氮、磷、鉀肥對(duì)香梨坐果期光合特性的影響

柴仲平，王雪梅，陳波浪，孫 霞，盛建東，龔雙鳳

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊830052;2. 新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆烏魯木齊830054)

光合作用形成的同化產(chǎn)物是樹(shù)體生長(zhǎng)和果實(shí)產(chǎn)量的基礎(chǔ)，是構(gòu)成果品品質(zhì)的決定性因素。許多學(xué)者對(duì)各類(lèi)果樹(shù)光合特性進(jìn)行了大量的研究［1－6］。在自然條件下，果樹(shù)葉片的凈光合速率受到光合有效輻射、CO2濃度、氣溫、相對(duì)濕度等多個(gè)環(huán)境因子的影響，同時(shí)光、溫、水、氣等生態(tài)因子變化又可引起果樹(shù)生理因子變化，外在生態(tài)環(huán)境條件和內(nèi)在生理因子共同影響果樹(shù)光合作用特性［7－8］。在梨光合作用方面，過(guò)去以研究單一品種的光合速率和光合日變化較多［9－14］，已有研究認(rèn)為，梨不同種在飽和光強(qiáng)下的凈光合速率大小有差異［15］。梨不同品種的凈光合速率也不同［16］，晴天和陰天梨的凈光合速率日變化曲線表現(xiàn)不一［11］，不同季節(jié)梨凈光合速率日變化曲線也有差異［9，12］。在逆境條件下，梨凈光合速率日變化曲線會(huì)發(fā)生變化［6］。有關(guān)肥料因素對(duì)梨的光合特性影響報(bào)道較少，通過(guò)研究田間調(diào)控肥料三要素氮、磷、鉀，分析比較不同施肥處理下庫(kù)爾勒香梨在坐果期葉片凈光合速率的變化特點(diǎn)，旨在探討庫(kù)爾勒香梨對(duì)土壤養(yǎng)分氮素、磷素、鉀素的響應(yīng)程度以及它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)過(guò)程和機(jī)制，以期在生產(chǎn)上提高香梨光合效率，進(jìn)而為提高產(chǎn)量、改善果品品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)選在新疆庫(kù)爾勒市恰爾巴格鄉(xiāng)下和什巴格村5 隊(duì)(中心位置為41°48'21″N，86°04'22″E)，海拔918.7 m，地處天山南麓，塔里木盆地東北邊緣，孔雀河沖洪積平原上。屬暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫14 ℃～15 ℃，年降水量50 mm～55 mm，年最大蒸發(fā)為2 788.2 mm。年總輻射6 343 MJ·m－2，日照時(shí)數(shù)2 889 h，大于等于0℃積溫平均為4 700 ℃，大于等于10 ℃積溫4 278 ℃，無(wú)霜期180 d～200 d。主導(dǎo)風(fēng)向東北風(fēng)，土壤類(lèi)型主要為粘壤土，土壤中有機(jī)質(zhì)含量21.78 g·kg－1，堿解氮47.80 mg·kg－1，有效磷16.81 mg·kg－1，速效鉀228.72 mg·kg－1。

表1 環(huán)境因子日變化Tab.1 The diurnal variations of environmental factors

1.2 研究材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究選擇庫(kù)爾勒香梨為研究對(duì)象，選取具有代表性中肥力果園一個(gè)，設(shè)置氮磷鉀3 因素，4 水平，14個(gè)處理的“3414”田間試驗(yàn)，施肥試驗(yàn)方案見(jiàn)表2。

表2 氮、磷、鉀肥試驗(yàn)方案Tab.2 The experiment scheme under different treatments of N，P，K

