氮、磷、钾肥对香梨坐果期光合特性的影响

柴仲平，王雪梅，陈波浪，孙 霞，盛建东，龚双凤

(1. 新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830052;2. 新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐830054)

光合作用形成的同化产物是树体生长和果实产量的基础，是构成果品品质的决定性因素。许多学者对各类果树光合特性进行了大量的研究［1－6］。在自然条件下，果树叶片的净光合速率受到光合有效辐射、CO2浓度、气温、相对湿度等多个环境因子的影响，同时光、温、水、气等生态因子变化又可引起果树生理因子变化，外在生态环境条件和内在生理因子共同影响果树光合作用特性［7－8］。在梨光合作用方面，过去以研究单一品种的光合速率和光合日变化较多［9－14］，已有研究认为，梨不同种在饱和光强下的净光合速率大小有差异［15］。梨不同品种的净光合速率也不同［16］，晴天和阴天梨的净光合速率日变化曲线表现不一［11］，不同季节梨净光合速率日变化曲线也有差异［9，12］。在逆境条件下，梨净光合速率日变化曲线会发生变化［6］。有关肥料因素对梨的光合特性影响报道较少，通过研究田间调控肥料三要素氮、磷、钾，分析比较不同施肥处理下库尔勒香梨在坐果期叶片净光合速率的变化特点，旨在探讨库尔勒香梨对土壤养分氮素、磷素、钾素的响应程度以及它对环境的适应过程和机制，以期在生产上提高香梨光合效率，进而为提高产量、改善果品品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地点选在新疆库尔勒市恰尔巴格乡下和什巴格村5 队(中心位置为41°48'21″N，86°04'22″E)，海拔918.7 m，地处天山南麓，塔里木盆地东北边缘，孔雀河冲洪积平原上。属暖温带大陆性干旱气候，年平均气温14 ℃～15 ℃，年降水量50 mm～55 mm，年最大蒸发为2 788.2 mm。年总辐射6 343 MJ·m－2，日照时数2 889 h，大于等于0℃积温平均为4 700 ℃，大于等于10 ℃积温4 278 ℃，无霜期180 d～200 d。主导风向东北风，土壤类型主要为粘壤土，土壤中有机质含量21.78 g·kg－1，碱解氮47.80 mg·kg－1，有效磷16.81 mg·kg－1，速效钾228.72 mg·kg－1。

表1 环境因子日变化Tab.1 The diurnal variations of environmental factors

1.2 研究材料与试验设计

研究选择库尔勒香梨为研究对象，选取具有代表性中肥力果园一个，设置氮磷钾3 因素，4 水平，14个处理的“3414”田间试验，施肥试验方案见表2。

表2 氮、磷、钾肥试验方案Tab.2 The experiment scheme under different treatments of N，P，K

依据香梨果树株行距的大小，每处理选取5 棵果树，每个处理3 次重复，随机排列。肥料选用尿素(含N 46%)、重过磷酸钙(含P2O546%)和硫酸钾(含K2O 51%)。尿素施用量以每处理60%在果树萌芽前(2012 年3 月31 日)施用(N0处理除外)，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%)。磷肥和钾肥在萌芽前(2012 年3 月31 日)一次性施入，施用方式为环状沟施，沟深30 cm～40 cm。灌溉采用常规灌溉，其它田间管理与当地相同。供试树种为20 a 树龄的香梨(Pyrus bretschneideri Rehd. )，嫁接砧木为杜梨(Pyrus betulifolia Bge. )，株行距5 m ×6 m。试验小区的立地条件相同，土壤水分、肥力等条件相近，均生长良好。

1.3 测定方法

试验于香梨坐果时期(2012 年5 月13 日，晴天)进行，用SPAD－502 型手持叶绿素仪测定叶片的叶绿素含量;用LAT2000 型冠层分析仪测定叶面积指数;利用自然光照，用CIRAS－2 型光合仪对叶片进行不离体测定，光合特性指标测定每处理选1 株，选光照较好的新梢中上部健康叶3 片，从早晨9:30(北京时间，以下同上)开始测定至下午19:30，每隔2 h 测定1 次。测定项目包括光合有效辐射(PAR，μmol·m－2·s－1)、气温(Ta，℃)、空气CO2浓度(Ca，μmol·mol－1)等环境因子指标和净光合速率(Pn，μmol·m－2·s－1)。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 和DPS 数据处理系统对获取的各项指标进行处理与分析并完成制图。

