不同施肥处理对茶苗叶绿素荧光参数及其生长的影响

石秋梅，尹传华*，陈家炜，陈永安

(1.武夷学院 茶与食品学院，福建 武夷山 354300;2.福建省三明市尤溪县农村环保能源站，福建 尤溪 365100）

光合作用是作物生长和品质形成的基础。植物对养分的吸收、利用与其光合系统密切相关，N、P 和K以及微量元素等营养物质的失衡都会影响植物的光合作用[1]。早期大量研究表明，叶片的光合特性，尤其是叶绿素含量，能较好地反应作物养分状况尤其是氮素水平，叶绿素仪以其快速诊断氮素营养状况，已广泛应用于小麦、玉米、马铃薯、黄瓜、油菜、甘蓝、蕹菜等作物氮素营养诊断[2-4]。

叶绿素荧光仪是WALZ 公司首席科学家、德国乌兹堡大学教授Ulrich Schreiber 于上世纪80 年代研制出的，叶绿素荧光技术被称为研究植物光合作用快速、灵敏、无损伤的探针，叶绿素荧光信号包含与植物生长发育、病害损伤及胁迫程度密切相关的丰富光合信息。因此，叶绿素荧光技术常应用于植物非生物胁迫研究[5-6]。不少文献报道了营养胁迫对作物叶绿素荧光参数影响[7-9]。对于茶树这一重要经济作物，在铝[10]、氮素[11]及镁素[12]等方面也有少量研究。

已有文献报道主要是研究单质养分对茶树叶绿素荧光参数的影响，而有关复合肥及不同肥料类型的研究比较缺乏，后者对生产实践具有更直接的指导意义。本论文研究选用肉桂扦插茶苗为试验材料，采用土壤盆栽法培养植株，设置高、中、低三个不同浓度梯度复合肥及生物有机肥处理，并以不施肥为对照，研究不同施肥方式对茶树叶绿素荧光特性及生长的影响，通过分析叶绿素荧光参数对不同施肥处理的响应特性，探索叶绿素荧光技术在指导茶树施肥中的应用潜力。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用材料为一年生扦插肉桂茶苗；复合肥的氮磷钾25-8-15，总养分≥48%，不含氯元素;生物有机肥的氮磷钾≥5%，有机质≥45%。

盆栽用土壤采挖于武夷学院野生松树林林边路旁的红壤，将树枝、落叶及大石块挑选出，自然晾干备用。土壤理化指标如下：有机质含量12.17 g/kg，碱解氮31.5 mg/kg（碱解扩散法）,速效磷10.8 g/kg（0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法），速效钾160 g/kg（NH4OAc 浸提-火焰光度法），土壤pH 值为5.12。

1.2 茶苗培养方法与试验处理

土壤盆栽试验于2019 年9 月在武夷学院茶与食品学院现代温室内进行。培养塑料盆上部直径30 cm，每盆装风干土4 kg。试验设置不施肥对照及6 个不同施肥处理：每盆分别添加复合肥0.4、0.8 和1.6 g，即0.1、0.2 和0.4 g/kg 的低、中和高三个不同浓度复合肥处理，分别以符号CF-0.1、CF-0.2 和CF-0.4 表示；每盆分别添加生物有机肥4、8 和16 g，即1、2 和4 g/kg的低、中和高三个不同浓度生物有机肥处理，分别以符号OF-1、OF-2 和OF-4 表示。每个处理六个重复，每盆为一个重复，每盆栽种3 株茶苗。处理60 和80 d后，用叶绿素荧光仪检测芽下第2 完全展开叶的叶绿素荧光参数，并采摘一芽两叶样品，称量其干、鲜重。

