， ，

(1.中國科學院大學，北京 100049；2.中國科學院 東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所 黑土區(qū)農業(yè)生態(tài)重點實驗室，吉林 長春 130102；3.吉林省農業(yè)技術推廣站，吉林 長春 130102)

0 引 言

玉米是我國第一大糧食作物，產量高于水稻和小麥。玉米增產潛力巨大，許多學者通過研究玉米的栽培途徑來達到增產的目的。在作物的栽培過程中，生育后期葉片功能的過早衰退是影響產量的重要因素[1]。隨著玉米籽粒和營養(yǎng)器官成熟發(fā)育同時進行，延長玉米葉片功能，防止其過早老化成為亟需解決的問題[2]。

玉米的行間距配置影響冠層結構，適宜的行向和行距配置可以構建良好的群體冠層結構，進而有利于提高冠層光、溫度、濕度和CO2等微環(huán)境[3-6]。玉米南偏西 20°行向、160 cm+40 cm壟距種植模式通過定向、定距種植而改變植株田間配置，優(yōu)化了群體結構，改善了群體內光照、溫度、濕度和CO2等微環(huán)境，可能對玉米葉片生長和功能產生影響，從而在一定程度上減緩了玉米的衰老速度。

南偏西 20°行向是中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所研發(fā)的新型高光效種植壟向，這個角度是根據試驗地處吉林省德惠市的緯度，通過公式計算得到。選擇這樣的種植壟向可以使種植行的水平投影最短，保證作物植株得到光照時間最長，再結合太陽輻射的日變化規(guī)律，確定南偏西 20°為新型種植模式的壟向[7-8]。

前人對傳統(tǒng)種植方式和寬窄行不同種植方式下的玉米葉片生育后期的生理衰老影響差異研究較多，但是對南偏西 20°行向、160 cm+40 cm壟距種植的玉米不同葉位葉片生育后期的生理指標的變化規(guī)律研究較少。因此，通過大田試驗，測定玉米開花期后一些與光合和衰老有關的生理指標，比較不同種植方式對玉米生理指標的影響差異，對揭示南偏西 20°行向、160 cm+40 cm壟距種植方式對玉米生育后期延緩衰老的機理提供理論依據和決策參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗位于吉林省德惠市米沙子鎮(zhèn)晨光村6社的中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所德惠試驗基地(125°33′28″E，44°12′21″N)，該基地屬于中溫帶大陸氣候，年平均氣溫4.4℃，年平均降水量520 mm，無霜期138 d。試驗區(qū)土壤為中層黑土，耕層土壤(0～20 cm)基本理化性狀為有機質26.9 g·kg-1，全N 1.20 g·kg-1，全P 1.06 g·kg-1，全K 16.9 g·kg-1，速效氮119 mg·kg-1，速效磷18.0 mg·kg-1，速效鉀111 mg·kg-1，土壤容重1.12 g·cm-3，pH 6.6。

試驗采用裂區(qū)設計，玉米種植行距為主區(qū)，玉米種植行向為副區(qū)。種植行距分為65 cm、160 cm+40 cm，種植行向分為東西向(EW)、南偏西20°(SW20)行向，共設計4個小區(qū)，每個小區(qū)面積600 m2，3 次重復。玉米品種為良玉99。試驗采用手工點播，播種密度為6.50萬株·hm-2。施肥量為N 240 kg·hm-2，P2O5和K2O為90 kg·hm-2。播種前施用磷肥，鉀肥和40%氮肥，60%氮肥用于拔節(jié)期追肥。其他管理措施與當地相同。

分別在開花期，開花后15 d，開花后30 d和開花后60 d共取樣4次。自地面以上最先生長出的葉片稱為第一片葉，自基部向上，分別為第二片葉，第三片葉……。取第九片葉(記為9th leaf，代表下部葉片)、穗位葉(記為ear leaf，代表中部葉片)和第二十片葉(記為20th leaf，代表上部葉片)。在各小區(qū)按照“S”形選取生長狀態(tài)一致3株有代表性的玉米植株進行測定。葉綠素含量用 SPAD-502 型葉綠素計測定，測定部位為每株玉米不同層次葉片的基部、中部和尖部主脈兩側，取不同部位SPAD的平均值作為該層葉片的SPAD值。

