菌肥对铜污染土壤玉米苗期光合特性的影响

郭卓杰等

摘 要：采用盆栽试验，研究了在铜（100 mg·kg-1）污染土壤中，施用菌肥（0，50，100，200 g）对不同品种玉米（晋单56号、长玉16号、大正2号）苗期光合特性（净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率和气孔导度）的影响。结果表明：（1）施入菌肥100 g，大正2号、长玉16号和晋单56号玉米的苗期净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的值有明显的增加，且含量均高于其他处理，胞间CO2浓度均低于其他处理。（2）大正2号玉米在施用菌肥100 g处理下，苗期叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的含量均高于其他品种玉米，而叶片的胞间CO2浓度含量低于其他品种玉米。4种光合特性的值分别为：8.34，3.08，69.3，23.3 μmol·m-2·s-1。由此可见，在铜污染土壤中施入菌肥，对不同品种玉米苗期净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均有明显的促进作用，对胞间的CO2浓度有明显的抑制作用，即大正2号玉米在施用菌肥100 g时，苗期光合作用最强。

关键词：铜污染；玉米；菌肥；光合特性

中图分类号：S513 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.08.006

Abstract： With pot experiment， this paper studied the use of bacterial manure （0， 50， 100， 200 g）on the influence of different varieties of maize（Jindan 56， Changyu 16， Dazheng2） seedling photosynthetic characteristics（net photosynthetic rate， intercellular CO2 concentration， transpiration rate and stomatal conductance）. The results were as follows： （1） the dosage of 100 g bacterial manure， Dazheng 2， and Changyu 16 and Jindan 56， the seedling stage of net photosynthetic rate， transpiration rate and stomatal conductance value has increased significantly， and the content was higher than other processing， intercellular CO2 concentration was lower than other treatment. （2） Dazheng 2 maize， under the application of bacterial manure 100 g processing， seedling leaf net photosynthetic rate， transpiration rate and stomatal conductance of content were higher than other varieties of corns， and leaves the content of intercellular CO2 concentration was lower than other varieties of corns， four kinds of photosynthetic characteristics of value were 8.34，3.08，69.3，23.3 μmol·m-2·s-1 .Thus， in copper contaminated soil， with different varieties of maize， the seedling net photosynthetic rate， transpiration rate and stomatal conductance were obviously promoted， the intercellular CO2 concentration was obviously inhibited， in application of bacterial manure 100 g of Dazheng 2， this effect was the most significant.

Key words： copper contaminate； corn； bacterial manure；photosynthetic characters

光合作用是绿色植物最重要的生理活动，将太阳能转换为化学能，并利用它将二氧化碳和水等无机物合成有机物。它是积蓄能量和形成有机物的过程，植物体内干物质中，约90%左右实际上是直接或间接地来自光合作用的有机物质，增加光合作用有助于增加收获器官的产量[1-2]。光合作用是作物产量形成的基础[3]。光合作用的强弱通常用光合速率表示，它是指单位时间内单位叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量[4]。而菌肥在改善土壤营养结构、增强土壤肥力、促进作物生长、增强作物抗病能力等方面具有重要作用[5]。

目前关于作物光合特性的研究已经很多，但菌肥对铜污染土壤玉米苗期光合特性的影响很少报道，本研究通过盆栽试验，在重金属土壤中施加菌肥，探讨其对玉米光合特性的影响，以期选出对光合特性影响较大的玉米品种和菌肥用量，为铜污染土壤的修复与利用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验区在山西农业大学资源环境学院试验站大棚。供试土壤为石灰性褐土，pH 值8.38。其中有机质含量为10.9 g·kg-1，碱解氮为129.4 mg·kg-1，速效磷为7.7 mg·kg-1，速效钾为16.6 mg·kg-1，土壤交换量为23.9 cmol·kg-1。

1.2 供试作物和肥料

供试作物：玉米晋单56号、长玉16号、大正2号。供试肥料：复合肥（N-P2O5-K2O，17-17-17，总养分≥51%）、微生物菌肥。供试重金属铜：CuSO4·5H2O （分析纯）。

