磷肥類型及施用量對烤煙光合特性的影響

門思潤， 朱列書， 彭 妙

(湖南農業大學，湖南長沙 410128)

磷是繼氮之后影響植物生長的第2位大量元素，在植物中占干質量總量的0.05%～0.30%[1]。煙葉是煙株的營養器官及經濟器官，煙株產量的形成與煙葉對光能的利用效率緊密相關。磷素與煙草葉片光合作用的各個環節都聯系緊密。光合作用的基礎是葉綠體，葉綠體由被膜、基質和類囊體3個部分組成，而磷脂是構成葉綠體被膜與類囊體膜的主要成分。NADP+氧化型輔酶是光合作用中的遞氫體和遞電子體，在物質和能量轉化中起重要作用。而磷作為NADP+、磷脂的組成成分，參與光合作用各階段的物質轉化與能量傳遞[2]。光合作用劇烈程度受RuBP羧化酶再生能力和活性的影響，而適宜的磷酸(Pi)濃度是RuBP羧化酶合成的必要條件之一[3]。資料顯示，缺磷條件下，類囊體膜上ATP合成酶活性降低，葉綠體同化力形成受到影響，從而影響磷酸丙糖含量及RuBP激酶的活性，阻礙RuBP的再生，使同化產物的運輸能力降低[4-6]。葉綠體每同化3分子CO2即同化1分子Pi，因此，間質中Pi含量隨著光反應的進行不斷下降，Pi濃度不足，光合作用將無法正常進行[7]。因此，磷與煙株光合作用密切相關。周開勇等研究表明，缺磷條件下，煙草光呼吸將增強。嚴重缺磷下，光呼吸/光合作用甚至高達1.4左右[8-9]。施磷能在一定程度上抑制光呼吸，同時促使葉片從外界吸取較多的磷以滿足及增強光合作用。

SPAD值是用來衡量一株植物葉綠素相對含量的參數。SPAD值與植物葉綠素含量相關，通過測量植物葉片的SPAD值變化，得出葉綠素含量的變化趨勢。SPAD值常常用來判定葉色，研究作物產量、品質，指導施肥[10]。研究表明，磷肥的施用對植株葉綠素含量的提高有很大的促進作用， 在一定

范圍內，葉片的葉綠素含量與光合速率呈正相關關系[11-14]。之前關于磷對煙草光合作用影響的研究多集中在光呼吸和光合作用同化產物及分配方面，關于磷肥對煙草SPAD值及其他光合特性影響的研究不多。本試驗通過測定植物葉綠素相對含量，研究葉綠素相對含量與磷肥施肥種類及用量水平之間的關系。同時，結合凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)等光合特性參數，根據煙草不同生育期生長特點，探索磷肥類型和施用量的最佳組合。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

田間試驗于2015年12月至2016年7月在湖南農業大學中南煙草基地進行。試驗田塊為黏壤土，試驗地地勢平坦，土壤肥力均勻，排灌條件較好，種植前茬作物為水稻，試驗地土壤基本理化性狀如表1。供試品種為湖南省自育烤煙品種湘煙5號。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.2 試驗設計及方法

采用雙因素隨機區組試驗，A因素為磷肥類型，包括4種磷肥類型，分別為A1(過磷酸鈣)、A2(磷酸一銨)、A3(鈣鎂磷肥)、A4[混合磷肥(50%過磷酸鈣+50%鈣鎂磷)]。B因素為磷肥濃度，包括3個磷肥濃度，分別為B1(72 kg/hm2)、B2(108 kg/hm2)、B3(144 kg/hm2)，即N ∶P ∶K比例分別為B1(1.0 ∶0.6 ∶2.2)、B2(1.0 ∶0.9 ∶2.2)、B3(1.0 ∶1.2 ∶2.2)。對照CK為不施磷處理。共13個處理，2次重復，共26個小區，采用雙因素隨機區組排列，每小區種植煙株60株。所有試驗材料于2015年12月播種，2016年4月移栽。基追肥按6 ∶4施用，其中磷肥全部用作基肥。氮肥為硝酸銨與硫酸銨，施氮量為120 kg/hm2，選用硝酸鉀與農用硫酸鉀作為鉀肥，施鉀量為264 kg/hm2。田間具體栽培管理措施參照當地優質煙葉生產技術標準。

