秸稈和紫云英覆蓋還田對(duì)玉米光合生理特性的影響

成 欣，王一帆，劉幫艷，戴伊莎，何 鮮，廖洪波，武海燕，吳進(jìn)紅，李 茜，王龍昌

(1.西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南方山地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心，重慶 400716；2.重慶市質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化研究院，重慶 400023；3.云陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會(huì)，重慶 404500)

西南山地丘陵地區(qū)是我國(guó)玉米的第三大產(chǎn)區(qū)，播種面積和總產(chǎn)量約占全國(guó)的14.1%和11.4%，玉米是該區(qū)域重要糧飼作物[1]。在作物的栽培種植過(guò)程中，伴隨著大量秸稈的產(chǎn)生，據(jù)報(bào)道中國(guó)秸稈年產(chǎn)生量近10×108t，綜合利用率雖約為80%，但仍有約2×108t的秸稈沒(méi)有被利用[2]，且農(nóng)業(yè)面源污染也是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的較為嚴(yán)重的問(wèn)題，在2015年農(nóng)業(yè)部就發(fā)布了《農(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見(jiàn)》和《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》[3]，將農(nóng)業(yè)面源污染防治工作上升到具體實(shí)踐活動(dòng)中。而在玉米栽培種植過(guò)程中要求減少化肥的使用量卻不降低產(chǎn)量，就需要相應(yīng)的減氮替代措施。秸稈覆蓋是一種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將農(nóng)業(yè)廢棄物再利用的栽培措施；豆科紫云英還田由于形成了與根瘤菌的共生體系在農(nóng)田中起到固氮的作用，因而近年來(lái)種植豆科綠肥作為減氮替代措施被逐漸推廣。但秸稈、豆科綠肥因其各自相對(duì)固定的碳氮組成成分，單獨(dú)還田具有一些局限性，有研究表明高C/N比秸稈還田往往引起短期內(nèi)土壤有效氮含量下降；新鮮豆科綠肥還田易引起“激發(fā)效應(yīng)”，影響土壤原有機(jī)質(zhì)分解，不利于土壤碳儲(chǔ)存[4-5]；Pramanik等[6]認(rèn)為，將豆科與非豆科作物殘茬配合還田可提高有機(jī)質(zhì)的礦化速率；夏志敏等[7]研究發(fā)現(xiàn)，將禾本科秸稈和豆科秸稈配合應(yīng)用促進(jìn)了秸稈碳和土壤氮的礦化。所以將秸稈與豆科紫云英結(jié)合還田能更好發(fā)揮各自養(yǎng)分的釋放特性，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色可持續(xù)發(fā)展。西南農(nóng)業(yè)種植區(qū)多為山地丘陵地形，該區(qū)作物復(fù)種指數(shù)較高，“旱三熟”這種分廂套作多熟的農(nóng)作制度在該區(qū)內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用[8]。故針對(duì)尚有大量秸稈未被合理利用、探索農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的“減氮而不減產(chǎn)”的“替氮”栽培措施等，在西南丘陵“旱三熟”種植制度下研究和推廣秸稈覆蓋結(jié)合紫云英還田措施，有著現(xiàn)實(shí)的必要性和巨大的潛力。

玉米產(chǎn)量主要取決于生育后期光合作用產(chǎn)物的積累情況[9]，有研究表明作物產(chǎn)量效應(yīng)的90%以上都來(lái)自于其綠色部分的光合作用[10]。作物的光合生理特性是指作物的光合作用及其相關(guān)的生理特征對(duì)于環(huán)境的綜合適應(yīng)機(jī)制[11]，而生物覆蓋重要的農(nóng)田生態(tài)功能即是改變作物光合生理特性從而促進(jìn)作物光合產(chǎn)物的積累[12]。生物覆蓋對(duì)作物光合參數(shù)以及光合能力的影響在一定范圍內(nèi)表現(xiàn)為正效應(yīng)。趙霞等[13]研究發(fā)現(xiàn)，不同麥茬覆蓋處理下玉米的群體葉面積指數(shù)及凈光合速率等都較對(duì)照有所提高；Yang等[14]研究表明，秸稈覆蓋提高了冬小麥功能葉的凈光合速率(Pn)；魏永霞等[15]研究表明，與對(duì)照相比，大豆功能葉片的凈光合速率、生物產(chǎn)量在秸稈覆蓋條件下有顯著提高；白偉等[16]研究表明，施用氮肥條件下的秸稈還田措施能夠提高玉米葉面積、光合色素含量以及光合能力。此外，生物覆蓋的方式還可以提高作物的氣孔導(dǎo)度(Gs)、光合酶和保護(hù)酶活性以及可溶蛋白含量等[17-18]。而生物覆蓋下，光合能力均有不同程度的提高，光合日變化呈“單峰曲線”[19]或“雙峰曲線”[20]。

