螯合活化土壤中的難溶性Fe或Zn,且鋅調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運體(ZRT)、鐵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運體(IRT)的活性具有一定的關(guān)系,Fe和Zn的吸收和利用具有同步性,因此,Zn和Fe存在明顯的協(xié)同效應(yīng)。但毛紅艷等[18]則發(fā)現(xiàn),籽?？俍n和Fe關(guān)系不明顯,這也表明籽粒中礦質(zhì)元素含量受作物基因型的影響很大。另外,本研究還發(fā)現(xiàn),籽粒中P和Zn含量之間也存在顯著正相關(guān)關(guān)系,這可能與植株中的Zn多與抗?fàn)I養(yǎng)化合物如含P植酸(PA)緊密結(jié)合,形成難溶性蛋白結(jié)構(gòu)的球狀晶體有關(guān)[31]。

綜上所述,在黃淮海夏玉米生產(chǎn)中,施用氮肥180 kg/hm2,并結(jié)合拔節(jié)期大口期1∶1葉面噴施鋅肥4.5 kg/hm2,能夠使玉米籽粒高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),并同步提高籽粒中N和Zn含量及N、Mg、Cu、Fe、Zn、Na和B的累積量,達(dá)到籽粒產(chǎn)量和礦質(zhì)元素營養(yǎng)品質(zhì)同步提高的目的,可在大田中進(jìn)行推廣應(yīng)用。