叶面喷锌对两种类型玉米产量、籽粒锌等矿质营养元素含量的影响

蒋曦龙，王澜，乔月彤，李晓靖，薛燕慧，陈利容，夏海勇，4

（1.山东省农业科学院作物研究所/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室/小麦玉米国家工程实验室，山东 济南 250100；2.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；3.山东师范大学生命科学学院，山东 济南 250014；4.青岛农业大学农学院，山东 青岛 266109）

人体锌元素缺乏是一个重要的世界性问题，以谷物为主食的地区缺锌尤其严重［1］。玉米作为我国第一大粮食作物，其营养品质直接影响人体健康。我国玉米的籽粒锌含量很低，平均仅为11.8 mg/kg［2］，远低于人体所需玉米籽粒锌的生物强化目标值38 mg/kg［3］。土壤有效锌含量偏低是造成玉米籽粒锌含量不足的主要因素。因此，通过施用锌肥等生物强化措施来补充玉米锌吸收，对提高玉米锌营养具有十分重要意义［4］。

锌肥施用是提高玉米产量和籽粒营养品质的有效方法［5，6］。在土壤缺锌或潜在缺锌的地区，通过土施锌肥来提高玉米产量与品质已得到很好的验证，Liu等［7］在华北平原施用45 kg/hm2锌玉米产量可以增加10%左右；在津巴布韦地区施锌11 kg/hm2，玉米产量最大可以增加50%［8］；Imran等［9］研究表明，土壤施锌16 kg/hm2，玉米籽粒锌含量可从22 mg/kg增加到34 mg/kg。与土施锌肥相比，叶面喷锌可以保持叶片中大量的生理有效锌向籽粒转移，是提高玉米产量和籽粒锌浓度重要手段［5］，尤其对提高籽粒锌含量优于其他措施。Zhang等［10］指出叶面喷施锌肥（七水硫酸锌）的最佳浓度为0.4%；Cakmak等［11］指出在生育后期叶面喷施锌肥在提高籽粒锌含量方面的效果更显著。叶面喷锌作为玉米锌生物强化重要措施，正被越来越广泛应用于农业生产中。

目前，对玉米进行锌生物强化的研究主要集中在土施锌肥和普通玉米上，且多集中在锌肥施用对玉米富锌效果的影响方面，而叶面喷施锌肥对不同类型玉米产量的影响、糯玉米与普通玉米品种间对锌的响应比较方面研究较少。为此，本试验通过叶面喷施ZnSO4对糯玉米与普通玉米产量、生长性状、籽粒锌含量及其他营养元素含量进行比较研究，旨在为糯玉米与常规玉米的锌生物强化及高产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年6—10月在山东省乐陵市大孙乡灶户李村和山东省农业科学院作物研究所本部试验基地进行。

1.2 试验材料

供试玉米品种为京科糯2000（JKN 2000）、郑单 958（ZD958）。锌肥为七水硫酸锌（ZnSO4·7H2O，分析纯，含量97%）。

1.3 试验设计及方法

玉米叶面喷施锌肥共设5个处理，分别为空白对照Zn0：喷去离子水；Zn1：3 g/L；Zn2：6 g/L；Zn3：15 g/L；Zn4：30 g/L。乐陵试验点编号为L，种植京科糯2000；济南试验点编号为J，种植郑单958。各处理均添加0.01%（V/V）吐温，重复3次。小区面积5×6=30 m2。

济南试验点分别于8月16日（抽雄-吐丝后）、8月28日、9月11日各喷施1次锌肥；乐陵试验点分别于8月22日（抽雄-吐丝后）、9月5日和9月17日，各喷施1次锌肥。使用手持压缩式喷雾器进行均匀喷雾，每次选取5株，喷施量为100 mL/株。

1.4 样品采集与测定

玉米成熟期取样，进行人工考种、脱粒。籽粒用去离子水清洗，并于60～65℃烘箱中烘至恒重，称干重。营养元素含量测定前，将5株样品分为籽粒和秸秆两部分（手工脱粒以防止机器对植株微量元素造成污染），并分别用去离子水洗净，经65～70℃、72 h烘干后用不锈钢研磨机（中国北京环亚天元机械技术有限公司制造，型号HY-04B）粉碎，然后加入HNO3与H2O2（体积比为3∶1）混合溶液用微波消煮炉（CEM，Matthews，NC，USA）消煮。消煮液中各元素含量用等离子体发射光谱仪（ICP-AES，OPTIMA 3300 DV，Perkin-Elmer，USA）测定。每批样品消煮测定过程中，设置空白样和国际标准样品（荷兰瓦格宁根大学Wageningen籽粒样品 IPE556 和秸秆样品IPE883），以保证分析质量。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2007软件处理数据及作图，用SAS 9.0软件进行方差分析（ANOVA），最小显著性差异法进行检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 叶面喷锌对两种类型玉米产量及产量构成的影响

