耕作方式導(dǎo)致的土壤肥力差異影響玉米籽粒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累

關(guān)鍵詞： 土壤肥力；玉米；產(chǎn)量；籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

玉米是我國(guó)重要的糧食、飼料及能源作物，玉米籽粒中含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、水溶性多糖、維生素和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]。其中淀粉作為一種環(huán)境友好、成本低廉的可生物降解的天然多糖材料，約占整個(gè)胚乳的65%～70%[2]。蛋白質(zhì)是生物體的組成成分，參與能量代謝，生理成熟期的玉米籽粒中貯藏蛋白約占粒重的10%[3]。玉米籽粒中粗脂肪含量約為4%～6%，可用作食用油的加工原料[4]。因此，玉米籽粒的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升不僅能夠提高玉米在食品、飼料以及加工業(yè)中的綜合利用價(jià)值，而且對(duì)保障國(guó)家糧食安全和提高居民生活質(zhì)量具有重要意義[5]。玉米的產(chǎn)量和籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)是在光合產(chǎn)物積累和分配的同一過程中形成的，因此一些能夠顯著調(diào)控玉米產(chǎn)量的栽培管理措施大多也能夠顯著影響玉米的籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[6?8]。例如，施氮量的適量增加能在提高玉米產(chǎn)量的同時(shí)顯著增加玉米籽粒粗蛋白含量[9]。

土壤物理、化學(xué)性質(zhì)及生物學(xué)特性決定著耕層質(zhì)量[10?11]。土壤肥力指數(shù)綜合了土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，可以反映土壤的整體功能，因此常用來評(píng)價(jià)不同條件下的土壤質(zhì)量[12]。灌漿期是玉米粒重、產(chǎn)量形成的實(shí)質(zhì)性階段，高肥力的農(nóng)田能夠通過持續(xù)礦化出更多的氮素來提高土壤的供氮能力，有效保證玉米生長(zhǎng)后期的養(yǎng)分需求[13?14]。因此，提高土壤肥力可在穩(wěn)定作物產(chǎn)量和提高肥料利用效率的基礎(chǔ)上，減少化學(xué)肥料的施用[15?16]。耕作方式是影響土壤質(zhì)量變化及耕地可持續(xù)利用的重要外在因素，合理的耕作方式不僅可改善土壤結(jié)構(gòu)和理化特性，還可有效促進(jìn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)及資源的高效利用[17]。前人開展的相關(guān)理論及技術(shù)研究也已證實(shí)，合理的耕作和秸稈還田措施可有效提升土壤肥力[18?20]。然而，在內(nèi)蒙古地區(qū)的玉米生產(chǎn)系統(tǒng)中，高集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降和土壤退化。長(zhǎng)期沿用小型農(nóng)機(jī)具為主的連年旋耕（入土深度15cm）耕作方式，使得耕作層變淺（16.5cm），養(yǎng)分利用率降低[21?22]。施用化肥在一定程度上彌補(bǔ)了因土壤肥力下降導(dǎo)致的產(chǎn)量損失，但是過度施肥也導(dǎo)致了嚴(yán)重的土壤環(huán)境問題[23?25]。土壤板結(jié)、鹽漬化等不斷凸顯的各種問題嚴(yán)重影響著玉米產(chǎn)量[26]，玉米籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)也隨之失去保證，低土壤肥力已逐漸成為該地區(qū)春玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的主要限制因素。

目前關(guān)于栽培措施對(duì)玉米籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)作用的研究主要集中在生理成熟期，針對(duì)土壤肥力如何影響玉米產(chǎn)量和灌漿期的籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)組分的研究相對(duì)缺乏，限制了玉米的高產(chǎn)和品質(zhì)提升。為此，本研究利用課題組前期構(gòu)建的不同土壤肥力的田塊，探索玉米產(chǎn)量和籽粒灌漿過程中的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)組分對(duì)不同土壤肥力的響應(yīng)，闡明土壤肥力對(duì)玉米生理成熟期籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量的調(diào)控機(jī)制，旨在為春玉米的高產(chǎn)高效及綠色栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

