钾肥对春玉米‘中单509’叶片生理特性及产量的影响

杜锦，曹高燚，苏东伟，万鹏，向春阳



钾肥对春玉米‘中单509’叶片生理特性及产量的影响

杜锦，曹高燚，苏东伟，万鹏，向春阳通信作者

（天津农学院农学与资源环境学院，天津 300384）

钾是影响玉米生长和产量的重要因素之一。为研究玉米不同生育期叶片光合特性在不同施钾水平的表现及其与产量间的关系，阐述光合特性的变化特性，探讨玉米高产节肥的适宜施钾量，本研究采用春玉米‘中单509’为试验材料，设置5个施钾水平，测定不同生育期叶片的光合速率、叶绿素含量和产量。结果表明：随着施钾量的增加，玉米叶片的光合速率和叶绿素含量均表现先上升后下降的趋势，不同的施钾肥水平，玉米叶片光合速率和叶绿素含量都在开花期达最大值；玉米叶片光合速率、叶绿素含量除成熟期外，均以施纯钾量为67.50 kg/hm2时达最高；施纯钾量在67.50 kg/hm2时，‘中单509’产量达到最大，各生育期的叶片可溶性糖含量达最高；通过试验建立了施钾量与产量之间的回归方程。不同施钾量对玉米叶片的光合速率、叶绿素含量、可溶性糖含量和产量有显著的影响，施用适量的钾肥有利于玉米叶片的光合作用和产量的提高。

玉米；钾肥；叶片光合速率；叶绿素含量；产量

玉米是我国的主要粮饲作物之一，不同种植方式和密度、施氮量和施磷量对玉米的产量有很大的影响[1-4]。一定条件下，玉米产量是随着施钾量的增加而增加，当增加到一定量时，会随着钾肥的增加而下降，玉米产量与钾肥施用量呈单峰曲线变化关系[5]。施用适量的钾肥可提早玉米的出苗，幼苗生长健壮，能有效地促进玉米籽粒的形成和千粒重的提高，但施过量钾肥经济效益明显降低[6]。但玉米缺钾可使茎秆节间缩短、茎秆抗折强度降低、表皮厚度降低和根系发育弱，钾素不足玉米的光合产物形成速度也会降低，进而影响植株养分合成量，最终影响产量和品质。施钾量影响着玉米叶片的光合作用，施钾可显著提高植株叶面积、叶绿素含量，从而提高叶片净光合速率[7]；适宜的钾肥有利于玉米叶片中叶绿素含量的增加和光合速率的提高[8]。不同磷肥对玉米品种‘中单509’影响的研究已有报道[2]，钾肥对玉米的研究有所报道[9-10]，由于不同玉米对钾肥的响应不同，对玉米品种‘中单509’的钾肥施用研究尚无报道。本研究以‘中单509’为材料，探讨了不同钾肥处理对玉米不同生育期叶片光合速率、叶绿素含量、可溶性糖含量和产量的影响，为春玉米‘中单509’在天津地区合理施用钾肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试玉米品种为春玉米‘中单509’，肥料为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）、氯化钾（含K2O 60%）。试验地点在天津市静海区良种场，供试土壤为潮土，0～20 cm土层的基本化学性质是，有机质31.32 g/kg；碱解氮174.00 mg/kg；全磷（P）1.17 g/kg；有效磷（P）5.47 mg/kg；有效钾（K）19.73 mg/kg；pH值为8.2。土壤基本化学性质测定方法：有机质用丘林法，全氮采用半微量开氏法，碱解氮采用碱解扩散法，全磷碳酸钠用熔融法，有效磷用Olsen法，有效钾用乙酸铵提取，火焰光度计法，pH为水浸提，酸度计测定。

1.2 方法

采用随机区组试验设计，设5个施钾量（表1），一次施入，不追肥，各小区氮肥和磷肥均为相同水平，即施尿素289.08 kg/hm2，过磷酸钙1 432.18 kg/hm2，氮肥分基肥（50%）开沟施入和大喇叭口期追肥（50%）穴施，穴施深度和沟施深度均为10 cm左右，过磷酸钙以基肥方式一次施入。每个小区种植10行，行长6 m，行距55 cm，株距28 cm，每个处理3次重复。2014年5月5日进行播种，田间管理同一般生产。