不同施肥处理盆栽肉桂置于现代温室的苗床上培养，温室内气温平均为27 ℃。试验期间常规浇水管护，约每隔2 d 浇水1 次，每次浇水以浇透为准。光照为自然光。

1.3 叶绿素荧光参数的测定方法

采用PAM-2500 便携式叶绿素荧光仪（德国WALZ）测定叶片的叶绿素荧光数值。测定时间为上午9:00—11:00 以及下午15:00—17:00 时间段，天气晴朗时进行。测定位置为芽下第二完全展开叶。30 min 叶片遮光处理（暗适应）后，测定其最大光合量子产量（Fv/Fm），进行光照活化后，测定电子传递效率（ETR）、实际光合量子产量(Y(II))、光化学猝灭系数(qP 和qL)、非光化光系数猝灭参数(qN 和NPQ)、非调节性能量耗散的量子产量(Y(NO))、调节性能量耗散的量子产量(Y(NPQ))。

1.4 茶苗生长特性的观测

移栽后每周观察记录茶苗生长发育状况，培养处理60 d 后测量每个施肥处理茶苗株高，并计算平均值；培养处理80 d 后，采摘一芽两叶样品，称量鲜重和干重，并计算每个处理平均每株茶苗一芽两叶的干鲜重。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2019 进行数据处理。采用SPASS 19.0 软件进行不同施肥处理实验的单因素方差分析（P<0.05），用最小显著差异法（LSD）比较各处理间平均值差异显著性，结果以“平均数±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对茶苗叶片Fv/Fm 及ETR 的影响

Fv/Fm反映植物叶片PSⅡ反应中心最大光能转换效率，是衡量植物光合性能的重要指标。该叶绿素荧光参数不受物种和生长条件的影响，在非胁迫条件下值稳定在0.8 左右，变化极小，而胁迫条件下会明显下降。由表1 可知，不同施肥处理60 d 和80 d 后，0.4 g/kg 土高浓度复合肥处理的Fv/Fm值最小，处理后80 d 降为0.63，显著小于其他处理的，而其他处理间的无显著差异。由此表明，高浓度复合肥处理使茶苗生长受到胁迫。对茶苗生长表型观察也发现，复合肥处理，尤其是高浓度复合肥处理，叶片颜色更为浓绿。

表1 不同施肥处理茶苗的Fv/Fm 及ETR Tab.1 Fv/Fm and ETR of tea seedlings underdifferent fertilization treatments

电子传递速率ETR 反映了实际光照条件下的表观电子传递效率，指植物光合系统吸收光能发生电荷分离产生电子并沿电子传递链向下传递的速率。由表1 还可知，处理60 d 天后，0.2 和0.4 g/kg 复合肥处理的TER 显著低于对照，ETR 值从对照的19.5 下降为13～14；生物有机肥处理茶苗的光合电子传递速率ETR值最高，为23.8。处理80 d 天后，2 和4 g/kg 生物有机肥处理的依然最高，ERT 值均超过26，而施用中、高浓度复合肥处理的最小，ERT 值为19～20，显著低于中、高浓度生物有机肥处理的。由此也表明，复合肥施用过多，会减弱光合电子传递速率，进而影响光合效率，而合理的生物有机肥施用可提高茶苗光合电子传递速率。

（1）CK 为不施肥对照，CF-0.1、CF-0.2、CF-0.4 分别指每千克土壤施用复合肥0.1、0.2 和0.4 g 土的处理，OF-1,OF-2,OF-4 指分别施用生物有机肥1、2和4 g 土的处理。培养、处理60 和80 d 后，采用叶绿素荧光仪检测相关参数；（2）同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

2.2 不同施肥处理对茶苗叶片Y(Ⅱ)、Y(NPQ)及Y(NO)的影响

Y(Ⅱ)表示光合作用电子传递的量子产额，代表光系统II 吸收后用于光化学反应的那部分能量，剩余的未做功的能量可以分成两个部分Y(NPQ)和Y(NO)。由表2 可知，与对照相比，复合肥处理会降低茶苗的实际光化学量子产量Y(II)，生物有机肥处理会提高茶树叶片的Y(II)，且处理后80 d，0.2 和0.4 g/kg 复合肥处理的Y(II)显著低于对照CK。

表2 不同施肥处理茶苗叶片的Y(II)、Y(NPQ)及Y(NO)Tab.2 Y(II),Y(NPQ) and Y(NO) of tea seedling leaves under different fertilization treatments

