種植密度及鋅和硒對(duì)糯玉米穗部性狀與鮮籽粒產(chǎn)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(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,陜西楊凌 712100;2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 醫(yī)院,陜西楊凌 712100)

鋅是作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的關(guān)鍵元素[1],參與植物生理生化代謝活動(dòng),能夠增加植物體內(nèi)葉綠素的含量,影響光合反應(yīng)中有關(guān)酶的合成[2]。生育期噴施鋅肥能增加作物產(chǎn)量,提高作物商品率[3],緩解土壤結(jié)構(gòu)性缺鋅癥狀[4-6]。硒參與了生物體生理代謝和生長(zhǎng)發(fā)育中的多個(gè)生物學(xué)過(guò)程,對(duì)癌癥等疾病有一定的防治作用[7-8]。作物和人體對(duì)鋅硒的需求量并不大,但是缺乏鋅、硒后,作物會(huì)表現(xiàn)出“缺素癥”,人體正常的功能代謝也會(huì)受到威脅。中國(guó)大部分土壤缺鋅[9],72%的土壤缺硒[10]。人體自身也無(wú)法合成鋅硒,只能通過(guò)飲食補(bǔ)充達(dá)到補(bǔ)鋅硒的目的。匡恩俊等[11]認(rèn)為,通過(guò)作物外源硒的施用來(lái)提高作物秸稈和籽粒中的含硒量,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)人體的安全經(jīng)濟(jì)補(bǔ)硒。

糯玉米風(fēng)味獨(dú)特、營(yíng)養(yǎng)豐富,被營(yíng)養(yǎng)學(xué)家稱(chēng)為“新型營(yíng)養(yǎng)保健食品”“綠色蔬菜”和“長(zhǎng)壽食品”[12],在中國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景。過(guò)去主要通過(guò)調(diào)整密度和肥料投入等栽培措施來(lái)實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)增收、提升品質(zhì)。研究表明,密度過(guò)大過(guò)小都不利于糯玉米產(chǎn)量的提升,只有適宜的種植密度可以通過(guò)協(xié)調(diào)玉米群體的源庫(kù)關(guān)系來(lái)達(dá)到增產(chǎn)目的[13-15]。氮磷鉀肥的大量施入在實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)增收、提升品質(zhì)上確有成效,但與此同時(shí),過(guò)量肥料的施用不僅會(huì)導(dǎo)致土壤中氮、磷、鉀過(guò)剩,污染環(huán)境、而且會(huì)造成土壤板結(jié)嚴(yán)重,品質(zhì)下降[16-17];對(duì)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(bǔ)充對(duì)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育也具有至關(guān)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(zhì)的重要外觀指標(biāo)[18],直接影響鮮食玉米的價(jià)格和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為了充分挖掘糯玉米的增產(chǎn)提質(zhì)的潛力,前人更多關(guān)注施肥量和密度對(duì)糯玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,而關(guān)于微量元素鋅、硒對(duì)產(chǎn)量和穗部性狀影響的研究較少。因此,本試驗(yàn)通過(guò)探究不同種植密度下,微量元素鋅硒對(duì)糯玉米穗部性狀及產(chǎn)量的影響。為實(shí)現(xiàn)糯玉米穗部性狀的改善、產(chǎn)量的提升提供技術(shù)支持,為確定研究地區(qū)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(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年在陜西省咸陽(yáng)市涇陽(yáng)縣西北農(nóng)林科技大學(xué)小麥玉米試驗(yàn)示范站(34°36′N(xiāo),108°52′E)進(jìn)行,該區(qū)海拔為427.4 m,屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,60%～70%的降雨量主要集中在7-9月。試驗(yàn)地土壤肥力均勻,土壤類(lèi)型為壤土,0～40 cm耕層基礎(chǔ)養(yǎng)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(jī)質(zhì)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(yàn)期間氣象條件Fig.1 Meteorological conditions during the experiment

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種:‘陜白糯11’(西北農(nóng)林科技大學(xué)選育的玉米品種)、‘陜彩糯1954’(西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院專(zhuān)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(yàn)設(shè)計(jì)