表1 钾肥施用量 kg/hm2

1.3 测定项目与方法

分别在玉米三叶期、拔节期、大喇叭口期、开花期和灌浆期测定叶片的光合速率和叶绿素含量，具体取样方式：晴天在9：30—14：00之间，用TPS-2仪器测定功能叶片光合速率，用SPAD-502叶绿素仪测定叶绿素含量，每小区选测5株，在抽雄前测各植株最新完展叶，抽雄后测定穗位叶，在每片叶中部测3点，两侧各2点，避开叶脉，取平均值，重复测定3次。分别在三叶期、拔节期、大喇叭口期、开花期和灌浆期取样测定玉米叶片的可溶性糖含量，具体取样方法是三叶期取3个叶片混合样，拔节期和大喇叭口期取最后的全展叶，开花期和灌浆期取穗位叶，测定方法是蒽酮比色法[11]。成熟期每小区取中间行的中间10个果穗，自然风干，在籽粒含水量为13%时，测量果穗长、粒重、百粒重及产量。

1.4 数据处理与分析

采用Excel、DPS软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同施钾量对‘中单509’叶绿素含量的影响

从图1看出，随着‘中单509’的生长，不同施钾量下‘中单509’叶片叶绿素含量变化趋势基本相同，表现为三叶期至开花期呈上长升趋势，从开花期到成熟期呈下降趋势。不同施钾量下玉米叶片叶绿素含量在各时期表现不相同，在三叶期、灌浆期和成熟期各施钾处理之间叶绿素含量无差异，其他时期存在一定的差异，表现为施纯钾量为67.50 kg/hm2时，在这些时期与其他一些施用量间达到显著差异水平。在开花期，叶片叶绿素含量达最高。

图1 钾肥施用量对玉米叶绿素含量的影响

2.2 不同施钾量对‘中单509’叶片光合速率的影响

各施钾量下，‘中单509’叶片光合速率变化和叶绿素含量变化基本相似，也是三叶期至开花期呈上长升趋势，从开花期到成熟期呈下降趋势（图2）。不同施钾量下玉米叶片光合速率是以施纯钾量67.50 kg/hm2时最高，但在不同时期各施钾处理之间表现不同。成熟期各施钾处理之间无显著差异，而施纯钾量为67.50 kg/hm2时，三叶期、拔节期、大喇叭口期、开花期和灌浆期的叶片光合速率最高；开花期的叶片光合速率与其他施钾处理之间均达到显著差异水平。

图2 钾肥施用量对玉米光合速率的影响

2.3 不同施钾量对‘中单509’叶片可溶性糖含量的影响

从图3看出，随着玉米的生长，不同施钾水平‘中单509’叶片可溶性糖含量变化趋势基本相同，即从三叶期（31.42%）下降至开花期后开始上升至灌浆期，不同施钾水平之间玉米叶片可溶性糖含量表现亦不相同。三叶期施纯钾量在67.50 kg/hm2时，玉米叶片可溶性糖含量最高，与其他施钾处理之间达到显著差异水平，次之为施纯钾量45.00 kg/hm2，与施纯钾量为22.50 kg/hm2处理之间无显著差异，与施钾量为90.00 kg/hm2和112.50 kg/hm2处理之间均达到显著差异水平；拔节期和大喇叭口期施纯钾量在67.50 kg/hm2时，叶片可溶性糖含量达到最高，与施纯钾量为22.50 kg/hm2处理之间达到显著差异水平，而开花期各施钾处理之间无显著差异；灌浆期施纯钾量为67.50 kg/hm2时，叶片可溶性糖含量最高，与施纯钾量为45.00 kg/hm2处理之间无显著差异，与施纯钾量为22.50、90.00和112.50 kg/hm2处理之间均达到显著差异水平。

图3 钾肥施用量对玉米叶片可溶性糖含量的影响

2.4 不同施钾量对‘中单509’产量性状的影响

从表2看出，在不同施钾水平下，‘中单509’产量、穗长、穗粒重和百粒重变化趋势基本相同。施纯钾量在22.50～67.50 kg/hm2之间，产量表现为增加趋势，在67.50～112.50 kg/hm2之间，产量呈下降趋势。各性状最大值均表现在施纯钾67.50 kg/hm2时，分别为产量10 491.73 kg/hm2、穗长20.02 cm、穗粒重196.31 g和百粒重31.75 g。本试验通过研究，建立施纯钾量与产量之间的回归方程：＝-0.7812＋108.950＋6 127.500。通过方程可以算出玉米达最高产量9 927.09 kg/hm2时的施纯钾量为69.75 kg/hm2时，与试验实际结果相符。