1.3 试验方法

本试验采用温室盆栽栽培试验。供试作物于2013年4月播种。

具体方案如下：每盆装10 kg的供试土壤，经测定试验土壤中重金属铜含量为64.42 mg·kg-1，为确保试验土壤重金属铜达到统一的二级标准限制值100 mg·kg-1，每盆土壤所施用化学试剂CuSO4·5H2O（分析纯）为1.39 mg。每盆施入复合肥5 g。试验共设4个处理，分别为：铜处理土壤+菌肥0 g（CK）；铜处理土壤+菌肥50 g（J-50）；铜处理土壤+菌肥100 g（J-100）；铜处理土壤+菌肥200 g（J-200）。在4种处理的土壤上种植3种不同品种的玉米，重复3次。

1.4 测定项目及方法

玉米苗期的净光合速率（Pn），胞间CO2浓度（Ci），蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Cond）的测定：采用Li6400便携式光合仪测量，选择在晴天9：00—11：00光照充足且相对稳定的时间进行。

2 结果与分析

2.1 菌肥对铜污染土壤玉米苗期净光合速率值的影响

净光合速率是指绿色植物组织在有光的条件下，光合作用和细胞呼吸同时进行测得的数值[6]。由图1方差分析可知，对于大正2号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别提高了105%，86.6%，92.6%，说明大正2号玉米加入菌肥J-100显著增加了玉米苗期净光合速率的值；对于晋单56号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别提高了30.4%，21.4%，26.8%，说明晋单56号玉米加入菌肥J-100显著增加了玉米苗期净光合速率的值；对于长玉16号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别提高了43.7%，27.2%，36.6%，说明长玉16号玉米加入菌肥J-100显著增加了玉米苗期净光合速率的值。而大正J-100、晋单J-100和长玉J-100的净光合速率的值分别为8.34，6.31 ，和5.68 μmol·m-2·s-1，并且差异性显著。由以上数据分析得出：在铜污染土壤中施入菌肥J-100大正2号玉米苗期净光合速率的值最大。

2.2 菌肥对铜污染土壤玉米苗期胞间CO2浓度（Ci）值的影响

植物进行光合作用的主要原料是CO2 ，作物叶片胞间浓度的高低是影响光合速率的重要因素[7]。由图2方差分析可知，对于大正2号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别降低了94%，89.9%，89.3%，说明大正2号玉米加入菌肥J-100显著减少了胞间CO2的浓度；对于晋单56号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别降低了83.8%，73.8%，69%，说明晋单56号玉米加入菌肥J-100显著减少了胞间CO2的浓度；对于长玉16号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别降低了91.2%，83.8%，87%，说明长玉16号玉米加入菌肥J-100显著减少了胞间CO2的浓度。大正J-100、晋单J-100和长玉J-100的胞间CO2的浓度分别是23.33，62.67和36.7 μmol·m-2·s-1，并且差异性显著。由以上数据分析得出：在铜污染土壤中施入菌肥J-100大正2号玉米苗期胞间CO2浓度的值最小。

2.3 菌肥对铜污染土壤玉米苗期蒸腾速率（Tr）值的影响

蒸腾是植物重要的生理过程，植物通过蒸腾作用运输矿物质、调节叶面温度、供应光合作用所需要的水分等，当蒸腾作用正常进行时， 气孔处于开放状态， 有利于光合作用中CO2的吸收和同化。因此，蒸腾作用对光合作用的强弱有很大的影响[8-9]。由图3方差分析可知，大正2号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别提高了578%，51%，63%，说明大正2号玉米加入菌肥J-100显著增加了玉米苗期蒸腾速率；晋单56号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别提高了316%，3.9%，24.9%，说明晋单56号玉米加入菌肥100 g显著增加了玉米苗期蒸腾速率；长玉16号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别提高了200%，162%，57.6%，说明长玉16号玉米加入菌肥100 g显著增加了玉米苗期蒸腾速率。大正J-100、晋单J-100和长玉J-100的蒸腾速率的值分别为3.08，2.12，2.49 mmol·m-2·s-1，且差异性显著。由以上数据分析得出：在铜污染土壤中施入菌肥J-100大正2号玉米蒸腾速率最大。

