不同施肥處理對金釵石斛光合特性的影響

鄭治洪，邵先強，邱志龍，黎啟高，劉劍東

（1.貴州省農(nóng)作物品種資源研究所，貴陽 550006；2.德江縣科學技術(shù)服務中心，貴州 德江 565200；3.貴州省亞熱帶作物研究所，貴州 興義 562400）

金釵石斛（DendrobiumnobileLindl）是蘭科多年生附生草本植物，為中國傳統(tǒng)名貴中藥，生長極為緩慢，對環(huán)境條件的需求較高，為國家二級保護的珍稀名貴中藥材［1，2］。目前國內(nèi)針對石斛光合特性及光合作用對環(huán)境條件需求的研究較為鮮見。本試驗測定并分析金釵石斛光合特性的有關(guān)參數(shù)，了解金釵石斛的光合特性，以期為金釵石斛高效經(jīng)濟的人工種植提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為貴州省赤水市金釵石斛。選取生長健壯、無病蟲害、長勢均一的金釵石斛作為試驗材料。采收的試驗材料種植在長70 cm、寬45 cm、高20 cm的塑料盆中，且置于溫室內(nèi)保存，每周施用1次全Hoagland營養(yǎng)液，不作遮陰處理。所有試驗各項指標測定均選取完整、無損、無病蟲害并完全展開的功能葉。

尿素（N 46%），由貴州赤天化股份有限公司生產(chǎn)；磷酸二氫鉀（KH2PO4，P2O552%，K2O 35%），由武漢南輕科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)；硫酸鉀（K2SO4，K2O 52%），由安徽省司爾特肥業(yè)股份有限公司生產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 金釵石斛光合作用日動態(tài)變化研究 隨機選取20根長勢基本一致的金釵石斛莖條，選擇莖條中上部無遮蓋的一片功能葉，用記號筆標記（記為1、2、3、4，…，20），作為光合作用日變化研究的測定材料。

本試驗選擇晴天8：00—18：00進行。采用Li-6400型便攜式光合作用測定系統(tǒng)（Li-Cor，USA）進行金釵石斛光合作用日變化的測定，在自然光照條件下，使用2 cm×3 cm透明葉室進行測定，每1 h測定1次。儀器同時記錄植物凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Cond）、胞間CO2濃度（Ci）、葉片溫度（TL）、空氣相對濕度（RH）和光照強度（PAR）等參數(shù)。測出來的相關(guān)參數(shù)用Microsoft Office Excel 2003、DPS軟件進行數(shù)據(jù)處理并作圖分析。

1.2.2 金釵石斛光響應曲線測定 本試驗選擇晴天9：00—11：00進行，采用Li-6400型便攜式光合作用測定系統(tǒng)進行金釵石斛光響應曲線的測定，使用光合儀的內(nèi)置紅藍光源進行測定，樣品室空氣流速設為500μmol/s，溫度為25℃，空氣相對濕度為50%～70%。

1.2.3 試驗設計 在金釵石斛預試驗處理的基礎上，利用單因素和正交試驗對金釵石斛進行處理，測定金釵石斛的光合作用日動態(tài)變化，主要有凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2等。具體試驗設計方法見表1。

表1 不同肥料及其施用量對光合作用影響的正交試驗設計 （單位：g）

2 結(jié)果與分析

2.1 金釵石斛光合作用日動態(tài)變化

2.1.1 凈光合速率的日變化 由圖1可以看出，施用Hoaglan營養(yǎng)液處理和CK（對照）的凈光合速率均較低，表明金釵石斛的光合能力較弱。凈光合速率相對最大的時間段為8：00—11：30，相對最弱時間段為中午光照強度最大的時間。從早晨開始隨著光照強度的增加凈光合速率逐漸增加，在10：00左右出現(xiàn)最大值，之后逐漸降低，在14：00前后光照強度處于飽和點以下凈光合速率最低，此后，凈光合速率出現(xiàn)回升而后又下降，是由于早晨和傍晚太陽光被折射光照強度減弱，中午太陽光沒有被折射光照強度強。由此說明，金釵石斛在早上弱光照強度下光能轉(zhuǎn)換效率處于最佳狀態(tài)，這與金釵石斛生長習性和生態(tài)環(huán)境相符，生長在陰涼、高山、濕潤的環(huán)境中，表現(xiàn)出了陰性植物的固有特性。

