施肥与种植密度对春玉米SPAD 值的影响

要娟娟，薛泽民，赵萍萍，王宏庭

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030006）

玉米是世界上三大粮食作物之一，目前全世界的栽培面积已达1.3亿hm2以上。肥料是粮食的“粮食”，据联合国粮农组织（FAO）统计，化肥对农作物增产的贡献率为40%～60%。但肥料在增加产量和收益的同时，由于过量或不合理的施用对土壤资源、生态环境甚至一些农产品品质的负面影响已经显露出来[1-2]。有效的肥料管理一直是农业可持续发展最具挑战的任务之一[3-4]。

在田间条件下，应用SPAD-502型叶绿素仪快速诊断作物氮营养状况、实时进行氮素调控的研究引起了国内外学者的极大重视，并先后在水稻[5]、小麦[6]、玉米[7-9]、棉花[10]、马铃薯[11]、烟草[12]等作物上进行了研究和应用。艾天成等[13]研究结果表明，水稻、棉花、玉米、高粱、大豆5种农作物的叶片叶绿素含量与SPAD-502测定值均有良好的相关性。但SPAD值的测定不仅要受作物类型、品种、生育时期、叶位、叶片的测定位点、取样的样本数的影响，还要受光照强度、种植密度、土壤肥力状况、施肥等因素的影响。童淑媛[14]就近年来利用SPAD-502叶绿素仪所获得的叶色值在玉米氮素营养诊断和应用研究进行了综述。

玉米是山西种植的第一大作物，面积达145.123万hm2，而应用SPAD-502型叶绿素仪对玉米氮素营养状况的诊断研究和应用鲜有报道。本研究通过田间试验，采用裂区设计，研究有机肥施用与否、不同种植密度及氮肥施用量对春玉米抽雄期叶片SPAD值的影响，以期为玉米氮素的快速诊断和实时调控提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在山西省临汾市襄汾县西贾乡东南李村进行。该地属半干旱温带大陆性气候，年均气温在12.6℃左右，年降水量498mm，无霜期195 d左右。试验地土壤类型为石灰性褐土，质地为壤土，播前取耕层土壤（0～20 cm）样品，在国家测土施肥实验室采用ASI系统研究法[15]进行土壤分析。土壤理化性质为：pH值8.5，有机质7.2g/kg，NH4-N为6.6mg/L，NO3-N为21.0mg/L，有效磷17.4mg/L，速效钾 151.0mg/L，有效钙 2052.3mg/L，有效镁316.0mg/L，有效硫32.2mg/L，有效硼1.39mg/L，有效铜 2.0mg/L，有效铁 12.3mg/L，有效锰4.3mg/L，有效锌1.7mg/L。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计（表1），主区为施有机肥和不施有机肥；副区为种植密度（60 000（D6），90 000（D9）株 /hm2）；次副区为 3 个氮肥施用量：0（NO），225（N225），300（N300）kg/hm2。小区面积为7m×4m，3次重复，随机排列。有机肥选用腐熟好的牛粪，其全氮含量为1.037 2%、全磷含量（P2O5）为1.213 2%、全钾含量（K2O）为 2.372 6%，施用量为41.4 t/hm2。所用肥料为尿素（46%N）、过磷酸钙（12%P2O5）和氯化钾（60%K2O），磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）施用量分别为 90，75 kg/hm2。有机肥、磷肥、钾肥和1/3氮肥底施，2/3氮肥分别于玉米拔节期和抽雄期追施。

表1 试验方案设计

供试春玉米为3564（德国）。采用人工开穴点播，宽窄行种植，窄行为40 cm，宽行为80 cm。2010年4月30日播种。玉米生育期灌水3次，并结合施肥（2010年6月25日、2010年7月28日）中耕除草2次，2010年9月18日收获。

1.3 SPAD值的测定

据Waskom等[16]报道，在春玉米抽雄期每小区随机选取有代表性的玉米20株，用SPAD-502型叶绿素仪测定叶色值变异大小。本研究测定穗位完全展开叶叶尖、叶中、叶基部的正面以及叶缘和叶脉中间部位，同时注意避开叶脉和有损伤的叶片。

1.4 数据统计分析

数据采用Microsoft Excel 2007和Minitab软件进行方差分析和多因素分析。

2 结果与分析

由于叶片的叶绿素含量与植株的含氮量呈正相关，因此，可以用特定生育时期的SPAD值诊断作物的氮素状况，发展施肥推荐技术。本试验在玉米抽雄期不同处理中选择有代表性的穗位叶片20片进行SPAD值的测定，结果列于表2。

表2 不同处理对玉米抽雄期叶片SPAD值的影响

2.1 不同施氮水平对春玉米SPAD值的影响

由表2可知，不同处理条件下，施氮水平影响玉米抽雄期的SPAD值。在不施用有机肥的前提下，2种种植密度的SPAD值均随着施氮量的增加而增加，均可用直线回归方程描述，表达式分别为：y＝0.001x＋56.47 （R2＝0.851**） 和 y＝0.002x＋55.51（R2＝0.667**）。在施用有机肥的前提下，2种种植密度的SPAD值均随施氮量的增加呈抛物线型变化，可用二次函数描述，分别为：y＝-8×10-5x2＋0.036x＋57.4 （R2＝1**） 和 y＝-5×10-5x2＋0.018x＋58.9（R2＝1**），求得种植密度60 000株/hm2获得最高SPAD值的施氮量为225 kg/hm2，种植密度90 000株/hm2获得最高SPAD值的施氮量为180 kg/hm2。可见，SPAD值随施氮量的变化趋势与是否施用有机肥有关。

