閆 艷，徐麗娜，李麗杰，張志勇

（河南科技學(xué)院生命科技學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003）

0 引言

玉米（Zea mays L.）是重要的糧食作物和飼料作物，也是中國(guó)種植面積最大、產(chǎn)量最高的作物。近年來(lái)，中國(guó)玉米種植面積和產(chǎn)量均不斷增加，2019年種植面積達(dá)0.413億hm2，總產(chǎn)量達(dá)2610億kg，種植面積和總產(chǎn)量均位居全球第二，僅次于美國(guó)[1]，中國(guó)玉米增產(chǎn)對(duì)整個(gè)糧食作物增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率達(dá)到近60%，居糧食作物之首，在中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位，玉米的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)是保障中國(guó)糧食安全及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

科學(xué)合理施肥是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的重要措施，作物對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)元素的需求量不同。鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必要元素之一，鉀能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，前人研究表明，隨著施鉀量的增加，作物的鮮質(zhì)量隨之增加[2]。施鉀在促進(jìn)作物生長(zhǎng)的同時(shí)，也增強(qiáng)了作物的耐逆境能力，如抗倒伏[3-5]、抗病[6]、抗旱[7]等。玉米全生育期需肥量較多，對(duì)氮磷鉀的需求量以氮最多，其次是鉀，磷最少。適宜的鉀素營(yíng)養(yǎng)對(duì)玉米植株的生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用，鉀元素的缺少會(huì)影響土壤的營(yíng)養(yǎng)平衡，當(dāng)土壤缺鉀或過(guò)量時(shí)，會(huì)對(duì)玉米的產(chǎn)量品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益造成影響[8]。在一定的施用范圍內(nèi)，隨著鉀肥用量的增加，玉米的產(chǎn)量也會(huì)隨之提高，但超過(guò)適宜范圍，產(chǎn)量則會(huì)隨之下降[9]。包紅靜[10]等研究表明，施用鉀肥的同時(shí)可以促進(jìn)玉米對(duì)氮磷養(yǎng)分的吸收，在一定氮磷肥基礎(chǔ)上應(yīng)適當(dāng)增施鉀肥。

增加種植密度是獲得玉米群體產(chǎn)量的重要措施之一[11]，種植密度和施肥量是影響玉米產(chǎn)量的重要因素，增加玉米種植密度，合理施肥，提高化肥利用效率是提高玉米群體產(chǎn)量的關(guān)鍵[12]。鉀是玉米生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可或缺的營(yíng)養(yǎng)元素，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增加鉀肥用量可改善玉米植株形態(tài)特征，促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。在玉米栽培的過(guò)程中合理密植與適量肥料供應(yīng)相配合，能夠有效提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗(yàn)采用水培方式，通過(guò)設(shè)置不同梯度的鉀濃度和留苗株數(shù)，研究了玉米幼苗生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)指標(biāo)對(duì)不同鉀濃度和留苗株數(shù)的響應(yīng)，以期為玉米生產(chǎn)過(guò)程中合理高效增施鉀肥提供試驗(yàn)參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及地點(diǎn)

供試材料為‘粒收1號(hào)’，試驗(yàn)于河南科技學(xué)院人工氣候室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

挑選形狀大小均勻一致的玉米種子，將玉米種子用10% H2O2消毒5 min，然后用自來(lái)水沖洗6～8遍備用。將消毒后的種子置于雙層吸水紙中間（吸水紙用滅菌后的全營(yíng)養(yǎng)液潤(rùn)濕），玉米種子均勻擺放在距頂部3～4 cm的位置，玉米種子之間的距離約為3 cm，每卷放置8粒玉米種子，種子擺放好后將雙層吸收紙慢慢卷起，并用橡皮筋固定，垂直置于裝有2 L營(yíng)養(yǎng)液的培養(yǎng)盒中。使種子在黑暗中28℃條件下萌發(fā)6天。在萌發(fā)過(guò)程中，觀察是否存在滋生細(xì)菌，如果滋生細(xì)菌則噴灑多菌靈進(jìn)行殺菌。萌發(fā)生長(zhǎng)6天后，挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的玉米幼苗進(jìn)行移栽，于28℃的人工氣候室中進(jìn)行培養(yǎng)生長(zhǎng)。移栽后3天更換營(yíng)養(yǎng)液，此后每隔2天更換一次，幼苗生長(zhǎng)28天后停止培養(yǎng)進(jìn)行取樣，每個(gè)處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的玉米植株，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