前人關(guān)于秸稈還田對(duì)作物光合生理的影響研究多集中在僅單一的秸稈還田或秸稈還田配施化肥的基礎(chǔ)上，同時(shí)在栽培中關(guān)于紫云英的應(yīng)用研究多集中在南方水稻田或者紫云英與其他作物間作的基礎(chǔ)上，因此本研究在西南山地丘陵地區(qū)設(shè)置了秸稈與豆科綠肥紫云英結(jié)合還田的方式，通過(guò)探究秸稈、綠肥還田下的玉米光合生理響應(yīng)規(guī)律，為推進(jìn)西南山地丘陵地區(qū)秸稈的資源化和綠肥高效化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)(29°51′N(xiāo)、106°27′E)，海拔244 m，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候。年均太陽(yáng)總輻射量87 108 kJ·cm-2，年均總?cè)照諘r(shí)數(shù)1 276.7 h，多年平均氣溫18℃，≥10℃積溫5 979.5℃，夏季最高氣溫達(dá)40℃左右，無(wú)霜期達(dá)359 d，多年平均降水量1 133.7 mm，春、夏、秋、冬降水量分別為全年的25.5%、41.4%、27.9%、5.5%，年蒸發(fā)量1 181.1 mm，伏旱發(fā)生頻率達(dá)93%。試驗(yàn)地土壤為旱地紫色土，坡度較緩，地力相對(duì)均勻。

1.2 試驗(yàn)設(shè)置

2019年3月—2019年7月，以“小麥/玉米/大豆”旱三熟種植模式中的玉米為研究對(duì)象設(shè)置田間試驗(yàn)，共設(shè)6個(gè)處理(表1)。本試驗(yàn)中，秸稈和紫云英的還田方式為覆蓋還田，還田的秸稈為玉米秸稈，玉米秸稈于玉米苗移栽前覆蓋，紫云英于3月中旬紫云英盛花期覆蓋(在2018年11月中旬播種，2019年3月中旬盛花期收獲)。試驗(yàn)地采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)的面積為8.0 m×4.0 m=32 m2，均分四廂共8個(gè)條帶，每一條帶寬1 m、長(zhǎng)4 m，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)。參試作物玉米品種為‘渝單3號(hào)’，玉米種植方式采用育苗移栽種植，于3月下旬進(jìn)行移栽，每條帶2行，每行10穴，每穴2株，穴距40 cm，7月上旬收獲。各處理均施用復(fù)合肥(含N15%、P2O515%、K2O 15%)750 kg·hm-2、尿素150 kg·hm-2，在玉米移栽時(shí)穴施作為基施。其他田間管理措施同常規(guī)管理。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 光合日變化的測(cè)定 選取在玉米乳熟期內(nèi)晴朗無(wú)云的天氣進(jìn)行玉米葉片光合日變化測(cè)定。采用LI-6400光合儀測(cè)定玉米穗位葉片的凈光合速率[net photosynthetic rate (Pn),μmol·m-2·s-1]、氣孔導(dǎo)度[stomatal conductance(Gs),μmol·m-2·s-1]、蒸騰速率[transpiration rate (Tr),μmol·m-2·s-1]和胞間CO2濃度[intercellular CO2concentration (Ci),μmol·mol-1]，于8∶30—18∶30內(nèi)每2 h測(cè)定一次各參數(shù)。每小區(qū)測(cè)定5株。

