王 佳，慕瑞瑞，楊喬喬，劉 偉，張月荷，康建宏

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

寧夏平原是典型的引水灌溉區(qū)，盛產(chǎn)水稻、小麥、玉米等作物，而玉米是寧夏的第一大作物，每年種植面積達30萬hm2，在灌區(qū)作物種植總面積中占有很大的比重，達到70%[1]，并且還在持續(xù)增長，所以玉米的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對寧夏糧食安全意義重大，也關(guān)系到玉米產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。寧夏土壤富含鉀素，長時間以來，農(nóng)民只注重施用氮肥和磷肥，而鉀肥不施或者施用量很少，但是作物在生長過程中從土壤中帶走了大量的鉀，使得土壤中的鉀不斷被消耗而沒有及時得到補充，因此鉀素缺乏越來越受到重視[2-4]。鉀素是玉米所必需的營養(yǎng)元素之一，它有增強光合產(chǎn)物在玉米體內(nèi)的運轉(zhuǎn)能力，對玉米的生長及產(chǎn)量的形成影響巨大[5-6]。合理地施用鉀肥不僅能增強葉片的光合作用，而且對于其熒光特性也有一定的提高[7]。葉綠素?zé)晒鈱ρ芯抗夂献饔脵C理有很重要的作用，它不僅可以反映植株的光合能力，同時還能間接地影響作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[8]。陸志峰等[9]研究表明，當作物缺乏鉀素時，葉片中的鉀含量會明顯降低，并且葉片的凈光合速率也隨之降低，進而導(dǎo)致了其他參數(shù)的降低。適當?shù)脑鍪┾浄士梢蕴岣哂衩桩a(chǎn)量和鉀肥利用率[10]。但是鉀肥過量施用，則會造成植株鉀素“外滲”現(xiàn)象。路小芳[11]研究表明，當施鉀量在0～210 kg·hm-2時，隨著施鉀量的增加，玉米產(chǎn)量呈上升趨勢。滴灌水肥一體化技術(shù)能夠根據(jù)作物的需水需肥規(guī)律進行合理均衡的灌水施肥[12]，此項技術(shù)不僅能節(jié)水節(jié)肥，提高作物產(chǎn)量，而且還有助于改良土壤質(zhì)地。目前關(guān)于鉀肥對玉米產(chǎn)量影響的研究較多[5，13-14]，但是在水肥一體化管理條件下，施鉀量對玉米產(chǎn)量影響的相關(guān)研究則相對較少。因此，本試驗設(shè)計在滴灌水肥一體化條件下，研究鉀肥施用量對寧夏春玉米葉綠素?zé)晒馓匦约爱a(chǎn)量的影響，以期為區(qū)域滴灌水肥一體化條件下，玉米的鉀素調(diào)控技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于寧夏農(nóng)墾平吉堡農(nóng)場農(nóng)六隊，地處寧夏回族自治區(qū)銀川市西夏區(qū)的西南部，東經(jīng)106°01′，北緯38°24′，平均海拔1 170 m，無霜期150 d左右，試驗期間氣溫與降雨量如圖1所示。0～20 cm耕層土壤含有有機質(zhì)11.86 g·kg-1、堿解鉀49 mg·kg-1、全鉀0.8 g·kg-1、速效鉀147.5 mg·kg-1，pH為7.68。

圖1 2018年和2019年玉米生育期氣象條件Fig.1 Meteorological conditions during maize growth period in 2018 and 2019

1.2 試驗品種與肥料

試驗玉米品種為天賜19號，2018年于4月21日播種，9月22日收獲，2019年于4月22日播種，9月25日收獲，兩年均采用機械播種。該品種生育期137 d，幼苗葉鞘紫色，葉片綠色，株型半緊湊，株高280.1 cm，穗位高126.5 cm，全株葉片數(shù)19片，穎殼綠色，花藥紫紅色，花絲淺紫色，果穗長筒型。

