玉米苗期生长发育对钾浓度的响应

闫 艳，徐丽娜，李丽杰，张志勇

（河南科技学院生命科技学院，河南新乡 453003）

0 引言

玉米（Zea mays L.）是重要的粮食作物和饲料作物，也是中国种植面积最大、产量最高的作物。近年来，中国玉米种植面积和产量均不断增加，2019年种植面积达0.413亿hm2，总产量达2610亿kg，种植面积和总产量均位居全球第二，仅次于美国[1]，中国玉米增产对整个粮食作物增产的贡献率达到近60%，居粮食作物之首，在中国国民经济发展中占有重要地位，玉米的稳产和高产是保障中国粮食安全及相关产业发展的基础。

科学合理施肥是提高农作物产量的重要措施，作物对各种营养元素的需求量不同。钾是植物生长发育的必要元素之一，钾能够促进植物生长发育，前人研究表明，随着施钾量的增加，作物的鲜质量随之增加[2]。施钾在促进作物生长的同时，也增强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较多，对氮磷钾的需求量以氮最多，其次是钾，磷最少。适宜的钾素营养对玉米植株的生长有显著的促进作用，钾元素的缺少会影响土壤的营养平衡，当土壤缺钾或过量时，会对玉米的产量品质和经济效益造成影响[8]。在一定的施用范围内，随着钾肥用量的增加，玉米的产量也会随之提高，但超过适宜范围，产量则会随之下降[9]。包红静[10]等研究表明，施用钾肥的同时可以促进玉米对氮磷养分的吸收，在一定氮磷肥基础上应适当增施钾肥。

增加种植密度是获得玉米群体产量的重要措施之一[11]，种植密度和施肥量是影响玉米产量的重要因素，增加玉米种植密度，合理施肥，提高化肥利用效率是提高玉米群体产量的关键[12]。钾是玉米生长发育过程中不可或缺的营养元素，在一定范围内适当增加钾肥用量可改善玉米植株形态特征，促进玉米生长发育，提高产量和经济效益。在玉米栽培的过程中合理密植与适量肥料供应相配合，能够有效提高玉米的产量和品质。本试验采用水培方式，通过设置不同梯度的钾浓度和留苗株数，研究了玉米幼苗生长发育相关指标对不同钾浓度和留苗株数的响应，以期为玉米生产过程中合理高效增施钾肥提供试验参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及地点

供试材料为‘粒收1号’，试验于河南科技学院人工气候室进行。

1.2 试验设计

挑选形状大小均匀一致的玉米种子，将玉米种子用10% H2O2消毒5 min，然后用自来水冲洗6～8遍备用。将消毒后的种子置于双层吸水纸中间（吸水纸用灭菌后的全营养液润湿），玉米种子均匀摆放在距顶部3～4 cm的位置，玉米种子之间的距离约为3 cm，每卷放置8粒玉米种子，种子摆放好后将双层吸收纸慢慢卷起，并用橡皮筋固定，垂直置于装有2 L营养液的培养盒中。使种子在黑暗中28℃条件下萌发6天。在萌发过程中，观察是否存在滋生细菌，如果滋生细菌则喷洒多菌灵进行杀菌。萌发生长6天后，挑选长势一致的玉米幼苗进行移栽，于28℃的人工气候室中进行培养生长。移栽后3天更换营养液，此后每隔2天更换一次，幼苗生长28天后停止培养进行取样，每个处理选取3株长势均匀一致的玉米植株，进行指标测定。

其中，钾以氯化钾的形式供给，试验设置4个钾浓度梯度，分别为K1：1.35 mmol/L、K2：1.85 mmol/L、K3：2.35 mmol/L、K4：2.85 mmol/L，营养液均用蒸馏水配置。调节pH 6.0。培养盒规格：长27 cm、宽23 cm、高25 cm，装营养液4.5 L/盆。留苗株数为D1：4株/盆、D2：8株/盆，每个处理种植3盆。玉米营养液成分及使用浓度如表1。