2020—2021年，在中國(guó)敕勒川現(xiàn)代農(nóng)業(yè)博覽園（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米中心） 試驗(yàn)基地（40°35′45.63″N，110°34′44.76″E） 開展試驗(yàn)。前茬作物為玉米，土質(zhì)為沙壤土。試驗(yàn)期間主要?dú)庀笠蜃尤鐖D1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在課題組始于2018年的耕作方式定位試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行，定位試驗(yàn)共設(shè)置淺旋、免耕、免耕秸稈粉碎全量覆蓋還田、推茬清壟條深旋、推茬清壟條深旋秸稈還田、深松、深松秸稈粉碎全量混拌還田、深翻和深翻秸稈粉碎全量還田9個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)40 m、寬6 m，小區(qū)面積為240 m²，玉米等行距種植，行間距為0.6 m，供試品種為‘先玉696’，種植密度為8.25 萬株/hm²。各小區(qū)每年施N 225 kg/hm²、P₂O₅ 210 kg/hm²、K₂O202.5 kg/hm²，供試肥料為磷酸二銨（N 18%；P₂O₅46%） 和硫酸鉀（K2O 51%）、尿素（N 46%），磷酸二銨和硫酸鉀全部作基肥一次性施入，尿素溶于施肥罐，結(jié)合滴灌分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期按3∶6∶1比例隨水追肥。生育期內(nèi)共灌水4次，分別為拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期，每次灌水量均為750 m³/hm²。2020?04?25 播種，2020?10?09 收獲；2021?04?23 播種，2021?10?12收獲。其他管理同一般大田。具體耕作方法見表1。經(jīng)過3、4年的耕作，播種前各處理耕層土壤（0—30cm）速效氮磷鉀、有機(jī)質(zhì)含量以及土壤肥力綜合指數(shù)見表2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 于花后20、40、60天（生理成熟期），選擇符合種植密度的代表性果穗中部發(fā)育正常的籽粒，于烘箱105℃ 殺青后，60℃ 烘干至恒重。烘干后的籽粒干樣粉碎后用作籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的測(cè)定，采用半微量凱氏定氮法測(cè)定籽粒全氮含量（粗蛋白含量=籽粒全氮含量×6.25），索氏提取法–殘余法測(cè)定粗脂肪含量，蒽酮–硫酸比色法測(cè)定總淀粉及可溶性糖含量。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 每小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的玉米6m²，收獲后測(cè)產(chǎn)，并統(tǒng)計(jì)測(cè)產(chǎn)區(qū)內(nèi)有效穗數(shù)。人工脫粒后測(cè)定鮮粒重和含水率，折算成含水量為14% 的籽粒產(chǎn)量，隨后每小區(qū)留20穗風(fēng)干后考種，測(cè)定穗粒數(shù)和百粒重（含水量14%）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)收集整理，利用IBM SPSS 25.0 和SAS 9.4 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差、相關(guān)性和主成分分析。處理間顯著性分析采用單因素方差分析（Duncan’s test，α=0.05）。使用Sigmaplot 12.5 和 Origin 2021進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式土壤肥力聚類分析

經(jīng)過連續(xù)3～4年的不同耕作處理后，將2020和2021 年不同耕作方式下的土壤肥力指數(shù)（表2） 進(jìn)行聚類分析，在類間距離為10處將9個(gè)耕作處理的土壤肥力分為低、中、高3 類（圖2）。2020年，高土壤肥力水平下的耕作方式分別為SSR和DPR，中土壤肥力水平下的耕作方式分別為S S、DP、NTR和SCR，低土壤肥力水平下的耕作方式分別為NT、SC 和CK。2021年，高土壤肥力水平（Hig）下的耕作方式分別為SSR 和DPR，中土壤肥力水平（Mid） 下的耕作方式分別為SS、DP、NTR、SCR、NT 和SC，低土壤肥力水平下的耕作方式僅為CK。

根據(jù)聚類分析的結(jié)果，以下分析均利用高、中、低3個(gè)肥力水平進(jìn)行比較。

2.2 土壤肥力對(duì)不同時(shí)期玉米籽粒粗蛋白含量的影響

對(duì)不同階段下籽粒粗蛋白含量差異分析發(fā)現(xiàn)（圖3），花后20天內(nèi)，玉米籽粒粗蛋白含量迅速增加，花后20～60天內(nèi)，又開始逐漸降低，于生理成熟期（花后60天） 達(dá)到最低。生理成熟期，不同肥力水平間的籽粒粗蛋白含量無顯著性差異， 同時(shí)花后20～40天內(nèi)籽粒粗蛋白含量的降幅在土壤肥力水平間的差異不顯著。與低肥力水平相比，高肥力水平下花后20天的籽粒粗蛋白含量顯著高1.72% （2020年） 和2.51% （2020年）?；ê?0～60天內(nèi)，各肥力水平間的籽粒粗蛋白含量的降幅差異顯著，相較于低肥力水平，中、高肥力水平籽粒粗蛋白含量降幅分別顯著高18.60%、29.85% （2020年） 和21.00%、34.64% （2021 年）。