1.3.2 光合-光響應(yīng)曲線測(cè)定 選取玉米乳熟期內(nèi)晴朗無(wú)云的天氣進(jìn)行光響應(yīng)測(cè)定。采用LI-6400光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定玉米穗位葉光響應(yīng)曲線。測(cè)定時(shí)采用LI-6400紅藍(lán)光源葉室，設(shè)定溫度為27.5 ℃，CO2濃度為400 μmol·mol-1，相對(duì)濕度為60%～70%，光合有效輻射(PAR)梯度為0、20、50、100、200、400、600、800、1 000、1 200、1 500、1 800、2 000 μmol·m-2·s-1。測(cè)得數(shù)據(jù)后，利用SPSS軟件，選取非直角雙曲線模型對(duì)植物的光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，并估算植物光響應(yīng)特征參數(shù)，根據(jù)所擬合的光響應(yīng)曲線得出光補(bǔ)償點(diǎn)(light conpensation point，LCP,μmol·m-2·s-1)、光飽和點(diǎn)(light sturation point，LSP,μmol·m-2·s-1)、最大凈光合速率(maximumnet photosynthetic rate，Pnmax,μmol·m-2·s-1)、暗呼吸速率(dark respiration rateRd,μmol·m-2·s-1)

等參數(shù)指標(biāo)，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較分析，光響應(yīng)曲線的擬合公式為：

式中，Pn為凈光合速率(μmol·m-2·s-1)；α是表觀量子效率；I為光量子通量密度(μmol·m-2·s-1)；Pnmax為最大凈光合速率(μmol·m-2·s-1)；Rd是植物的暗呼吸速(μmol·m-2·s-1)；θmax是非直角雙曲線的凸度(0<θmax<1)。

1.3.3 葉綠素含量及光合酶濃度的測(cè)定 于玉米乳熟期取新鮮的玉米穗位葉剪成細(xì)絲狀混勻，并稱取0.2 g裝入試管中，加入提取液(分析純丙酮∶無(wú)水乙醇=2∶1)充分搖勻后于避光條件下常溫下恒溫放置24 h，直至葉片完全變白，在紫外分光光度儀663 nm與645 nm波長(zhǎng)下分別測(cè)定吸光度值。而后通過(guò)公式計(jì)算出總?cè)~綠素含量、葉綠素a及葉綠素b的含量，計(jì)算公式如下：

Ca=12.1×OD663-2.59×OD645

Cb=22.9×OD645-4.68×OD663

CT=Ca+Cb

式中,Ca、Cb、CT分別是葉綠素a含量(mg·g-1)、葉綠素b含量(mg·g-1)和總?cè)~綠素含量(mg·g-1)，OD645、OD663是指在663 nm與645 nm波長(zhǎng)下的吸光度值[21]。

采用購(gòu)自江蘇博深生物科技有限公司的試劑盒測(cè)定玉米穗位葉片的1，5-核酮糖二磷酸羧化酶(Rubisco)和磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(PEPC)的活性，方法為酶聯(lián)免疫法(ELISA)，用酶標(biāo)儀在450 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度(OD值)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算樣品的Rubisco活性(U·L-1)和PEPC活性(U·L-1)。Rubisco的標(biāo)準(zhǔn)曲線酶活梯度分別為：0、5、10、20、40、80 U·L-1，PEPC的標(biāo)準(zhǔn)曲線的酶活梯度分別為：0、6、12、24、48、96 U·L-1。

1.3.4 玉米地上部分植株干物質(zhì)及葉面積的測(cè)定 在玉米乳熟期每個(gè)小區(qū)內(nèi)采集5株長(zhǎng)勢(shì)均一的玉米植株，將玉米地上部分穗和莖葉分開(kāi)，并將莖稈剪成長(zhǎng)約10 cm大小，置于105℃烘箱內(nèi)殺青30 min后于75℃下烘至恒重，用百分之一天平稱取植株各部分干物質(zhì)重(g)。

