龍腦樟葉片光合特性對(duì)氮磷鉀肥的響應(yīng)

陳周琴，張 露*，李燕山，蘇 恒，彭招蘭，曹福亮，郁萬(wàn)文，楊 亮

(1．江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江西 南昌 330045;2．吉安市林業(yè)科學(xué)研究所，江西 吉安 343101;3．南京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江蘇 南京 210037)

龍腦樟(Cinnamomum camphora chvar．Borneol)是樟科樟屬樟樹(shù) 的5個(gè)化學(xué)類(lèi)型之一 ，其鮮葉揮發(fā)油富含右旋龍腦(天然冰片)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)天然冰片的需求量遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的生產(chǎn)能力，它的價(jià)格一直飚升，龍腦樟產(chǎn)業(yè)具有較大的發(fā)展前景［4］。因此龍腦樟的栽培技術(shù)和合理的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到重視，目前已在種苗繁育［5-6］、組織培養(yǎng)［7-8］、精油成分分析［9-10］、龍腦含量［12］和醫(yī)藥應(yīng)用［13-15］等方面開(kāi)展了大量研究，其中施肥能夠顯著提高龍腦樟矮林葉片生物量得到證實(shí)［16］，但其相關(guān)的一些生理機(jī)制，尤其是施肥對(duì)葉片光合特性的影響機(jī)制還不清楚。

近幾年，有不少的研究者開(kāi)展了許多有關(guān)氮磷鉀施肥對(duì)植物光合作用影響的試驗(yàn)并取得了一定的成果，舒翔等分別對(duì)香樟(Cinnamomum camphora(L．)Presl)幼苗［17］、毛白楊(Populus tomentosa Carr)幼苗［18］、桑樹(shù)［19］(Morus L．)和文冠果［20］(Xanthoceras sorbifolia Bunge)進(jìn)行了氮磷鉀配施處理的試驗(yàn)，結(jié)果表明氮、磷、鉀肥的配施對(duì)其光合作用有促進(jìn)作用，并且存在顯著的差異，并且不同水平氮磷鉀配比施肥處理對(duì)植物的葉綠素含量和酶活性等均有影響，從而對(duì)其光合作用以及生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不同的影響。

本試驗(yàn)采用“3414”不完全最優(yōu)回歸的設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)具有處理少、效率高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的肥料效應(yīng)試驗(yàn)研究中。本文研究了氮磷鉀不同的施肥處理對(duì)龍腦樟葉片光合特性的影響，旨在探討不同氮磷鉀施肥處理對(duì)龍腦樟光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育的影響，為龍腦樟的合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

以龍腦樟為研究材料，龍腦樟以矮林作業(yè)方式經(jīng)營(yíng)，將距地面10 cm以上的枝葉在每年的10月下旬至11月上旬的時(shí)候全部砍除，待來(lái)年春季又重新萌發(fā)枝葉。試驗(yàn)地位于吉安市青原區(qū)吉安市林業(yè)科學(xué)研究所經(jīng)營(yíng)山場(chǎng)內(nèi)，土壤 PH 4．5，有機(jī)質(zhì)18．15 g/kg，堿解氮71．16mg/kg，有效磷53．7mg/kg，速效鉀84．71 mg/kg。

1．2 研究方法

1．2．1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用“3414”不完全正交回歸設(shè)計(jì)方案，設(shè)置N、P、K的3個(gè)因素，各因素均設(shè)4個(gè)水平用量，其中0水平是不施肥，2水平當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿浚?水平=0．5×2水平，3水平=1．5×2水平(過(guò)量施肥水平)，共14個(gè)處理，每個(gè)處理10株，3次重復(fù)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及施肥處理詳見(jiàn)表1，其中為氮肥為尿素(N%=46%)，磷肥為鈣鎂磷(P205%=12%)，鉀肥為氯化鉀(K20%=63%)，因在5月、6月和9月為龍腦樟生長(zhǎng)的兩個(gè)高峰期，故在4月中旬采用每株溝施法進(jìn)行施肥。