随叶面喷施锌肥浓度增加，两种类型玉米籽粒产量均呈现先增加后降低的趋势（表1）。当喷施锌浓度≤6 g/L时，LZn1、LZn2与JZn1、JZn2处理产量较各自对照分别增加8.91%、14.29%和0.54%、8.18%，除JZn1外各处理与对照差异显著；喷锌浓度≥15 g/L时，籽粒产量较对照分别降低15.87%、33.58%与17.89%、42.58%。京科糯2000鲜穗及鲜粒产量呈同样趋势，LZn2处理鲜穗产量、鲜粒产量达到最高，分别较对照增加21.56%、16.74%。

产量构成方面，叶面喷施锌肥对两种类型玉米行粒数影响显著，随锌浓度增加京科糯2000行粒数先增加后降低，LZn1处理最高达39.0粒，随锌浓度提高郑单958行粒数呈降低趋势，各处理均与对照差异显著。叶面喷锌能够有效提高京科糯2000穗行数，对百粒重影响不显著；对郑单958穗行数影响不显著，锌浓度为6 g/L时郑单958百粒重最大，但与对照差异未达显著水平。当喷施锌浓度为30 g/L时，明显抑制玉米生长，LZn4与JZn4处理行粒数较对照显著降低。

2.2 叶面喷锌对两种类型玉米农艺性状的影响

叶面喷施不同浓度锌对两种类型玉米植株性状影响不同。由表2看出，随锌浓度增加，郑单958与京科糯2000株高、茎粗呈现先增加后降低趋势，其中LZn2、JZn3处理株高最高、茎粗最大，分别为207.0、224.4 cm与25.4、21.4 mm；穗位高以LZn4、JZn4处理最高，分别为90.1、85.8 cm，均较对照差异显著。京科糯2000穗粗、果穗长呈现先增后降趋势，LZn2处理达到最大值，分别为44.0 mm、14.9 cm，而郑单958则逐渐下降，JZn3、JZn4处理较对照差异显著。LZn1、LZn2、JZn1、JZn2及JZn3处理玉米秃尖长显著低于对照，表明叶面喷施适量锌肥能够有效降低秃尖长。综上所述，叶面喷施适量锌肥有利于提高玉米株高、穗位高，缓解玉米叶片衰老，同时增加鲜果穗长，降低秃尖长。

2.3 叶面喷锌对两种类型玉米生物量的影响

由图1看出，两品种植株生物量均随叶面喷锌浓度增加呈现先增后降趋势。郑单958的JZn1、JZn2处理较对照增加14.4%、28.8%，且差异达显著水平，JZn4处理生物量显著降低，较对照减少22.9%；京科糯2000的LZn1、LZn2、LZn3与LZn4处理生物量增加1.3% ～37.3%，LZn1、LZn2处理与对照差异显著。可见，叶面喷施适量锌肥能够促进玉米生长，显著提高生物量，过高浓度则会抑制玉米生长，降低生物量，进而造成减产。

2.4 叶面喷锌对两种类型玉米籽粒营养元素含量的影响

叶面喷锌对两种类型玉米籽粒矿质营养元素影响有明显差异。由表3看出，叶面喷施锌肥增加京科糯2000与郑单958玉米籽粒Zn、Fe、Mn和K含量，其中Zn和Fe增幅显著。籽粒锌最高值LZn3处理为42.24 mg/kg、JZn2处理为38.09 mg/kg，较对照分别增加113.4%、91.2%，均超过籽粒强化目标值（38 mg/kg）。喷锌后，籽粒锌平均含量郑单958为33.6 mg/kg，京科糯2000为37.4 mg/kg，表明京科糯2000对锌肥响应更敏感。随喷锌量增加，与对照相比，京科糯2000与郑单958籽粒铁含量分别增加40.9%～104.9%、14.0% ～40.8%，籽粒Mn含量分别增加7.5% ～14.9%、4.8%～16.7%，籽粒K含量分别增加3.93% ～14.0%（除LZn3处理外）、3.3% ～18.4%。施锌后两种类型玉米籽粒Cu含量较对照显著降低14.6%～43.8%、4.4% ～6.7%；同时，郑单958籽粒Ca含量比对照显著低22.7% ～62.4%。叶面喷锌对两种类型玉米籽粒Se、Na、B、P与Mg含量影响不显著。

表3 玉米籽粒矿质营养元素含量

2.5 叶面喷锌对两种类型玉米秸秆营养元素含量的影响

由表4看出，叶面喷锌对两种类型玉米秸秆营养元素影响与对籽粒含量的影响有所不同。叶面喷锌显著增加京科糯2000、郑单958玉米秸秆Zn含量，且随锌浓度增加秸秆锌含量表现出正相关关系。LZn3、JZn4处理秸秆锌含量达最高值，分别为720.0 mg/kg与411.1 mg/kg，已高于锌对作物产生毒害的标准值（300 mg/kg）。秸秆Fe、Na含量先增加后降低，LZn3、JZn2处理秸秆Fe含量达到最大值，分别为373.8 mg/kg与354.3 mg/kg；LZn1、JZn2处理秸秆Na含量达到最大值。与籽粒Mn、K含量结果不同，叶面喷锌两品种玉米秸秆Mn、K含量降低，较对照分别降低6.3%～34.7%、10.1% ～25.6%（除JZn2处理外），同时降低秸秆Cu含量。叶面喷锌对两种类型玉米秸秆Se、B、P与Mg含量影响不显著。LZn3、LZn4及JZn4处理秸秆Ca含量显著低于其他处理，这可能与高浓度喷施锌造成玉米生长受限有关。