在每個(gè)小區(qū)取5片玉米穗位葉，測(cè)定葉面積，公式為：

LA=L×A×0.75

式中,LA為葉面積(cm2)，L為葉片最大長(zhǎng)度(cm)，A為葉片最大寬度(cm)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本研究選用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用SPSS 18.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析，顯著性檢驗(yàn)用LSD法，顯著水平P<0.05，Origin Pro 2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈和紫云英還田下的玉米穗位葉氣孔交換參數(shù)的變化

2.1.1 玉米穗位葉氣體交換參數(shù)的日變化特征 如圖1a、c可知，氣孔導(dǎo)度(Gs)和凈光合速率(Pn)都呈“雙峰”曲線變化，且各處理的變化趨勢(shì)基本趨于一致，在10∶30和14∶30左右各處理都出現(xiàn)了峰值，在14∶30左右出現(xiàn)峰值之后，各處理的Gs和Pn呈下降趨勢(shì)，其中各處理的Gs和Pn在上午10∶30的值最高；秸稈和紫云英覆蓋處理(HS+M、WS+M)的Gs和Pn都要高于CK處理，在10∶30左右時(shí)，WS處理的Gs和Pn較CK處理的增幅最大，分別為52.39%、39.47%，而HS+M與WS+M處理的Gs和Pn的日變化的整體差異不大。

各處理的胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)整體呈“單峰”曲線變化(圖1b、d)。覆蓋紫云英的處理(M、HS+M、WS+M)其Ci在上午10∶30左右達(dá)到最大值，而不覆蓋紫云英的處理(HS、WS、CK)卻在12∶30達(dá)到最大值；在10∶30左右，覆蓋紫云英的處理(M、HS+M、WS+M)的平均Ci為205.73 μmol·mol-1，不覆蓋紫云英的處理(HS、WS、CK)的平均Ci為153.07 μmol·mol-1，其中M處理的Ci較CK處理的增幅最大為37.80%；而在12∶30，各處理的平均Ci為178.41 μmol·mol-1，且處理間的Ci差異不大，其中以WS+M處理的值最高(圖1b)。Tr的日變化中(圖1d)，除HS處理在12:30達(dá)到了峰值，其余處理的Tr都在上午10∶30達(dá)到了峰值，就Tr的日變化整體來(lái)看，秸稈加紫云英覆蓋處理(HS+M、WS+M)的Tr高于CK處理，在10∶30，各處理中WS+M處理的Tr最高，且較CK處理增加了13.29%，其中WS+M處理較WS處理增加9.79%、HS+M處理較HS處理增加34.51%，而WS+M與HS+M處理之間差異不大。

以上結(jié)果說(shuō)明，秸稈、紫云英覆蓋還田相較于無(wú)覆蓋可提高玉米的光合作用，但在覆蓋還田處理中，全量秸稈加紫云英覆蓋處理對(duì)Gs和Pn的影響不大，而對(duì)Tr的影響較大。

2.1.2 玉米穗位葉片的光合參數(shù)日變化均值 由表2可以看出，在玉米吐絲期，凈光合速率(Pn)表現(xiàn)為：HS+M>WS+M>WS>M>HS>CK，HS+M、WS+M、WS、M、HS處理分別較CK處理顯著增加(P<0.05)33.44%、28.61%、27.32%、21.23%、11.67%，其中以HS+M處理的增幅最大；氣孔導(dǎo)度(Gs)表現(xiàn)為：HS+M>WS+M>M>WS>HS>CK，并且覆蓋紫云英處理HS+M、WS+M、M處理分別較CK處理顯著高出60.81%、49.63%、33.54%，而未覆蓋紫云英處理HS、WS與無(wú)覆蓋CK處理差異不顯著；胞間二氧化碳濃度(Ci)表現(xiàn)為：M>HS+M>HS>WS+M>WS>CK，其中覆蓋紫云英處理(M)的Ci與CK處理之間差異顯著，其他處理雖高于CK處理但差異不顯著；蒸騰速率(Tr)表現(xiàn)為：HS+M>M>HS>WS+M>WS>CK，并且除WS處理外，HS+M、M、HS、WS+M處理分別較CK處理顯著增加(P<0.05)33.36%、32.03%、21.87%、20.92%。就所有的光合氣體交換參數(shù)來(lái)看，在各處理中，HS+M處理的值最高，其次為WS+M處理，且二者差異不顯著。

