施肥对黄栀子幼苗生长与光合特性的影响1)

尹梦雅 李志辉 杨艳 李昌珠 汤玉喜 唐洁 秦平书 吴兴华

(中南林业科技大学，长沙，410004)(湖南省林业科学院)(南华国家森林管理处)(凤凰县林业局)

黄栀子(Gardeniajasminoides)别名山栀子、红果树、林兰，是茜草科(Rubiaceae)栀子属(Gardenia)常绿灌木，喜温暖湿润气候，适生性强，在贫瘠的条件下也可顽强生长，是退化边际土地生态修复的理想树种[1]。黄栀子花香四溢，具有较高的营养价值，是理想的蜜源、菜肴及精油提取原料。黄栀子的果实中含有栀子黄和栀子兰等天然可食用色素以及栀子苷、角鲨烯等生理活性成分，具有泻火除烦、清热利尿、凉血解毒、散瘀血、去黄利肝等功效，是很多中成药的重要原料[2-3]。黄栀子花朵皎洁美丽，果实为卵形橙红色，观赏性强，也可做观花、观果盆栽。综合以上，黄栀子在食品、制药、化工行业、国土绿化及生态修复等方面，具有广阔的开发应用前景，是理想的药食赏兼具型生态经济树种[4]。

关于黄栀子的研究，较多集中于扦插繁殖技术[5-6]、丰产栽培技术[7-8]、无性快繁技术[9-10]、栀子黄色素的提取[11-12]、花粉利用[13]、活性有效成分分析评价[14-15]等方面，而关于黄栀子幼苗施肥方面的研究较少。孙刚等[16]对栀子进行田间磷、钾配施发现，可提高产量；黄树军等[17]开展了有机肥对栀子生长影响的研究，初步得出施肥能够促进苗木生长；以上研究尽管揭示了施肥对黄栀子生长的影响，但关于施肥对黄栀子光合特性影响的研究较少。为此，本研究以1年生黄栀子实生苗进行土壤盆栽试验；试验肥料分别为氮肥、磷肥、钾肥，以不施肥处理作为对照，施肥设计3种组合，共4个处理，每个处理3次重复，每个重复10株，共120株；处理30 d后，进行各评价指标的测定。以黄栀子幼苗株高、地径、叶面积、叶片叶绿素质量分数、光合日变化以及光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率为评价指标，分析氮磷钾平衡施肥对黄栀子光合特性的影响，优化黄栀子幼苗氮磷钾的施肥设计。旨在为黄栀子良种壮苗生产及高效栽培管理提供参考。

1 材料与方法

试验采用1年生黄栀子(Gardeniajasminoides)实生苗，选择生长情况基本一致的苗木于2020年5月份移植到塑料盆里(盆体规格：上口径18 cm、下口径15 cm、高20 cm)，育苗基质为珍珠岩和黄土混合，比例为V(珍珠岩)∶V(黄土)=1∶4，基质表面距离盆钵边缘1 cm左右，1盆1株。

试验设计：借鉴已有研究成果，参考相关经济林果1～2年生苗木[18]及黄栀子生长所需的施肥种类与用量，制定黄栀子施肥试验设计。试验肥料分别为氮肥(尿素，N质量分数为46%)、磷肥(过磷酸钙，P2O5质量分数为14%)、钾肥(硫酸钾，K质量分数为60%)，以不施肥处理作为对照(CK)，共4个处理(见表1)，每个处理3次重复，每个重复10株，共120株。缓苗1个月，开始处理，采用浇灌施肥方法，于2020年6月份施肥1次。处理30 d后，测定各指标。

生长量与生物量的测定：应用卷尺测定株高、游标卡尺测量地径、LI-3000C叶面积仪测定叶面积，每个处理选用9株标准株进行测量，取其平均值。生物量的测定，每个处理选取3个标准株，从基质中挖出，洗净根部，置于干燥箱中105 ℃烘干至恒质量，测量其生物量。