2.4 菌肥对铜污染土壤玉米苗期气孔导度（Cond）值的影响

气孔控制着植物体与外界环境的水、气交换，对植物光合作用有很大的影响[10]。气孔导度表示气孔张开的程度，随着气孔导度的增大，植物叶片气孔阻抗作用减小，叶肉细胞内浓度增大，从而加大植物的光合速率[11]。由图4方差分析可知，大正2号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别提高了59.8%，41.4%，61.1%，说明大正2号玉米加入菌肥J-100显著增加了玉米苗期气孔导度的值；晋单56号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别提高了298%，8.7%，74.1%，说明晋单56号玉米加入菌肥J-100显著增加了玉米苗期气孔导度的值；长玉16号玉米，J-100比CK、J-50、J-200分别提高了247%，93.6%，74.7%，说明长玉16号玉米加入菌肥100 g显著增加了玉米苗期气孔导度的值。大正J-100、晋单J-100和长玉J-100气孔导度的值分别为69.3，49.8和51.7 μmol·m-2·s-1，并且差异性显著。由以上数据分析得出：在铜污染土壤中施入菌肥J-100大正2号玉米苗期气孔导度的值最大。

3 结 论

（1）铜污染土壤中，随着菌肥用量逐渐增大，大正2号玉米、长玉16号玉米和晋单56号玉米苗期的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度的值先增加后减小，而胞间CO2浓度的值却是先减小后增加，当菌肥用量为100 g时，3种玉米的光合速率最大，所以施入菌肥100 g，显著增加了玉米苗期的光合作用。

（2）大正J-100的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的值最大，而胞间CO2浓度最低。它们的值分别为8.34，23.33，3.08，69.3 μmol·m-2·s-1。植物在光下进行光合作用，气孔张开吸收CO2，同时又不可避免地发生蒸腾作用，随着气孔导度的增加，蒸腾速率增大，单位时间内单位叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量增加，也就是光合速率增加，而这时它的胞间CO2浓度最小。所以，对于铜污染土壤，大正2号玉米施入菌肥100 g的光合作用最强。

参考文献：

[1] 王宝山.植物生理学[M].北京：科学出版社，2004.

[2] 何萍，金继运，林葆.氮肥用量对春玉米叶片衰老的影响及其机理研究[J].中国农业科学，1998，31（3）：66-71.

[3] 许大全. 光合速率、 光合效率与作物产量 [J]. 生物学通报，1999，34（8）： 8-9.

[4] 邱艳，陈温福.超级稻沈农265剑叶光合作用日变化对氮肥的响应[J].湖北农业科学，2007， 13（4）：11.

[5] 李雁.菌肥的作用研究及其资源开发[J].氨基酸与生物资源，2002，24（2）：8-10.

[6] 刘菲菲，魏亦农.低温胁迫对棉花幼叶光合特性的影响[J].石河子大学学报，2011， 23（1）：16.

[7] 王晓娟， 贾志宽， 梁连友，等. 不同有机肥量对旱地玉米光合特性和产量的影响[J].应用生态学报， 2012， 23（2）：419-425.

[8] 王帅， 杨劲峰， 韩晓日， 等.不同施肥处理对旱作春玉米光合特性的影响[J].中国土壤与肥料， 2008（6）： 23-27.

[9] 张治安， 陈展宇. 植物生理学[M].长春：吉林大学出版社， 2009：71，101.

[10] 殷毓芬， 张存良， 姚凤霞. 冬小麦不同品种叶片光合速率与气孔导度等性状之间关系的研究[J]. 作物杂志， 1995 ， 21（5）：561-567.

[11] 陆钊华，徐建民，陈儒香，等.桉树无性系苗期光合作用特性研究[J].林业科学研究，2003，16（5）：575-580.

3 结 论

（1）铜污染土壤中，随着菌肥用量逐渐增大，大正2号玉米、长玉16号玉米和晋单56号玉米苗期的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度的值先增加后减小，而胞间CO2浓度的值却是先减小后增加，当菌肥用量为100 g时，3种玉米的光合速率最大，所以施入菌肥100 g，显著增加了玉米苗期的光合作用。

（2）大正J-100的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的值最大，而胞间CO2浓度最低。它们的值分别为8.34，23.33，3.08，69.3 μmol·m-2·s-1。植物在光下进行光合作用，气孔张开吸收CO2，同时又不可避免地发生蒸腾作用，随着气孔导度的增加，蒸腾速率增大，单位时间内单位叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量增加，也就是光合速率增加，而这时它的胞间CO2浓度最小。所以，对于铜污染土壤，大正2号玉米施入菌肥100 g的光合作用最强。

参考文献：

[1] 王宝山.植物生理学[M].北京：科学出版社，2004.

