楊佳偉，文仕知，何功秀，蘭 竹，楊麗麗

（中南林業(yè)科技大學 林學院，湖南 長沙 410004）

閩楠Phoebe bournei (Hemsl.) Yang又稱楠木，樟科楠屬，是南方珍貴用材樹種和優(yōu)良庭院觀賞樹，屬國家二級保護珍稀瀕危樹種[1]，主要分布于福建、江西、湖南、湖北和貴州等地區(qū)的常綠闊葉林[2]。目前，閩楠已被列入國家林業(yè)局重點發(fā)展的南方珍貴用材樹種之一，并在育苗和栽培方面進行一系列研究[3]，目前的主要研究集中在種源選擇[4]、種子休眠與萌發(fā)[5]、抗逆性篩選[6]、種群結(jié)構(gòu)和空間布局[7]、生物量結(jié)構(gòu)[8]、育苗造林[9-10]以及光合、葉綠素熒光生理特性[11]。

植物光合作用是指在葉綠體類囊體中葉綠素等光合色素分子吸收外界光能，同時將光能轉(zhuǎn)化為化學能，形成ATP和NADPH的光反應過程[12-13]。光合作用中植物將吸收的光能轉(zhuǎn)化為體內(nèi)電能過程，部分光能作用于光化學反應，部分光能以熱耗散形式消耗，還有部分光能則由于電子門開啟，從光系統(tǒng)Ⅱ以熒光的形式散發(fā)，即葉綠素熒光是植物吸收的小部分光重新以光的形式發(fā)射出來[14]。與凈光合速率、胞間CO2濃度等一些“表觀性”的氣體交換指標相比，葉綠素熒光參數(shù)在探測逆境對光合作用影響方面具有獨特的作用，能夠反映光合系統(tǒng)“內(nèi)在性”特性[15]。有研究認為，Cd2+等重金屬元素對植物光系統(tǒng)Ⅱ的活性有抑制作用[16]，還能降低光合色素含量[17]；李澤等人[18]的研究表明，根外追肥對油桐幼苗的光合促進作用顯著；另有研究表明，閩楠幼樹在不同光環(huán)境下生物量比例沒有顯著差異，從而得出結(jié)論閩楠是通過生物量積累來適應不同光環(huán)境，而非改變生物量比例[19]；石元豹等[20]對寧夏枸杞關于CO2濃度的研究顯示，CO2濃度倍增將提高枸杞光能轉(zhuǎn)化率；張偉[5]、劉寶[21]等學者研究了不同種源間的葉綠素熒光參數(shù)，結(jié)果顯示種源間光合熒光不同程度存在差異性，光合利用能力各不相同；不同光照強度等級對有柄石韋的相對導電率、相對葉綠素含量、光合熒光參數(shù)和植株形態(tài)有顯著影響[22]。

本研究以4年生閩楠幼樹為試驗對象，設置一個空白對照樣地，4個施肥處理樣地，對閩楠葉綠素熒光參數(shù)和快速光響應曲線進行田間活體測定，比較施肥對林木熒光參數(shù)的影響和各樣地的快速光響應曲線差異，以尋求高效的施肥量，為閩楠人工培育提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

本研究以4年生閩楠幼樹作為施肥對象，施用有機復合肥，含有機質(zhì)28.88%，N11.81%，有效 P2O53.06%，K2O 3.37%，Pb 60.00 mg/kg，Cr 40.00 mg/kg，As 1.64 mg/kg，Hg 0.016 mg/kg。

試驗樣地位于攸縣黃豐橋林場，地理坐標為113°41′0″E，27°18′25″N，設置一個空白樣地，樣地編號1，四個施肥試驗樣地，分別按照150、300、450、600 g/株肥量進行施肥處理樣地依次編號為2，3，4，5。各樣地林木種植約90株，采用水平帶狀整地后實生苗種植。

