作者简介:吴 涛(1982—),湖南常德人,农艺师,硕士,从事烟叶原料品质分析和烟草生理生化研究工作,E-mail:396616494@qq.com。
为探究不同钾肥水平对烤烟光合特性和产质量的影响,以烤烟红花大金元为研究对象,采用双曲线修正模型对光响应曲线进行拟合,得出了烤烟成熟期中部叶的光合特征参数,通过对光合特征参数和产质量的对比,选出适宜当地的钾肥施用水平。结果表明,随着钾肥适量的增施,光合特征参数有所上升,烤烟叶片的光合能力有明显的提高,产质量有较大的提升。因此,在本试验条件下,钾肥施用量为270 kg·hm-2的处理能较为显著的提高烤烟的光合特征参数和产质量。
钾元素是植物生长发育进程中最重要的元素之一, 其对植物生理代谢和产质量的形成具有重要的影响[1, 2, 3, 4]。充足的钾对烤烟生长发育进程及产质量的形成具有重要的影响[5], 不仅能够增强烟株的抗逆能力, 提高叶片光合速率, 还对烤烟香气物质的形成有着极其重要的作用[6, 7]。缺钾可以通过影响烤烟光合作用, 进而对烟株的生长发育进程产生消极影响[8, 9]。黄瓜、水稻、油菜、小麦等作物缺钾均会出现叶片失绿、叶绿素含量下降、净光合速率降低、干物质积累减少、产量和品质降低等现象[10, 11, 12, 13, 14]。
植物光响应曲线描述了光合有效辐射与植物净光合速率之间的关系, 对进一步了解植物生长规律及光合特性具有重要的作用[15]。常用的光响应曲线拟合模型为双曲线修正模型, 其不仅能够如实反映出光响应曲线的趋势, 而且可以较为准确的拟合出暗呼吸速率和光饱和点等光合特征参数[16]。烤烟的光响应曲线可以反映其在不同光照强度下的光合作用规律, 在不同钾肥水平下进行研究, 更能从生理机制上反映出烤烟对钾胁迫的适应及其自身的调节[17]。目前, 有关钾肥与烤烟光合作用的研究颇多[18], 而利用光响应曲线研究钾素水平与烤烟光合特性的研究在国内则鲜见报道。本试验以烤烟红花大金元为研究对象, 在其他条件一致的情况下, 采用双曲线修正模型对叶片光响应曲线进行拟合, 从不同供钾水平下研究烟株成熟期中部叶的光合作用光响应特征和产质量的差异, 为研究烤烟钾素营养生理和栽培提供科学依据。
大田试验于2015年4月在云南省曲靖市陆良县小百户镇进行。试验田土壤为红壤土, 前茬作物为小麦, 供试烤烟品种为红花大金元, 种植密度为13 890株· hm-2。移栽前, 按S形9点取样法采集试验田基础土样, 风干后测定土壤样品的理化性状。pH值为7.77, 有机质、全氮、全钾分别为24.77、1.77和13.95 g· kg-1; 水解性氮、有效磷、速效钾分别为98.66、44.69和178.07 mg· kg-1。
试验以钾肥施用量为因素, 共设4个处理。T1为当地常规施肥, T2为当地常规施肥+20%常规钾施用量, T3为当地常规施肥+40%常规钾施用量, T4为当地常规施肥+60%常规钾施用量, 重复3次, 随机区组排列。株行距1.20 m× 0.60 m, 每小区栽烟50株, 小区之间设保护行。各处理氮、磷用量相同, 均为45 kg· hm-2(当地常规)。当地常规施钾量为180 kg· hm-2, 增加的施钾量采用硫酸钾于移栽前基施, 基肥采用复合肥按当地常规施肥方法进行。采用优质烟栽培技术措施, 漂浮育苗, 地膜覆盖栽培。施肥方法采用60%做基肥, 40%做追肥。烟试验T1~T4各处理钾施肥量分别为180、210、240和270 kg· hm-2。
1.3.1 农艺性状
打顶后, 每小区随机选取6株烟, 测定其株高、茎围、最大叶长叶宽等农艺性状。
1.3.2 SPAD值
每小区随机选取一株烟, 用日本产SPAD-502型叶绿素计定点测定一片中部叶的3个部位的SPAD值, 然后取平均值便于统计分析。
1.3.3 光响应曲线
于移栽后90 d, 在晴朗的上午9:00— 12:00, 每小区选取3株生长一致的烤烟, 每株烤烟中部定点选取1片叶片, 用软毛刷刷去中部叶表面的灰尘, 然后用LI-6400型便携式光合作用测定仪(Li-COR Inc, 美国)并应用Li-6400-02B蓝红光源探头进行测定, 设置光合有效辐射强度(PAR)为1 500、1 200、900、600、300、150、50、0 μ mol· m-2· s-1, CO2注入系统设定值为400 μ mol· mol-1, 气体流速为500 mmol· s-1, 设置叶温为25 ℃。在测量前先将叶室的PAR设为1 500 μ mol· m-2· s-1对叶片进行诱导, 待读数稳定后进入自动测量程序, 将3次测定结果取平均值, 便于分析。
1.3.4 产量
以小区为单位单独采收烘烤、分级计产, 将各小区测得值进行平均计算, 便于统计分析。
1.3.5 烟叶品质