2.3 土壤肥力對(duì)不同時(shí)期玉米籽?？偟矸酆康挠绊?/p>

對(duì)不同階段下籽粒總淀粉含量變幅分析發(fā)現(xiàn)（圖4），花后0～60天內(nèi)，玉米籽?？偟矸酆恐饾u增加，于生理成熟期（花后60天） 達(dá)到最大。與低肥力水平相比，中、高肥力水平下的花后20天的籽粒總淀粉含量分別增加3.70%、5.98% （2020 年） 和6.03%、8.95% （2021年）?；ê?0～40天及40～60天，各肥力水平間的籽?？偟矸酆康脑隽繜o顯著性差異。生理成熟期，相較于低肥力水平，高肥力水平下的籽?？偟矸酆糠謩e顯著高1.44% （2020年） 和2.43% （2021年）；中肥力水平兩年表現(xiàn)不一致，其中2020年無顯著性差異，2021年差異達(dá)顯著水平。

2.4 土壤肥力對(duì)不同時(shí)期玉米籽粒粗脂肪含量的影響

對(duì)不同階段下籽粒粗脂肪含量變幅分析發(fā)現(xiàn)（圖5），花后0～60天內(nèi)，玉米籽粒粗脂肪含量逐漸增加，于生理成熟期（花后60天） 達(dá)到最大。與低肥力水平相比，中、高肥力水平下花后20天的籽粒粗脂肪含量分別顯著增加5.26%、8.79% （2020年） 和10.49%、20.70% （2021 年）?；ê?0～40天，各肥力水平間的籽粒粗脂肪含量的增量?jī)赡瓯憩F(xiàn)不一致，2020年有顯著差異，2021年則無顯著性差異。同樣，對(duì)比低肥力水平，中、高肥力水平下花后40～60天籽粒粗脂肪含量的增量分別顯著低27.12%、54.01% （2020年） 和30.10%、28.07% （2021年）。生理成熟期，相較于低肥力水平，高肥力水平下的籽粒粗脂肪含量分別顯著高3.81% （2020年） 和4.10%（2021 年）；中肥力水平兩年表現(xiàn)不一致，其中2020年差異達(dá)顯著水平，2021年無顯著差異。

2.5 土壤肥力對(duì)不同時(shí)期玉米籽?？扇苄钥偺呛康挠绊?/p>

對(duì)不同階段下玉米籽粒可溶性總糖含量變幅分析發(fā)現(xiàn)（圖6），花后0～20天內(nèi)，玉米籽?？扇苄钥偺呛垦杆僭黾樱ê?0～60天，又開始逐漸降低，于生理成熟期（花后60 天） 達(dá)到最低。相較于低肥力水平，中、高肥力水平下的花后20 天籽?？扇苄钥偺呛糠謩e提高3.58%、5.47% （2020年） 和5.47%、8.94% （2021年）；花后20～40天，中、高肥力水平下的籽?？扇苄钥偺呛康慕捣卜謩e顯著增加9.68%、14.63% （2020年） 和15.63%、25.34%（2021 年）?；ê?0～60天內(nèi)，各肥力水平間的籽粒可溶性總糖含量的降幅兩年表現(xiàn)不一致，2020年無顯著差異，2021年中、高肥力水平的籽粒可溶性總糖含量的降幅則顯著低于低肥力水平。生理成熟期，與低肥力水平相比，中、高肥力水平下的籽?？扇苄钥偺呛匡@著降低10.13%、12.48% （2020年）和10.65%、18.55% （2021年）。