樣地在2014年秋季追肥，2014年12月和2015年6月進行數(shù)據(jù)采集。各樣地根據(jù)等同坡位選取3株樣地固定平均木進行葉綠素熒光參數(shù)測定。

1.2 熒光參數(shù)的測定

每株樣木選取樹冠外緣向陽的成熟葉片，采用德國WANL公司的MINI-PAM便攜式熒光儀進行葉綠素熒光動力學參數(shù)和光響應曲線的測定。測定植株最小熒光Fo、最大熒光Fm、PSⅡ的最大量子產(chǎn)量Fv/Fm是需要使用暗適應葉夾對葉片進行暗適應處理三十分鐘，后用熒光儀測定光響應曲線參數(shù)。植株快速光響應曲線的測定，對光適應樣品進行連續(xù)光量子能量梯度的光照射（0、60、150、250、400、600、800、1 200、1 600 μmol·m-2s-1），各梯度光強照射10 s后儀器發(fā)射飽和脈沖[6]，從而測定光量子產(chǎn)量Yield、相對電子傳遞速率ETR、熒光淬滅系數(shù)等熒光參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel2013進行數(shù)據(jù)處理、制圖，所有參數(shù)值均為三個重復數(shù)據(jù)取平均值；SPSS進行方差分析，檢驗差異顯著性；快速光響應曲線擬合使用Statistica 10.0軟件進行擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對閩楠幼樹Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo的影響

Fo的測定是植株經(jīng)過充分暗適應之后，打開一個只激發(fā)本底熒光的微弱調(diào)制測量光而不引起任何光合作用時測量光得到的熒光值，一定程度上與葉片色素含量線性相關。

在暗適應條件下下葉片初始熒光Fo，是光系統(tǒng)Ⅱ所有反應中心均處于開放狀態(tài)時得到的最小熒光值（圖1）。隨著施肥量的增大，冬季Fo值先減小，在450 g/株之后又增大，單株林木施肥量600 g/株的時候其基本初始熒光Fo值與樣地1未施肥林木Fo值平齊。隨著肥效的深入，到夏季閩楠幼樹熒光Fo值相比于冬季數(shù)值明顯變小，各樣地對比則是隨施肥量的增加先增大然后減小，節(jié)點是300 g/株（P＞0.05）。

Fm值的變化趨勢和Fo相似，在冬季隨著施肥量的增加先減小后增大，在600 g/株的時候顯著升高，達到最大值；到夏季生長旺盛期隨施肥量的增加先增大后減小，300 g/株施肥量出現(xiàn)峰值（P＞0.05）。其中未施肥樣地和單株林木施肥量150 g/株的監(jiān)測數(shù)據(jù)在兩次監(jiān)測中差異都不顯著。

PSⅡ光化學量子效率（Fv/Fm），在冬季的測量數(shù)據(jù)，差異不顯著，而夏季的測量數(shù)據(jù)顯示單株林木施肥量600 g/株的樣地5數(shù)據(jù)稍低于其他4種處理，兩個時間段的測量值總體水平都在0.8±0.03（P＞0.05）。Fv/Fm值是反應光系統(tǒng)Ⅱ反應中心利用所捕獲激發(fā)能的情況，測定數(shù)據(jù)說明施肥量的差異對于光系統(tǒng)Ⅱ反應中心的開放比例沒有顯著影響，光合電子鏈的傳遞速率沒有因為施肥量的差異而有所顯著不同。

Fv/Fo值的測定顯示，在冬季施肥樣地的數(shù)值高于未作施肥處理的樣地1，且四個施肥樣地的差異不顯著，而夏季數(shù)據(jù)表明樣地5的600 g/株施肥量其Fv/Fo最低。Fv/Fo值是反映PSⅡ活性的一個指標，從測定的數(shù)據(jù)看來，冬季施肥樣地的光系統(tǒng)Ⅱ活性略高于未作施肥處理的對照樣地，而夏季的高溫天氣對于閩楠幼樹來說，適量的施肥可以促進PSⅡ反應中心活性，當施肥量超過450 g/株時反而會一定程度上對PSⅡ活性形成抑制。