Y(NPQ)指调节性能量耗散的量子产量。从表2 可知，处理60 d 后，不同施肥处理茶苗叶片的Y(NPQ)未发现显著差异，但处理80 d 后，与对照相比，0.4 g/kg高浓度复合肥处理的Y(NPQ)没有升高，反而表现出下降趋势，从对照的0.5 下降为0.44，表明高浓度养分已损伤茶苗叶片的自我保护能力。

Y(NO)，光系统Ⅱ非调节性能量耗散的量子产量。由表2 可知，0.4 g/kg 高浓度复合肥处理80 d 后，其Y(NO)值均显著高于其他处理的，上升为0.32，比对照增加了45%，且0.2 g/kg 复合肥处理的Y(NO)值也从对照的0.22 上升为0.28，而其他处理间无显著差异。该试验结果表明，中、高浓度复合肥处理下的高养分供应对茶苗植株生长造成了光损失。

2.3 不同施肥处理对茶苗光化学淬灭参数qP 及qL的影响

由光合作用引起的荧光淬灭称之为光化学淬灭，qP 和qL 是光化学淬灭两个重要参数,反映了光合活性的高低。从表3 可知，处理后60 d，不同处理间的qP和qL 值无显著差异，但处理后80 d，4 g/kg 高浓度生物有机肥和0.1 g/kg 的低浓度复合肥两个处理的光化学淬灭参数qP 及qL 最高，显著高于中浓度复合肥处理。该结果表明，4 g/kg 高浓度生物有机肥和0.1 g/kg的低浓度复合肥两个施肥处理提供的养分适宜茶苗生长，茶苗叶片的光合活性最高。

表3 不同施肥处理茶苗叶片的光化学淬灭数qP 和qLTab.3 Photochemical quenching numbers qP and qL of tea seedling leaves under different fertilization treatments

2.4 不同施肥处理对茶苗非光化学猝灭参数NPQ及qN 的影响

由热耗散引起的荧光淬灭称之为非光化学淬灭，qN 和NPQ 是非光化学猝灭两个重要参数。从表4 可知，不同施肥处理间的非光化学淬灭qN 均未表现出显著差异。处理60 d 后，不同处理间的NPQ 差异不显著，但处理80 d 后，0.2 和0.4 g/kg 复合肥处理茶苗NPQ 下降，分别从对照的2.33 下降为1.94 和1.67，后者显著低于其他处理。中、高浓度复合肥处理的NPQ 未增加，反而下降，这进一步表明该处理提供养分浓度过高，茶苗的光合系统已被破坏，无法通过耗散过量的能量进行自我保护，失去在过剩光下自我保护的能力。

表4 不同施肥处理茶苗叶片的非光化学猝灭参数NPQ 及qNTab.4 Non-photochemical quenching parameters NPQ and qN of tea seedling leaves under different fertilization treatments

2.5 不同施肥处理对盆栽茶苗生长的影响

从表5 可知，与对照相比，除0.4 g/kg 复合肥处理茶芽的鲜重降低，其他处理的茶芽干重、鲜重及株高均明显高于对照。其中，0.1 g/kg 复合肥处理的茶芽鲜重、干重及株高增加量最大，分别从对照的622.2、244.4 mg/株和20.1 cm 增加为861.5、346.2 mg/株和28 cm，但随着复合肥浓度升高，生物量及株高逐渐降低，0.4 g/kg 复合肥处理的茶芽鲜重降为608.3 mg/株，为所有处理中最低。三个生物有机肥处理茶芽的鲜重、干重及株高亦均明显高于对照，鲜重从对照的622.2 mg/株增加至680-700mg/株，株高从对照20.1 cm 增加为22～25 cm，而三个生物有机肥处理之间的差异不大。该研究结果表明，0.1 g/kg复合肥处理及生物有机肥处理是适宜茶苗生长的养分供应，而0.4 g/kg 复合肥处理的提供的养分浓度过高，抑制了茶芽生物量及株高增长。

表5 不同施肥处理茶苗的生物量及株高Tab.5 Biomass and plant height of tea seedling under different fertilization treatments

