柴仲平，王雪梅，陳波浪，孫 霞，盛建東，龔雙鳳

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊830052;2. 新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆烏魯木齊830054)

光合作用形成的同化產(chǎn)物是樹體生長和果實(shí)產(chǎn)量的基礎(chǔ)，是構(gòu)成果品品質(zhì)的決定性因素。許多學(xué)者對(duì)各類果樹光合特性進(jìn)行了大量的研究［1－6］。在自然條件下，果樹葉片的凈光合速率受到光合有效輻射、CO2濃度、氣溫、相對(duì)濕度等多個(gè)環(huán)境因子的影響，同時(shí)光、溫、水、氣等生態(tài)因子變化又可引起果樹生理因子變化，外在生態(tài)環(huán)境條件和內(nèi)在生理因子共同影響果樹光合作用特性［7－8］。在梨光合作用方面，過去以研究單一品種的光合速率和光合日變化較多［9－14］，已有研究認(rèn)為，梨不同種在飽和光強(qiáng)下的凈光合速率大小有差異［15］。梨不同品種的凈光合速率也不同［16］，晴天和陰天梨的凈光合速率日變化曲線表現(xiàn)不一［11］，不同季節(jié)梨凈光合速率日變化曲線也有差異［9，12］。在逆境條件下，梨凈光合速率日變化曲線會(huì)發(fā)生變化［6］。有關(guān)肥料因素對(duì)梨的光合特性影響報(bào)道較少，通過研究田間調(diào)控肥料三要素氮、磷、鉀，分析比較不同施肥處理下庫爾勒香梨在坐果期葉片凈光合速率的變化特點(diǎn)，旨在探討庫爾勒香梨對(duì)土壤養(yǎng)分氮素、磷素、鉀素的響應(yīng)程度以及它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)過程和機(jī)制，以期在生產(chǎn)上提高香梨光合效率，進(jìn)而為提高產(chǎn)量、改善果品品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)選在新疆庫爾勒市恰爾巴格鄉(xiāng)下和什巴格村5 隊(duì)(中心位置為41°48'21″N，86°04'22″E)，海拔918.7 m，地處天山南麓，塔里木盆地東北邊緣，孔雀河沖洪積平原上。屬暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫14 ℃～15 ℃，年降水量50 mm～55 mm，年最大蒸發(fā)為2 788.2 mm。年總輻射6 343 MJ·m－2，日照時(shí)數(shù)2 889 h，大于等于0℃積溫平均為4 700 ℃，大于等于10 ℃積溫4 278 ℃，無霜期180 d～200 d。主導(dǎo)風(fēng)向東北風(fēng)，土壤類型主要為粘壤土，土壤中有機(jī)質(zhì)含量21.78 g·kg－1，堿解氮47.80 mg·kg－1，有效磷16.81 mg·kg－1，速效鉀228.72 mg·kg－1。

表1 環(huán)境因子日變化Tab.1 The diurnal variations of environmental factors

1.2 研究材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究選擇庫爾勒香梨為研究對(duì)象，選取具有代表性中肥力果園一個(gè)，設(shè)置氮磷鉀3 因素，4 水平，14個(gè)處理的“3414”田間試驗(yàn)，施肥試驗(yàn)方案見表2。

表2 氮、磷、鉀肥試驗(yàn)方案Tab.2 The experiment scheme under different treatments of N，P，K

依據(jù)香梨果樹株行距的大小，每處理選取5 棵果樹，每個(gè)處理3 次重復(fù)，隨機(jī)排列。肥料選用尿素(含N 46%)、重過磷酸鈣(含P2O546%)和硫酸鉀(含K2O 51%)。尿素施用量以每處理60%在果樹萌芽前(2012 年3 月31 日)施用(N0處理除外)，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%)。磷肥和鉀肥在萌芽前(2012 年3 月31 日)一次性施入，施用方式為環(huán)狀溝施，溝深30 cm～40 cm。灌溉采用常規(guī)灌溉，其它田間管理與當(dāng)?shù)叵嗤９┰嚇浞N為20 a 樹齡的香梨(Pyrus bretschneideri Rehd. )，嫁接砧木為杜梨(Pyrus betulifolia Bge. )，株行距5 m ×6 m。試驗(yàn)小區(qū)的立地條件相同，土壤水分、肥力等條件相近，均生長良好。

1.3 測(cè)定方法

試驗(yàn)于香梨坐果時(shí)期(2012 年5 月13 日，晴天)進(jìn)行，用SPAD－502 型手持葉綠素儀測(cè)定葉片的葉綠素含量;用LAT2000 型冠層分析儀測(cè)定葉面積指數(shù);利用自然光照，用CIRAS－2 型光合儀對(duì)葉片進(jìn)行不離體測(cè)定，光合特性指標(biāo)測(cè)定每處理選1 株，選光照較好的新梢中上部健康葉3 片，從早晨9:30(北京時(shí)間，以下同上)開始測(cè)定至下午19:30，每隔2 h 測(cè)定1 次。測(cè)定項(xiàng)目包括光合有效輻射(PAR，μmol·m－2·s－1)、氣溫(Ta，℃)、空氣CO2濃度(Ca，μmol·mol－1)等環(huán)境因子指標(biāo)和凈光合速率(Pn，μmol·m－2·s－1)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 和DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)獲取的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行處理與分析并完成制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對(duì)香梨葉片凈光合速率(Pn)日變化的影響