采用二因素裂區(qū)不完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)品種設(shè)3個(gè)密度作為主區(qū):D1 (3.75萬(wàn)株·hm-2)、D2 (4.5萬(wàn)株·hm-2)、D3 (5.25萬(wàn)株·hm-2),葉面噴施鋅(M1)和硒(M2)2種微量元素作為副區(qū),以噴施水為對(duì)照。小區(qū)面積為21 m2,行距為60 cm,株距變化以調(diào)節(jié)密度。試驗(yàn)地前茬種小麥,小麥?zhǔn)斋@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(jié)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(shuō)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(diǎn)播方式播種,出苗后及時(shí)查苗補(bǔ)苗。田間管理依據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際進(jìn)行。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 農(nóng)藝性狀 葉面積和葉綠素的測(cè)定:于抽雄期、成熟期選取有代表性的5株糯玉米測(cè)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(zhǎng)度和葉片寬度,利用系數(shù)法求得單葉面積,即單葉面積=葉片中脈長(zhǎng)度×葉片寬度×系數(shù)(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(cè)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(gè)小區(qū)選取有代表性的3個(gè)果穗,去掉苞葉測(cè)定凈穗鮮質(zhì)量、穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗軸直徑等。

1.4.3 產(chǎn)量 在糯玉米鮮食期,統(tǒng)計(jì)每個(gè)小區(qū)中間3行3米樣段內(nèi)的果穗數(shù),稱(chēng)其總鮮穗凈質(zhì)量,計(jì)算鮮果穗產(chǎn)量;每個(gè)處理分別選取10個(gè)代表性果穗,剝下鮮籽粒后稱(chēng)量,計(jì)算鮮籽粒產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與做圖,應(yīng)用SPSS 26.0對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,采用Duncan氏法進(jìn)行多重比較和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度和鋅硒對(duì)糯玉米農(nóng)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(gè)品種在成熟期“棒三葉”葉面積均有降低趨勢(shì)。抽雄期“棒三葉”葉面積整體表現(xiàn)為:穗位葉>穗下葉>穗上葉,成熟期表現(xiàn)為:穗下葉>穗位葉>穗上葉。隨著密度的增大,2個(gè)品種的“棒三葉”總面積有不同程度的減小趨勢(shì)。在成熟期密度對(duì)‘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?cè)~面積。在D3M1和D3M2處理下,‘陜白糯11’成熟期“棒三葉”的總?cè)~面積與對(duì)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(duì)‘陜彩糯1954’的總?cè)~面積均沒(méi)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(jìn)‘陜白糯11’“棒三葉”總?cè)~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(gè)品種的葉綠素含量在不同時(shí)期有顯著的差異。與抽雄期相比,不同處理下2個(gè)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(duì)2個(gè)品種的葉綠素含量均沒(méi)有顯著影響。在一定密度范圍內(nèi),2個(gè)品種的葉綠素含量不會(huì)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(gè)品種的葉綠素含量與CK之間并沒(méi)有顯著差異,但M1在一定程度會(huì)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(qiáng),葉片衰老速度較慢。D3密度處理下,噴施微量元素并不會(huì)顯著降低2個(gè)品種的葉綠素含量。

不同小寫(xiě)字母表示差異達(dá)5%顯著性水平

2.2 種植密度和鋅硒對(duì)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(yōu)于‘陜彩糯1954’。密度和微量元素對(duì)不同品種穗部性狀的影響不同。低密度(D1)下2個(gè)品種的穗部性狀要優(yōu)于較高種植密度(D2、D3),但整體影響并不顯著。種植密度對(duì)‘陜白糯11’的行粒數(shù)和穗軸直徑有極顯著影響,除穗軸直徑和禿尖長(zhǎng)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(shù)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(huì)降低‘陜白糯11’的穗部品質(zhì)。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(duì)‘陜彩糯1954’的鮮穗凈質(zhì)量和行數(shù)有極顯著影響,D1密度下‘陜彩糯1954’的鮮穗凈質(zhì)量顯著高于D2,D3密度水平。D1M1和D3M1處理下,鮮穗凈質(zhì)量與對(duì)照相比略有提升。總體說(shuō)明,較高種植密度(D2、D3)不會(huì)對(duì)2個(gè)品種的整體穗部性狀產(chǎn)生顯著的負(fù)效應(yīng),在D3種植密度下,噴施微量元素對(duì)‘陜白糯11’穗部性狀的改善有一定促進(jìn)作用,且M2處理的作用效果要優(yōu)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(duì)糯玉米產(chǎn)量的影響

