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施肥对香樟幼苗光合生理的影响



全 文 :  收稿日期:2013-02 -07
基金项目:林业公益性行业科研专项(201104109); 国家“十二五”科技支撑项目(2011BAC09B05)。
作者简介:舒翔,硕士研究生。*责任作者:范川,副教授,研究方向为人工造林理论及技术,E-mail:fanchuan01@163.com。
doi:10.3969/j.issn.1000-2650.2013.02.009
施肥对香樟幼苗光合生理的影响
舒 翔1,范 川1*,李贤伟1,李晓清2,龙汉利2,黄复兴1,徐玲玲1,刘 鸿1
(1.四川农业大学林学院,长江上游林业生态工程四川省重点实验室,四川 雅安 625014;
2.四川省林业科学研究院,成都 610081)
摘要:【目的】探讨施肥对香樟幼苗光合生理的影响。【方法】采用正交设计,设置了氮、磷、钾3因素3水平(N、P:0、
3、6g/株;K:0、2、4g/株),对盆栽香樟幼苗进行指数施肥。【结果】氮肥能显著提高香樟幼苗净光合速率(Pn)、叶绿
素含量(Chl)和胞间CO2 浓度(Ci),Pn 和Chl随着施氮量的增加呈现“先升高后降低”的趋势,在3g/株时值最大,
Ci与施氮量呈正相关关系;磷肥能显著提高香樟幼苗的光饱和点(LSP),且随着施磷量的增加而升高,在6g/株时
最大;钾肥能显著降低香樟幼苗的蒸腾速率(Tr),且随着施钾量的升高呈现“先降低后升高”的趋势,在2g/株时最
小。【结论】施肥能显著提高香樟幼苗的光合效率,促进香樟幼苗光合效率最显著的是处理 N2P3K1,其氮磷钾配比
为3∶6∶0。
关键词:香樟;指数施肥;光合生理特性;光响应曲线
中图分类号:S718.43  文献标志码:A  文章编号:1000-2650(2013)02-0157-06
Effects of Fertilization on Photosynthetic Physiology of
Camphor(Cinnamomum camphora(L.)Presl)Seedlings
SHU Xiang1,FAN Chuan1*,LI Xian-wei 1,LI Xiao-qing2,LONG Han-li 2,
HUANG Fu-xing1,XU Ling-ling1,LIU Hong1
(1.Colege of Forestry,Sichuan Agricultural University,The Key Laboratory of Forestry Ecological Engineering of
Sichuan Province,Yaan 625014,Sichuan,China;2.Sichuan Academy of Forestry,Chengdu 610081,China)
Abstract:【Objective】The objective of this study was to investigate the effects of fertilization on
photosynthetic physiology of camphor(Cinnamomum camphora(L.)Presl)seedlings.【Method】
Orthogonal design with three factors including N,P,K nutrients at three levels(N,P:0,3,6
g/pot;K:0,2,4g/pot)was used to conduct pots experiments under exponential fertilization.
【Results】The nitrogen fertilizer could improve the net photosynthetic rate(Pn),chlorophyl con-
tent(Chl)and intercelular CO2concentration(Ci)of seedlings.The Pnand Chl increased firstly
and then decreased by the increase of nitrogen application.Its maximum is at level of 3g/pot ni-
trogen application.The positive correlation existed between Ciand nitrogen application.The
phosphorus fertilizer could improve the light saturation point(LSP)of seedlings.The LSP in-
creased by the increase of phosphorus application.Its maximum is at level of 6g/pot phosphorus
application.The potash fertilizer could reduce the transpiration rate(Tr)of seedlings.The Trde-
