氮磷钾肥配施对‘玉露香梨’叶绿素含量及光合特性的影响

张晓伟，白牡丹，高 鹏，郝国伟，杨 盛，郭黄萍

（山西省农业科学院果树研究所，山西晋中030800）

0 引言

‘玉露香梨’是由山西省农业科学院果树研究所以‘雪花梨’为父本、‘库尔勒香梨’为母本自主选育杂交而成的一个优良中熟梨新品种[1]。该品种平均单果重236.8 g左右，具有果个大、皮薄、肉质细嫩酥脆、无渣、汁多、香甜爽口和可食率高等特点，适合中国广大白梨区种植。梨树中的有机物质几乎均为光合作用的产物，研究不同因素对‘玉露香梨’树光合特性的影响对提高梨树生产水平具有重要理论意义。果树和农作物的光合特性的影响因子是多方面的，除品种本身遗传特性、栽培技术、光照、温度和CO2等因素外[2-6]，肥料的种类和数量等对其产量和品质的影响也较为重要[7-9]。氮磷钾作为‘玉露香梨’生长和发育所必需的营养元素，较大程度地决定了‘玉露香梨’的光合特性[10]，氮、磷、钾肥的合理施用可有效提高‘玉露香梨’的净光合速率及其产量。因此，如何优化肥料结构以提高植物叶片光合效率是植物生理学和植物生态学的重点研究内容之一。

‘玉露香梨’叶片的光合速率是其光合作用的重要特征值，反映了叶片固定CO2的快慢程度，是决定其产量的关键因素。叶片水分利用效率和叶绿素含量等是影响光合速率的首要因素，其中水分利用效率可较好地反映出叶片是否可以很好地协调CO2固定和水分耗失之间的关系，是评估植物可否适应该区域生态环境的重要生理指标之一。通过人为干预提升植物叶片中叶绿素含量及水分利用效率，是实现高效光合作用的研究重点[11]。因此，研究氮磷钾肥的配施对‘玉露香梨’叶片叶绿体含量及光合特性的影响具有重要的理论和实践意义。

目前，氮磷钾肥配合施用对小麦、水稻和玉米等粮食作物光合速率的调控研究较多[12-14]。其中，刑倩等[11]研究发现，氮磷钾肥料减施可引起小麦净光合速率的降低从而影响其光合生产效率；肖万欣等[12]对玉米光合特性的研究表明，玉米穗下叶的光合速率与其产量显著相关，肥料的合理配施可有效促进穗下叶的光合速率从而提高玉米产量。然而，肥料对水果（如‘玉露香梨’）光合特性的调控效应研究还鲜见报道。因此，本研究拟就氮磷钾肥配施对‘玉露香梨’叶片净光合速率、蒸腾速率等光合特性指标的影响展开分析，以期为优化玉露香梨的施肥方案提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验于2017年6月中旬在山西省农业科学院果树研究所梨园进行。试验地点位于山西省农业科学院果树研究所梨园，东经 112°32'，北纬 37°23'，海拔 820～900 m，地处晋中盆地，属暖温带大陆性气候，年均温10.6℃，年降水量400～600 mm，日照时数2300 h。基地内园地较为平整，土层深厚，土壤类型为砂壤或粉砂壤黄壤土质，肥力中等，具有生产优质经济林果实的生态资源优势。

1.2 试验材料

品种为山西省农业科学院果树研究所梨园内的‘玉露香梨’。试验以10年生‘玉露香梨’树为研究对象，选取具有代表性的中等肥力果园，株行距3 m×4 m，东西行向，树高3.5 m，冠径3 m左右。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 土壤质地为砂壤土（容重1.27 g/cm3）。肥料选用为尿素(N,46%)、过磷酸钙(P2O5,16%)、硫酸钾(K2O5,51%)。本研究选择10种不同配比的氮磷钾肥处理，施肥方式采用沟施，N、P、K肥在2017年梨树萌芽前一次性施入，施用量如表1所示，重复4株。

表1 不同配比的氮磷钾施肥方案

1.3.2 测定方法选在晴朗无云的天气下进行光合作用测定。在每株梨树东南西北侧树冠外围1年生枝上选4个生长较为一致的中位叶片进行检测，每个叶片重复检测3次，以考察施肥对梨树叶片光合特性的影响。采用英国Hansatech公司CL-01型测定仪测定梨树叶片叶绿素含量（SPAD值），通过美国LI-COR公司生产的LI-6400便携式光合测定仪测定叶片的净光合速率(Pn)、细胞间隙CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Cs)等指标，根据公式WUE=Pn/Tr计算水分利用效率(WUE)。