圖1 施用Hoaglan營養(yǎng)液對金釵石斛凈光合速率日變化的影響

2.1.2 蒸騰速率的日變化 由圖2可以看出，一天中蒸騰速率日變化表現(xiàn)為早晨和傍晚蒸騰速率最快，中午（14：00前后）蒸騰速率最慢。施用Hoaglan營養(yǎng)液的金釵石斛蒸騰速率變化率在8：00—10：00較10：00—14：00小，說明隨著光照強度和溫度的增加，蒸騰速率下降，下降速度最快為10：00—14：00，CK蒸騰速率的變化率趨勢與施用Hoaglan營養(yǎng)液一致。在11：30前后施用Hoaglan營養(yǎng)液與CK兩曲線重合，14：30前后再一次重合，期間CK曲線位于施用Hoaglan營養(yǎng)液曲線上方，這表明Hoaglan營養(yǎng)液有降低金釵石斛蒸騰速率的作用。在16：30前后兩曲線又一次重合，這與金釵石斛生理狀況有關(guān)。

圖2 施用Hoaglan營養(yǎng)液對金釵石斛蒸騰速率日變化的影響

2.1.3 氣孔導度的日變化 施用Hoaglan營養(yǎng)液一段時間后影響金釵石斛苗的氣孔導度，從圖3可以看出，施用Hoaglan營養(yǎng)液與CK氣孔導度的日變化規(guī)律相近。8：00—10：00氣孔導度均下降，在中午（12：00—14：00）氣孔導度達到午間低谷值，在傍晚（18：00）時又一次達到低谷值［28.5μmol/（m2·s）］。表明施用Hoaglan營養(yǎng)液和CK的條件下，氣孔導度的規(guī)律基本相似，同時說明氣孔導度和蒸騰作用呈正相關(guān)的關(guān)系。

圖3 施用Hoaglan營養(yǎng)液對金釵石斛氣孔導度日變化的影響

2.2 施用不同肥料對金釵石斛光合作用的影響

2.2.1 施用不同肥料對金釵石斛凈光合速率的影響 從表2可以看出，處理4（A2B1C2）凈光合速率最高，平均凈光合速率為6.12μmol/（m2·s），處理8（A3B2C1）凈光合速率次之，平均凈光合速率為5.17 μmol/（m2·s），在所有處理中凈光合速率最低的為處理7（A3B1C3），平均凈光合速率為4.07μmol/（m2·s），其余處理組合凈光合速率變化不大，均為4.10～4.65 μmol/（m2·s）。

表2 各處理間凈光合速率的結(jié)果統(tǒng)計與差異顯著性

由表3可以看出，試驗所設計的三因素（尿素、KH2PO4、K2SO4）中，K2SO4對凈光合速率的影響最大（F=4.539 0），達顯著水平，其次是尿素，而KH2PO4對凈光合速率的影響最小，差異不顯著。說明在單因素中K2SO4是影響金釵石斛凈光合速率的主導因素，影響凈光合速率的效果明顯。

表3 凈光合速率的方差分析

從表2還可以看出，處理4和處理8對金釵石斛凈光合速率的影響最大，且處理4與除處理8外的其他處理之間差異達極顯著水平。對金釵石斛凈光合速率影響最小的是處理1和處理7，兩處理之間差異不顯著。對凈光合速率的多重比較結(jié)果得出，在所有處理組合中，對凈光合速率影響效果中最優(yōu)組合為A2B1C2，即尿素施用15 g，KH2PO4施用少量或不施，K2SO4施用25 g，該組合有望成為金釵石斛施肥的最佳方案。

2.2.2 施用不同肥料對金釵石斛蒸騰速率的影響從表4可以看出，尿素、KH2PO4、K2SO4對金釵石斛的蒸騰速率影響均較大，其中，K2SO4對蒸騰速率影響最為明顯，達極顯著水平，其次為KH2PO4，達極顯著水平，影響效果最差的單因素為尿素。由此表明，K2SO4極顯著增強了蒸騰速率。