creased firstly and then increased by the increase of potash.Its minimum is at level of 2g/pot pot-
ash application.【Conclusion】The results indicated that the fertilization could improve the photo-
synthetic efficiency of camphor seedlings.The most appropriate nitrogen,phosphorus and potas-
sium ratio for photosynthetic efficiency of seedlings is N2∶P3∶K1=3∶6∶0.
Key words:Cinnamomum camphora(L.)Presl;exponential fertilization;photosynthetic charac-
teristics;light response curve
    四川农业大学学报 第31卷
  施肥是苗木培育必不可少的基础技术措施[1]。
光合作用是植物生长发育、物质生产的基础,光合作
用的强弱,可以衡量植物的生产能力[2]。已有研究
表明:施肥能促进苗木对养分的吸收,促进苗木的光
合效率,提高苗木产量[3]。研究者对许多树种进行
施肥实验,结果都证明施肥对林木的光合效率具有
促进作用。贾瑞丰等[3-4]分别对栓皮栎(Quercus
variabilis)播种苗和红厚壳(Calophyllum inophyl-
lumL.)幼苗进行施肥实验,结果表明:施N肥能显
著促进植物的光合速率和叶绿素含量。由此可见,
氮肥对林木光合作用具有显著的促进作用。也有研
究者认为氮磷钾混合施肥能更好地促进林木的生长
和生理。曹帮华等[5-6]分别对三倍体毛白杨(Popu-
lus tomentosa Carr)幼苗和银杏(Ginkgo)幼苗进行
氮磷钾混合施肥实验,前者表明氮磷钾配方施肥对
光合作用的促进作用达到了极显著水平,后者发现
氮、磷、钾肥对银杏苗木生长和生理的影响顺序为:
氮肥>磷肥>钾肥。相关研究表明:不同水平氮磷
钾配比施肥会对光合作用产生不同影响[7-8]。
香樟(Cinnamomum camphora (L.)Presl.)又
名乌樟,为樟科樟属乔木[9],是我国珍贵的经济树
种,在工业和生活生产中应用广泛[10]。目前对于香
樟的研究主要集中在园林绿化、育苗技术、组织培
养、抗逆性等方面[11-14],施肥是培育香樟的一项重要
措施,关于土壤与香樟之间营养元素的供需关系以
及营养元素对香樟生长和生理的影响尚未有报道。
本文采取指数施肥法[15]研究不同氮磷钾水平处理
对香樟幼苗光合特性的影响,旨在揭示培育香樟幼
苗的施肥规律,以确定合适的施肥量,为香樟幼苗培
育提供理论参考。
1 材料和方法
1.1 试验地概况
试验地位于雅安雨城区四川农业大学植物园。
雅安市雨城区(E 102°51′~103°12′,N 29°40′~30°
14′)位于四川盆地西缘,青衣江中游,成都平原向青
藏高原过渡带,地处我国亚热带气候区,年降水量
1 000~1 800mm,年平均气温14~16℃。
1.2 实验材料
供试材料是来自泸州林科所的1a生香樟实生
苗,苗高约24cm,地径约5mm。盆钵规格为25cm
×30cm(上缘直径×高),于2011年11月选取长势
相近的幼苗用耕作土(主要理化性质:有机质含量
10.14g/kg,全氮0.26g/kg,碱解氮17.15mg/kg,
速效磷10.57 mg/kg,速效钾66.75 mg/kg,pH
6.55)进行栽培,每盆栽植1株,每株编号。所用的
肥料为氮肥-尿素(N质量分数为46%)、磷肥-过
磷酸钙(P2O5 质量分数为18%)、钾肥-硫酸钾(分
析纯)。
1.3 研究方法
1.3.1 实验设计
结合实验用土的养分情况、施肥前香樟幼苗养
分含量以及查阅相关文献后,设置N、P、K 3因素3
水平,采用L9(34)正交设计(表1),共9个处理,分
别 为 H1 (N1P1K1,即 为 对 照 N0P0K0)、H2
(N1P2K2)、H3 (N1P3K3)、H4 (N2P1K2)、H5
(N2P2K3)、H6 (N2P3K1)、H7 (N3P1K3)、H8
(N3P2K1)和 H9(N3P3K2),每个处理5株,共45
株。
表1 L9(34)正交试验因素与水平
Table 1 The factors and levels of L9(34)
orthogonal experiment design
水平
Level
元素用量 Element usage/(g·pot-1)
N  P  K
1  0(N1) 0(P1) 0(K1)
2  3(N2) 3(P2) 2(K2)
3  6(N3) 6(P3) 4(K3)
采用指数施肥法[16-17],从2012年4月至8月每
隔45d施肥1次,分4次施完。每次施肥将肥料均
匀撒施在花盆中,覆土并立即浇水以润湿表层即可。
采用目前普遍使用的指数施肥模型,计算每次施肥
量,其方程为:
NT=NS(erT-1) (1)
其中,NT 为需要施入的养分总量,NS 为施肥之前
苗木体内养分含量,NT+NS 即理想状态下施肥后
苗木养分含量,T为总施肥次数,r是需要确定的系
数。在确定(1)中除系数r外的其他参数值后,可将
(1)转化成:
r=
Ln(NTNS+1