試驗肥料：氮肥為尿素(含N≥46% 由中國石油天然氣股份有限公司寧夏石化分公司生產(chǎn))，磷肥為磷酸一銨 (含P2O5≥61%、N≥12% 由四川龍蟒磷化工有限公司生產(chǎn))，鉀肥為硫酸鉀(含K2O≥52% 由中國農(nóng)資集團生產(chǎn))，3種肥料皆為水溶性肥料。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)6個梯度鉀肥量處理，K0(0 kg·hm-2)、K1(60 kg·hm-2)、K2(120 kg·hm-2)、K3(180 kg·hm-2)、K4(240 kg·hm-2)、K5(300 kg·hm-2)，每處理3次重復(fù)，共18個小區(qū)。其中氮、磷肥用量分別為300 kg·hm-2和138 kg·hm-2。每個小區(qū)種植8行玉米，密度為90 000株·hm-2，小區(qū)面積為81.4 m2(18.8 m×4.4 m)，寬窄行種植(寬行70 cm，窄行40 cm)，株距為20.2 cm，區(qū)組間留1.5 m走道，支管道鋪在走道上，支管道直徑為50 mm，小區(qū)里每兩行鋪一根滴灌帶，滴灌帶鋪在窄行內(nèi)，共4根滴灌帶，每個小區(qū)都有相對應(yīng)的閥門，滴灌時互不干擾，同時在試驗地四周設(shè)2行保護行。

1.4 試驗水肥管理

試驗不施基肥，全部肥料作追肥隨水滴入。根據(jù)前人研究的寧夏春玉米水肥吸收規(guī)律[1，15]，在玉米的全生育期共施肥8次，苗期1次、拔節(jié)期3次、抽雄期1次、灌漿期3次。玉米各生育時期鉀肥分配比例為：苗期10%，拔節(jié)期-大口期40.4%，抽雄期-吐絲期14.6%，灌漿期35%。全生育期共滴水10次，苗期1次、拔節(jié)期3次、抽雄期2次、灌漿期3次、成熟期1次，共用水量2 475 m3·hm-2。詳見表1。

表1 玉米全生育時期鉀肥用量及灌水量Table 1 Potash use and irrigationduring full fertility of maize

1.5 測定項目與方法

苗期在每個處理中選擇長勢一致的5株玉米定株，在玉米主要生育時期(拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期)測定葉綠素和熒光指標。于晴天早上9:00—11:00，選取未受損、受光一致的玉米棒三葉(未抽穗之前測定部位均為最上一片完全展開葉)，葉綠素采用SPAD-plus手持葉綠素計測定。熒光指標采用Hansatch公司生產(chǎn)的FMS-2型便攜式熒光儀測定。先用暗適應(yīng)夾夾住葉片暗處理15 min后，拉開暗室板再用FMS-2型便攜式熒光儀測定最小熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ綜合性能指數(shù)(PI)、單位反應(yīng)中心吸收的光能(ABS/RC)等指標，每個處理重復(fù)測3次。

每個小區(qū)選取中間兩行面積為20.68 m2收獲果穗并稱重，再從每個小區(qū)收獲的果穗中隨機挑選10個果穗于實驗室考種，記錄其穗粗、穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素，最后在籽粒含水量為14%條件下計算籽粒產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

分別采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)整合，采用DPS 9.5進行數(shù)據(jù)分析，采用Origin2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施鉀量對玉米葉綠素含量的影響

如圖2所示，玉米主要生育時期的SPAD值變化呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。在抽雄期達到峰值。2018年玉米各個生育時期K3處理表現(xiàn)最佳，K0處理下的SPAD值在拔節(jié)期、大喇叭口期和灌漿期均小于其他處理下的SPAD值，說明施用鉀肥有利于增加玉米葉片相對葉綠素含量。2019年則不同，拔節(jié)期K0、K1、K2、K4、K5處理間差異不顯著，大喇叭口期K1處理高于其他處理，K0、K2、K3、K4之間無顯著性差異，抽雄期K1處理的SPAD顯著低于其他處理，灌漿期K3處理SPAD值分別較其他處理高了11.24%、4.65%、6.45%、5.18%、4.65%。

JT，拔節(jié)期；BT，大喇叭口期；TL，抽雄期；FL，灌漿期。不同字母表示同時期差異顯著(P<0.05)。下同。JT， Jointing stage; BT， Large bell stage; TL， Tasseling stage; FL， Filling stage. The bars with different letters indicated significant difference at the 0.05 level. The same as bellow.圖2 不同施鉀量對玉米SPAD的影響Fig.2 Effect of different potassium application rate on SPAD value of maize

