不同施肥水平下壟作栽培對油菜苗期光合特性的影響

榮 答，徐江林，彭 燁，李 禎，賀 慧，官春云

（湖南農(nóng)業(yè)大學油料改良中心，長沙 410128）

在作物栽培技術(shù)中，起壟栽培（Ridge－tillage）是作物生產(chǎn)中提高產(chǎn)量的重要措施［1］。起壟栽培，是指通過改變地表微地形，變平地為高壟低溝相間的耕作層結(jié)構(gòu)，并在壟上或者溝內(nèi)種植作物，從而協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱關(guān)系，促進作物生長發(fā)育，降低耕作對農(nóng)田環(huán)境影響的一種保護性耕作措施［1］。目前在水稻、玉米、小麥、大豆、煙草、馬鈴薯、棉花等作物的栽培生產(chǎn)中應用廣泛。

光合作用是作物產(chǎn)量形成最重要的過程之一，通過調(diào)節(jié)作物的光能利用或光合產(chǎn)物的分配可以實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。劉巖等［2］研究發(fā)現(xiàn)，壟作能明顯提高夏大豆凈光合速率7.73%～8.37%。這種提高主要是由于壟作處理下，夏大豆的蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和葉綠素含量有明顯增加，并且光化學活性和光能轉(zhuǎn)化率也能得到顯著提高；壟作玉米在拔節(jié)期開始功能葉片的葉綠素含量快速增加［3］，其光合能力也表現(xiàn)出優(yōu)勢［4］，而且玉米的光合勢也得到提高［5］；壟作栽培方式由于增加了邊行效應，邊行受光與多層受光及直接光照面積增加［6，7］，將傳統(tǒng)種植的植株冠層水平改變?yōu)椴ɡ诵停欣跇?gòu)建“松塔型”理想株型結(jié)構(gòu)［8］，極大地改善了田間小氣候條件，有利于小麥旗葉和整體的光合性能的發(fā)揮［9，10］，提高小麥旗葉功能期葉綠素含量［11］以及灌漿中期的生理活性，保持長久的高光合能力［12，13］。全妙華等［14］研究發(fā)現(xiàn)，水稻植株的光合速率和氣孔導度在任何時期，任何光強下，壟作栽培方式都顯著高于傳統(tǒng)栽培方式；壟畦栽培能增加葉片的長寬度，增加灌漿后期的葉綠素含量，在抽穗35 d后比常規(guī)栽培提高了4.4%和7.3%；高效葉（劍葉、倒二葉、倒三葉）面積比率較對照提高了5.3%～8.6%，抽穗后劍葉的光合速率顯著增加4.2% ～5.1%［15］。

南方地區(qū)是油菜的主產(chǎn)區(qū)。在長江中下游地區(qū)，主要為稻油輪作，前作為水稻，田間持水量高，土壤黏重，同時，該地區(qū)雨水較多，農(nóng)田積水現(xiàn)象時有發(fā)生，容易形成水漬澇害，降低土壤通氣性。而油菜是喜濕怕澇作物，漬害會影響油菜的生長發(fā)育，進而影響油菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。通過壟作栽培，提高耕作層，降低水位，以改善油菜生長環(huán)境，對于提高油菜產(chǎn)量具有積極意義。前人對于油菜壟作栽培進行過一些研究和應用，但大多數(shù)集中在起壟栽培能增加產(chǎn)量這一方面，對于油菜增產(chǎn)的生理原因研究很少。本試驗針對南方稻田油菜生產(chǎn)特點，結(jié)合油菜機械起壟直播，研究不同施肥水平下，壟作油菜和平作油菜苗期光合特性的差異，探索不同栽培方式下油菜光合生理變化，對提高油菜光合能力進而提高產(chǎn)量提供一定的指導。