(2)
根据(2)便可以计算出系数r的值。在计算具
体每次施肥量时,采用如下公式:
Nt=NS(ert-1)-Nt-1 (3)
其中,t为当前施肥次数,NS 含义同(1),r同(2)的
求算结果,Nt为当次施肥量,Nt-1为当次前积累施
肥量总和。
851
第2期 舒 翔(等):施肥对香樟幼苗光合生理的影响    
1.3.2 指标测定
于2012年9月中旬晴朗无云天气9:00至11:
00,从每个处理的香樟幼苗中,随机选择3盆植株,
对其最高枝的成熟叶片用Li-6400便携式光合测定
仪测定光合作用参数,得到净光合速率Pn、细胞间
CO2 浓度Ci、气孔导度Gs和蒸腾速率Tr。
用Li-6400便携式光合测定仪测定上述所选植
株的最高枝成熟叶片光响应曲线。将CO2 浓度控
制在400mg/L,光强设置为0,25,50,75,100,150,
200,400,800,1200,1600,2000μmol/(m
2·s),分
别测量净光合速率的变化。光合响应曲线拟合采用
非直角双曲线模型:
Pn=
αPAR+Amax- (αPAR+Amax)2-4θαAmax槡 PAR
2θ -Rd
式中:Pn为净光合速率,α为表观量子效率,PAR为
光有效辐射,Amax为光饱和时的最大净光合速率,Rd
为暗呼吸速率,θ为光响应曲线曲角。拟合光响应
曲线得到暗呼吸速率和最大净光合速率,并计算表
观量子效率、光补偿点和光饱和点。
最后用上述所选植株的最高枝成熟叶片采用比
色法[18]测定叶绿素含量。
1.3.3 数据处理
采用SPSS 17.0统计分析软件和Excel 2007
对各响应曲线进行模型拟合和相关参数的计算,利
用SPSS 17.0的一般线性统计模型对各处理数据进
行方差分析和多重比较。
2 结果与分析
2.1 施肥对香樟幼苗光合特性的影响
2.1.1 施肥对香樟幼苗净光合速率的影响
净光合速率反映了植物有机物的积累速度。由
表2可以看出,氮肥对香樟幼苗净光合速率的影响
表2 光合作用参数以及叶绿素方差分析
Table 2 Variance analysis of photosynthetic
parameters and chlorophyl contents
变异来源
Sources of
variation
显著性P
净光合
速率
Pn
胞间
CO2
Ci
蒸腾
速率
Tr
气孔
导度
Gs
叶绿素
总量
Chl
N  0.046* 0.031* 0.688  0.212 0.043*
P  0.268  0.258  0.667  0.284 0.804
K  0.196  0.291  0.041* 0.224 0.643
  注:*表示在0.05水平上达到显著水平,下同。
Note:*indicate a significant difference at 0.05,the
same is below.
达到了显著水平(P<0.05),而磷肥和钾肥影响不
显著。对香樟幼苗净光合速率影响最大的是氮肥,
其次是钾肥,最后是磷肥。不同水平的氮肥对净光
合速率的影响有显著的差异性,在N2 水平(3g/株)
处达到了最大值7.44μmol/(m
2·s),显著高于
N1、N3 水平。净光合速率随着施氮量的升高呈现
“先升高后降低”的趋势,可见一定范围内增施氮肥
能提高香樟幼苗叶片净光合速率。磷肥和钾肥不同
水平对净光合速率的影响不如氮肥显著,相对较优
的水平是P3、K3。
2.1.2 施肥对香樟幼苗细胞间CO2 浓度的影响
细胞间CO2 浓度能反映植物光合速率。氮肥
对香樟幼苗叶片胞间CO2 浓度的影响达到了显著
水平(P<0.05),磷肥和钾肥的影响不显著。氮肥
对胞间CO2 浓度的影响显著高于磷肥和钾肥,钾肥
的影响最小。不同水平的氮肥对胞间CO2 浓度的
影响有显著差异,随着施氮量的增加,香樟幼苗叶片
胞间CO2 浓度上升。磷肥和钾肥在不同水平间差
异不显著。
2.1.3 施肥对香樟幼苗蒸腾速率的影响
蒸腾速率是一定单位时间,叶片通过蒸腾作用
散失的水量,能反映蒸腾作用的强弱。从表3可知,
钾肥对香樟幼苗叶片蒸腾速率的影响达到了显著水
平(P<0.05),氮肥和磷肥对香樟幼苗叶片蒸腾速
表3 不同氮磷钾水平对香樟光合作用
参数以及叶绿素含量的影响
Table 3 Effect of different N,P,K fertilization
treatments on photosynthetic parameters and chlorophyl
contents of Cinnamomum camphora(L.)Presl
因素
Factor
净光合
速率
Pn
胞间
CO2
Ci
蒸腾
速率
Tr
气孔
导度
Gs
叶绿素
总量
Chl