表2 不同處理下的對(duì)玉米氣體交換參數(shù)的影響

2.2 秸稈和紫云英還田對(duì)玉米光響應(yīng)曲線的影響

2.2.1 光響應(yīng)曲線的變化特征 不同秸稈覆蓋處理下乳熟期玉米穗位葉的光響應(yīng)曲線變化特征如圖2所示。可以看出，最大凈光合速率表現(xiàn)為：WS+M>HS+M>HS>M>WS>CK；各處理在光合有效輻射(PAR)小于400 μmol·m-2·s-1時(shí)，光響應(yīng)曲線上升較快且基本重合，說(shuō)明在弱光照條件下，各處理光合能力均差異不大；各處理凈光合速率在光合有效輻射400～800 μmol·m-2·s-1時(shí)繼續(xù)上升，其中WS+M處理與CK處理的凈光合速率低于其他處理；隨著光合有效輻射的增加，各處理凈光合速率繼續(xù)上升，約在光合有效輻射1 000 μmol·m-2·s-1時(shí)，各處理凈光合速率上升較為平緩但出現(xiàn)差異，并且WS+M處理、HS+M處理曲線的值較高，CK處理的值最低，其他各處理曲線基本重合；當(dāng)光合有效輻射大于1 600 μmol·m-2·s-1時(shí)，各處理曲線變化更加平緩，并且仍維持此前的差異，說(shuō)明各處理凈光合基本達(dá)到光飽和點(diǎn)。總之，各覆蓋處理凈光合速率在PAR大于1 000 μmol·m-2·s-1之后，均高于CK處理，其中WS+M處理效果最好。

2.2.2 光響應(yīng)模擬參數(shù) 利用非直角雙曲線模型擬合出光響應(yīng)曲線并計(jì)算其特征參數(shù)如表3所示。可以看出，各處理光響應(yīng)曲線擬合決定系數(shù)(R2)均大于0.99，而對(duì)比發(fā)現(xiàn)各擬合值與實(shí)測(cè)值較接近，說(shuō)明擬合結(jié)果較好；不同處理下玉米表觀量子效率較為接近，說(shuō)明各處理光能利用效率相近；而最大凈光合速率(Pnmax)表現(xiàn)為：WS+M>HS+M>HS>M>WS>CK，表明各覆蓋處理最大光合利用效率均高于CK處理；光飽和點(diǎn)(LSP)表現(xiàn)為：WS+M>HS+M>WS>HS>M>CK，與最大凈光合速率規(guī)律相似，且與實(shí)測(cè)值較為接近；各覆蓋處理光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、暗呼吸速率(Rd)均較為接近且高于CK處理。說(shuō)明秸稈和紫云英覆蓋可提升玉米光合能力，這有利于光合產(chǎn)物的積累以及最終籽粒產(chǎn)量的形成。

表3 光響應(yīng)模擬參數(shù)

2.3 秸稈和紫云英還田對(duì)光合生理指標(biāo)的影響

2.3.1 1,5-二磷酸核酮糖羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化活性 1，5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)作為作物光合作用過(guò)程中最為關(guān)鍵的光合酶類，其酶濃度的高低直接影響著光合效率。Rubisco和PEPC的活性在各處理間的變化趨勢(shì)如圖3所示，可以看出，不同處理下兩種活性均表現(xiàn)為：WS+M>HS+M>M>WS>HS>CK，秸稈、紫云英覆蓋覆蓋處理(HS、WS、M、HS+M、WS+M)的Rubisco和PEPC活性均顯著(P<0.05)高于CK處理。