其中，鉀以氯化鉀的形式供給，試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)鉀濃度梯度，分別為K1：1.35 mmol/L、K2：1.85 mmol/L、K3：2.35 mmol/L、K4：2.85 mmol/L，營(yíng)養(yǎng)液均用蒸餾水配置。調(diào)節(jié)pH 6.0。培養(yǎng)盒規(guī)格：長(zhǎng)27 cm、寬23 cm、高25 cm，裝營(yíng)養(yǎng)液4.5 L/盆。留苗株數(shù)為D1：4株/盆、D2：8株/盆，每個(gè)處理種植3盆。玉米營(yíng)養(yǎng)液成分及使用濃度如表1。

表1 玉米水培營(yíng)養(yǎng)液成分及使用濃度

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

株高：使用直尺測(cè)定其基部至葉片立起的最大高度。

莖粗：使用游標(biāo)卡尺測(cè)量玉米基部第2節(jié)間中部直徑。

植株鮮重：于植株基部將地上部和地下部根系分開(kāi)，分別稱取鮮重。

根冠比：根系鮮重/地上部鮮重×100%。

葉面積：用直尺測(cè)量所有完全展開(kāi)葉的長(zhǎng)度和寬度，計(jì)算總綠葉面積。

葉綠素含量：采用日本美能達(dá)公司手持式SPAD-502型葉綠素計(jì)測(cè)定每個(gè)處理的最后1片完全展開(kāi)葉的SPAD值，每葉測(cè)定8～10個(gè)點(diǎn)的SPAD值取平均值，并記錄數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行制圖，采用SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鉀濃度和種植密度對(duì)玉米株高和莖粗的影響

由圖1可知，鉀的供應(yīng)對(duì)玉米株高有顯著影響（P＜0.05）。水培條件下玉米的株高隨著留苗株數(shù)的增加而降低，不同鉀濃度下，D1處理?xiàng)l件下玉米的株高均顯著大于D2處理。不同留苗株數(shù)下，玉米的株高均表現(xiàn)為K1處理最小。D1處理?xiàng)l件下，玉米株高隨鉀濃度的增加而增加，與K1處理相比，其他處理分別顯著增加了 9.78%（K2）、11.65%（K3）、16.46%（K4），而其他處理之間無(wú)顯著性差異；D2處理?xiàng)l件下，玉米株高總體呈先增加后降低的趨勢(shì)，不同鉀濃度處理下的株高均存在顯著性差異，以K2處理最大，顯著大于K1、K3、K4處理。

圖1 不同鉀濃度和留苗株數(shù)對(duì)玉米株高的影響

由圖2可知，鉀的供應(yīng)對(duì)玉米莖粗也有顯著影響（P＜0.05）。玉米的莖粗和株高具有相同的表現(xiàn)趨勢(shì)，不同鉀濃度下，D1處理?xiàng)l件下玉米的莖粗均顯著大于D2處理。隨著鉀濃度的增加不同留苗株數(shù)下的玉米莖粗具有相同表現(xiàn)趨勢(shì)，均表現(xiàn)為K4＞K2＞K3＞K1。與K1相比，D1條件下其他鉀濃度處理分別增加了13.17%（K2）、9.13%（K3）、22.69%（K4）；D2條件下其他鉀濃度處理分別增加了 9.08%（K2）、8.37%（K3）、16.08%（K4）。

圖2 不同鉀濃度和留苗株數(shù)對(duì)玉米植株莖粗的影響

圖1～2表明，增施鉀肥對(duì)玉米生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，適量的鉀供應(yīng)有利于密植條件下玉米幼苗株高莖粗增加，在此基礎(chǔ)上增加鉀供應(yīng)對(duì)莖粗并無(wú)顯著的影響。