2.6 土壤肥力對(duì)玉米產(chǎn)量、百粒重的影響

由圖7可知，土壤肥力的提高可以顯著增加玉米產(chǎn)量和百粒重。對(duì)比低肥力水平，中、高肥力水平下的玉米產(chǎn)量分別顯著高3.36%、6.55% （2020年） 和4.27%、9.39% （2021年）。同樣，高肥力水平下的玉米百粒重較低肥力水平高2.97% （2020年） 和1.87% （2021年）；中肥力水平兩年表現(xiàn)不一致，2020年無顯著性差異，2021年則顯著增加。

2.7 產(chǎn)量、百粒重與生理成熟期籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)組分的關(guān)系

相關(guān)性分析結(jié)果（圖8）表明，生理成熟期，籽粒粗脂肪含量與百粒重、產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而籽粒可溶性總糖含量與百粒重、產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。與此同時(shí)，不同肥力水平下，生理成熟期的籽粒粗蛋白和總淀粉含量與玉米百粒重和產(chǎn)量的相關(guān)性也有差異。在中、高肥力水平下，生理成熟期的籽?？偟矸酆颗c產(chǎn)量有顯著正相關(guān)關(guān)系，在低肥力水平時(shí)，兩項(xiàng)指標(biāo)則沒有顯著相關(guān)關(guān)系。而且，在中肥力水平時(shí)，生理成熟期的籽粒粗蛋白含量與百粒重和產(chǎn)量也均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.8 不同生長(zhǎng)階段下各項(xiàng)籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)組分間的相互關(guān)系

利用花后不同生長(zhǎng)階段下的籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)組分進(jìn)行主成分分析（圖9）。結(jié)果表明，主成分1和主成分2 的累積貢獻(xiàn)率在低、中、高3個(gè)肥力水平條件下，分別為69.2、69.5和78.3。生理成熟期的籽粒粗脂肪含量在不同肥力水平條件下均在主成分1方向上有較大貢獻(xiàn)。在花后20～40天，籽粒粗蛋白含量的降幅以及籽粒粗脂肪含量的增量與生理成熟期的籽粒粗脂肪含量有正相關(guān)關(guān)系。與此同時(shí)，在中、高肥力水平條件下，花后20天的籽?？偟矸酆颗c生理成熟期的籽粒粗脂肪和總淀粉含量也均有正相關(guān)關(guān)系。

3 討論

3.1 耕作方式對(duì)土壤肥力的影響

傳統(tǒng)耕作通常采用旋耕翻動(dòng)土壤，促進(jìn)土壤通氣和改善土壤結(jié)構(gòu)。然而，頻繁的旋耕會(huì)破壞土壤中的微生物群落和有機(jī)質(zhì)，導(dǎo)致土壤肥力下降。同時(shí)，旋耕還會(huì)加速土壤侵蝕和水土流失，降低土壤肥力[28]。保護(hù)性耕作是一種有效提高土壤肥力的措施。在不破壞土壤表層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，保持土壤濕度和溫度，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的積累，有效保障土壤肥力水平[29]。保護(hù)性耕作還可以促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，在維持土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)，保證土壤肥力的穩(wěn)定性[30]。秸稈還田也是提高土壤肥力的有效措施。秸稈還田不僅改善土壤的物理性質(zhì)，還能顯著促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)含量的積累，提高土壤的肥力和養(yǎng)分供應(yīng)能力[31]。此外，秸稈還田還有助于促進(jìn)土壤中有益微生物的繁殖，提高土壤的生物多樣性。在減少土壤中化學(xué)殘留物積累的同時(shí)，也可以降低農(nóng)田對(duì)化學(xué)肥料的依賴，進(jìn)而促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展[32]。在我們的研究中，與淺旋相比，其余耕作方式均可以提高土壤肥力指數(shù)。同時(shí)，還注意到，在進(jìn)行秸稈還田時(shí)應(yīng)選擇合適的還田方法，如在2020 年，條深旋耕作模式下，秸稈還田后的土壤肥力指數(shù)僅增加了0.1390；而深翻耕作模式下，秸稈還田后的土壤肥力指數(shù)則增加了0.2326。總的來說，耕作方式對(duì)土壤肥力有顯著影響。根據(jù)土壤環(huán)境和作物生長(zhǎng)的需求，選擇合適的耕作方式可以保護(hù)土壤生態(tài)系統(tǒng)、增強(qiáng)土壤肥力和可持續(xù)利用能力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展。

3.2玉米產(chǎn)量對(duì)土壤肥力的響應(yīng)