1 材料和方法

1.1 試驗地點及試驗材料

試驗以半冬性甘藍型常規(guī)品種‘中雙11號’為供試材料，機械起壟直播，于2014～2016年在湖南農(nóng)業(yè)大學耘園油菜基地進行。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用雙因素裂區(qū)設(shè)計。主處理為兩種栽培方式：壟作栽培（R）和傳統(tǒng)平作栽培（C），副處理為3個施肥水平：低肥（F1，每公頃施餅肥375 kg，45%復合肥 20 kg），中肥（F2，每公頃施餅肥 750 kg，45%復合肥30 kg），高肥（F3，每公頃施餅肥1125 kg，45%復合肥 40 kg）。硼肥（7.5 kg／hm2）作基肥一次性施入，50%的復合肥作底肥，50%作冬前追肥施入。種植密度為30萬株／hm2。小區(qū)面積20 m2，3次重復，隨機區(qū)組排列，周邊設(shè)保護區(qū)，油菜苗期隨機取樣。

1.3 指標測定與方法

（1）葉片色素含量的測定。采取有機溶劑浸提法，稱取新鮮葉片0.20 g加入25 mL具塞試管，加入20 mL浸提液（乙醇∶丙酮∶水 ＝4.5∶4.5∶1），將試管置于25～30℃黑暗處浸提，直至葉片完全變白，期間搖動2～3次，然后以提取液為空白對照，分別在645、663、470 nm波長下測定吸光值。按照公式計算葉綠素和類胡蘿卜素含量。

（2）葉片光合指標的測定。采用Li－6400XT便攜式光合系統(tǒng)，于晴天上午9：00～11：30，測定植株功能葉（從上往下數(shù)第四片完全展開葉）的光合參數(shù)。測定時設(shè)置CO2濃度為400μmol／mol，光照強度為 1000μmol／m2·s，氣體流速為 500 mol／s，相對濕度為60%，葉室溫度為20℃，測定時保持葉片田間原位條件，測定植株葉片的凈光合速率Pn、蒸騰速率Tr、氣孔導度Gs、胞間CO2濃度Ci等參數(shù)。

（3）葉片熒光參數(shù)的測定。選取生長和受光一致的完全展開葉，利用德國WALZ公司生產(chǎn)的PAM熒光成像儀，測定暗適應半小時的油菜葉片的葉綠素熒光參數(shù)（Fo、Fm、ETR和 ΦPSⅡ）。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Microsoft Excel 2010軟件計算和處理數(shù)據(jù)，用DPS7.0軟件進行相關(guān)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培方式對油菜光合色素的影響

2.1.1 葉綠素和類胡蘿卜素的含量

兩種栽培措施對油菜葉綠素及類胡蘿卜素含量均呈顯著差異（表1），隨施肥量的增加，壟作栽培的油菜的葉綠素含量在不同施肥水平條件下均有不同程度的增加，同時壟作栽培油菜的葉綠素a和葉綠素b呈現(xiàn)相同的規(guī)律，而且壟作栽培和傳統(tǒng)平作之間的差距達到顯著水平（p＜0.05）。兩種栽培方式的油菜類胡蘿卜素含量均隨著施肥量的增加而增加，壟作栽培比傳統(tǒng)平作高25.08%，達到顯著差異。

表1 不同栽培方式的油菜葉綠素和類胡蘿卜素含量Table 1 Contents of chlorophyll and carotenoid of rapeseed in different cultivation modes

2.1.2 葉綠素a／b和葉綠素／類胡蘿卜素的比值

由表2可以看出，壟作栽培油菜葉片的葉綠素a／b的比值明顯低于傳統(tǒng)平作栽培。低肥和中肥水平下壟作栽培和傳統(tǒng)平作之間的差距不明顯，但在高氮水平下，兩者之間相差16.52%，達到了顯著水平（p＜0.05）。