表4 施用不同肥料對金釵石斛蒸騰速率影響的方差分析

從表5可以看出，在所有處理組合中，處理7的蒸騰速率與其他處理之間差異達極顯著水平。處理7和處理4對蒸騰速率的影響較大，均值分別達88.90、82.25μmol/（m2·s），對蒸騰速率影響最小的為處理6（A2B3C1），均值為51.83μmol/（m2·s）。就金釵石斛而言，蒸騰速率快不利于植物的生長，所以更有利于金釵石斛生長的組合為A2B3C1，即尿素施用15 g，KH2PO4施用20 g，K2SO4不施或少施，能有效降低蒸騰速率。

表5 各處理間蒸騰速率的差異顯著性

2.2.3 施用不同肥料對金釵石斛氣孔導度的影響從表6可以看出，施用尿素、KH2PO4、K2SO4對金釵石斛的氣孔導度均有極顯著的影響，以施用尿素影響最為明顯，其次為KH2PO4，影響最小的為K2SO4，三因素整體對金釵石斛氣孔導度的影響差異性不大。

表6 施用不同肥料對金釵石斛氣孔導度影響的方差分析

光合速率的快慢與金釵石斛氣孔導度呈正相關(guān)，當氣孔導度增大時，金釵石斛的光合速率相應增大；當氣孔導度減小時，會引起氣孔關(guān)閉，影響光合速率，所以，氣孔導度對金釵石斛是一個重要的指標。同時，通過施用不同的肥料改善其氣孔導度有著重要的意義。由表7可以看出，改善金釵石斛氣孔導度效果最好的為處理2，與除處理9外的其他處理之間差異達極顯著水平，處理2和處理9對金釵石斛氣孔導度有促進作用，其均值分別為65.29、62.19μmol/（m2·s）。對改善金釵石斛氣孔導度效果較差的為處理5和處理1，均值分別為36.57、43.15μmol/（m2·s）。因此，對改善金釵石斛氣孔導度來說，效果最好的為組合A1B2C2，即不施用尿素或少施用，KH2PO4施用10 g，K2SO4施用25 g。

表7 各處理間氣孔導度的差異顯著性

2.3 光合速率對光照強度的響應曲線

不同施肥處理金釵石斛光合作用光照強度的響應結(jié)果如圖4所示，金釵石斛的光照補償點較低，所有處理都在50μmol/（m2·s）以下。施用Hoaglan營養(yǎng)液、尿素、KH2PO4、K2SO4顯著影響金釵石斛的凈光合速率，當光合有效輻射增大時，凈光合速率隨之增加。光合有效輻射為0～200μmol/（m2·s）時，不同施肥處理的金釵石斛凈光合速率均隨光合有效輻射增大而快速遞增，而光合有效輻射繼續(xù)增加時凈光合速率增加趨勢逐漸減緩。施用Hoaglan營養(yǎng)液處理的金釵石斛與其他單質(zhì)肥料處理的金釵石斛凈光合速率相近，不同的是光合有效輻射達500μmol/（m2·s）左右時施用Hoaglan營養(yǎng)液處理的凈光合速率才最大。光合有效輻射大于500μmol/（m2·s）時，所有處理光合速率均下降，表現(xiàn)出光抑制現(xiàn)象。

圖4 不同施肥處理下凈光合速率對光照強度的響應

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

植物的光合作用是一個復雜的過程，通過對金釵石斛光合特性的研究，對解決金釵石斛光照條件具有重要意義。植物的光合作用除與光照強度、環(huán)境因素、葉綠素含量等有關(guān)外，還與植物葉片的厚度、空氣濕度、葉片成熟度、土壤含水情況等因素有關(guān)，對生存環(huán)境條件也有特殊要求。在石斛屬光合特性研究中，多以研究不同石斛之間光合特性區(qū)別為主，而研究不同施肥處理對金釵石斛光合特性影響的報道不多［3-13］。為此，本試驗主要探究不同施肥處理對金釵石斛光合特性的影響，為今后的研究提供理論參考依據(jù)，主要得出以下結(jié)論。