鑒于當(dāng)前玉米集約化種植現(xiàn)狀，大量化肥的投入雖然提高了玉米產(chǎn)量，但也導(dǎo)致了氮肥的損失，合理的土壤肥力管理對(duì)減少氮損失和保障糧食安全至關(guān)重要[33]。我們的研究表明，通過合理耕作提高土壤肥力，對(duì)玉米產(chǎn)量有著顯著的增加作用，這與Adolwa等[34]研究結(jié)果一致。作物產(chǎn)量可有效反映土壤肥力的高低，因此一些作用于土壤肥力的措施往往也會(huì)調(diào)控作物產(chǎn)量。比如有機(jī)物料的添加，能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤速效養(yǎng)分，顯著提高玉米產(chǎn)量7.65%～17.03%[35]。秸稈還田配施氮肥也影響秸稈的腐解和養(yǎng)分元素的釋放過程，顯著影響玉米產(chǎn)量[36]。土壤肥力的增加并不能使玉米產(chǎn)量無限提高，而是會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)并保持相對(duì)穩(wěn)定[37]。

土壤肥力和施肥補(bǔ)充的養(yǎng)分共同保證了作物的養(yǎng)分需求。因此，一些提高土壤肥力的措施，通常也能在保證作物不減產(chǎn)的同時(shí)減少化學(xué)肥料的施用。比如，綠肥還田結(jié)合減量施氮20% 可提高玉米田0—110 cm 土層的土壤含水量，改善土壤氮素利用狀況，有效保證玉米產(chǎn)量[38]。配施腐殖酸可增加土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，顯著增加玉米地下部氮吸收量，有效促進(jìn)氮吸收總量并增強(qiáng)氮素向籽粒分配，最終在保證玉米產(chǎn)量無明顯下降的同時(shí)顯著提高氮肥利用率[39]。化學(xué)肥料由于其養(yǎng)分含量高、肥效快的特點(diǎn)，可以及時(shí)滿足玉米植株對(duì)養(yǎng)分的需求，但化肥對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量的提升效果不大，這兩個(gè)指標(biāo)處于一個(gè)相對(duì)較為穩(wěn)定的水平[40]。土壤肥力由于其肥效緩慢釋放，且養(yǎng)分含量豐富，可以在滿足玉米生長(zhǎng)后期養(yǎng)分需求的基礎(chǔ)上，減少對(duì)化學(xué)肥料的依賴[41]。在本研究中，對(duì)比低土壤肥力，高土壤肥力的玉米產(chǎn)量增幅比中土壤肥力增加了一倍左右，因此認(rèn)為高土壤肥力更能發(fā)揮玉米產(chǎn)量潛力。但是由于在各處理中均采用了與農(nóng)戶相同的施肥量，所以土壤肥力提高后如何減施無機(jī)肥料仍有待進(jìn)一步研究。

3.3 土壤肥力對(duì)玉米籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的調(diào)控作用

作物的產(chǎn)量和品質(zhì)是在光合產(chǎn)物積累和分配過程中形成的，因此產(chǎn)量與品質(zhì)間有著不可分割的關(guān)系。就玉米而言，一般高產(chǎn)量與高含量的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)成分，尤其是蛋白質(zhì)、脂肪和賴氨酸等，很難實(shí)現(xiàn)兼得[8]。若提高籽粒中蛋白質(zhì)和脂肪的含量，產(chǎn)量將會(huì)下降，除非進(jìn)一步提高作物的光合效率，增強(qiáng)作物的物質(zhì)生產(chǎn)能力[5]。在本研究中也發(fā)現(xiàn)了部分相似現(xiàn)象，即在中、高肥力條件下，生理成熟期的籽?？偟矸酆颗c產(chǎn)量有著顯著的正相關(guān)關(guān)系。但是，我們還觀察到，產(chǎn)量和百粒重與生理成熟期的籽粒粗脂肪含量也存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系。