在測定完SPAD值后，避開主葉脈，用剪子分別在葉片中部剪取1 g左右的葉片迅速放入液氮中，帶回實驗室測定超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性。 SOD 酶活性測定采用氮藍四唑光化還原法測定[9]，POD酶活性的測試采用愈創(chuàng)木酚法[9]測定。

于開花后60 d取全株葉片，棒三葉做為一組(記為中部葉片)，棒三葉以上作為一組(記為上部葉片)，棒三葉以下作為一組(記為下部葉片)，分別烘干粉碎后，測定N元素含量。

1.2 數據分析

用 Microsoft Excel 2003和SPSS16.0軟件進行統(tǒng)計分析，Origin8.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同行向和種植方式玉米生育后期不同葉位葉片SPAD值動態(tài)

穗位葉和下部葉片的SPAD值較高，而上部葉片的SPAD值最低，見圖1。不同行向比較，開花后15 d，玉米的下部葉片和穗位葉受行向影響達顯著水平，均為南偏西20°行向高于東西行向，分別提高9.15%和10.9%。開花后60 d，玉米的上部葉片的SPAD值受行向影響，程度達顯著水平。不同時期比較，下部葉片和中部葉片前期的SPAD值高于后期，而上部葉片在前期SPAD值較低，而后升高，至后期又降低。在生育后期，東西行向種植的玉米穗位葉和上部葉片，160 cm+40 cm壟距比65 cm均勻壟分別高了4.21%和5.05%；南偏西20°種植的玉米上部葉片，160 cm+40 cm壟距比65 cm均勻壟高了13.1%。

圖1 不同行向和種植方式玉米不同葉位葉片生育后期SPAD值Fig.1 SPAD value of leaves at different leaf positions of maize with different row orientations and planting patterns

2.2 不同行向和種植方式玉米不同葉位葉片氮含量

不同部位N含量的關系表現為(圖2)：穗位葉>上部葉片>下部葉片。不同的行向比較，南偏西20°行向種植下的玉米上、中、下不同部位葉片中N含量均顯著高于東西行向(P<0.05)，分別提高11.2%、13.0%和33.3%，不同的種植壟距下的玉米不同葉位葉片的N含量差異也達到了顯著水平。在南偏西20°行向中，160 cm+40 cm壟距種植下的玉米下部葉片中N含量顯著高于65 cm均勻壟，提高8.08%，上部、中部葉片分別高于65 cm均勻壟4.46%和2.16%，但未達到顯著水平。

圖2 不同行向和種植方式玉米不同葉位葉片生育后期N含量Fig.2 Nitrogen contents of maize leaves at different leaf positions with different row orientations and planting patterns

2.3 不同行向和種植方式玉米不同葉位葉片SOD酶活性動態(tài)變化

不同行向和種植方式玉米不同葉位葉片生育后期SOD酶活性見圖3。不同葉位比較，開花期和開花后15 d，玉米不同葉位的SOD酶活性相差不大，而開花后30 d和開花后60 d，玉米不同層位葉片SOD酶活性出現明顯差異，表現為：下部葉<穗位葉<上部葉。不同行向比較，65 cm均勻壟中，南偏西20°種植的開花期玉米穗位葉和上部葉片、開花15 d玉米下部葉片以及開花30 d玉米穗位葉中SOD酶活性顯著高于東西行向，分別高17.5%、67.3%、22.7%和79.1%。160 cm+40 cm壟距中，南偏西20°種植的開花30 d下部葉片和穗位葉中SOD酶活性顯著高于東西行向，分別高72.4%和23.2%。不同行距比較，東西行向中，160 cm+40 cm壟距種植的開花期玉米穗位葉和上部葉片、開花15d玉米下部葉片和穗位葉、開花30 d玉米穗位葉中SOD酶活性顯著高于65 cm均勻壟，分別高32.6%、47.1%、98.5%、96.3%和25.3%。南偏西20°中，160 cm+40 cm壟距種植的玉米開花15 d穗位葉和上部葉片、開花60 d玉米上部葉片中SOD酶活性顯著高于65 cm均勻壟，分別高112.5%、24.4%和62.4%。不同時期比較，下部葉片和穗位葉的SOD酶活性呈下降趨勢，上部葉片的SOD酶活性在各個時期保持平緩狀態(tài)。