表1 玉米水培营养液成分及使用浓度

1.3 测定项目及方法

株高：使用直尺测定其基部至叶片立起的最大高度。

茎粗：使用游标卡尺测量玉米基部第2节间中部直径。

植株鲜重：于植株基部将地上部和地下部根系分开，分别称取鲜重。

根冠比：根系鲜重/地上部鲜重×100%。

叶面积：用直尺测量所有完全展开叶的长度和宽度，计算总绿叶面积。

叶绿素含量：采用日本美能达公司手持式SPAD-502型叶绿素计测定每个处理的最后1片完全展开叶的SPAD值，每叶测定8～10个点的SPAD值取平均值，并记录数据。

1.4 数据处理

采用Excel 2007进行制图，采用SPSS 17.0进行数据显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同钾浓度和种植密度对玉米株高和茎粗的影响

由图1可知，钾的供应对玉米株高有显著影响（P＜0.05）。水培条件下玉米的株高随着留苗株数的增加而降低，不同钾浓度下，D1处理条件下玉米的株高均显著大于D2处理。不同留苗株数下，玉米的株高均表现为K1处理最小。D1处理条件下，玉米株高随钾浓度的增加而增加，与K1处理相比，其他处理分别显著增加了 9.78%（K2）、11.65%（K3）、16.46%（K4），而其他处理之间无显著性差异；D2处理条件下，玉米株高总体呈先增加后降低的趋势，不同钾浓度处理下的株高均存在显著性差异，以K2处理最大，显著大于K1、K3、K4处理。

图1 不同钾浓度和留苗株数对玉米株高的影响

由图2可知，钾的供应对玉米茎粗也有显著影响（P＜0.05）。玉米的茎粗和株高具有相同的表现趋势，不同钾浓度下，D1处理条件下玉米的茎粗均显著大于D2处理。随着钾浓度的增加不同留苗株数下的玉米茎粗具有相同表现趋势，均表现为K4＞K2＞K3＞K1。与K1相比，D1条件下其他钾浓度处理分别增加了13.17%（K2）、9.13%（K3）、22.69%（K4）；D2条件下其他钾浓度处理分别增加了 9.08%（K2）、8.37%（K3）、16.08%（K4）。

图2 不同钾浓度和留苗株数对玉米植株茎粗的影响

图1～2表明，增施钾肥对玉米生长有促进作用，适量的钾供应有利于密植条件下玉米幼苗株高茎粗增加，在此基础上增加钾供应对茎粗并无显著的影响。

2.2 不同钾浓度和留苗株数对玉米植株鲜重和根冠比的影响

由图3可知，不同钾浓度下，D1处理条件下的玉米地上部和根系鲜重均显著大于D2处理。D1处理条件下，玉米的总鲜重随钾浓度的增加而增加，以K4最大，K1最小，与 K1处理相比，K2、K3、K4处理的地上部鲜重分别显著增加了34.34%、50.07%、69.25%，而不同钾浓度下地下部根系鲜重无显著性差异。D2处理条件下，玉米种植株鲜重总体呈先增加后降低的趋势，不同钾浓度处理下玉米的地上部和根系鲜重均表现为K1最小，K2、K3、K4处理之间无显著性差异，地上部均显著大于K1处理，根系鲜重则K1与K4无显著性差异。

图3 不同钾浓度和留苗株数对玉米植株鲜重的影响

由图4可知，随着钾浓度的增加，D1处理条件下的玉米根冠比逐渐减小，D2处理则表现为先增加后降低的趋势，在K1处理下，D1处理条件下的玉米根冠比显著大于D2处理，在K2、K3、K4处理下小于 D2处理，表明在增加种植株数的情况下，合理增施钾肥可增加玉米营养生长阶段植株根冠比，促进密植条件下玉米幼苗地下部根系生长发育，增加植株对养分的吸收量。

图4 不同钾浓度和留苗株数对玉米植株根冠比的影响

2.3 不同钾浓度和留苗株数对玉米叶面积及叶绿素含量的影响

由图5可知，随着留苗株数的增加，玉米总绿叶面积呈下降趋势，不同钾浓度处理下，D1处理条件下玉米的总绿叶面积显著大于D2处理。D1处理条件下，玉米的总绿叶面积随着钾浓度的增加而增加，与K1处理相比，K2、K3、K4处理分别增加了 8.02%、11.35%、17.51%；D2处理条件下，随着钾浓度的增加玉米的总绿叶面积表现为先增加后降低的趋势，其中K2处理总绿 叶 面 积 显 著 大 于 K1（41.35% ）、K3（46.37% ）、K4（43.65%）处理。