植物葉片呈現(xiàn)的顏色主要受葉綠素含量和類胡蘿卜素含量之間的比值影響。在表2中，主處理（不同栽培方式）之間差異明顯，達顯著水平（p＜0.05）；而在不同施肥水平下，壟作栽培和傳統(tǒng)平作之間差異不一。低肥水平下兩者之間基本沒有差別，中肥水平下，壟作栽培明顯高于傳統(tǒng)平作，而在高肥水平下，葉綠素／類胡蘿卜素的比值則是傳統(tǒng)平作要高于壟作栽培，且在中高肥水平下，兩者之間的差異均達到顯著水平（p＜0.05）。

表2 不同栽培方式油菜的葉綠素a／b和葉綠素／類胡蘿卜素的比值Table 2 Ratios of chlorophyll a／b and chlorophyll／carotenoid of rapeseed in different cultivation modes

2.2 不同栽培方式對油菜光合特性的影響

2.2.1 凈光合速率（Pn）和胞間CO2濃度（Ci）

表3表明，壟作栽培方式能提高油菜苗期葉片的凈光合速率，相比于傳統(tǒng)平作提高了9.79%。在不同施肥水平下，壟作栽培均高于傳統(tǒng)平作，低肥水平下，壟作栽培的凈光合速率與傳統(tǒng)平作之間差異達到顯著（p＜0.05），相比提高了20.87%，而在中肥和高肥水平下兩者差異不顯著，壟作栽培的凈光合速率只提高了5.15%和5.57%。葉片胞間CO2濃度與凈光合速率呈負相關(guān)，壟作栽培方式相比傳統(tǒng)平作降低了油菜葉片的胞間CO2濃度。不同施肥水平下，隨著施肥量的減少，壟作栽培處理下，油菜葉片的胞間CO2濃度降低的百分比不斷增加，高、中、低肥水平下分別降低了0.53%、10.31%和14.73%。

表3 不同栽培方式油菜葉片的Pn和Ci值Table 3 The Pn and Ci values of rapeseed leaves in different cultivation modes

2.2.2 氣孔導度（Gs）和蒸騰速率（Tr）

從表4可以看出，壟作栽培與傳統(tǒng)平作相比，油菜葉片的氣孔導度和蒸騰速率分別增加了40.52%和63.73%，均達到顯著水平（p＜0.05）。不同施肥水平下，壟作栽培和傳統(tǒng)平作之間Gs差異不同，低肥和中肥水平下，壟作栽培比傳統(tǒng)平作均高0.024 mol／m2·s，提高了 41.28%和 33.95%，高肥水平下則高了 0.030 mol／m2·s，提高了 47.05%；蒸騰速率方面，不同施肥水平下，壟作栽培能明顯增加油菜葉片的蒸騰速率，低、中、高3個施肥水平分別提高了66.63%、57.26%和68.15%。

表4 不同栽培方式油菜葉片的Gs和Tr值Tab le 4 The Gs and Tr values of rapeseed leaves in different cultivation modes

2.3 不同栽培方式對油菜葉片葉綠素熒光參數(shù)的影響

2.3.1 Fv／Fo值和 Fv／Fm值

從表5可以看出，壟作栽培油菜葉片的Fv／Fo值和Fv／Fm值的平均值相比于傳統(tǒng)平作均顯著性增加。Fv／Fo值在不同施肥水平下兩者之間的差異不同，低肥和中肥條件下，兩者之間差異不顯著；在高肥水平下則是壟作栽培明顯高于傳統(tǒng)平作。Fv／Fm值在不同施肥水平下呈現(xiàn)相同的規(guī)律。

表5 不同栽培方式油菜葉片的Fv／Fo和Fv／Fm值Table 5 The Fv／Fo and Fv／Fm ratios of rapeseed leaves in different cultivation modes

2.3.2 ΦPSII和ETR

ΦPSII代表葉片在光適應下PSII的實際光化學效率。從表6中可以看出，相對于傳統(tǒng)平作，壟作栽培能顯著提高油菜葉片在光適應下PSII的實際光化學效率。在低、中、高3個施肥水平下，壟作栽培比傳統(tǒng)平作高1.71%、4.04%和2.38%。而電子傳遞效率ETR呈現(xiàn)同樣的規(guī)律，低肥和高肥水平下，壟作栽培和傳統(tǒng)平作之間差異不明顯，但在中肥水平下，壟作栽培比傳統(tǒng)平作高4.35%，達到顯著差異。

