不同施肥處理對茶苗葉綠素熒光參數及其生長的影響

石秋梅，尹傳華*，陳家煒，陳永安

(1.武夷學院 茶與食品學院，福建 武夷山 354300;2.福建省三明市尤溪縣農村環保能源站，福建 尤溪 365100）

光合作用是作物生長和品質形成的基礎。植物對養分的吸收、利用與其光合系統密切相關，N、P 和K以及微量元素等營養物質的失衡都會影響植物的光合作用[1]。早期大量研究表明，葉片的光合特性，尤其是葉綠素含量，能較好地反應作物養分狀況尤其是氮素水平，葉綠素儀以其快速診斷氮素營養狀況，已廣泛應用于小麥、玉米、馬鈴薯、黃瓜、油菜、甘藍、蕹菜等作物氮素營養診斷[2-4]。

葉綠素熒光儀是WALZ 公司首席科學家、德國烏茲堡大學教授Ulrich Schreiber 于上世紀80 年代研制出的，葉綠素熒光技術被稱為研究植物光合作用快速、靈敏、無損傷的探針，葉綠素熒光信號包含與植物生長發育、病害損傷及脅迫程度密切相關的豐富光合信息。因此，葉綠素熒光技術常應用于植物非生物脅迫研究[5-6]。不少文獻報道了營養脅迫對作物葉綠素熒光參數影響[7-9]。對于茶樹這一重要經濟作物，在鋁[10]、氮素[11]及鎂素[12]等方面也有少量研究。

已有文獻報道主要是研究單質養分對茶樹葉綠素熒光參數的影響，而有關復合肥及不同肥料類型的研究比較缺乏，后者對生產實踐具有更直接的指導意義。本論文研究選用肉桂扦插茶苗為試驗材料，采用土壤盆栽法培養植株，設置高、中、低三個不同濃度梯度復合肥及生物有機肥處理，并以不施肥為對照，研究不同施肥方式對茶樹葉綠素熒光特性及生長的影響，通過分析葉綠素熒光參數對不同施肥處理的響應特性，探索葉綠素熒光技術在指導茶樹施肥中的應用潛力。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用材料為一年生扦插肉桂茶苗；復合肥的氮磷鉀25-8-15，總養分≥48%，不含氯元素;生物有機肥的氮磷鉀≥5%，有機質≥45%。

盆栽用土壤采挖于武夷學院野生松樹林林邊路旁的紅壤，將樹枝、落葉及大石塊挑選出，自然晾干備用。土壤理化指標如下：有機質含量12.17 g/kg，堿解氮31.5 mg/kg（堿解擴散法）,速效磷10.8 g/kg（0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法），速效鉀160 g/kg（NH4OAc 浸提-火焰光度法），土壤pH 值為5.12。

1.2 茶苗培養方法與試驗處理

土壤盆栽試驗于2019 年9 月在武夷學院茶與食品學院現代溫室內進行。培養塑料盆上部直徑30 cm，每盆裝風干土4 kg。試驗設置不施肥對照及6 個不同施肥處理：每盆分別添加復合肥0.4、0.8 和1.6 g，即0.1、0.2 和0.4 g/kg 的低、中和高三個不同濃度復合肥處理，分別以符號CF-0.1、CF-0.2 和CF-0.4 表示；每盆分別添加生物有機肥4、8 和16 g，即1、2 和4 g/kg的低、中和高三個不同濃度生物有機肥處理，分別以符號OF-1、OF-2 和OF-4 表示。每個處理六個重復，每盆為一個重復，每盆栽種3 株茶苗。處理60 和80 d后，用葉綠素熒光儀檢測芽下第2 完全展開葉的葉綠素熒光參數，并采摘一芽兩葉樣品，稱量其干、鮮重。