2.2 不同施鉀量對玉米熒光特性的影響

2.2.1 不同施鉀量對玉米Fo的影響

如圖3所示，隨著生育時期的推進，F(xiàn)o總體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。2018年在不同生育時期K3處理下的Fo最小。通過方差分析，大喇叭口期K0處理下Fo值最大，K3處理Fo值比其他處理分別低了12.58%、8.69%、3.35%、6.49%、8.67%。抽雄期和灌漿期各處理間沒有顯著性差異(P>0.05)。2019年拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期和灌漿期均是K3處理下的Fo最小，與2018年的結(jié)果一致。通過方差分析，抽雄期和灌漿期各處理間沒有顯著性差異(P>0.05)，拔節(jié)期K3處理顯著低于除K2處理以外的其他處理(P<0.05)，大喇叭口期K3處理比其他處理分別低了6.52%、2.78%、0.15%、4.05%、4.25%。

圖3 不同施鉀量對玉米Fo的影響Fig.3 Effect of different potassium application rate on Foof maize

2.2.2 不同施鉀量對玉米Fm的影響

2018—2019年不同生育時期不同施鉀條件下對玉米Fm的影響如圖4所示，其變化趨勢是先上升后下降，2018年K3處理的Fm在各個生育期都達到了最大，拔節(jié)期K2處理的Fm值顯著低于其他處理(P<0.05)，大喇叭口期K0和K1處理間差異不顯著，但是都顯著低于K3、K4、K5處理(P<0.05)，抽雄期K0處理的Fm比其他處理低了5.93%、9.69%、17.52%、7.77%、14.49%。2019年則有所不同，拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期各處理間均沒有顯著性差異，而在抽雄期K3處理的Fm達到了最大值，比其他處理分別高了10.92%、17.8%、31.97%、25.42%、21.08%。

圖4 不同施鉀量對玉米Fm的影響Fig.4 Effect of different potassium application rate on Fmof maize

2.2.3 不同施鉀量對玉米Fv/Fo的影響

Fv/Fo代表了PSⅡ光合作用的潛在活性。2018—2019年玉米主要生育時期的Fv/Fo變化趨勢如圖5所示，具體表現(xiàn)為先上升后下降，2018年 K3處理下的Fv/Fo在各個時期均達到最大。拔節(jié)期K2處理和K5處理Fv/Fo顯著低于其他處理(P<0.05)；大喇叭口期K0、K4處理Fv/Fo顯著低于K1、K3、K5處理(P<0.05)；抽雄期K3處理分別比其他處理高了7.9%、21.89%、12.88%、20.48%、0.48%；灌漿期K1、K2、K3處理Fv/Fo顯著高于K0處理(P<0.05)。2019年拔節(jié)期各處理間無顯著性差異；大喇叭口期K5處理高于其他處理，抽雄期K3、K4、K5處理間無顯著性差異，灌漿期K2處理PSⅡ光合作用的潛在活性高于其他處理。

圖5 不同施鉀量對玉米Fv/Fo的影響Fig.5 Effect of different potassium application rate on Fv/Foof maize

2.2.4 不同施鉀量對玉米Fv/Fm的影響

如圖6所示，2018—2019年玉米主要生育時期Fv/Fm變化趨勢為先上升后下降，大喇叭口期最大。2018年各生育時期不同施鉀處理的Fv/Fm大多均高于不施鉀處理，說明施鉀有利于提高PSⅡ反應(yīng)原初光能轉(zhuǎn)化效率。通過方差分析，拔節(jié)期6個處理間沒有顯著性差異，大喇叭口期K3處理下Fv/Fm較K0、K1、K2、K4、K5處理提高了6.51%、2.56%、4.81%、4.62%、1.64%。抽雄期和灌漿期各處理間沒有顯著性差異(P<0.05)。2019年有所不同，拔節(jié)期和抽雄期各處理間均沒有顯著性差異(P>0.05)，在大喇叭口期K5處理下的Fv/Fm高于其他處理，在灌漿期，K1處理Fv/Fm低于其余處理。

圖6 不同施鉀量對玉米Fv/Fm的影響Fig.6 Effect of different potassium application rate on Fv/Fmof maize

2.2.5 不同施鉀量對玉米PI的影響

2018—2019年各生育時期不同施鉀條件下對玉米PI的影響如圖7所示，其變化趨勢呈現(xiàn)先上升后下降。2018年拔節(jié)期各處理間PI值沒有顯著性差異；大喇叭口期K4處理PI值低于其他處理；抽雄期PI值達到最大， K3處理分別比其他處理的高出24.64%、65.22%、21.38%、37.35%、22.66%。灌漿期PI值下降，可能是植株衰老，葉片功能下降，光合作用減弱。2019年與2018年有所不同，在玉米主要生育時期各處理間均沒有顯著性差異(P>0.05)，灌漿期以K3處理下的PI值最大，表明在玉米生長后期合理的鉀肥有利于提高PSⅡ的穩(wěn)定性，進而增強光合作用。