圖1 施肥對閩楠幼樹Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo的影響Fig. 1 Responses of Fo, Fm, Fv/Fm, Fv/Fo of Phoebe bournei to fertilization

2.2 施肥對閩楠幼樹Yield、ETR的影響

冬季植株的PSⅡ光量子產(chǎn)量Yield隨光強的增加平緩降低，直到1 600 μmol·m-2s-1時光量子產(chǎn)量Yield達到最小值，各處理樣均是同一變化趨勢（圖2）。同時期測量的植株葉片PSⅡ相對光合電子傳遞速率 ETR隨著光強的增加逐漸增大，在1 600 μmol·m-2s-1光照強度的時候達到最大值，各處理的變化趨勢一致（圖3）。冬季閩楠的Yield值變化趨勢相近，但是總體來看樣地5的施肥處理樣值高于其他樣地，且差異較為顯著；而ETR隨光強的變化表明樣地5的600 g/株施肥量的相對電子傳遞速率高于其他處理。

到夏季PSⅡ光量子產(chǎn)量Yield隨光強增加而降低，在光照初期，Yield值有一個顯著降低，而后降低趨勢較為平緩，直到最大光照強度時為最低值（圖2）。相對光合電子傳遞速率 ETR的變化趨勢同冬季相差不大，隨著光照強度的增加而增大，直到光照強度800 μmol·m-2s-1之后其增長幅度逐漸趨于平緩，在1 400 μmol·m-2s-1時達到最大值（圖3）。夏季閩楠的Yield值變化趨勢相近，但是總體來看樣地1未作施肥處理的樣地值明顯低于施肥樣地，且差異較為顯著，在弱光照條件下（＜400 μmol·m-2s-1）樣地3施肥量水平下 Yield值高于其他樣地，在較強光照條件下樣地2的施肥量處理Yield值較高；而ETR隨光強的變化表明樣地1未施肥處理的相對電子傳遞速率明顯低于其他施肥處理。

圖2 施肥對閩楠Yield快速光響應的影響Fig. 2 Rapid light-response curve of Yield about Phoebe bournei to fertilization

圖3 施肥對閩楠ETR快速光響應的影響Fig. 3 Rapid light-response curve of ETR about Phoebe bournei to fertilization

2.3 施肥對閩楠幼樹qP、qN、NPQ的影響

在光照下光合作用進行時，只有部分電子門處于關閉狀態(tài)，實時熒光F比最大熒光Fm要低，這是熒光淬滅?，F(xiàn)有的研究顯示，植物吸收的光能被用于三個方面，光合作用、葉綠素熒光、熱，即熒光產(chǎn)量的下降是由光合作用的增加或熱耗散增加而引起[24]。由光合作用增加引起的熒光淬滅稱為光化學淬滅，既是qP。而由于熱耗散的增加引起的熒光淬滅稱之為非光化學淬滅，即為qN、NPQ。

qP值是反映PSⅡ反應中心的開放程度，冬季的監(jiān)測數(shù)據(jù)隨著光照強度的增大，qP值以平緩線形的趨勢變小，在光照強度為1 600 μmol·m-2s-1時達到最小值；在弱光照下未施肥樣地數(shù)據(jù)qP值趨于各樣地的均值水準，隨光照強度增大，其值的減小程度強于其他施肥樣地，整體數(shù)值低于其他樣地，樣地3和樣地4施肥標準的qP值較為突出。夏季的測定數(shù)據(jù)隨光強增加而降低，降低趨勢較冬季更為明顯，也是在最大光強時達到最小值，樣地1的未施肥處理也和冬季趨勢一致整體數(shù)值低于其他樣地，樣地2的150 g/株和樣地4的450 g/株施肥標準qP值比較突出（圖4）。