不同施氮水平處理下香梨葉片的凈光合速率日變化均呈雙峰曲線，第一次峰值都較第二次峰值高，見圖1。在日變化過程中雙峰出現(xiàn)時(shí)間一致，第一次峰值出現(xiàn)在下午13:30，第二次峰指出現(xiàn)在下午17:30。因施氮水平的不同峰值大小呈現(xiàn)出一定的差異，不同施氮水平下第一次峰值之間差異顯著，第二次峰值之間差異不顯著。第一次峰值和第二次峰值均表現(xiàn)為N2P2K2＞N1P2K2＞N3P2K2＞N0P2K2，說明施氮能促進(jìn)香梨葉片的凈光合速率，但過量時(shí)則會(huì)帶來不利影響。

圖1 不同氮處理的香梨葉片凈光合速率日變化Fig.1 Diurnal variations of Pn of Fragrant Pear leaves under different treatments of N

2.2 施磷對(duì)香梨葉片凈光合速率(Pn)日變化的影響

不同施磷水平處理下香梨葉片的凈光合速率日變化均呈雙峰曲線，第一次峰值都較第二次峰值高，見圖2。因施磷水平的不同，在日變化過程中雙峰出現(xiàn)時(shí)間和峰值大小均產(chǎn)生了一定差異。不施磷的處理(N2P0K2)與施磷處理相比凈光合速率第一次峰值提前2 h 出現(xiàn)，第二次峰值出現(xiàn)時(shí)間保持一致，在下午17:30。不同施磷水平下第一次峰值之間差異顯著，而第二次峰值之間差異不顯著。第一次峰值表現(xiàn)為N2P2K2＞N2P3K2＞N2P1K2＞N2P0K2，第二次峰值表現(xiàn)為N2P2K2＞N2P1K2＞N2P3K2＞N2P0K2，說明施磷能促進(jìn)香梨葉片的凈光合速率，過量時(shí)也會(huì)帶來不利影響。

圖2 不同磷處理的香梨葉片凈光合速率日變化Fig.2 Diurnal variations of Pn of Frangrant Pear leaves under different treatments of P

2.3 施鉀對(duì)香梨葉片凈光合速率(Pn)日變化的影響

不同施鉀水平處理下香梨葉片的凈光合速率日變化均呈雙峰曲線，第一次峰值都較第二次峰值高。在日變化過程中雙峰出現(xiàn)時(shí)間一致，第一次峰值出現(xiàn)在下午13:30，第二次峰指出現(xiàn)在下午17:30。因施鉀水平的不同峰值大小呈現(xiàn)出一定的差異，不同施鉀水平下第一次峰值之間差異顯著，第二次峰值之間差異不顯著。第一次峰值表現(xiàn)為N2P2K2＞N2P2K1＞N2P2K3＞N2P2K0，第二次峰值表現(xiàn)為N2P2K2＞N2P2K3＞N2P2K1＞N2P2K0，說明施鉀能促進(jìn)香梨葉片的凈光合速率，過量時(shí)也會(huì)帶來不利影響，見圖3。

2.4 香梨葉片凈光合速率對(duì)肥料的響應(yīng)

不同氮、磷、鉀施肥處理的香梨葉片溫度變化范圍在29.3 ℃～31.5 ℃之間，整體變化幅度不大，見表3。光合有效輻射和凈光合速率峰值在不同施肥處理之間差異較為顯著，13:30 時(shí)光合有效輻射最大值(1 679 μmol·m－2·s－1)出現(xiàn)在氮、磷素都相對(duì)缺乏而鉀素較為適度的第12 組處理(N1P1K2)，凈光合速率最大值(11.1 μmol·m－2·s－1)出現(xiàn)在氮、磷、鉀素都較為適度的第6 組處理(N2P2K2)，最大凈光合速率與最大光合有效輻射值沒有出現(xiàn)在同一施肥處理，說明香梨葉片光合特性不僅只受外在生態(tài)環(huán)境條件的影響，還受香梨?zhèn)€體內(nèi)在生理因子的影響。不同氮、磷、鉀施肥處理對(duì)香梨葉面積指數(shù)和葉片葉綠素含量均產(chǎn)生了一定影響。葉面積指數(shù)最大值(3.12)出現(xiàn)在磷、鉀素都較為適度而氮素相對(duì)過量的第11組處理(N3P2K2)，最小值(1.92)出現(xiàn)在氮、磷、鉀素都缺乏的第1 組處理(N0P0K0)。葉片葉綠素含量最大值(37.29)出現(xiàn)在氮、磷素都較為適中而鉀素相對(duì)過量的第10 組處理 (N2P2K3)，最小值(33.57)出現(xiàn)在氮、磷、鉀素都缺乏的第1 組處理(N0P0K0)。說明土壤中適度增加氮、磷、鉀素的含量可在一定程度上提高香梨葉面積指數(shù)和葉片葉綠素含量。