圖7 不同施鉀量對玉米PI的影響Fig.7 Effect of different potassium application rate on PIof maize

2.2.6 不同施鉀量對玉米ABS/RC的影響

如圖8所示，2018—2019年玉米主要生育時期的ABS/RC呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在抽雄期出現(xiàn)峰值。2018年拔節(jié)期隨著施肥量的增加ABS/RC也增加，超過K3施肥量后開始下降，玉米的ABS/RC在大喇叭口期、抽雄期、灌漿期施用鉀肥均高于不施鉀肥的處理，抽雄期各處理分別比K0處理高了4.02%、4.82%、37.75%、29.32%、32.53%。2019年全生育時期K3處理下的ABS/RC達到了最大，拔節(jié)期與2018年表現(xiàn)一致，而大喇叭口期各處理間沒有顯著性差異(P>0.05)，抽雄期K3處理比其他處理分別高了9.6%、8.56%、10.5%、9.71%、8.08%。灌漿期則是施肥越多ABS/RC下降越快，可能是過量鉀肥抑制了葉片的電子傳遞。

圖8 不同施鉀量對玉米ABS/RC的影響Fig.8 Effect of different potassium application rate on ABS/RC of maize

2.3 不同施鉀量對玉米產(chǎn)量的影響

2.3.1 不同施鉀量對玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表2可知，增施鉀肥可以提高玉米籽粒產(chǎn)量。2018年6個處理中K0處理的產(chǎn)量最低，K1、K2、K3、K4、K5處理下的玉米產(chǎn)量分別比對照K0增加了5.72%、5.81%、9.53%、8.33%、4.92%。2019年K1、K2、K3、K4、K5處理下的玉米產(chǎn)量分別比對照K0增加了0.37%、4.36%、5.75%、1.28%、0.61%。從表中的產(chǎn)量構(gòu)成因素可以看出，2018年各處理間的產(chǎn)量及構(gòu)成因素沒有顯著性差異，但是均以K3處理下產(chǎn)量及構(gòu)成因素表現(xiàn)最優(yōu)。2019年則表現(xiàn)出K3處理的產(chǎn)量及構(gòu)成因素明顯高于其他處理，由此可以看出K3處理下的玉米產(chǎn)量最高，增產(chǎn)幅度最大，并且隨著施鉀量的增加產(chǎn)量也在增加，但是達到一定程度后產(chǎn)量反而下降，說明適量的增施鉀肥有助于提高產(chǎn)量。

表2 不同施鉀量下玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的變化Table 2 Changes in yield components of maize under different potassium application rates

2.3.2 玉米熒光特性與產(chǎn)量之間的相關(guān)性

相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與SPAD、Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、PI、ABS/RC都有不同程度的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.71、0.32、0.66、0.29、0.28、0.29、0.66，說明在玉米生長過程中葉片的熒光特性對玉米產(chǎn)量的增加起促進作用。SPAD與Fm、Fo、Fv/Fo、Fv/Fm、PI的關(guān)系為正相關(guān)，與ABS/RC有極顯著正相關(guān)關(guān)系，同時Fm與Fv/Fm、Fv/Fo，F(xiàn)v/Fm與Fv/Fo、PI、Fv/Fo與PI有顯著性正相關(guān)關(guān)系，其他熒光參數(shù)之間的關(guān)系為正相關(guān)。

表3 玉米葉綠素?zé)晒馓匦耘c產(chǎn)量之間的相關(guān)性Table 3 Correlation between maize chlorophyll fluorescence characteristics and yield

3 討論

3.1 不同施鉀量對玉米葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>

植株在進行光合作用過程中主要是依靠葉綠素來吸收光能，同時葉綠素可以促進葉片內(nèi)部的電子傳遞，進而影響光合作用[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，在2018和2019年，K3處理下的相對葉綠素含量比不施鉀肥有所提高，這表明適量的鉀肥可以增加玉米葉片中的相對葉綠素含量，進而促進植株的光合作用。