表1 施肥處理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab．1 The experimental design of fertilizing treatments

1．2．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)測(cè)定 試驗(yàn)于2014年7月中旬晴天上午09:00—11:00，每個(gè)處理選擇3株，用美國(guó)生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定同一高度龍腦樟成熟葉片的光合作用參數(shù)，包括凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)等。

同時(shí)，用美國(guó)生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)的自動(dòng)光曲線(xiàn)程序來(lái)測(cè)定龍腦樟的光響應(yīng)曲線(xiàn)。將光合有效輻射(PAR)梯度設(shè)定為:2 000、1 750、1 500、1 250、1 000、7 250、500、250、200、100、50、40、20、10、0μmol/(m2·s)，測(cè)定在不同光合有效輻射下的凈光合速率(Pn)，繪制N、P、K不同施肥處理下龍腦樟的的光響應(yīng)曲線(xiàn)。根據(jù)光響應(yīng)曲線(xiàn)得到擬合參數(shù)(最大凈光合速率Amax、暗呼吸速率Rd、光飽和點(diǎn)LSP、光補(bǔ)償點(diǎn)LCP和表觀量子效率AQY)，并比較不同施肥處理下的差異。不同施肥處理下龍腦樟的表觀量子效率(AQY)［21-22］可通過(guò)光合-光響應(yīng)曲線(xiàn)在低光量子通量密度下的凈光合速率做直線(xiàn)回歸求得。在測(cè)定凈光合速率后，取其葉片測(cè)定葉綠素含量［23］。

1．3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17．0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 8．0制圖。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同水平N、P、K對(duì)龍腦樟葉片光合特性的影響

從表2可以看出，N、P、K肥不同施用量都對(duì)龍腦樟葉片的凈光合速率(Pn)產(chǎn)生顯著影響。對(duì)龍腦樟凈光合速率影響最大的是N肥，其次是K肥，最后是P肥。在N2P2K2處理時(shí)凈光合速率達(dá)到了最大值(14．37μmol/(m2·s))，該處理的凈光合速率顯著高于 N0P2K2、N1P2K2、N3P2K2、N2P0K2、N2P2K0和N2P2K1的處理。龍腦樟凈光合速率隨著N肥量的增加呈現(xiàn)“先增大后減小”的趨勢(shì)，可見(jiàn)合理施N肥可以提高龍腦樟葉片凈光合速率，不足或過(guò)量都會(huì)抑制龍腦樟的光合作用。而P肥和K肥對(duì)龍腦樟的凈光合速率的影響不如氮肥顯著。

表2 N、P、K不同配施對(duì)龍腦樟葉片光合特性影響的單因素分析Tab．2 Single-factor analysis of photosynthetic characteristics by different N，P and K supp ly level in C．camphora

施肥處理對(duì)龍腦樟葉片氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)等的影響差異顯著，但其變化趨勢(shì)卻各有差異(表2)。通過(guò)表3可知所有施肥處理中，凈光合速率(Pn)與氣孔導(dǎo)度(Gs)、水分利用效率(WUE)大小呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0．784和0．516;氣孔導(dǎo)度(Gs)與蒸騰速率(Tr)大小呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0．416，與胞間CO2濃度(Ci)大小呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0．410。根據(jù)“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，把N、P和K 3個(gè)因素中的1個(gè)固定為2水平，對(duì)另兩個(gè)因素用量效果可以進(jìn)行交互效應(yīng)分析，由此可知N、P、K肥之間交互效應(yīng)不明顯，但龍腦樟凈光合速率的大小受N肥施用量的影響大于P肥和K肥。

表3 主要光合特性因子間的相關(guān)性分析Tab．3 Correlation analysis among themajor photosynthesis factors