不同施氮、施磷、施鉀水平下，香梨葉片凈光合速率第一次峰值差異較為顯著，因此研究分別將香梨葉片13:30 時(shí)的凈光合速率第一次峰值(y)與施氮量(x1)、施磷量(x2)、施鉀量(x3)進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸分析，由于氮肥在測(cè)定光合特性時(shí)只施入了施肥方案中施肥水平的80%，所以具體施氮量按施肥水平的80%計(jì)算，磷、鉀肥按全部施入計(jì)算，得關(guān)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，顯著水平p =0.004 0，剩余標(biāo)準(zhǔn)差s =0.476 2，調(diào)整后的相關(guān)系數(shù)Ra =0.969 7;通過模型分析得出以香梨葉片凈光合速率為生產(chǎn)目標(biāo)時(shí)，各個(gè)因素的最佳組合為:香梨葉片凈光合速率(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，施鉀量(x3)53.70 kg·hm－2。肥料三要素對(duì)香梨葉片凈光合速率的作用順序?yàn)?施鉀量＞施磷量＞施氮量，氮磷、氮鉀之間具有協(xié)同效應(yīng)，磷鉀之間具有拮抗效應(yīng)。

圖3 不同鉀處理的香梨葉片凈光合速率日變化Fig.3 Diurnal variations of Pn of Fragrant Pear leaves under different treatments of K

表3 不同氮、磷、鉀施肥處理的香梨葉片光合特征值Tab.3 Photosynthetic Characteristics of Fragrant Pear leaves under different treatments of N，P，K

3 結(jié)論與討論

隨著環(huán)境條件不斷變化，果樹光合速率在一天之間也發(fā)生很大變化。植物光合作用的日變化有正規(guī)曲線型、平坦型、變動(dòng)型和中午降低型4 種類型［17］。試驗(yàn)結(jié)果表明，在晴天條件下不同氮、磷、鉀施肥處理的庫爾勒香梨葉片凈光合速率日變化均表現(xiàn)為典型的雙峰曲線，具有明顯的光合“午休”現(xiàn)象。在凈光合速率日變化過程中第一次峰值高于第二次峰值，與盛寶龍［18］等人研究結(jié)果一致，而與張琪［19］等人研究結(jié)果第一次峰值小于第二次峰值相反，具體原因還有待于進(jìn)一步研究。施肥對(duì)香梨葉片凈光合速率的日進(jìn)程產(chǎn)生了較大的影響，與不施肥的處理相比施氮、磷、鉀肥可促進(jìn)香梨葉片凈光合速率，但過量施用時(shí)會(huì)帶來不利影響。針對(duì)果樹施肥模型研究方面，大多數(shù)研究者都是以產(chǎn)量和品質(zhì)作為依據(jù)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，提出果樹年生長周期中的施肥參數(shù)，為果樹科學(xué)施肥，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐提供了重要的理論依據(jù)［20－22］。但是有研究結(jié)果已經(jīng)表明，果樹在年生長周期內(nèi)不同生長階段對(duì)不同肥料所需要的量是有差異的［23－24］，而產(chǎn)量和品質(zhì)都是在果樹生長末期所測(cè)定的結(jié)果，以其建立數(shù)學(xué)模型分析所得到施肥參數(shù)只能作為果樹年生長周期內(nèi)施肥總量的依據(jù)，無法對(duì)果樹不同生長階段進(jìn)行施肥指導(dǎo)。光合作用是果樹生長、結(jié)果的基礎(chǔ)，凈光合速率是果樹葉片光合生產(chǎn)能力的主要參數(shù)。研究借助光合作用在果樹年生長周期內(nèi)不同階段的可測(cè)性，建立香梨坐果期凈光合速率與施肥之間的數(shù)學(xué)模型，提出香梨坐果期的施肥參數(shù)，可為香梨坐果期施肥提供科學(xué)依據(jù)。以香梨葉片13:30 時(shí)的凈光合速率峰值為目標(biāo)建立模型，通過模型分析得出各個(gè)因素的最佳組合為:香梨葉片凈光合速率 (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，施鉀量(x3)53.70 kg·hm－2。肥料三要素對(duì)香梨葉片凈光合速率的作用順序?yàn)?施鉀量＞施磷量＞施氮量，氮磷、氮鉀之間具有協(xié)同效應(yīng)，磷鉀之間具有拮抗效應(yīng)。以香梨葉片凈光合速率為目標(biāo)，推薦香梨坐果期氮、磷、鉀素施肥量分別為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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