表2 钾肥对‘中单509’产量性状的影响

3 讨论与结论

叶绿素在光合作用中起着重要的作用，是光合作用中重要的色素分子，叶绿素含量是影响光合速率的重要指标。‘中单509’整个生育期，光合作用和叶绿素含量均呈单峰曲线变化，其中开花期光合作用最大，高于其他时期。在150～250 kg/hm2的范围内增施氮肥有利于提高叶片光合速率，但当达到一定施肥量时，继续增加氮肥会降低光合速率，限制光合能力的发挥[12]，钾肥对春玉米光合速率和叶绿素含量的影响与氮肥相似。当钾肥不足时，叶绿体结构变差，叶绿素含量降低，光合速率下降，导致植株衰老[13]，钾肥过量时光合效率并不高，并会有所下降。在施用氮素、磷素的条件下，配施钾素，有利于叶片光合作用，提高叶绿素含量[14]。本试验结果表明，‘中单509’整个生育期，光合速率和叶绿素含量表现为单峰曲线，其中开花期光合速率达最大，高于其他时期。适施钾肥有利于提高玉米产量，不施钾肥玉米产量极低，而增施用一定量钾肥后，产量剧增，钾肥量在240 kg/hm2左右时产量最高，继续增施钾肥会导致产量降低[15]，这个结果和本试验结果一致。‘先玉335’和‘军单8’在拔节期、大喇叭口期、开花期要进行大量地呼吸作用，叶片中可溶性糖被消耗，所以可溶性糖含量下降[12]，李洪影[16]研究表明，氮、磷、钾肥的配施对青贮玉米中可溶性总糖的积累有着重要的影响。本研究表明，玉米品种‘中单509’叶片可溶性糖含量在不同施钾处理的条件下，均是从三叶期较高以后开始下降，到灌浆期又上升到较高的含量。许多学者[17-19]对玉米叶片可溶性糖含量进行了大量的研究，与本试验得出了相同的结果。本试验在5个施钾水平下，对玉米‘中单509’叶片叶绿素含量、光合速率、可溶性糖含量以及玉米产量等进行的研究，得出并不是施钾量越高，光合速率等指标就越高，而是在施纯钾量为67.50 kg/hm2时，拔节期至灌浆期的叶绿素含量及光合速度达最大值，产量等各项指标达最大值。这进一步说明，片面追求高产，盲目施用钾肥是不可行的，不仅会浪费钾肥、增加农民的种地成本，还会对环境造成污染。因此，一定要依据土壤条件和作物品种进行合理的测土施肥。本试验通过研究在天津市潮土上建立了施钾量与玉米产量之间的回归方程，为本地区玉米的钾肥施用量提供了科学指导。

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责任编辑：杨霞

Effects of Potassium Fertilizer on Physiological Characteristics of Leaves and Yield in Spring Maize ‘Zhongdan509’

DU Jin, CAO Gao-yi, SU Dong-wei, WAN Peng, XIANG Chun-yangCorresponding Author

（College of Agonomy and Resource Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

Potassium fertilizer is one of the important factors which influence the growth and yield of maize. For expounding physiological characteristics and yield traits associated with potassium supplement and optimization of potassium fertilizer suitable amount for high efficient maize production, we monitored the changes of a spring maize‘Zhongdan509’leaves in each growth stage using five levels of potassium sets. The results showed that photosynthetic rate and chlorophyll content showed a unimodal pattern in pace with the increasing use of potassium and reached onto the maximum on the flowering time. Under different potassium treatment, maize photosynthetic rate and chlorophyll content could reach to the maximum at the level of 67.50 kg/hm2accompany with the whole growing period except for maturation. With the increase of the amount of potassium, soluble sugar content of leaves could reach onto maximum at the level of 67.50 kg/hm2throughout the growing period, ultimately, forming a optimal yield of maize. The results showed that potassium supplement possess significant relationship with yield photosynthetic rate, chlorophyll content and soluble sugar content, and suitable potassium supplement would be a best suggestion for enhancing photosynthetic rate and yield.

maize; potassium fertilizer; photosynthetic rate of leaves; chlorophyll content; yield

1008-5394（2017）01-0001-04

S332.1

A

2016-04-25

农业部公益性行业（农业）科研专项经费项目“华北主要作物秸秆饲用技术及优质化生产技术集成与示范”（201503134）；天津市高等学校创新团队计划项目“作物品质及抗逆性的遗传改良”（TD12-5017）；天津市科技攻关计划项目“饲用高油玉米相关性状的遗传研究及新品种选育”（06YFGZNC01200）

杜锦（1984-），男，山西阳泉人，实验师，硕士，主要从事玉米遗传育种和种子科学相关研究。E-mail：401558171@qq.com。

向春阳（1965-），男，湖北武汉人，教授，博士，主要从事遗传育种学的教学与科研工作。E-mail：xiang5918@sohu.com。