依據(jù)香梨果樹(shù)株行距的大小，每處理選取5 棵果樹(shù)，每個(gè)處理3 次重復(fù)，隨機(jī)排列。肥料選用尿素(含N 46%)、重過(guò)磷酸鈣(含P2O546%)和硫酸鉀(含K2O 51%)。尿素施用量以每處理60%在果樹(shù)萌芽前(2012 年3 月31 日)施用(N0處理除外)，剩余40%在膨果前期追施(2012 年5 月5 日和6 月5 日各追施20%)。磷肥和鉀肥在萌芽前(2012 年3 月31 日)一次性施入，施用方式為環(huán)狀溝施，溝深30 cm～40 cm。灌溉采用常規(guī)灌溉，其它田間管理與當(dāng)?shù)叵嗤?。供試?shù)種為20 a 樹(shù)齡的香梨(Pyrus bretschneideri Rehd. )，嫁接砧木為杜梨(Pyrus betulifolia Bge. )，株行距5 m ×6 m。試驗(yàn)小區(qū)的立地條件相同，土壤水分、肥力等條件相近，均生長(zhǎng)良好。

1.3 測(cè)定方法

試驗(yàn)于香梨坐果時(shí)期(2012 年5 月13 日，晴天)進(jìn)行，用SPAD－502 型手持葉綠素儀測(cè)定葉片的葉綠素含量;用LAT2000 型冠層分析儀測(cè)定葉面積指數(shù);利用自然光照，用CIRAS－2 型光合儀對(duì)葉片進(jìn)行不離體測(cè)定，光合特性指標(biāo)測(cè)定每處理選1 株，選光照較好的新梢中上部健康葉3 片，從早晨9:30(北京時(shí)間，以下同上)開(kāi)始測(cè)定至下午19:30，每隔2 h 測(cè)定1 次。測(cè)定項(xiàng)目包括光合有效輻射(PAR，μmol·m－2·s－1)、氣溫(Ta，℃)、空氣CO2濃度(Ca，μmol·mol－1)等環(huán)境因子指標(biāo)和凈光合速率(Pn，μmol·m－2·s－1)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 和DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)獲取的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行處理與分析并完成制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對(duì)香梨葉片凈光合速率(Pn)日變化的影響

不同施氮水平處理下香梨葉片的凈光合速率日變化均呈雙峰曲線，第一次峰值都較第二次峰值高，見(jiàn)圖1。在日變化過(guò)程中雙峰出現(xiàn)時(shí)間一致，第一次峰值出現(xiàn)在下午13:30，第二次峰指出現(xiàn)在下午17:30。因施氮水平的不同峰值大小呈現(xiàn)出一定的差異，不同施氮水平下第一次峰值之間差異顯著，第二次峰值之間差異不顯著。第一次峰值和第二次峰值均表現(xiàn)為N2P2K2＞N1P2K2＞N3P2K2＞N0P2K2，說(shuō)明施氮能促進(jìn)香梨葉片的凈光合速率，但過(guò)量時(shí)則會(huì)帶來(lái)不利影響。

圖1 不同氮處理的香梨葉片凈光合速率日變化Fig.1 Diurnal variations of Pn of Fragrant Pear leaves under different treatments of N

2.2 施磷對(duì)香梨葉片凈光合速率(Pn)日變化的影響

不同施磷水平處理下香梨葉片的凈光合速率日變化均呈雙峰曲線，第一次峰值都較第二次峰值高，見(jiàn)圖2。因施磷水平的不同，在日變化過(guò)程中雙峰出現(xiàn)時(shí)間和峰值大小均產(chǎn)生了一定差異。不施磷的處理(N2P0K2)與施磷處理相比凈光合速率第一次峰值提前2 h 出現(xiàn)，第二次峰值出現(xiàn)時(shí)間保持一致，在下午17:30。不同施磷水平下第一次峰值之間差異顯著，而第二次峰值之間差異不顯著。第一次峰值表現(xiàn)為N2P2K2＞N2P3K2＞N2P1K2＞N2P0K2，第二次峰值表現(xiàn)為N2P2K2＞N2P1K2＞N2P3K2＞N2P0K2，說(shuō)明施磷能促進(jìn)香梨葉片的凈光合速率，過(guò)量時(shí)也會(huì)帶來(lái)不利影響。

圖2 不同磷處理的香梨葉片凈光合速率日變化Fig.2 Diurnal variations of Pn of Frangrant Pear leaves under different treatments of P