2 结果与分析

2.1 施氮对香梨叶片净光合速率(Pn)日变化的影响

不同施氮水平处理下香梨叶片的净光合速率日变化均呈双峰曲线，第一次峰值都较第二次峰值高，见图1。在日变化过程中双峰出现时间一致，第一次峰值出现在下午13:30，第二次峰指出现在下午17:30。因施氮水平的不同峰值大小呈现出一定的差异，不同施氮水平下第一次峰值之间差异显著，第二次峰值之间差异不显著。第一次峰值和第二次峰值均表现为N2P2K2＞N1P2K2＞N3P2K2＞N0P2K2，说明施氮能促进香梨叶片的净光合速率，但过量时则会带来不利影响。

图1 不同氮处理的香梨叶片净光合速率日变化Fig.1 Diurnal variations of Pn of Fragrant Pear leaves under different treatments of N

2.2 施磷对香梨叶片净光合速率(Pn)日变化的影响

不同施磷水平处理下香梨叶片的净光合速率日变化均呈双峰曲线，第一次峰值都较第二次峰值高，见图2。因施磷水平的不同，在日变化过程中双峰出现时间和峰值大小均产生了一定差异。不施磷的处理(N2P0K2)与施磷处理相比净光合速率第一次峰值提前2 h 出现，第二次峰值出现时间保持一致，在下午17:30。不同施磷水平下第一次峰值之间差异显著，而第二次峰值之间差异不显著。第一次峰值表现为N2P2K2＞N2P3K2＞N2P1K2＞N2P0K2，第二次峰值表现为N2P2K2＞N2P1K2＞N2P3K2＞N2P0K2，说明施磷能促进香梨叶片的净光合速率，过量时也会带来不利影响。

图2 不同磷处理的香梨叶片净光合速率日变化Fig.2 Diurnal variations of Pn of Frangrant Pear leaves under different treatments of P

2.3 施钾对香梨叶片净光合速率(Pn)日变化的影响

不同施钾水平处理下香梨叶片的净光合速率日变化均呈双峰曲线，第一次峰值都较第二次峰值高。在日变化过程中双峰出现时间一致，第一次峰值出现在下午13:30，第二次峰指出现在下午17:30。因施钾水平的不同峰值大小呈现出一定的差异，不同施钾水平下第一次峰值之间差异显著，第二次峰值之间差异不显著。第一次峰值表现为N2P2K2＞N2P2K1＞N2P2K3＞N2P2K0，第二次峰值表现为N2P2K2＞N2P2K3＞N2P2K1＞N2P2K0，说明施钾能促进香梨叶片的净光合速率，过量时也会带来不利影响，见图3。

2.4 香梨叶片净光合速率对肥料的响应

不同氮、磷、钾施肥处理的香梨叶片温度变化范围在29.3 ℃～31.5 ℃之间，整体变化幅度不大，见表3。光合有效辐射和净光合速率峰值在不同施肥处理之间差异较为显著，13:30 时光合有效辐射最大值(1 679 μmol·m－2·s－1)出现在氮、磷素都相对缺乏而钾素较为适度的第12 组处理(N1P1K2)，净光合速率最大值(11.1 μmol·m－2·s－1)出现在氮、磷、钾素都较为适度的第6 组处理(N2P2K2)，最大净光合速率与最大光合有效辐射值没有出现在同一施肥处理，说明香梨叶片光合特性不仅只受外在生态环境条件的影响，还受香梨个体内在生理因子的影响。不同氮、磷、钾施肥处理对香梨叶面积指数和叶片叶绿素含量均产生了一定影响。叶面积指数最大值(3.12)出现在磷、钾素都较为适度而氮素相对过量的第11组处理(N3P2K2)，最小值(1.92)出现在氮、磷、钾素都缺乏的第1 组处理(N0P0K0)。叶片叶绿素含量最大值(37.29)出现在氮、磷素都较为适中而钾素相对过量的第10 组处理 (N2P2K3)，最小值(33.57)出现在氮、磷、钾素都缺乏的第1 组处理(N0P0K0)。说明土壤中适度增加氮、磷、钾素的含量可在一定程度上提高香梨叶面积指数和叶片叶绿素含量。