不同施肥處理盆栽肉桂置于現代溫室的苗床上培養，溫室內氣溫平均為27 ℃。試驗期間常規澆水管護，約每隔2 d 澆水1 次，每次澆水以澆透為準。光照為自然光。

1.3 葉綠素熒光參數的測定方法

采用PAM-2500 便攜式葉綠素熒光儀（德國WALZ）測定葉片的葉綠素熒光數值。測定時間為上午9:00—11:00 以及下午15:00—17:00 時間段，天氣晴朗時進行。測定位置為芽下第二完全展開葉。30 min 葉片遮光處理（暗適應）后，測定其最大光合量子產量（Fv/Fm），進行光照活化后，測定電子傳遞效率（ETR）、實際光合量子產量(Y(II))、光化學猝滅系數(qP 和qL)、非光化光系數猝滅參數(qN 和NPQ)、非調節性能量耗散的量子產量(Y(NO))、調節性能量耗散的量子產量(Y(NPQ))。

1.4 茶苗生長特性的觀測

移栽后每周觀察記錄茶苗生長發育狀況，培養處理60 d 后測量每個施肥處理茶苗株高，并計算平均值；培養處理80 d 后，采摘一芽兩葉樣品，稱量鮮重和干重，并計算每個處理平均每株茶苗一芽兩葉的干鮮重。

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel 2019 進行數據處理。采用SPASS 19.0 軟件進行不同施肥處理實驗的單因素方差分析（P<0.05），用最小顯著差異法（LSD）比較各處理間平均值差異顯著性，結果以“平均數±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對茶苗葉片Fv/Fm 及ETR 的影響

Fv/Fm反映植物葉片PSⅡ反應中心最大光能轉換效率，是衡量植物光合性能的重要指標。該葉綠素熒光參數不受物種和生長條件的影響，在非脅迫條件下值穩定在0.8 左右，變化極小，而脅迫條件下會明顯下降。由表1 可知，不同施肥處理60 d 和80 d 后，0.4 g/kg 土高濃度復合肥處理的Fv/Fm值最小，處理后80 d 降為0.63，顯著小于其他處理的，而其他處理間的無顯著差異。由此表明，高濃度復合肥處理使茶苗生長受到脅迫。對茶苗生長表型觀察也發現，復合肥處理，尤其是高濃度復合肥處理，葉片顏色更為濃綠。

表1 不同施肥處理茶苗的Fv/Fm 及ETR Tab.1 Fv/Fm and ETR of tea seedlings underdifferent fertilization treatments

電子傳遞速率ETR 反映了實際光照條件下的表觀電子傳遞效率，指植物光合系統吸收光能發生電荷分離產生電子并沿電子傳遞鏈向下傳遞的速率。由表1 還可知，處理60 d 天后，0.2 和0.4 g/kg 復合肥處理的TER 顯著低于對照，ETR 值從對照的19.5 下降為13～14；生物有機肥處理茶苗的光合電子傳遞速率ETR值最高，為23.8。處理80 d 天后，2 和4 g/kg 生物有機肥處理的依然最高，ERT 值均超過26，而施用中、高濃度復合肥處理的最小，ERT 值為19～20，顯著低于中、高濃度生物有機肥處理的。由此也表明，復合肥施用過多，會減弱光合電子傳遞速率，進而影響光合效率，而合理的生物有機肥施用可提高茶苗光合電子傳遞速率。

（1）CK 為不施肥對照，CF-0.1、CF-0.2、CF-0.4 分別指每千克土壤施用復合肥0.1、0.2 和0.4 g 土的處理，OF-1,OF-2,OF-4 指分別施用生物有機肥1、2和4 g 土的處理。培養、處理60 和80 d 后，采用葉綠素熒光儀檢測相關參數；（2）同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著（P<0.05）。

2.2 不同施肥處理對茶苗葉片Y(Ⅱ)、Y(NPQ)及Y(NO)的影響

Y(Ⅱ)表示光合作用電子傳遞的量子產額，代表光系統II 吸收后用于光化學反應的那部分能量，剩余的未做功的能量可以分成兩個部分Y(NPQ)和Y(NO)。由表2 可知，與對照相比，復合肥處理會降低茶苗的實際光化學量子產量Y(II)，生物有機肥處理會提高茶樹葉片的Y(II)，且處理后80 d，0.2 和0.4 g/kg 復合肥處理的Y(II)顯著低于對照CK。

表2 不同施肥處理茶苗葉片的Y(II)、Y(NPQ)及Y(NO)Tab.2 Y(II),Y(NPQ) and Y(NO) of tea seedling leaves under different fertilization treatments