植株的葉綠素?zé)晒馓匦耘c光合作用有著密不可分的聯(lián)系，能反映環(huán)境變化對光合作用的影響規(guī)律，而且還是影響產(chǎn)量的一個非常重要的因素。徐洪文等[17]認為，通過探測植株體內(nèi)的熒光信號，能夠了解植株的光合生理狀況。高天鵬等[18]研究發(fā)現(xiàn)，鉀肥能夠提高PSⅡ反應(yīng)中心最大原初光能捕獲效率。初始熒光Fo的增加表明PSⅡ出現(xiàn)了可逆的失活或者不可逆轉(zhuǎn)的破壞，本研究表明，在K3處理下初始熒光最低，說明在此施鉀量下玉米的光合能力最佳。朱祖雷等[19]研究表明，在一定鉀肥范圍內(nèi)，駿棗的葉綠素含量、光化學(xué)量子效率(Fv/Fm)都隨著施鉀量地增加而升高。孫騫等[20]研究發(fā)現(xiàn)，施用鉀肥可以增強獼猴桃葉片的熒光參數(shù)，使得電子傳遞以及PSⅡ潛在活性都得到了提升。夏樂等[21]研究表明，在低鉀和高鉀的條件下，F(xiàn)v/Fo和Fv/Fm都較低，低鉀會抑制PSⅡ光合作用活性，導(dǎo)致最大光化學(xué)量子產(chǎn)量的減少，光合作用降低，而過量鉀的施入，則可能會使光合機構(gòu)受到損傷，從而影響光合作用。本研究表明，隨著生育時期的推進，F(xiàn)m、Fv/Fo、Fv/Fm和ABS/RC均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，施用鉀肥能夠增強玉米的電子傳遞以及光能轉(zhuǎn)化效率，并且K3處理下電子傳遞和光能轉(zhuǎn)化率都達到了最高，但是沒有隨著施鉀量的增加而持續(xù)增高，而是出現(xiàn)了不同程度的下降，得到了與前人一致的結(jié)果，說明合理地施用鉀肥有利于增強植株的熒光特性。PI是衡量植株葉片葉綠素吸收、捕獲能量的綜合指標，孔振[22]研究表明，施肥可以提高PSⅡ反應(yīng)中心吸收電子和捕獲電子的能力。本試驗結(jié)果表明，K3處理下PI值在2018年各生育時期和2019年大喇叭口期及灌漿期達到最大，說明K3施肥條件下更有利于葉片中的電子向光合電子鏈的傳遞，從而增強了葉綠素吸收、捕獲能量的能力，以達到提高光合速率的目的。

3.2 不同施鉀量對玉米產(chǎn)量的影響

鉀肥充足，玉米的生長發(fā)育狀況良好，莖稈粗壯，產(chǎn)量高；鉀肥虧缺，植株瘦弱，籽粒小，產(chǎn)量低[23]。任金虎等[24]研究表明，在一定范圍內(nèi)施用鉀肥，可以有效增加玉米產(chǎn)量。趙福成等[25]研究發(fā)現(xiàn)，隨著施鉀量的增加，甜玉米的產(chǎn)量先增加再下降。本試驗結(jié)果表明，施鉀量在0～180 kg·hm-2時，玉米產(chǎn)量逐漸增加，施鉀量在180～300 kg·hm-2時，產(chǎn)量卻逐漸下降，這是由于當施鉀量過多時，百粒重呈下降趨勢，產(chǎn)量也開始下降，表明施鉀量超過作物所需時，導(dǎo)致作物體內(nèi)葉綠素含量以及熒光作用的減弱，進而影響到作物的光合作用，使得光合產(chǎn)物積累較少，最終影響產(chǎn)量。

本文通過2018年和2019年兩年的時間研究了滴灌水肥一體化下施鉀量對玉米葉綠素?zé)晒馓匦约爱a(chǎn)量的影響，但是試驗設(shè)計的鉀肥用量梯度太大，希望在今后的研究過程中能夠進一步優(yōu)化試驗方案，縮小肥料梯度，并結(jié)合光合作用進行研究，以期為該地區(qū)在獲得高產(chǎn)的前提下提供更精準的施肥方案。

4 結(jié)論

滴灌水肥一體化條件下，鉀肥用量在0～180 kg·hm-2，春玉米產(chǎn)量逐漸增加，超過180 kg·hm-2產(chǎn)量開始下降。當鉀肥施用量為180 kg·hm-2，能夠提升玉米的葉綠素含量，加強PSⅡ反應(yīng)中心的穩(wěn)定性，提高電子傳遞效率，使得玉米的熒光特性增強，最終增加產(chǎn)量。