WS+M、HS+M、M、WS、HS處理的Rubisco的活性中，WS+M、HS+M處理較CK處理的增幅最大，分別增加1.12、1.01倍，所有處理中WS+M處理的Rubisco活性最高，且較WS、M處理分別增加37.84%、21.77%，同時(shí)WS處理較HS處理顯著增加了27.73%。各處理之間PEPC的活性差異顯著，其中也以WS+M、HS+M處理較CK處理的增幅最大，分別較CK處理顯著增加了1.59倍和1.14倍，添加紫云英的處理其PEPC的活性顯著高于不添加紫云英的處理，其中WS+M處理較M和WS分別顯著增加了86.65%、94.88%，且WS較HS顯著增加了13.62%。

以上結(jié)果說(shuō)明，秸稈、紫云英覆蓋可提高Rubisco和PEPC的活性，其活性隨著秸稈覆蓋量的增加而提高，并且秸稈與紫云英結(jié)合覆蓋的Rubisco和PEPC的活性要高于僅秸稈和僅紫云英覆蓋的處理。

2.3.2 玉米穗位葉片葉綠素含量 玉米葉片葉綠素含量的變化如圖4所示。可以看出，葉綠素a的含量表現(xiàn)為：WS>WS+M>HS+M>HS>M>CK，其中WS+M和WS處理的葉綠素a含量高于其他處理，較CK處理的增幅最大，分別顯著增加了19.2%、17.99%，而M處理與CK處理的葉綠素a含量差異不顯著；葉綠素b的含量在各處理間表現(xiàn)為：WS+M>WS>HS+M>M>CK>HS，WS+M、WS、HS+M處理葉綠素b含量分別較CK處理顯著增加25.63%、22.31%、20.35%，而葉綠素b含量在HS、M、CK處理之間差異不顯著；總?cè)~綠素的含量在各處理間的表現(xiàn)為：WS+M>WS>HS+M>HS>M>CK，其中 WS+M、WS、 HS+M處理的值分別較CK處理顯著增加20.35%、20.13%、18.93%。說(shuō)明秸稈和紫云英覆蓋能夠提高玉米葉片葉綠素含量，且葉綠素含量隨著秸稈覆蓋量的增加而增加，而僅紫云英覆蓋處理與不覆蓋相比，該處理的葉綠素含量差異不大，總體來(lái)看，秸稈與紫云英結(jié)合覆蓋還田處理的葉綠素含量高于秸稈覆蓋、紫云英覆蓋。

2.4 秸稈和紫云英還田對(duì)玉米葉面積和地上部分干物質(zhì)量的影響

玉米地上部分葉面積和干物質(zhì)量如表4所示。葉是玉米進(jìn)行光合作用的重要器官，葉面積的大小與葉片捕光能力密切相關(guān)，干物質(zhì)是玉米光合作用的產(chǎn)物，是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。各處理下的玉米穗位葉葉面積表現(xiàn)為：WS+M>WS>M>HS+M>HS>CK，且除HS處理外，覆蓋處理均與CK處理存在顯著差異(P<0.05)，其中WS+M、WS、M、HS+M各處理的葉面積分別較CK處理顯著增加16.40%、15.18%、9.56%、8.85%；玉米莖+葉干物質(zhì)量表現(xiàn)為：WS+M>HS+M>M>WS>HS>CK，而玉米穗干物質(zhì)量表現(xiàn)為：HS+M>WS+M>WS>M>HS>CK，玉米地上部分單株干物質(zhì)量表現(xiàn)為：WS+M>HS+M>M>WS>HS>CK，WS+M、HS+M、M、WS、HS處理分別較CK處理顯著增加(P<0.05)46.32%、38.09%、26.66%、21.88%、19.83%，其中以WS+M處理的增幅最大。說(shuō)明秸稈、紫云英覆蓋處理可增加乳熟期玉米穗位葉面積和地上部分干物積累量，且葉面積和地上部分干物質(zhì)量隨秸稈覆蓋量的增加而增加，其中全量秸稈覆蓋加紫云英覆蓋處理(WS+M)具有更大的增產(chǎn)潛力。