Y(NPQ)指調節性能量耗散的量子產量。從表2 可知，處理60 d 后，不同施肥處理茶苗葉片的Y(NPQ)未發現顯著差異，但處理80 d 后，與對照相比，0.4 g/kg高濃度復合肥處理的Y(NPQ)沒有升高，反而表現出下降趨勢，從對照的0.5 下降為0.44，表明高濃度養分已損傷茶苗葉片的自我保護能力。

Y(NO)，光系統Ⅱ非調節性能量耗散的量子產量。由表2 可知，0.4 g/kg 高濃度復合肥處理80 d 后，其Y(NO)值均顯著高于其他處理的，上升為0.32，比對照增加了45%，且0.2 g/kg 復合肥處理的Y(NO)值也從對照的0.22 上升為0.28，而其他處理間無顯著差異。該試驗結果表明，中、高濃度復合肥處理下的高養分供應對茶苗植株生長造成了光損失。

2.3 不同施肥處理對茶苗光化學淬滅參數qP 及qL的影響

由光合作用引起的熒光淬滅稱之為光化學淬滅，qP 和qL 是光化學淬滅兩個重要參數,反映了光合活性的高低。從表3 可知，處理后60 d，不同處理間的qP和qL 值無顯著差異，但處理后80 d，4 g/kg 高濃度生物有機肥和0.1 g/kg 的低濃度復合肥兩個處理的光化學淬滅參數qP 及qL 最高，顯著高于中濃度復合肥處理。該結果表明，4 g/kg 高濃度生物有機肥和0.1 g/kg的低濃度復合肥兩個施肥處理提供的養分適宜茶苗生長，茶苗葉片的光合活性最高。

表3 不同施肥處理茶苗葉片的光化學淬滅數qP 和qLTab.3 Photochemical quenching numbers qP and qL of tea seedling leaves under different fertilization treatments

2.4 不同施肥處理對茶苗非光化學猝滅參數NPQ及qN 的影響

由熱耗散引起的熒光淬滅稱之為非光化學淬滅，qN 和NPQ 是非光化學猝滅兩個重要參數。從表4 可知，不同施肥處理間的非光化學淬滅qN 均未表現出顯著差異。處理60 d 后，不同處理間的NPQ 差異不顯著，但處理80 d 后，0.2 和0.4 g/kg 復合肥處理茶苗NPQ 下降，分別從對照的2.33 下降為1.94 和1.67，后者顯著低于其他處理。中、高濃度復合肥處理的NPQ 未增加，反而下降，這進一步表明該處理提供養分濃度過高，茶苗的光合系統已被破壞，無法通過耗散過量的能量進行自我保護，失去在過剩光下自我保護的能力。

表4 不同施肥處理茶苗葉片的非光化學猝滅參數NPQ 及qNTab.4 Non-photochemical quenching parameters NPQ and qN of tea seedling leaves under different fertilization treatments

2.5 不同施肥處理對盆栽茶苗生長的影響

從表5 可知，與對照相比，除0.4 g/kg 復合肥處理茶芽的鮮重降低，其他處理的茶芽干重、鮮重及株高均明顯高于對照。其中，0.1 g/kg 復合肥處理的茶芽鮮重、干重及株高增加量最大，分別從對照的622.2、244.4 mg/株和20.1 cm 增加為861.5、346.2 mg/株和28 cm，但隨著復合肥濃度升高，生物量及株高逐漸降低，0.4 g/kg 復合肥處理的茶芽鮮重降為608.3 mg/株，為所有處理中最低。三個生物有機肥處理茶芽的鮮重、干重及株高亦均明顯高于對照，鮮重從對照的622.2 mg/株增加至680-700mg/株，株高從對照20.1 cm 增加為22～25 cm，而三個生物有機肥處理之間的差異不大。該研究結果表明，0.1 g/kg復合肥處理及生物有機肥處理是適宜茶苗生長的養分供應，而0.4 g/kg 復合肥處理的提供的養分濃度過高，抑制了茶芽生物量及株高增長。

表5 不同施肥處理茶苗的生物量及株高Tab.5 Biomass and plant height of tea seedling under different fertilization treatments