图5 不同钾浓度和留苗株数对玉米总绿叶面积的影响

由图6可知，随着留苗株数的增加玉米的叶绿素含量呈下降趋势。不同留苗株数处理下，随着钾浓度的增加玉米叶绿素含量均呈先增加后降低的趋势。D1处理条件下，K2处理的SPAD值显著大于K1（5.92%）和K4（3.18%）处理，K2处理与K3处理之间差异未达到显著水平；D2处理条件下，K2处理的SPAD值显著大于K1（9.55%）、K3（14.05%）、K4（12.55%）处理。表明在增加种植株数的情况下，适量钾供给有利于玉米叶面积及叶绿素含量的增加，在此基础上增加钾供应对玉米叶面积及叶绿素含量并无增效作用。

图6 不同钾浓度和留苗株数对玉米叶片SPAD值的影响

3 结论与讨论

大田上增加种植密度将降低作物群体通风透光条件。玉米高密度种植造成叶片遮荫，降低玉米的茎粗、单株叶面积、叶绿素含量以及干物质积累量，增加茎秆倒伏和空秆率[13-15]。理想株型是改善玉米群体内通风透光条件，提高群体光能利用率，增加单位面积产量的有效途径[16]。常海霞等[17]研究结果表明，合理的行距配比有利于叶绿素的积累与保持，并且能够适当提高光合速率，进而促进产量的形成。种植密度增加，玉米对钾的需求量随之增加。边大红等[15]指出，适量增施钾肥可改善玉米植株形态特征，促进玉米生长发育，提高叶片光合特性，改善茎秆强度，进而提高产量和经济效益。

研究结果表明，与常规施肥相比，增施钾肥可显著提高玉米幼苗生长质量，增加玉米株高、茎粗，适宜用量的钾可增加植株叶面积，提高叶片中叶绿素含量，保持叶片具有相对较高的叶绿素，延缓叶片衰老，使得玉米植株茎秆粗壮、根系发达、叶色深绿、叶片肥厚有光泽[18-22]，增加玉米植株根系及地上部干物质量，促进生育前期光合产物的累积，为其后期的茁壮生长奠定基础，当施钾量过低或过量时，则无明显增效作用，对植物生长不利，且造成钾资源浪费[22-25]。王宜伦等[26]、谭杰等[27]也指出，增施钾超过一定量时无明显增效作用。王允青等[28]、赵士诚等[29]等研究均认为：当钾肥用量达150 kg/hm2时能够协调玉米对各种养分的平衡吸收，优化植株形态，提高玉米抗逆能力，使玉米的产量最高、产投比最大、钾肥利用率最高。当钾肥用量达到一定水平后，施钾量的持续增加反而会导致钾肥效益降低，玉米产量将出现明显下降。陈爱珠等[30]指出，不同甜玉米品种对钾肥的需求量不同，过量施用钾肥反而降低产量和品质。

本研究结果显示：随钾浓度的增加不同留苗条件下玉米的茎粗表现出相同趋势，均表现为 K4＞K2＞K3＞K1，可见钾肥的施用利于茎秆的发育。在D1处理条件下，K1浓度玉米形态较差，表现为株高最低，总绿叶面积最小，其余处理差异不显著。不同钾浓度处理之间地上部鲜重差异达显著水平，根系鲜重差异不显著。随着钾浓度的增加，玉米根冠比呈逐渐减小趋势，K1、K2处理显著大于K3、K4处理；在D2处理条件下随着钾浓度的增加，玉米的株高、总鲜重、根冠比、总绿叶面积、叶片SPAD值总体上均表现为先增加后降低的趋势，以K2处理最优，根冠比则表现为在 K1处理下 D1显著大于 D2，在 K2、K3、K4处理下D1则小于D2。本研究与前人研究结果相一致，表明适量的钾可促进密植条件下玉米幼苗地下部根系生长发育，增加植株对养分的吸收量，进而促进地上部生长，增加物质积累量，可为后期产量形成奠定坚实基础，过量施用时则产生冗余，无明显增效作用，对其生长不利。因此，合理的钾用量对密植玉米前期植株健康生长和后期玉米高产稳产生产具有重要意义，在实际生产中还应结合品种特性、土壤肥力等制定合理高效的钾肥用量。