由表3可知,‘陜白糯11’的產(chǎn)量高于‘陜彩糯1954’。播種密度對(duì)2個(gè)品種鮮果穗產(chǎn)量和鮮籽粒產(chǎn)量的影響都達(dá)到極顯著水平,隨著密度的增大,2個(gè)品種的鮮果穗產(chǎn)量和鮮籽粒產(chǎn)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(duì)各產(chǎn)量的影響不顯著,噴施相同的微量元素對(duì)不同品種的增產(chǎn)效應(yīng)不同,‘陜白糯11’在D3M2處理下,鮮籽粒產(chǎn)量(9 068.61 kg·hm-2)和鮮果穗產(chǎn)量(10 749.83 kg·hm-2)都最高,與對(duì)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(chǎn)量(7 622.46 kg·hm-2)和鮮果穗產(chǎn)量(10 565.61 kg·hm-2)與對(duì)照相比分別增加了7.10%和7.18%。說(shuō)明密度會(huì)顯著影響鮮籽粒和鮮果穗產(chǎn)量,在一定的密度范圍內(nèi),產(chǎn)量隨著密度的增大而增大。而微量元素鋅硒的增產(chǎn)效應(yīng)并不顯著,且不同品種對(duì)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(chǎn),D3M1處理更有利于‘陜彩糯1954’增產(chǎn)。

表3 不同處理下糯玉米的鮮籽粒產(chǎn)量和鮮果穗產(chǎn)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(duì)糯玉米穗部性狀和產(chǎn)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(huì)顯著降低有效穗長(zhǎng)、出籽率以及百粒質(zhì)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(shù)、千粒質(zhì)量下降,致使玉米籽粒庫(kù)容和單株籽粒產(chǎn)量顯著降低。這與本研究“除穗軸直徑和禿尖長(zhǎng)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(shì)”的結(jié)論基本一致。段留生等[22]研究表明良好源庫(kù)關(guān)系的建立與協(xié)調(diào)是保證單株良好生長(zhǎng)環(huán)境建立的基礎(chǔ)。合理的種植密度有利于群體效應(yīng)的發(fā)揮,協(xié)調(diào)源庫(kù)關(guān)系,糯玉米單株在低密度下水肥供應(yīng)充足,田間光照和養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)小,植株葉片持綠性較好,葉綠素含量較高,籽粒灌漿期延長(zhǎng)且灌漿充分,有利于增大穗長(zhǎng),減小禿尖長(zhǎng)度,增加穗行數(shù)和行粒數(shù),保證果穗發(fā)育良好,單穗鮮質(zhì)量提高;而在高種植密度下,不合理的冠層結(jié)構(gòu)影響了田間的通風(fēng)透光性[23],導(dǎo)致植株對(duì)光照和養(yǎng)分等資源的競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)增大,穗長(zhǎng)增大受限,穗行數(shù)和行粒數(shù)減少,單穗鮮質(zhì)量降低,從而導(dǎo)致果穗商品品質(zhì)降低。而在本研究中,與低種植密度相比,D3種植密度并沒(méi)有對(duì)農(nóng)藝性狀和穗部性狀產(chǎn)生顯著的負(fù)效應(yīng)。說(shuō)明在D3種植密度下,2個(gè)品種仍能較好地協(xié)調(diào)源庫(kù)關(guān)系,構(gòu)建出合理的群體結(jié)構(gòu),促進(jìn)群體間良性競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的形成,從而降低了高密度對(duì)穗部性狀帶來(lái)的不利影響。

