菌肥對銅污染土壤玉米苗期光合特性的影響

郭卓杰等

摘 要：采用盆栽試驗，研究了在銅（100 mg·kg-1）污染土壤中，施用菌肥（0，50，100，200 g）對不同品種玉米（晉單56號、長玉16號、大正2號）苗期光合特性（凈光合速率、胞間CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導度）的影響。結果表明：（1）施入菌肥100 g，大正2號、長玉16號和晉單56號玉米的苗期凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度的值有明顯的增加，且含量均高于其他處理，胞間CO2濃度均低于其他處理。（2）大正2號玉米在施用菌肥100 g處理下，苗期葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度的含量均高于其他品種玉米，而葉片的胞間CO2濃度含量低于其他品種玉米。4種光合特性的值分別為：8.34，3.08，69.3，23.3 μmol·m-2·s-1。由此可見，在銅污染土壤中施入菌肥，對不同品種玉米苗期凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度均有明顯的促進作用，對胞間的CO2濃度有明顯的抑制作用，即大正2號玉米在施用菌肥100 g時，苗期光合作用最強。

關鍵詞：銅污染；玉米；菌肥；光合特性

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.08.006

Abstract： With pot experiment， this paper studied the use of bacterial manure （0， 50， 100， 200 g）on the influence of different varieties of maize（Jindan 56， Changyu 16， Dazheng2） seedling photosynthetic characteristics（net photosynthetic rate， intercellular CO2 concentration， transpiration rate and stomatal conductance）. The results were as follows： （1） the dosage of 100 g bacterial manure， Dazheng 2， and Changyu 16 and Jindan 56， the seedling stage of net photosynthetic rate， transpiration rate and stomatal conductance value has increased significantly， and the content was higher than other processing， intercellular CO2 concentration was lower than other treatment. （2） Dazheng 2 maize， under the application of bacterial manure 100 g processing， seedling leaf net photosynthetic rate， transpiration rate and stomatal conductance of content were higher than other varieties of corns， and leaves the content of intercellular CO2 concentration was lower than other varieties of corns， four kinds of photosynthetic characteristics of value were 8.34，3.08，69.3，23.3 μmol·m-2·s-1 .Thus， in copper contaminated soil， with different varieties of maize， the seedling net photosynthetic rate， transpiration rate and stomatal conductance were obviously promoted， the intercellular CO2 concentration was obviously inhibited， in application of bacterial manure 100 g of Dazheng 2， this effect was the most significant.

Key words： copper contaminate； corn； bacterial manure；photosynthetic characters

光合作用是綠色植物最重要的生理活動，將太陽能轉換為化學能，并利用它將二氧化碳和水等無機物合成有機物。它是積蓄能量和形成有機物的過程，植物體內干物質中，約90%左右實際上是直接或間接地來自光合作用的有機物質，增加光合作用有助于增加收獲器官的產量[1-2]。光合作用是作物產量形成的基礎[3]。光合作用的強弱通常用光合速率表示，它是指單位時間內單位葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量[4]。而菌肥在改善土壤營養結構、增強土壤肥力、促進作物生長、增強作物抗病能力等方面具有重要作用[5]。

目前關于作物光合特性的研究已經很多，但菌肥對銅污染土壤玉米苗期光合特性的影響很少報道，本研究通過盆栽試驗，在重金屬土壤中施加菌肥，探討其對玉米光合特性的影響，以期選出對光合特性影響較大的玉米品種和菌肥用量，為銅污染土壤的修復與利用提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗區在山西農業大學資源環境學院試驗站大棚。供試土壤為石灰性褐土，pH 值8.38。其中有機質含量為10.9 g·kg-1，堿解氮為129.4 mg·kg-1，速效磷為7.7 mg·kg-1，速效鉀為16.6 mg·kg-1，土壤交換量為23.9 cmol·kg-1。

1.2 供試作物和肥料

供試作物：玉米晉單56號、長玉16號、大正2號。供試肥料：復合肥（N-P2O5-K2O，17-17-17，總養分≥51%）、微生物菌肥。供試重金屬銅：CuSO4·5H2O （分析純）。