2.3 施鉀對(duì)香梨葉片凈光合速率(Pn)日變化的影響

不同施鉀水平處理下香梨葉片的凈光合速率日變化均呈雙峰曲線，第一次峰值都較第二次峰值高。在日變化過(guò)程中雙峰出現(xiàn)時(shí)間一致，第一次峰值出現(xiàn)在下午13:30，第二次峰指出現(xiàn)在下午17:30。因施鉀水平的不同峰值大小呈現(xiàn)出一定的差異，不同施鉀水平下第一次峰值之間差異顯著，第二次峰值之間差異不顯著。第一次峰值表現(xiàn)為N2P2K2＞N2P2K1＞N2P2K3＞N2P2K0，第二次峰值表現(xiàn)為N2P2K2＞N2P2K3＞N2P2K1＞N2P2K0，說(shuō)明施鉀能促進(jìn)香梨葉片的凈光合速率，過(guò)量時(shí)也會(huì)帶來(lái)不利影響，見(jiàn)圖3。

2.4 香梨葉片凈光合速率對(duì)肥料的響應(yīng)

不同氮、磷、鉀施肥處理的香梨葉片溫度變化范圍在29.3 ℃～31.5 ℃之間，整體變化幅度不大，見(jiàn)表3。光合有效輻射和凈光合速率峰值在不同施肥處理之間差異較為顯著，13:30 時(shí)光合有效輻射最大值(1 679 μmol·m－2·s－1)出現(xiàn)在氮、磷素都相對(duì)缺乏而鉀素較為適度的第12 組處理(N1P1K2)，凈光合速率最大值(11.1 μmol·m－2·s－1)出現(xiàn)在氮、磷、鉀素都較為適度的第6 組處理(N2P2K2)，最大凈光合速率與最大光合有效輻射值沒(méi)有出現(xiàn)在同一施肥處理，說(shuō)明香梨葉片光合特性不僅只受外在生態(tài)環(huán)境條件的影響，還受香梨?zhèn)€體內(nèi)在生理因子的影響。不同氮、磷、鉀施肥處理對(duì)香梨葉面積指數(shù)和葉片葉綠素含量均產(chǎn)生了一定影響。葉面積指數(shù)最大值(3.12)出現(xiàn)在磷、鉀素都較為適度而氮素相對(duì)過(guò)量的第11組處理(N3P2K2)，最小值(1.92)出現(xiàn)在氮、磷、鉀素都缺乏的第1 組處理(N0P0K0)。葉片葉綠素含量最大值(37.29)出現(xiàn)在氮、磷素都較為適中而鉀素相對(duì)過(guò)量的第10 組處理 (N2P2K3)，最小值(33.57)出現(xiàn)在氮、磷、鉀素都缺乏的第1 組處理(N0P0K0)。說(shuō)明土壤中適度增加氮、磷、鉀素的含量可在一定程度上提高香梨葉面積指數(shù)和葉片葉綠素含量。

不同施氮、施磷、施鉀水平下，香梨葉片凈光合速率第一次峰值差異較為顯著，因此研究分別將香梨葉片13:30 時(shí)的凈光合速率第一次峰值(y)與施氮量(x1)、施磷量(x2)、施鉀量(x3)進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸分析，由于氮肥在測(cè)定光合特性時(shí)只施入了施肥方案中施肥水平的80%，所以具體施氮量按施肥水平的80%計(jì)算，磷、鉀肥按全部施入計(jì)算，得關(guān)系式:

y=4.171 4－0.116 8x1+0.407 5x2+1.419 2x3－0.018 8x－0.009 8x－0.271 3x+0.013 2x1* x2+0.107 4x1* x3－0.048 6x2* x3

r=0.990 8，f=23.738 5，顯著水平p =0.004 0，剩余標(biāo)準(zhǔn)差s =0.476 2，調(diào)整后的相關(guān)系數(shù)Ra =0.969 7;通過(guò)模型分析得出以香梨葉片凈光合速率為生產(chǎn)目標(biāo)時(shí)，各個(gè)因素的最佳組合為:香梨葉片凈光合速率(y)10.32 μmol·m－2·s－1，施氮量(x1)222.30 kg·hm－2，施磷量(x2)329.40 kg·hm－2，施鉀量(x3)53.70 kg·hm－2。肥料三要素對(duì)香梨葉片凈光合速率的作用順序?yàn)?施鉀量＞施磷量＞施氮量，氮磷、氮鉀之間具有協(xié)同效應(yīng)，磷鉀之間具有拮抗效應(yīng)。