表1 黄栀子幼苗施肥试验设计

叶绿素质量分数测定：参照张志良等[19]的方法测定叶绿素质量分数。从每个处理中选择9株标准株，分别采集成熟新鲜叶片，各称取约0.2 g，用体积分数为95%的乙醇提取叶绿素，提取液用紫外可见分光光度计在649、665 nm比色，并计算总叶绿素质量分数(w)、叶绿素a质量分数(wa)、叶绿素b质量分数(wb)、wa∶wb，求平均值。

光合日变化及光响应曲线测定：应用LI-6400便携式光合仪测定，选择晴天测定光合日变化，从07:00—17:00每2 h测定1次，每个处理选取3株标准株，测定3片生长健康、长势一致的叶片；光响应曲线测定于08:00—11:30，测定黄栀子叶片的净光合速率(Pn)对光强的响应曲线。每处理随机选取3株生长良好的黄栀子苗木作为测定样本，选择植株中间成熟叶片测量，每株测量3枚叶片。测定时光强由强到弱，依次设定光合有效辐射(RPA)为2 000、1 600、1 200、800、600、400、200、150、100、80、60、40、20、0 μmol·m-2·s-1，测定各处理叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2摩尔分数(Ci)、蒸腾速率(Tr)等光合参数。

光响应曲线拟合，采用直角双曲线修正模型[20]：Pn=[αRPA(1-βRPA)]/(1+γRPA)-Rd。α为光响应曲线的初始斜率，β、γ为系数，RPA为光合有效辐射，Rd为暗呼吸速率。根据模型拟合，求出表观量子效率(YAQ)、暗呼吸速率(Rd)、最大净光合速率(Pn,max)、光饱和点(PLS)、光补偿点(PLC)。

数据处理：采用Excel2019进行数据处理，采用SPSS19.0软件进行光响应曲线拟合和显著性检验(最小显著差异法)。

2 结果与分析

2.1 不同施肥配比对黄栀子幼苗生长的影响

本研究比较分析了不同施肥处理的黄栀子幼苗生长量及生物量(见表2)。由表2可见：T1、T2、T3施肥处理，幼苗的株高、地径、叶面积、生物量与CK相比均显著增加，其中株高分别增加30.48%、23.90%、25.49%，地径分别提高23.77%、9.84%、22.34%，叶面积分别增加68.95%、61.51%、63.95%，生物量分别增加58.05%、51.72%、78.13%。3个施肥处理间，除株高和叶面积差异不显著外，T3与T1、T2处理的地径和生物量均存在显著差异。

表2 不同施肥配比下黄栀子幼苗生长指标

2.2 不同施肥配比对黄栀子幼苗叶绿素质量分数的影响

由表3可见：3个施肥处理的黄栀子幼苗叶片叶绿素各指标，与CK相比均呈现出明显增加的趋势。与CK相比，T1、T2、T3处理的叶绿素a质量分数，分别显著增加84.85%、84.85%、101.01%；叶绿素b质量分数，分别显著提高了92.86%、85.71%、100.00%；叶绿素(a+b)质量分数，分别显著提升了85.92%、83.80%、99.30%。其中T3处理的叶绿素质量分数增加最大，叶绿素(a+b)质量分数达到2.83 mg·g-1，接近CK叶绿素(a+b)质量分数的2倍。

表3 不同施肥配比时黄栀子幼苗的叶绿素质量分数

2.3 不同施肥配比对黄栀子光合日变化的影响

2.3.1不同施肥配比时黄栀子幼苗净光合速率的日变化

由图1可见：不同施肥配比时，黄栀子幼苗净光合速率的日变化趋势大致相同，均呈“双峰”曲线。从07：00开始净光合速率开始增加，随着时间的后延，各施肥处理的净光合速率逐渐增大，均在09：00时达到第一个峰值；之后净光合速率逐渐下降，在11：00左右开始出现“光合午休”现象，随后又逐渐增加，并于13：00—15：00之间出现第二个峰值。各施肥处理的首个峰值差异较大，净光合速率由大到小依次为T3(9.95 μmol·m-2·s-1)、T2(9.76 μmol·m-2·s-1)、T1(7.30 μmol·m-2·s-1)、CK(6.88 μmol·m-2·s-1)；第二峰值没有显著性差异，但均高于CK。