2.2 不同鉀濃度和留苗株數(shù)對(duì)玉米植株鮮重和根冠比的影響

由圖3可知，不同鉀濃度下，D1處理?xiàng)l件下的玉米地上部和根系鮮重均顯著大于D2處理。D1處理?xiàng)l件下，玉米的總鮮重隨鉀濃度的增加而增加，以K4最大，K1最小，與 K1處理相比，K2、K3、K4處理的地上部鮮重分別顯著增加了34.34%、50.07%、69.25%，而不同鉀濃度下地下部根系鮮重?zé)o顯著性差異。D2處理?xiàng)l件下，玉米種植株鮮重總體呈先增加后降低的趨勢(shì)，不同鉀濃度處理下玉米的地上部和根系鮮重均表現(xiàn)為K1最小，K2、K3、K4處理之間無(wú)顯著性差異，地上部均顯著大于K1處理，根系鮮重則K1與K4無(wú)顯著性差異。

圖3 不同鉀濃度和留苗株數(shù)對(duì)玉米植株鮮重的影響

由圖4可知，隨著鉀濃度的增加，D1處理?xiàng)l件下的玉米根冠比逐漸減小，D2處理則表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，在K1處理下，D1處理?xiàng)l件下的玉米根冠比顯著大于D2處理，在K2、K3、K4處理下小于 D2處理，表明在增加種植株數(shù)的情況下，合理增施鉀肥可增加玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段植株根冠比，促進(jìn)密植條件下玉米幼苗地下部根系生長(zhǎng)發(fā)育，增加植株對(duì)養(yǎng)分的吸收量。

圖4 不同鉀濃度和留苗株數(shù)對(duì)玉米植株根冠比的影響

2.3 不同鉀濃度和留苗株數(shù)對(duì)玉米葉面積及葉綠素含量的影響

由圖5可知，隨著留苗株數(shù)的增加，玉米總綠葉面積呈下降趨勢(shì)，不同鉀濃度處理下，D1處理?xiàng)l件下玉米的總綠葉面積顯著大于D2處理。D1處理?xiàng)l件下，玉米的總綠葉面積隨著鉀濃度的增加而增加，與K1處理相比，K2、K3、K4處理分別增加了 8.02%、11.35%、17.51%；D2處理?xiàng)l件下，隨著鉀濃度的增加玉米的總綠葉面積表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，其中K2處理總綠 葉 面 積 顯 著 大 于 K1（41.35% ）、K3（46.37% ）、K4（43.65%）處理。

圖5 不同鉀濃度和留苗株數(shù)對(duì)玉米總綠葉面積的影響

由圖6可知，隨著留苗株數(shù)的增加玉米的葉綠素含量呈下降趨勢(shì)。不同留苗株數(shù)處理下，隨著鉀濃度的增加玉米葉綠素含量均呈先增加后降低的趨勢(shì)。D1處理?xiàng)l件下，K2處理的SPAD值顯著大于K1（5.92%）和K4（3.18%）處理，K2處理與K3處理之間差異未達(dá)到顯著水平；D2處理?xiàng)l件下，K2處理的SPAD值顯著大于K1（9.55%）、K3（14.05%）、K4（12.55%）處理。表明在增加種植株數(shù)的情況下，適量鉀供給有利于玉米葉面積及葉綠素含量的增加，在此基礎(chǔ)上增加鉀供應(yīng)對(duì)玉米葉面積及葉綠素含量并無(wú)增效作用。

