种植密度及锌和硒对糯玉米穗部性状与鲜籽粒产量的影响

张瑞芳,Bosco Justin Shio,郭少敏,海江波,董永利,郭 勇,郗洛延

(1.西北农林科技大学 农学院,陕西杨凌 712100;2.西北农林科技大学 医院,陕西杨凌 712100)

锌是作物生长发育过程中的关键元素[1],参与植物生理生化代谢活动,能够增加植物体内叶绿素的含量,影响光合反应中有关酶的合成[2]。生育期喷施锌肥能增加作物产量,提高作物商品率[3],缓解土壤结构性缺锌症状[4-6]。硒参与了生物体生理代谢和生长发育中的多个生物学过程,对癌症等疾病有一定的防治作用[7-8]。作物和人体对锌硒的需求量并不大,但是缺乏锌、硒后,作物会表现出“缺素症”,人体正常的功能代谢也会受到威胁。中国大部分土壤缺锌[9],72%的土壤缺硒[10]。人体自身也无法合成锌硒,只能通过饮食补充达到补锌硒的目的。匡恩俊等[11]认为,通过作物外源硒的施用来提高作物秸秆和籽粒中的含硒量,进而可以实现人体的安全经济补硒。

糯玉米风味独特、营养丰富,被营养学家称为“新型营养保健食品”“绿色蔬菜”和“长寿食品”[12],在中国有着广阔的发展前景。过去主要通过调整密度和肥料投入等栽培措施来实现玉米增产增收、提升品质。研究表明,密度过大过小都不利于糯玉米产量的提升,只有适宜的种植密度可以通过协调玉米群体的源库关系来达到增产目的[13-15]。氮磷钾肥的大量施入在实现作物增产增收、提升品质上确有成效,但与此同时,过量肥料的施用不仅会导致土壤中氮、磷、钾过剩,污染环境、而且会造成土壤板结严重,品质下降[16-17];对于玉米而言,除了氮磷钾肥外,适量锌、硒等微量元素的施用和补充对玉米的生长发育也具有至关重要的作用。糯玉米多以鲜穗出售,穗部性状是衡量其商品品质的重要外观指标[18],直接影响鲜食玉米的价格和市场竞争力。为了充分挖掘糯玉米的增产提质的潜力,前人更多关注施肥量和密度对糯玉米产量和品质的影响,而关于微量元素锌、硒对产量和穗部性状影响的研究较少。因此,本试验通过探究不同种植密度下,微量元素锌硒对糯玉米穗部性状及产量的影响。为实现糯玉米穗部性状的改善、产量的提升提供技术支持,为确定研究地区较为合理的糯玉米种植密度和微量元素处理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2021年在陕西省咸阳市泾阳县西北农林科技大学小麦玉米试验示范站(34°36′N,108°52′E)进行,该区海拔为427.4 m,属温带大陆性季风气候,60%～70%的降雨量主要集中在7-9月。试验地土壤肥力均匀,土壤类型为壤土,0～40 cm耕层基础养分如下:全氮含量为 1.46 g·kg-1、速效磷含量为17.69 mg·kg-1、速效钾含量为189.2 mg·kg-1,有机质含量为 18.02 g·kg-1、pH为7.9、有效锌的含量为 0.18 mg·kg-1、全量硒含量为0.10 mg·kg-1。全生育期降水量和月平均气温如图1所示。

图1 试验期间气象条件Fig.1 Meteorological conditions during the experiment

1.2 试验材料

供试玉米品种:‘陕白糯11’(西北农林科技大学选育的玉米品种)、‘陕彩糯1954’(西北农林科技大学农学院专用玉米研究室提供)。供试微肥为七水合硫酸锌、富硒离子肥。