1）對施用Hoaglan營養(yǎng)液和不施用Hoaglan營養(yǎng)液的凈光合速率日變化進行對比發(fā)現(xiàn)，施用Hoaglan營養(yǎng)液能有效改善金釵石斛的凈光合速率。同時，通過曲線的整體走勢得出，金釵石斛在早上弱光照強度下，光能轉(zhuǎn)換效率處于最佳狀態(tài)，這結(jié)論與金釵石斛生長習性和生態(tài)環(huán)境相符，表現(xiàn)出喜陰植物的特性。

2）對施用Hoaglan營養(yǎng)液和不施用Hoaglan營養(yǎng)液的蒸騰速率日變化比較得出，施用Hoaglan營養(yǎng)液在早晨弱光照條件下金釵石斛的蒸騰速率略大于不施用Hoaglan營養(yǎng)液；在中午光照強度最大時其蒸騰速率度小，說明施用Hoaglan營養(yǎng)液可以調(diào)節(jié)生理機制，進而抑制蒸騰速率。

3）氣孔導度日變化與蒸騰速率日變化有直接關(guān)系，當施用Hoaglan營養(yǎng)液時，在早晨和下午的弱光條件下比不施用Hoaglan營養(yǎng)液金釵石斛的氣孔導度大，同時與蒸騰速率日變化表現(xiàn)正相關(guān)。

4）在不同的施肥措施中，通過測定凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度等因子得出，所有因子中鉀肥（K2SO4）對凈光合速率、蒸騰速率影響較大，均達顯著水平，而影響氣孔導度的是氮肥，即尿素。

長期使用氮肥可引起土壤酸化，促進有機質(zhì)、氮、磷、鉀的增加，顯著提高金釵石斛的營養(yǎng)供應，對金釵石斛的產(chǎn)量有促進作用，能提高葉綠素含量［14］。但是氮過量會導致嚴重的光合功能損傷，導致植物生長后期光能的抑制，致使減產(chǎn)，所以在一定程度上要合理施用氮肥。長期施用磷肥可顯著增加土壤中有效磷含量，葉綠素含量顯著增加［15］，在金釵石斛的光合過程中能有效改善植物的喜陰性，增強金釵石斛對弱光的利用率，尤其表現(xiàn)在植物電子傳遞鏈和電子受體傳遞方面。長期施用鉀肥可顯著提高土壤全鉀、速效鉀含量，改善葉片氣孔調(diào)節(jié)能力，略提高強光利用效率，但也會引起生育后期生理活性降低［16-18］，所以要科學施用鉀肥。

3.2 討論

光合作用是植物將光能轉(zhuǎn)化為化學能儲存能量的過程，對植物的生命過程起著重要的作用，是植物體第一生命線，光合作用為地球上的生命活動提供物質(zhì)和能量。光是植物進行光合作用過程的動力源，在葉綠素的形成過程中是不可缺少的條件，在植物的生命過程中起調(diào)節(jié)光合酶的活性、氣孔的開度等重要作用，所以對光合速率的影響至關(guān)重要。因此，研究植物的光合特性是檢驗植物光合作用器官和光合能力的重要參數(shù)之一，影響光合特性的因素主要有凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度等。了解其光合特性之間的關(guān)系，對植物在不同環(huán)境條件下的光合機制有重要意義。

植物光合作用的光響應曲線是通過描述光量子通量密度與植物凈光合速率之間的關(guān)系，反映光合速率隨光照強度的變化特性，它的測定對判定植物的光合能力有重要用［4，5，13，17，18］。在光合作用過程中光對植物的影響是一個復雜的過程，因此，在現(xiàn)有的基礎上，衍生出了光合作用的響應曲線，用以研究不同光照強度對植物葉片氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率的影響，分析植物在光照強度變化下，氣孔對水分、二氧化碳轉(zhuǎn)運能力的響應［6，10，14，19］。本研究結(jié)果表明，金釵石斛在光合作用的過程中隨著光照強度的增加，不同施肥處理間葉片的氣孔導度、凈光合速率、蒸騰速率等也增加，當光照強度達到一定值時，光合速率、氣孔導度不再增加，反而下降，說明金釵石斛受到光抑制的現(xiàn)象，這也表明了金釵石斛是一種陰性植物的特性。在金釵石斛光合特性的研究過程中還有很多領(lǐng)域尚未涉及，有待進一步深入研究。