图1 不同施肥配比时黄栀子幼苗净光合速率日变化

2.3.2不同施肥配比时黄栀子幼苗气体交换参数的日变化

由图2可见：CK、T1、T2、T3各施肥处理，气孔导度日变化均呈“双峰型”。从07：00开始各施肥处理的气孔导度随着时间的增加而逐渐增大，直到09：00出现第一次峰值，分别为0.106 7(CK)、0.128 1(T1)、0.130 7(T2)、0.131 0 μmol·m-2·s-1(T3)；之后逐渐减小，直到11：00左右开始出现“光合午休”现象，后又逐渐增加，13：00出现第二次峰值，分别为0.101 4(CK)、0.104 8(T1)、0.105 8(T2)、0.110 8 μmol·m-2·s-1(T3)，最后随着时间的推移，逐渐减小。不同施肥处理的气孔导度峰值中，T3处理均为最大，两次峰值分别高出了CK的22.77%、9.27%。

各施肥处理的蒸腾速率(Tr)日变化呈现“单峰型”。从早上07：00开始逐渐增加，随着时间的延长逐渐增大，直到13：00，不同施肥处理的Tr达到最大值，随后逐渐减小。不同施肥处理的Tr峰值，由大到小依次为T3(5.824 4 μmol·m-2·s-1)、CK(5.820 7 μmol·m-2·s-1)、T1(5.461 0 μmol·m-2·s-1)、T2(5.221 9 μmol·m-2·s-1)。

不同施肥处理胞间CO2摩尔分数(Ci)的日变化，呈现出相似的“L型”变化曲线。随着时间的后延，胞间CO2摩尔分数从07：00的最高值快速降低，到09：00左右，各施肥处理的胞间CO2摩尔分数逐渐呈现出缓慢减小的趋势，17：00左右达到最小值。胞间CO2摩尔分数在整个日变化过程中，CK均高于其他施肥处理，这与CK光合速率较低，消耗CO2量少有一定的关系。

2.4 黄栀子幼苗光合和气体交换参数间的相关性

由表4可见：不同处理间黄栀子幼苗气体交换参数间存在一定的相关关系。黄栀子幼苗的净光合速率，与气孔导度、蒸腾速率呈正相关关系，与胞间CO2摩尔分数呈负相关关系；蒸腾速率，与气孔导度呈极显著正相关关系，与胞间CO2摩尔分数呈正相关关系；气孔导度与胞间CO2摩尔分数呈正相关关系。本研究结果进一步说明了不同施肥处理的胞间CO2摩尔分数(Ci)日变化与光合速率日变化大小相悖的现象。

图2 不同施肥配比时黄栀子幼苗气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2摩尔分数日变化

表4 黄栀子幼苗气体交换参数间的相关系数

2.5 不同施肥配比对黄栀子幼苗叶片光合参数的影响

根据拟合方程可得出不同施肥配比的黄栀子叶片的最大净光合速率、暗呼吸速率、光饱和点、光补偿点等相关光合参数及表观量子效率。由表5可见：各施肥处理间，表观量子效率差异不显著；与CK相比，T1、T3处理的最大净光合速率分别显著增加了33.33%、51.55%，T2处理的最大净光合速率仅提高10.97%，差异不显著；各施肥处理的光饱和点与CK相比均有所增加，其中T2、T3处理分别显著增加18.57%、12.29%(P<0.05)。与CK相比，T1、T2施肥处理的光补偿点，分别下降了15.42%、2.37%，T3则显著降低了32.22%；各施肥处理的暗呼吸速率与CK相比均有减少，其中T1处理减少了10.97%，差异不显著，T2、T3处理则显著下降了36.37%、33.89%。

表5 不同施肥配比时黄栀子幼苗的光合参数

3 讨论

光合作用是植物生长的物质和能量来源，通过施肥可影响植物光合产物的合成与积累，进而影响植物的生长。叶绿素可以捕获光能并传递到光反应中心，影响植物光合作用。氮是叶绿素的主要成分，影响植物体内光合酶类的合成与活性，进而提高净光合速率；磷供应促进1,5-二磷酸核酮糖的再生，促进光合产物从叶片中输出；钾可使叶绿体基粒数增多，提高光合电子传递链活性剂光合磷酸化活力，提高净光合速率。张卫强等[21]研究表明，合理施用氮肥有利于银叶树的生长，提高叶绿素质量分数和净光合速率。吴家胜等[22]研究表明，钾元素可显著提高植物叶片中叶绿素质量分数，以此显著增强植物的光合作用。本研究结果表明，3个施肥处理均提高了叶绿素质量分数，这主要是氮磷钾肥营养元素为叶绿素的合成提供了物质基础。在本研究施肥范围内，并未达到施肥阈值，因此，氮、钾不断增施达到最大值，即T3处理对于叶片光合作用效果最为显著。