2.4 不同行向和種植方式玉米不同葉位葉片POD酶活性動態(tài)變化

不同行向和種植方式玉米不同葉位葉片生育后期POD酶活性見圖4。從不同時期來看，三種不同葉位的葉片POD酶活性呈先降低后增加的趨勢。開花期玉米的下部葉片和上部葉片以及開花30d玉米上部葉片均受到不同行向和行距的影響(圖4)，差異達到了顯著。不同行向比較，65 cm均勻壟中，南偏西20°種植的開花期玉米的下部葉片和上部葉片以及開花30d玉米上部葉片POD酶活性顯著高于東西行向，分別高215.8%、23.4%和31.3%。160 cm+40 cm壟距中，南偏西20°種植的開花期和開花30 d玉米的上部葉片POD酶活性顯著高于東西行向, 分別高16.5%和15.4%。不同行距比較，東西行向中，160 cm+40 cm壟距種植的開花期玉米下部葉片和上部葉片POD酶活性顯著高于65 cm均勻壟，分別高78.9%和25.4%。

圖4 不同行向和種植方式玉米不同葉位葉片生育后期POD酶活性Fig.4 POD activity of maize leaves at different leaf positions with different row orientations and planting patterns

3 討 論

葉片的葉綠素濃度下降可能是導致光合作用下降的重要原因，葉片變黃速率和持綠期等可作為衰老進程的度量指標[10-11]。另外，種植密度會顯著改變群體內微氣候環(huán)境，這可能導致玉米葉片衰老進程出現差異，所以本研究從個體層面著眼于葉片衰老與SPAD值的關系。因為葉綠素含量下降是植物衰老過程的標志[12]，所以本研究進一步對玉米不同部位葉片葉綠素含量進行比較，發(fā)現不同部位葉片衰老存在進度和程度上的明顯差異，下部葉片和中部葉片前期的SPAD值高于后期，而上部葉片的SPAD值呈現先升高后降低的趨勢。這是因為此時上部和中部葉片剛展開，處于生長發(fā)育的前期，葉綠素含量處于增長階段，而下部葉片已經進入到衰老階段，處于葉綠素含量由最高值下降的時期，所以此時葉綠素含量表現為下部葉片>中部葉片>上部葉片，這與高英波等[13]人的研究相同。羅瑤年等認為玉米葉片衰老是從基部葉開始，而后下部葉，轉向上部葉再發(fā)展到中部穗三葉(穗位葉及穗位上、下2 葉) ，穗三葉的功能期最長，衰老發(fā)生最晚[14]，這與本文指出穗位葉的葉綠素含量高于其他部位的觀點一致。在開花后15 d，南偏西20°行向種植下的玉米下部葉片和中部葉片，以及開花后60 d，玉米上部葉片中SPAD值顯著高于東西向，說明南偏西20°行向有效減緩玉米葉片SPAD值下降，有利于延緩葉片衰老的速度。這是由于南偏西20°行向可以縮短作物的水平投影，使玉米得到的光照時間最長，所以葉片的葉綠素含量最高。并且在開花后15 d，南偏西20°、160 cm+40 cm種植方式玉米穗位葉葉綠素含量和傳統(tǒng)種植方式相比有顯著差異。氮素是植物生長不可或缺的大量營養(yǎng)元素，是構成生物體蛋白質、核酸、葉綠素及酶等的成分，是限制植物生長和形成產量的首要因素，對改善作物品質也有明顯作用[15]。南偏西20°行向種植下的玉米上、中、下不同部位葉片中N含量均極顯著高于東西行向，說明南偏西20°行向種植玉米葉片更易于進行光合作用。光合效果好，光合產物增加促進氮素積累，合成植物體必要組成成分。在南偏西20°行向中，160 cm+40 cm壟距種植下的玉米下部和上部葉片中N含量顯著高于65 cm均勻壟，說明不同種植方式對玉米不同葉位葉片N含量影響不一樣。在開花后60 d，南偏西20°、160 cm+40 cm種植方式下的玉米穗位葉N含量顯著高于東西壟向、65 cm均勻壟，說明前者更有利于改善葉片營養(yǎng)狀況，從而促進光合作用，增加營養(yǎng)物質的積累。

