不同氮形態葉面肥對油茶春梢葉片光合生理特性的影響

李蘭蘭，顏妙珍，馮名開，賴家業，崔蕓瑜

（1廣西大學林學院，廣西 南寧 530004；2廣西大學農牧產業發展研究院，廣西 南寧 530004）

0 引言

【研究意義】油茶（Camellia oleiferaAbel.）與油橄欖（Olea europaeaL.）、油棕（Elaeis guineensisJacq.）、椰子（Cocos nuciferaL.）一起并稱為世界四大木本油料植物（莊瑞林，2008）。其中，油茶是我國特有的木本油料植物（王瑞等，2015），在糧油供應中起著重要作用。2020年11月16日，全國油茶產業發展現場會議發布我國油茶種植面積達4535.6萬ha，高產油茶林933.8萬ha，茶油產量62.7萬t，油茶產業總產值達1160億元。根據國家林業和草原局報道，2009—2017年我國油茶種植面積逐漸擴大，但因管護不到位導致普遍存在產量低、效益差的狀況，制約了油茶產業的發展。在油茶種植過程中，可通過高效栽培和管護施肥的方式來解決油茶低產的問題，從而有效提高油茶產量和品質。通過施肥來促油茶春梢生長，改善油茶品質，提高油茶產量，對油茶種植合理施肥及油茶產業高質量發展有一定的現實意義。【前人研究進展】綠色植物利用光能，為生長提供能量和物質（任盼盼等，2021）。植物的光合作用強弱決定著其總的生產力，光合效率高，才能獲得足夠的光合產物來滿足其生長所需物質（吳曉龍等，2019）。馮曉龍等（2022）研究發現，提高光合速率是獲得作物高產的主要途徑之一。光響應曲線的測定及其進行模型擬合是植物生理生態學研究的一項重要內容。實測的光響應曲線，有許多重要光合參數不能直接得出，需要通過模型擬合（柴勝豐等，2015）。因此，研究植物的光響應曲線并進行模型擬合對研究植物對光能的利用具有重要意義（駱暢等，2016）。油茶在春梢萌動生長、花芽分化、果實成熟的各個時期，均需消耗大量的養分。油茶樹具“抱子懷胎”的生物學特性，常年花果同枝，營養生長與生殖生長共存（周文才等，2017）。春梢生長是油茶樹營養生長和生殖生長的關鍵時期，其生長對盛果期油茶樹的產量最重要，是樹體構建及豐產的前提和基礎（王湘南等，2012）。除了合理配比進行溝施外，對油茶噴施葉面肥能及時補充樹體內所缺元素以提高其總體機能（文野等，2014）。左繼林等（2010）研究結果表明，對油茶幼苗噴施葉面肥能提高葉片葉綠素含量；袁小軍等（2019）研究得出噴施葉面肥利于油茶保花保果。氮素是植物的生命元素，對植物生長發育、作物產量及品質有著極其重要的作用（Iivonen et al.，2006）。氮素形態對作物葉片葉綠素含量、光合速率、酶活性及光呼吸均存在顯著影響（曹翠玲和李生秀，2004）。在農業作物種植上，氮素的供應形態主要是銨態氮、硝態氮和酰胺態氮等（蘆光新等，2018）。植物對不同氮素吸收和利用的生理效應不同，對不同氮素形態的肥料響應也有差異（Dutilleul et al.，2005）。劉曙光等（2019）在不同氮形態對鳳丹的影響研究中得出，與全硝、全銨和酰胺態氮處理相比，銨態氮與硝態氮等比配合施用顯著促進了凈光合速率及產量。【本研究切入點】目前，油茶的葉面肥研究主要集中在幼苗期營養診斷及盛果期提高坐果率等方面，關于不同氮形態葉面肥對油茶春梢光合生理特性研究鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】以岑軟3號油茶植株為研究對象，對油茶春梢葉片噴施含銨態氮、硝態氮、酰胺態氮和硝銨態氮的葉面肥，通過光合指標的測定，采用統計學方法擬合直角雙曲線修正模型、直角雙曲線模型、非直角雙曲線模型和指數模型，篩選出最適的模型，并求出的各處理光合特征參數，進而分析不同氮形態葉面肥對油茶春梢葉片光合作用的影響，以期為油茶栽培及促進產業發展提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年在廣西河池市環江縣洛陽鎮雅脈油茶種植核心區試驗基地進行，位于東經108°24＇、北緯28°06＇，屬亞熱帶季風濕潤氣候。年平均相對濕度約為80%，年均溫16～18 ℃，年日照時數1600～1800 h，年均降水量1200～1700 mm，降水充沛。