圖3 不同鉀處理的香梨葉片凈光合速率日變化Fig.3 Diurnal variations of Pn of Fragrant Pear leaves under different treatments of K

表3 不同氮、磷、鉀施肥處理的香梨葉片光合特征值Tab.3 Photosynthetic Characteristics of Fragrant Pear leaves under different treatments of N，P，K

3 結(jié)論與討論

隨著環(huán)境條件不斷變化，果樹(shù)光合速率在一天之間也發(fā)生很大變化。植物光合作用的日變化有正規(guī)曲線型、平坦型、變動(dòng)型和中午降低型4 種類(lèi)型［17］。試驗(yàn)結(jié)果表明，在晴天條件下不同氮、磷、鉀施肥處理的庫(kù)爾勒香梨葉片凈光合速率日變化均表現(xiàn)為典型的雙峰曲線，具有明顯的光合“午休”現(xiàn)象。在凈光合速率日變化過(guò)程中第一次峰值高于第二次峰值，與盛寶龍［18］等人研究結(jié)果一致，而與張琪［19］等人研究結(jié)果第一次峰值小于第二次峰值相反，具體原因還有待于進(jìn)一步研究。施肥對(duì)香梨葉片凈光合速率的日進(jìn)程產(chǎn)生了較大的影響，與不施肥的處理相比施氮、磷、鉀肥可促進(jìn)香梨葉片凈光合速率，但過(guò)量施用時(shí)會(huì)帶來(lái)不利影響。針對(duì)果樹(shù)施肥模型研究方面，大多數(shù)研究者都是以產(chǎn)量和品質(zhì)作為依據(jù)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，提出果樹(shù)年生長(zhǎng)周期中的施肥參數(shù)，為果樹(shù)科學(xué)施肥，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐提供了重要的理論依據(jù)［20－22］。但是有研究結(jié)果已經(jīng)表明，果樹(shù)在年生長(zhǎng)周期內(nèi)不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同肥料所需要的量是有差異的［23－24］，而產(chǎn)量和品質(zhì)都是在果樹(shù)生長(zhǎng)末期所測(cè)定的結(jié)果，以其建立數(shù)學(xué)模型分析所得到施肥參數(shù)只能作為果樹(shù)年生長(zhǎng)周期內(nèi)施肥總量的依據(jù)，無(wú)法對(duì)果樹(shù)不同生長(zhǎng)階段進(jìn)行施肥指導(dǎo)。光合作用是果樹(shù)生長(zhǎng)、結(jié)果的基礎(chǔ)，凈光合速率是果樹(shù)葉片光合生產(chǎn)能力的主要參數(shù)。研究借助光合作用在果樹(shù)年生長(zhǎng)周期內(nèi)不同階段的可測(cè)性，建立香梨坐果期凈光合速率與施肥之間的數(shù)學(xué)模型，提出香梨坐果期的施肥參數(shù)，可為香梨坐果期施肥提供科學(xué)依據(jù)。以香梨葉片13:30 時(shí)的凈光合速率峰值為目標(biāo)建立模型，通過(guò)模型分析得出各個(gè)因素的最佳組合為:香梨葉片凈光合速率 (y)10.32 μmol·m－2·s－1，施氮量 (x1)222.30 kg·hm－2，施磷量(x2)329.40 kg·hm－2，施鉀量(x3)53.70 kg·hm－2。肥料三要素對(duì)香梨葉片凈光合速率的作用順序?yàn)?施鉀量＞施磷量＞施氮量，氮磷、氮鉀之間具有協(xié)同效應(yīng)，磷鉀之間具有拮抗效應(yīng)。以香梨葉片凈光合速率為目標(biāo)，推薦香梨坐果期氮、磷、鉀素施肥量分別為200 kg·hm－2～250 kg·hm－2、300 kg·hm－2～350 kg·hm－2和50 kg·hm－2～55 kg·hm－2。

［1］姜小文，易干軍，霍合強(qiáng)，等. 毛葉棗光和特性研究［J］. 果樹(shù)學(xué)報(bào)，2003，20 (6):479－482.