3 討論

3.1 不同施肥處理對茶苗葉片Fv/Fm、Y(II)、ETR 及光化學淬滅參數qP、qL 的影響

光化學猝滅反映了PSII 原初電子受體QA 的還原狀態，可以衡量PSII 反應中心的開放程度。光化學猝滅參數包括光系統Ⅱ最大光量子效率(Fv/Fm)、實際光化學量子效率(Y(II))、電子傳遞速率(ETR)、穩態光適應光化學猝滅(qP)及基于Lake 模型的穩態光適應光化學猝滅(qL)等。從上述研究結果可知，0.2 g/kg 和0.4 g/kg 的中、高濃度復合肥處理會顯著降低Fv/Fm、Y(II)、ETR 及光化學淬滅參數qP、qL，而其他處理間的無顯著差異，且其中4 g/kg 生物有機肥處理及0.1 g/kg低濃度復合肥處理茶苗的ETR、Y(II)、和qP 和qL 明顯高于不施肥對照的。高濃度的養分供應降低茶苗光合效率，使光合作用受阻，而適宜的養分濃度可維持較高的光化學猝滅參數。龍繼銳等[8]研究也表明，水稻在低氮和高氮條件下qL、Y(II)均降低，而在中氮條件下具有最高的qL、Y(II)值。向芬等[10]對氮素水平影響不同品種茶樹的光合系統的研究也發現，中氮水平下，3 個茶樹品種的Fv/Fm、qP、rERT 亦增加最大。還有研究表明，缺鉀使水稻葉片中的Fv/Fm、ФPSⅡ、qP 及ETR 顯著下降，在玉米上也得出了相類似的結果[9,13]。

此外，從不同施肥處理下葉綠素熒光參數的響應可知，電子傳遞速率ETR 對養分供應反應最敏感，在處理后60 d 即出現顯著差異，而其他參數均在處理80 d 后表現出差異。王敏等[11]對不同濃度鋁條件影響茶苗葉片葉綠素熒光參數的研究也可知，Fv/Fm、ETR及Y(II)三個參數中，ETR 對鋁脅迫反應最為敏感，當鋁濃度低于0.4 mmol·L-1時，隨鋁濃度升高，ETR 逐漸顯著升高，當鋁濃度繼續增加時，ETR 逐漸顯著下降。

3.2 不同施肥處理對茶苗非光化學猝滅參數的影響

非光化學猝滅可以評估植物的光保護能力，反映了天線色素吸收的光能用于熱耗散的部分。當PSⅡ反應中心天線色素吸收了過量的光能時，如不能及時耗散，將對光合機構造成破壞或失活。因此，非光化學淬滅是一種自我保護機制，對光合機構起一定的保護作用。非光化學猝滅參數主要有非光化光系數猝滅(qN)、非光化熒光猝滅(NPQ)、光誘導下猝滅的量子產額(Y(NPQ))、非光誘導猝滅(Y(NO))。非光化學猝滅參數NPQ 及qN，反映了植物的光保護能力，指耗散過剩光能為熱的能力。Y(NPQ)用來表征葉片的自我保護能力，指調節性能量耗散的量子產量。Y(NO)，是光損傷的重要指標，指光系統Ⅱ非調節性能量耗散的量子產量，代表的是被動的耗散為熱量和發出熒光的能量。高Y(NO)值表示PSⅡ光化學反應和保護性調節機制沒有發揮作用。通常，隨著光強度增強，植物會啟動自我保護系統，NPQ 和Y(NPQ)隨之增強，減少光強對植物光合系統的損失。