3 讨论

3.1 不同施肥处理对茶苗叶片Fv/Fm、Y(II)、ETR 及光化学淬灭参数qP、qL 的影响

光化学猝灭反映了PSII 原初电子受体QA 的还原状态，可以衡量PSII 反应中心的开放程度。光化学猝灭参数包括光系统Ⅱ最大光量子效率(Fv/Fm)、实际光化学量子效率(Y(II))、电子传递速率(ETR)、稳态光适应光化学猝灭(qP)及基于Lake 模型的稳态光适应光化学猝灭(qL)等。从上述研究结果可知，0.2 g/kg 和0.4 g/kg 的中、高浓度复合肥处理会显著降低Fv/Fm、Y(II)、ETR 及光化学淬灭参数qP、qL，而其他处理间的无显著差异，且其中4 g/kg 生物有机肥处理及0.1 g/kg低浓度复合肥处理茶苗的ETR、Y(II)、和qP 和qL 明显高于不施肥对照的。高浓度的养分供应降低茶苗光合效率，使光合作用受阻，而适宜的养分浓度可维持较高的光化学猝灭参数。龙继锐等[8]研究也表明，水稻在低氮和高氮条件下qL、Y(II)均降低，而在中氮条件下具有最高的qL、Y(II)值。向芬等[10]对氮素水平影响不同品种茶树的光合系统的研究也发现，中氮水平下，3 个茶树品种的Fv/Fm、qP、rERT 亦增加最大。还有研究表明，缺钾使水稻叶片中的Fv/Fm、ФPSⅡ、qP 及ETR 显著下降，在玉米上也得出了相类似的结果[9,13]。

此外，从不同施肥处理下叶绿素荧光参数的响应可知，电子传递速率ETR 对养分供应反应最敏感，在处理后60 d 即出现显著差异，而其他参数均在处理80 d 后表现出差异。王敏等[11]对不同浓度铝条件影响茶苗叶片叶绿素荧光参数的研究也可知，Fv/Fm、ETR及Y(II)三个参数中，ETR 对铝胁迫反应最为敏感，当铝浓度低于0.4 mmol·L-1时，随铝浓度升高，ETR 逐渐显著升高，当铝浓度继续增加时，ETR 逐渐显著下降。

3.2 不同施肥处理对茶苗非光化学猝灭参数的影响

非光化学猝灭可以评估植物的光保护能力，反映了天线色素吸收的光能用于热耗散的部分。当PSⅡ反应中心天线色素吸收了过量的光能时，如不能及时耗散，将对光合机构造成破坏或失活。因此，非光化学淬灭是一种自我保护机制，对光合机构起一定的保护作用。非光化学猝灭参数主要有非光化光系数猝灭(qN)、非光化荧光猝灭(NPQ)、光诱导下猝灭的量子产额(Y(NPQ))、非光诱导猝灭(Y(NO))。非光化学猝灭参数NPQ 及qN，反映了植物的光保护能力，指耗散过剩光能为热的能力。Y(NPQ)用来表征叶片的自我保护能力，指调节性能量耗散的量子产量。Y(NO)，是光损伤的重要指标，指光系统Ⅱ非调节性能量耗散的量子产量，代表的是被动的耗散为热量和发出荧光的能量。高Y(NO)值表示PSⅡ光化学反应和保护性调节机制没有发挥作用。通常，随着光强度增强，植物会启动自我保护系统，NPQ 和Y(NPQ)随之增强，减少光强对植物光合系统的损失。