1.2 試驗設計

選擇立地條件一致，坡度海拔、田間管理措施及長勢一致的12年生岑軟3號油茶植株為試驗材料，株行距3 m×2 m。試驗試劑為尿素、硝酸鉀、硫酸銨、硫酸鋅、硫酸錳、硫酸鎂、EDTA-鐵鈉、蕓苔素內酯試劑，均為分析純。試驗用葉面肥為銨態氮、硝態氮、酰胺態氮、硝銨態氮。如表1所示，設置4個不同含氮素形態配比的葉面肥處理，即N1～N4處理，分別添加尿素（酰胺態氮）、硫酸銨和硝酸鉀按1∶1（硝銨態氮）、硫酸銨（銨態氮）、硝酸鉀（硝態氮），均配比中微量元素和生長物質，以只添加中微量元素與生長物質的處理為對照（CK），采用完全隨機區組試驗。在中微量元素、生長物質用量相同，葉面肥溶液的含純氮量一致條件下，每個處理選5株樣，重復3次，每個處理以配制15 L溶液為準，處理間設置保護行。噴施時間分別為2021年3月的2日、13日和25日，天氣無雨少風，16：00后噴施，每次間隔10 d左右，共噴施3次，以葉面開始滴水為準。

表1 不同葉面肥的試驗處理Table 1 Experimental treatment of different foliar fertilizers

1.3 相關光合指標測定與光響應曲線模型篩選

1.3.1 光合作用指標的測定 于2021年4月2日上午9：00—13：00進行光合指標的測定。采樣樹春梢枝條同一部位從上往下第3片展開葉，用LI-6400XT便攜式光合作用系統分析儀，在空氣的流量設為500 μmol/s、光照強度為1000 μmol/（m2·s）下測定指標油茶的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO2濃度（Ci），重復3次。

光合—響應曲線用6400-LED紅藍光源自動light-curve測定，對選定葉片用1000 μmol/（m2·s）的光照誘導30 min，當Gs與Pn達到穩定狀態時測定光響應曲線，光合—光響應曲線測定的光強梯度分別設置為1800、1500、1200、1000、800、600、400、200、150、100、50、20和0 μmol/（m2·s）。測定時由高光強到低光強，設置每一光強的等待時間為3～5 min（李佳等，2019）。

1.3.2 光響應曲線模型的篩選 光響應曲線模擬通過SPSS 22.0和光合計算軟件4.1.1運行，應用直角雙 曲 線 模 型（Rectangular hyperbolic model，RH）（Lewis et al.，1999）、非直角雙曲線模型（Non-rectangle hyperbola model，NRH）（Sun et al.，2014）、直角雙曲線修正模型（Modified rectangular hyperbola model，MRH）（Ye，2007）和指數模型（Exponential model，EM）（劉子凡等，2018）對光合—光響應數據進行擬合，表2為4種模型的數學表達式。

表2 4種光響應模型及其數學表達式Table 2 Four light response models and their mathematical expressions

決定系數（R2）的大小可判定該模型方程擬合精度的高低，結合均方誤差（MSE）和平均絕對誤（MAE）更能說明擬合值接近觀測值。MSE和MAE越小，說明擬合值越接近觀測值（張磊等，2017）。

式中，yt、分別為觀測值和擬合值；n為觀察數。

通過篩選，得出最佳模型，用該模型求出各處理的光合特征參數：光飽和點（LSP）、光補償點（LCP）、表觀暗呼吸速率（Rd）、最大凈光合速率（Pn-max）、表觀量子效率（α）。

1.3.3 光合色素含量的測定 從樣本樹冠中上部、外圍采集春梢枝條上從上往下數第3～4片春梢上的展開葉片，然后分別組成混合樣品，用紙巾將葉片表面的污質等擦拭干凈，放入自封袋并立即放入低溫冰盒中帶回實驗室。參照李合生（2000）的方法測定葉綠素和類胡蘿卜素含量。