種植密度是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因素,可以通過(guò)適度增加密度來(lái)提高產(chǎn)量[24-25]。段留生等[22]研究發(fā)現(xiàn)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(zhì)量。Tollenaar等[26]和趙文明等[27]研究表明,密植是提高玉米單產(chǎn)的重要措施之一;群體產(chǎn)量會(huì)隨著單株籽粒產(chǎn)量的降低而降低,隨著畝穗數(shù)的升高而升高[21]。佟屏亞等[28]研究認(rèn)為,玉米單株的生產(chǎn)效應(yīng)會(huì)因?yàn)榉N植密度的增加而有所下降,當(dāng)單株生產(chǎn)效應(yīng)對(duì)總產(chǎn)量的影響超過(guò)群體生產(chǎn)效應(yīng)時(shí),則表現(xiàn)群體總產(chǎn)量下降。本研究中,隨著播種密度的增大,兩個(gè)品種的穗部性狀略受影響,但2個(gè)品種的鮮果穗產(chǎn)量和鮮籽粒產(chǎn)量均顯著提升。這是因?yàn)樵谝欢ǖ姆N植密度范圍內(nèi),雖然低密度種植有利于單株穗粒數(shù)和粒質(zhì)量的提升,但是由于單位面積株數(shù)和穗數(shù)較少,單株增產(chǎn)效應(yīng)難以超過(guò)群體增產(chǎn)效應(yīng),導(dǎo)致群體增產(chǎn)受限,產(chǎn)量下降;而在高種植密度下,雖然玉米單株的生產(chǎn)效應(yīng)有所下降,但單位面積內(nèi)植株數(shù)量多,較高的單位面積穗數(shù)可以彌補(bǔ)單株穗粒數(shù)和粒質(zhì)量下降對(duì)產(chǎn)量的影響,因而能夠保證高產(chǎn)。說(shuō)明D3種植密度下有利于兩個(gè)品種增產(chǎn)。

3.2 鋅與硒對(duì)糯玉米穗部性狀和產(chǎn)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(guò)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(huì)因?yàn)閲娛╀\肥后有效穗數(shù)和穗粒數(shù)減少而微減產(chǎn);甜玉米的農(nóng)藝性狀和外觀品質(zhì)會(huì)因灌漿前期葉面噴施富硒營(yíng)養(yǎng)素而有所改善[35]。

黃愛(ài)花等[36]表明在適宜的生育期葉面噴施適當(dāng)濃度的硒肥可提高甜玉米的鮮穗產(chǎn)量。隨著葉面噴施硒肥次數(shù)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(duì)鋅硒微肥的響應(yīng)不同,噴施硒肥更有助于改善‘陜白糯11’的穗部性狀、提高產(chǎn)量,而噴施鋅肥更有助于‘陜彩糯1954’改善穗部性狀、提高產(chǎn)量。

3.3 密度及鋅和硒對(duì)糯玉米穗部性狀與產(chǎn)量的影響

本研究表明,微量元素鋅硒的噴施效果會(huì)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(chǎn)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(chǎn)量和鮮果穗產(chǎn)量與對(duì)照相比分別增加了8.14%和7.94%。可能是因?yàn)樵谳^高種植密度下,‘陜白糯11’的葉面積指數(shù)較高,微量元素硒的吸收面積更大,提高了硒的轉(zhuǎn)化利用率,從而促進(jìn)鮮穗凈質(zhì)量的提高,穗長(zhǎng)和行粒數(shù)的增加,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn);而在低種植密度下則正好相反,硒元素附著面積小,蒸發(fā)量大,且葉面噴施無(wú)法滿(mǎn)足根系對(duì)硒的需求,導(dǎo)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(chǎn)量略?xún)?yōu)于對(duì)照。其中在D3種植密度下,葉面噴施鋅后鮮籽粒產(chǎn)量和鮮果穗產(chǎn)量與對(duì)照相比分別增加了 7.10%和7.18%,說(shuō)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(chǎn)量,這與張慶棟等[38]和孫海龍[39]的研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

綜上所述,‘陜白糯11’的在農(nóng)藝性狀、穗部性狀及產(chǎn)量上的總體表現(xiàn)都優(yōu)于‘陜彩糯1954’。在D3(5.25萬(wàn)株·hm-2)種植密度下,葉面噴施硒對(duì)‘陜白糯11’穗部性狀的改善和產(chǎn)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(chǎn)量的提升。本試驗(yàn)的研究結(jié)果不排除噴藥時(shí)空氣溫濕度和風(fēng)力大小等外界因素的影響,而葉面噴施微量元素鋅硒對(duì)糯玉米籽粒中鋅硒含量和籽粒品質(zhì)的影響還需要進(jìn)一步 研究。