1.3.3 统计分析 采用SPSS 17.0软件(SPSS Inc.,USA)进行统计分析，数据采用Mean±S.D.表示。Levene法进行方差齐性检验；Pearson法定量分析施肥与光合特性的相关性；LSD法对各施肥处理组进行两两比较，以P＜0.05为差异显著性标准。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾对‘玉露香梨’净光合速率(Pn)的影响

叶片净光合速率大小反映了叶片固定CO2的快慢程度。如图1所示，‘玉露香梨’叶片净光合速率受肥料结构影响较大。氮肥处理后梨树叶片Pn值均高于对照，其中高氮处理组A2和A3的净光合速率分别高达15、14 µmol/(m2·s)，分别较未施加氮肥组显著提升52%和47%，但未发现Pn值与施氮量存在剂量-效应关系；磷肥处理各组Pn值均高于未施磷肥组,随磷肥用量的增多Pn值逐渐升高，磷肥施用量达最高时Pn值较对照组增幅最大达66%；未施钾肥组与钾肥各处理组间的Pn值无显著性差异。通过Pearson分析发现Pn与氮肥和磷肥的相关性较高，相关系数分别为0.680、0.778（P＜0.05，表2），显示Pn与氮肥、磷肥呈正相关，表明施用氮磷肥可显著提高‘玉露香梨’叶片净光合速率，而钾肥对其影响较小。

图1 氮磷钾对‘玉露香梨’光合速率的影响

表2 氮磷钾营养与‘玉露香梨’各光合指标的相关性分析

2.2 氮磷钾对‘玉露香梨’蒸腾速率(Tr)的影响

叶片蒸腾速率反映了叶片在白天的水分丧失速率，图2结果显示不同肥料组成可对‘玉露香梨’的蒸腾速率产生不同影响。钾肥处理后的梨树叶片Tr值较对照组未发现显著升高或降低；磷肥处理各组的Tr值均低于对照，但不具有显著性差异(P＞0.05)，相关性分析显示磷与Tr的相关系数为-0.312(P＞0.05)；氮肥处理组A1和A3的Tr值分别为2.4、2.2 g/(m2·h)，较未施加氮肥组分别降低20%和27%。Pearson分析发现，施氮肥量与蒸腾速率间的相关系数为-0.326(P＜0.05)，表明氮肥与‘玉露香梨’叶片蒸腾速率呈显著负相关，施加氮肥可降低‘玉露香梨’叶片蒸腾速率。

图2 氮磷钾对‘玉露香梨’蒸腾速率的影响

2.3 氮磷钾对‘玉露香梨’水分利用率(WUE)的影响

水份利用率是植物能否适应当地的极限环境条件的一个重要指标，同时也反映其能否较好地协调碳同化和水分耗散之间的关系，研究发现肥料结构是影响水份利用率的重要因素。方差分析显示，钾肥各处理组WUE值较对照组CK3无显著性差异；氮肥、磷肥各处理组WUE值随钾其用量的增加显著上升，其中高氮处理组A3和高磷处理组B3最高分别为6.69、5.89 g/kg，较各自对照组分别显著提升100%和88%（见图3），相关性分析显示氮肥、磷肥与玉露香梨叶片水份利用率的相关性系数分别为0.682和0.812，呈正相关性，而钾肥的相关性仅为0.074，表明施用氮磷肥可显著提升‘玉露香梨’叶片水分利用率，钾肥的影响较小。

2.4 氮磷钾对‘玉露香梨’叶片胞间CO2(Ci)的影响

图3 氮磷钾对‘玉露香梨’水分利用率的影响

叶片胞间CO2浓度直接反映了植物的固碳能力，是反映植物光合作用强度和光合生理适应力的重要标志。各组间Ci值比较发现，经钾肥处理后梨树叶片Ci值较对照组CK3无显著性差异（见图4）；磷肥各处理组Ci值较对照组CK2分别降低68、3、22 µmol/mol，但未发现各处理组与对照组间存显著性差异；氮肥各处理组Ci值分别为233.5、297.25、266.5 µmol/mol，其中A1和A3组均显著低于对照组CK1；相关性分析显示，氮肥与‘玉露香梨’叶片胞间CO2相关系数为-0.409(P＜0.05)，表明氮肥与Ci值呈负相关性，施用氮肥可降低‘玉露香梨’叶片胞间CO2。