1.3 試驗方法

本試驗采用溫室盆栽栽培試驗。供試作物于2013年4月播種。

具體方案如下：每盆裝10 kg的供試土壤，經測定試驗土壤中重金屬銅含量為64.42 mg·kg-1，為確保試驗土壤重金屬銅達到統一的二級標準限制值100 mg·kg-1，每盆土壤所施用化學試劑CuSO4·5H2O（分析純）為1.39 mg。每盆施入復合肥5 g。試驗共設4個處理，分別為：銅處理土壤+菌肥0 g（CK）；銅處理土壤+菌肥50 g（J-50）；銅處理土壤+菌肥100 g（J-100）；銅處理土壤+菌肥200 g（J-200）。在4種處理的土壤上種植3種不同品種的玉米，重復3次。

1.4 測定項目及方法

玉米苗期的凈光合速率（Pn），胞間CO2濃度（Ci），蒸騰速率（Tr）和氣孔導度（Cond）的測定：采用Li6400便攜式光合儀測量，選擇在晴天9：00—11：00光照充足且相對穩定的時間進行。

2 結果與分析

2.1 菌肥對銅污染土壤玉米苗期凈光合速率值的影響

凈光合速率是指綠色植物組織在有光的條件下，光合作用和細胞呼吸同時進行測得的數值[6]。由圖1方差分析可知，對于大正2號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別提高了105%，86.6%，92.6%，說明大正2號玉米加入菌肥J-100顯著增加了玉米苗期凈光合速率的值；對于晉單56號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別提高了30.4%，21.4%，26.8%，說明晉單56號玉米加入菌肥J-100顯著增加了玉米苗期凈光合速率的值；對于長玉16號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別提高了43.7%，27.2%，36.6%，說明長玉16號玉米加入菌肥J-100顯著增加了玉米苗期凈光合速率的值。而大正J-100、晉單J-100和長玉J-100的凈光合速率的值分別為8.34，6.31 ，和5.68 μmol·m-2·s-1，并且差異性顯著。由以上數據分析得出：在銅污染土壤中施入菌肥J-100大正2號玉米苗期凈光合速率的值最大。

2.2 菌肥對銅污染土壤玉米苗期胞間CO2濃度（Ci）值的影響

植物進行光合作用的主要原料是CO2 ，作物葉片胞間濃度的高低是影響光合速率的重要因素[7]。由圖2方差分析可知，對于大正2號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別降低了94%，89.9%，89.3%，說明大正2號玉米加入菌肥J-100顯著減少了胞間CO2的濃度；對于晉單56號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別降低了83.8%，73.8%，69%，說明晉單56號玉米加入菌肥J-100顯著減少了胞間CO2的濃度；對于長玉16號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別降低了91.2%，83.8%，87%，說明長玉16號玉米加入菌肥J-100顯著減少了胞間CO2的濃度。大正J-100、晉單J-100和長玉J-100的胞間CO2的濃度分別是23.33，62.67和36.7 μmol·m-2·s-1，并且差異性顯著。由以上數據分析得出：在銅污染土壤中施入菌肥J-100大正2號玉米苗期胞間CO2濃度的值最小。

2.3 菌肥對銅污染土壤玉米苗期蒸騰速率（Tr）值的影響

蒸騰是植物重要的生理過程，植物通過蒸騰作用運輸礦物質、調節葉面溫度、供應光合作用所需要的水分等，當蒸騰作用正常進行時， 氣孔處于開放狀態， 有利于光合作用中CO2的吸收和同化。因此，蒸騰作用對光合作用的強弱有很大的影響[8-9]。由圖3方差分析可知，大正2號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別提高了578%，51%，63%，說明大正2號玉米加入菌肥J-100顯著增加了玉米苗期蒸騰速率；晉單56號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別提高了316%，3.9%，24.9%，說明晉單56號玉米加入菌肥100 g顯著增加了玉米苗期蒸騰速率；長玉16號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別提高了200%，162%，57.6%，說明長玉16號玉米加入菌肥100 g顯著增加了玉米苗期蒸騰速率。大正J-100、晉單J-100和長玉J-100的蒸騰速率的值分別為3.08，2.12，2.49 mmol·m-2·s-1，且差異性顯著。由以上數據分析得出：在銅污染土壤中施入菌肥J-100大正2號玉米蒸騰速率最大。