2．2 N、P、K對(duì)龍腦樟光合-光響應(yīng)曲線(xiàn)的影響

不同施肥處理龍腦樟葉片對(duì)光照強(qiáng)度的響應(yīng)存在一定的差異。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)結(jié)果擬合光合作用曲線(xiàn)如圖1所示。從圖1可知龍腦樟葉片的光合速率隨光強(qiáng)上升而升高，超過(guò)一定范圍后，光合速率不再上升。龍腦樟不同施肥處理下的光響應(yīng)曲線(xiàn)特征參數(shù)(表4)可以通過(guò)光響應(yīng)曲線(xiàn)結(jié)合低光強(qiáng)度下線(xiàn)性回歸分析而得到。由表4可知龍腦樟葉片的暗呼吸速率(Rd)隨著氮肥的增加而降低，N0(3．194 1 μmol/(m2·s))＞N1(2．405 μmol/(m2·s))＞N2(2．067 μmol/(m2·s))＞ N3(1．911 μmol/(m2·s));最大凈光合速率(Amax)、光飽和點(diǎn)(LSP)和表觀量子效率(AQY)呈先增后降的趨勢(shì)，均在N2水平達(dá)到最高，其值分別是 Amax為15．145 μmol/(m2·s)，LSP 為1245 μmol/(m2·s)，AQY 為0．044 16。光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)則是逐漸降低的，磷肥鉀肥對(duì)光合-光響應(yīng)曲線(xiàn)擬合參數(shù)的影響趨勢(shì)相似，其中，氮肥對(duì)這些參數(shù)的影響均比磷肥和鉀肥顯著。

圖1 龍腦樟光合-光響應(yīng)曲線(xiàn)Fig．1 Netphotosynthetic rate-light response curves in leaves of C．camphora

2．3 不同水平N、P、K對(duì)龍腦樟的葉綠素含量影響

從表5可以看出，龍腦樟葉片葉綠素含量在一定的范圍內(nèi)隨施肥量的增加而增加。N、P肥施用量對(duì)龍腦樟葉片葉綠素含量有顯著性影響，隨著N、P施肥量的增加，龍腦樟的葉綠素含量增加，在施肥量為中等時(shí)達(dá)到最大，此后葉綠素含量隨施肥量的增加反而有所下降，表明龍腦樟不耐高肥力。鉀肥施用量對(duì)幼苗葉片葉綠素含量影響差異不顯著。N、P、K肥施用量對(duì)葉綠素含量的影響趨勢(shì)相似。

表4 N、P、K不同配施對(duì)龍腦樟光響應(yīng)曲線(xiàn)特征參數(shù)的影響Tab．4 Effect of charactererstic parameters of light response curve under different N，P and K supply level in C．camphora

表5 N、P、K不同配施對(duì)龍腦樟葉綠素含量的影響Tab．5 The effect of chlorophyll content by different N，P and K supp ly level in C．camphora(n=3)

3 討論與結(jié)論

氮肥能顯著增加龍腦樟葉片的凈光合速率和葉綠素含量，它們變化趨勢(shì)基本是一致的，即在一定的范圍內(nèi)，龍腦樟的凈光合速率(Pn)和葉綠素含量(Chl)隨著施氮量的加大而增大，過(guò)量時(shí)反而減小，適量的氮肥可以增加葉綠素含量及光合作用，氮肥過(guò)量使后期葉綠素含量及光合作用降低，在N2(2．991 mg/g和14．37μmol/(m2·s))水平均達(dá)到了最大值。得出這種結(jié)果的原因可能是氮肥能提高對(duì)龍腦樟氮素的供應(yīng)，使葉片可以合成更多的葉綠素，從而可以促進(jìn)其光合作用［24］;施肥量過(guò)高導(dǎo)致龍腦樟植株內(nèi)氮素濃度持續(xù)上升，加快了葉片的衰老，致使參與光合作用的一些蛋白質(zhì)和Rubisco酶含量有所提高［25］，從而使光合速率下降。光合作用是決定作物產(chǎn)量的主要因素，提高光合速率是龍腦樟高產(chǎn)栽培的生理基礎(chǔ)，葉綠素是植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，龍腦樟葉片的凈光合速率和葉綠素含量呈正相關(guān)關(guān)系，與魏典典［20］等人的研究結(jié)果一致。在本研究中，當(dāng)?shù)?N 100 g/株)、磷(P2O5140 g/株)、鉀(K2O 60 g/株)時(shí)，龍腦樟葉片的凈光合速率和葉綠素含量顯著高于其他施肥處理。