自Fridovich 提出生物自由基假說,許多學者已深入關注植物抗逆和衰老機制研究。大量研究已證明，葉片衰老過程是活性氧代謝紊亂的過程，SOD、POD和CAT是植物體內最重要的活性氧清除系統(tǒng)[16-17]。國內外學者一致認為,葉片中保護酶活性受干旱和營養(yǎng)缺乏的逆境影響升高，細胞膜脂過氧化程度降低[18-22]，但這些研究主要針對果穗葉。王空軍等[20]則認為中下部葉片保護酶活性高和膜脂過氧化程度低是我國20世紀90年代玉米品種高產抗逆的有利因素。本研究以傳統(tǒng)種植方式下的玉米為參照,比較我國東北地區(qū)160 cm +40 cm壟距種植的春玉米冠層不同部位葉片抗氧化酶活性,結果表明：SOD酶活性下降速度為：下部葉>穗位葉>上部葉；在開花后15 d和30 d，南偏西20°、160 cm+40 cm種植方式下的玉米穗位葉SOD酶活性顯著高于東西壟向、65 cm均勻壟；在東西壟向中，160 cm+40 cm壟距種植的玉米不同時期的穗位葉均明顯大于65 cm均勻壟，說明160 cm+40 cm壟距種植方式葉片有較強的活性氧和超氧物陰離子自由基的清除能力，這對于延緩衰老具有重要意義。這與寬窄行種植方式有關，與傳統(tǒng)均勻壟種植相比較，功能葉片的光照條件得到了改善，提高了光合作用，葉片的衰老速度減慢。在整個生育期內，3種不同葉位的葉片POD酶活性呈先降低后增加的趨勢，后期增加的原因可能是因為POD酶與SOD酶在清除活性氧的過程中起到協同作用，玉米在生育后期，群體密度加大，透光性下降，促使葉片功能期縮短，加快衰老進程，細胞中SOD和POD含量都很低時，植物體會增加POD酶來抵抗外界不良環(huán)境[23]。

綜上所述，無論在何種行向下，160 cm+40 cm壟距對玉米上部葉片延緩衰老的效果顯著，抗逆性顯著增強；并且在相同的種植方式下，吉林省地區(qū)的玉米種植壟向以南偏西20°最佳。

4 結 論

玉米穗位葉的SPAD值較高，而上部葉片的SPAD值最低；南偏西20°行向中，前期的下部葉片和穗位葉，以及后期上部葉片中SPAD值顯著高于東西行向。南偏西20°行向種植下的玉米上、中、下不同部位葉片中N含量均極顯著高于東西行向。在南偏西20°行向中，160 cm+40 cm壟距種植下的玉米下部和上部葉片中N含量顯著高于65 cm均勻壟。超氧化物歧化酶活性下降速度為：下部葉>穗位葉>上部葉，東西行向中，160 cm+40 cm壟距種植的玉米不同時期的穗位葉和上部葉片均明顯大于65 cm均勻壟，說明160 cm+40 cm壟距種植方式下葉片有較強的活性氧和超氧物陰離子自由基的清除能力，這對于延緩衰老具有重要意義。在整個生育期內，3種不同葉位的葉片過氧化物酶活性呈先降低后增加的趨勢。與傳統(tǒng)種植方式下的玉米相比，160 cm+40 cm壟距種植的玉米葉片衰老進程延緩，且衰老程度明顯較低。在吉林省糧食產區(qū)，行向為南偏西20°，行距為160 cm+40 cm的寬窄行種植方式可以優(yōu)化玉米的生理特性，提高玉米產量。