1.3 測定內容及方法

在團棵期(移栽30 d)、旺長期(移栽60 d)、成熟期(移栽90 d)，采用便攜式葉綠素測定SPAD儀測定煙株SPAD值，每個處理隨機選取5株生長正常的煙株，每株分別測量從最上邊數第4張(代表上部葉)、第9張(代表下部葉)，每張煙葉測定基部、中部和頂部的相對葉綠素含量(SPAD值)，求平均值。在晴朗天氣的中午，采用美國產Li-6400便攜式光合系統測量儀測定光合作用各項指標，包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)。

1.4 數據處理

所有數據分析、作圖用Excel 2003和SPSS 19.0軟件完成。

2 結果與分析

2.1 煙株葉綠素相對含量

由表2可知，隨著生育期的推進，SPAD值總體變化趨勢為先逐漸升高后急劇降低。團棵期時，SPAD值在36.3～42.3，均高于對照組均值(34.0)，其中A1B3最大，A4B1最低且任意磷肥濃度處理下的SPAD值均表現為A1>A3>A2>A4。進入旺長期后，SPAD值達到最高峰。團稞期和旺長期時，在任意磷肥濃度下施用過磷酸鈣后的SPAD值明顯優于其他組；進入成熟期后，各組SPAD值迅速下降，其中施用過磷酸鈣組在各濃度條件下的SPAD值均低于其他磷肥組。成熟期，各組SPAD值迅速下降，含量大體表現為A2>A3>A4>A1。這是由于隨著葉片成熟，煙葉內葉綠素迅速分解，含量隨之減少。同時，施磷組的SPAD值明顯低于不施磷的對照組均值(26.8)。A1組下降幅度最大，組內不同濃度間分別下降22.7、23.6、26.1，說明A1組處理內煙株成熟速度最快。

表2 不同處理對煙株SPAD值影響

注：移栽后30、60、90 d的CK的SPAD值分別為34.0、37.4、26.8。

磷肥類型一致時，團棵期A1、A4組內SPAD值隨著施磷量增加而上升，A2、A3組呈現“B2>B3>B1”的規律；旺長期各組內均表現為高磷大于低磷；成熟期A1、A4組表現為B1>B3>B2，A2、A3組表現為B1>B2>B3。說明適當增加磷肥用量，可加速葉綠素的分解，促使煙葉成熟。

2.2 煙株光合特性參數

2.2.1 煙株葉片凈光合速率 由表3可知，隨著煙株生育期的推進，凈光合速率呈逐漸下降的趨勢。從團棵期進入旺長期凈光合速率僅略微下降，進入成熟期降低幅度加大，這與SPAD值變化有較小差異。相同適宜磷濃度條件下，團棵期與旺長期均為A4>A1>A3>A2，組間差異明顯；成熟期大體為A1>A4>A3>A2。總體而言，A1和A4組內的凈光合速率較高，煙株在施用這2種磷肥時光合積累最多。

表3 不同處理對煙株葉片凈光合速率的影響

注：移栽后30、60、90 d CK的凈光合速率分別為18.04、16.23、10.56 μmol/(m2·s)。

同一磷肥類型條件下，團棵期(除A4組外)不同濃度間凈光合速率均為B2>B3>B1。旺長期時，A1、A2、A3磷濃度和Pn關系與前期表現一致，說明A1、A2、A3組在B2濃度下光合積累能力最強。團棵期和旺長期時，A4組則隨著施磷量增加，煙葉光合積累能力逐漸上升，在B3時最高；進入成熟期后，A4組隨磷濃度增加也表現出先增后減的趨勢，在B2時最高。說明隨著煙葉的成熟，煙葉內含物逐漸被分解，葉綠素含量急劇下降，煙葉凈光合速率隨之下降，但濃度間下降差異不明顯。