［2］郭俊榮，楊培華，謝斌銀，等. 銀杏光合與蒸騰特性的研究［J］. 西北植物學(xué)報(bào)，1997，17 (4):505－510.

［3］周懷軍，張洪武，張曉曼，等. 不同砧木大石早生李光合特性［J］. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，19 (1):18－21.

［4］?？×?，解思敏. 果園生草對(duì)蘋(píng)果樹(shù)光合特性影響的研究［J］. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，20 (4):353－355.

［5］路丙社，白志英，董 源，等. 阿月渾子光合特性及其影響因子的研究［J］. 園藝學(xué)報(bào)，1999，26 (5):287－290.

［6］姜衛(wèi)兵，高光林，戴美松，等. 鹽脅迫對(duì)不同砧穗組合梨幼樹(shù)光合日變化的影響［J］. 園藝學(xué)報(bào)，2003，30 (6):653－657.

［7］鄭淑霞，上官周平. 8 種闊葉樹(shù)種葉片氣體交換特征和葉綠素?zé)晒馓匦员容^［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26 (4):1080－1087.

［8］王潤(rùn)元，楊興國(guó)，趙 鴻，等. 半干旱雨養(yǎng)區(qū)小麥葉片光合生理生態(tài)特征及其對(duì)環(huán)境的響應(yīng)［J］. 生態(tài)學(xué)雜志，2006，25 (10):1161－1166.

［9］王白坡，丁興萃，戴文圣，等. 田間條件下砂梨光合作用的研究［J］. 園藝學(xué)報(bào)，1987，14 (2):97－102.

［10］趙宗方，凌裕平，吳建華，等. 梨樹(shù)的光合特性［J］. 果樹(shù)科學(xué)，1993，10 (3):154－156.

［11］王振磊. 黃金梨和鴨梨光合特性的研究［D］. 保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

［12］莫新祿. 不同砂梨品種的光合特性比較研究［D］. 長(zhǎng)沙:中南林業(yè)科技大學(xué)，2006.

［13］劉振蛟，曲柏宏，李玉梅，等. 蘋(píng)果梨的凈光合速率變化規(guī)律［J］. 延邊大學(xué)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，28 (1):32－34.

［14］梅立新. 田間條件下幾種梨樹(shù)光合蒸騰比較［J］. 北方園藝，1991 (1):11－13.

［15］楊萬(wàn)鎰，邱淑艷，戶(hù)世昌. 梨不同種和品種的光合速率比較研究［J］. 中國(guó)果樹(shù)，1991 (4):8－10.

［16］謝深喜，羅先實(shí)，吳月嫦，等. 梨樹(shù)葉片光合特性研究［J］. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，22 (2):134－138.

［17］樊慧敏，趙志軍，程福厚，等. 不同梨品種的光合特性研究［J］. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010 (11):115－117.

［18］盛寶龍，常有宏，姜衛(wèi)兵，等. 不同類(lèi)型梨品種光合特性的比較［J］. 果樹(shù)學(xué)報(bào)，2007，24 (6):742－746.

［19］張 琦，張玉星，陳玉娟. 庫(kù)爾勒香梨光合特性的研究［J］. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，29 (6):29－32.

［20］孫 霞，柴仲平，蔣平安. 氮磷鉀配比對(duì)南疆紅富士蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2011，29 (6):130－134.

［21］柴仲平，王雪梅，孫 霞，等. 基于灰棗產(chǎn)量和品質(zhì)的水氮耦合效應(yīng)研究［J］. 水土保持研究，2011，18 (5):263－266.

［22］柴仲平，王雪梅，孫 霞，等. 不同氮磷鉀配比滴灌對(duì)灰棗產(chǎn)量與品質(zhì)的影響［J］. 果樹(shù)學(xué)報(bào)，2011，28 (2):229－233.

［23］陳波浪，盛建東，李建貴，等. 紅棗樹(shù)氮、磷、鉀吸收與累積年周期變化規(guī)律［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17 (2):445－450.

［24］王 澤，盛建東，陳波浪，等. 矮密栽培紅棗樹(shù)生物量及養(yǎng)分積累動(dòng)態(tài)研究［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2012，18 (1):169－175.