图4 氮磷钾对‘玉露香梨’叶片胞间CO2的影响

2.5 氮磷钾对‘玉露香梨’叶片叶绿素(Chl)的影响

叶绿素在植物的光合作用过程中发挥着重要作用，是影响植物生长变化的首要因素[15]。对‘玉露香梨’叶片叶绿素含量测定结果发现，钾肥各处理组叶片Chl值均低于对照组，但差异性分析显示其未达到显著性差异（见图5）；氮肥和磷肥各处理组Chl值均高于对照,其中氮肥高量组A3和磷肥高量组B3的Chl值分别为22.22、17.44 SPAD，较对照分别显著提升23%和15%，Pearson分析显示Chl值与氮肥、磷肥施用量呈较高相关性（相关系数分别为0.637和0.629，P＜0.01），表明氮磷肥与叶绿素呈正相关，施用氮磷肥可显著促进‘玉露香梨’叶片叶绿素合成。

图5 氮磷钾对‘玉露香梨’叶片叶绿素的影响

2.6 氮磷钾对‘玉露香’梨叶片气孔导度(Cs)的影响

叶片气孔主要参与气体交换，控制着植物体内与环境间CO2和水分的交流。试验结果显示，钾肥、磷肥各处理组叶片Cs较对照组均无显著性变化（见图6）；氮肥处理组A1和A3的叶片气孔导度分别为0.0561、0.0523 mmol/(m2·s)，较对照组CK1分别降低21%和27%，Pearson相关性分析发现叶片气孔导度与氮施用量的相关系数为-0.652(P＜0.05)，表明氮肥与‘玉露香梨’叶片气孔导度呈显著负相关，施用氮肥可引起‘玉露香梨’叶片气孔导度的降低。

图6 氮磷钾对‘玉露香梨’叶片气孔导度的影响

3 结论与讨论

‘玉露香梨’植株的生长发育受多方面因素的影响，其中栽培技术、光照和温度等因素对梨树体枝发育、果实产量和品质的调节作用是以往研究的重点[2,16]。本试验发现，氮磷钾肥配比和施肥量可显著影响‘玉露香梨’叶片的光合特性。与对照相比，施加氮肥、磷肥后‘玉露香梨‘叶片的净光合速率、水分利用率及叶绿素含量均显著升高，表明施用氮肥和磷肥可有效地促进’玉露香梨‘叶片叶绿素的合成、显著提升’玉露香梨‘的光合生产率和水分利用效率；蒸腾速率、胞间CO2和气孔导度则在氮肥施用后降低，表明施用氮肥在促进胞间CO2的利用的同时还可有效降低叶片的蒸腾速率。

氮磷钾作为维持‘玉露香梨’生长发育所必须的营养元素，对玉露香梨净光合速率、水分利用率等光合特性指标有重要影响。张岁岐等[17]认为，合理的氮和磷营养在一定程度上可通过提高作物的渗透调节和气孔调节能力可以改善植物的水分状祝，提高净光合速率和水分利用效率，这与本研究中施用氮、磷肥后净光合速率、叶绿素含量和水分利用效率等均不同程度升高的结果基本一致。磷是参与叶绿素合成不可缺少的重要元素，在ATP的磷酸化过程中同样起关键作用[18-19]。氮是叶绿素的必要组成成分，施氮可促进叶片叶绿素合成、提升光合速率、促进胞间CO2固定并抑制植物蒸腾作用，而氮肥缺乏则会加速叶片内蛋白质等的降解，导致氮素转移、叶片组织衰老和光合速率降低[20-21]。研究认为，氮抑制植物蒸腾的原因是氮在促进木质部生成的同时可能会形成栓塞从而降低了树枝水势[22]。王莉丽等[23]研究结果表明，植物叶片的气孔导度降低是导致蒸腾速率降低的另一个关键因素。刘丽霞等[24]研究发现，蒸腾速率与气孔导度呈正相关性，蒸腾速率随着气孔导度的升高而增大。施用氮肥后，叶片气孔导度在抑制水蒸气在叶片和环境间的交换的同时降低叶片中水分和自身热量的散失，间接导致植物叶片光合能力提高。

本研究仅就不同配比的氮磷钾肥对‘玉露香梨’光合特性的影响进行了初步研究，今后还将在氮、磷、钾肥的优化配置和各营养元素对‘玉露香梨’光合特性影响的分子机制进行深入分析。此外，是否可以通过控制氮、磷肥用量来调节叶片中叶绿素含量和气孔导度，进而控制叶片对光的吸收、水分的利用和散失，从而达到提升叶片光合能力和提高‘玉露香梨’产量的目的，还需今后进一步深入研究。