表4 玉米秸秆矿质营养元素含量

3 讨论与结论

前人研究表明，锌对玉米产量有重要影响，特别是在土壤缺锌地区。目前普遍认为，适量施用锌肥能够显著提高作物产量，过量锌肥会降低作物产量，在土壤高锌背景值情况下，锌肥对产量没有显著影响［12-16］。本研究结果发现，随叶面喷施锌肥浓度增加，两品种玉米籽粒产量均呈现先增加后降低趋势，这同孙建华的研究结论有相似之处，即随着施锌量的增加，玉米产量呈现先增加后降低的变化［17］。本研究中在锌浓度不超过6 g/L范围内，郑单958与京科糯2000分别增产0.54%～8.18%、8.91%～14.29%，生物量分别增加14.4%～28.8%、1.3%～37.3%，郑单958平均增产幅度低于京科糯2000。这可能与不同品种对锌的敏感程度有关。同时，也有研究认为，超高量施锌会降低产量或对作物增产没有明显影响［18］。本研究中，当叶面喷锌浓度超过15 g/L时，京科糯2000与郑单958籽粒产量较对照分别降低15.87% ～33.58%与17.89% ～42.58%，生物量较对照降低8.3%～22.9%。这也与前人研究结果相一致，喷施过高锌浓度造成离子毒害，引起叶片黄化，抑制玉米生长发育［19］。王子腾［20］、王孝忠［21］等研究总结发现，锌肥土施、叶面喷施或者两种方式配合施用均可提高作物产量，但增产效果会受施肥地区、方式、施用量以及作物种类等的影响。在适宜浓度下，锌可以促进玉米光合作用从而增加干物质的生成、提高产量［22-24］。本研究中，两种类型玉米叶面喷锌条件下秃尖长度显著降低，这与邹成林［25］、Sharma［26］等的研究结果相一致。这是因为锌可促进玉米植株叶面积指数提高，增强光合作用，改善生长发育，降低秃尖长度［27］。

本试验表明，叶面喷锌对两类型玉米的产量性状影响不同，适量喷锌后显著增加京科糯2000玉米的穗长、穗粗、行粒数，对百粒重无显著影响，对郑单958的穗长、穗粗及百粒重无显著影响。这与前人的研究结果一致［28，29］，但与江亚丽的研究有所不同，后者认为增施微肥对百粒重影响显著，对穗长、穗粗、穗粒数等无显著影响［30］，这可能与施用方式不同有关，需进一步对比研究。

施用锌肥可以有效提高作物籽粒锌含量，改善营养品质［31］，同时会直接影响籽粒其他营养元素含量，进而影响籽粒的营养品质［32，33］。本研究发现，叶面喷锌显著提高两种类型玉米籽粒、秸秆Zn、Fe含量，这与前人研究结果相一致［34］；其中，JZn2与LZn3处理籽粒锌含量为38.09、42.24 mg/kg，均超过玉米籽粒强化目标值。虽也有文献报道籽粒中的锌与铁呈现拮抗的关系［35］，但是大多数研究证明籽粒中的锌与铁是相互促进的关系［36，9］，可见，叶面喷施锌肥能够有效提高籽粒锌含量，同时促进铁的累积。前人研究认为，正常植株（干重）锌浓度为15～100 mg/kg，当植株锌含量超过上限浓度时，作物体内的酶活性会受到抑制［37］。本研究中，秸秆锌浓度与施锌量呈现正相关关系，过高浓度锌同样会抑制玉米生长，降低产量。同时，锌从植株向籽粒的转移效率较低［38］，在对玉米进行叶面喷锌生物强化过程时，既要尽量达到籽粒锌生物强化目标值，同时也要兼顾考虑秸秆锌浓度及向籽粒转移等问题。前人研究表明，施锌能够影响籽粒其他元素含量，一方面是因为产量增加造成的元素“稀释效应”［39］，另一方面锌促进玉米植株生长，促进了对其他元素的吸收。本研究中，随喷锌量增加，除Zn、Fe元素外，同时增加籽粒Mn、K含量，但秸秆K含量有所下降，这与前人研究施用锌肥提高玉米籽粒的铁、钾、镁、钙含量［40］有所区别。本研究中，叶面喷锌显著降低两种类型玉米籽粒Cu含量，其可能原因在于锌和铜竞争相同的吸附位点，锌肥的施用会降低作物对铜的吸收。这与Loneragan等［41］的研究相一致。

综上所述，叶面适量喷锌能够有效提高玉米产量及籽粒锌、铁含量，可达到生物强化目标值。针对不同类型玉米，叶面喷施锌浓度、培育高锌品种、研发高效锌肥、施加有机肥和增加喷施次数等措施也能够提高籽粒锌含量，这需要今后进一步研究。