適量氮肥在一定程度上提高了龍腦樟的滲透調(diào)節(jié)和氣孔調(diào)節(jié)能力，增加了龍腦樟葉片的氣孔導(dǎo)度。在本研究中，處理 N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K3皆為 N2水平處理，但是只有N2P2K2處理時(shí)其光合速率和葉綠素含量皆為最高，可見(jiàn)氮施肥量相同，而磷、鉀肥不同的施肥配比則有不同的結(jié)果。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因其一是適量的增施磷肥能促進(jìn)植株體內(nèi)的氮素向葉片轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高葉片葉綠素含量和凈光合速率［26］;其二是鉀元素可提高植株葉片中可溶性蛋白和葉綠素含量［27］，從而可以使葉片光合能力增強(qiáng);并且鉀對(duì)鎂元素吸收的影響，表現(xiàn)在低濃度條件時(shí)為協(xié)同作用，而高濃度條件下則是拮抗作用［28］，而鎂元素是合成葉綠素的重要元素;其三是磷肥與鉀肥對(duì)植株光合作用的影響與施氮肥的量有著密切的聯(lián)系，科學(xué)合理的配施是增強(qiáng)光合作用的關(guān)鍵［29-30］。

施肥對(duì)龍腦樟葉片的光飽和點(diǎn)(LSP)和表觀量子效率(AQY)產(chǎn)生了顯著的促進(jìn)作用，且在適宜的范圍內(nèi)隨施肥量的增加其值越大，在N2P2K2處理達(dá)到最高(1 245，0．044 16)，并且其光補(bǔ)償點(diǎn)最低(40)，如表4所示。光補(bǔ)償點(diǎn)低且光飽和點(diǎn)高的植物能適應(yīng)多種光環(huán)境。光飽和點(diǎn)增大，光補(bǔ)償點(diǎn)降低可以使龍腦樟葉片的光合時(shí)效延長(zhǎng)，從而積累更多的光合產(chǎn)物，有利于龍腦樟的生長(zhǎng)發(fā)育。表觀量子效率可反映葉片轉(zhuǎn)化光能的效率，表觀量子效率值越大說(shuō)明葉片轉(zhuǎn)化光能的能力越高。施肥量過(guò)高，龍腦樟的光飽和和表觀量子效率有所下降，由此可推測(cè)，適度水平的氮磷鉀肥配施能提高林木的光飽和點(diǎn)，增大表觀量子效率，降低光補(bǔ)償點(diǎn)，過(guò)高水平氮磷鉀肥配施對(duì)光合作用的促進(jìn)作用則會(huì)減弱，具體原因有待進(jìn)一步研究。

施肥處理顯著影響了龍腦樟葉片的光合特性，合理的施肥使龍腦樟葉片的光合速率顯著高于缺素施肥處理，如表2所示的缺氮處理中，N1、N2和N3時(shí)龍腦樟葉片的光合速率顯著高于N0處理，光合速率分別是N0水平的111%、132%、127%。氮磷鉀肥不同處理對(duì)龍腦樟葉片的凈光合速率(Pn)、葉片氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)等都產(chǎn)生了顯著影響，其影響大小為:氮肥、磷肥、鉀肥。本文分析了氮磷鉀肥不同處理對(duì)龍腦樟的影響，得到龍腦樟光合生理促進(jìn)作用最顯著的是N2P2K2處理。本試驗(yàn)對(duì)氮磷鉀不同配比施肥對(duì)龍腦樟葉片凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)等光合特性的影響進(jìn)行了探討，在今后的研究中，還需進(jìn)一步分析龍腦樟的需肥規(guī)律和分配等對(duì)其生長(zhǎng)和生理的影響，設(shè)置出更優(yōu)化的氮磷鉀配比，為龍腦樟產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有效的科學(xué)依據(jù)。

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