2.2.2 煙株葉片蒸騰速率 由表4可知，各處理間蒸騰速率(Tr)均呈現先升高后降低的規律。團棵期，高磷Tr大于低磷，中磷最佳，其中A4組平均值最高，為 4.93 mmol/(m2·s)，A2組平均值最低，為 3.83 mmol/(m2·s)。進入旺長期后，煙株對礦物質需求加大，加之試驗地氣溫明顯升高，煙株為避免高溫灼傷，蒸騰作用加強，其中施用過磷酸鈣的A1組煙葉長勢好，開片快，Tr較高，平均值為9.03 mmol/(m2·s)，施用鈣鎂磷肥的A3組Tr最高，平均達9.14 mmol/(m2·s)，這可能與此組田間移栽位置有關，A3組種植于試驗田最南邊，旁邊無遮擋物，通風性最好，蒸騰速率高。成熟期由于煙葉新陳代謝速率降低，營養需求減弱，蒸騰速率有所下降，4組成熟期Tr均表現為高磷>中磷>低磷；對照組由于進入成熟期較慢，Tr水平仍較高。總體而言，不同磷肥施用量與蒸騰速率間無明顯相關規律，但不同磷肥種類下Tr表現差異明顯，其中以施用過磷酸鈣和鈣鎂磷肥Tr最高。

表4 不同處理對煙株葉片蒸騰速率的影響

注：移栽后30、60、90 d的CK的蒸騰速率分別為3.04、6.21、5.87 mmol/(m2·s)。

2.2.3 煙株葉片氣孔導度 由表5可知，氣孔導度在各生育期變化不大，略微呈現先升高后降低的規律。團棵期Gs略小，可能是因為此時葉齡較低，開片未完全，氣孔打開程度受限，各組內隨施磷量增加，氣孔導度逐漸提高，說明前期足量的磷營養有利于煙葉氣孔的打開。進入旺長期后，各處理Gs明顯上升，有利于充分吸收養分，加強光合產物的同化；同時在同一施磷量下，A2組氣孔導度遠低于其他組，說明磷酸一銨在各生育期中對氣孔導度的影響較小。成熟期后，盡管光合速率有所降低，但由于成熟階段外界氣溫過高，蒸騰作用仍處于較高水平，對CO2的吸收維持在相似水平，以致氣孔導度較旺長期下降不明顯。A3組由于種植位置優勢，旺長期后Gs均維持在較高水平。總體而言，不同磷肥類型Gs表現為A4>A1>A3>A2。磷肥類型相同時，隨著施磷量增加，氣孔導度有所提高。

表5 不同處理對煙株葉片氣孔導度的影響

注：移栽后30、60、90 d CK的氣孔導度分別為0.19、0.27、0.25 mol/(m2·s)。

2.2.4 煙株葉片胞間CO2濃度 由表6可知，團棵期不同磷肥類型間Ci表現出隨施磷量增加而增加的趨勢。旺長期與團棵期類似，在中磷條件下，A1、A3組Ci值較大。進入成熟期后，Ci值均大幅下降。

團棵期A1、A2、A3組Ci值隨施磷量增加而上升，A4組先增后降，在B2時Ci值最大。旺長期Ci值處于266.28～412.52 μL/L，最高/最低達1.55倍；除A2B3外，其余所有處理較團棵期均有所升高；A1、A3組內變化規律和團棵期一致，而A2組B1最高，B3最低，A4組B1最高，B2最低。說明當用過磷酸鈣和鈣鎂磷作磷肥來源時，提高施磷量有利于增加煙葉Ci值，增強光合能力。進入成熟期Ci值均有所下降，但中磷處理下降幅度相對較小。說明適宜的磷肥用量能延緩成熟期煙葉Ci值的降低，保證光合底物的提供。