從上述研究結果可知，與對照相比，0.2 g/kg 和0.4 g/kg 的中、高濃度復合肥處理后80 d 的NPQ 值反而顯著降低，Y(NPQ)值也較對照低，而Y(NO)顯著升高，而生物有機肥及低濃度復合肥處理的NPQ、Y(NPQ)和Y(NO)與對照相比無顯著變化,各參數適宜。由此表明，0.4 g/kg 高濃度復合肥處理引發茶樹生長營養脅迫，過高的養分供應導致茶苗光合系統，損害了其通過耗散過量的能量進行自我保護的能力。養分的缺乏也會導致作物通過熱耗散的方式來消耗更多的能量,抵御脅迫。向芬等[10]對氮素水平影響不同品種茶樹光合系統的研究表明，與對照不施肥處理相比，適宜養分供應的中氮水平下的非光化學淬滅系數（NPQ）顯著降低。張衛強等[14]對不同濃度氮肥影響銀葉樹幼苗生長、光合參數及葉綠素熒光參數的研究也表明，不同濃度氮肥之間的NPQ 值無顯著差異，但均顯著低于對照不施肥處理的。王碧瑩等（2019）對不同施氮處理影響短梗五加與花楸葉綠素熒光參數的研究表明，施氮可以提高植物電子傳遞速率，降低熱耗散，保證吸收的光能最大限度地進入電子傳遞系統進行碳固定，從而提高植物生長速率；快生種短梗五加在低氮處理下具有較高的光合性能，而慢生種花楸在高氮下表現出更好的光合性能[15]。

3.3 茶樹生長與葉綠素熒光參數對不同施肥處理響應比較分析

從上述試驗結果可知，以株高和茶芽生物量為茶樹生長衡量指標時，0.2 和0.4 g/kg 的中、高濃度復合肥處理的表現最差，其葉綠素熒光參數Fv/Fm、Y(II)、ETR 及光化學淬滅參數qP、qL 也顯著低于其他處理，且Y(NO)顯著升高；而0.1 g/kg 的低濃度復合肥處理株高最高、生物最大，其次是生物有機肥處理，其中又以4 g/kg 土的高濃度生物有機肥處理效果更好，而從上述不同施肥處理下茶苗葉片葉綠素熒光反應特性可知，低濃度復合肥處理及高濃度生物有機肥處理茶苗的葉綠素熒光參數ETR、Y(II)、qP 明顯高于其他處理的。由此表明，茶芽生物量變化與葉綠素熒光參數對不同施肥處理的反應基本吻合，生物有機肥及低濃度復合肥處理提供的養分狀況最適宜，茶苗葉片葉綠素熒光參數及茶苗生長最佳。張衛強等（2021）對氮素水平影響銀葉樹幼苗生長及光合特性的研究結果也表明，葉綠素熒光參數及葉片生物量對不同施氮處理的反應規律基本一致，20 g/株處理的葉片生物量最大，葉綠素熒光參數Fv/Fm、Y(II)、ETR 及qP 也顯著高于其他處理，而株高與葉綠素熒光參數之間的相關性較小[14]。唐磊等[12]對不同濃度鎂影響茶樹光合及光保護能力研究表明，茶苗地上部生物量與葉綠素熒光參數對不同濃度鎂處理的反應相一致，與缺鎂和0.8 mol/L 鎂素處理相比，0.1 mmol/L 和0.4 mmol/L鎂素處理的茶樹生物量及Fv/Fm、Fv/F0等葉綠素熒光參數顯著提高，而Y(NPQ)最低。侯紅乾等[7]研究在大田實驗條件下不同施肥處理對水稻葉綠素熒光參數和產量影響，結果表明，等養分條件下配施30%有機肥具有最優的葉綠素熒光指標組合及籽粒產量。但王敏等[11]的研究表明，葉綠素熒光參數與茶苗整株生物量對不同濃度鋁脅迫的反應不一致，鋁濃度為0.4 mmol·L-1時葉綠素熒光參數Fv/Fm、ETR 及Y(II)最高，而鋁濃度為1 mmol·L-1時整株茶苗生物量最高。因此，研究葉綠素熒光參數作為營養診斷指標時，植物營養脅迫的表型指標也需合理選擇。

4 結論

0.1g/kg 的低濃度復合肥處理及2、4 g/kg 生物有機肥處理下的茶樹葉片葉綠素熒光參數ETR、Y(II)及qP 最高，茶苗株高和生物量大，是適宜的養分供應濃度。葉綠素熒光參數尤其電子傳遞速率ETR 能快速、直觀地評價茶樹對養分的內在需求，初步顯示可作為茶樹營養診斷指標之一，為茶園施肥管理提供理論依據。下一步擬將葉綠素熒光技術應用于茶樹施肥的大田試驗,深入探索葉綠素熒光參數在茶樹施肥營養診斷中的實踐應用。