qN值是反映植物耗散過剩光能為熱的能力，即光保護能力。如圖5所示，冬季qN值的整體趨勢是隨光強增加而增大，在低光照強度下（＜400 μmol·m-2s-1）時增大較為平緩，超過 400 μmol·m-2s-1光強時qN值增大速率顯著提高，樣地4和樣地3的樣本熱耗散能力相對強于其他處理樣本。夏季qN值的整體變化趨勢同冬季一致，只是在低光照條件下施肥樣地的值增長較樣地1未施肥的樣本相對緩慢，當光強增大到250 μmol·m-2s-1時施肥樣地的qN值隨光強增加迅速增大，但整體來看還是未施肥樣地的qN值較為明顯，而施肥量最大的樣地5整體值偏?。≒＞0.05）。由于冬夏季的日光照強度差異，兩個時期測量的qN的最大值不相同，表明閩楠幼樹在不同季節(jié)，其葉片耗散熱量的能力有所差異，冬季中度施肥的樣本熱耗散能力強，而夏季高溫季節(jié)則是未施肥的空白樣地熱耗散能力高。

圖4 施肥對閩楠qP快速光響應的影響Fig. 4 Rapid light-response curve of qP about Phoebe bournei to fertilization

圖5 施肥對閩楠qN快速光響應的影響Fig. 5 Rapid light-response curve of qN about Phoebe bournei to fertilization

圖6 施肥對閩楠NPQ快速光響應的影響Fig. 6 Rapid light-response curve of NPQ about Phoebe bournei to fertilization

NPQ值是非光化學淬滅的另一種表達方式，同樣是作為反映植物耗散過剩光能的能力指標，是更注重于由天線系統(tǒng)中的熱耗散引起的非光化學淬滅。兩個季度的測量數(shù)據(jù)趨勢和快速光響應的qN值趨勢一致，冬季是樣地4的樣本數(shù)據(jù)高于其他樣地，夏季依然是樣地1未作施肥處理的樣本數(shù)值較高，其次是樣地3和樣地5的施肥處理（圖6）。

2.4 施肥對高溫季節(jié)閩楠幼樹快速光曲線的影響

光響應曲線是指植物光合速率隨PAR變化而變化的曲線，光合放氧速率（Pn）、相對電子傳遞速率（ETR）、CO2固定速率等都可用于光響應曲線的繪制[25]?？焖俟忭憫€（快速光曲線）則是運用調(diào)制葉綠素熒光技術，通過各梯度較短光照時間測量得出的光響應曲線。

圖7是擬合的高溫季節(jié)不同施肥樣地閩楠幼樹的快速光響應曲線，擬合公式為1980年Platt提出的 P=Pm·(1-e-a·PAR/Pm)·e-b·PAR/Pm[26]。式中 Pm 是最大光合速率；a為初始斜率，反映植物的光能利用效率；b為光抑制參數(shù)；lk=Pm/a表示半飽和光強，反映樣品對強光的忍受能力。

圖7 擬合高溫季節(jié)不同施肥量閩楠幼樹快速光響應曲線Fig. 7 Fitting the rapid light curves about different fertilization of Phoebe bournei saplings in hot season

從圖7中可以看出，各施肥樣本的最大光合速率Pm都是出現(xiàn)在光照強度1 200～1 400 μmol·m-2s-1之間，同王振興等[11]的研究中光飽和點基本一致，Pm值由大到小分別是150 g/株，600 g/株，300 g/株，450 g/株，空白樣地；樣本的初始斜率a值由大到小依次為300 g/株，600 g/株，150 g/株，空白樣地，450 g/株，值分別為0.293＞0.282＞0.281＞0.274＞0.267，其值大小間接反映樣本植株的光能利用效率。分析不同施肥量的閩楠擬合曲線可知，樣地1的未施肥處理和樣地2、3、4的施肥處理其光合速率趨勢相同，而樣地5的600 g/株施肥量樣本光合速率在光合有效輻射1 300 μmol·m-2s-1附近開始有一個明顯地降低趨勢，說明過多的施肥在高溫季節(jié)高光強時易對植株產(chǎn)生光合脅迫。