2.4 菌肥對銅污染土壤玉米苗期氣孔導度（Cond）值的影響

氣孔控制著植物體與外界環境的水、氣交換，對植物光合作用有很大的影響[10]。氣孔導度表示氣孔張開的程度，隨著氣孔導度的增大，植物葉片氣孔阻抗作用減小，葉肉細胞內濃度增大，從而加大植物的光合速率[11]。由圖4方差分析可知，大正2號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別提高了59.8%，41.4%，61.1%，說明大正2號玉米加入菌肥J-100顯著增加了玉米苗期氣孔導度的值；晉單56號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別提高了298%，8.7%，74.1%，說明晉單56號玉米加入菌肥J-100顯著增加了玉米苗期氣孔導度的值；長玉16號玉米，J-100比CK、J-50、J-200分別提高了247%，93.6%，74.7%，說明長玉16號玉米加入菌肥100 g顯著增加了玉米苗期氣孔導度的值。大正J-100、晉單J-100和長玉J-100氣孔導度的值分別為69.3，49.8和51.7 μmol·m-2·s-1，并且差異性顯著。由以上數據分析得出：在銅污染土壤中施入菌肥J-100大正2號玉米苗期氣孔導度的值最大。

3 結 論

（1）銅污染土壤中，隨著菌肥用量逐漸增大，大正2號玉米、長玉16號玉米和晉單56號玉米苗期的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度的值先增加后減小，而胞間CO2濃度的值卻是先減小后增加，當菌肥用量為100 g時，3種玉米的光合速率最大，所以施入菌肥100 g，顯著增加了玉米苗期的光合作用。

（2）大正J-100的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度的值最大，而胞間CO2濃度最低。它們的值分別為8.34，23.33，3.08，69.3 μmol·m-2·s-1。植物在光下進行光合作用，氣孔張開吸收CO2，同時又不可避免地發生蒸騰作用，隨著氣孔導度的增加，蒸騰速率增大，單位時間內單位葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量增加，也就是光合速率增加，而這時它的胞間CO2濃度最小。所以，對于銅污染土壤，大正2號玉米施入菌肥100 g的光合作用最強。

參考文獻：

[1] 王寶山.植物生理學[M].北京：科學出版社，2004.

[2] 何萍，金繼運，林葆.氮肥用量對春玉米葉片衰老的影響及其機理研究[J].中國農業科學，1998，31（3）：66-71.

[3] 許大全. 光合速率、 光合效率與作物產量 [J]. 生物學通報，1999，34（8）： 8-9.

[4] 邱艷，陳溫福.超級稻沈農265劍葉光合作用日變化對氮肥的響應[J].湖北農業科學，2007， 13（4）：11.

[5] 李雁.菌肥的作用研究及其資源開發[J].氨基酸與生物資源，2002，24（2）：8-10.

[6] 劉菲菲，魏亦農.低溫脅迫對棉花幼葉光合特性的影響[J].石河子大學學報，2011， 23（1）：16.

[7] 王曉娟， 賈志寬， 梁連友，等. 不同有機肥量對旱地玉米光合特性和產量的影響[J].應用生態學報， 2012， 23（2）：419-425.

[8] 王帥， 楊勁峰， 韓曉日， 等.不同施肥處理對旱作春玉米光合特性的影響[J].中國土壤與肥料， 2008（6）： 23-27.

[9] 張治安， 陳展宇. 植物生理學[M].長春：吉林大學出版社， 2009：71，101.

[10] 殷毓芬， 張存良， 姚鳳霞. 冬小麥不同品種葉片光合速率與氣孔導度等性狀之間關系的研究[J]. 作物雜志， 1995 ， 21（5）：561-567.

[11] 陸釗華，徐建民，陳儒香，等.桉樹無性系苗期光合作用特性研究[J].林業科學研究，2003，16（5）：575-580.

3 結 論

（1）銅污染土壤中，隨著菌肥用量逐漸增大，大正2號玉米、長玉16號玉米和晉單56號玉米苗期的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度的值先增加后減小，而胞間CO2濃度的值卻是先減小后增加，當菌肥用量為100 g時，3種玉米的光合速率最大，所以施入菌肥100 g，顯著增加了玉米苗期的光合作用。

（2）大正J-100的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度的值最大，而胞間CO2濃度最低。它們的值分別為8.34，23.33，3.08，69.3 μmol·m-2·s-1。植物在光下進行光合作用，氣孔張開吸收CO2，同時又不可避免地發生蒸騰作用，隨著氣孔導度的增加，蒸騰速率增大，單位時間內單位葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量增加，也就是光合速率增加，而這時它的胞間CO2濃度最小。所以，對于銅污染土壤，大正2號玉米施入菌肥100 g的光合作用最強。

參考文獻：

[1] 王寶山.植物生理學[M].北京：科學出版社，2004.