圖6 不同鉀濃度和留苗株數(shù)對(duì)玉米葉片SPAD值的影響

3 結(jié)論與討論

大田上增加種植密度將降低作物群體通風(fēng)透光條件。玉米高密度種植造成葉片遮蔭，降低玉米的莖粗、單株葉面積、葉綠素含量以及干物質(zhì)積累量，增加莖稈倒伏和空稈率[13-15]。理想株型是改善玉米群體內(nèi)通風(fēng)透光條件，提高群體光能利用率，增加單位面積產(chǎn)量的有效途徑[16]。常海霞等[17]研究結(jié)果表明，合理的行距配比有利于葉綠素的積累與保持，并且能夠適當(dāng)提高光合速率，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)量的形成。種植密度增加，玉米對(duì)鉀的需求量隨之增加。邊大紅等[15]指出，適量增施鉀肥可改善玉米植株形態(tài)特征，促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育，提高葉片光合特性，改善莖稈強(qiáng)度，進(jìn)而提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，增施鉀肥可顯著提高玉米幼苗生長(zhǎng)質(zhì)量，增加玉米株高、莖粗，適宜用量的鉀可增加植株葉面積，提高葉片中葉綠素含量，保持葉片具有相對(duì)較高的葉綠素，延緩葉片衰老，使得玉米植株莖稈粗壯、根系發(fā)達(dá)、葉色深綠、葉片肥厚有光澤[18-22]，增加玉米植株根系及地上部干物質(zhì)量，促進(jìn)生育前期光合產(chǎn)物的累積，為其后期的茁壯生長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)，當(dāng)施鉀量過(guò)低或過(guò)量時(shí)，則無(wú)明顯增效作用，對(duì)植物生長(zhǎng)不利，且造成鉀資源浪費(fèi)[22-25]。王宜倫等[26]、譚杰等[27]也指出，增施鉀超過(guò)一定量時(shí)無(wú)明顯增效作用。王允青等[28]、趙士誠(chéng)等[29]等研究均認(rèn)為：當(dāng)鉀肥用量達(dá)150 kg/hm2時(shí)能夠協(xié)調(diào)玉米對(duì)各種養(yǎng)分的平衡吸收，優(yōu)化植株形態(tài)，提高玉米抗逆能力，使玉米的產(chǎn)量最高、產(chǎn)投比最大、鉀肥利用率最高。當(dāng)鉀肥用量達(dá)到一定水平后，施鉀量的持續(xù)增加反而會(huì)導(dǎo)致鉀肥效益降低，玉米產(chǎn)量將出現(xiàn)明顯下降。陳愛(ài)珠等[30]指出，不同甜玉米品種對(duì)鉀肥的需求量不同，過(guò)量施用鉀肥反而降低產(chǎn)量和品質(zhì)。

本研究結(jié)果顯示：隨鉀濃度的增加不同留苗條件下玉米的莖粗表現(xiàn)出相同趨勢(shì)，均表現(xiàn)為 K4＞K2＞K3＞K1，可見(jiàn)鉀肥的施用利于莖稈的發(fā)育。在D1處理?xiàng)l件下，K1濃度玉米形態(tài)較差，表現(xiàn)為株高最低，總綠葉面積最小，其余處理差異不顯著。不同鉀濃度處理之間地上部鮮重差異達(dá)顯著水平，根系鮮重差異不顯著。隨著鉀濃度的增加，玉米根冠比呈逐漸減小趨勢(shì)，K1、K2處理顯著大于K3、K4處理；在D2處理?xiàng)l件下隨著鉀濃度的增加，玉米的株高、總鮮重、根冠比、總綠葉面積、葉片SPAD值總體上均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，以K2處理最優(yōu)，根冠比則表現(xiàn)為在 K1處理下 D1顯著大于 D2，在 K2、K3、K4處理下D1則小于D2。本研究與前人研究結(jié)果相一致，表明適量的鉀可促進(jìn)密植條件下玉米幼苗地下部根系生長(zhǎng)發(fā)育，增加植株對(duì)養(yǎng)分的吸收量，進(jìn)而促進(jìn)地上部生長(zhǎng)，增加物質(zhì)積累量，可為后期產(chǎn)量形成奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，過(guò)量施用時(shí)則產(chǎn)生冗余，無(wú)明顯增效作用，對(duì)其生長(zhǎng)不利。因此，合理的鉀用量對(duì)密植玉米前期植株健康生長(zhǎng)和后期玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)生產(chǎn)具有重要意義，在實(shí)際生產(chǎn)中還應(yīng)結(jié)合品種特性、土壤肥力等制定合理高效的鉀肥用量。