1.3 试验设计

采用二因素裂区不完全随机区组设计,每个品种设3个密度作为主区:D1 (3.75万株·hm-2)、D2 (4.5万株·hm-2)、D3 (5.25万株·hm-2),叶面喷施锌(M1)和硒(M2)2种微量元素作为副区,以喷施水为对照。小区面积为21 m2,行距为60 cm,株距变化以调节密度。试验地前茬种小麦,小麦收获后旋耕2次整地。磷肥选用磷酸二铵(N-P2O5-K2O比例为16-44-0,用量为375 kg·hm-2)在播前施入。氮肥选用尿素(含氮46.4%,300 kg·hm-2),分别在播前和拔节期按1∶1施入。锌硒采用叶面喷施,其中锌的浓度为2 g·L-1,硒肥按照富硒离子肥的说明使用(肥与水1∶500配制),分别于6叶期、8叶期和10叶期均匀喷施于叶片表面。采用人工点播方式播种,出苗后及时查苗补苗。田间管理依据当地生产实际进行。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 农艺性状 叶面积和叶绿素的测定:于抽雄期、成熟期选取有代表性的5株糯玉米测定“棒三叶”的叶面积和叶绿素。用直尺量取“棒三叶”叶片中脉长度和叶片宽度,利用系数法求得单叶面积,即单叶面积=叶片中脉长度×叶片宽度×系数(0.75),最后将“棒三叶”叶面积累积求和[19]。使用便携式叶绿素仪(SPAD-502 PIUS)测定“棒三叶”的叶绿素,取平均值。

1.4.2 穗部性状 在糯玉米鲜食期,每个小区选取有代表性的3个果穗,去掉苞叶测定净穗鲜质量、穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、穗轴直径等。

1.4.3 产量 在糯玉米鲜食期,统计每个小区中间3行3米样段内的果穗数,称其总鲜穗净质量,计算鲜果穗产量;每个处理分别选取10个代表性果穗,剥下鲜籽粒后称量,计算鲜籽粒产量。

1.5 数据处理

试验采用Excel进行数据整理与做图,应用SPSS 26.0对数据统计分析,采用Duncan氏法进行多重比较和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 种植密度和锌硒对糯玉米农艺性状的影响

2.2.1 糯玉米“棒三叶”叶面积 由表1可知,‘陕白糯11’“棒三叶”的叶面积大于‘陕彩糯1954’的。2个品种在成熟期“棒三叶”叶面积均有降低趋势。抽雄期“棒三叶”叶面积整体表现为:穗位叶>穗下叶>穗上叶,成熟期表现为:穗下叶>穗位叶>穗上叶。随着密度的增大,2个品种的“棒三叶”总面积有不同程度的减小趋势。在成熟期密度对‘陕白糯11’的“棒三叶”叶面积及总面积影响不显著,但锌硒处理可显著增大成熟期的总叶面积。在D3M1和D3M2处理下,‘陕白糯11’成熟期“棒三叶”的总叶面积与对照相比分别增大了 12.25%和11.15%。在抽雄期和成熟期,不同种植密度和锌硒处理对‘陕彩糯1954’的总叶面积均没有显著影响,而在D3密度下,微量元素锌、硒的喷施有利于降低成熟期叶面积减小的幅度。由上可知,‘陕白糯11’的整体光和面积要大于‘陕彩糯1954’,在较高密度(D3)下,喷施微量元素锌硒能够促进‘陕白糯11’“棒三叶”总叶面积的提高,有利于降低‘陕彩糯1954’成熟期叶面积减小的幅度。

表1 不同处理下糯玉米“棒三叶”的叶面积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 糯玉米叶绿素含量 如图2所示,2个品种的叶绿素含量在不同时期有显著的差异。与抽雄期相比,不同处理下2个品种的叶绿素含量在成熟期均有所下降,‘陕白糯11’的降低幅度较小。密度和微量元素喷施对2个品种的叶绿素含量均没有显著影响。在一定密度范围内,2个品种的叶绿素含量不会随着种植密度的变化而变化。在同一种植密度下,M1、M2处理后,2个品种的叶绿素含量与CK之间并没有显著差异,但M1在一定程度会降低叶绿素的含量。由此可知,‘陕白糯11’的持绿性较‘陕彩糯1954’强,叶片衰老速度较慢。D3密度处理下,喷施微量元素并不会显著降低2个品种的叶绿素含量。