表4 不同處理下的玉米葉面積和地上部分干物質(zhì)量

2.5 玉米光合指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表5可以看出，氣體交換參數(shù)和葉片生理指標(biāo)間都呈正相關(guān)關(guān)系。葉面積與氣體交換參數(shù)、葉片生理指標(biāo)間具有較高的相關(guān)性，Rubisco活性與氣體交換參數(shù)的相關(guān)性高于PEPC與氣體交換參數(shù)的相關(guān)性，凈光合速率Pn與Gs和Tr具有較高的相關(guān)性。

表5 玉米光合指標(biāo)相關(guān)性分析

3 討 論

植物的光合作用能力受植物內(nèi)在因素和外界環(huán)境因素等多重因素的影響，植物的內(nèi)在因素包括植物的光合酶活性、葉綠素含量等，外在因素包括大氣溫度、光合有效輻射強(qiáng)度、水分脅迫等。目前關(guān)于秸稈和綠肥還田對(duì)于作物光合作用影響的解釋主要為：秸稈和綠肥還田可培肥地力，改善土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)及向地上部分供給所需的養(yǎng)分，促進(jìn)植物的健壯生長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)植物光合能力起到正效應(yīng)[22-23]。易腐解的植物殘?bào)w在腐解過(guò)程中會(huì)釋放出CO2，從而增加光合作用的原料CO2的含量，進(jìn)而提升作物光合能力[24]。王健波等[25]研究認(rèn)為，小麥功能葉的凈光合效率在免耕覆蓋下得到了顯著提升；唐海明等[26]研究發(fā)現(xiàn)，晚稻的凈光合速率、總光能利用率在覆蓋條件下得到了增加；張向前等[23]研究認(rèn)為，玉米的光合特性在不同間作方式和秸稈覆蓋方式下均有所改善，但隨著秸稈覆蓋量的增加，改善的效果卻呈降低趨勢(shì)。程會(huì)丹等[27]的研究表明,在減施化肥的條件下長(zhǎng)期翻壓紫云英不僅能增加土壤活性氮含量，同時(shí)有利于提高土壤氮素可利用性；高菊生等[28]的研究也表明了綠肥和稻草聯(lián)合還田可以穩(wěn)定土壤氮素的供應(yīng)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著秸稈覆蓋量的增加，玉米乳熟期的光合特性均有不同程度的改善，該結(jié)果與張向前等的研究結(jié)果有所差異，但覆蓋紫云英處理的氣孔交換參數(shù)值卻隨覆蓋量的增加而降低，這可能是由

于本試驗(yàn)中在秸稈覆蓋的基礎(chǔ)上添加了豆科綠肥紫云英覆蓋。與秸稈相比，紫云英更易分解且含氮量較高，能穩(wěn)定玉米生長(zhǎng)過(guò)程中的氮素供應(yīng)，促進(jìn)玉米根部對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而促進(jìn)地上部分的生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明，秸稈覆蓋后的腐解速率表現(xiàn)為前期快、后期逐漸變慢的特征[29]，土壤微生物量和酶活表現(xiàn)為前期迅速增加、中期急劇減少、后期緩慢減少的特性[30]，本研究中的光合氣孔交換參數(shù)的測(cè)定時(shí)間是在玉米的生育后期，該時(shí)期玉米秸稈腐解得較慢，養(yǎng)分供應(yīng)的效果不明顯。從胞間二氧化碳的濃度日變化曲線來(lái)看，覆蓋紫云英的處理達(dá)到峰值的時(shí)間也要早于未覆蓋紫云英的處理，本研究中玉米的光合速率也并未隨著秸稈覆蓋量的增加而提高，這可能與秸稈和綠肥的養(yǎng)分釋放特性以及玉米生育后期對(duì)氮素的需求有關(guān)。此外，方彥杰[31]的研究表明，覆蓋處理下玉米的凈光合速率日變化呈“單峰”型曲線，但本試驗(yàn)中玉米凈光合速率在12∶30左右有明顯的“光合午休”現(xiàn)象。這是因?yàn)樵囼?yàn)所在地夏季中午前后時(shí)段溫度極高，水分蒸發(fā)量較大，為減少作物體內(nèi)水分的過(guò)多蒸發(fā)散失，故作物關(guān)閉氣孔進(jìn)行“午休”，而下午氣溫有所下降，凈光合速率提高，呈現(xiàn)第二個(gè)峰值；氣孔導(dǎo)度的日變化趨勢(shì)也呈現(xiàn)出了“雙峰”型曲線，其整體變化與凈光合速率相同。相關(guān)性分析結(jié)果表明，凈光合速率(Pn)與氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)的相關(guān)性最高，進(jìn)一步說(shuō)明凈光合速率“午休”現(xiàn)象與氣孔開(kāi)張度和蒸騰速率密切相關(guān)[32]。