不同種植方式和不同壟向處理對玉米種群環(huán)境條件的影響是不同的，這種影響對最終光合產物積累的影響值得進一步研究，這在一定程度上能為玉米高產栽培提供合理的理論支撐。

[1] 魏道智,寧書菊,林文雄.小麥根系活力變化與葉片衰老的研究[J].應用生態(tài)學報,2004,15(9):1565-1569.

WEI D Z,NING S J,LIN W Y.Relationship between wheat root activity and leaf senescence[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2004,15(9):1565-1569.

[2] 李春喜,姜麗娜,代西梅,等.小麥氮素營養(yǎng)與后期衰老關系的研究[J].麥類作物學報,2000,20(2):39-41.

LI C X,JIANG L N,DAI X M,et al.The relationship between nitrogen nutrition and leaf senescence in the later stage of wheat[J].Acta Tritical Crops,2000,20(2):39-41.

[3] 王 洋,齊曉寧,劉勝群,等.寬窄行種植方式對生育后期玉米葉片衰老的影響[J].土壤與作物,2016,5(4):211-214.

WANG Y,QI X N,LIU S Q,et al.Effects of wide-narrow row planting pattern on leaf senescence during seed filling in maize[J].Soils and Crops,2016,5(4):211-214.

[4] 劉勝群,劉鐵東,宋鳳斌,等.行向和種植方式對玉米穗下節(jié)間與莖倒伏相關性狀的影響[J].土壤與作物,2016,5(3):159-165.

LIU S Q,LIU T D,SONG F B,et al.Effects of row orientation and planting pattern on traits associated with stem lodging in maize[J].Soils and Crops,2016,5(3):159-165.

[5] 劉 忠,黃 峰,李保國.2003-2011年中國糧食增產的貢獻因素分析[J].農業(yè)工程學報,2013,29(23):1-8.

LIU Z,HUANG F,LI B G.Investigating contribution factors to China′s grain output increase in period of 2003 to 2011[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(23):1-8.

[6] 張 林,祖朝龍,解瑩瑩,等.行向與行距對煙田水、溫和光照條件及烤煙生長的影響[J].中國煙草科學,2013,34(5):7-12.

ZHANG L,ZU C L,XIE Y Y,et al.Effects of row directions and row spacing on soil temperature,soil moisture,ill umination and growth of flue-cured tobacco[J].Chinese Tobacco Science,2013,34(5):7-12.

[7] 李懷慶，劉英杰，周高飛，等.玉米高光效保護性耕作栽培技術[J].現代化農業(yè),2011(9):10-11.

LI H Q, LIU Y J, ZHOU G F，et al.High light efficiency technology for maize conservation tillage[J].Modernizing Agriculture, 2011(9):10-11.

[8] 任彩鳳，魏慶生，楊中秋.玉米高光效休耕輪作栽培技術[J].農村科學實驗,2009(12):12.

REN C F, WEI Q S, YANG Z Q.High light efficiency technology for maize fallow-rotation cultivation[J].Rural Science and Experiment,2009(12):12.

[9] 白寶璋,于漱琦,田文勛,等.植物生理學(下:實驗教程)[M].北京:中國農業(yè)科技出版社,1996．

BAI B Z, YU S Q, TIAN W X.Plant physiology:Second half part for experimental course[M].Beijing:China Agricultural Science and Technology Press, 1996.

[10] COLOMB B,KINIRY J R,DEBAEKE P.Effect o f soil phosphor us on leaf development and senescence dynamics of field-grown maize[J].Agronomy Journal,2000,92(3):428-435.