[2] 何萍，金继运，林葆.氮肥用量对春玉米叶片衰老的影响及其机理研究[J].中国农业科学，1998，31（3）：66-71.

[3] 许大全. 光合速率、 光合效率与作物产量 [J]. 生物学通报，1999，34（8）： 8-9.

[4] 邱艳，陈温福.超级稻沈农265剑叶光合作用日变化对氮肥的响应[J].湖北农业科学，2007， 13（4）：11.

[5] 李雁.菌肥的作用研究及其资源开发[J].氨基酸与生物资源，2002，24（2）：8-10.

[6] 刘菲菲，魏亦农.低温胁迫对棉花幼叶光合特性的影响[J].石河子大学学报，2011， 23（1）：16.

[7] 王晓娟， 贾志宽， 梁连友，等. 不同有机肥量对旱地玉米光合特性和产量的影响[J].应用生态学报， 2012， 23（2）：419-425.

[8] 王帅， 杨劲峰， 韩晓日， 等.不同施肥处理对旱作春玉米光合特性的影响[J].中国土壤与肥料， 2008（6）： 23-27.

[9] 张治安， 陈展宇. 植物生理学[M].长春：吉林大学出版社， 2009：71，101.

[10] 殷毓芬， 张存良， 姚凤霞. 冬小麦不同品种叶片光合速率与气孔导度等性状之间关系的研究[J]. 作物杂志， 1995 ， 21（5）：561-567.

[11] 陆钊华，徐建民，陈儒香，等.桉树无性系苗期光合作用特性研究[J].林业科学研究，2003，16（5）：575-580.

3 结 论

（1）铜污染土壤中，随着菌肥用量逐渐增大，大正2号玉米、长玉16号玉米和晋单56号玉米苗期的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度的值先增加后减小，而胞间CO2浓度的值却是先减小后增加，当菌肥用量为100 g时，3种玉米的光合速率最大，所以施入菌肥100 g，显著增加了玉米苗期的光合作用。

（2）大正J-100的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的值最大，而胞间CO2浓度最低。它们的值分别为8.34，23.33，3.08，69.3 μmol·m-2·s-1。植物在光下进行光合作用，气孔张开吸收CO2，同时又不可避免地发生蒸腾作用，随着气孔导度的增加，蒸腾速率增大，单位时间内单位叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量增加，也就是光合速率增加，而这时它的胞间CO2浓度最小。所以，对于铜污染土壤，大正2号玉米施入菌肥100 g的光合作用最强。

参考文献：

[1] 王宝山.植物生理学[M].北京：科学出版社，2004.

[2] 何萍，金继运，林葆.氮肥用量对春玉米叶片衰老的影响及其机理研究[J].中国农业科学，1998，31（3）：66-71.

[3] 许大全. 光合速率、 光合效率与作物产量 [J]. 生物学通报，1999，34（8）： 8-9.

[4] 邱艳，陈温福.超级稻沈农265剑叶光合作用日变化对氮肥的响应[J].湖北农业科学，2007， 13（4）：11.

[5] 李雁.菌肥的作用研究及其资源开发[J].氨基酸与生物资源，2002，24（2）：8-10.

[6] 刘菲菲，魏亦农.低温胁迫对棉花幼叶光合特性的影响[J].石河子大学学报，2011， 23（1）：16.

[7] 王晓娟， 贾志宽， 梁连友，等. 不同有机肥量对旱地玉米光合特性和产量的影响[J].应用生态学报， 2012， 23（2）：419-425.

[8] 王帅， 杨劲峰， 韩晓日， 等.不同施肥处理对旱作春玉米光合特性的影响[J].中国土壤与肥料， 2008（6）： 23-27.

[9] 张治安， 陈展宇. 植物生理学[M].长春：吉林大学出版社， 2009：71，101.

[10] 殷毓芬， 张存良， 姚凤霞. 冬小麦不同品种叶片光合速率与气孔导度等性状之间关系的研究[J]. 作物杂志， 1995 ， 21（5）：561-567.

[11] 陆钊华，徐建民，陈儒香，等.桉树无性系苗期光合作用特性研究[J].林业科学研究，2003，16（5）：575-580.