不同施氮、施磷、施钾水平下，香梨叶片净光合速率第一次峰值差异较为显著，因此研究分别将香梨叶片13:30 时的净光合速率第一次峰值(y)与施氮量(x1)、施磷量(x2)、施钾量(x3)进行二次多项式逐步回归分析，由于氮肥在测定光合特性时只施入了施肥方案中施肥水平的80%，所以具体施氮量按施肥水平的80%计算，磷、钾肥按全部施入计算，得关系式:

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，显著水平p =0.004 0，剩余标准差s =0.476 2，调整后的相关系数Ra =0.969 7;通过模型分析得出以香梨叶片净光合速率为生产目标时，各个因素的最佳组合为:香梨叶片净光合速率(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，施钾量(x3)53.70 kg·hm－2。肥料三要素对香梨叶片净光合速率的作用顺序为:施钾量＞施磷量＞施氮量，氮磷、氮钾之间具有协同效应，磷钾之间具有拮抗效应。

图3 不同钾处理的香梨叶片净光合速率日变化Fig.3 Diurnal variations of Pn of Fragrant Pear leaves under different treatments of K

表3 不同氮、磷、钾施肥处理的香梨叶片光合特征值Tab.3 Photosynthetic Characteristics of Fragrant Pear leaves under different treatments of N，P，K

3 结论与讨论

随着环境条件不断变化，果树光合速率在一天之间也发生很大变化。植物光合作用的日变化有正规曲线型、平坦型、变动型和中午降低型4 种类型［17］。试验结果表明，在晴天条件下不同氮、磷、钾施肥处理的库尔勒香梨叶片净光合速率日变化均表现为典型的双峰曲线，具有明显的光合“午休”现象。在净光合速率日变化过程中第一次峰值高于第二次峰值，与盛宝龙［18］等人研究结果一致，而与张琪［19］等人研究结果第一次峰值小于第二次峰值相反，具体原因还有待于进一步研究。施肥对香梨叶片净光合速率的日进程产生了较大的影响，与不施肥的处理相比施氮、磷、钾肥可促进香梨叶片净光合速率，但过量施用时会带来不利影响。针对果树施肥模型研究方面，大多数研究者都是以产量和品质作为依据建立数学模型进行分析，提出果树年生长周期中的施肥参数，为果树科学施肥，指导生产实践提供了重要的理论依据［20－22］。但是有研究结果已经表明，果树在年生长周期内不同生长阶段对不同肥料所需要的量是有差异的［23－24］，而产量和品质都是在果树生长末期所测定的结果，以其建立数学模型分析所得到施肥参数只能作为果树年生长周期内施肥总量的依据，无法对果树不同生长阶段进行施肥指导。光合作用是果树生长、结果的基础，净光合速率是果树叶片光合生产能力的主要参数。研究借助光合作用在果树年生长周期内不同阶段的可测性，建立香梨坐果期净光合速率与施肥之间的数学模型，提出香梨坐果期的施肥参数，可为香梨坐果期施肥提供科学依据。以香梨叶片13:30 时的净光合速率峰值为目标建立模型，通过模型分析得出各个因素的最佳组合为:香梨叶片净光合速率 (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，施钾量(x3)53.70 kg·hm－2。肥料三要素对香梨叶片净光合速率的作用顺序为:施钾量＞施磷量＞施氮量，氮磷、氮钾之间具有协同效应，磷钾之间具有拮抗效应。以香梨叶片净光合速率为目标，推荐香梨坐果期氮、磷、钾素施肥量分别为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。

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