2.2 不同密度对春玉米SPAD值的影响

由表2可知，种植密度的增加影响玉米抽雄期SPAD值的高低。从总体上看，随种植密度增加，玉米抽雄期SPAD值呈降低趋势。在不施任何肥料的前提下，种植密度由60 000株/hm2增到90 000株/hm2时，SPAD值则平均降低0.9个单位。在单施有机肥的前提下，种植密度由60 000株/hm2增到90 000株/hm2时，SPAD值没有降低，反而平均增加1.5个单位。从2个施氮处理看，随种植密度增加，SPAD值呈下降趋势，这说明单施有机肥时，施肥的均匀性可能存在差异。

2.3 有机肥施用对春玉米SPAD值的影响

有机肥的施用影响玉米抽雄期的SPAD值，单施有机肥与不施肥比较，2个种植密度条件下，玉米的SPAD值均呈增加趋势，种植60 000株/hm2的玉米SPAD值增加0.9个单位，而种植90 000株/hm2的玉米SPAD值增加3.3个单位（表2）。这表明有机肥施用有助于提高玉米SPAD值，而且随着种植密度增加，SPAD值的增加幅度呈增大趋势。

2.4 有机肥、种植密度和施氮量对玉米抽雄期SPAD值影响的统计检验分析

从表3的三因素方差统计结果可以看出，施氮量极显著影响玉米抽雄期的SPAD值，有机肥的施用也极显著影响玉米的SPAD值，种植密度显著影响玉米抽雄期的SPAD值。从交互效应看，有机肥和氮肥结合极显著影响玉米抽雄期的SPAD值，氮肥施用量和种植密度结合显著影响玉米的SPAD值，施氮量、种植密度和有机肥施用三者的交互效应也达显著水平，而有机肥施用和种植密度的交互效应对玉米SPAD值影响不明显。这表明施氮量、种植密度、有机肥施用不仅单独影响玉米抽雄期的SPAD值，而且相互间的效应也影响玉米的SPAD值。

表3 三因素方差分析

由表4可知，3个施氮水平只有在施有机肥和种植密度为60 000株/hm2时，玉米SPAD值达显著性差异，而在其他条件下并无显著性差异；从种植密度看，不施有机肥的3个施氮水平的2个种植密度的玉米SPAD值两两比较均未达显著性差异，而施用有机肥的3个施氮水平的2个种植密度的玉米SPAD值两两比较，有2个施氮水平达到显著性差异；从有机肥施用看，只有种植60 000株/hm2、不施氮肥处理的玉米SPAD值未达显著水平，其他相应组比较均达显著性差异。

表4 单因素方差分析和t检验

就有机肥、种植密度、施氮量对玉米抽雄期穗位叶SPAD值整体性因素影响和局部因素影响分析充分显示出，玉米SPAD值是由随机性和结构性、独立性和相关性所决定的，是多因素共同作用的综合表现。

3 讨论

在农田生产条件下，作物生长发育往往受水、肥、气、热及栽培管理措施等因素的影响，玉米抽雄期SPAD值也是多因素综合作用的结果。在栽培管理措施相对一致的情况下，肥料投入对于作物增产起着重要的基础性作用。而近年来，一种基于测定叶绿素相对含量的手持式叶绿素仪（SPAD-502型）广泛应用于植物的氮素检测，它能快速、简便、较精确、非破坏性地检测植物氮素营养水平并能及时提供追肥所需的信息[17]。目前，其在水稻[18]、棉花[19]、小麦[20-21]、玉米[22-23]等作物上都有很多的应用研究。玉米SPAD值的影响因素较多，其不仅要受玉米品种、生育时期、叶位、叶片的测定位点、样本数的影响，还要受光照强度、种植密度、土壤肥力状况、施肥等因素的影响。

本试验主要研究玉米生产中不同管理措施对玉米抽雄期[14]SPAD值的影响。试验结果显示，氮肥施用量显著影响玉米SPAD值，与文献[9，24]报道一致；种植密度增加，玉米SPAD值呈降低趋势，与文献[25]报道一致。本试验中，有机肥的施用有助于玉米SPAD值的增加。黄涛等[26]报道，有机肥的施用不仅能改善土壤的物理、化学性质，还可提高土壤微生物的数量和质量，从而改善作物的生长环境，这有助于SPAD值的提高。影响玉米SPAD值的因素较多，在多样、混杂的生产条件下，多因素研究方法的应用受到一定限制，而采用多因素研究对玉米SPAD值的影响鲜有报道。如何消除品种、生育阶段及生态环境的影响，量化玉米氮素含量水平与氮素丰缺指标间的关系，使SPAD-502型叶绿素仪可以更有效地应用于玉米的推荐施肥上，还有待进一步研究。

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