不同小写字母表示差异达5%显著性水平

2.2 种植密度和锌硒对糯玉米穗部性状的影响

由表2可知,‘陕白糯11’的穗部性状要优于‘陕彩糯1954’。密度和微量元素对不同品种穗部性状的影响不同。低密度(D1)下2个品种的穗部性状要优于较高种植密度(D2、D3),但整体影响并不显著。种植密度对‘陕白糯11’的行粒数和穗轴直径有极显著影响,除穗轴直径和秃尖长外,‘陕白糯11’的其他穗部性状随着密度的增大略有下降。‘陕白糯11’在D1密度下的行粒数显著高于D2、D3密度,穗轴直径则相反,在此密度下喷施微量元素会降低‘陕白糯11’的穗部品质。在D3密度下,M1、M2处理与CK相比则有利于‘陕白糯11’穗部性状的改善。种植密度对‘陕彩糯1954’的鲜穗净质量和行数有极显著影响,D1密度下‘陕彩糯1954’的鲜穗净质量显著高于D2,D3密度水平。D1M1和D3M1处理下,鲜穗净质量与对照相比略有提升。总体说明,较高种植密度(D2、D3)不会对2个品种的整体穗部性状产生显著的负效应,在D3种植密度下,喷施微量元素对‘陕白糯11’穗部性状的改善有一定促进作用,且M2处理的作用效果要优于M1,而M1有利于‘陕彩糯1954’穗部性状的改善。

表2 不同处理下糯玉米的穗部性状Table 2 Ear characters of waxy corn under effects of planting densities and zinc,selenium spraying

2.3 种植密度和锌硒对糯玉米产量的影响

由表3可知,‘陕白糯11’的产量高于‘陕彩糯1954’。播种密度对2个品种鲜果穗产量和鲜籽粒产量的影响都达到极显著水平,随着密度的增大,2个品种的鲜果穗产量和鲜籽粒产量均升高。喷施微量元素锌、硒以及密度和微量元素的互作对各产量的影响不显著,喷施相同的微量元素对不同品种的增产效应不同,‘陕白糯11’在D3M2处理下,鲜籽粒产量(9 068.61 kg·hm-2)和鲜果穗产量(10 749.83 kg·hm-2)都最高,与对照相比,分别增加了8.14%和7.94%;而‘陕彩糯1954’在D3M1处理下,鲜籽粒产量(7 622.46 kg·hm-2)和鲜果穗产量(10 565.61 kg·hm-2)与对照相比分别增加了7.10%和7.18%。说明密度会显著影响鲜籽粒和鲜果穗产量,在一定的密度范围内,产量随着密度的增大而增大。而微量元素锌硒的增产效应并不显著,且不同品种对锌硒2种微量元素的敏感度不同。D3M2处理有利于‘陕白糯11’增产,D3M1处理更有利于‘陕彩糯1954’增产。

表3 不同处理下糯玉米的鲜籽粒产量和鲜果穗产量Table 3 Fresh kernel and ear yields of waxy maize under effects of planting densities,zinc and selenium spraying

3 讨 论

3.1 种植密度对糯玉米穗部性状和产量的影响

鲜食玉米的穗部性状受种植密度的影响较大,高种植密度会显著降低有效穗长、出籽率以及百粒质量等商品性状[20]。张慧等[21]研究表明,种植密度加大,玉米的穗粒数、千粒质量下降,致使玉米籽粒库容和单株籽粒产量显著降低。这与本研究“除穗轴直径和秃尖长外,‘陕白糯11’的其他穗部性状随着密度的增大有一定的下降趋势”的结论基本一致。段留生等[22]研究表明良好源库关系的建立与协调是保证单株良好生长环境建立的基础。合理的种植密度有利于群体效应的发挥,协调源库关系,糯玉米单株在低密度下水肥供应充足,田间光照和养分竞争小,植株叶片持绿性较好,叶绿素含量较高,籽粒灌浆期延长且灌浆充分,有利于增大穗长,减小秃尖长度,增加穗行数和行粒数,保证果穗发育良好,单穗鲜质量提高;而在高种植密度下,不合理的冠层结构影响了田间的通风透光性[23],导致植株对光照和养分等资源的竞争大,消耗速率提升,棒三叶的叶面积受到一定的限制,叶绿素含量受限减小,果穗秃尖长增大,穗长增大受限,穗行数和行粒数减少,单穗鲜质量降低,从而导致果穗商品品质降低。而在本研究中,与低种植密度相比,D3种植密度并没有对农艺性状和穗部性状产生显著的负效应。说明在D3种植密度下,2个品种仍能较好地协调源库关系,构建出合理的群体结构,促进群体间良性竞争关系的形成,从而降低了高密度对穗部性状带来的不利影响。