[2] 何萍，金繼運，林葆.氮肥用量對春玉米葉片衰老的影響及其機理研究[J].中國農業科學，1998，31（3）：66-71.

[3] 許大全. 光合速率、 光合效率與作物產量 [J]. 生物學通報，1999，34（8）： 8-9.

[4] 邱艷，陳溫福.超級稻沈農265劍葉光合作用日變化對氮肥的響應[J].湖北農業科學，2007， 13（4）：11.

[5] 李雁.菌肥的作用研究及其資源開發[J].氨基酸與生物資源，2002，24（2）：8-10.

[6] 劉菲菲，魏亦農.低溫脅迫對棉花幼葉光合特性的影響[J].石河子大學學報，2011， 23（1）：16.

[7] 王曉娟， 賈志寬， 梁連友，等. 不同有機肥量對旱地玉米光合特性和產量的影響[J].應用生態學報， 2012， 23（2）：419-425.

[8] 王帥， 楊勁峰， 韓曉日， 等.不同施肥處理對旱作春玉米光合特性的影響[J].中國土壤與肥料， 2008（6）： 23-27.

[9] 張治安， 陳展宇. 植物生理學[M].長春：吉林大學出版社， 2009：71，101.

[10] 殷毓芬， 張存良， 姚鳳霞. 冬小麥不同品種葉片光合速率與氣孔導度等性狀之間關系的研究[J]. 作物雜志， 1995 ， 21（5）：561-567.

[11] 陸釗華，徐建民，陳儒香，等.桉樹無性系苗期光合作用特性研究[J].林業科學研究，2003，16（5）：575-580.

3 結 論

（1）銅污染土壤中，隨著菌肥用量逐漸增大，大正2號玉米、長玉16號玉米和晉單56號玉米苗期的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度的值先增加后減小，而胞間CO2濃度的值卻是先減小后增加，當菌肥用量為100 g時，3種玉米的光合速率最大，所以施入菌肥100 g，顯著增加了玉米苗期的光合作用。

（2）大正J-100的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度的值最大，而胞間CO2濃度最低。它們的值分別為8.34，23.33，3.08，69.3 μmol·m-2·s-1。植物在光下進行光合作用，氣孔張開吸收CO2，同時又不可避免地發生蒸騰作用，隨著氣孔導度的增加，蒸騰速率增大，單位時間內單位葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量增加，也就是光合速率增加，而這時它的胞間CO2濃度最小。所以，對于銅污染土壤，大正2號玉米施入菌肥100 g的光合作用最強。

參考文獻：

[1] 王寶山.植物生理學[M].北京：科學出版社，2004.

[2] 何萍，金繼運，林葆.氮肥用量對春玉米葉片衰老的影響及其機理研究[J].中國農業科學，1998，31（3）：66-71.

[3] 許大全. 光合速率、 光合效率與作物產量 [J]. 生物學通報，1999，34（8）： 8-9.

[4] 邱艷，陳溫福.超級稻沈農265劍葉光合作用日變化對氮肥的響應[J].湖北農業科學，2007， 13（4）：11.

[5] 李雁.菌肥的作用研究及其資源開發[J].氨基酸與生物資源，2002，24（2）：8-10.

[6] 劉菲菲，魏亦農.低溫脅迫對棉花幼葉光合特性的影響[J].石河子大學學報，2011， 23（1）：16.

[7] 王曉娟， 賈志寬， 梁連友，等. 不同有機肥量對旱地玉米光合特性和產量的影響[J].應用生態學報， 2012， 23（2）：419-425.

[8] 王帥， 楊勁峰， 韓曉日， 等.不同施肥處理對旱作春玉米光合特性的影響[J].中國土壤與肥料， 2008（6）： 23-27.

[9] 張治安， 陳展宇. 植物生理學[M].長春：吉林大學出版社， 2009：71，101.

[10] 殷毓芬， 張存良， 姚鳳霞. 冬小麥不同品種葉片光合速率與氣孔導度等性狀之間關系的研究[J]. 作物雜志， 1995 ， 21（5）：561-567.

[11] 陸釗華，徐建民，陳儒香，等.桉樹無性系苗期光合作用特性研究[J].林業科學研究，2003，16（5）：575-580.