表6 不同栽培方式油菜葉片的ΦPSII和ETR值Table 6 TheΦPSII and ETR values of rape leaves under different cultivation modes

3 分析與討論

光合作用是自然界最重要的生理反應之一，提高光合作用效率是進一步提高作物產(chǎn)量的途徑［16～18］。葉綠素含量、光合特性指標和葉綠素熒光參數(shù)是目前量化衡量光合作用的主要表觀特征［19］。

葉綠素是綠色植物最重要的一種色素，能吸收和轉(zhuǎn)換光能，其含量的多少直接影響植株光合作用的強弱。壟作栽培能顯著提高葉片的葉綠素含量［20］。本試驗中，相對于傳統(tǒng)平作，壟作栽培通過同時增加葉綠素的重要組成成分葉綠素a和葉綠素b的含量來增加葉片的總?cè)~綠素含量。葉綠素a／b的值是反映植株葉片對光能利用能力的重要指標，同時也可以評價植物耐陰能力［21］。前人研究表明，葉綠素a／b值的降低有利于維持兩個光系統(tǒng)之間的能量平衡［22］。壟作栽培油菜的葉綠素a／b值顯著低于傳統(tǒng)平作，這表明壟作栽培油菜對葉片的遮陰適應性更強，尤其在高肥水平下。類胡蘿卜素除了可以吸收和傳遞光能之外，還可以穩(wěn)定和保護葉綠素分子［23］。本試驗結(jié)果顯示，壟作栽培可以明顯增加類胡蘿卜素的含量，在不同施肥水平下均可以通過增加類胡蘿卜素的含量來實現(xiàn)對葉綠素的穩(wěn)定和保護。

通過光合系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的差異可以了解和分析光合機構(gòu)的運轉(zhuǎn)狀況［24］。壟作栽培相比于傳統(tǒng)平作栽培，油菜葉片的凈光合速率有顯著的優(yōu)勢。這與劉巖和陳馨的研究結(jié)果一致［3，24］。而這主要是由于壟作栽培能增加葉片的氣孔開張度，同時傳統(tǒng)平作的胞間CO2濃度富集，過多的CO2滯留在葉肉細胞，抑制了葉片的蒸騰速率和呼吸作用。

植物的光合作用主要包括光反應和暗反應，其中光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞、耗散和分配等反應緊密相連，葉綠素熒光參數(shù)能反映出光合作用的特性。Fv／Fm是最大光化學效率，可以用來衡量光抑制程度，表征PSII遠處光能轉(zhuǎn)換效率的高低。Fv／Fo表示葉片潛在的光化學活性。本研究中，壟作栽培能增加Fv／Fm和Fv／Fo值，表明壟作油菜的潛在光合作用活力得到提升，而傳統(tǒng)平作相對于壟作栽培有一定的光抑制現(xiàn)象。同時，壟作栽培能顯著提高油菜葉片的光合電子傳遞效率ETR和光適應下PSII實際光化學效率ΦPSII。可見，壟作栽培主要通過增加油菜的捕光能力，增加光化學轉(zhuǎn)化效率和電子傳遞效率來增加油菜葉片的凈光合速率。

4 結(jié)論

壟作栽培油菜在苗期的光合特性相對于傳統(tǒng)平作有明顯的優(yōu)勢，它能在增加葉片葉綠素含量的同時增加類胡蘿卜素來防止葉綠素的自我氧化和損傷。而且壟作栽培油菜在苗期擁有較高的光捕獲能力和更高的光化學轉(zhuǎn)化效率，能顯著提高油菜葉片的光合效率，促進更多光合產(chǎn)物的積累，在油菜栽培生產(chǎn)中具有廣泛的應用前景。

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