种植密度是影响玉米产量的关键因素,可以通过适度增加密度来提高产量[24-25]。段留生等[22]研究发现适宜的种植密度有利于籽粒同化物的积累,从而可以显著提高鲜食玉米的单穗鲜质量。Tollenaar等[26]和赵文明等[27]研究表明,密植是提高玉米单产的重要措施之一;群体产量会随着单株籽粒产量的降低而降低,随着亩穗数的升高而升高[21]。佟屏亚等[28]研究认为,玉米单株的生产效应会因为种植密度的增加而有所下降,当单株生产效应对总产量的影响超过群体生产效应时,则表现群体总产量下降。本研究中,随着播种密度的增大,两个品种的穗部性状略受影响,但2个品种的鲜果穗产量和鲜籽粒产量均显著提升。这是因为在一定的种植密度范围内,虽然低密度种植有利于单株穗粒数和粒质量的提升,但是由于单位面积株数和穗数较少,单株增产效应难以超过群体增产效应,导致群体增产受限,产量下降;而在高种植密度下,虽然玉米单株的生产效应有所下降,但单位面积内植株数量多,较高的单位面积穗数可以弥补单株穗粒数和粒质量下降对产量的影响,因而能够保证高产。说明D3种植密度下有利于两个品种增产。

3.2 锌与硒对糯玉米穗部性状和产量的影响

适量锌肥的施用可以提高玉米叶绿素含量,加快光合速率。但过量施锌的作用效果则相反[29-30]。不同施用方式下锌肥的效果也有所差异[31-33]。宋志均等[34]研究表明,作物会因为喷施锌肥后有效穗数和穗粒数减少而微减产;甜玉米的农艺性状和外观品质会因灌浆前期叶面喷施富硒营养素而有所改善[35]。

黄爱花等[36]表明在适宜的生育期叶面喷施适当浓度的硒肥可提高甜玉米的鲜穗产量。随着叶面喷施硒肥次数的增加,鲜食玉米中硒的富集量增加[37]。本研究中,不同品种对锌硒微肥的响应不同,喷施硒肥更有助于改善‘陕白糯11’的穗部性状、提高产量,而喷施锌肥更有助于‘陕彩糯1954’改善穗部性状、提高产量。

3.3 密度及锌和硒对糯玉米穗部性状与产量的影响

本研究表明,微量元素锌硒的喷施效果会因品种和密度的不同而有所差异。在D1、D2低种植密度下,叶面喷施硒微量元素后不利于‘陕白糯11’穗部性状的改善和产量的提升;在D3较高种植密度下,叶面喷施硒后‘陕白糯11’鲜籽粒产量和鲜果穗产量与对照相比分别增加了8.14%和7.94%。可能是因为在较高种植密度下,‘陕白糯11’的叶面积指数较高,微量元素硒的吸收面积更大,提高了硒的转化利用率,从而促进鲜穗净质量的提高,穗长和行粒数的增加,实现增产;而在低种植密度下则正好相反,硒元素附着面积小,蒸发量大,且叶面喷施无法满足根系对硒的需求,导致硒肥的作用效果不明显。而‘陕彩糯1954’在D2、D3种植密度下,喷施锌肥后产量略优于对照。其中在D3种植密度下,叶面喷施锌后鲜籽粒产量和鲜果穗产量与对照相比分别增加了 7.10%和7.18%,说明在比较适宜的种植密度下,合理施用锌肥可以提高玉米的产量,这与张庆栋等[38]和孙海龙[39]的研究结果一致。

4 结 论

综上所述,‘陕白糯11’的在农艺性状、穗部性状及产量上的总体表现都优于‘陕彩糯1954’。在D3(5.25万株·hm-2)种植密度下,叶面喷施硒对‘陕白糯11’穗部性状的改善和产量的提升有一定的积极作用,喷施锌有利于‘陕彩糯1954’穗部性状的改善和产量的提升。本试验的研究结果不排除喷药时空气温湿度和风力大小等外界因素的影响,而叶面喷施微量元素锌硒对糯玉米籽粒中锌硒含量和籽粒品质的影响还需要进一步 研究。