k1
k2
k3

5.48b
7.44a
5.03b
2.41 
378.56b
384.91b
392.56a
14.00
2.34a
2.35a
1.82b
0.53 
0.090a
0.027b
0.090a
0.063
1.637b
2.638a
1.592b
1.046 

k1
k2
k3

6.05a
5.01b
6.82a
0.84 
382.93a
386.11a
386.98a
4.05
1.83b
2.56a
2.23b
0.63 
0.040b
0.067b
0.100a
0.060
1.824a
2.069a
2.011a
0.245 

k1
k2
k3

6.13a
5.01b
6.82a
1.82 
386.27a
383.09a
386.67a
3.58
2.30a
1.27b
2.94a
1.66 
0.037b
0.107a
0.063b
0.070
2.132a
1.754a
2.018a
0.378 
  注:同列不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异
显著;k1、k2、k3 分别为水平1~3的均值,R为极差,下同。
Note:The different normal letters indicate significant
difference at 0.05levels;k1,k2,k3is the mean of level 1~
3,while the Ris the range among them;The same is below.
951
    四川农业大学学报 第31卷
率的影响则未达显著水平。对香樟幼苗叶片蒸腾速
率影响较大的是钾肥,且在K2 水平(2g/株)处达到
了最小值,其次是磷肥,最后是氮肥。
2.1.4 施肥对香樟幼苗气孔导度的影响
气孔导度表示气孔张开的程度,影响蒸腾作用、
光合作用以及呼吸作用。氮磷钾3个因素对香樟幼
苗叶片气孔导度的影响皆未达显著水平。表3中R
值显示:氮磷钾3个因素对香樟幼苗叶片气孔导度
的影响大小顺序为:钾肥>氮肥>磷肥。
2.2 施肥对香樟幼苗叶绿素含量的影响
叶绿素总量的大小能反映光合作用的强弱。从
表2可知,氮肥对香樟幼苗叶片叶绿素含量影响达
到了显著水平(P<0.05),磷肥和钾肥影响则不显
著。氮磷钾3个因素对香樟幼苗叶片叶绿素含量的
影响大小顺序为:氮肥>磷肥>钾肥。氮肥不同水
平间差异显著,磷肥和钾肥不同水平之间差异不显
著。香樟幼苗叶片叶绿素含量在N2 水平达到了最
大值2.638mg/g,并且其变化随着氮肥施用量的增
加呈现“先升高后降低”的趋势,可见在一定范围内增
加氮肥施用量能显著提高香樟幼苗叶片叶绿素含量。
表4 光响应曲线特征参数方差分析
Table 4 Variance analysis of characteristic
parameters of light response curve
变异来源
Sources of
variation
显著性P
最大净
光合速率
Amax
表观量子
效率
α
光补
偿点
LCP
光饱
和点
LSP
暗呼吸
速率
Rd
N  0.221 0.044* 0.043* 0.269 0.043*
P  0.209 0.177  0.296  0.032* 0.075
K  0.359 0.240  0.271  0.308 0.298