1.4 統計分析

本研究涉及的統計分析均在SPSS 22.0進行；單因素方差分析和LSD用于探究不同氮形態葉面肥對油茶葉片光合參數的差異顯著性（P＜0.05）。采用Origin 2018制圖。

2 結果與分析

2.1 不同氮形態葉面肥對油茶春梢光合特性的影響

如表1所示，在恒定光強為1000 μmol/（m2·s）時，不同氮形態葉面肥的處理下油茶的Pn存在差異，其中N2處理最高，顯著高于CK、N3和N4處理（P＜0.05，下同），N1、N2、N3和N4處理的Pn分別較CK提高24.01%、26.77%、6.60%和8.50%。對油茶葉片Pn提高作用大小的處理排序為N2＞N1＞N4＞N3＞CK。關于Gs，N1、N2、N3和N4處理分別較處理CK提高8.30%、15.15%、3.80%和5.30%，其中N2處理最大，與其他處理差異顯著，N3與N4處理差異不顯著（P＞0.05，下同），可見N2處理對油茶葉片Gs的提高作用最大。不同葉面肥處理下油茶葉片Ci排序依次為CK＞N3＞N4＞N1＞N2，N2處理下油茶葉片Ci值降低趨勢最大。同時，N2處理的Tr最高，顯著高于其他處理；N1、N2、N3和N4處理的Tr分別較CK提高54.78%、63.61%、18.15%和31.43%，提高油茶春梢葉片Tr的葉面肥處理排序依次是N2＞N1＞N4＞N3＞CK。

2.2 不同氮形態葉面肥對油茶春梢Pn的影響

如圖1所示，在PAR為0～1000 μmol/（m2·s）范圍內，5個處理的Pn均隨著光強度的增加而升高，其中，在PAR為0時，Pn均為負值，當PAR在0～400 μmol/（m2·s）范圍內增強時，Pn隨著光強增大而呈線性增長趨勢；在PAR為400～1000 μmol/（m2·s）范圍內增強時，隨著光強的增大Pn增長趨勢減緩；PAR在1000～1800 μmol/（m2·s）范圍時，各處理基本趨于平穩，無明顯光抑制現象。在PAR在0～200 μmol/（m2·s）范圍，5個處理的曲線變化趨勢相似，N2處理的上升幅度較其他處理大。隨著PAR的增加，Pn先迅速升高，后增速放緩，在PAR達1000 μmol/（m2·s）后，添加氮處理的Pn仍保持著一定的增長速度，而CK趨于水平。

圖1 不同氮形態葉面肥對油茶春梢Pn的影響Fig.1 Effects of foliar fertilizers with different nitrogen forms on net photosynthetic rate of C. oleifera Abel spring shoots

2.3 不同氮形態葉面肥對油茶春梢Gs的影響

如圖2所示，隨PAR增加，油茶葉片Pn和對空氣中CO2需求量不斷增大，葉片Gs也逐漸增大，各處理均呈上升趨勢。在PAR為0～200 μmol/（m2·s）范圍，各處理的Gs均快速上升；PAR為200～400 μmol/（m2·s），5個處理的曲線變化趨勢相似，其中，N2處理上升幅度較其他處理大，N3處理上升幅度最小；PAR高于400 μmol/（m2·s）時，5個處理增長較為平緩，其中CK的Gs較其他處理更平緩，N1、N3和N4處理趨于平緩后沒有明顯差異。總體上，N2處理的Gs的增長幅度高于其他處理，更能提高油茶葉片對CO2同化能力。

圖2 不同氮形態葉面肥對油茶春梢Gs的影響Fig.2 Effects of foliar fertilizers with different nitrogen forms on stomatal conductivity of C. oleifera Abel spring shoots

2.4 不同氮形態葉面肥對油茶春梢胞間Ci的影響

如圖3所示，隨PAR增加，各處理油茶葉片Ci均呈先急速下降再趨于平緩后緩慢升高變化。在PAR為0～400 μmol/（m2·s）時，各處理葉片Ci急速下降，CK較其他4個處理先趨于平緩，其中N2處理較其他處理下降幅度大，后趨于穩定；在PAR為400～1200 μmol/（m2·s）時，各處理的Ci總體保持穩定；PAR在1200～1800 μmol/（m2·s）時，各處理的Ci降低趨于緩慢或趨于穩定。