3 討 論

施肥是常規(guī)的營林措施，但是不同作物其經(jīng)營方式不同，施肥重點不一，施肥量亦有所差異，尋求閩楠幼樹的合理施肥量是本試驗重點。葉綠素熒光參數(shù)的變化與光合作用各反應階段都有一定相關性，作物的生長過程中的各種脅迫往往能通過葉綠素熒光誘導動力學參數(shù)反應出來。初始熒光Fo與PSⅡ反應中心活性相關，本試驗中兩個季節(jié)的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢相反，冬季閩楠幼樹未施肥和大量施肥的樣本Fo值較高說明PSⅡ反應中心相較于中度施肥樣本活性較弱，夏季則是相反。Fm值是PSⅡ反應中心關閉時的熒光值，值越大說明反應中心關閉程度越高[27]，冬季600 g/株的施肥樣地Fm高于其他處理，夏季則是300 g/株施肥樣地Fm較高，而600 g/株的施肥樣地Fm最低，說明大量施肥會增大高溫季節(jié)的閩楠幼樹PSⅡ反應中心開放程度。Fv/Fm是植株暗適應之后開放的PSⅡ反應中心捕獲激發(fā)能的效率，能反應植物受脅迫和受傷害的程度，本試驗中，各施肥處理樣地的Fv/Fm在同一觀測時期內(nèi)無明顯差異，樣地3的300 g/株施肥量在夏季略高于其他樣地，而樣地5的600 g/株施肥處理值明顯偏低，與整體變化趨勢不符，說明高溫季節(jié)大量施肥會使植株光系統(tǒng)組織受到一定脅迫。

Yield值冬季測量數(shù)據(jù)顯示閩楠幼樹的隨光強的增大平緩降低，樣地5的600 g/株施肥處理值明顯高于其他樣地，而夏季測量結(jié)果是樣地1未施肥樣地的各光強對應光量子產(chǎn)量低于其他施肥樣地；PSⅡ相對光合電子傳遞速率 ETR隨光強的變化表明大量施肥在高溫季節(jié)對閩楠幼樹的相對電子傳遞速率促進作用不顯著，ETR在1 300 μmol·m-2s-1光強時飽和，反應中心部分關閉或失活，過剩光能只能通過非光化學淬滅形式耗散；光化學熒光淬滅系數(shù)qP與非光學熒光淬滅系數(shù)qN、NPQ，說明夏季高溫季節(jié)施肥量的大小會影響閩楠幼樹葉片的熱耗散能力，施肥量越大，葉片耗散過量光能的壓力越大。

綜上所述，中度施肥導致閩楠幼樹Fv/Fm、Fv/Fo值升高，大量施肥在高溫季節(jié)則降低。施肥對冬季生長緩慢期的閩楠PSⅡ反應中心開放程度有促進作用，高溫季節(jié)閩楠PSⅡ反應中心開放程度顯著提升，但隨著光強的增加，大量施肥樣本過剩能量以非光化學熒光淬滅形式耗散，會導致PSⅡ反應中心受損，易變現(xiàn)出光抑制現(xiàn)象，建議秋季施肥以促進冬季PSⅡ反應中心開放程度，以增進冬季的物質(zhì)累積。

本文的研究只是針對不同施肥處理后閩楠在不同生長期的光合熒光特性，研究結(jié)果內(nèi)容相對單一，研究結(jié)論尚不能指導生產(chǎn)。下一步研究方向會將閩楠施肥光合參數(shù)結(jié)合林木生長量、生態(tài)化學計量數(shù)據(jù)作相關性分析，尋找閩楠生長的限制性因子，以達到有側(cè)重點地施肥，促進林木生長。

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