2.3 施肥对香樟幼苗光响应曲线的影响
从图1可以看出:不同处理下香樟幼苗的光合
响应曲线不同,在初始光照下,总体上光合速率差异
不显著,光照强度上升后产生了较大差异,H9 处理
的光合速率最大。H4 处理的光合速率比对照处理
(N0P0K0)低,原因可能是其因素水平产生了交互作
用,有待进一步研究;其余施肥处理皆比对照处理
高,说明氮磷钾不同水平处理能促进香樟幼苗的光
合速率。
图1 不同施肥处理香樟幼苗光响应曲线
Figure 1 Effect of different fertilization treatments on light
response curves of Cinnamomum camphora(L.)Presl seedlings
  光响应曲线结合低光强度下线性回归分析,得
到氮磷钾不同水平处理光响应曲线特征参数(表4、
表5)。在理想状况下随着光合有效辐射的增加,净
光合速率不会持续上升,会趋于一个较稳定值,即最
大净光合速率。方差分析表明,氮磷钾3个因素对
香樟幼苗最大净光合速率的影响皆未达到显著水
平。R值表明,氮磷钾肥影响香樟幼苗最大净光合
速率的大小顺序是磷肥>氮肥>钾肥。表观量子效
率反映叶片转化光能的效率。氮肥对香樟幼苗表观
量子效率的影响达到了显著水平(P<0.05),磷肥
和钾肥影响不显著。氮磷钾影响香樟幼苗表观量子
效率的大小顺序是氮肥>磷肥>钾肥。氮肥能显著
改变香樟幼苗叶片光补偿点(P<0.05),随着施氮
量的升高呈现“先升高后降低”的趋势。磷肥能显著
提高香樟幼苗叶片的光饱和点,氮肥和钾肥影响不
显著。氮肥能显著降低香樟幼苗的暗呼吸速率(P
<0.05),磷肥和钾肥影响不显著。
3 讨论与结论
氮肥显著增加了香樟幼苗的净光合速率和叶绿
素含量,效果最显著的是N2 水平。有研究表明:施
氮肥能提高对苗木的N素供应,叶片能合成更多的
叶绿素,从而能加强光合速率[19]。随着施氮量的增
加,对香樟幼苗的影响呈现“先升高后降低”的趋势,
说明N素浓度过高可能会产生抑制作用。相关研
究表明:随着N素浓度的上升,光合速率在达到最
061
第2期 舒 翔(等):施肥对香樟幼苗光合生理的影响    
表5 不同氮磷钾水平对香樟光响应曲线特征参数的影响
Table 5 Effect of characteristic parameters of
light response curve under different N,P,K fertilization
treatments in Cinnamomumcamphora(L.)Presl
因素
Factor
最大净光
合速率
Amax
表观量
子效率
α
光补
偿点
LCP
光饱
和点
LSP
暗呼吸
速率
Rd

k1
k2
k3

3.20a
1.73b
2.62ab
1.47 
0.045a
0.032b
0.031b
0.024 
49.53b
149.10a
45.57b
103.53
276.67a
283.03a
272.07a
110.97
1.68a
1.39a
0.97b
0.70 

k1
k2
k3

1.70b
2.62ab
3.23a
1.53 
0.028b
0.041a
0.039a
0.012 
87.73b
47.43c
109.03a
61.60
208.07b
291.48a
332.23a
124.17
1.11a
1.21a
1.72a
0.61 