圖3 不同氮形態葉面肥對油茶春梢Ci的影響Fig.3 Effects of foliar fertilizers with different nitrogen forms on intercellular CO2 concentration in C. oleifera Abel spring shoots

表3 不同氮形態葉面肥對油茶春梢的光合參數Table 3 Photosynthetic parameters of foliar fertilizers with different nitrogen forms on C.oleifera Abel spring shoots

2.5 不同氮形態葉面肥對油茶春梢Tr的影響

如圖4所示，隨PAR增大，不同處理下油茶葉片Tr均呈現上升趨勢，隨PAR增加Tr先急速上升，之后上升趨勢減緩，最后趨于平穩，N4處理較其他處理的曲線先趨于水平。N2處理先急速上升，后上升趨勢平緩，趨于平穩，其Tr值高于其他處理，表明N2處理對提高油茶春梢葉片的Tr作用最大。

圖4 不同氮形態葉面肥對油茶春梢的Tr的影響Fig.4 Effects of foliar fertilizers with different nitrogen forms on transpiration rate of C.oleifera Abel spring shoots

2.6 不同氮形態葉面肥對油茶春梢的光響應曲線特征參數影響

2.6.1 光響應曲線模型的擬合優良度比較 從表4可知，4種光響應曲線模型對5個處理的光合—光響應曲線擬合參數結果均存在差異。本研究引入MSE、MAE和R2進行比較，檢驗4種模型的擬合精度，MSE和MAE越小、R2越接近于1，表明擬合精確度越高。從表4可看出，MRH模型對N2處理的光合—光響應曲線擬合的MSE為0.081，MAE為0.0691，R2為0.9991，高于其他處理，而MSE和MAE均低于其他處理；NRH模型對N2處理的光合—光響應曲線擬合的MSE為0.0102，MAE為0.0811，R2為0.9991；RH模型對N2處理光合—光響應曲線擬合的MSE為0.1020，MAE為0.0811，R2為0.9989，三者的R2、MAE和MSE相差較小。綜上，MSE和MAE模型在5個處理中均為MRH模型最小，MRH模型擬合效果優于NRH、RH和EM模型。依次比較5個處理得出MRH模型擬合優度得出，N2處理優擬合度最好，CK擬合度最差。

表4 不同光響應曲線模型的擬合優良度Table 4 Goodness of fit of different light response curve models

2.6.2 光合特征參數的比較 如表5所示，采用MRH擬合5個處理下油茶葉片的α、Pn-max、LCP、LSP和Rd值，結果顯示，N2處理的α、Pn-max和Rd均最高，說明N2處理的光合潛能大于其他處理，油茶葉片的光能轉化率高；N2處理的LCP值最小，LSP值為1148.4 μmol/（m2·s），與其他處理比較，N2處理在較低光強下就能達光補償點，其油茶葉片利用光能的能力最強。N3和N4處理的LSP高于其他處理，需要的較強光強才能達光飽和點。

表5 不同氮形態葉面肥的直角雙曲線修正模型光合特征參數Table 5 Photosynthetic characteristic parameters of the modified rectangular hyperbola model for foliar fertilizers with different nitrogen forms

2.7 不同氮形態的葉面肥處理對春梢葉片光合色素的影響

由表6可知，與CK相比，不同氮形態的葉面肥處理均能顯著地提高葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量，N1、N2、N3和N4處理的葉綠素a含量分別比CK增加29.20%、65.74%、15.07%和22.31%，葉綠素b含量分別比CK增加24.94%、51.21%、13.25%和19.87%，類胡蘿卜素含量分別比CK增加39.33%、83.15%、38.20%和26.40%；N2處理的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量均顯著高于其他處理。

表6 不同氮形態的葉面肥對春梢葉片光合色素含量的影響（mg/g）Table 6 Effects of foliar fertilizers with different nitrogen forms on photosynthetic pigment content in the spring shoots（mg/g）