[11] ERLEY G S,BEGUM N,WORKU M,et al.Leaf senescence induced by nitrogen deficiency as indicator of genotypic differences in nitrogen efficiency in tropical maize[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science,2007,170(1):106-114.

[12] STODDART J L,THOMAS H.Leaf senescence[M].In:BOULTER D,PARTHIER B,eds.Encyclopedia of Plant Physiology.Berlin:Springer-Verlag,1982：592-636.

[13] 高英波,高聚林,王志剛,等.不同栽培模式對春玉米花粒期葉片衰老特性及產量的影響[J].內蒙古農業(yè)大學學報(自然科學版),2011,32(4):140-144.

GAO Y B,GAO J L,WANG Z G,et al.Effects of cultivation patterns on leaf senescence and yield of spring maize during flowering milking stages[J].Journal of Inner Mongolia Agricultural University(Natural Science Edition),2011,32(4):140-144.

[14] 羅瑤年,張建華,李 霞．玉米葉片的衰老[J].玉米科學,1992,1(1):40-43,47．

LUO Y N,ZHANG J H,LI X.Aging of corn leaves[J].Journal of Maize Science,1992,1(1):40-43,47．

[15] 陸景陵.植物營養(yǎng)學[M].北京:中國農業(yè)大學出版社,2005.

LU J L.Plant nutrition[M].Beijing:China Agricultural University Press, 2005.

[16] HODGES D M,ANDREWS C J,JOHNSON D A,et al.Antioxidant enzyme responses to chilling stress in differentially sensitive inbred maize lines[J].Journal of Experimental Botany,1997,48(5):1105-1113.

[17] HU T T,YUAN L N,WANG J F,et al.Antioxidation responses of maize roots and leaves to partial root-zone irrigation[J].Agricultural Water Management,2010,98(1):164-171.

[18] PASTORI G M,TRIPPI V S.Antioxidative protection ina drought-resistant maize strain during leaf senescence[J].Physiologia Plantarum,1993,87(2):227-231.

[19] ISLAM M R,XUE X Z,MAO S S,et al.Effects of water-saving superabsorbent polymer on antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation inoat (AvenasativaoL.) under drought stress[J].Journal of the Science Food and Agriculture,2011,91(4):680-686.

[20] 葛體達,隋方功,白莉萍,等.水分脅迫下夏玉米根葉保護酶活性變化及其對膜脂過氧化作用的影響[J].中國農業(yè)科學,2005,38(5):922-928.

GE T D,SUI F G,BAI L P,et al.Effects of water stress on the protective enzyme activities and lipid peroxidation in roots and leaves of summer maize[J].Scientia Agricultura Sinica,2005,38(5):922-928.

[21] 邵國慶,李增嘉,寧堂原,等.灌溉與尿素類型對玉米花后穗位葉衰老、產量和效益的影響[J].中國農業(yè)科學,2009,42(10):3459-3466.

SHAO G Q,LI Z J,NING T Y,et al.Effects of irrigation and urea types on ear leaf senescence after anthesis,yield and economic benefit of maize[J].Scientia Agricultura Sinica,2009,42(10):3459-3466.

[22] 聶樂興,姜興印,吳淑華,等.胺鮮酯對高產夏玉米產量及葉片光合羧化酶和保護酶活性的影響[J].應用生態(tài)學報,2010,21(10):2558-2564.

NIE L X,JIANG X Y,WU S H,et al.Effects of DA-6 on leaf photosynthetic carboxylase and protective enzyme activities and grain yield of high-yielding summer maize[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2010,21(10):2558-2564.

[23] 王永軍,楊今勝,袁翠平,等.超高產夏玉米花粒期不同部位葉片衰老與抗氧化酶特性[J].作物學報,2013,39(12):2183-2191.

WANG Y J,YANG J S,YUAN C P,et al.Characteristics of senescence and antioxidant enzyme activities in leaves at different plant parts of summer maize with the super-high yielding potential after anthesis[J].Acta Agronomica Sinica,2013,39(12):2183-2191.