从上述研究结果可知，与对照相比，0.2 g/kg 和0.4 g/kg 的中、高浓度复合肥处理后80 d 的NPQ 值反而显著降低，Y(NPQ)值也较对照低，而Y(NO)显著升高，而生物有机肥及低浓度复合肥处理的NPQ、Y(NPQ)和Y(NO)与对照相比无显著变化,各参数适宜。由此表明，0.4 g/kg 高浓度复合肥处理引发茶树生长营养胁迫，过高的养分供应导致茶苗光合系统，损害了其通过耗散过量的能量进行自我保护的能力。养分的缺乏也会导致作物通过热耗散的方式来消耗更多的能量,抵御胁迫。向芬等[10]对氮素水平影响不同品种茶树光合系统的研究表明，与对照不施肥处理相比，适宜养分供应的中氮水平下的非光化学淬灭系数（NPQ）显著降低。张卫强等[14]对不同浓度氮肥影响银叶树幼苗生长、光合参数及叶绿素荧光参数的研究也表明，不同浓度氮肥之间的NPQ 值无显著差异，但均显著低于对照不施肥处理的。王碧莹等（2019）对不同施氮处理影响短梗五加与花楸叶绿素荧光参数的研究表明，施氮可以提高植物电子传递速率，降低热耗散，保证吸收的光能最大限度地进入电子传递系统进行碳固定，从而提高植物生长速率；快生种短梗五加在低氮处理下具有较高的光合性能，而慢生种花楸在高氮下表现出更好的光合性能[15]。

3.3 茶树生长与叶绿素荧光参数对不同施肥处理响应比较分析

从上述试验结果可知，以株高和茶芽生物量为茶树生长衡量指标时，0.2 和0.4 g/kg 的中、高浓度复合肥处理的表现最差，其叶绿素荧光参数Fv/Fm、Y(II)、ETR 及光化学淬灭参数qP、qL 也显著低于其他处理，且Y(NO)显著升高；而0.1 g/kg 的低浓度复合肥处理株高最高、生物最大，其次是生物有机肥处理，其中又以4 g/kg 土的高浓度生物有机肥处理效果更好，而从上述不同施肥处理下茶苗叶片叶绿素荧光反应特性可知，低浓度复合肥处理及高浓度生物有机肥处理茶苗的叶绿素荧光参数ETR、Y(II)、qP 明显高于其他处理的。由此表明，茶芽生物量变化与叶绿素荧光参数对不同施肥处理的反应基本吻合，生物有机肥及低浓度复合肥处理提供的养分状况最适宜，茶苗叶片叶绿素荧光参数及茶苗生长最佳。张卫强等（2021）对氮素水平影响银叶树幼苗生长及光合特性的研究结果也表明，叶绿素荧光参数及叶片生物量对不同施氮处理的反应规律基本一致，20 g/株处理的叶片生物量最大，叶绿素荧光参数Fv/Fm、Y(II)、ETR 及qP 也显著高于其他处理，而株高与叶绿素荧光参数之间的相关性较小[14]。唐磊等[12]对不同浓度镁影响茶树光合及光保护能力研究表明，茶苗地上部生物量与叶绿素荧光参数对不同浓度镁处理的反应相一致，与缺镁和0.8 mol/L 镁素处理相比，0.1 mmol/L 和0.4 mmol/L镁素处理的茶树生物量及Fv/Fm、Fv/F0等叶绿素荧光参数显著提高，而Y(NPQ)最低。侯红乾等[7]研究在大田实验条件下不同施肥处理对水稻叶绿素荧光参数和产量影响，结果表明，等养分条件下配施30%有机肥具有最优的叶绿素荧光指标组合及籽粒产量。但王敏等[11]的研究表明，叶绿素荧光参数与茶苗整株生物量对不同浓度铝胁迫的反应不一致，铝浓度为0.4 mmol·L-1时叶绿素荧光参数Fv/Fm、ETR 及Y(II)最高，而铝浓度为1 mmol·L-1时整株茶苗生物量最高。因此，研究叶绿素荧光参数作为营养诊断指标时，植物营养胁迫的表型指标也需合理选择。

4 结论

0.1g/kg 的低浓度复合肥处理及2、4 g/kg 生物有机肥处理下的茶树叶片叶绿素荧光参数ETR、Y(II)及qP 最高，茶苗株高和生物量大，是适宜的养分供应浓度。叶绿素荧光参数尤其电子传递速率ETR 能快速、直观地评价茶树对养分的内在需求，初步显示可作为茶树营养诊断指标之一，为茶园施肥管理提供理论依据。下一步拟将叶绿素荧光技术应用于茶树施肥的大田试验,深入探索叶绿素荧光参数在茶树施肥营养诊断中的实践应用。