粒重形成也是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐步積累的過程，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分配比例影響著玉米籽粒產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的優(yōu)劣[6]。籽粒品質(zhì)組分含量作為評(píng)價(jià)籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)[41]，其形成由遺傳因素和非遺傳因素兩個(gè)方面決定。遺傳因素指決定品種特性的遺傳方式和遺傳特征[42]，非遺傳因素則是指除了遺傳因素以外的一切因素，例如生態(tài)環(huán)境條件、栽培措施、礦質(zhì)養(yǎng)分等[43?44]。由于土壤肥力綜合了土壤的物理、化學(xué)和生物特性，所以一些能夠顯著調(diào)控土壤特性的栽培措施幾乎都能影響玉米籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的形成，比如輪作、密度、施肥和灌溉等。合理的輪作可以消除和減輕土壤中的有毒物質(zhì)、病蟲害和雜草的危害，通過調(diào)整土壤化學(xué)和生物特性，提高土壤肥力，進(jìn)而增加作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)[45]。在作物生育期施用氮、磷、鉀三大營(yíng)養(yǎng)元素，并配合施用硼、錳和鋅等微量元素，或是改進(jìn)不同生育階段的肥料施用比例，均能顯著影響土壤化學(xué)特性，增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)[46]。水分虧缺灌溉也可通過調(diào)節(jié)土壤物理特性的方式降低玉米產(chǎn)量，同時(shí)導(dǎo)致淀粉、粗蛋白、粗脂肪等營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的下降[47]。

本研究發(fā)現(xiàn)，提高土壤基礎(chǔ)肥力可以顯著改變生理成熟期籽?？偟矸?、粗脂肪和可溶性總糖的含量，且這3項(xiàng)品質(zhì)組分對(duì)土壤基礎(chǔ)肥力的響應(yīng)存在不同的閾值。例如，2021年的試驗(yàn)結(jié)果顯示，與低肥力土壤相比，中、高肥力土壤下的籽?？偟矸酆涂扇苄钥偺呛烤酗@著變化，而籽粒粗脂肪含量?jī)H在高肥力下才有顯著差異。因此，推測(cè)這可能是品質(zhì)組分合成過程中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累時(shí)間不同導(dǎo)致。在籽粒正常成熟條件下，灌漿初期主要合成蛋白質(zhì)，淀粉合成較弱；乳熟至蠟熟始期，糖類向種子運(yùn)輸加強(qiáng)，淀粉合成強(qiáng)度大大超過蛋白質(zhì)；籽粒發(fā)育后期，糖類向籽粒運(yùn)輸減弱或停止，而氮的輸入?yún)s仍在繼續(xù)[13，48]。另外，兩年土壤肥力對(duì)某些籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)組分含量的影響并不一致，今后可進(jìn)一步探究氣象要素、土壤肥力和化學(xué)肥料等因素交互作用對(duì)籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響及其調(diào)控機(jī)制。

玉米籽粒的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)合成與氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收及分配之間存在著密切的關(guān)系。氮素是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸和葉綠素等生物大分子的重要組成部分，對(duì)于促進(jìn)玉米籽粒的蛋白質(zhì)合成和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的提高至關(guān)重要。磷則參與調(diào)控植物的能量轉(zhuǎn)移和物質(zhì)代謝，對(duì)玉米籽粒的淀粉、脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分的合成與積累具有重要作用。而鉀在調(diào)控玉米籽粒的水分平衡、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等過程中起到關(guān)鍵作用，影響了玉米籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)[49]。因此，在今后的研究中，可通過分析籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與植株養(yǎng)分吸收及分配的內(nèi)在關(guān)系，進(jìn)一步解析土壤肥力對(duì)籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)形成的調(diào)控作用。鑒于產(chǎn)量、籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)組分與土壤肥力之間的關(guān)系，我們認(rèn)為根據(jù)品種的生態(tài)適應(yīng)性，實(shí)施適地適種，通過調(diào)節(jié)不同土壤肥力條件下的栽培技術(shù)，創(chuàng)造遺傳因素與非遺傳因素互作的最適條件，可以實(shí)現(xiàn)保證高產(chǎn)的同時(shí)改善玉米籽粒的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

4結(jié)論

定位試驗(yàn)結(jié)果表明，不同耕作方式造成了土壤肥力的差異，適宜的耕作方式可以明顯提高土壤肥力，且以深松秸稈粉碎全量混拌還田和深翻秸稈粉碎全量還田的效果最佳。高土壤肥力顯著提升了玉米產(chǎn)量、百粒重以及籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。相較中、低土壤肥力，高土壤肥力主要提升了花后20～40天內(nèi)籽粒粗脂肪含量，提升了花后20天內(nèi)的籽?？偟矸酆?，最終提高了生理成熟期籽粒粗脂肪和總淀粉含量。