表6 不同處理對煙株葉片胞間CO2濃度的影響

注：移栽后30、60、90 d CK的胞間CO2濃度分別為240.24、274.11、201.69 μL/L。

3 討論

3.1 施磷對烤煙葉綠素相對含量的影響

烤煙葉綠素參與煙株光合作用，將太陽能轉化成化學能貯藏在有機化合物中，其SPDA值能在一定程度上反映煙葉進行光合能力。試驗中葉綠素含量變化呈單峰曲線，旺長期達到最大值，成熟期迅速降低，這與煙株生長狀況是一致的。高守疆等根據煙草葉片缺磷時光呼吸大大增強以及其他試驗結果發現，光呼吸有回補葉綠體進行光合作用所需的磷的作用[15]，此理論在本研究中得到證實。陳國林在水稻研究中也存在類似結論，各磷肥類型中均為高磷>低磷，說明低磷下葉片光合作用減弱[16]。生長早期施用過磷酸鈣，SPAD值較高，成熟期較低，這在一定程度上反映了施用該種磷肥有利于煙株正常落黃。而施用磷酸二銨時，旺長期之前葉綠素含量較低，后期相對較高，是因為此組煙株補施過量鉀肥，貪青現象嚴重，進入成熟期較晚。

3.2 施磷對烤煙光合特性指標的影響

試驗結果顯示，凈光合速率在移栽后30 d達最大值，此后逐漸下降。這可能與煙株前期生長降水充足、肥料見效快導致前期光合產物積累迅速有關。除施用混合磷肥外，其余各組均為中磷>高磷>低磷，與郭東海之前關于磷脅迫對烤煙生長影響結論[17]一致。施用磷酸一銨組生長后期感染花葉病毒，發病率高，使得成熟期組內各光合參數明顯偏低。Crafts-Brandner等關于磷營養對于光合作用的影響研究指出，普通煙草栽培種G28和KY14葉片光合強度隨磷水平的提高而提高[18]。隨著煙葉的成熟，煙葉內含物逐漸被分解，葉綠素含量急劇降低，煙葉凈光合速率等指標隨之下降。當施磷水平一定時，各處理表現出隨生育期推進，煙葉光合作用先增強后減弱，這與崔志燕等對施磷水平對煙葉光合特性影響的試驗結論[19]基本一致。說明在適宜范圍內施磷肥，可顯著增強煙葉光合性能。與此結論相似，本試驗中所有肥料類型中高磷處理光合強度均大于低磷。施用鈣鎂磷肥葉片的蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度均明顯高于其他磷肥類型，且各參數隨施磷量的增加而增加。

4 結論

研究表明，湘煙5號在類似本試驗土壤環境條件下，隨著生育期的推進，SPAD值、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)總體呈現出先逐漸升高后急劇降低的趨勢，其中氣孔導度變化差異小。團稞期和旺長期時，在任意磷肥濃度下施用過磷酸鈣后的SPAD值明顯優于其他組；進入成熟期后，各組SPAD值迅速下降，其中施用過磷酸鈣組在各濃度條件下的SPAD值均低于其他磷肥組。隨煙株生育期的推進，各磷肥類型組的凈光合速率在任意濃度條件下均呈現出逐漸下降趨勢，進入成熟期后下降尤為明顯。施用混合磷肥有利于提高凈光合速率，在適磷量時達到最高。不同磷肥施用量與蒸騰速率間無明顯相關規律，但不同磷肥種類下蒸騰速率差異明顯，其中以施用過磷酸鈣和鈣鎂磷肥Tr最高。磷酸一銨在各生育期中對氣孔導度的影響較小；磷肥類型相同時，隨著施磷量增加，氣孔導度有所提高。不同磷肥類型間，胞間CO2濃度表現出隨施磷量增加而增加的趨勢，當用過磷酸鈣和鈣鎂磷肥作磷肥來源時，提高施磷量有利于增加煙葉Ci值，增強光合能力。

綜上所述，種植時以施用過磷酸鈣108 kg/hm2、50%過磷酸鈣+50%鈣鎂磷肥(108～144 kg/hm2)對提高煙葉質量效果最佳，有利于提高煙葉的光合強度，加速光合同化產物的積累。

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