k1
k2
k3

1.91b
2.88a
2.76a
0.97 
0.030a
0.037a
0.041a
0.011 
121.90a
57.86b
64.43b
64.03
278.03b
235.47b
318.28a
82.80
1.46a
1.28a
1.30a
0.18 
大值时便趋于稳定,若是 N素浓度继续上升,可能
会加速叶片衰老,导致参与光合作用的一些蛋白质
和酶 的 分 解,使 光 合 效 率 降 低[20]。处 理 H4
(N2P1K2)、H5(N2P2K3)、H6(N2P3K1)皆为 N2 水
平处理,而 H6 处理的净光合速率和叶绿素含量皆
为最高。可见相同氮素水平下,不同磷、钾素水平配
比会产生不同影响。有研究表明:磷肥可以改变林
木体内N素的均衡状态[21]。磷素水平升高,可能会
促进香樟幼苗体内N素向叶片转移,从而提高叶片
叶绿素含量和净光合速率。
磷肥对香樟幼苗的光饱和点产生了显著的促进
作用,且随着施P量的增加光饱和点越高,在P3 水
平(6g/株)达到了最大值,说明磷肥能显著提高香
樟幼苗达到最大净光合速率所对应的光照强度。原
因可能是随着P素浓度的升高,促进了香樟幼苗光
合作用中关键的Rubisco酶的活性[22],使其在高光
照条件下仍能继续进行光合作用。光饱和点升高,
说明香樟幼苗的光合时效得到延长,能进行更长时
间的光反应,积累更多的光合产物,有利于香樟幼苗
的生长发育。处理 H3(N1P3K3)、H6(N2P3K1)、H9
(N3P3K2)皆为P3 水平处理,H6 处理的光饱和点最
高,说明相同磷素水平下,不同氮、钾素水平配比会
产生不同影响。有研究表明:氮磷钾相互之间具有
促进作用,其中氮、磷之间的促进作用最显著[23]。
由此可推测,适度水平的N素能提高P素对光合作
用的影响,过高水平 N素的促进作用则会减弱,具
体原因有待进一步研究。
钾肥对香樟幼苗蒸腾速率产生了显著影响,且
随着施K量的增加呈现“先降低后升高”的趋势,在
K2 水平(2g/株)处最低。说明较高水平的钾肥会
提升香樟幼苗叶片的蒸腾速率,这与柴仲平[24]的研
究结果一致,他认为过低或过高的钾素浓度会加快
苗木的蒸腾速率,加大水分的损耗,适度的钾素浓度
有利于苗木保持理想的蒸腾速率。随着施钾量的升
高,香樟幼苗叶片气孔导度呈现“先升高后降低”的
趋势,由此可推测,适度的钾素浓度能提高香樟幼苗
的气孔导度。有研究表明:植物通过保持较高的气
孔导度来保证较大的碳同化速率,从而加强植物的
光合 作 用 积 累 更 多 的 光 合 产 物[25]。处 理 H2
(N1P2K2)、H4(N2P1K2)、H9(N3P3K2)皆为 K2 水
平,而处理 H9 的蒸腾速率最小、气孔导度最大,说
明相同钾素水平情况下,不同氮、磷素配比会产生不
同影响。相关研究表明:钾素对植物光合作用的影
响与氮素水平有密切的关系,适当的氮钾比例是提
高光合作用的关键[26]。可见香樟施肥中,高浓度的
氮素能提高钾素对光合作用的影响,具体的作用机
制有待进一步研究。
指数施肥显著影响了香樟幼苗的光合特性,施
肥处理的香樟幼苗光合速率显著高于未施肥处理。
氮磷钾肥不同处理对香樟幼苗的光合特性都产生了
显著影响,其影响顺序为:氮肥>磷肥>钾肥。综合
分析了氮磷钾肥不同水平处理对香樟幼苗的影响,
得到对香樟幼苗光合生理促进作用最显著的组合是
N2P3K1,氮磷钾配比为3∶6∶0。本实验对不同水
平氮磷钾配比施肥对香樟幼苗光合特性的影响进行
了探讨,在今后的研究中,还需深入分析香樟幼苗的
需肥规律以及养分积累和分配对生长和生理的影
响,设置更优化的氮磷钾配比,为香樟的产业发展提
供有效的支撑。
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(本文审稿:阮少宁;责任编辑:巩艳红;英文编辑:刘 彬)
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(本文审稿:鲜骏仁;责任编辑:巩艳红;英文编辑:刘 彬)
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