“单峰”型[23]、“双峰”型[24]、“三峰型”[25]曲线，是目前研究光合日变化中常见的三种表现形式。本研究中，不同处理的黄栀子幼苗的净光合速率，分别在09：00左右和13：00左右出现峰值，日变化呈现“双峰型”，说明黄栀子幼苗存在“光合午休”现象。导致“光合午休”现象的主要有气孔因素和非气孔因素，判断是否为气孔因素主要看气孔导度和胞间CO2摩尔分数受外部环境影响是否一致，若一致，则为气孔因素，反之为非气孔因素[26]。本研究不同施肥处理的黄栀子气孔导度均为双峰变化趋势，胞间CO2摩尔分数变化均为不标准的“L”型，两者均在09:00—11:00逐渐降低，变化趋势具有一定的相似性；同时又根据黄栀子幼苗气孔导度与胞间CO2摩尔分数呈正相关关系分析结果，所以可判断黄栀子幼苗“光合午休”现象主要受气孔因素影响。

相关研究表明，不同的施肥处理能够刺激植物对环境的适应性，进而影响植物的光合速率，提升植物对光能的利用效率，改善植株品质[27]。本研究根据不同施肥处理的净光合速率比较分析，CK在各个时间点的净光合速率都比较低，在磷肥不变的前提下，随着氮肥和钾肥的增施，净光合速率逐渐增大，处理T3的净光合速率最大。一方面，由于施肥增大了叶片的气孔导度，从而增加了CO2的供应，净光合速率变大；另一方面，是施肥提高了土壤养分含量，有利于根系对养分的吸收与利用，使叶面积增加，改善了光合作用的条件，提高了光合利用效率。这与张青青等[28]对柚木的研究结果相近。

光响应曲线是研究植物光合生理生态的重要途径之一，对于了解光能利用效率有很大的意义[29]。相关研究表明，具有高光饱和点和低光补偿点的植物，对光的适应能力越强[30]。本研究中，与CK相比，各施肥处理的光饱和点均有所增加，光补偿点和暗呼吸速率均有所降低，其中T3最为显著，表明施肥能够增强黄栀子对光的适应性，提高植株对光能的利用率。而产生这一现象的原因，是由于氮、磷施肥量增加，提高黄栀子叶片中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶活性，使其适应更广的光照利用范围，增长光合反应的时间，提高了对强光和弱光的利用率，积累更多光合产物。这与杨腾等[31]研究施氮可以提高文冠果幼苗的最大净光合速率、表观量子效率、光饱和点，增强光能利用效率，提高光合能力的研究结果相近。刘红云等[32]、吴焦焦等[33]的研究结果也表明，合理施肥可以促进丹参和黄栌的净光合速率、最大净光合速率、光饱和点，降低光补偿点，增强光合能力。可见在本试验设置中，随着氮肥和钾肥质量浓度的增加，黄栀子幼苗光合潜力更强，更有利于植株的生长。

4 结论

供试的施肥配比均能有效促进苗木生长，且在施肥的作用下能有效提高各处理的苗木叶绿素质量分数，利于促进苗木光合作用以及营养物质的积累；黄栀子幼苗叶片光合速率日变化呈“双峰”变化趋势(峰值出现的时间分别为09：00和13：00)，存在“光合午休”现象，且净光合速率，与气孔导度呈正相关性、与胞间CO2摩尔分数呈负相关性；T3处理与其他施肥处理组相比，净光合速率最高，光饱和点也较高，补偿点和暗呼吸速率较低，光合潜力最强。本研究可为黄栀子良种壮苗培育及精准栽培提供参考，同时也可为黄栀子产业健康发展提供技术支撑。