3 討論

3.1 不同氮形態葉面肥處理對油茶春梢光合特性的影響

氮素影響植物的光合作用，與植物生理代謝活動密切相關（柳嘉佳等，2017）。氮素形態對光合生理特性的影響，主要表現對希爾反應活性和光合磷酸化活力不同（李夢然等，2021）。植物對不同氮形態的反應不一樣，施用混合銨+硝酸鹽溶液相比施用單一氮源溶液的植物表現的生產力大（Lewis et al.，1986）。當植物的氮源全部是銨態氮，氮過量就會減弱氧化磷酸化反應和光合磷酸化反應，使生成的ATP減少，從而影響植物的光合作用，而全硝態氮到植物體內有一個還原的過程，這一過程需消耗能量（張福鎖，1995）；硝態氮與銨態氮配施營養存在協同效應，與單一形態的氮素營養相比，硝態氮與銨態氮配施葉面肥更有利于植物光合作用的進行（戴廷波等，2003；黃長兵等，2010）。本研究結果表明，不同氮形態葉面肥對油茶葉片的光合特性均有影響，在恒定光強為1000 μmol/（m2·s），硝態氮和銨態氮混施處理Gs和Tr的均值顯著高于其他處理，且該處理的Gs、Tr、Pn和Ci總體高于單一氮素形態葉面肥處理，因此硝態氮與銨態氮配施葉面肥能促進油茶春梢葉片的光合作用，有利于光合產物的積累，提高油茶春梢的光合作用能力，這與黃長兵等（2010）研究結果一致。

3.2 不同氮形態葉面肥處理對油茶春梢光合速率—光合特征參數的影響

在對植物的光合作用研究中，通過應用光合—光響應曲線模型，包括RH模型、NRH模型、EM模型和MRH模型得出植物光合特征參數。本研究采用4種模型擬合5個處理的光合響應曲線，通過模型評價指標得出最適擬合模型為MRH模型，由此計算出來的不同處理的光合特征參數，含氮處理的α和Pn-max均高于不含氮處理，其中N2處理的α、Pn-max和Rd均大于其他處理。Pn-max是表征植物進行光合作用的潛能，反映植物葉片的最大光合能力（葉子飄，2010），說明N2處理的光合潛能大于其他處理；Rd和α是描述植物對弱光利用能力的重要參數（韓曉等，2017），α越高則表示葉片光能轉化效率越高，Rd高說明無光條件下呼吸強度高，生理活動強。本研究結果表明N2處理的光能轉化率較高，對光能的利用能力最強，能顯著地提高油茶春梢葉片光能利用效率。N3和N4處理的LSP較高，LSP表征了植物對強光的適應能力，LCP是描述植物對弱光利用能力的重要參數（韓曉等，2017），LCP低反映其植物對弱光的利用能力強，N2處理的Pn-max值最大，為8.5473 μmol/（m2·s），其LCP 值 為23.2629 μmol/（m2·s）、LSP 值 為1148.4 μmol/（m2·s），在需要較弱的光強就能達到光飽和點，說明油茶葉片利用光能的效率較其他處理高，該特性有利于樹冠內部枝條葉片的光合物質的積累，該結果與劉子凡等（2018）、張赟齊等（2019）在對木薯、無患子植物的光響應曲線模型研究中得出的結論一致。

3.3 不同氮形態葉面肥處理對油茶春梢光合色素含量的影響

葉片光合色素的含量是反映作物光合能力的重要指標（宋曉等，2020）。葉片葉綠素含量的增加有利于光合作用（Liu et al.，2021）。硝態氮和銨態氮混合根施有利于葉片葉綠素的合成（樊明壽等，2005），改善作物的光合性能（王添民和惠竹梅，2014；葉義全等，2018），促進作物的生長。本研究發現，噴施不同氮形態的葉面肥對油茶春梢葉片的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量有促進作用，且硝態氮與銨態氮混施處理較其他處理更能促進葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量的增加，與王添民和惠竹梅（2014）的研究結果一致。類胡蘿卜素可作為植物的光合色素和內源抗氧化劑，具防止光氧化的作用，保護葉綠素不被破壞，提高植物的光合效能（崔培強，2010）。葉綠素含量高，吸收紅光波長能力較強，因此，相對來說硝態氮與銨態氮混施處理的表觀光合效率最高。本研究中硝態氮與銨態氮混施的葉面肥更能促進油茶春梢期的葉片光合色素的含量的積累，增加油茶對光能的吸收，促進光合作用，與樊明壽等（2005）對于燕麥施用氮素肥的研究結果一致。

4 結論

噴施不同含氮形態的葉面肥對油茶光合特性的影響存在顯著影響，均有效提高了油茶春梢葉片的光合能力。其中硝態氮與銨態氮混施處理的葉面肥效果最佳，可在生產上推廣應用。