每个处理选取C3F各3.0 kg, 按国家标准分析其常规化学成分, 包括烟碱含量、钾含量、氯含量、还原糖含量、总糖含量、总氮含量。
双曲线修正模型的表达式为:
Pn=α
式中, β 和γ 为系数; Pn为净光合速率(μ mol· m-2· s-1); α 是表观量子效率; I为光量子通量密度(μ mol· m-2· s-1); Rd是暗呼吸速率(μ mol· m-2· s-1)。参数初始值及限制设定范围为:α =0.01, β =0.000 1, γ =0.001, Rd=0.3; α ≤ 1, β ≤ 1, γ ≤ 1, Rd≤ 1.5[19, 20, 21]。
试验数据采用Excel 2013进行初步处理, 并采用SPSS 22.0软件进行统计分析。
随着钾肥的增施, 烤烟的株高、叶长、叶宽和茎围大致呈依次增加的趋势(表1)。其中T4显著高于其他处理, T2和T3的农艺性状没有显著差异。以上结果表明, 增施适量的钾肥, 在一定程度上有利于提高烤烟的生长。
随着钾肥的增施, 烤烟成熟期叶片的SPAD值逐渐增加(表2)。其中, T4的SPAD值显著高于其他处理, T1最低, 具体表现为T4> T3> T2> T1。以上结果说明, 增施适量的钾肥可以提高烤烟叶片的叶绿素含量。
双曲线修正模型对4个处理的拟合效果均与测量值相似(图1)。其中, 由于T3和T4处理施用的钾肥充足, 叶片的光合作用较强, 在设定测量的光照强度内还未达到光饱和点, 拟合出的光响应曲线一直处于上升趋势符合实际情况; 而T1和T2处理钾肥施用量较少, 在设定的光照强度内已达到光饱和点, 拟合出的光响应曲线呈现出先上升后下降的趋势, 即随着光照强度的增加, 光合作用强度先升高后降低。
双曲线修正模型对4个处理光响应曲线拟合的决定系数分别为0.995、0.993、0.995、0.993(表3), 说明该模型较为适合不同钾肥水平下烤烟光合作用光响应曲线的拟合。由实测值可以看出, 随着钾肥施用量的提高, 最大净光合速率(Pn max)、光饱和点(LSP)、Rd等参数依次呈现出增大的趋势, 其中T4最高, T1最低, 说明增施适量的钾肥, 可以提高烤烟的光饱和点, 促进烤烟光合作用的进行。由拟合出的不同处理间的光合参数可以看出, 增施适量的钾肥, 可以提高烤烟的α 等光合特征参数, 从而会进一步加快光合作用。以上结果表明, 随着施钾量的增加, 烤烟的光合特征参数逐渐增加, 表现为T4> T3> T2> T1。
表4表明, 增施钾肥能显著提高烤烟产量, 且随施钾量增加呈先增加后减小趋势, 其中T3处理产量最高。同时, 增施适量的钾肥也提高净光合速率, 且随施钾量增加而增加。以上结果说明, 适量增施钾肥可以促进烤烟的光合速率, 进一步提高了产量。
一般认为优质烟叶的总糖含量要求达到18%~22%, 还原糖16%~18%, 总氮含量1.5%~3.5%, 烟碱1.5%~3.5%, 钾2%以上, 氯1%以下, 糖碱比以10左右为好, 氮碱比以1左右为好, 钾氯比以4~10为宜。
由表5可知, 各处理的总糖和还原糖含量均高于优质烟叶标准, 其中T1处理最低, T3处理最高; 总氮和烟碱含量处于适宜范围内, 其中总氮含量以T4最高, T1最低, 烟碱含量大小顺序为T3> T1> T2> T4; 各处理钾含量均低于标准, 氯含量处在优质烟叶氯含量最适宜范围内, 其中钾含量以T1为最高, T2最低, 氯含量以T3最高, T1最低; 各处理糖碱比均高于优质烟叶标准, 以T4为最高; 各处理氮碱比均小于1, T4最接近于1; 各处理钾氯比均低于标准4~10, 以T1为最高。综合分析可知, 化学成分以处理T4较好, 化学成分较为协调。
本试验中的双曲线修正模型能很好的拟合出4个处理的光响应曲线, 这与王帅等[11]在玉米上的研究结果基本一致, 且该模型能够直观的拟合出烤烟的光饱和点和暗呼吸速率等光和特性参数[22], 建议在研究不同钾肥水平下烤烟光响应曲线特征时采用此模型进行拟合。
植物叶绿素含量及光合作用的强弱对烟株生长发育进程及产质量形成具有重要作用[23], 提高钾肥施用量, 叶绿素含量增加, 植物光合速率增加, 产质量都有明显的提高[24]。本研究得出了相同的结果, 即随着钾肥的增施, 烤烟的长势、SPAD值、光饱和点、暗呼吸速率、净光合速率等光合特性以及烤烟产量和化学品质均呈现增加的趋势。因此, 在本试验条件下, 钾肥施用量为270 kg· hm-2的处理能较为显著的提高烤烟的净光合速率和产质量。
The authors have declared that no competing interests exist.
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
|