影響作物光合能力的因素可分為氣孔因素和非氣孔因素[33]。養(yǎng)分的合理供應(yīng)影響了根系獲取養(yǎng)分的面積，進(jìn)而影響地上部分的形態(tài)建成[34]，地上部分的形態(tài)指標(biāo)如葉面積和內(nèi)部生理指標(biāo)又會(huì)影響光合能力[35]。通過(guò)本研究中的相關(guān)性分析來(lái)看，雖然葉面積和Rubisco活性與凈光合速率的相關(guān)性并不顯著，但是葉面積與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率以及總?cè)~綠素含量之間呈顯著正相關(guān)，Rubisco活性與胞間二氧化碳濃度、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率之間也呈顯著正相關(guān)，所以葉面積和光合酶通過(guò)影響氣孔交換參數(shù)而影響玉米光合能力。本研究中的其他生理指標(biāo)以全量秸稈加紫云英覆蓋(WS+M)的效果最好，主要是因?yàn)榻斩捈幼显朴⒏采w起到培肥地力的作用，本研究中WS+M處理向玉米田中投入的物料要大于HS+M以及M處理，有研究表明秸稈增大微生物活性[36-37]，促進(jìn)蠶豆根系生長(zhǎng)[38]，同時(shí)秸稈覆蓋改變土壤碳組分，增加土壤的有機(jī)碳含量，有助于土壤碳氮比的提高[39-41]，進(jìn)而促進(jìn)土壤養(yǎng)分向玉米地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)、吸收利用，最終促進(jìn)地上部分生長(zhǎng)發(fā)育。干物質(zhì)代表著作物對(duì)光合作用產(chǎn)物積累的最高形式，干物質(zhì)的多少則代表了作物對(duì)光合產(chǎn)物的積累程度[42]。在各處理中，以全量秸稈加紫云英覆蓋(WS+M)的玉米地上部分干物質(zhì)積累量最多；雖然半量秸稈加紫云英覆蓋(HS+M)對(duì)于改善玉米氣孔交換參數(shù)的效果更好，但是通過(guò)本研究的相關(guān)性分析表明氣孔因素受到非氣孔因素的影響，如葉面積、光合相關(guān)酶含量、地上部分干物質(zhì)積累量這些指標(biāo)都表現(xiàn)WS+M處理的值更高。綜合來(lái)看，在本研究的各處理中以全量秸稈覆蓋加紫云英覆蓋更有利于提高玉米的光合能力，這為增加干物質(zhì)積累、提高玉米產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

玉米秸稈和紫云英覆蓋還田可明顯提高玉米的光合作用能力，葉片的光合氣體交換參數(shù)與葉片生理指標(biāo)間呈正相關(guān)關(guān)系。光響應(yīng)曲線中的最大凈光合速率表現(xiàn)為：WS+M>HS+M>HS>M>WS>CK；秸稈與紫云英結(jié)合覆蓋還田較其各自單獨(dú)覆蓋還田更有利于改善玉米葉片的生理特性；Rubisco和PEPC的活性、葉綠素含量都隨著秸稈覆蓋數(shù)量的增加而增加；秸稈、紫云英還田處理可顯著增加葉面積和玉米地上部分干物積累量，所有處理中，全量秸稈加紫云英覆蓋處理(WS+M)具有更大的增產(chǎn)潛力。